AES3

AES3 — это стандарт обмена цифровыми аудиосигналами между профессиональными аудиоустройствами . Сигнал AES3 может передавать два канала цифрового звука с импульсно-кодовой модуляцией по нескольким средам передачи, включая симметричные линии , несимметричные линии и оптоволокно .

AES3 был разработан совместно Обществом аудиоинженеров (AES) и Европейским вещательным союзом (EBU), поэтому также известен как AES/EBU . Стандарт был впервые опубликован в 1985 году и пересматривался в 1992 и 2003 годах. AES3 был включен в Международной электротехнической комиссии стандарт IEC 60958 и доступен в варианте потребительского уровня, известном как S/PDIF .

История и развитие

Разработка стандартов цифрового аудиосоединения как для профессионального, так и для бытового аудиооборудования началась в конце 1970-х годов. в результате совместных усилий Общества аудиоинженеров и Европейского вещательного союза, кульминацией которых стала публикация AES3 в 1985 году. Стандарт AES3 был пересмотрен в 1992 и 2003 годах и опубликован в версиях AES и EBU. Вначале стандарт часто назывался AES/EBU.

Варианты, использующие другие физические соединения, указаны в IEC 60958. По сути, это потребительские версии AES3 для использования в домашней среде с высокой точностью воспроизведения с использованием разъемов, которые чаще встречаются на потребительском рынке. Эти варианты широко известны как S/PDIF.

Сопутствующие стандарты и документы

МЭК 60958

IEC 60958 (ранее IEC 958) — Международной электротехнической комиссии на стандарт цифровые аудиоинтерфейсы . Он воспроизводит профессиональный стандарт цифрового аудиосоединения AES3 и его потребительскую версию S/PDIF .

Стандарт состоит из нескольких частей:

• МЭК 60958-1: Общие сведения
• МЭК 60958-2: Режим доставки информации о программном обеспечении
• МЭК 60958-3: Потребительские приложения.
• МЭК 60958-4: Профессиональные приложения.
• МЭК 60958-5: Расширение потребительских приложений

AES-2id

AES-2id — это информационный документ AES, опубликованный Обществом аудиоинженеров. для цифровой аудиотехники — Рекомендации по использованию интерфейса AES3. В этом документе представлены рекомендации по использованию AES3, Рекомендуемой практики AES для цифровой аудиотехники, формата последовательной передачи для двухканальных линейно представленных цифровых аудиоданных. В этом документе также содержится описание родственных стандартов, используемых вместе с AES3, таких как AES11 . Полную информацию об AES-2id можно изучить в разделе стандартов на Общества аудиоинженеров . веб-сайте загрузив копии документа AES-2id в виде PDF-файла.

Аппаратные соединения

Стандарт AES3 соответствует части 4 международного стандарта IEC 60958. Из типов физических соединений, определенных в IEC 60958, широко используются два.

МЭК 60958 тип I

Разъемы XLR, используемые для соединений IEC 60958 типа I.

Для соединений типа I используется симметричная трехпроводная витая пара сопротивлением 110 Ом с разъемами XLR . Соединения типа I чаще всего используются в профессиональных установках и считаются стандартным разъемом для AES3. Аппаратный интерфейс обычно реализуется с использованием линейных драйверов и приемников RS-422 .

Концы разъема типа I

	Конец кабеля	Конец устройства
Вход	XLR-штекер	гнездо XLR
Выход	XLR-разъем типа «мама»	XLR штекерный разъем

МЭК 60958 тип II

IEC 60958 Type II определяет несбалансированный электрический или оптический интерфейс для приложений бытовой электроники . Предшественником спецификации IEC 60958 Type II был цифровой интерфейс Sony/Philips или S/PDIF . Оба были основаны на оригинальной работе AES/EBU. S/PDIF и AES3 взаимозаменяемы на уровне протокола, но на физическом уровне они определяют разные уровни электрической сигнализации и импедансы , что может быть существенным в некоторых приложениях.

Разъем BNC

Разъем BNC, используемый для соединений AES-3id.

