高性能數字音頻傳輸系統的設計與實(shí)現

　　CS5381是CirrusLogic公司推出120 dB、192 kHz高性能24 bit立體聲模數轉換芯片。CS5381可工作在主、從兩種模式下。模式選擇可通過(guò)管腳2 (M /S)來(lái)進(jìn)行，本設計工作在主模式。CS5381采樣率可以通過(guò)MD IV、M0和M1這3個(gè)管腳邏輯電平控制，主時(shí)鐘選擇可以根據所選的采樣頻率和MD IV引腳作選擇。本設計中選擇的是48 kHz單倍速采樣率，采用12. 288MHz有源晶振做時(shí)鐘源。CS5381轉換結果是24位補碼形式串行數據，且左右通道交替輸出，可用LRCK高低電平來(lái)進(jìn)行區分。輸出數據有兩種格式即左對齊和I2S格式，本設計采用I2S格式。

　　數字音頻的格式編碼與發(fā)送由Cirrus Logic公司的數字音頻發(fā)射器CS8406完成。CS8406可支持192kHz采樣率，并滿(mǎn)足下一代音頻格式，可接收和編碼音頻和數字數據，再經(jīng)過(guò)多路復用和編碼后，將其傳送至電纜/光纖接口處。

　　器件的工作模式選為硬件模式(H /S = 1) ，輸入數據格式為I2S ( SFMT1 = 0， SFMT0 = 1 ) ，主時(shí)鐘頻率OMCK選為256 ×FS (HWCK1 = 1， HWCK0 = 1) 。IL2RCK、ISCLK、SD IN是來(lái)自CS5381的左右時(shí)鐘信號、串行時(shí)鐘信號和音頻數據; TXN、TXP是串行數據輸出端，通過(guò)這兩個(gè)引腳發(fā)送出編碼好了的AES/EBU 格式數據。

3. 3　接收端電路設計

　　接收端電路我們選用與CS8406對應的數字音頻接收電路CS8416完成AES/EBU 格式音頻數據的接收和解碼，采用CS4397完成數字音頻信號至模擬信號的轉換，電路原理如圖3所示。

圖3接收端原理圖。

　　CS8416是業(yè)界領(lǐng)先的192 kHz數字音頻接收器，具有200 p s的極低抖動(dòng)性能。CS8416接收和解碼數字音頻數據的采樣頻率高達192 kHz，并采用一個(gè)極低的抖動(dòng)時(shí)鐘恢復裝置，從進(jìn)入的音頻流中產(chǎn)生一個(gè)清晰的恢復時(shí)鐘。一個(gè)8∶2輸入多路器允許多達8個(gè)數字音頻輸入源，多路器的第二輸出提供一個(gè)SPD IF直通特性，增添了系統靈活性。CS8416集成了壓縮音頻輸入流的自動(dòng)檢測和CD - Q子碼解碼功能，并允許信號可選擇通往3個(gè)通用輸出(GPO)引腳。

　　工作在軟件模式下，在CS8416中可以同時(shí)接入8路數字音頻信號，當SDOUT對地接47 kΩ 電阻時(shí)，器件工作在硬件模式下，此時(shí)RXP4、RXP5、RXP6、RXP7將工作在第二功能下，用它們來(lái)設置所選定RXP0、RXP1、RXP2、RXP3做為接收引腳。在本設計中接收端只有一路合成的左右聲道數字音頻信號，所以我們選擇RXP0和RXN做為接收引腳(相應的設置RXP4= 0 RXP5 = 0) ，其他不用的接收引腳懸空; AD0是信號接收確認引腳，它連接一個(gè)發(fā)光二極管，當沒(méi)有接收到信號時(shí)，發(fā)光二極管亮，接收到信號時(shí)，發(fā)光二極管滅。OLRCK、OSCLK、SDOUT是在AES/EBU數據中提取出來(lái)的左右時(shí)鐘信號、串行時(shí)鐘信號和音頻數據。

