S/PDIF
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1. 개요
S/PDIF(Sony/Philips Digital Interface Format)는 DVD 플레이어와 같은 음성 소스에서 스피커로 디지털 오디오를 전송하는 데 사용되는 규격이다. 무압축 PCM 스테레오, 압축 코덱 DTS 및 돌비 디지털 5.1 채널 사운드를 지원하며, 동축 케이블(RCA) 또는 광섬유(TOSLINK)를 사용한다. AES3와 유사하며, 광 디지털 단자(옵티컬)와 동축 디지털 음성 단자(코엑셜)로 나뉜다. 프로토콜은 48kHz 또는 44.1kHz 샘플링 속도를 사용하며, IEC 61937을 통해 압축된 다중 채널 데이터를 전송한다. 하지만, 비트 슬립 및 클럭 지터 발생 가능성과 HDMI 및 DisplayPort의 등장으로 인해 사용이 감소하는 추세이다.
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- IEC 60958 - AES3
AES3는 오디오 공학회와 유럽 방송 연합이 개발한 디지털 오디오 상호 연결 표준으로, 2채널 PCM 오디오를 지원하며 다양한 하드웨어 연결 방식과 프로토콜을 정의한다. - 전기 연결 단자 - 에지 커넥터
에지 커넥터는 인쇄 회로 기판을 연결하는 데 사용되는 플라스틱 상자 형태의 소켓 디자인을 가진 연결 장치로, 고속 데이터 전송과 소형화 기술 발전에 따라 차세대 커넥터 기술 개발이 진행 중이다. - 전기 연결 단자 - 게임 포트
게임 포트는 아날로그 게임 컨트롤러 연결에 사용된 PC용 주변기기 인터페이스로, USB 등장으로 점차 사라졌지만 여전히 일부 환경에서 사용된다. - 컴퓨터 하드웨어 표준 - RS-232
RS-232는 데이터 단말 장치와 데이터 회선 종단 장치 간 직렬 통신을 위한 표준 인터페이스로, 터미널-모뎀 연결을 위해 개발되었으나 현재는 일부 산업 장비 및 시스템 콘솔 포트 등에 사용되며 전기적 신호 특성, 인터페이스 기계적 특성, 회로 기능 등을 정의하고 25핀 또는 9핀 D-서브미니어처 커넥터를 사용한다. - 컴퓨터 하드웨어 표준 - 병렬 ATA
병렬 ATA(PATA)는 하드 디스크 드라이브 등 저장 장치를 컴퓨터에 연결하는 데 사용된 16비트 인터페이스로, 1990년대부터 2000년대 중반까지 널리 사용되다가 직렬 ATA(SATA)의 등장으로 대체되었다.
| S/PDIF | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 종류 | 디지털 오디오 인터페이스 |
| 개발 | 소니, 필립스 |
| 다른 이름 | S/PDIF S-PDIF IEC 958 IEC 60958 |
| 기술 정보 | |
| 전송 매체 | 동축 케이블 광섬유 케이블 |
| 커넥터 종류 | RCA 단자 BNC 단자 TOSLINK |
| 지원 오디오 포맷 | PCM 돌비 디지털 DTS |
| 대역폭 제한 | 비압축 오디오 전송에 제한적 |
| 용도 | |
| 주요 사용 분야 | CD 플레이어 DAT 레코더 사운드 카드 게임 콘솔 |
| 특징 | |
| 장점 | 아날로그 오디오에 비해 노이즈에 강함 |
| 단점 | 고해상도 오디오 전송에 제약이 있을 수 있음 |
| 관련 기술 | |
| 유사 인터페이스 | AES/EBU |
2. 사용 분야
DVD 플레이어를 비롯한 각종 음성 소스를 스피커까지 잡음 없이 전송하기 위해 사용된다. 무압축 음성(PCM)은 스테레오까지 지원하며, 압축 코덱인 DTS, 돌비 디지털 음성은 5.1 채널 사운드도 전송이 가능하다. 따라서 영상 파일·매체에 담긴 압축된 음성 소스를 플레이어에서 스피커로 바로 전송하는 데 주로 쓰인다.