Сигналы AES/EBU также можно передавать с помощью несимметричных разъемов BNC с помощью коаксиального кабеля сопротивлением 75 Ом. Несбалансированная версия имеет очень большую дальность передачи по сравнению с максимальной длиной 150 метров для балансной версии. Стандарт AES-3id определяет разъемом BNC электрический вариант AES3 с на 75 Ом. При этом используются те же кабели, коммутационные соединения и инфраструктура, что и при аналоговом или цифровом видео, и поэтому это широко распространено в индустрии вещания.

Протокол

Простое представление протокола как для AES3, так и для S/PDIF.

Протокол низкого уровня для передачи данных в AES3 и S/PDIF во многом идентичен, и последующее обсуждение применимо к S/PDIF, если не указано иное.

AES3 был разработан в первую очередь для поддержки стереофонического формате PCM звука в либо в формате DAT с частотой 48 кГц, либо в формате CD с частотой 44,1 кГц. Не было предпринято никаких попыток использовать оператора связи, способного поддерживать оба тарифа; вместо этого AES3 позволяет обрабатывать данные на любой скорости и кодировать тактовый сигнал и данные вместе с использованием кода двухфазной метки (BMC).

Каждый бит занимает один временной интервал . Каждый аудиосэмпл (до 24 бит) объединяется с четырьмя битами флага и преамбулой синхронизации длиной в четыре временных интервала, образуя подкадр из 32 временных интервалов. 32 временных интервала каждого подкадра распределяются следующим образом:

Подкадр AES3

Временной интервал	Имя	Описание
0–3	Преамбула	Преамбула синхронизации (нарушение кода двухфазной метки) для аудиоблоков, кадров и подкадров.
4–7	Вспомогательный образец (по желанию)	Вспомогательный канал низкого качества, используемый, как указано в слове состояния канала, особенно для обратной связи с продюсером или звукозаписи связи между студией .
8–27 или 4–27	Аудио образец	Одна выборка сохраняется со старшим битом (MSB) последней. Если используется вспомогательная выборка, биты 4–7 не включаются. Данные с меньшей битовой глубиной выборки всегда имеют старший разряд в бите 27 и расширяются до нуля в сторону младшего бита (LSB).
28	Validity (V)	Не установлено, если аудиоданные верны и подходят для цифро-аналогового преобразования. При наличии дефектных образцов приемному оборудованию может быть дано указание отключить звук на выходе. Он используется большинством проигрывателей компакт-дисков для обозначения того, что происходит сокрытие, а не исправление ошибок.
29	Данные пользователя (U)	Формирует поток последовательных данных для каждого канала (по 1 биту на кадр) в формате, указанном в слове состояния канала.
30	Статус канала (С)	Биты каждого кадра аудиоблока сопоставляются, образуя 192-битное слово состояния канала. ли AES3 или S/PDIF Его структура зависит от того, используется .
31	Паритет (П)	Бит четности для обнаружения ошибок при передаче данных. Исключает преамбулу; Биты 4–31 имеют четное количество единиц.

Два подкадра (A и B, обычно используемые для левого и правого аудиоканалов) составляют кадр . Кадры содержат 64-битные периоды и создаются один раз за период выборки звука. На самом высоком уровне каждые 192 последовательных кадра группируются в аудиоблок . Хотя семплы повторяются каждый раз в кадре, метаданные передаются только один раз для каждого аудиоблока. При частоте дискретизации 48 кГц имеется 250 аудиоблоков в секунду и 3 072 000 временных интервалов в секунду, поддерживаемые двухфазным тактовым сигналом 6,144 МГц.

Преамбула синхронизации

Преамбула синхронизации представляет собой специально закодированную преамбулу , которая идентифицирует подкадр и его положение в аудиоблоке. Преамбулы не являются обычными битами данных, закодированными в BMC, хотя они по-прежнему имеют нулевое смещение постоянного тока .

Возможны три преамбулы:

• X (или M): 11100010 ₂ , если предыдущий временной интервал был 0 , 00011101 _2, если он был 1 . (Эквивалентно кодировке 10010011 ₂ NRZI .) Отмечает слово для канала A (слева), отличное от начала аудиоблока.
• Y (или W): 11100100 ₂ , если предыдущий временной интервал был 0 , 00011011 _2, если он был 1 . (Эквивалентно кодировке 10010110 ₂ NRZI .) Отмечает слово для канала B (справа).
• Z (или B): 11101000 ₂ , если предыдущий временной интервал был 0 , 00010111 _2, если он был 1 . (Эквивалентно кодировке 10011100 ₂ NRZI .) Отмечает слово для канала A (слева) в начале аудиоблока.

