八八 IEEE 1394串行接口串行接口lIEEE1394高速串行接口总线是高速串行接口总线是IEEE委员会委员会1995年确认的高年确认的高速度、低成本串行总线标准，原称速度、低成本串行总线标准，原称Firewire（火线）。火线）。l广泛用于局域多媒体设备互连，如广泛用于局域多媒体设备互连，如PC、摄象机、录象机、摄象机、录象机、打印机、扫描仪等的互连。现在的电视节目制播网中的服务打印机、扫描仪等的互连。现在的电视节目制播网中的服务器和硬盘设备也都增加了器和硬盘设备也都增加了IEEE1394接口。接口。lIEEE1394包括两种总线结构：包括两种总线结构：1）用于计算机系统和其它硬件的内部，替代并行线背板，进）用于计算机系统和其它硬件的内部，替代并行线背板，进行电路板间或系统部件的互连，可工作于行电路板间或系统部件的互连，可工作于12.5、25或或50Mbps的速率；的速率；2）电缆结构，定义了点到点基于电缆连接的虚拟总线，在现）电缆结构，定义了点到点基于电缆连接的虚拟总线，在现有的电缆介质上传输速度达到有的电缆介质上传输速度达到90.304、196.608和和393.216Mbps，简称为简称为S100、S200和和S400，将来可支持将来可支持1Gbps以上的传输速率。以上的传输速率。1 协议模型协议模型三层协议：物理层、链路层和处理层三层协议：物理层、链路层和处理层l物理层：提供物理层：提供1394总线和设备之间的电气连接，负责总线和设备之间的电气连接，负责设备的初始化，提供仲裁服务，在网络拓扑结构中保设备的初始化，提供仲裁服务，在网络拓扑结构中保证同一时间一次只有一个节点在发送数据，完成数据证同一时间一次只有一个节点在发送数据，完成数据传输和接收，将总线数据流和信号电平信息传送给链传输和接收，将总线数据流和信号电平信息传送给链路层。路层。l链路层：将数据组织成数据包，发送或接收所有数据，链路层：将数据组织成数据包，发送或接收所有数据，将确认的数据包传给处理层，并负责同步数据通信的将确认的数据包传给处理层，并负责同步数据通信的时钟控制。时钟控制。l处理层：执行请求处理层：执行请求-应答功能和异步传输时的读、写及应答功能和异步传输时的读、写及锁定操作。写将发送者的数据送往接收者，读将有关锁定操作。写将发送者的数据送往接收者，读将有关数据返回发送者，锁定是写、读指令功能的组合。数据返回发送者，锁定是写、读指令功能的组合。l串行总线管理器统一协调这三层的串行总线管理器统一协调这三层的关系。关系。IEEE 1394分层协议结构分层协议结构2 IEEE1394电缆结构与连接器电缆结构与连接器lIEEE1394规定的电缆是规定的电缆是6芯线，电缆外层有一层总屏蔽。芯线，电缆外层有一层总屏蔽。l其中有两对屏蔽双绞线，一对用于传送数据，另一对传送时其中有两对屏蔽双绞线，一对用于传送数据，另一对传送时钟信号。钟信号。l在双绞线上传输的差分信号采用在双绞线上传输的差分信号采用200mV的的NRZ码码l两根是电源线，电压两根是电源线，电压440V，最大电流最大电流1.5A，为总线上处为总线上处于等待方式的设备供电，或直接给低功耗外围设备供电。于等待方式的设备供电，或直接给低功耗外围设备供电。l掌上摄录机采用更软的线，去掉了电源线，使用掌上摄录机采用更软的线，去掉了电源线，使用4芯接口。芯接口。3IEEE 1394传输方式传输方式l13941394接口以半双工方式工作，可以进行双向通信，但在某接口以半双工方式工作，可以进行双向通信，但在某一时刻只能有一个方向传送数据。由总线仲裁确定通讯方一时刻只能有一个方向传送数据。由总线仲裁确定通讯方向，在逻辑地址间建立通讯。向，在逻辑地址间建立通讯。l13941394提供了一个灵活的总线管理系统，通过简单而直接的提供了一个灵活的总线管理系统，通过简单而直接的数据传输命令即可对数据进行操作。系统将数据组织成四数据传输命令即可对数据进行操作。系统将数据组织成四字节一组的数据包形式传输。字节一组的数据包形式传输。l1394标准定义了两种传输方式：等时同步方式和异步方式。标准定义了两种传输方式：等时同步方式和异步方式。l等时同步方式：保证以一定周期接收等时同步方式：保证以一定周期接收/发送一定数量的信发送一定数量的信息包，适用于图象和音频数据流的传输；息包，适用于图象和音频数据流的传输；l异步方式：适用于文件数据的传输。