论述数字音频信号的传输技术

论述数字音频信号的传输技术

张骁

洛阳电光设备研究所471000

摘要：数字音频技术是当前较为重要的技术之一，目前的社会上得到了较为广泛的使用。目前的数字音频技术主要使用在广播电视和录音设备上，但是在目前的数字音频信号的传输过程中，仍然存在一定的问题，因此在当前的数字音频建设上，需要完成相关接口标准和传输技术进行合理的安排，研究出相关的抗干扰和再生修正技术，保证整个数字音频信号的传输技术能够得到整体的提升。

关键词：数字音频信号；AES/EBU；信号传输；CobraNet

引言：传统的音频信号传输上，存在数字信号与模拟信号的分别，传统信号传输上，多使用模拟信号来完成有关的信息传播，但是模拟信号会受到距离和设备的限制，并且最为重要的是模拟信号的传输效果根本与数字信号相比较差，整个音频传播效果较差。但是当前随着电子和计算机等技术的迅猛发展，所以在信号的传输过程中也有了较高的提升。相比传统的模拟信号来说，数字信号有着较大的优势，其可以满足目前信号传输中存在的较多优势。所以当前的数字信号已经深入到社会的各个领域，数字音频信号凭借自己特有的优势与较好的性价比已经逐渐的取代模拟信号。在当前的数字音频信号使用上，仍然存在相关的问题影响了其实际的使用效果，针对目前的具体效果应合理的安排传输技术，保证较好的实际使用质量。

1数字音频信号传输基础

声音本身是一种模拟信号，在时间轴和幅度轴上均为连续的，将这种模拟信号转换为数字音频信号的过程叫模数转换。数字音频的标准一般取用AES/EBU接口标准，即音频工程协会和欧洲广播联盟一起制订的，又称为AES3，其他的还有SPDIF、MADI等。AES/EBU是专业数字音频中应用最多的标准，它降低了很多对信号传输的不利影响，比如信道间的极化漂移、不稳定和模拟传输中的噪声干扰等问题。

2数字音频信号的传输

模拟和数字转换必然要涉及从连续信号中采样，在时间域中将信号数字化，一般都会遵从耐奎斯特采样定理，在AES3中建议采样频率为48kHz，不仅可以使得数字信号质量更高，还有利于视音频同步。接下来就是量化，要在幅度上进行信号数字化，用二进制编码来表示采样出来的值，一般会根据人耳的敏感程度取为16bit。最后要进行编码，要把量化后的数字化数据按照一定的格式记录下来，AES3使用双相标识的FM通道编码，每个数据码转为两位通道码。随着数据音频技术的发展，数字音频设备的应用日渐普遍，为了实现数字音频信号的有效传输，光纤传输、同轴电缆传输、双绞屏蔽线电缆传输得到人们的广泛关注。

2.1光纤传输

在数字设备间使用光纤电缆，主要是指光信号通过光纤电缆后在信号接收端通过PIN或APD二极管将光信号转换回电信号，目前，大多数光纤电缆均具有1Gbps信号传输率，部分实验光纤系统甚至可以达到30Gbps的传输能力。由于光信号进入纤芯角度的不同，造成不同光束到达接收端的时间也存在差异，从而产生了“拖尾效应”，同时也限制了系统所能传输的最大频率。简单地说，光束在电缆中的数量越少，所能传输的带宽就越大，并且数量多少可以通过纤芯层的直径来控制。根据光束被传输路径的数量，光纤可以分为单一模式光纤和多重模式光纤。目前，一条单模光纤所能够传输的数字信号就能够达到2.488GB/s，如果采用的光纤光波长为1550nm时，那么其能够达到100km以上的中继距离。由此可以看出，在广播电视节目的音频信号传输当中，应用光纤传输技术，能够使节目的传输效果得到极大的加强。

2.2同轴电缆传输

若要进行长距离传输到1000m级别时，可以考虑使用同轴电缆传输。先使用转换器将输入输出阻抗的110Ω变为75Ω，然后用同轴电缆传输数字音频信号。但由于平衡与不平衡传输系统的电平、阻抗不匹配，他们不可以直接对接，要安装一个变压器来保证信号稳定传输。或者在传输AES3-ID文件时用外部变换器与XLR接头对接，它可将电压降为1V，再用阻抗匹配器把110Ω转换为75Ω。

3数字音频信号传输的优点

在模拟信号的传输过程中，难以分开叠加的噪声，同时噪声会随着信号传输和放大，进而对通信质量产生影响。而数字通信采用的是再生中继的方式，信息包含在脉冲当中，可以对噪声进行消除，从而再生出与原有数字信号一样的数字信号，并且继续进行传输。因此，传输距离不会对通信质量产生影响，在远距离通信当中，也能够保证良好的通信效果，从而对通信的可靠性加以保证。另外，在电报、数据、图像、电话等不同通信业务中数字通信都易于实现，并且能够进行加密处理，在通信网计算机管理具有很大的优势，对大规模集成电路也能加以应用。因此相比于传统的模拟通信形式，数字通信具有很强的抗干扰能力、抗噪声性能、差错可控性、易加密性等诸多优点，并且容易与现代技术相结合。

4数字音频信号的测量

现在有不少厂家针对测试AES/EBU数字音频信号设计了专业的测试仪器，一般来说都是按照AES/EBU标准来对数字音频信号进行电学和定时分析。仪器可以检查信号的“连通性”和自动测试程序来判断信号的正常或者失效，这种检测比示波器更加专业可靠，有力的保证了数字音频系统的可靠运行。还有一些有着详细诊断功能的仪器比如检测通道状态、数据内容、音频以及电学参数等等。其中电学参数指的是信号源抖动、振幅、眼图闭合诊断等等。

5基于以太网的数字音频信号传输

以太网是目前主流的计算机局域网络技术，它的应用已遍及到各个领域。与传统的音频传输相比，将音频信号网络数字化更加好管理，而且大大提高数据传输稳定性。CobraNet技术就是基于以太网技术的专业数字音频网络传输技术，它综合了网络配件、软件和通信协议是计算机中使用最多的实时传输技术，有着人性化的操作体验，成本也极低，还可以稳定传输高品质的没有压缩音频信号。它的基本原理就是用户通过上位机软件完成音频切换和传输的功能，输入的模拟信号再通过A/D模块转换成数字信号，并通过CobraNet技术把数字信号转换成符合网络传送标准的数据格式。网络把这些数据传送到目的地的CobraNet接收设备逆变换，将接收到的数据通过D/A转换，转换成对应的模拟音频信号输出。如此强大的技术特点，使CobraNet技术带动着整个音频传输专业向计算机网络化方向发展。

6总结

综上所述，随着数字设备的广泛应用，人们对数字音频信号的传输技术日益关注，为了保证数字音频信号的稳定与有效传输，分析了数字音频信号传输的基础、途径、优点等相关内容，相信，通过深入的研究与探索，保证数字音频传输效果将更加显著。

参考文献：

[1]一种宽带频谱分析结构优化与FPGA实现[J].罗义军，罗迪，李劲.浙江工业大学学报.2018（01）

[2]探讨民航通信导航监视的危机问题管理[J].李晓梦.中国新通信.2017（05）

[3]基于FPGA的数字频谱仪设计[J].施若其.电子技术与软件工程.2017（22）

[4]基于音频信号频谱分析的混合光效设计与实现[J].张宏，田春伟，林高雅，李小进，刘露.哈尔滨理工大学学报.2013（06）