IEC 60958 && IEC 61937

Posted 2020-09-01 fellow_jing

IEC 标准

 

IEC 60958

IEC 60958是一种传递数字音频的接口规范，相比I2S，IEC60958通过一根线同时传递时钟信号和数据信号。IEC 60958用来传递两channel，16/20/24bits采样深度的PCM数据。

IEC 60958在传输数据时使用双相符号编码(Biphase Mark Code)，简称BMC，属于一种相位调制(phase modulation)的编码方法，是将时钟讯号和数据讯号混合在一起传输的编码方法。下图是BMC的示意图

在BMC编码中，时钟信号的频率是数据传输bitrate的两倍。BMC信号在时钟信号的上升沿跳变。在时钟下降沿，BMC是否跳边取决于数据信号，当数据信号是高电平时，BMC跳变。当数据信号是低电平时，BMC不跳变。

在音频信号在硬件间传递时，是传递的BMC信号，接收端对BMC解码，解析出时钟信号与数据信号。

IEC 60958标准传递两channel音频数据的报文格式如下图所示，

 

由192个Frame构成的Block，而每个Frame储存了两个channel的一组采样信号(Sample)，分为Channel A与Channel B两个声道。而每组Sample由Sub Frame构成，也就是一个Frame里有两个Sub Frame。Sub Frame的数据长度为32 Bits，里头内含了头码(Preamble)、辅助数据(Aux. Data)、音频数据(Audio Data)、以及四个位的信息与检查码。也就是说，一个Sub Frame为32 Bits，也就4 Bytes，而一个Frame为8 Bytes，而一个Block为192 x 8 = 1536 Bytes，而每个Block总共可以传递192个双声道Sample。

Sub Frame各个bit组成如下：

0-3 bits       头码(Preamble)        用来表示一个Sub Frame的开头，有三种型态，分别表示该Sub Frame为Channel A、Channel B或着是一个Block的起始Sub Frame(为Channel A)。

4-7bits        辅助数据(Aux. Data)        原始此区块的设计是用来传递一些使用者自行添加的信息，不过目前比较常见的用途是当音讯数据超过20Bit取样时，这四个Bit用来储存多出的取样Bit，比如说当要传送24Bit取样的数据时，用来存放末四个Bit的音讯数据。

8-27bits        音频数据(Audio Data)        存放实际的取样数据，长度为20 Bit，以LSB优先的方式传送，当取样低于20 Bit时，没有用到的LSB Bits要设定为零，举例来说，当我们要传送16 Bit的数据时，只会用到12-27 Bit的位置(LSB在12 Bit)，而8-11 Bit为零。

28 bit       有效位(Validity Bit)        此位设定了这一个Sub Frame内的数据是不是正确，如果设定为0，代表此Sub Frame内的数据是正确可被接收的，反之如果此Bit为1，则代表接收端应该忽略此组Sub Frame。比如说CD转盘读取CD数据时若是有某一个Sample读不到就会将代表该组Sample的Sub Frame中的有效位设为1。

29 bit       使用者位(User Bit)        此位为使用者自行定义的位，每组Sample传送一位，直到192组Sample传完后组成成192位的信息，两声道各自有一组192位的使用者信息。

30bit        信道状态位(Channel Status Bit)        此位与使用者位一样，每组Sample传送一位，最后组成两声道各自一组192位的信道状态信息(Channel Status)。这个192位信道状态信息分为专业(Professional)与一般家用(Consumer)两种不同的结构，以第一个位决定，设为1的时后为Professional模式，设为0的时后为Consumer模式。

31bit        同位检查位(Parity Bit)        同位检查是用来判别是否有奇数个位是发生错误，是一种简便错误检查方法，这边是使用偶位同位检查(Even Parity Check)。

 

头码(Preamble)是用来表示一个Sub Frame的开头，主要有X、Y、Z三种组态代表不同的意义，X代表此时是传送A通道的Sub Frame、Y代表是传此时是传送B通道、而Z比较特别，是代表此时是传送A通道，并且是一个Block的起始Sub Frame，如下图所示。

由于BMC编码中不可能出现三个bit相同的情况，IEC 60958正是利用这一特性来区分Preamble与正常的数据。表格里的Preamble code数值是Sub Frame中其它的数据经过BMC编码之后再加到整个Sub Frame前头的数据数值，所以总共是8bit，代表4bit(0~3bits)的时序。此外比较特别的是除了有X、Y、Z三种组态之外，上面的表格还列出了另外一组与原本数据向位相反的数值，要使用哪一组数值是依照前一组Sub Frame中最尾端的电平而定，当前一组Sub Frame为最尾端的电平0时用左边那一列数值，为1的时后用右边那一列，这样一样接收端才能正确处理。

每组Sub Frame中有一位的信道状态位，在一个Block有192组Frame，可以构成192位的信道状态结构(Channel Status Structure)，而两声道各自有一组192位的使用者信息。这这个192位的信道状态结构主要有两种不同的结构，由第一个位来决定，当第一个位为0时代表一般家用(Consumer)结构，第一个位为1时代表专业用(Professional)结构，分别为下面这两张结构图表。

• 一般家用信道状态结构图(Consumer Channel Status Structure)。PCM的采用频率为下图channel status中的Fs（24~27bit）

 

 

• 专业用信道状态结构图(Professional Channel Status Structure)

 

 

而实际使用上，上面这两个图表只能当做参考使用，因为信道状态结构有许多种不同的版本，到目前为止世面上许多不同器材所遵循的版本也不尽相同，甚至有一些器材会忽略不处理信道状态。

 

IEC 61937

相比IEC 60958只能传递2个channel的PCM音频数据，IEC 61937可以传递更复杂的压缩的音频数据，如MPEG2那种多声道, AC3 或DTS。在压缩的音频数据中，可以解析出channel,sample rate等信息。

IEC 61937报文格式如下：

Pa,Pb,Pc,Pd均为16bit数据，是IEC 61937的Preamble word，分别封装在IEC 60958 标准的1个Sub Frame中。

Pa,Pb是sync word，其值是固定的。Pc包含数据类型、和传递给接受者的信息。Pd为Burst-payload的长度。

Pc的信息如下表：

 Data type如下：