异步方式：适用于文件数据的传输。31等时同步方式等时同步方式13941394总线的等时同步传输能保证多通道高速数据传送所总线的等时同步传输能保证多通道高速数据传送所需的带宽和等待时间。为保证等时同步传输的需要，需的带宽和等待时间。为保证等时同步传输的需要，总线管理提供了下述三种服务：总线管理提供了下述三种服务：（1 1） 总线初始化时，自动选择一个节点作为总线周期总线初始化时，自动选择一个节点作为总线周期主控者。主控者。主控者发出一个特殊的包主控者发出一个特殊的包“周期启动包周期启动包”，包中含有，包中含有周期主控者的时钟计数值。各个节点收到这个包后，周期主控者的时钟计数值。各个节点收到这个包后，更新本地的时钟计数器，从而保证了总线上的各个设更新本地的时钟计数器，从而保证了总线上的各个设备在同一参考时钟下工作，备在同一参考时钟下工作，所有等时发送的设备可轮流发送数据包。所有等时发送的设备可轮流发送数据包。（2）在等时同步方式下，传输的实施由一个等时同步资源管理器控制。该管理器包括一个“带宽分配”寄存器，可定义所有节点得到等时同步传输所需的带宽。在总线复位或加入一个新节点时，各个节点便访问该寄存器，请求带宽分配。（3） 等时同步资源管理器将通道号（063）分配给请求带宽的节点，通道号附于数据包的头部。 节点接收所有的数据包时，根据通道号来辨识所需的数据包，丢弃不需要的数据包。 数据流中存在保护间隔，多路视频流和音频流可在同总线上传输而不会引起相互干扰。32 异步方式异步方式l异步传输方式以寻址形式将数据和处理层信息发送到指异步传输方式以寻址形式将数据和处理层信息发送到指l定地址的单元上，地址附在异步数据包的头部。定地址的单元上，地址附在异步数据包的头部。l等时同步传输的带宽是预先分配好的，相对固定，而异等时同步传输的带宽是预先分配好的，相对固定，而异步传输的带宽是不定的。步传输的带宽是不定的。l异步传输时，很难知道将要传输的数据量，发送端接收异步传输时，很难知道将要传输的数据量，发送端接收端都需要大量缓存，以防止数据的溢出。端都需要大量缓存，以防止数据的溢出。l不同速率的设备自由连接时，传输速率将自动定位于不同速率的设备自由连接时，传输速率将自动定位于 低速设备所支持的最高速率上。低速设备所支持的最高速率上。l异步传输可在任何时间发生。异步传输可在任何时间发生。l为保证传输的可靠性，每个异步数据包后面紧跟一个非为保证传输的可靠性，每个异步数据包后面紧跟一个非常短的确认包，当节点收到这个数据包后，便将确认包常短的确认包，当节点收到这个数据包后，便将确认包发还给发送节点，从而保证了异步传输的可靠性。发还给发送节点，从而保证了异步传输的可靠性。4拓扑结构拓扑结构l每个每个13941394设备是一个节点，设备地址有设备是一个节点，设备地址有6464bitbit。其中其中1010bitbit是总线是总线段段IDID，6bit6bit是节点是节点IDID，48bit48bit是存储器地址。是存储器地址。l在一个复杂的系统中，在一个复杂的系统中，1010bitbit的总线的总线IDID可容纳多达可容纳多达10231023个总线段。个总线段。每条总线段每条总线段6363个节点，每个节点有个节点，每个节点有281 281 TBTB（太字节）存储器空间。太字节）存储器空间。l在一个总线段（子网）中有在一个总线段（子网）中有6 6bitbit节点节点IDID，可连接多达可连接多达6363个节点，个节点，13941394无需中继器和集线器的帮助即可以树形或菊花链形拓扑结构无需中继器和集线器的帮助即可以树形或菊花链形拓扑结构连接连接6363台设备。总线桥可连接相似的或不同类型的总线段。每个台设备。总线桥可连接相似的或不同类型的总线段。每个设备三个端口。设备三个端口。l连接距离长信号衰减严重，相邻两节点的连接距离不能超过连接距离长信号衰减严重，相邻两节点的连接距离不能超过4.54.5米。在总线拓扑中任意两节点之间的最大距离是米。在总线拓扑中任意两节点之间的最大距离是7272米。因此，实米。因此，实际中以菊花链形式连接时设备不超过际中以菊花链形式连接时设备不超过1616台。台。l初始化时初始化时13941394总线上每一个节点也进行初始化，包括拓扑结构的总线上每一个节点也进行初始化，包括拓扑结构的确认和设备的自我确认等，自动快速地完成。