原创 SPDIF

概述 

      SPDIF严格的写法是S/PDIF，是“SONY/PHILIPS Digital Interface Format”的缩写，它是由SONY与PHILIPS公司在上世纪80年代制订的一种数字音频信号传输标准，可以传输LPCM流和Dolby Digital、DTS这类数字音频信号。其标准的输出电平是0.5Vpp（发送器负载75Ω），输入和输出阻抗为75Ω（0.7-3MHz频宽）。

就传输方式而言，SPDIF分为输出（SPDIF OUT）和输入（SPDIF IN）两种。目前大多数的声卡芯片都能够支持SPDIF OUT，但我们需要注意，并不是每一种产品都会提供数码接口。而支持SPDIF IN的声卡芯片则相对少一些，如：EMU10K1、YMF-744和FM801-AU、CMI8738等。SPDIF IN在声卡上的典型应用就是CD SPDIF，但也并不是每一种支持SPDIF IN的声卡都提供这个接口。

就传输载体而言，SPDIF又分为同轴（RCA和BNC）和光纤两种，其实他们可传输的信号是相同的，只不过是载体不同，接口和连线外观也有差异。但光信号传输是今后流行的趋势，其主要优势在于无需考虑接口电平及阻抗问题，接口灵活且抗干扰能力更强。我们常见的同轴线接口是RCA插头作同轴输出，但是用RCA作同轴输出是个错误的做法，正确的做法是用BNC作同轴输出。因为BNC头的阻抗是75Ω，刚好适合S/PDIF的格式标准，但由于历史的原因，在一般的家用机上大多用的是RCA作同轴输出。SPDIF最初应用于CD、数字TAPE播放器上的数字音频传送接口，后来逐渐应用到其它各类家用电子消费产品上。通过SPDIF接口传输数字声音信号已经成为了新一代家用数字音响电器普遍拥有的特点。

那么它存在的意义又是什么呢？我们都知道CD唱片上的声音信息是用数字“0”和“1”来表示的。以往CD-ROM在播放唱片的时候，数字格式的音乐首先要经过光驱内部的D/A处理。在转换成模拟信号后，经过我们时常使用的那种四针的模拟信号连线传输到声卡上，然后再进行一系列处理。问题的关键在于，不同的CD-ROM所采用的D/A芯片质量参差不齐，经过劣质D/A转换后输出的模拟信号存在很大失真。所以也就造成了不同型号的光驱在播放唱片时的效果有所差异，在CD解码质量上口碑比较好的当属SONY和CREATIVE的产品，一些杂牌光驱则惨不忍听。为了避免这种问题的发生，目前大多数光驱都在模拟信号输出插针的旁边加上了数字信号输出（Audio Digital）。通过这个两针的接口，唱片声音信号就可直接以数码方式传输到声卡上，将D/A转换交给音频处理芯片来完成。而前提则必须是声卡芯片可以完成相关的转换工作并支持SPDIF IN，能够接收数字信号。CD播放的信噪比就将随之大幅度提升。

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细节

SPDIF使用双相标记编码（Bi-phase Mark Coding;BMC）法，属调相（Phase-Modulation）式传输的一种，逻辑0以跨越一次准位0来表示，逻辑1以跨越两次准位0来表示。SPDIF仅用一条线路就可进行数字音源传输，同时传递音源信息与时钟信息。但因为它实行Bi-phase Mark双向标记的编码传输，由于传递距离的远近与噪声干扰等，送抵接收端并将数据与时钟恢复还原时，因时序的偏误以至相位振幅的取样偏差，容易造成时钟信号的微失真，此微失真也称之为Jitter（抖跳、时基误差）。这时已有偏差的数据和时钟再进行DAC转换，转换成模拟音频信号，虽然音频信号不致完全走样，但确实已非忠实呈现。为了解决这样的问题，高品质外置DAC的解决方式是在SPDIF接收端设置数据缓冲存储器（Buffer），待整体接收后再重新以接收端产生的精确时钟来处理数据，称为：Re-Clock（时基重整）。

     就传输介质而言，SPDIF从传输介质上来分为光纤和同轴两种，属不平衡传输方式。其实它们传输的信号是相同的，只不过是传输载体不同，接口和连接线外观也有差异。

     一种是光纤（Optical Digital Output）SPDIF输出，一般简称为光纤，也叫Toslink。它是在机器内部把SPDIF数字信号光纤发射模块转变为光信号，并通过光纤线送到外部数字设备的光信号输入口，后者再把光信号转变成电的信号去作进一步的处理。Toslink是日本东芝（TOSHIBA）公司较早开发并设定的技术标准，它是以Toshiba link命名的，在器材的后面背板光纤输出口旁边印有“OPTICAL”作标识，现在几乎所有的数字影音设备都具备这种格式的接口。

     另一种是同轴电缆（Coaxial Digital Output）SPDIF输出，常称为同轴输出。在器材的背板上的同轴座边印有“coaxial”作标识。同轴是最早的数字传输规格，标准阻抗为75Ω，输出电压峰-峰值0.5V。不过早期BNC头不普及，所以厂商以单端的RCA头代替。

