高性能數字音頻傳輸系統的設計與實(shí)現

1 引言

　　隨著(zhù)電子技術(shù)和數字化技術(shù)的飛速發(fā)展，數字音頻已經(jīng)在廣播電視的錄制、播出、傳輸等各個(gè)應用領(lǐng)域得到了廣泛的應用。在很多場(chǎng)合，模擬音頻已經(jīng)無(wú)法適應整個(gè)擴聲系統最基本的要求。大型體育場(chǎng)擴聲系統設計中極為關(guān)鍵的問(wèn)題是如何解決微弱的音頻信號的遠距離優(yōu)質(zhì)傳輸。對于大型場(chǎng)館，需要傳送的距離通常達到幾百米遠。采用傳統的模擬傳輸方式，難以解決信號損耗和電磁干擾及接地干擾等難題。數字音頻的各種性能遠遠優(yōu)于模擬模式，因此廣播電視設備的數字化已經(jīng)成了必然的趨勢。采用數字信號進(jìn)行傳輸和處理的優(yōu)點(diǎn)是數字信號對干擾不敏感，整個(gè)系統的信噪比及失真與傳輸距離無(wú)關(guān)，對于長(cháng)距離傳輸，其優(yōu)良的性能指標是模擬傳輸所無(wú)法比擬的。

　　目前無(wú)論電臺還是電視臺的演播室都在朝著(zhù)數字化方向發(fā)展，作為數字化電視制作的主要功能手段，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制作領(lǐng)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(jìn)口設備，且價(jià)格昂貴。本文研究設計的正是應用于這一領(lǐng)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(zhuān)業(yè)數字音頻領(lǐng)域中主要使用AES/EBU接口標準。

　　AES/EBU的全稱(chēng)是Audio Engineering Society/Eu2ropean B roadcast Union (錄音師協(xié)會(huì )/歐洲廣播系統聯(lián)盟) ，現已成為專(zhuān)業(yè)數字音頻較為流行的標準，大量民用產(chǎn)品和專(zhuān)業(yè)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(kāi)發(fā)的一個(gè)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(xié)議，規定音頻數據必須以2的補碼進(jìn)行編碼。傳輸介質(zhì)是電纜，允許高帶寬容量和由A /D轉換器產(chǎn)生的并行數據字節的串行傳輸。在串行傳輸16～20 bit的并行字節時(shí)先傳輸最低有效位，必須加入字節時(shí)鐘標志以表明每個(gè)樣值的開(kāi)始，最后的數據流為雙相標志碼編碼，另外時(shí)鐘信息也內嵌進(jìn)了AES/EBU信號流中。

　　AES/EBU通過(guò)基于單根絞合線(xiàn)對來(lái)傳輸數字音頻數據，使用串行位傳輸協(xié)議，無(wú)須均衡即可在長(cháng)達100 m的距離上傳輸數據。它提供兩個(gè)信道的音頻數據(最高24比特量化) ，信道是自動(dòng)計時(shí)和自同步的。

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

　　AES/EBU的普通物理連接媒質(zhì)有: ( 1)平衡或差分連接，使用XLR (卡儂)連接器的三芯話(huà)筒屏蔽電纜，參數為阻抗110Ω，電平范圍0. 2 ～5 Vpp，抖動(dòng)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(xué)連接，使用光纖連接器。

　　AES/EBU自1992年修訂以來(lái)，該標準已經(jīng)在錄音制作、數字影院和廣播電視行業(yè)廣泛應用，成為最常見(jiàn)的數字音頻格式，相關(guān)設備、接口、線(xiàn)纜、配件等應有盡有，而且價(jià)格低廉。

3 系統電路設計

　　3. 1　系統的總體方案

　　整個(gè)數字音頻傳輸系統分為發(fā)送端、接收端和傳輸介質(zhì)(電纜) 3個(gè)部分，如圖1所示。傳輸介質(zhì)主要有雙絞屏蔽線(xiàn)電纜、同軸電纜、光纖和無(wú)線(xiàn)傳輸(如PDH或SDH數字微波) ，根據具體場(chǎng)合及傳輸距離來(lái)選用。

圖1　數字音頻傳輸系統原理框圖。

　　發(fā)送端主要是完成對信號的接入、A /D 轉換、格式編碼、時(shí)鐘產(chǎn)生等工作。為了增加信號的動(dòng)態(tài)范圍，同時(shí)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(shí)鐘信號、同步信號，再對音頻數據進(jìn)行D /A轉換等工作。

　　3. 2　發(fā)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(fā)送，電路原理如圖2 所示。

圖2發(fā)送端原理圖。