总线工作时，可以确认和设备的自我确认等，自动快速地完成。总线工作时，可以插入或去除一个节点，总线能够自动地重新确认新的拓扑结构，插入或去除一个节点，总线能够自动地重新确认新的拓扑结构，继续工作。继续工作。IEEE1394IEEE1394是一种简单适用的是一种简单适用的“即插即用即插即用”接口。接口。典型的典型的13941394电缆型两工作区拓扑连接例电缆型两工作区拓扑连接例l重复器：对信号进行再驱动，扩大设备间传输距离。分相器用：重复器：对信号进行再驱动，扩大设备间传输距离。分相器用：提供另一个出口，与总线桥（提供另一个出口，与总线桥（13941394）相连。）相连。l13941394桥：使每个工作区的数据传输独立进行。桥：使每个工作区的数据传输独立进行。1 1号区的计算机号区的计算机处理视频图像，用处理视频图像，用100100Mbps带宽的带宽的1394电缆。电缆。2号区的计算机使号区的计算机使用其总线段带宽，可不考虑用其总线段带宽，可不考虑1号区总线段中的视频数据。号区总线段中的视频数据。总线桥允许所选择的数据从一个总线段传到另一总线段，总线桥允许所选择的数据从一个总线段传到另一总线段，2 2号区号区的计算机可以获得的计算机可以获得1 1号区录像机的图像数据号区录像机的图像数据。l13941394接口用接口用高质量电缆传输距离可高至高质量电缆传输距离可高至14米。允许将不同的总米。允许将不同的总线桥接在一起，可连接数千台设备，设备加入或离开总线时，线桥接在一起，可连接数千台设备，设备加入或离开总线时，自动赋给节点自动赋给节点ID号。号。l应用：应用：家用视音频设备的连接，家用视音频设备的连接，DV设备的互连，直接传送打包设备的互连，直接传送打包DV格式格式压缩信号压缩信号，直接完成，直接完成DVDV格式的编辑工作。格式的编辑工作。有与有与ATMATM相类似的包结构，通过相类似的包结构，通过ATM/IEEE1394ATM/IEEE1394网桥可使网桥可使13941394进入进入ATMATM网络，家庭和办公设备通过网络，家庭和办公设备通过13941394接口直接进入信息宽带网接口直接进入信息宽带网九九 数字音频传输接口数字音频传输接口1音频抽样频率的确定音频抽样频率的确定l音频信号最高频率可取音频信号最高频率可取15201520kHz kHz 。l实际采用的抽样频率主要有以下三种：实际采用的抽样频率主要有以下三种：l1）32kHz（专业传输标准）：满足专业传输标准）：满足FM立体声广播要求，最高音立体声广播要求，最高音频信号频率采用频信号频率采用15kHz。l2）44.1kHz（消费级标准）：早先利用比较成熟的磁带录像技术消费级标准）：早先利用比较成熟的磁带录像技术来记录数字音频信号，来记录数字音频信号，抽样频率应纳入电视的行、场格式中，对抽样频率应纳入电视的行、场格式中，对于于50场、场、625行标准的录像机，规定利用每场行标准的录像机，规定利用每场312.5行中的行中的294行记行记录数字音频信号，并每行记录三个样值，抽样频率选定为录数字音频信号，并每行记录三个样值，抽样频率选定为502943=44100Hz。后来用这类录象机做后来用这类录象机做CD复制的信号源，复制的信号源，44.1kHz成为广泛应用的标准，同样也用于成为广泛应用的标准，同样也用于R-DAT记录。记录。l3）48kHz（广播级音频标准）：此频率与广播级音频标准）：此频率与32kHz有简单的换算关有简单的换算关系，便于进行标准的转换系，便于进行标准的转换。2量化和编码量化和编码21量化量化l下图为采用下图为采用4比特线性量化过程，图（比特线性量化过程，图（a）示出对每示出对每个抽样的个抽样的16种二进制值量化电平。种二进制值量化电平。l对实际样值的量化也采取对实际样值的量化也采取4舍舍5入的原则入的原则，导致量化，导致量化的样值不连续。的样值不连续。l抽样保持并量化编码的数字信号经抽样保持并量化编码的数字信号经D/A恢复的的音恢复的的音频信号波形呈阶梯状，并与原本连续的模拟音频信频信号波形呈阶梯状，并与原本连续的模拟音频信号电平之间产生差别，此差别称为量化误差，号电平之间产生差别，此差别称为量化误差，l如图（如图（b）和（和（c）。）。