數字音頻傳輸系統的設計與實現

　　1　引言

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/187663.htm

　　隨著電子技術和數位化技術的飛速發展，數字音頻已經在廣播電視的錄製、播出、傳輸等各個應用領域得到了廣泛的應用。在很多場合，模擬音頻已經無法適應整個擴聲系統最基本的要求。大型體育場擴聲系統設計中極為關鍵的問題是如何解決微弱的音頻信號的遠距離優質傳輸。對於大型場館，需要傳送的距離通常達到幾百米遠。採用傳統的模擬傳輸方式，難以解決信號損耗和電磁幹擾及接地幹擾等難題。數字音頻的各種性能遠遠優於模擬模式，因此廣播電視設備的數位化已經成了必然的趨勢。採用數位訊號進行傳輸和處理的優點是數位訊號對幹擾不敏感，整個系統的信噪比及失真與傳輸距離無關，對於長距離傳輸，其優良的性能指標是模擬傳輸所無法比擬的。

　　目前無論電臺還是電視臺的演播室都在朝著數位化方向發展，作為數位化電視製作的主要功能手段，數字音頻的基本理論、接口方式、音頻格式和系統設計同樣成為廣播電視節目製作領域的重大課題。然而，當前絕大多數高性能的數字播出、傳輸設備都是進口設備，且價格昂貴。本文研究設計的正是應用於這一領域的一款高性能數字音頻傳輸系統。

　　2　數字音頻接口標準

　　目前常用的數字音頻接口標準主要有AES/EBU(AES3 - 1992)接口、S/PD IF接口、MAD I接口等。S/PD IF主要是作為民用數字音頻格式標準，MAD I接口是以雙通道AES/EBU 接口為基礎而制定的，在專業數字音頻領域中主要使用AES/EBU接口標準。

　　AES/EBU的全稱是Audio Engineering Society/Eu2ropean B roadcast Union (錄音師協會/歐洲廣播系統聯盟) ，現已成為專業數字音頻較為流行的標準，大量民用產品和專業音頻數字設備如CD機、DAT、MD機、數字調音臺、數字音頻工作站等都支持AES/EBU。

　　AES/EBU標準是AES和EBU一起開發的一個數字音頻傳輸標準，它是傳輸和接收數字音頻信號的數字設備接口協議，規定音頻數據必須以2的補碼進行編碼。傳輸介質是電纜，允許高帶寬容量和由A /D轉換器產生的並行數據字節的串行傳輸。在串行傳輸16～20 bit的並行字節時先傳輸最低有效位，必須加入字節時鐘標誌以表明每個樣值的開始，最後的數據流為雙相標誌碼編碼，另外時鐘信息也內嵌進了AES/EBU信號流中。

　　AES/EBU通過基於單根絞合線對來傳輸數字音頻數據，使用串行位傳輸協議，無須均衡即可在長達100 m的距離上傳輸數據。它提供兩個信道的音頻數據(最高24比特量化) ，信道是自動計時和自同步的。

　　它也提供了傳輸控制的方法和狀態信息的表示( chan2nel status bit)和一些誤碼的檢測能力，它的時鐘信息是由傳輸端控制，來自AES/EBU的位流。

　　AES/EBU的普通物理連接媒質有: ( 1)平衡或差分連接，使用XLR (卡儂)連接器的三芯話筒屏蔽電纜，參數為阻抗110Ω，電平範圍0. 2 ～5 Vpp，抖動為±20 ns。(2)單端非平衡連接，使用RCA插頭的音頻同軸電纜。(3)光學連接，使用光纖連接器。

　　AES/EBU自1992年修訂以來，該標準已經在錄音製作、數字影院和廣播電視行業廣泛應用，成為最常見的數字音頻格式，相關設備、接口、線纜、配件等應有盡有，而且價格低廉。

　　3　系統電路設計

　　3. 1　系統的總體方案

　　整個數字音頻傳輸系統分為發送端、接收端和傳輸介質(電纜) 3個部分，如圖1所示。傳輸介質主要有雙絞屏蔽線電纜、同軸電纜、光纖和無線傳輸(如PDH或SDH數字微波) ，根據具體場合及傳輸距離來選用。

　　

　　圖1　數字音頻傳輸系統原理框圖。

　　發送端主要是完成對信號的接入、A /D 轉換、格式編碼、時鐘產生等工作。為了增加信號的動態範圍，同時防止A /D轉換中出現混疊失真，在模擬輸入通道中應設置信號調理電路和抗混疊濾波器。

　　接收端主要是完成對AES/EBU 格式數據的接收、解碼，恢復出主時鐘信號、同步信號，再對音頻數據進行D /A轉換等工作。

　　3. 2　發送端電路設計

　　根據前節所述的系統方案，我們選用Cirrus Logic公司的CS5381和CS8406分別完成模擬信號的A /D轉換和AES/EBU格式編碼發送，電路原理如圖2 所示。

　　

　　圖2　發送端原理圖。