การเชื่อมต่อข้อมูลแบบ S/PDIF (Sony Phillips Digital Interface)

เมื่อยุคของเสียงแบบดิจิตอลมาถึงในปลายยุค 80  การเชื่อมต่อข้อมูลเสียงดิจิตอล SPDIF และ AES/EBU ที่เป็นไปตาม มาตรฐาน IEC 958  ก็เกิดขึ้นมา ทั้งในรูปแบบ ผู้ผลิต(Professional )และผู้ใช้(Consumer) มาดูกันว่าสายดิจิตอลเส้นเล็ก ๆนี้เก็บซ้อนข้อมูลไว้มากมายเพียงใด

S/PDIF

S/PDIF เป็นการเชื่อมต่อข้อมูลอีกรูปแบบหนึ่ง ซึ่งเป็นมาตรฐานของ AES/EBU และจัดตั้งขึ้น  โดยสมาคมวิศวกรรมเครื่องเสียง (AES: Audio Engineering Society) ร่วมกับสหภาพการกระจายเสียงของยุโรป (EBU: European Broadcasting Union) การเชื่อมต่อข้อมูล S/PDIF ออกแบบโดยบริษัทโซนี่ และ ฟิลลิปส์  ใช้ในการส่งถ่ายข้อมูล หรือเชื่อมต่อข้อมูลแบบดิจิตอลจากแหล่งจ่ายดิจิตอลไปยังอุปกรณ์อื่นๆตามความ ต้องการของผู้บริโภค ซึ่งสามารถทำให้อุปกรณ์สามารถติดต่อสื่อสารกันได้ภายในรูปแบบของสัญญาณ ดิจิตอล ในอดีต การเชื่อมต่อจะใช้สายสัญญาณ 2 เส้นแยกกัน สำหรับสัญญาณข้อมูล และสำหรับสัญญาณนาฬิกา ซึ่ง ณ เวลาใดเวลาหนึ่ง จะทำให้มีการผิดพลาดทางเวลาเกิดขึ้น ส่งผลให้ประสิทธิภาพการแปลงสัญญาณดิจิตอลเป็นแอนะลอกนั้นจะมีการผิดพลาดไม่ สมบูรณ์ การเชื่อมต่อข้อมูล S/PDIF จึงใช้สายสัญญาณเพียงเส้นเดียว (single wire interconnect) ในการส่งข้อมูล เพื่อแก้ไขการผิดพลาดทางเวลาที่เกิดกับการเชื่อมต่อที่ใช้สายสัญญาณ 2 เส้นได้ ลักษณะการเชื่อมต่อข้อมูล S/PDIF จะใช้สาย Coaxial 75 Ω ขั้วต่อสัญญาณเป็นแบบ RCA

รูปที่ 1 เครื่อง ดีทูเอที่มีขั้วต่อสัญญาณแบบ COAX(RCA) , AES/EBU และ Toslink(Optical)

สัญญาณ S/PDIF จากเครื่องเล่น CD ไปสู่ DAC จะมีความถี่อัตราชักค่าตัวอย่าง  เท่ากับ 44.1kbps (Kilo bit per seconds) จำนวนการส่งข้อมูลเท่ากับ 24 บิต ของ 1 ช่องสัญญาณ และ 32 บิต ของ 2 ช่องสัญญาณ มีอัตราการถ่ายข้อมูลถึง 2.822 Mbps (Mega – bit per seconds) ได้จาก 1 เฟรม ที่มีค่า 64 บิตคูณกับความถี่ของการชักค่าตัวอย่าง (Fs)

รูปที่ 2 ขั่วต่อและสายดิจิตอลแบบต่างๆ ทั้งแบบผู้ผลิต(Professional )และผู้ใช้(Consumer)

บิต  เฟรม  เฟรมย่อย และ บล็อก

การเชื่อมต่อข้อมูล S/PDIF จะส่งข้อมูลเสียงดิจิตอลไปในสายเส้นเดียว และจัดเตรียมข้อมูลเสียงไว้ 2 ช่องสัญญาณ สำหรับการควบคุมข่าวสาร และสำหรับการตรวจสอบข้อผิดพลาด ข้อมูลข่าวสารจะถูกควบคุมและส่งออกไปเป็น 1 บิต ต่อตัวอย่าง ไปเก็บไว้ในโครงสร้างของ Block ซึ่งจะเรียกว่า เฟรมย่อย (sub-frame) แสดงในรูปที่ 2.2