从量化例得出几个结论1）采用“2的补码”进行编码二进制数值范围对正负音频信号不对称，对负信号的量化值采用“2的补码”编码，编码后的最高位表示极性。2）减小量化误差的方法l增加量化比特数，高分辨率A/D采用24bit。l过抽样方法：提高抽样频率。3）限制音频信号幅度避免数字限幅产生谐波引起频谱混叠，在A/D的低通滤波器前连接限幅器。未限幅的最大音频电平对应A/D转换器的最大数字编码输出电平定为0dBFS（FS满幅度），所有数字电平相对此基准电平的dB数均为负值。选择-20dBFS作为标准工作电平，留出20dB的余量。4 4） 量化噪声量化噪声l量化误差使恢复的声音出现粗糙和颗粒感，称为量化噪声。最大量化误差为：q=Q2l噪声电压的有效值即为量化误差的均方根值：l量化比特数n，音频信号量化后的正、负振幅为：2n-1Ql音频信号的有效值取正弦波的最大均方根值：l信噪比为：22编码l为适应传输和记录的需要，对量化的二进制样值进行编码，常用方法：脉冲编码调制（PCM）、脉宽调制（PWM）、自适应增量调制（AM或ADM）、块浮点系统编码和差分脉冲编码调制（DPCM）。lPCM使用线性量化，量化步长固定，是最简单和使用最广泛的音频编码系统。编码效率低。3过抽样l过抽样通过提高抽样频率，减少量化误差和混叠分量。过抽样增加样点数，在音频信号幅度变化很大处加样点数降低了量化误差。l从频域的角度看，抽样频率越高，量化噪声分布频带越宽，原带宽中的功率谱密度越小，因而信噪比提高。l采用过抽样时，正弦信号的最大信噪比：ld是过抽样因子。四倍过抽样时，信噪比提高6dB，相当于增加一位量化比特数。l两倍过取样的频域示意图图幻灯片19图两倍过取样的频域示意图四倍过取样的A/D、D/A转换系统4通道编码l为使编码数据特性与录音机或传输信道的特性相匹配，通道编码后的信号应满足以下条件：1）容易取出位同步信号：编码后信号不存在长的连“0”和连“1”，提取出参考时钟信号；2）编码信号应不含有直流成分，或直流很小；磁记录是以微分形式拾取信号的，不能传输直流信号；在传输线路上有叠加直流馈电的。3）所需记录带宽要窄：录放系统或传输线路的传输特性高频衰减变大，信号带宽尽量窄；4）有较强的抗噪声和抗抖动能力。41 不归零码和双相标志码AES/EBU接口标准的音频基带编码采用双相标志码（BPM）。一种按照某种规则进行基带频谱变换的编码方法。不归零码和双相标志码编码的原则：1） 不归零（NRZ）码：0和1分别以正电平和负电平表示，连0或连1时，电平持续不变。在数据比特单元内不返回0。2） 双相标志码（BPM）特点：l每个数据比特单元的开始都有一个转换，每个比特1的中间都有一个转换。双相标志码的编码数据流中不会出现两个连续的1或0。l在数据比特单元的中间有电平转换表示1，没有转换就是0。l这种码也称为曼彻斯特码，用于AES/EBU接口标准的通道编码和磁带上记录的时间码编码。双相标志码波形42 信号频谱最佳的通道编码应是能够与传输通道特性近似匹配的码，并满足带宽和频谱特性的要求。其频谱形状表明：不归零码的能量大部分集中于低频双相标志码的频谱宽于不归零码，编码的数据需要更大的信道带宽；双相标志码编码数据的能量在低频和高频区都很小，在比特率左右最大，在低频和直流处能量为0，是一种较理想的数字音频的通道编碼。不归零码和双相标志码的功率密度频谱分布5AES/EBU接口标准AES和EBU一起开发的数字音频传输接口标准：AES/EBU标准，即AES3-1992，ANSIS4.40-1992，或IEC-958标准。它是传输和接收数字音频信号的数字设备接口协议：l规定音频数据必须以2的补码进行编码。l传输介质是电缆，允许高带宽容量和并行数据字节的串行传输，串行传输16到20bit的字节时先传输最低有效位。l串行后的数据流经格式化器加入字节时钟标志以表明每个样值的开始，l格式化后的串行数据流经双向标志码编码器编码后输出，最后传输的数据流为双相标志码码流。AES/EBU编码器框图和并串转换51数据结构l一个音频帧包括两个32比特的子帧（子帧1和子帧2），一个子帧只包括一个音频声道的一个样值数据：20比特、同步数据（子帧的首标）：4个比特、附加数据：4个比特、有效比特（V）：1比特、用户比特（U）：1比特、声道状态比特（C）：1比特，奇偶校验比特（P）：1比特。l（1个子帧=1个抽样）l每192个音频帧构成一个块。