Три преамбулы в стандарте AES3 называются X, Y, Z; и M, W, B в IEC 958 (расширение AES).

8-битные преамбулы передаются во время, отведенное первым четырем временным интервалам каждого подкадра (временные интервалы от 0 до 3). Любой из трех отмечает начало подкадра. X или Z отмечает начало кадра, а Z отмечает начало аудиоблока.

 | 0 | 1 | 2 | 3 |  | 0 | 1 | 2 | 3 | Time slots
  _____       _            _____   _
 /     \_____/ \_/  \_____/     \_/ \ Preamble X
  _____     _              ___   ___
 /     \___/ \___/  \_____/   \_/   \ Preamble Y
  _____   _                _   _____
 /     \_/ \_____/  \_____/ \_/     \ Preamble Z
  ___     ___            ___     ___ 
 /   \___/   \___/  \___/   \___/   \ All 0 bits BMC encoded
  _   _   _   _        _   _   _   _
 / \_/ \_/ \_/ \_/  \_/ \_/ \_/ \_/ \ All 1 bits BMC encoded
 
 | 0 | 1 | 2 | 3 |  | 0 | 1 | 2 | 3 | Time slots

В двухканальном AES3 преамбулы образуют шаблон ZYXYXYXY..., но эту структуру легко расширить на дополнительные каналы (больше подкадров на кадр), каждый с преамбулой Y, как это делается в протоколе MADI .

Слово состояния канала

В каждом подкадре имеется один бит состояния канала, всего 192 бита или 24 байта для каждого канала в каждом блоке. В стандартах AES3 и S/PDIF содержимое 192-битного слова состояния канала существенно различается, хотя они согласны с тем, что первый бит состояния канала различает эти два слова. В случае AES3 стандарт подробно описывает функцию каждого бита.

• Байт 0: основные управляющие данные: частота дискретизации, сжатие, выделение.
  • бит 0: значение 1 указывает, что это данные о состоянии канала AES3. 0 указывает, что это данные S/PDIF.
  • бит 1: значение 0 указывает, что это линейные аудиоданные PCM. Значение 1 указывает на другие данные (обычно не аудио).
  • биты 2–4: указывают тип предыскажения сигнала , применяемого к данным. Обычно устанавливается на 100 ₂ (нет).
  • бит 5: значение 0 указывает, что источник привязан к некоторой (неуказанной) внешней синхронизации времени. Значение 1 указывает на разблокированный источник.
  • биты 6–7: частота дискретизации. Эти биты избыточны при передаче звука в реальном времени (приемник может напрямую наблюдать за частотой дискретизации), но полезны, если данные AES3 записываются или сохраняются иным образом. Параметры не указаны: 48 кГц (по умолчанию), 44,1 кГц и 32 кГц. Дополнительные параметры частоты дискретизации могут быть указаны в поле расширенной частоты дискретизации (см. ниже).
• Байт 1: указывает, является ли аудиопоток стерео, моно или какой-либо другой комбинацией.
  • биты 0–3: указывают взаимосвязь двух каналов; это могут быть несвязанные аудиоданные, стереопара, дублированные моноданные, музыка и голосовые комментарии, стереосумма/разностный код.
  • биты 4–7: используются для указания формата слова пользовательского канала.
• Байт 2: длина аудио слова.
  • биты 0–2: использование дополнительных битов. Это указывает, как используются вспомогательные биты (временные интервалы 4–7). Обычно устанавливается на 000 ₂ (не используется) или 001 ₂ (используется для 24-битных аудиоданных).
  • биты 3–5: длина слова. Указывает размер выборки относительно максимума в 20 или 24 бита. Можно указать 0, 1, 2 или 4 недостающих бита. Неиспользуемые биты заполняются нулями, но функции обработки звука, такие как микширование, обычно заполняют их действительными данными без изменения эффективной длины слова.
  • биты 6–7: не используются
• Байт 3: используется только для многоканальных приложений.
• Байт 4: дополнительная информация о частоте дискретизации.
  • Биты 0–1: указывают уровень эталонной частоты дискретизации согласно AES11.
  • бит 2: Зарезервировано
  • биты 3–6: расширенная частота дискретизации. Это указывает на другие частоты дискретизации, не представленные в байте 0, битах 6–7. Значения присвоены 24, 96 и 192 кГц, а также 22,05, 88,2 и 176,4 кГц.
  • бит 7: Флаг масштабирования частоты дискретизации. Если установлено, это означает, что частота дискретизации умножается на 1/1,001, чтобы соответствовать NTSC . частоте кадров видео
• Байт 5: зарезервирован
• Байты 6–9: четыре ASCII символа для указания происхождения канала. Широко используется в больших студиях.
• Байты 10–13: четыре символа ASCII, обозначающие назначение канала, для управления автоматическими переключателями. Реже используется.
• Байты 14–17: 32-битный адрес выборки, увеличивающийся от блока к блоку на 192 (поскольку в каждом блоке содержится 192 кадра). На частоте 48 кГц это происходит примерно каждый день.
• Байты 18–21: 32-битное смещение адреса выборки для обозначения выборок с полуночи.
• Байт 22: Индикация надежности слова состояния канала.
  • биты 0–3: зарезервированы
  • бит 4: если установлен, байты 0–5 (формат сигнала) являются ненадежными.
  • бит 5: если установлен, байты 6–13 (метки каналов) являются ненадежными.
  • бит 6: если установлен, байты 14–17 (адрес выборки) ненадежны.
  • бит 7: если установлен, байты 18–21 (метка времени) являются ненадежными.
• Байт 23: CRC . Этот байт используется для обнаружения повреждения слова состояния канала, которое может быть вызвано переключением среднего блока.

