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L'interface audionumérique AES/EBU (AES 3)
a connu sa première version en 1985 (AES3-1985),
reprise par l'UER (EBU en anglais) dans le document
Tech 3250 E. Cette interface a subi une importante
actualisation en 1992 (AES3-1992). La version actuellement
en vigueur date de 2003 (AES3-2003) et a reçu
un léger amendement en 2008. Initialement prévue
pour transporter sur câble des signaux audionumériques
série à deux canaux, elle a servi de
base à de nombreux procédés de
transport audio numériques professionnels (ATM,
MADI, audio incrusté "embedded",
etc.) et grand public (S/P-DIF).
Interface
électrique
L'interface électrique la plus répandue
est symétrique. Le connecteur est de type XLR-3,
le niveau est de 5 V crête à crête
à vide, l'impédance caractéristique
est de 110 Ohms. Le câble recommandé est
la paire torsadée. La longueur de câble
maximale sans précautions particulières
est de 150 m.
Alternativement,
il existe une interface électrique sur
câble coaxial 75 Ohms. Le niveau est de
1 V crête à crête à
vide. Le connecteur le plus fréquent est
le RCA mais on rencontre parfois des appareils
équipés de BNC.
(voir IEC 958) |
Un
convertisseur dCS propose (presque) toutes les
variantes d'interface électrique pour l'audio
numérique AES: XLR simple (jusqu'à
96 kéch/s) et double (jusqu'à
192 kéch/s), coaxiales (RCA et BNC)
et optiques (ST et Toslink). |
Sous-trame
de base
L'interface AES est dédiée au son numérique
PCM non compressé. La brique de base du protocole
AES3 est la sous-trame. Chaque sous-trame comporte 32
intervalles temporels élémentaires et
contient un échantillon audio. Sa structure est
la suivante :
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-
Préambule : 4 intervalles
- Données additionnelles : 4 intervalles
- Données audio : 20 intervalles
- 4 bits de contrôle : V (Validité),
U (Utilisateur), C (Channel Status), P
(Parité). |
Ce
format permet de transmettre des échantillons
audio PCM, quantifiés linéairement, codés
sur 16 à 20 bits (dans le cas d'échantillons
de longueurs inférieures à 20 bits, les
bits de plus faibles poids sont forcés à
zéro). Les quatre bits de données auxiliaires
sont alors libres pour divers usages, par exemple pour
un canal audio de moindre qualité (signalisation,
interphonie...).
Dans le cas d'échantillons de taille supérieure
(24 bits), les 4 bits de plus faibles poids peuvent
être insérés dans les données
additionnelles.
On rappelle que les échantillons audio sont en
binaire, les valeurs numériques sont codés
en complément à deux. Par conséquent,
le bit de plus faible poids est significatif du signe
(polarité du signal audio).
Trame
La trame AES3 comprend deux sous-trames. La première
sous-trame porte les données audio du canal
A, la seconde sous-trame porte le canal B. Ces deux
canaux peuvent former un signal stéréo
(et dans ce cas, une trame porte un échantillon
complet de ce signal stéréo), ou bien
deux voies audio monophoniques indépendantes
(mais dont l'échantillonnage est synchrone).
La trame est identifiée par les préambules
de type différent.
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La
synchronisation, un problème quoi doit
toujours être considéré avec
beaucoup de circonspection dans les applications
audio numériques professionnelles. |
Bloc
Un bloc est une succession de 192 trames successives.
Le début de chaque bloc est repéré
par une trame particulière qui diffère
des autres par le préambule du canal A différent.
Bloc
de "Channel Status"
L'ensemble des bits C d'un bloc forme lui-même
un bloc répétitif de 192 bits (soit
24 octets) porteur d'informations concernant l'audio
véhiculée par l'interface. Plusieurs
types de syntaxe peuvent se présenter selon
le contexte. Le premier bit (bit 0 de l'octet 0) indique
si l'usage est professionnel ou grand public. Selon
l'état de ce bit, le bloc de Channel Status
adopte deux syntaxes différentes.
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Structure
du bloc de Channel Status. Cliquer sur l'image
pour voir le mode grand public (PRO=0) ou le mode
professionnel (¨PRO=1) |
Le
codage de canal
Les signaux AES3 ne sont pas transmis avec le codage
naturel par niveaux logiques (dit NRZ) mais avec un
codage particulier (parfois qualifié de modulation)
qui répond à trois critères :
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(1)
Faciliter la transmission en minimisant la composante
continue (ce qui permet de traverser sans encombre
les couplages par condensateur et/ou transformateur)
(2) Faciliter la récupération de
l'horloge en minimisant les intervalles de temps
sans transition et en maximisant les transitions
synchrones avec l'horloge.
(3) Résister aux inversions de polarité
(inversions fortuites des fils de la paire torsadée,
câblage croisé des enroulements de
transformateurs de liaison, insertion d'amplificateurs
inverseurs en nombre impair...) |
Le
codage retenu est dit biphase (biphase-mark) ou
modulation de fréquence. Il est identique
à celui qu'emploie le code temporel longitudinal
LTC des magnétoscopes et autre transports
de bande. Il ne s'applique qu'aux données
utiles, les préambules étant exclus
de cette règle.
Le principe du codage est le suivant :
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-
Il y a toujours une transition à la fin
de chaque période d'horloge (ce qui satisfait
parfaitement le point 2)
- Si le signal vaut 0 pendant la période
d'horloge, on ne change rien
- Si le signal vaut 1 pendant la période
d'horloge, on ajoute une transition au milieu
de la période d'horloge |
On
notera que cet algorithme répond parfaitement
à l'impératif (3), puisque la valeur du
signal est déterminée par la présence
ou l'absence de transition, sans préjuger de
son sens. Ainsi, une inversion de polarité, qui
ne change rien à l'absence ou la présence
de transitions, ne viole pas la règle de codage.
L'apparition d'une longue suite de 0 ou de 1 est impossible.
Une suite de 0 est codée par un signal identique
à l'horloge bit. Une suite de 1 est codée
par un signal à une fréquence double de
l'horloge bit.
Préambules
Les trois types de préambules ne sont pas codés
biphase et se distinguent du reste du signal par des
violations de la règle du codage biphase. On
notera que chacun des préambules comporte deux
formes complémentaires selon l'état
du signal biphase à l'issue de la sous-trame
précédente.
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Les
trois formes d'onde correspondant aux préambules
de synchronisation du flux AES3. Cliquer sur l'image
pour voir les trois formes alternatives |
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