　　AUD IO是非音頻數據流指示引腳，也是輸入數據格式選擇位SFSEL1; C (19腳)是通道狀態(tài)指示位，也是輸入數據格式選擇位SFSEL0。這兩個(gè)引腳通過(guò)47kΩ電阻接地或接高電平可以決定輸出數據的格式。圖3中接法選擇的是I2S 24 bit數據格式。U為用戶(hù)數據位，通過(guò)47 kΩ 電阻接地，選擇恢復主時(shí)鐘頻率MRCK為256 ×FS。

　　CS4397是Cirrus Logic公司推出一種完善的高品質(zhì)24位48 /96 /192千赫立體聲數字至模擬轉換芯片。

　　圖中CS4397的LRCK、SCLK、SDATA分別是左右時(shí)鐘信號、串行時(shí)鐘信號和音頻數據引腳，直接與數字音頻接收電路CS8416相應引腳相接，用于接收解碼后的數字音頻信號。C /H引腳接低電平是器件工作在硬件模式。M4～M0引腳用于設置采樣頻率及輸入數據格式，圖中接法選擇48 kHz單速度采樣頻率和I2S24bit數據格式輸入。A INL +、A INL - 、A INR +、A INR- 分別是D /A轉換后的左右聲道同相信號和反相信號的輸出端，連接到由NE5532組成的低通濾波電路，濾除20 kHz以上的高頻分量。

　　3. 4　傳輸介質(zhì)

　　如前所述，傳輸數字音頻信號主要有以下4種方式:雙絞屏蔽線(xiàn)電纜傳輸、同軸電纜傳輸、光纖傳輸以及無(wú)線(xiàn)傳輸。前3種方式是AES/EBU建議的標準傳輸方式，無(wú)線(xiàn)傳輸可以使用調頻或專(zhuān)用的數字微波信道，如使用PDH數字微波E1接口。但由于E1接口和AES/EBU標準的傳送速率不一致，需要對AES/EBU數字音頻信號進(jìn)行碼速調整，使之適合于E1接口。

　　目前數字音頻傳輸還有一種新的方式，利用音頻嵌入技術(shù)通過(guò)電視信道傳送，也就是將數字音頻信號插人到視頻信號的行、場(chǎng)同步脈沖(行、場(chǎng)消隱)期間與數字分量視頻信號同時(shí)傳輸。音頻嵌入技術(shù)可以使以往必須分開(kāi)傳送的音頻和視頻信號合并到一個(gè)視頻通道中傳輸，從而大大簡(jiǎn)化演播室中音視頻互聯(lián)所需放大、切換處理設備，并可實(shí)現音頻和視頻的同步傳輸與播放，這也是數字音頻在數字電視領(lǐng)域的一種重要應用。

4 系統測試與結論

　　圖4是數字音頻發(fā)送器與接收器實(shí)物圖。發(fā)送端與接收端采用同軸電纜相連，使用惠普HP8903B音頻測試儀對整個(gè)傳輸系統進(jìn)行測試，測得主要技術(shù)指標如下:

圖4　數字音頻發(fā)送器與接收器電路實(shí)物圖。

　　(1) 頻率響應: 20～20 kHz內不平坦度 ±0. 1 dB。

　　(2) 信噪比:全頻域范圍內>90 dB， 1 kHz時(shí)>94 dB。

　　(3) 失真度: 0. 1%。

　　(4) 動(dòng)態(tài)范圍: >90 dB。

　　目前，該數字音頻傳輸系統已經(jīng)在某廣播電臺使用，通過(guò)E1接口接入PDH數字微波，替代原有的模擬音頻系統，性能穩定，效果顯著(zhù)。該數字音頻傳輸系統在市、縣一級廣播電視播出傳輸設備及相關(guān)的擴聲系統數字化改造中必將得到進(jìn)一步廣泛的應用。