Цифровые аудиоинтерфейсы S/PDIF: что это такое, как работает и зачем нужно
Содержание
Содержание
Аудиозапись на компакт-дисках и сам компакт-диск в начале 80-х представили Philips и Sony. Они же разработали и запатентовали цифровой интерфейс для передачи данных: Sony-Philips Digital Interconnection Format — S/PDIF. В этом материале разбираемся, что это такое и зачем это нужно.
Первоначально S/PDIF был создан для передачи с компакт-диска двухканального звука в цифровом формате. Интерфейс разрабатывали как упрощенный вариант более продвинутого профессионального стандарта AES/EBU. Нужно было заменить массивные XLR-разъемы более привычными, бюджетными и понятными потребителю бытовыми коннекторами, и при этом дать возможность получать с компакт-диска «сырой» цифровой сигнал, без дополнительных преобразований.
Что и как передается по S/PDIF?
Чтобы гарантировать правильную передачу стереозвука с компакт-диска, достаточно было обеспечить скорость 150 Кбайт/с, но разработчики подстраховались и заложили запас по пропускной способности. S/PDIF может передавать не только несжатый стереосигнал с компакт-диска, но и многоканальный звук в формате 5.1 или 7.1 с использованием сжатия. А также некоторое количество дополнительной служебной информации вроде номера дорожки, флага о допустимости копирования, о наличии сжатия, о количестве каналов. Общий поток информации может теоретически достигать 1,536 Мбит/с. Всего-то полтора мегабита в секунду — по современным меркам это смешная цифра.
Еще забавнее изучить протокол изнутри: передача стереозвука была реализована импульсно-кодовой модуляцией PCM. Данные передавались пакетами по 32 бита в каждом, из которых 24 передавали данные, а 8 — служебную информацию. Если данных было меньше (некоторые компакты были записаны в 16 бит), то остаток пакета забивался нулями. Не очень рационально, зато эффективно — транслируемый сигнал тактировался через служебные биты, поэтому мог иметь самую разную частоту дискретизации. И хотя протокол аппаратно поддерживал только передачу стереопотока PCM с конкретными значениями частот дискретизации (32, 44.1 или 48 кГц), в него умудрились впихнуть многоканальность.
DVD-носители аудио и видео используют многоканальный звук формата 5.1 или 7.1, который вполне успешно сжимается по стандарту Dolby и DTS, и передается сквозь изначально стереофонический S/PDIF. Да настолько хорошо сжимается, что битность получается даже ниже, чем 16 бит. Недостающие биты опять же забиваются нулями.
Аппаратная реализация SPDIF-подключения
Наибольшую популярность SPDIF получил в форме электрического кабельного подключения через разъем RCA. Он же «тюльпанчик» или «колокольчик». Если дальность передачи не превышает полуметра, то для подключения можно использовать самый обычный и первый попавшийся кабель RCA-RCA —точно такой же, каким подключалось большинство видеомагнитофонов к телевизору. Но гораздо правильнее подключать SPDIF специальным кабелем с сопротивлением 75 Ом. Его часто называют коаксиальным, вероятно, чтобы подчеркнуть специализированное назначение.
На самом деле, все аудио-видео кабели RCA являются коаксиальными, то есть соосными. В них по центру идет сигнальный провод в изоляции, обернутый в экранный провод. Специальные кабели для подключения SPDIF, те самые на 75 Ом, устроены также. Телевизионный антенный или спутниковый кабель тоже коаксиальный. И разъемы все эти, по большому счету, тоже соосные. Но именно разъем SPDIF почему-то часто маркируют как «coaxial» или «coax».
Если дистанция передачи меньше полуметра, то SPDIF можно коммутировать хоть телефонной «лапшой» — будет работать. Да и в пределах 1.5-2 метров можно обойтись обычным, но качественным RCA-кабелем. А вот дальше потребуется тот самый волшебный коаксиальный кабель на 75 Ом.
Вторая популярная реализация SPDIF —подключение оптоволоконным кабелем и передача сигнала лазерным лучом. Выходы обычно маркируются как OpticalOut или TOSLINK—сокращение от ToshibaLink. Разъемы имеют квадратную форму и закрыты либо вставными заглушками, либо откидными шторками. В портативной электронике встречается модификация MiniTOSLINK в форм-факторе миниджека: в такой разъем можно подключать как обычные наушники, так и оптический кабель.
Кабель (волновод, если точнее) для оптического подключения SPDIF очень легко переломить. Поэтому их часто выпускают с дополнительной защитой, которая ограничивает изгиб, но увеличивает толщину кабеля. Прямой разницы в качестве и дальности передачи звука между толстым и тонким оптическим кабелем нет — первый просто лучше защищен от физического воздействия извне.