在数据流中用标志符Z标识每个块的开始。在一个48kHz抽样的系统中每个音频帧的时间是20.83s。一个AES/EBU块的时间为20.83s192=4000s。三种4比特的同步数据的意义：Z：表示每个音频块第一帧的开始。X：表示一个块内其余每帧的开始。Y：表示每个帧的子帧2开始。这些同步数据长度均为4比特，与子帧中其它数据结构不同，不用双相标志码编码。AES/EBU信号格式中的音频帧结构音频帧音频帧=子帧子帧1+1+子帧子帧2 2，自同一个音频源自同一个音频源AES/EBU数字音频帧的同步数据波形（8 8比特编码序列）比特编码序列）这种同步数据结构的直流分量最小，有利于时钟恢复和串行这种同步数据结构的直流分量最小，有利于时钟恢复和串行数据流中子帧的识别。数据流中子帧的识别。每个子帧有每个子帧有4 4个附加比特：个附加比特：l有效比特（V）：样值数据是音频且可进行D/A转换，则此比特置0。否则样值有问题，接收设备将输出静音。l用户比特（U）：送至一个288bit的存储器。一个音频块中每个声道有192个子帧，因而该存储器中有192个用户比特。l通道比特（C）：送到一个288bit的通道状态存储器。此比特对于音频数据内容的标识非常重要。通道状态存储器描述了在AES/EBU数据流通道中比特分配及其含义。例如的字节0的比特0表示是家用级还是专业级，如果通道用于消费，字节0中比特0置0；用于专业时置1。l奇偶校验比特（P）：通常为偶校验。偶校验确保在一个子帧的64个双相标志码元中1的数目是偶数。奇偶校验比特可以检测在传输中发生的奇数个错误。一些设备忽略此比特或者没有正确地处理这种标识。52AES/EBU数据特性l抽样频率为48kHz时总数据率为32248000=3.072Mbps。在双相标志码编码后，数据传输率提高到两倍，6.144Mbps。双相标志码的频谱能量在6.144MHz的倍频处为0。l同步字包括三个低单元和随之而来的三个连续的高单元。在AES/EBU信号频谱中占据一个低的基频，3.072/3=1.024MHz。l每个音频帧包括64bit，每20.83s发出一帧。l帧中的一个数据比特持续时间为325.5nsl一个双相标志码比特单元时间为163ns。由一些数据流比特叠加产生的眼图眼宽时间为163ns。53AES/EBU接口的电特性AES/EBU专业格式接口特性AES/EBU消费格式接口的特性l消费级格式用于CD和具有数字输入/输出接口的R-DAT中54数字音频信号的传送接口电路（1）数字音频输入接口电路AES/EBUAES/EBU解码器和解复用器解码器和解复用器lAES/EBU解码器将双相标志码串行AES/EBU数字音频信号转换为信号数据流，再将两声道的音频数据信号分开，产生两路并行比特音频数据流。从每个子帧中抽取出附加数据（V，U，C，P）用于处理控制和子帧及帧的同步、用于产生192bit用户块和通道状态。图：输入AES/EBU串行音频数据的主要解码和解复用处理（2）数字音频信号传送接口电路lAES3-1992标准定义了在双绞线音频电缆上传输AES/EBU信号的规格。lAES3-3id-1996和ANSI/SMPTE276M-1995标准定义和采纳了其他传送格式，都定义了在不平衡同轴电缆上传输AES3格式数据。1）110双绞线电缆传输电路lAES3-1992传送连接传送连接2）75同轴电缆传送电路l此标准是为了克服双绞线传送时的电缆长度、XLR接插件大小和费用带来的限制，更重要的是可以用不箝位的模拟视频分配放大器和路由器来传送数字音频信号。l绝大多数音频设备都使用卡侬接插件（XLR），因此必须考虑到需要与BNC端子的转接。l最少需要12MHz带宽来传输双相标志码编码的AES/EBU信号，有些模拟传送放大器的带宽可能不够。l75同轴电缆传送接口的特性见下表75同轴电缆传送接口的特性AES-3id传送连接传送连接该建议包括传送线路、电缆性能和电缆均衡器特性的信息。 AES3id-1996传送连接平衡-不平衡匹配网络用于平衡110和不平衡75的系统之间转换- 14dB衰减器3） 实际的线路连接l在录音室中应使用平衡电缆馈送可避免接地环路问题。l在现有的录音室中已安装的模拟电缆可用于数字音频分配，但电缆长度一般限于100米，具体视电缆类型而定。l高质量的双绞线电缆可达到250米。