I formati digitali audio e i relativi standards

L'audio digitale AES (conosciuto anche come AES/EBU) si conforma alle specifiche AES3 (ANSI 4.40) intitolate: "Pratiche raccomandate da AES per l'engeneering dell'audio digitale - Formato di trasmissione seriale per due canali di dati audio rappresentati in modo lineare".

L'audio digitale AES/EBU è il risultato della cooperazione tra l'Audio Engeneering Society e l'Eurpean Broadcasting Union.

Quando si parla di audio digitale una delle considerazioni più importanti è il numero di bit per campionatura. Mentre il video lavora con 8 o 10 bit per campionatura, l'audio aumenta il numero dei bit da 16 sino a 24 per fornire lo spettro di dinamica e il rapporto segnale/disturbo desiderati.

La formula di base per determinare il SNR (signal to noise ratio) per l'audio digitale e':

SNR = (6.02* n) + 1.76

dove "n" e' il numero dei bit per campionatura.

Per un sistema a 16 bit in teoria il massimo SNR dovrebbe essere:

(6.02* 16) + 1.76 = 98.08 dB

Per un sistema a 18 bit il SNR dovrebbe essere 110.2 dB e per un sistema a 20 bit sarà 122.16 dB. Un convertitore ADC (analog to digital converter) a 20 bit probabilmente offre un valore compreso tra 100 e 110 dB.

Usando la formula vista sopra per un SNR di 110 dB questo sistema ha l'equivalente di una risoluzione a 18.3 bit.

Sino a poco tempo fa una convertitore A/D a 20 bit era molto costoso e consumava molta alimentazione che generava calore. Per queste ragioni molti convertitori A/D lavoravano a 18 bit. Recentemente i convertitori a 20 bit sono stati resi disponibili a un costo più basso e con un minor consumo di alimentazione e pertanto l'industria si sta spostando verso di essi. Per diminuire la quantità dei dati la maggior parte dei VTR registrano l'audio a 20 bit mentre lo standard AES consente campionature audio sino a 24 bit per campionatura.

Ogni segnale digitale audio AES consiste di due canali audio con i dati formattati come mostrato nella figura 15. Ogni campionatura è trasportata da un sub-frame che contiene 20 bit di dati campionati, quattro bit di dati ausiliari (che possono essere usati per estendere la campionatura da 20 bit a 24 bit), quattro altri bit di dati e preambolo.

Fig.15

Due sub-frame formano un frame che contiene una campionatura per ognuno dei due canali. Il preambolo indica per quale canale deve essere intesa la campionatura, la partenza di un blocco di frame usato per organizzare i dati dell'utente (user data) e i dati di status del canale. Quando l'audio digitale viene registrato su un VTR o messo dentro (embedded) nella cascata dei dati seriali, la partenza del blocco di 192 frame viene indicato dal bit chiamato "Z" che corrisponde all'evento del preambolo "Z-type".

Nello standard AES sono consentite diverse velocità di campionatura. Per la televisione la velocità' di campionatura preferita è di 48 KHz, loccata al clock del video come richiesto dai VTR digitali. I 32 bit associati a ogni campionatura audio producono una densità di dati di 3.07 Mb/s per due canali (una cascata seriale).

L'audio embedded (messo dentro)

L'audio digitale AES può essere embedded nella cascata dei dati seriali multiplexando rispetto alla costante di tempo i dati nello spazio disponibile per i dati ausiliari. Per segnali compositi lo spazio disponibile (figura 16) è quello degli impulsi di sincronia orizzontale e verticale il che consente solo l'impiego  di 4 canali di audio AES ( 2 cascate di dati).

Fig.16

Questa e' una buona prestazione per i VTR digitali che riescono quindi a registrare 4 canali di audio digitale. Nel video a componenti esiste una maggiore disponibilità di spazio per dati ausiliari in quanto tutte le parole che non trasportano il video attivo possono essere usate per altri scopi. Questo fornisce spazio per 16 canali (8 cascate di dati AES) e altri dati di altro tipo. Siccome questo spazio è disponibile anche nella forma parallela dei dati, è possibile (ma non è' pratica comune) usare l'audio embedded anche in forma parallela.

In seguito alla capacità dei VTR digitali di avere 4 canali audio digitali, le specifiche di base dell'audio embedded comprendono la quantità minima di dati formattati nei dati ausiliari e conosciuti come "audio data packets".

Inserire l'audio AES/EBU in un sistema

Il video e l'audio digitali seriali stanno per diventare di uso comune in post produzione e nelle stazioni TV. In molti casi il video e l'audio sono sorgenti coniugate e può essere utile tenerli insieme e trattarli come una singola cascata seriale digitale. Questo ha per esempio il vantaggio di tenere il segnale in ambiente digitale e di poterlo quindi commutare attraverso una matrice di commutazione seriale digitale. In altre circostanze allorché si desideri separare qualche sorgente audio, l'audio digitale può essere demultiplexato e commutato separatamente per mezzo di una matrice di assegnazione audio digitale nel formato AES/EBU.

Al ricevitore dopo che l'audio multiplexato è stato passato attraverso una matrice di assegnazione seriale digitale, può' essere necessario estrarre l'audio dal video in modo che l'editing, il completamento dell'audio e altri processi possano essere eseguiti.

Questo richiede un demultiplexer che tiri fuori l'audio AES/EBU dalla cascata dei dati seriali video. L'uscita di un tipico demultiplexer ha un connettore tipo BNC per il video seriale digitale e due connettori per le due coppie di audio digitale AES/EBU.