S/PDIF (TOSLINK) 二三四 - 喇叭音響

AES3 和 S/PDIF(coaxial & fiber) 在硬體(傳輸媒介/電平)上有差異外，通訊協定使
用 Biphase-mark Code 將時鐘與數據信號一起編碼只有 channel status 代表的意義
不相同

AES3 主要使用在專業設備，而 S/PDIF 用於消費性產品

AES3 當時已有 24-bit 的應用。但 S/PDIF 推出時 Audio data 只使用 20 bit，主要
是 CD 的 44.1 kHz/16-bit 及 DAT(Digital Audio Tape) 的 48 kHz/20-bit

受限於頻寬多聲道需使用 Dolby Digital or DTS 這類壓縮格式。立體聲不論格式一律
以 32-bit 的 Sub-frame 來傳送 Audio sample data

0 3 4 7 8 27 28 29 30 31
Preamble Auxiliary LSB 20-bit audio sample word MSB V U C P
sample bits

※ Validity bit、User data bit、Channel status bit、Parity bit

|M| |W| |B| |W| |M| |W|
|X| Channel_1 |Y| Channel_2 |Z| Channel_1 |Y| Channel_2 |X| Channel_1 |Y|...
| | |
| |<Sub-frame 1>|<Sub-frame 2>|
|<------- Frame 191 ------->|<------- Frame 0 ------->|<------- Frame 1...
<<<------- Block ---------->|<---------- Block --------------------------->>>

兩個 Sub-frame(channel) 組成一個 Frame(立體聲)，192 個 Frames 組成一個 Block

bit 0~3 的 Preamble 以違反 Biphase-mark Code 的方式編碼所以接收側可以識別
並依前一個 bit（上一組 Sub-frame 的 Parity bit）是零或一的不同有 3*2 六組固
定編碼，用來同步時間與識別各 Block、Frame、Sub-frame 的開頭
AES3 使用 Z Y X 為代號；S/PDIF 使用 B W M 但其實是一樣的東西

Audio sample word 的 20-bit 加 Auxiliary sample bits 的 4-bit 可擴展為 24-bit
都是低位至高位。Audio Data 的 MSB 一律對齊至第 27-bit

傳送方沒使用到的低位 bit 填充零，接收方無法用的低位 bit 就丟棄
I2S 也是無用填零或丟棄但其 bit 順序是 MSB->LSB，剛好跟 LSB->MSB 的 S/PDIF 用
FIFO 的方式交換 Audio data

不論傳送或接收方是 16-bit 20-bit 24-bit 都能在此框架下交換
標準的 AES3 & S/PDIF Sub-frame 長度永遠是 32-bit，所以 Audio data 最高 24-bit

近年有支援 32-bit Audio data 的硬體，將上述的 4+20 擴充到 8+24，Sub-frame 成
為了 40-bit；所以硬體不認得 40-bit 結構的就無法傳送或接收 32-bit Audio data

另外、為由於訊號包含了時鐘，所以傳送單聲道時還是得傳送兩個 Channel，資料存於
Ch1、Ch2 資料填充零

一個 Block 中有 192*2ch 的 Sub-Frame
兩個 Channel 的各自 Sub-frame 的第 30 bit Channel status bit
加起來各有 192-bit 或以 8-bit 一組組成 24 bytes 來表示 Channel status data
主要是儲存 Audio sample 的 bit-depth、Audio channel 數、Sampling frequency、
Time code、Pre-emphasis 等資料

Parity bit 不計 Preamble、只檢查 bit 4~30。但共計 27-bit 的同位位元檢查強度
如果體質好 BER 低就有用，如果體質差根本是做健康的就是了

※

標準的 Data rate 的計算＝Sampling frequency * 32-bit * 2 channel
44.1 kHz * 32-bit * 2ch = 2.8224 Mbit/s
48 kHz * 32-bit * 2ch = 3.072 Mbit/s
96 kHz * 32-bit * 2ch = 6.144 Mbit/s
192 kHz * 32-bit * 2ch = 12.288 Mbit/s

特殊的 40-bit Data rate＝Sampling frequency * 40-bit * 2 channel

※

所以除了非標準的 32-bit Audio data
不論是傳送 16、20、24-bit 的 Audio data 基本上不會引發錯誤。只差在如果送出高
bit-depth data 至只能處理低 bit-depth 的硬體時會發生資料截斷(丟棄)
由於 S/PDIF 是單向傳輸所以使用者得自行處理這類問題

且由於是單向傳輸、無法重送，Parity bit 要檢查 27-bit 的資料
基本上表示這是一個脆弱的 Protocol

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人間五十年、化天のうちを比ぶれば、夢幻の如くなり
^,,,^ 一度生を享け、滅せぬもののあるべきか
(ミ‵ω′)\m/ NOBUMETAL DEATH!!(乂'ω')

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