รูปที่ 3 รูปแบบของ sub-frame

จากรูปที่ 2.2  ภายใน เฟรมย่อย จะมีช่องของข้อมูลอยู่ทั้งหมด 32 บิต โดย 4 บิตแรกตั้งแต่บิตที่ 0 – 3 เป็นบิตเริ่มต้น (Preamble) จะบรรจุ Biphase-code ไว้ภายในส่วนนี้ด้วย ต่อมาบิตที่ 4 – 7 เป็นส่วนของสัญญาณเสริมอื่นๆ (Auxiliary data) และอีก 20 บิตเป็นของสัญญาณเสียง (Audio data) ตั้งแต่ บิตที่ 8 – 27 รวมแล้วส่วนของข้อมูลสัญญาณเสียงมีทั้งหมด 24 บิต จะส่งเป็นบิตที่มีความสำคัญน้อย (LSB) อยู่ในบิตช่วงแรกๆ โดยถ้าตัวอย่างของสัญญาณเสียงมี มากกว่า 20 บิต ก็จะครอบคลุมส่วนของทั้งสัญญาณเสียงและสัญญาณเสริม แต่ถ้าตัวอย่างของสัญญาณเสียงมีน้อยกว่า 20 บิต จะทำให้ส่วนของสัญญาณเสริม สามารถนำไปใช้ประโยชน์ในด้านอื่นๆ เช่นเดียวกันกับเสียง ส่วนอีก 4 บิตที่เหลือ เป็นบิตที่ใช้ควบคุมสัญญาณข่าวสาร ได้แก่
V (validity) Bit  :  เป็นบิตที่แสดงความถูกต้อง เมื่อเป็น Low จะแสดงว่ามีสัญญาณที่เหมาะสมกับแปลงเป็นสัญญาณแอนะลอก
U (user)       Bit : ช่องสัญญาณ User bit จะว่างไว้ให้แก่ผู้ใช้สำหรับหลายๆจุดประสงค์  ใน block ทั้งหมด
C (channel status) Bit  :  บิตสถานะช่องสัญญาณจะนำข้อมูลที่มีความสำคัญ  เกี่ยวกับข้อมูลเกี่ยวกับเสียง  และการเชื่อมต่อสำหรับการส่งมาด้วย  แต่ละช่องสัญญาณที่เกี่ยวกับเสียงทั้ง  2  ช่องสัญญาณ  มีข้อมูลสถานะช่องสัญญาณของตัวมันเอง  ด้วยโครงสร้างของบล็อก  ที่จะมีการทำซ้ำทุกๆ  192  ตัวอย่าง
P (Parity bit) Bit  :  เป็นบิตที่ใช้ในการตรวจข้อผิดพลาด ภายใน เฟรมย่อยได้ซึ่งทั้ง 32 บิตนี้จะอยู่ใน 1 เฟรมย่อย และ 2 เฟรมย่อย จะเท่ากับ 1 เฟรม ซึ่งใน 1 บล็อก จะมี เฟรม อยู่ทั้งหมด 192 เฟรม โดยจะมีบิตเริ่มต้น (Preamble) เป็นจุดเริ่มต้นของ บล็อก (Block) ดังรูปที่ 4

รูปที่ 4 รูปแบบของ Frame

รูปที่  4  แสดงให้เห็น เฟรมย่อย ที่ต่อเนื่องกัน 2  เฟรมย่อย  จะเรียกว่า  เฟรม  ซึ่งประกอบไปด้วย  ช่องสัญญาณ  A  และ  B  จนถึง  192  เฟรม ก็จะเรียกว่า  บล็อก   จุดเริ่มต้น หรือ Preamble ซึ่งจะชี้จุดเริ่มแรกของ เฟรมย่อย จะมีความแตกต่างในแต่ละช่องสัญญาณของทั้ง 2 ช่องสัญญาณ ด้วยการชี้ลักษณะเฉพาะของจุดเริ่มต้นของบล็อกสถานะช่องสัญญาณ
รูปแบบการเข้ารหัสสัญญาณดิจิตอลจะเข้ารหัสแบบ Biphase-mark-code โดยรูปแบบของสัญญาณ Biphase-mark-code จะแสดงในรูปที่ 5