S/PDIF는 AES3(전문 오디오 장비 상호 연결 주요 표준)와 동시에 개발되었다. 통신 프로토콜 수준에서 AES3와 거의 동일하지만, S/PDIF는 일련 복사 관리 시스템(SCMS)을 지원한다.[6]
HDMI, 디스플레이포트는 96kHz 이상·멀티채널 무압축 음성을 전송할 수 있어, DTS·돌비 디지털로 압축되지 않은 일반 PC의 음성(영상 재생이 아닌 게임 사운드와 같은 무압축 음성)은 48kHz 2채널 스테레오가 한계인 근본적인 문제 때문에 S/PDIF는 사양길로 접어들고 있다.[1]
3. 하드웨어 규격
S/PDIF는 RCA 단자를 포함한 동축 케이블 또는 TOSLINK(JIS F05, EIAJ 광학)를 사용하는 광섬유를 사용한다. RCA 단자는 다른 RCA 커넥터 용도와 구별하기 위해 주황색으로 색상 코딩된다. S/PDIF는 75 Ω 동축 케이블을 사용하는 반면 AES3는 110 Ω 평형 꼬임쌍선을 사용한다.
소비자 등급 TOSLINK 연결을 통해 전송되는 신호는 동축 커넥터를 통해 전송되는 신호와 내용이 동일하다. 광학은 시스템의 접지 루프 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있는 전기적 절연을 제공한다. 전기 연결은 더 견고하고 더 긴 연결을 지원할 수 있다.[7]
3. 1. AES3 및 S/PDIF 비교
AES3와 S/PDIF는 케이블, 단자, 출력 수준, 최대 거리 등에서 차이가 있다.[22]
| rowspan=2 | | AES3 | S/PDIF | ||
|---|---|---|---|---|
| 평형 | 불평형 | 구리 | 광학 | |
| 케이블 | 110 Ω영어 STP | 75 Ω영어 동축 | 75 Ω영어 동축 | 광섬유 |
| 커넥터 | 3핀 XLR 커넥터 | BNC 커넥터 | RCA 커넥터 또는 BNC 커넥터 | TOSLINK |
| 출력 레벨 | 2–7 V 피크 투 피크 | 1.0–1.2 V 피크 투 피크 | 0.5–0.6 V 피크 투 피크 | |
| 최소 입력 레벨 | 0.2 V | 0.32 V | 0.2 V | |
| 최대 거리 | 1000 m | 100 m | 10 m | |
| 변조 | Biphase 마크 코드 | |||
| 서브코드 정보 | ASCII id. 텍스트 | SCMS 복사 방지 정보. | ||
| 오디오 비트 심도 | 24비트 | 20비트 (선택 사항, 24비트) | ||
3. 2. 광 디지털 음성 단자 (옵티컬)
케이블에 광섬유를 사용한다. 옵티컬(Optical: 광)이라고도 불린다[17]. 커넥터에는 도시바가 개발하고 제창한 TOS-Link (토스링크)라고 불리는 '''사각 커넥터'''와 샤프가 개발한 미니 플러그와 같은 외관의 '''원형 커넥터''' (별칭 "광 미니 플러그")가 있다. 사각 커넥터에는 삽입형 방진 캡이 부착된 것도 있으며, 케이블 연결 시 제거해야 한다. 통과하는 신호는 둘 다 같으므로, 커넥터가 다른 경우에는 변환 어댑터 등으로 대응할 수 있다.원형 커넥터가 전송하는 신호는 광 디지털 신호이므로, 헤드폰 등의 미니 잭의 아날로그 신호와는 호환되지 않는다. 단, 이 단자의 물리적인 모양은 미니 잭과 호환되므로 아날로그 계통과 단자를 공용(상호 배타적 사용)할 수 있다. 사각 커넥터는 DVD 데크, CD 플레이어, MD, DAT 등의 고정형, 콤포형 레코더, 데스크톱 PC, 게임기 등에, 원형 커넥터는 포터블 오디오 기기, 노트북 PC 등에 많이 탑재되어 있다.
