S/PDIF

오디오 장비의 S/PDIF 및 토스링크 단자

S/PDIF(Sony/Philips Digital Interface)는 소비자 오디오 장비에서 비교적 짧은 거리에서 오디오를 출력하는 데 사용되는 디지털 오디오 인터페이스의 일종이다. 신호는 RCA 단자 또는 BNC 단자를 사용하는 동축 케이블이나 토스링크 단자를 사용하는 광섬유 케이블을 통해 전송된다. S/PDIF는 홈 시어터 및 기타 디지털 Hi-Fi 시스템의 구성 요소를 상호 연결한다.

S/PDIF는 AES3 인터커넥트 기술 표준을 기반으로 한다. S/PDIF는 압축되지 않은 PCM 오디오 또는 압축된 5.1 서라운드 사운드의 두 채널을 전송할 수 있다. 더 큰 대역폭을 요구하는 무손실 서라운드 형식은 지원할 수 없다.

S/PDIF는 광케이블 또는 전기 케이블을 통해 디지털 오디오 신호를 전송하기 위한 물리 계층 사양 세트이자 데이터 링크 계층 프로토콜이다. 이 이름은 Sony/Philips Digital Interconnect Format의 약자이지만 Sony/Philips Digital Interface로도 알려져 있다. 소니와 필립스가 S/PDIF의 주요 설계자였다. S/PDIF는 IEC 60958에서 IEC 60958 type II(1998년 이전에는 IEC 958)로 표준화되었다.

응용 분야

일반적인 용도는 CD 플레이어에서 증폭 리시버로 압축되지 않은 디지털 오디오 두 채널을 전송하는 것이다.

S/PDIF 인터페이스는 또한 IEC 61937 표준에 정의된 압축된 서라운드 사운드용 디지털 오디오를 전송하는 데 사용된다. 이 모드는 블루레이, DVD 플레이어 또는 컴퓨터의 출력을 광 또는 동축 케이블을 통해 돌비 디지털 또는 DTS 디지털 서라운드 디코딩을 지원하는 홈 시어터 증폭 리시버에 연결하는 데 사용된다.

하드웨어 사양

디지털 오디오 동축 RCA 단자 (주황색)

S/PDIF는 프로페셔널 오디오 분야에서 전문 오디오 장비를 상호 연결하는 데 사용되는 주요 표준인 AES3와 동시에 개발되었다. 이는 다양한 이해 관계자들이 두 인터페이스 간에 최소한 충분한 유사성을 확보하여 IC를 인터페이싱하는 데 동일하거나 매우 유사한 설계를 사용할 수 있도록 하려는 열망에서 비롯되었다. S/PDIF는 프로토콜 수준에서 거의 동일하지만, 동축 케이블 (RCA 단자 포함) 또는 광섬유 (토스링크; 즉, JIS F05 또는 EIAJ 광학)를 사용하는데, 이들은 모두 AES3에 사용되는 XLR 연결보다 저렴하다. RCA 단자는 일반적으로 컴포지트 비디오와 같은 다른 RCA 단자 사용과 구별하기 위해 주황색으로 색깔이 지정된다. S/PDIF는 75 Ω 동축 케이블을 사용하는 반면 AES3는 110 Ω 밸런스드 연선을 사용한다.

소비자용 토스링크 연결을 통해 전송되는 신호는 동축 단자를 통해 전송되는 신호와 내용이 동일하다. 광학 연결은 전기적 절연을 제공하여 시스템의 접지 루프 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있다. 전기 연결은 더 견고하고 더 긴 연결을 지원한다.

AES3 및 S/PDIF 비교
AES3 S/PDIF
밸런스드 언밸런스드 구리 광학
케이블링 110 Ω STP 75 Ω 동축 75 Ω 동축 광섬유
단자 3핀 XLR 단자 BNC 단자 RCA 단자 또는 BNC 단자 토스링크
출력 레벨 2–7 V 피크 투 피크 1.0–1.2 V 피크 투 피크 0.5–0.6 V 피크 투 피크 빈칸
최소 입력 레벨 0.2 V 0.32 V 0.2 V 빈칸
최대 거리 1000 m 100 m 10 m
변조 바이페이즈 마크 코드
서브코드 정보 ASCII id. 텍스트 SCMS 복사 방지 정보
오디오 비트 심도 24비트 20비트 (선택적으로 24비트)

프로토콜 사양

S/PDIF는 여러 형식의 디지털 신호를 전송하는 데 사용되며, 가장 일반적인 것은 48 kHz 샘플링 레이트 형식(디지털 오디오 테이프 및 DVD에 사용)과 CD 오디오에 사용되는 44.1 kHz 형식이다. 두 샘플링 레이트와 필요할 수 있는 다른 샘플링 레이트를 모두 지원하기 위해 형식에 정의된 비트레이트는 없다. 대신 데이터는 비트당 하나 또는 두 개의 전환이 있는 바이페이즈 마크 코드를 사용하여 전송되어 원본 워드 클록을 신호 자체에서 추출할 수 있다.