Еще бывает S/PDIF в формате Pin header — самая непопулярная реализация для «внутреннего» использования. Это штыревой разъем на материнских платах, аудиокартах, CD-приводах. Нужен для внутреннего подключения или вывода с материнской платы разъема RCA на заднюю панель компьютера. Дальность действия — сантиметров 30, не больше. Разъем обычно двухконтактный для коаксиального подключения и трехконтактный для комбинированного оптического. Лучше свериться с документацией и использовать любой подходящий кабель небольшой длины.
Какой SPDIF лучше: коаксиальный или оптический
Информация передается одинаковая, при любом типе подключения. С этой точки зрения нет никакой разницы, как именно передавать S/PDIF — по электрике или по оптике. Электрическое соединение доступнее: найти лишний кабель RCA-RCA в бытовых запасах обычно проще, чем оптоволокно. С другой стороны, оптическое подключение TOSLINK меньше подвержено помехам и электрическим наводкам, поэтому может использоваться совместно с кучей прочей электрики, например, в автомобиле.
Оптоволокно более хрупкое, при укладке резкими углами и поворотами уместнее проложить коаксиальный кабель. Сматывать и хранить оптоволокно нужно широкой петлей, без перегибов.
По дальности действия победителя тоже нет — максимальная дистанция передачи заявлена в 10 метров для обоих вариантов подключения, а «оверклокеров», которые бы решили побить этот рекорд, не очень много. Хотя на дистанции от пяти метров выигрывает оптика — лазерный луч, в отличие от электросигнала, не затухает.
Эпохи массового применения SPDIF
Первый пик популярности цифрового интерфейса многие пользователи могли и не заметить – это был специальный двухконтактный разъем на задней панели компьютерного CD-привода, через который он подключался к звуковой карте. Звук можно было выводить и через четырехконтактный аналоговый разъем, но в те времена цифро-аналоговый преобразователь в звуковой карте обычно был качественнее, чем в приводе.
Популярность первого пришествия интерфейса S/PDIF сошла на нет в ходе естественного развития компьютерной техники. Когда компьютеры стали достаточно быстры, чтобы обрабатывать цифровой поток аудио в реальном времени, необходимость в отдельном кабельном подключении исчезла — вся информация передавалась по штатному шлейфу IDE. Цифровой выход убрали с задней панели CD-приводов одновременно с кнопкой переключения дорожек, миниджеком и регулировкой громкости на лицевой панели дисковода. Это был конец 90-х.
Второй пик популярности пришелся на первые домашние кинотеатры с многоканальным звуком, еще до появления HDMI. Бытовые DVD-проигрыватели обычно предлагали два варианта вывода звука: либо стереозвук двумя «тюльпанами», либо многоканальный одним разъемом – оптическим или коаксиальным. Разумеется, для подключения был нужен AV-ресивер, который не только умел принимать многоканальный звук по S/PDIF, но и выступал в качестве усилителя. Он же был центром подключений всех источников видео и аудио.
Третий пик мы можем наблюдать сегодня, когда центральным устройством воспроизведения и ядром всей медиасистемы все чаще становится телевизор. Подключить в него можно что угодно, а вот звуковые способности тонкого корпуса невелики, да и для вывода звука предусмотрен только коаксиальный (реже оптический) S/P-DIF. И чтобы подключить к телевизору акустику помощнее, потребуется цифро-аналоговый преобразователь, который сделает из коаксиальной или оптической «цифры» парочку аналоговых «тюльпанов».
И в такой схеме, когда от телевизора до ЦАПа всего несколько сантиметров, нужен не специализированный коаксиальный кабель с точным сопротивлением, а самый обычный бытовой «тюльпан-тюльпан».
Будущее S/PDIF
Несмотря на долгую и непростую историю интерфейса, перспектив у него практически нет: с невысокой скоростью и дальностью передачи данных он вчистую проигрывает современным комбинированным способам передачи звука и видео, пропускная способность которых выражается в десятках гигабит в секунду — HDMI и DisplayPort.
Разъем SPDIF сегодня чаще используется для совместимости с предыдущими поколениями техники, чтобы подключать DVD-проигрыватель, видеомагнитофон, аналоговую акустическую систему и т. д. Вот несколько ключевых особенностей, которые нужно помнить при использовании SPDIF:
- Для коаксиального подключения можно использовать обычный кабель RCA-RCA, если дальность не превышает одного метра.
- Оптический кабель нельзя сгибать и пережимать, укладывайте его аккуратно, чтобы не переломить оптоволокно.
- Преобразователи Coaxial-TOSLink могут быть двунаправленными универсальными или однонаправленными: например, только из оптики в коаксиал или только из коаксиала в оптику.
- Передача многоканального звука возможна только при поддержке кодирования и на устройстве воспроизведения, и на приемнике.
- Выход SPDIF в DVD-проигрывателе чаще многоканальный, а выход в телевизоре стерео.
Источник
