數字音頻信號的傳輸及其測量分析

【摘 要】隨著社會的不斷發展和進步，廣播電視領域也在逐漸進行改變，數字化模式逐漸被運用到廣播電視設備中，也使原來模擬信號的發射方式變成了數字音頻信號。這種數字音頻信號具有很多優點，主要有與傳輸距離關系不大、干擾不敏感、利用處理器進行修正和集成以及可以再生等。數字音頻的主要標準有MADI、SPDIF以及AES/EBU等，AES/EBS也可以叫做AES3，是歐洲廣播聯盟和音頻工程協會共同定下的標準，是一種可以接收和傳輸數字信號的設備接口協議。本文主要研究了數字音頻信號的傳輸及其測量。

【關鍵詞】數字；音頻信號；傳輸；測量

1.數字音頻信號的傳輸

現階段，在傳輸AES/EBU數字音頻的時候主要有以下幾種方式為：同軸電纜傳輸、屏蔽雙絞線電纜傳輸以及光纖傳輸。

1.1屏蔽雙絞線電纜傳輸

最早使用的模擬音頻信號就是利用雙絞線屏蔽電聯進行傳輸的，主要優點為在相對距離比較近的時候，很容易進行鋪線，相較于別的傳輸方式來說，技術比較成熟，投資相對比較少以及方便維護等，但是一旦距離相對比較遠的時候，傳輸效果就相對比較差。當模擬音頻的頻響在20Hz～20kHz的時候們可以合理使用屏蔽雙絞線電纜的形式從一側傳輸到另外的地方。一般在音頻上使用的都是從RCA或者相對比較專業的XLR接頭，種類相對比較繁多，在最開始的時候一般都會選擇XLR形式的屏蔽雙絞線電纜。這種數字形式的傳輸方式相比較于標準模擬音頻雙絞線電纜的最大區別就是特性阻抗指標。在AES數字音頻信號進行傳輸的時候，需要一定的RS-422A數據信息作為通信標準和接收器芯片，保證變壓器耦合的時候可以得到相對比較好的共模擬制，避免出現一些大地回路，就算時間相對比較長，也可以使用均衡補償[1]。

1.2同軸電纜傳輸

如果存在一種可以把AES數字音頻信號變為1V，阻抗變為不平衡情況達到75歐姆，就可以把數字信號如同視頻信號進行相應的傳輸，主要的依據傳輸規范就是AES發布的一種文件，為AES31D，此文件主要包含了電纜平衡器、電纜、接收器電路等信息，在進行信息接收的時候，還需要在一定程度上把AES3形式的信號進行長距離傳輸，或者相應的使用在模擬視頻分配過程中，電纜系統與標準AES3的轉換器沒利用把平衡與非平衡轉化器，合理的把110歐姆阻抗變為75歐姆，利用同軸電纜進行一定的傳輸，傳輸的穩定距離為500m。不能聯系非平衡和平衡系統，其最主要的原因就是：電平不匹配、阻抗不匹配。在轉換平衡和非平衡系統的時候需要一定的變壓器，來轉化阻抗和電平[2]。

1.3光纖傳輸

在進行光纖傳輸的時候，可以把電信號合理的變為光信號，在光導纖維內部進行一定的傳輸，所以，這種傳輸方式具有很好的保密性和抗干擾性以及可靠性，傳輸量比較大、損耗比較小，不會由于環境變化出現一定的損害，也沒有帶寬瓶頸。還擁有重量輕、體積小以及容易鋪設等特點。現階段，光纖傳輸的設備操作比較簡單，不需要均衡需求，也不需要進行一定的維護，并且偏移、可靠、穩定，所以，使用這種技術進行傳輸可以在一定程度上提高信號質量。利用光纖傳輸進行接收和發送的時候，需要一定的光端機，相較于電纜傳輸，增加了出現故障的幾率，但是在距離和抗干擾方面具有很大優勢[3]。

2.數字音頻信號的測量

在使用AES/EBU數字信號傳輸的時候可以使用不平衡方式，也可以使用平衡方式，雖然這兩種方式具有不同的電氣特性和阻抗，但是數據傳輸幀結構是一樣的，基本都遵守AES/EBU幀結構標準。