รูปที่ 5 การเข้ารหัสของ Biphase-code

จากรูปที่ 5 จะเห็นว่าความถี่ของสัญญาณนาฬิกา (Clock) เข้ามา 2 ครั้งต่อ1บิต เมื่อ data เป็น 1 ก็จะทำให้ Biphase-mark มีการเปลี่ยนสถานะ  เป็น 1 0 เมื่อบิตก่อนหน้านั้นเป็น 0 และจะเปลี่ยนสถานะเป็น 0 1  เมื่อบิตก่อนหน้านั้นเป็น 1  เมื่อ data เป็น 0 Biphase-mark จะเปลี่ยนสถานะ เป็น 1 1 เมื่อบิตก่อนหน้าเป็น 0 และจะเป็น 0 0 เมื่อบิตก่อนหน้าเป็น 1 ซึ่งการเข้ารหัส Biphase-mark นี้จะได้รูปแบบของ Preamble X , Y และ Z ดังรูปที่ 6 และตารางที่ 2.1

 
รูปที่ 6 รูปแบบของ Preamble

ตารางที่ 1 Preamble

	Biphase Patterns	Channal
X	11100010 or 00011101	Ch.A
Y	11100100 or 00011011	Ch.B
Z	11101000 or 00010111	Ch.A & C.S. Block Start

ตารางที่ 1 ได้แสดง Preamble X  และ  Y  ชี้ว่าโครงร่างย่อยประกอบด้วยช่องสัญญาณ  A  และ  B  ตามลำดับ  Preamble  Z  แทนที่ Preamble  X  ทุกๆ  192  เฟรม  เพื่อชี้จุดเริ่มของบล็อกสถานะของช่องสัญญาณ

รูปแบบ การเชื่อมต่อผู้ผลิต(Professional )และผู้ใช้(Consumer)

ตาม มาตรฐาน IEC 958 ได้แบ่งรูปแบบการเชื่อมต่อข้อมูลเสียงดิจิตอลไว้ สองแบบด้วยกันคือ  รูปแบบ ผู้ผลิต(Professional ) สำหรับใช้ใน สตูดิโอบันทึกเสียง สถานีวิทยุ-โทรทัศน์  และผู้ใช้(Consumer) คือผู้ใช้ฟังตามบ้านทั่วไป  ซึ่งมีความแตต่างกันทั้งขั้วต่อ  คือ ผู้ผลิต(Professional )AES/EBUและผู้ใช้(Consumer) SPDIF  โดยดูรูปที่ 2  ประกอบ  , ขนาดสัญญาณ  ,การป้องกันการทำสำเนา , ความละเอียดของจำนวนบิต , บล็อกสถานะช่องสัญญาณ

ตารางที่ 2

	ผู้ผลิต(Professional )AES/EBU	ผู้ใช้(Consumer) SPDIF
สายสัญญาณ	ชีลด์ (SHIELD) 110 โอหม์75  โอหม์  โคแอกเชียล	75  โอหม์  โคแอกเชียล, ไฟเบอร์ออปติก
ขั้วต่อ	3 ขั้ว XLR   ,  BNC	RCA , BNC , TOSLINK
ระดับสัญญาณ	3-10 V	0.5-1v
การทำสำเนา	อนุญาต	ไม่อนุญาต
บล็อกสถานะช่องสัญญาณ	แบบผู้ผลิต	แบบผู้ใช้
จำนวนบิต	24 บิต	20-24 บิต

บล็อกสถานะของช่องสัญญาณ

จากรูปแบบของเฟรมย่อย (Sub-frame)ในรูปที่ 3 จะมีบิตที่ใช้ควบคุมและข้อมูลสำคัญถูกบรรจุอยู่ในบิตสถานะช่องสัญญาณ( C ) โดยข้อมูลนี้จะบ่งบอกสถานะแต่ละช่องสัญญาณคือเป็นช่องสัญญาณ A และ  B โดยในช่องสัญญาณ A จะมี 192 เฟรม เมื่อรวม บิตสถานะช่องสัญญาณ( C ) แล้วจะได้ 192 บิต โดยสามารถจัดเรียงได้  24 ไบต์ให้อยู่ในรูปของบล็อกสถานะช่องสัญญาณตามรูปที่ 7