    两种常见的家用SPDIF光纤、同轴输出接口连接器。

    光纤的完整名称叫做光导纤维，英文名是OPTIC FIBER，也有叫OPTICAL FIBFER的。光纤是以光脉冲的形式来传输信号，它是用纯石英玻璃或有机透明材料以特别的工艺拉成细丝，作为光的传输介质。它由纤维芯、包层和保护套组成。从理论上来说，光纤用来传输数字脉冲信号是最好的，它的信号衰减小、不受电磁波干扰，同时光纤不会辐射电磁波，一般说来传输频宽也较宽。是一个极好的数据传输的媒介。但是由于它需要光纤发射和接收端口，问题往往就是出在这里，光纤发射口和接收口的光电转换需要用光电二极管（或其它光电转换器件），由于光纤端面与光电二极管不可能做到非常紧密的对接（或称吻合、耦合），就存在光在媒介界面的反射和散逸，从而产生数字抖动（Jitter）类的失真，又因它有两个端口（发射口和接收口），所以这种失真还会是叠加的。再加上在光电转换过程中存在着光电二极管的非线性及响应等方面的失真，同时光纤本身的外径、同心圆的不均匀度、端面加工方式（有球型抛光与平面抛光二种方式，以前者为佳），都会对光脉冲信号传输产生影响。所以它在几种数字音频SPDIF传送线缆中性能是最差的。但是，光纤连接可以实现发送设备与接收设备间的电气隔离，阻止噪音通过地线传输，有利于降低设备间的电磁干扰。目前Toslink光纤被大量应用在普通的中低档CD、LD、MD、DVD机及组合音响上，甚至在某此笔记本型电脑也有。我们熟悉的XSAT410机背面的SPDIF也是这种。Toslink使用的光纤线，其接头分两种类型，一般家用的设备都是用标准的接头，标准光纤线及光纤线端头。而便携式的器材如便携式CD、MD、笔记本型电脑等的Toslink，则是用与3.5㎜耳机接头差不多大小的迷你光纤接头（Mini-Toslink）。由于光纤有上述的种种缺陷，因此使用这类光纤接口传输SPDIF，音质虽然较为透明，但数码味较浓，缺乏生气，听感显得缺乏一点韵味。

     光纤接头的形状具有插入的方向性，请注意光纤接头上卡榫和两侧切角必须与器材上的光纤插座方向吻合，方可插上，否则，接头有可能被卡在插座里难以拔出。如强行把接头拔出，将导致插头损坏而影响讯号传导的质量。

     同轴电缆是欧洲家电最喜欢用的，这可以从欧洲厂商生产的家用机上看的出来，凡是有数字输出的都有同轴输出。从技术指标看，数字同轴传输的时基误差非常小，比光纤的数字抖动小一个数量级。因此这一传输方式对音质有较好的表现。但是使用时请注意传输线材的阻抗匹配，数字同轴接口采用阻抗为75Ω的同轴电缆为传输媒介，其优点是阻抗恒定，传输频带较宽。使用75Ω特性阻抗的同轴电缆，可保证阻抗恒定，确保信号传输正确。优质的同轴电缆传输频宽可达几百兆赫，也就是说在传输的线材搭配上，应该是以适用于传输高频率数字讯号的75欧姆同轴线材作为标准，也就是一般常说的“数字线”。

     数字同轴线可用我们常用的卫星天线的高频馈线，两端装上RCA或BNC头自制。

   如果作用普通的AV RCA连接线代替专用的数字同轴线，作为SPDIF同轴传输线，当然也能工作，但是由于普通的AV RCA连接线的特征阻抗并不均匀，传输带宽不足，会使得听感稍微显的干涩

应用

　　S/PDIF往往被用来传输压缩过的音频讯号，它由 IEC 61937标准而定制。

　　它通常被用在支持杜比技术或DTS 环绕效果的家用DVD影院上。

　　另一种是由CD机传输原始音频讯号至音频接收端。

　　当然，部分支持Dolby 或DTS技术的家用电脑、笔记本也装载了S/PDIF。

　　a、SPDIF是传输通道

　　首先需要特别解释的是，大家不要以为使用SPDIF传输AC-3信号就是AC-3解码，目前民用声卡中还没有一款产品能够支持硬件等级的Dolby Digital解码，SPDIF在此时的功能主要是把数字AC-3信号从声卡传输到解码器。而那些六声道产品都是模拟5.1和软件解码的产物。

　　b、数字音箱与数字声卡的关系

　　其次大家可能对依靠同轴SPDIF OUT连接数字式音箱从而实现纯数字音频回放的具体原理不太清楚，接下来笔者为大家简要介绍一下。前面我们就提到过，声卡的数字模拟转换工作是交给CODEC芯片来完成的。但是我们的电脑机箱内依然存在着严重的电磁波，D/A、A/D转换仍然会受到比较严重的信号干扰。许多专业音频录音卡普遍采用将CODEC外置的做法，把数摸转换部分以及各类外部接口等单独做成一个外置盒，以提高音质。但是这样做的直接后果便是成本大幅度提高，在家用多媒体市场肯定是曲高和寡的。那到底有没有价廉物美的办法呢？一些音箱厂家就想出了把D/A转换工作从声卡上转移到音箱上的方案，数字式多媒体音箱也就应运而生了，CREATIVE的FPS2000 Digital、Sound Works 2.1Digital就属于这种类型。这种方案的基本原理就是声音信号不经过声卡CODEC芯片的转换处理，直接以PCM格式，使用声卡上的同轴SPDIF OUT，以纯数字方式传输到数字音箱中，通过音箱内置的D/A转换器解码，随后放大输出。这样干扰减小了，信噪比自然有所提高。然而目前主要不足之处在于，眼下部分数字音箱的D/A转换单元、放大器、扬声器素质不高，造成数字式传输的优势不能被完美的表现出来。