一个数字音频设备输出只能连接一个接收端（3 3）其它接口协议除AES/EBU协议，还有三种接口格式：MADI（多声道音频数字接口），SDIF-2（Sony数字接口互连）和SPDIF（SonyPhilips数字接口）。1）MADI格式lMADI格式在AES10-1991标准文件和AES-10id-1995中定义，可容纳最多56路AES3-1992标准的32bit信号。MADI用于点到点的系统，如多轨录音机和数字音频组件以及处理器间的互连，数字路由系统和录音室到录音室的互连。lMADI信号容易转换成AES/EBU子帧，只最初4bit与AES/EBU子帧不同。支持抽样频率32kHz到48kHz，可变化12.5%，以支持录音机的变速操作。数据传输率固定为125Mbps，对编码数据流提供带宽（56路40bits48kHz1.125=121Mbps）。传输介质是宽带同轴电缆（最长50米）或光纤（超过50米）。AES-10id-1995文件给出了光纤接口的说明。2）SDIF-2格式格式lSony开发，用于专业级控制和记录、单声道44.1kHz和48kHz信号的互连l音频字节长32bit，前20比特为音频样值，接下来9比特创建控制字，3比特字节同步信息。l控制字中包括有关预加重、正常音频还是非音频数据、拷贝禁止、SDIF音频块同步（每块256音频字节）信息以及用户数据等声道信息。l传输介质：TTL工作电平的75同轴电缆。它是一个点对点的互连系统，需要三根同轴电缆来传输左、右声道数据和字节时钟信号l数据率：1.54Mbps。3）SPDIF格式格式AES/EBU（AES3-1992）格式协议的消费级版本。为在ES3专业设备和AES3家用设备间传输数字音频数据，进行格式转换（数据和电平转换）用。6音频同步l在制作中心，不同音频源的数字音频信号进行混合、插入或组合时，需要将样值与一个基准信号源在相位和频率上同步。l同一录音室内两台设备的输出端可能产生定时的缓慢漂移，和视频一样，需要一个时钟发生器产生基准信号或从一台设备提供基准给另外一台进行时钟锁定。lAES11-1991建议规定，录音室数字音频设备的频率同步和相位同步采用专门时钟发生器提供基准信号，所有设备都锁定于主基准发生器；小录音室可用一台设备的输出作为基准。图61数字音频信号间的同步不同的数字音频源的同步需要考虑以下两点：抽样时钟的时间校准或频率同步；音频信号的帧校准，即相位同步。lAES-11规定数字音频样值必须与一个基准信号同相，在发送器输出端一个音频帧的同步容差为5%，在接收器端一个音频帧的同步容差是25%。定时基准点是X或Z同步字的第一个边沿。l当两个数字音频信号抽样率不同或无法将信号锁定在一起时，可用抽样率转换来同步。抽样率锁定且保持整数关系即为同步转换。lAES/EBU数字音频信号与基准信号的同步一个数字音频样值与一个AES/EBU数字音频基准信号（DARS）对准的状态5%发端；25%收端62数字音频和视频信号间的同步l数字音频基准信号必须与视频基准信号锁定，使音频和视频信号同步，以进行无缝的音频和视频切换。625行和525行视频抽样频率和48kHz音频抽样频率之间的关系：视频抽样频率13.5MHz，FH=15.625kHz，FV=25Hz时，48kHz=13.5MHz/864/6251920FH=15.734kHz，FV=29.97Hz时，48kHz=13.5MHz/858/5258008/5不同视频帧速率对不同抽样率的每视频帧内所含音频样值数基准音频信号发生器可产生：基准音频信号发生器可产生：由由13.513.5MHzMHz分频得到的音频抽样频率和模拟音频分频得到的音频抽样频率和模拟音频频率，用于对音频和视频的锁定。频率，用于对音频和视频的锁定。l视频与音频取样频率的关系625625行电视系统中的数字音视频同步行电视系统中的数字音视频同步lAES3音频与从625行基准视频信号中分离出的48kHz基准信号进行鉴相，实现音频与视频信号的锁定。l625/25系统，每一视频帧有确定数目的音频样值（48kHz取样有1920个样值），音频和视频信号间的相位关系很容易保持录音室数字音频和视频信号的同步l处理设备，如数字音频同步机，可以校正在切换点、源和接收端取样频率有些微变化时音频样值的重复和省略。同步机选择，在音频信号中无声或停顿时进行样值的删除或插入。