 
รูปที่ 7 บล็อกสถานะช่องสัญญาณในรูปแบบของผู้ผลิต

บล็อกสถานะของช่องสัญญาณ ในรูปแบบของผู้ผลิต

บล็อกสถานะช่องสัญญาณในรูปแบบของผู้ผลิต ดังรูปที่ 7 โดยมีรายละเอียดของแต่ละไบต์ดังตารางที่ 3-1 และ 3-2

ตารางที่ 3-1 ไบต์ที่ 0 และ 1

ไบต์ที่ 0   เป็นข้อมูลควบคุมพื้นฐาน
บิต 0  ข้อมูลเป็นแบบผู้ผลิตหรือผู้ใช้
บิต 1  ข้อมูลเป็นแบบสัญญาณออดิโอธรรมดาหรือออดิโอพิเศษเช่นสัญญาณออดิโอที่มี่การเข้ารหัส
บิต 2-4 รายละเอียดของการทำ เอมฟิซิซ (Emphasis) สัญญาณออดิโอ
บิต 5-7 รายละเอียดของความถี่ แซมปลิ้ง
ไบต์ที่ 1   เป็นข้อมูลแบบ โมโน หรือ สเตอริโอ
ไบต์ที่  2  ความละเอียดของข้อมูลหรือจำนวนบิตของข้อมูล
ไบต์ที่  4  ข้อมูลความถี่ แซมปลิ้ง อ้างอิง
ไบต์ที่  5  สงวนไว้
ไบต์ที่  6-9, 10-13 ช่องที่ใส่ รหัส ASCII  ที่ใช้ส่งไปกับข้อมูลเสียง
ไบต์ที่  14-23  ดูตามตารางที่ 3-2

ตารางที่ 3-2 ไบต์ที่ 2 ถึง 23

บล็อกสถานะของช่องสัญญาณ ในรูปแบบของผู้ใช้

บล็อกสถานะช่องสัญญาณในรูปแบบของผู้ใช้ ดังรูปที่ 8 โดยมีรายละเอียดของแต่ละไบต์ดังตารางที่ 4-1 และ 4-2

 
รูปที่ 8 บล็อกสถานะช่องสัญญาณในรูปแบบของผู้ใช้

ไบต์ที่ 0   เป็นข้อมูลควบคุมพื้นฐาน
บิต 0  ข้อมูลเป็นแบบผู้ผลิตหรือผู้ใช้
บิต 1  ข้อมูลเป็นแบบสัญญาณออดิโอธรรมดาหรือออดิโอพิเศษเช่นสัญญาณออดิโอที่มี่การเข้ารหัส
บิต 2  ยอมให้ทำสำเนาหรือไม่
บิต 3-5 รายละเอียดของการทำ เอมฟิซิซ (Emphasis) สัญญาณออดิโอ
บิต 6-7 การกำหนดโหมดเพื่อเลื่อกใช้รหัสข้อมูลที่แบ่งเป็นประเภทไว้ในตารางที่ 3-1และ  3-2
ไบต์ที่ 1   เป็นข้อมูลแบบใช้รหัสข้อมูลที่แบ่งเป็นประเภทไว้
ไบต์ที่  2  ความละเอียดของข้อมูลต้นและจำนวนช่องของข้อมูล
ไบต์ที่  3  รายละเอียดของความถี่ แซมปลิ้ง
ไบต์ที่  4-23  สงวนไว้

ตารางที่ 4-1 ไบต์ที่ 2 ถึง 23

ตารางที่ 4-2 ไบต์ที่ 1  ถึง 23

ท้ายนี้ก็หวังเป็นอย่างยิ่งว่าบทความเรื่องการเชื่อมต่อข้อมูลแบบ SPDIF จะเป็นประโยชน์ต่อผู้อ่านได้ไม่มากก็น้อย