Встроенный тайм-код

Данные тайм-кода SMPTE могут быть встроены в сигналы AES3. Его можно использовать для синхронизации , а также для регистрации и идентификации аудиоконтента. Оно встроено в виде 32-битного двоичного слова в байты с 18 по 21 данных о состоянии канала.

Стандарт AES11 предоставляет информацию о синхронизации цифровых аудиоструктур.

Стандарт AES52 описывает, как вставлять уникальные идентификаторы в битовый поток AES3.

СМПТЭ 2110

SMPTE 2110-31 определяет, как инкапсулировать поток данных AES3 в пакеты транспортного протокола реального времени для передачи по IP-сети с использованием инфраструктуры многоадресной рассылки на основе IP SMPTE 2110.

СМПТЭ 302М

SMPTE 302M -2007 определяет, как инкапсулировать поток данных AES3 в транспортный поток MPEG для телевизионных приложений.

Другие форматы

Цифровой аудиоформат AES3 также может передаваться по сети с асинхронным режимом передачи . Стандартом упаковки кадров AES3 в ячейки ATM является AES47 .

См. также

• ADAT Lightpipe – многоканальный оптический цифровой аудиоинтерфейс

Дальнейшее чтение

• Уоткинсон, Джон (2001). Искусство цифрового аудио, третье издание . Фокальная пресса. ISBN  0-240-51587-0 .
• Уоткинсон, Джон (август 1989 г.). «Цифровой аудиоинтерфейс AES/EBU» . Конференция в Великобритании: Интерфейс AES/EBU . ЭБУ-02.

Внешние ссылки

• Страница загрузки стандарта AES3
• Европейский вещательный союз, Спецификация цифрового аудиоинтерфейса (Интерфейс AES/EBU) Tech 3250-E, третье издание (2004 г.)
• Эммет, Джон (1995). «Инженерные рекомендации: цифровой аудиоинтерфейс EBU/AES» (PDF) . ЭБУ .
• Марк Йонг (июнь – июль 2005 г.). «Еще раз о статусе канала AES3» (PDF) . Состав (101): 20–22. Архивировано из оригинала (PDF) 1 мая 2015 г. Проверено 1 сентября 2013 г.
• «Настройки байта состояния канала AES3/AES-EBU» . Архивировано из оригинала 22 февраля 2012 г. Проверено 24 марта 2009 г.
• IEC – Историческая коллекция , IHS