l时钟发生器例如TektronixSPG-422，能提供以模拟和数字视频信号为基准的数字音频信号（校准信号）。所有与此时钟发生器锁定的设备将产生同样的音频-视频校准关系。l在复用音频和视频信号前必须用数字音频延时设备。因为，在视频混合器和特技处理器中会引入一帧或两帧的积累延时。调音台也可能有延时输出的能力，以获得与视频信号的精确定时关系。十未来的系统模型1未来系统的特点1.摄、录、编、播全系统实现网络化是广播电视的最终发展方向。2.媒体资产管理、系统体系结构、音视频信号的压缩方式、传输网络和协议等是重点考虑的问题。3.系统集成的主要问题是，研究演播室环境以比特流传送信号的电视系统模型。4.未来的电视系统将更多的使用服务器，并能以比实时更快或更慢的速度转移节目素材，因此将会产生新的工作流程。5.操作者通过控制系统，可以将具有不同功能的不同设备通过软件进行临时互连，得到新的功能。2EBU的考虑l欧洲广播联盟(EBU)对未来的数字演播室提出一种系统模型。在模型中将系统中的各种设备分为对象类（class）,例如，录象机对象类包括系统内所有录像机的基本信息，磁带格式和录象机的基本功能等，对象类中的一个个录像机称为对象。l一个对象代表一台物理设备及所含软件实体（即各种服务）。对象及其功能数据和应用程序接口(API)封装在一起构成一个对象模型。系统模型由许多对象模型组成。l系统模型中有一个网络对象中心注册表。每种对象类及其下属对象都列入对象注册表。因此在网络上的任何一个地方都可对它们进行控制，了解它们的性能并使用。l目前的节目制作网都在尽力做到开放、兼容、最大范围的共享素材、共享操作系统和共享设备，代表了系统发展的方向。3EBU研究的模型l电视节目制作系统所要传送的各种信号源和数据用四个垂直面表示：视频、音频、数据和元数据平面。l四个水平面代表系统的通信功能：应用层、网络层、数据链路层和物理层。l与所有平面相通并包含全部工作流程的矩形平面代表系统控制和监视功能。l（1）信号源l视频源和音频源代表视频流和音频流。l数据源：以文件形式传送的数据信息，有独立的内容和数值，如图文、电视字幕等。l元数据（Metadata）：描述和说明内容的数据，自己没有独立的意义，以某种方式捆绑于视音频源或数据源，时间码即是典型的元数据未来的数字电视演播室系统模型l（2）工作流程l每个垂直平面上7个立方块表示节目制作流程的七个阶段：前期制作、采集处理、后期制作、节目分配、存储、传输、存档。l（3）通信l物理层，表示系统的电气特性和物理连接；l数据链路层，直接连接设备的互连协议，如，若把一个控制器l连接到录象机，则数据链路层控制两者之间的直接通信；l网络层，控制非直接连接设备之间的协议；l应用层，处理所规定的应用，相当于ISO/OSI模型的表示层。l（4）控制和监视l模型底部的二个平面为控制和监视平面不仅代表系统的控制和监视功能，同样也表示系统的管理功能。l此外，提供系统的人机交互接口，在传送、存储、处理、监视和诊断等情况下，能使以上各部分协调工作，在整个节目制作流程中对其它所有平面和层的内容进行全局管理。 4 传输结构和传送协议（1）支持流的传输结构l网络化演播室，压缩或未压缩的数字视音频信号都以流的方式传送。l各种类型的数据，如新闻文稿、控制信号、时间码和压缩的视音频信号等，都以文件的形式传送。l物理层：SDI演播室内部应用；SDH和SONET宽带传输；目前制播网用了FC、以太网。l数据链路层和网络层：SDTI演播室内压缩信号传输的重要手段之一，SDI和SDTI主要用来进行流传送。SDTI数据包有与SDI同样的时间基准信号，容易与TV环境进行同步。为克服SDI点到点的限制，在SDTI的包头中嵌入了寻址功能，将来可能用作动态路由。SDTI能实时和快于实时传送节目流，也支持复用节目流。传送流的网络结构ATM是一种适用于进行数据、声音和视频通信的网络结构。在流中传输时间基准来实现发送端和接收端设备间的同步，适合在广域网中以及演播室之间传递流内容。FC是一种适合于演播室应用的网络。FC系统可进行异步传送，通过在流中嵌入时间基准也支持同步传送。双网结构利用FC的高速度采用共享存储方式在网络上进行流传送。基于IP的流传送发展潜力很大：通过Internet和Intranet对媒体资料库进行浏览，Internet广播（讲座、视频会议等），基于Web的脱机编辑和Web电视l映射层：各种格式节目包，如DV、MPEG，映射到上述传输结构的映射规则，如MPEG over Fibre Channel，DVoverATM等。