เข้าสู่ Digital Audio กับ SPDIF

เป็นเวลากว่า 30 ปีมาแล้วที่เทคโนโลยีของอุปกรณ์ด้านออดิโอได้ก้าวย่างจากระบบแอนะลอก เข้าสู่ระบบดิจิตอล จากเครื่องเล่นเทปแคะเซ็ทแอนะลอก(Cassette) สู่เครื่องเล่นแคะเซ็ทดิจิตอล(Digital Audio Tape) จากเครื่องเล่นแผ่นเสียงไปสู่ คอมแพคท์ดิสก์(Compact disc) จนกระทั้งในปัจจุบันเข้าสู่ ยุคที่คอมพิวเตอร์เข้ามามีบทบาทกับระบบเสียงอย่างมากโดยคอมพิวเตอร์ทุก เครื่องจะต้องมีซาวการ์ดที่มีหน้าที่ในการประมวลสัญญาณออดิโอทั้งสิ้น
อันจะกล่าวได้ว่าอุปกรณ์เครื่องเล่นเสียงดิจิตอลที่กล่าวมาทั้งหมดข้าง ต้นจำต้องมีส่วนประกอบที่สำคัญที่มีผลกับเสียงมากๆ ก็คือส่วนที่เรียกว่าตัวแปลงดิจิตอลเป็นแอนะลอก(Digital to Analog Converter) ซึ่งส่วนใหญ่ อยู่ในรูปของไอซีชิฟ ซึ่งแต่ละผู้ผลิตชิฟก็ใช้เทคโนโลยีในการแปลงดิจิตอลเป็นแอนะลอกที่ต่างกัน เช่น แบบหลายบิท(Muitibit Converters) แบบ 1 บิท และแบบ ซิกม่า-เดลต้ามอดูเลชัน(Sigma-Delta Modulation) และด้วยเทคโนโลยีที่ต่างกันก็จะให้เสียงที่ต่างกันไปด้วย

รูปที่ 1 องค์ประกอบของระบบเสียง
รูปที่ 1 เป็นองค์ประกอบของระบบเสียงโดยทั่วไป โดยเริ่มจากแหล่งกำเนิดสัญญาณ ซึ่งในปัจจุบันนี้ก็คือเครื่องเล่นซีดี หรือดีวีดี จากนั้นส่งสัญญาณอะนาล็อคไปยังปรีแอมป์ และเพื่อปรับระดับสัญญาณให้เหมาะสม เพื่อส่งให้เพาว์เวอร์แอมป์ ขยายสัญญาณเสียงออกลำโพงต่อไป
จากบล็อกไดอะแกรมของระบบเสียงคุณภาพที่ได้ จะขึ้นอยู่กับแต่ละส่วน ถ้าแหล่งกำเนิดสัญญาณมีความผิดเพี้ยนของสัญญาณ สัญญาณที่ผิดเพี้ยนนั้นก็จะถูกขยายออกลำโพงไปด้วย ซึ่งจะเห็นว่า แหล่งกำเนิดสัญญาณ ค่อนข้างจะมีความสำคัญอย่างมาก เพราะถึงแปรีแอมป์จะไม่มีความผิดเพี้ยนเลย แต่ถ้าแหล่งกำเนิดผิดเพี้ยน ทั้งระบบก็จะผิดเพี้ยนไปหมด ดังนั้น ในที่นี้จะกล่าวถึงเฉพาะแหล่งกำเนิดสัญญาณเท่านั้น

รูปที่ 2 แหล่งกำเนิดสัญญาณดิจิตอล(เครื่องเล่นซีดี)

แหล่งกำเนิดสัญญาณในที่นี้ส่วนใหญ่เป็นเครื่องเล่นซีดี หรือเครื่องเล่นดีวีดี คุณภาพของเสียงจึงขึ้นอยู่กับคุณภาพของแต่ละส่วนของเครื่องนั้น

รูปที่ 3 บล๊อคไดอะแกรมของเครื่องเล่นซีดี

บล๊อคไดอะแกรมของเครื่องเล่นซีดี จะประกอบด้วยด้วยภาคขับเคลื่อนแผ่น ซึ่งจะถูกควบคุมด้วยภาคควบคุมการหมุนแผ่นและการอ่านแผ่น สัญญาณดิจิตอลที่ได้จากการอ่านแผ่น จะถูกส่งไปยังภาคดีทูเอ(Digital to Analog Converter)ทำการแปลงสัญญาณดิจิตอลไปเป็นสัญญาณอนาลอกที่มีความถี่สุ่มออกมา ด้วย ซึ้งความถี่ซุ่มนี้เป็นสิ่งที่ต้องกำจัดออกไปโดยวงกรองความถี่ต่ำ(LowPass Filter) ซึ่งสัญญาณที่ผ่านวงจรกรองนี้แล้วจะเป็นสัญญาณอนาลอกที่เราต้องการ จากนั้น สัญญาณที่ได้เข้าสู่วงจรลายสเตรดแอมป์เพื่อขยายระดับสัญญาณ และแมชชิ่งอิมพิแดนซ์ให้เหมาะสมกับการนำไปต่อกับอุปกรณ์ที่จะนำไปต่อด้วย เช่น ปรีแอมป์, อินทีเก-รทแอมป์ต่อไป