S/PDIF 프로토콜은 채널 상태 비트에서만 AES3와 다르다. 상위 수준 보기는 AES3 § Protocol을 참조하라. 두 프로토콜 모두 192개의 샘플을 오디오 블록으로 그룹화하고 샘플당 하나의 채널 상태 비트를 전송하여 오디오 블록당 채널당 192비트 채널 상태 워드 하나를 제공한다. S/PDIF의 경우 192비트 상태 워드는 두 채널 간에 동일하며 각 16비트 12개 워드로 나뉘며, 처음 16비트는 제어 코드이다.

S/PDIF 제어 워드 구성 요소
바이트 비트 미설정 (0) 설정 (1)
0 0 소비자용 (S/PDIF) 전문가용 (AES3)
(AES3 채널 상태 워드로 의미 변경)
1 일반 PCM 압축 데이터
2 복사 제한 복사 허용
3 2 채널 4 채널
4 — —
5 사전 강조 없음 사전 강조 50/15
6–7 모드, 후속 바이트 정의; 0 이외의 값은 정의되지 않음.
1 0–6 오디오 소스 유형을 나타내는 오디오 소스 범주(일반, CD-DA, DVD 등)
7 L-비트, 원본 또는 복사
2 0–3 소스 번호
4–7 채널 번호
3 0–3 샘플링 주파수: &&&&&&&&&&&&&&-1.100000000002: 44.1 kHz, &&&&&&&&&&&&&&&4.&&&&&001002: 48 kHz, &&&&&&&&&&&&&&12.&&&&&011002: 32 kHz
4–5 클록 정확도: &&&&&&&&&&&&&&&2.&&&&&0102: 50ppm,&&&&&&&&&&&&&&-1.1000000002: 1100ppm, &&&&&&&&&&&&&&&1.&&&&&0012: 가변 피치 (호환 가능한 수신기 필요)
6–7 정의되지 않음
4 0 워드 길이 20비트 워드 길이 24비트
1–3 샘플 길이 (0: 정의되지 않음, 1–4: 워드 길이 마이너스 1-4비트, 5: 전체 워드 길이)
4–7 정의되지 않음
5–10 0-7 EAN-13 코드 (바이너리 코딩 십진수일 수 있음)
11 0-3
4–7 정의되지 않음; 13자리 EAN 코드의 패딩
12–13 0-7 정의되지 않음
14 0–3
4-7 ISRC (인코딩 불분명; ISRC는 영문 2개, 영숫자 3개, 숫자 7개로, 이는 262 × 363 × 107 ≈ 248.164이므로 분명히 7.5바이트에 맞지만, 순진한 5 ASCII + 7 BCD는 8.5바이트가 될 것이다)
15–21 0–7
22–23 0–7 정의되지 않음
  1. ↑ (대부분의 범주 코드의 경우) 복사 제한 오디오가 원본(한 번 복사 가능)인지 또는 복사본(다시 녹음 불가능)인지 나타낸다. L-비트는 비트 2가 0일 때(복사 제한 오디오를 의미)에만 사용된다. L-비트 극성은 범주에 따라 달라지며, DVD-R 및 DVD-RW의 경우 1일 때 녹음이 허용되지만, CD-R, CD-RW 및 DVD의 경우 0일 때 허용된다. 일반 CD-DA(일반 비기록 가능 CD)의 경우 L-비트는 정의되지 않으며, 비트 2를 4~10Hz 속도로 교대로 변경하여 녹음을 방지한다.

데이터 프레이밍

S/PDIF 블록에는 192개의 프레임이 포함되어 있으며, 각 프레임에는 두 개의 서브 프레임이 포함되어 있다. 서브 프레임에는 20비트 또는 24비트 오디오 데이터가 있다.

S/PDIF는 20비트 오디오 데이터 스트림 및 기타 관련 정보를 전송하는 데 사용된다. S/PDIF는 또한 4개의 추가 비트를 통해 24비트 샘플을 전송할 수 있지만, 모든 장비가 이를 지원하는 것은 아니며 이러한 추가 비트는 무시될 수 있다.

20비트 미만의 샘플 정확도를 가진 소스를 전송하려면 불필요한 비트는 0으로 설정되고, 4:1-3비트(샘플 길이)는 그에 따라 설정된다.

IEC 61937 캡슐화

IEC 61937은 S/PDIF를 통해 압축된 다중 채널 데이터를 전송하는 방법을 정의한다.

  • 제어 워드 비트 0:1은 비선형 PCM 데이터의 존재를 나타내기 위해 설정된다.
  • 샘플 레이트는 필요한 심볼(데이터) 레이트를 유지하기 위해 설정된다. 심볼 레이트는 일반적으로 샘플 레이트의 64배이다.
  • 데이터는 블록으로 패킹된다. 각 데이터 블록에는 IEC 61937 프리앰블이 주어지며, 두 개의 16비트 동기 워드를 포함하고 캡슐화된 데이터의 상태 및 ID(유형, 유효성, 비트 스트림 번호, 길이)를 나타낸다. 타이밍에 따라 필요한 전체 블록 크기를 맞추기 위해 패딩이 추가된다.