l应用层：对输入信号进行压缩处理和打包。MPEG-2已经是HDTV和DVB的视频信源编码标准，现在已在非线性编辑中逐渐取代M-JPEG编码标准，并作为硬盘播出和媒体资产管理的主要压缩格式。DV格式主要用在基于DV录像机的编辑系统中。MPEG-4已在非线性编辑中浏览和媒体资产管理中得到应用。目前处理压缩数据，在处理层把压缩数据解压到SDI数据，图像质量可能会有明显损伤，这个问题正在通过转码和新的文件传输格式进行解决。（2）支持文件传送的网络结构l文件传送协议有四种：通用文件传输协议（FTP），基于TCP/IP；点到多点传送用的扩展传送协议（XTP）；在FC和ATM上传输用的快速文件协议；FTP的扩展版本，称为FTP+。ATM、FC，以太网、IEEE1394等都支持FTP通信协议，使用TCP/IP传送基本文件。如果要通过FC实现很快的文件传送，则有用于FC的ANSI标准FTP+协议。l未来演播室的信号传送机构分为流和文件两种，对演播室的所有设备和所有工作进行统一控制和管理。l“传统演播室”概念完全融合到流和文件传输网络中，STDI是传输流的网络层，SDI、SDH/SONET、FC和以太网都是传输流的数据链和物理层。十一数字电视设备互联的文件格式1利用文件传输视音频的必要性现在数字电视演播室设备互联基本上采用信号流的方式，如SDI、STDI、模拟YUV信号等。数字制作环境还需要文件格式：一是数字化后元数据的充分使用成为可能，元数据需要和视音频数据捆在一起传送，信号流难以做到这一点，在编辑或切换时元数据会丢失；二是基于计算机平台的视音频处理设备越来越多，都是处理数字文件的，利用文件传输视音频及元数据是这些设备间最有效的数据传输方法；三是文件允许把所有相关数据打包在一起传送，在高速网络上能以高于实时的速度传输，在低成本网络上能以低于实时的速度传输，灵活性大。四是基于文件传输可以大量使用IT设备，节省费用。2目前应用的主要文件格式l目前有代表性的文件格式：MXF、GXF和AAF。l（1）MXF(MaterialExhangeFormat)格式是Pro-MPEG组织制定和推广，目标是解决节目制作系统中不同环节的设备间节目素材交换，例如编码器、录像机、非线性编辑工作站、节目存储服务器等，也可以扩展到节目播出系统。MXF文件格式特点：ll文件具有流式特点，允许传送时浏览文件视音频内容；ll可用于存储含有Metadata的节目和素材；ll能把播出串联单打包成卷，并包含同步信息；ll能支持多种压缩格式（MPEG、DV、非压缩）；ll可用于存储含有简单编辑（仅指剪切）信息的EDL及其工作的素材。lMXF格式文件能用IP网络传输，能用SDTI作为传输接口，这可充分利用电视台现有的布线，有利于从信号流传输方式向文件传输方式平滑过渡。（2 2）GXFGXF（General Exchange FormatGeneral Exchange Format）格式格式格式格式l也是Pro-MPEG组织制定和推广，目标是利于数据磁带存储素材（包括它的元数据）。除了没有采用SMPTE推荐的KLV数据打包方式之外，和MXF类似l从设计上看，MXF和GXF文件既能用多种介质传输，又能边传输边处理，兼顾了计算机系统数据文件和信号流二者的优点，对于解决制作系统中节目和素材的传输效率大有益处。（3）AAF(AdvancedAuthoringFormat)格式lAAF组织制定的文件格式。在非线性编辑系统EDL引入已有30多年，随着制作工具和制作手段的发已难以满足编辑的要求。称为“超级EDL”的AAF格式应运而生。lAAF比MXF和GXF包含的内容更多，容纳元数据的能力很强，可以描述复杂的编辑信息，如合成、特技效果等，能包含生成一个节目所需的所有素材和元数据。lAAF文件包含内容多，结构比MXF和GXF复杂的多lAAF与MXF和GXF面向的应用不同lMXF和GXF文件更适合于流式处理，不用等到文件传输结束即可开始回放这个文件。lAAF的层次结构决定了它在传输结束前无法被使用lPro-MPEG组织和AAF组织都在不断完善各自的文件格式，并进行充分的交流合作，保证两种文件的互通性。大量的广电设备商也宣称支持这两种协议，并已经测试评估和开发新产品。