รูปที่ 4 บล๊อคไดอะแกรมของเครื่องเล่นซีดีแบบแยกชิ้น(Transport&DAC)

ต่อมาได้มีการนำเสนอเครื่องเล่นซีดีแบบแยกชิ้นโดยการแยกภาคขับเคลื่อนและ ควบคุมออกมาเป็นอิสระและปล่อยสัญญาณดิจิตอลออกมาในรูปของ SPDIF(Sony Philips Digital Interface) ที่ถูกคิดค้น และออกแบบโดยการร่วมมือกันระหว่าง บริษัทโซนี่กับบริษัท ฟิลลิปส์ ซึ่งเป็นการเชื่อมต่อข้อมูลที่มีประสิทธิภาพในการส่งข้อมูลดิจิตอล จากเอาต์พุตไปยังผู้ใช้ปลายทางได้

รูปที่ 5 เครื่องเล่นซีดีแบบแยกชิ้น(Transport&DAC) ของ Accuphase

การเชื่อมต่อข้อมูลของ SPDIF ภายใต้ข้อกำหนดของ AES/EBU ซึ่งเป็นมาตรฐาน ที่ถูกกำหนดโดยสมาคมนักวิศวกรรมเครื่องเสียง (Audio Engineering Society (ASE)) กับ สห-ภาพการกระจายเสียงของยุโรป (European Broadcasting Union (EBU)) ที่กล่าวถึง รูปแบบของข้อมูลเสียงดิจิตอล, การเข้ารหัสสัญญาณ, สัญญาณนาฬิกา, บิตควบคุม, การแก้ไข ข้อผิดพลาด, โครงสร้างบล็อกข้อมูล และการเชื่อมต่อสัญญาณแบบต่างๆ

รูปที่ 6 ขั้วต่อข้อมูลแบบ SPDIF ทั้งแบบ Coaxial (75 ) และ แบบ Toslink (Optical)

สัญญาณนี้จะถูกส่งตามสายไปยังเครื่องดีทูเอ(Digital to Analog Converter)ทำการแปลงสัญญาณดิจิตอลไปเป็นสัญญาณอนาลอกที่สามารถนำไปต่อใช้กับ ปรีแอมป์, และ อินทีเกรทแอมป์ได้เลยซึ่งโดยส่วนใหญ่ ให้คุณภาพเสียงที่ดีกว่าเครื่องเล่น CD โดยทั่วไป แต่ราคาก็ค่อน
ข้างสูงตามไปด้วย ต่อมาเมื่อมาตรฐาน SPDIF เริ่มเป็นที่ยอมรับและแพร่หลายมากขึ้นได้มีผู้ผลิตหลายรายได้ติดตั้งช่อง ปล่อยสัญญาณ SPDIF นี้กับเครื่องเล่น CD ของตนทำให้ เครื่อง CD เหล่านี้สามาอับเกรตคุณภาพเสียงโดยการหา ดีทูเอ มาต่อเข้าไปในระบบได้ ซึ่งเครื่อง ดีทูเอที่มีชื่อเสียงในอดีตและราคาไม่สูงเกินไปก็เช่น DAC IN THE BOX ของ Audio Alchemy , MSB LinkDAC ของ MSB Technology เป็นต้น

