S/PDIF — цифровой аудиоинтерфейс¶

S/PDIF (Sony/Philips Digital Interface Format) — стандарт передачи цифрового аудиосигнала, разработанный компаниями Sony и Philips в 1980-х годах. Интерфейс позволяет передавать несжатый цифровой звук между аудиоустройствами — проигрывателями, усилителями, звуковыми картами, телевизорами и ресиверами — по одному кабелю без потери качества. S/PDIF является потребительской версией профессионального стандарта AES/EBU (AES3) и отличается от него прежде всего типом разъёма и физическим уровнем сигнала.

¶История и происхождение

Стандарт был создан в конце 1980-х годов на основе спецификации IEC 60958. Основная задача заключалась в обеспечении совместимости между устройствами разных производителей: до появления единого интерфейса цифровые аудиосистемы использовали проприетарные протоколы связи. Sony и Philips разработали формат для использования в компакт-дисках, а затем он распространился на другую бытовую и полупрофессиональную аудиотехнику.

¶Физические варианты исполнения

S/PDIF реализуется в двух физических форматах, которые используют один и тот же протокол передачи данных, но отличаются типом кабеля и разъёма:

Коаксиальный вариант считается предпочтительнее в профессиональных системах: он поддерживает большую длину кабеля (до 10 м) и, по утверждению ряда производителей, обеспечивает более точную передачу тактовых сигналов. Оптический кабель, в свою очередь, полностью исключает электрические помехи и петли заземления, что полезно при подключении телевизоров и компьютеров.

¶Характеристики сигнала

S/PDIF передаёт несжатый цифровой аудиосигнал в формате, известном как «цифровая подложка» (digital subframe). Каждый подкадр содержит 32 бита, из которых 24 отведены под аудиоданные (обычно используется 16 или 24-битное разрешение), а остальные — служебную информацию: флаги защиты от копирования, индекс канала, валидность данных и служебные биты.

Поддерживаемые частоты дискретизации: 32 кГц, 44,1 кГц, 48 кГц, 88,2 кГц, 96 кГц, 176,4 кГц и 192 кГц. Максимальное разрешение — 24 бита. Каналов передаётся два — левый и правый (стереопара). Передача многоканального звука (5.1, 7.1) по стандартному S/PDIF возможна только в сжатом виде, например в форматах Dolby Digital (AC-3) или DTS.

¶Протокол и кодирование

Для передачи по физической линии используется кодирование биполярным манчестерским кодом, при котором каждый бит содержит переход уровня. Это позволяет приёмнику восстановить тактовую частоту из самого сигнала без отдельной линии синхронизации. Скорость передачи данных зависит от частоты дискретизации: при 48 кГц и 24-битном разрешении она составляет около 3,072 Мбит/с.

В протоколе заложена система защиты от копирования SCMS (Serial Copy Management System), которая разрешает цифровое копирование, но запрещает создание цифровых копий копий. SCMS использует три флага: «копирование разрешено», «копирование запрещено» и «копирование запрещено окончательно». Многие современные устройства игнорируют эти флаги или позволяют отключать их.

¶Применение

S/PDIF остаётся одним из наиболее распространённых цифровых аудиоразъёмов. Он присутствует на звуковых картах компьютеров, AV-ресиверах, телевизорах, DVD- и Blu-ray-проигрывателях, музыкальных центрах, профессиональных аудиоинтерфейсах и цифровых микшерных пультах. В компьютерных системах S/PDIF часто реализуется через внутренний разъём на материнской плате (2-пиновый заголовок) или через внешний оптический/коаксиальный порт на задней панели звуковой карты.

¶Ограничения

К основным ограничениям S/PDIF относятся: передача максимум двух несжатых каналов, поддержка разрешения до 24 бит и частоты дискретизации до 192 кГц, а также отсутствие обратного канала для управления устройством. Для многоканального несжатого звука и более высоких разрешений (например, 32-бит/768 кГц или DSD) используются другие интерфейсы — HDMI, AES/EBU, ADAT, MADI и USB-аудио.

¶Источники

• IEC 60958 — Digital audio interface
• AES3-2009 — AES standard for audio applications of serial, two-channel digital interface data transmission
• Philips Semiconductor — S/PDIF transmitter/receiver application notes
• Р. Бримков, «Цифровая звукозапись: технологии и стандарты»