TOS-Link 대응 기기 초기에는 SONY CDP-R1+DAS-R1과 같이 이 단자를 2개 사용하여 클럭을 동기시켜 지터 발생을 억제하는 기구를 채용하기도 하였으나, 이 단자는 단독 사용 시 클럭 지터의 영향을 받기 쉽다는 문제가 있다.
3. 3. 동축 디지털 음성 단자 (코엑셜)
케이블·단자는 아날로그 음성 단자와 동일한 형상의 RCA 단자를 사용한다. 코엑셜(Coaxial: 동축)이라고도 불린다.[17]주로 고급 오디오 기기를 중심으로 채용되며,[17] 동축 디지털 음성 단자와 광 디지털 음성 단자 양쪽 모두 갖춘 기기도 있지만, 개별 선택은 불가능하고 양쪽이 동시에 선택되는 기종이 많다. 임피던스는 초기 디지털 녹음기가 아날로그 비디오 데크를 전용하여 그 영상 신호 기록 대역을 이용했다는 (PCM 프로세서) 역사적 경위로 인해, 아날로그 영상 단자와 동일한 75Ω이다. 플러그 색상은 소비자 가전 협회(CEA, 현: CTA)에 의해 주황색으로 규격화되었지만,[18] 이전에는 파란색(블루)을 사용한 예도 있었다.
4. 프로토콜 규격
S/PDIF는 다양한 형식의 디지털 신호를 전송하는 데 사용되며, 가장 일반적인 형식은 디지털 오디오 테이프에 사용되는 48kHz 표본율 형식과 CD 오디오에 사용되는 44.1kHz 형식이다. 이러한 표본율과 그 외에 필요할 수 있는 다른 표본율을 모두 지원하기 위해, 이 형식은 정의된 비트 전송률을 가지고 있지 않다. 대신, 데이터는 모든 비트에 대해 하나 또는 두 개의 전환을 갖는 양상 변조 부호화를 사용하여 전송되므로, 신호 자체에서 원래의 워드 클럭을 추출할 수 있다.
S/PDIF 프로토콜은 AES3와 채널 상태 비트에서만 다르다. 두 프로토콜 모두 192개의 샘플을 오디오 블록으로 그룹화하고, 샘플당 하나의 채널 상태 비트를 전송하여 오디오 블록당 채널당 하나의 192비트 ''채널 상태 워드''를 제공한다. S/PDIF의 경우, 192비트 상태 워드는 두 채널 간에 동일하며 각각 16비트인 12개의 워드로 나뉘며, 처음 16비트는 제어 코드이다.
S/PDIF는 20비트 오디오 데이터 스트림과 기타 관련 정보를 전송하며, 4개의 추가 비트를 통해 24비트 샘플을 전송할 수도 있지만 모든 장비가 이를 지원하는 것은 아니다. 샘플 정확도가 20비트 미만인 소스를 전송하기 위해 불필요한 비트는 0으로 설정되고, 비트 4의 1-3 (샘플 길이)는 그에 따라 설정된다.
데이터는 송신 측에서 수신 측으로 항상 일방향으로 전송된다. 따라서 데이터 전송 시 오류가 발생한 경우, 패리티에 의한 오류 검출은 되지만 재전송은 이루어지지 않는다.
4. 1. 제어 워드 구성 요소
4. 2. 데이터 프레이밍
S/PDIF는 20비트 오디오 데이터 스트림과 기타 관련 정보를 전송한다. S/PDIF는 4개의 추가 비트를 통해 24비트 샘플을 전송할 수도 있지만, 모든 장비가 이를 지원하는 것은 아니며, 추가 비트는 무시될 수 있다.샘플 정확도가 20비트 미만인 소스를 전송하기 위해 불필요한 비트는 0으로 설정되고 4:1–3 비트(샘플 길이)는 그에 따라 설정된다.