รูปที่ 7 เครื่องดีทูเอ(Digital to Analog Converter)ของ Audio Alchemy

และก็มาถึงยุคของเครื่องเล่น ดีวีดีเป็นเครื่องที่เล่นได้ทั้งภาพและเสียง โดยมีช่อง SPDIF เป็น มาตรฐานที่มากับตัวเครื่อง ซึ่งถือว่าเป็นเครื่องที่คุ้มค่ามากในยุคนี้ แต่เนื่องจากเป็นตลาดที่ใหญ่มาก ภาวะการณ์แข่งขันจึงสูงมาก ทำให้ราคาเครื่องถูกลงอย่างรวดเร็ว ซึ่งคุณภาพของภาพ ของเครื่องเล่นดีวีดีนั้นถือว่าดีมาก แต่คุณภาพของเสียงยังสู้เครื่องเล่น ซีดี ไม่ได้ เนื่องจากเหตุผลทางต้นทุนสินค้า จึงทำให้ผู้ผลิตต้องลดคุณภาพของสินค้าลงมา การที่จะหาเครื่องเล่น ดีวีดี ที่มีคุณภาพที่ดีทั้งภาพและเสียง จึงเป็นไปได้ยาก แม้จะมี ก็ราคาสูงตามไปด้วย ดั้งนั้น หากหาเครื่องดีวีดีที่มีคุณภาพ ภาพที่ดีโครงสร้างดีมาต่อกับ ดีทูเอ จึงเป็นหนทางออกที่ดี อีกทางหนึ่งที่จะได้ทั้งคุณภาพของภาพและเสียงที่ดีอีกด้วย

ดีทูเอ

หลักการทำงานของ ดีทูเอ(DAC)คือ จะทำการรับสัญญาณดิจิตอลที่อยู่ในรูปแบบของ Sony Philips Digital Interface (SPDIF) จากเครื่องเล่น CD หรือ DVD ที่มีความถี่สุ่ม ตั้งแต่ 44.1 kHz ถึง 192kHz. เข้ามาถอดรหัสโดยใช้ไอซีเบอร์ CS84XX ทำการถอดรหัสแล้วส่งสัญญาณไปยังวงจรแปลงสัญญาณดิจิตอลเป็นอนาลอก ( Digital to Analog Converter , DAC ) ขนาด 16-24 บิต แล้วผ่านวงจรกรองความถี่ต่ำผ่าน (Active Analog Filter Low Pass) จากนั้นส่งไปยังวงจรลายสเตรจ (Line Stage) แล้วทำการส่งออกภาคเอาท์พุตเพื่อทำการขยายต่อไป

รูปที่ 8 บล๊อคไดอะแกรมของเครื่องดีทูเอ

จากบล๊อคไดอะแกรมของเครื่องดีทูเอ โดยรับสัญญาณ SPDIF ซึ้งเป็นข้อมูล Digital Audio เป็นข้อมูลเสียงดิจิตอล, การเข้ารหัสสัญญาณซ้ายขวา, สัญญาณนาฬิกา, บิตควบคุม, บิตการแก้ไข ข้อผิดพลาด, โครงสร้างข้อมูลนี้ถูกรวมกันมาในสายเส้นเดียวกัน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้ไอซีทำการถอดรหัสข้อมูลหรือทำการแยกข้อมูลทาง เสียงออกมาเสียก่อนซึ้งไอซีที่ใช้เรียกว่า Digital Audio Interface Receiver ซึ้งเป็น ไอซี ที่ถูกใช้อย่างแพร่หลายมานาน ของบริษัท Crystal ตระกูล CS84xx เช่น CS8412 (16bit/48kHz) , CS8414 (24bit/96kHz) , CS8415 (24bit/96kHz) , CS8416 (24bit/192kHz.)โดยค่าในวงเล็บคือค่าความละเอียดเป็น บิตและความถี่สุ่ม ที่ไอซีสามารถถอดรหัสออกมาเป็นสัญญาณการเชื่อมต่อ 4 สัญญาณด้วยกันเรียกรูปแบบสัญญาณแบบนี้ว่า การเชื่อมต่อสัญญาณเสียงดิจิตอลแบบอนุกรม (Audio Serial Data Interface) เพื่อส่งให้ ดีทูเอ ทำการแปลงสัญญาณดิจิตอลเป็นอนาล็อกแล้วผ่านวงจรกรองความถี่ต่ำผ่าน (Active Analog Filter Low Pass) เพื่อกำจัด ความถี่แซมปริงเรท(Fs)และความถี่ที่สูงกว่าความถี่ออดิโอที่ไม่ต้องการออกไป จากนั้นส่งไปยังวงจรลายสเตรจ (Line Stage) เพื่อปรับปรุงคุณภาพหรือบัฟเฟอร์สัญญาณก่อน แล้วจึงทำการส่งออกทางเอาท์พุตเพื่อทำการขยายต่อไป