數據幀結構：

想要測量數字音頻信號，就應該充分了解數字信號AES/EBU結構特點和每個狀態幀與校驗位的含義。利用專用設備進行測量，也可以使用數字存儲示波器進行一定的測量。主要包含以下三個方面的內容為：音頻數據幀、時鐘信息以及非音頻數據。

2.1時鐘信息

在進行數字音頻傳輸的時候，使用雙相位的編碼方式，合理的把時鐘信號放置到AES/EBU音頻信號中、雙相位編碼方式，把邏輯0和邏輯1占用的時間稱之為時間片，在0邏輯位置的時候，只有開始和結束的時候處于低、高電平的變動。確定邏輯位置的時候，不但需要在開始和結束的時候進行變換，還需要在時間片任何位置進行變換。這種雙相位傳輸方式有以下優勢：一是，這種方式進行傳輸，可以相應的消除傳輸過程中常0或者常1導致的累積電平，保證一直處于0電平。二是，接收端可以在進行傳輸重建的時候，接收到一定的時鐘信息。

2.2音頻數據的幀

在AES數字信號中，利用數據幀的方式來進行音頻信息的傳輸，每個音頻數據都包含左右兩個子幀，利用串行的方式進行一定的排列，右子幀在后，左子幀在前，結構保持一致，從而形成如圖所示的結構：

從上圖可以看出，左、右子幀都具有24bit的音頻數據，主要為采樣信號的量化值。MSB為最高有效值，LSB為最低有效值。24bit為最高量化深度為24bit，數據傳輸的深度為20bit或者16bit音頻數據段的時候，可以利用最低有效位合理的向右移動一定的位移，把最低有效位左邊的數據歸到0。各段字母和標識的含義為：Preamble，為標識數據，不遵循雙相位編碼方式，同時也是在AES數字信號中唯一一個不符合雙相位編碼方式的數據，占有四個時間片，在長的時間片脈沖中，會出現一個1.5長度的時間片邏輯1或者0脈沖。主要有三種類型的標識數據位：X型數據標識；Y型數據標識；Z型數據標識。V：表示有效位，主要功能就是確認數據傳輸的有效性，一旦把有效性設置為1，就會表示相應的數字音頻信號不符合實際的模擬信號轉換原則，在一般情況下，例如傳輸的數據產生錯誤的數據，或者出現的數據不是線性的音頻數據，都會導致有效位變為1。U：用戶數據位。在使用AES數字信號的時候不會出現。C：通道狀態位。在AES數字信號中，一般把192個一音頻設置為一個數據塊，主要包括192個右幀、192個左幀，在一個塊的開頭都有一個Z型數據標識，在塊中所有的右幀和左幀數據共同構成了通道狀態為192bit長度的右狀態數據信息和左狀態數據信息，也可以說是，在數據幀中單個幀是沒有多大意義的，利用塊中所有幀組合的通道情況來進行音頻的數據采樣和數據類型的收集。P：奇偶校驗位。可以校驗子幀的奇偶[4]。

2.3非音頻數據

總之，每一個音頻都具有192個幀，所有的右幀和左幀的內部通道共同構成了狀態位，形成了192bit的左狀態數據信息和右狀態數據信息，192為可以分為24個字節，明確說明塊中的音頻數據信息，表明了傳輸的信息的量化深度、采樣頻率以及循環校驗碼等。

3.結束語

總而言之，隨著社會和科學技術的進步和發展，廣播電視行業的飛速發展，傳統的模擬音頻輸出方式已經被數字音頻所取代，充分發揮數字音頻的優勢和特點，明確數字信號的數據幀結構，從而保證可以及時的處理信號傳輸中的問題，保證廣播信息發送的質量以及可以不間斷進行傳輸運行。

【參考文獻】

[1]余秋花.淺議數字音頻信號傳輸中的阻抗匹配[J].科技創新導報，2010（10）：94-95.

[2]方芳.字抖動在數字音頻信號傳輸中的影響[J].廣播電視信息，2010（10）：73-76.

[3]羅興華.關于ASI編碼技術在電視信號傳輸中的研究[J].中國傳媒科技，201（6）：135.

[4]趙子涵，易巍.數字音頻系統中的字時鐘同步方式[J].音響技術，2010（4）：18-21.