4. 2. 1. IEC 61937 캡슐화
IEC 61937은 S/PDIF를 통해 압축된 다중 채널 데이터를 전송하는 방법을 정의한다.[10] 돌비 디지털, DTS, MP3, AAC 등 다양한 인코딩을 지원한다.[11][12]- 제어 워드 비트 0:1은 비선형 PCM 데이터의 존재를 나타내도록 설정된다.
- 샘플 속도는 필요한 심볼(데이터) 속도를 유지하도록 설정된다. 심볼 속도는 일반적으로 샘플 속도의 64배이다.
- 데이터는 블록으로 묶인다. 각 데이터 블록에는 IEC 61937 프리앰블이 주어지며, 이는 두 개의 16비트 동기화 워드를 포함하고 캡슐화된 데이터의 상태 및 식별 정보(유형, 유효성, 비트스트림 번호, 길이)를 나타낸다. 타이밍에 필요한 경우 전체 블록 크기에 맞게 패딩이 추가된다.
5. 한계
S/PDIF 수신기는 데이터 속도를 제어하지 않으므로, 소스 클럭과 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 클럭 복구 프로세스는 지터를 발생시킬 수 있다.[13][14][15] 만약 DAC가 안정적인 클럭 레퍼런스를 가지고 있지 않다면 결과적인 아날로그 신호에 노이즈가 발생할 것이다. 그러나 수신기는 이러한 영향을 제한하는 다양한 전략을 구현할 수 있다.[15][16]
6. 지원 기기
S/PDIF는 고급 오디오 기기, 영상 기기, 게임기, 일부 개인용 컴퓨터 등 다양한 기기에서 지원된다.[1]
분류:디지털 오디오
분류:홈 오디오
분류:컴퓨터 하드웨어 인터페이스
6. 1. 오디오 기기
고급 기기를 중심으로 널리 사용되며, 앰프와 플레이어 간 연결에 이용된다.[17]
6. 2. 영상 기기
홈 시어터 연결을 고려한 텔레비전에 채용되고 있다.[19]6. 3. 게임기
PlayStation 2, PSX, PlayStation 3, PlayStation 4 (초기형, PlayStation 4 Pro만)와 Xbox, Xbox 360 (Xbox 360 S는 표준 장착), Xbox One 등의 게임기에서 S/PDIF를 지원한다. 닌텐도 기기는 LPCM 서라운드 및 돌비 서라운드 (닌텐도 64, 닌텐도 게임큐브, Wii, Wii U) 이외에는 채용된 적이 없기 때문에 광 디지털 단자가 탑재된 적이 없지만, 파나소닉에서 제작한 Q는 예외이다.[1]6. 4. 개인용 컴퓨터
Mac 일부 기종은 아날로그 출력 단자와 겸용(원형)으로 S/PDIF를 지원한다.[1]참조
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2018-04-03
[2]
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SoundSystem SixPack 5.1+ True 6 Channel + Digital In & out – Stuff Worth Knowing
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TerraTec
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서적
High-Definition DVD Handbook : Producing for HD-DVD and Blu-Ray Disc: Producing for HD-DVD and Blu-Ray Disc
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McGraw Hill Professional
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문서
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
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Is the AES/EBU/SPDIF Digital Audio Interface Flawed?
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A High Performance S/PDIF Receiver
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超初心者のための「オーディオ用の端子って？ 」
https://www.denon.jp[...]
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CEA: CEA Standards - Standards Listings by Committee
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テレビを接続する 接続情報 サウンドバー／ホームシアターシステム サポート・お問い合わせ ソニー
https://www.sony.jp/[...]
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Intel
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RaneNote INTERFACING AES3 & S/PDIF
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