Audio Serial Data

รูปที่9 การต่อสัญญาณ Audio Serial Data กับ ดีทูเอ

สัญญาณ Audio Serial Data ที่ถอดจากไอซี Digital Audio Interface Receiver จะเป็นสัญญาณสี่เส้นดังนี้

SCLK ( Serial Audio Output Bit Clock) สัญญาณนาฬิกา ของข้อมูลเสียงดิจิตอลโดยจะมีความถี่ของสัญญาณนาฬิกาเท่ากับ 64 เท่าของความถี่สุ่ม
LRCK ( Serial Audio Output Left/Right Clock ) สัญญาณนาฬิกาที่ใช้ระบุ ข้อมูลเสียงดิจิตอลว่าเป็น frame ซ้าย หรือ ขวา โดยจะมีความถี่ของสัญญาณนาฬิกาเท่ากับความถี่สุ่ม
SDOUT (Serial Audio Output Data ) เป็นข้อมูลสัญญาณเสียงดิจิตอลแบบอนุกรม
MCLK (Recovered Master Clock) สัญญาณนาฬิกาที่ใช้ในการทำตัวกรองดิจิตอลอินเตอร์โพเลเตอร์และซิกม่า-เดลต้า มอดูเลเตอร์ ซึ่งจะเป็นสัญญาณนาฬิกาที่มีความถี่ เท่ากับ 128 เท่าของความถี่สุ่ม หรือ 256 เท่าของความถี่สุ่ม

Audio Serial Data Format

รูปแบบ ข้อมูลสัญญาณเสียงดิจิตอลแบบอนุกรมมีอยู่ด้วยกันหลายรูปแบบแต่สามารถแบบได้ตามลักษณะในการส่งข้อมูลได้ 4 แบบใหญ่ๆด้วยกันคือ
Left Justified,up to 24-bit data (MSB ชิดซ้าย)
I2S ,up to 24-bit data
Right Justified, 24-bit data (MSB ชิดขวา)
AES3 Direct (เพิ่มข้อมูลบิท V,U,C,P)

รูปทึ่ 10 แสดงสัญญาณ Audio Serial Data Format

สำหรับการเลือกใช้รูปแบบข้อมูลสัญญาณเสียงดิจิตอลแบบอนุกรมนี้จะขึ้นอยู่ กับชิบ DAC ของแต่ละ บริษัทว่ารองรับรูปแบบไหนชิบรุ่นเล็กอาจจะรองรับรูปแบบเดียวแต่ถ้าเป็นรุ่น ใหญ่จะรองรับแทบจะทุกรูปแบบ ซึ่งจะต้องตั้งรูปแบบข้อมูลสัญญาณเสียงดิจิตอลแบบอนุกรมนี้ให้ตรงกันทั้งตัว รับ(DAC)และตัวส่ง(Digital Audio Interface Receiver) เช่น

Crystal เบอร์ CS4344 รองรับโหมด I2S ,up to 24-bit data โหมดเดียว
Crystal เบอร์ CS4340 รองรับทุกโหมดยกเว้น AES3
BURR-BROWN เบอร์ PCM1730 รองรับทุกโหมดยกเว้น AES3
Philips เบอร์ TDA1543 รองรับโหมด I2S 16-bit data โหมดเดียว
Philips เบอร์ TDA1541 รองรับโหมด I2S 16-bit data โหมดเดียว

แม้ SPDIF จะมีการใช้งานมานานแล้วแต่ก็ยังไม่ค่อยมีใครกล่าวถึงหรือลงลึกถึงรายละเอียด ของมันมาก ในครั้งต่อไปเราจะลงลึก SPDIF จนถึงเชื่อมต่อสัญญาณเสียงดิจิตอลแบบอนุกรม และการใช้งานไอซีถอดรหัสเบอร์ CS8416 กับไอซี ดีทูเอ เพื่อทำเครื่องดีทูเอ(DAC) ที่มีคุณภาพขึ้นใช้เองได้
ต่อจากนี้ไปความรู้ด้านดิจิตอลออดิโอจะไม่ใช้เรื่องยากและจำกัดในวงแคบอีกต่อไป