IEC 61937을 통해 사용 가능한 인코딩으로는 돌비 AC-3/E-AC-3, 돌비 트루HD, MP3, AAC, ATRAC, DTS, WMA Pro 등이 있다.

제약

수신기는 데이터 속도를 제어하지 않으므로 소스 클록과 동기화하여 비트 슬립을 방지해야 한다. 많은 S/PDIF 구현은 최종 신호를 소스 또는 상호 연결의 영향으로부터 완전히 분리할 수 없다. 특히, 수신을 동기화하는 데 사용되는 클록 복구 프로세스는 지터를 발생시킬 수 있다. DAC가 안정적인 클록 레퍼런스를 가지고 있지 않으면 결과 아날로그 신호에 노이즈가 유입된다. 그러나 수신기는 이러한 영향을 제한하는 다양한 전략을 구현할 수 있다.

같이 보기

각주

  1. ↑ “S/PDIF Information”. 인텔. 2017년 7월 21일. 2018년 4월 3일에 확인함.
  2. ↑ “S/PDIF”. 2018년 4월 3일에 확인함.
  3. ↑ “SoundSystem SixPack 5.1+ True 6 Channel + Digital In & out – Stuff Worth Knowing” (PDF). TerraTec. 2001년 7월 5일. 43쪽. 2018년 7월 2일에 원본 문서 (PDF)에서 보존된 문서. 2011년 1월 18일에 확인함.
  4. ↑ Mark Johnson; Charles Crawford; Chris Armbrust (2007). 《High-Definition DVD Handbook : Producing for HD-DVD and Blu-Ray Disc: Producing for HD-DVD and Blu-Ray Disc》. McGraw Hill Professional. 4–10쪽. ISBN 9780071485852. ...connections such as S/PDIF do not have the bandwidth necessary to deliver uncompressed surround sound...
  5. ↑ “Sound card”. 《kioskea.net》. Kioskea Network. 2013년 4월 16일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2010년 8월 4일에 확인함. The components of a sound card are: [...] An SPDIF digital output (Sony Philips Digital Interface, also known as S/PDIF or S-PDIF or IEC 958 or IEC 60958 since 1998). This is an output line that sends digitised audio data to a digital amplifier using a coaxial cable with RCA connectors at the ends.
  6. ↑ Finger, Robert A. 1992 'AES3-1992: The RevisedTwo-ChannelDigital Audio Interface', J.AudioEng.Soc., Vol.40, No. 3, 1992 March, p108
  7. ↑ “SPDIF connections: Get connected, not confused”. 2024년 5월 15일에 확인함.
  8. ↑ Dennis Bohn (2001). “Interfacing AES3 & S/PDIF” (PDF). Rane Corporation. 2쪽. 2011년 1월 18일에 확인함.
  9. ↑ “Understanding/Analyzing Digital Audio Channel Status Bits” (PDF). 2019년 2월 28일에 원본 문서 (PDF)에서 보존된 문서. 2022년 7월 7일에 확인함.
  10. ↑ “Receiving S/PDIF audio stream with the STM32F4/F7/H7 Series” (PDF). 2025년 8월 1일에 확인함.
  11. ↑ Digitalton - Schnittstelle für nichtlinear-PCM-codierte Audio-Bitströme unter Verwendung von IEC 60958 - Teil 1: Allgemeines (IEC 61937-1:2007 + A1:2011); Deutsche Fassung EN 61937-1:2007 + A1:2011
  12. ↑ “FFmpeg: libavformat/spdif.h File Reference”. 《ffmpeg.org》.
  13. ↑ “Representing Formats for IEC 61937 Transmissions - Win32 apps” (미국 영어). 《learn.microsoft.com》. 2023년 5월 15일.
  14. ↑ Giorgio Pozzoli. "DIGITabilis: crash course on digital audio interfaces" tnt-audio.com.
  15. ↑ Chris Dunn, Malcolm J. Hawksford. "Is the AES/EBU/SPDIF Digital Audio Interface Flawed?" AES Convention 93, paper 3360.
  16. 1 2 Tracy, Norman. “On Jitter, the S/PDIF Standard, and Audio DACs.”. 2017년 7월 1일에 원본 문서에서 보존된 문서.
  17. ↑ Lesso, Paul (2006). 《A High Performance S/PDIF Receiver》 (PDF). Audio Engineering Society. 2014년 6월 4일에 원본 문서 (PDF)에서 보존된 문서. AES Convention 121, paper 6948
내용주
  1. ↑ 소비자 S/PDIF는 시리얼 카피 매니지먼트 시스템을 지원하는 반면, 전문가용 인터페이스는 지원하지 않는다.

외부 링크