S/PDIF

S/PDIF ist die für Consumer-Geräte gedachte Ausprägung der Digitalaudio-Schnittstelle nach IEC 60958. Sie transportiert zwei Kanäle linear codiertes Audio — oder, in denselben Rahmen verpackt, einen komprimierten Mehrkanal-Bitstream. Die Abkürzung steht für Sony/Philips Digital Interface; als Norm heißt sie IEC 60958-3.

Ausführliche Erklärung

Unter der Oberfläche ist S/PDIF kein eigenes Datenformat, sondern dieselbe serielle Struktur, die auch die professionelle Schnittstelle AES3 benutzt. Ein Subframe umfasst 32 Zeitschlitze und enthält einen Abtastwert eines Kanals, zwei Subframes bilden einen Frame, 192 Frames einen Block. Codiert wird im Biphase-Mark-Verfahren, das den Takt in den Datenstrom hineinlegt — der Empfänger braucht deshalb keine zweite Leitung für die Uhr. Bei 48 kHz Abtastrate ergibt das 3,072 Mbit/s.

Getrennt sind die beiden Welten nicht am Ton, sondern am Beipack. In den Zeitschlitzen für den Channel Status stehen bei S/PDIF andere Angaben als bei AES3 — unter anderem das Kopierschutz-Flag SCMS. Dennis Bohn hat das in der Anwendungsschrift RaneNote 149 auf die knappste Form gebracht: Die Audiodaten sind dieselben, die Subcode-Formate sind es nicht. Wer beide Welten koppelt, ändert das Übertragungsmedium, nicht das Format.

S/PDIF hat zwei physische Ausführungen, und beide übertragen exakt dieselben Daten:

Die zweite Spalte ist der eigene Eintrag TOSLINK; dort stehen auch die Gründe, warum sie in der Praxis oft die bessere und manchmal die schlechtere Wahl ist.

Interessanter für die Planung ist die Obergrenze. In den Zwei-Kanal-Rahmen lassen sich nach der Normreihe IEC 61937 auch komprimierte Mehrkanalspuren hineinpacken — Dolby Digital und DTS in ihren klassischen Fassungen laufen so über eine Leitung, die formal nur zwei Kanäle kennt. Was nicht mehr hineinpasst, sind die verlustfreien und objektbasierten Tonspuren aktueller Discs und Streamingdienste: Dolby TrueHD, DTS-HD Master Audio und alles, was darauf aufbaut. Dafür gibt es HDMI und eARC. Ein Gerät, das an S/PDIF hängt, fällt entweder auf die komprimierte Fassung zurück oder gibt nur Stereo aus — und beides ist kein Fehler, sondern die Schnittstelle.

Klar, damit klingt S/PDIF nach Auslaufmodell. Ist es aber nicht: Wo ohnehin nur Stereo läuft — Streamer zum Wandler, CD-Laufwerk zum Verstärker, Fernseher zur Soundbar mit Zweikanalton —, überträgt die Schnittstelle genau das, was gebraucht wird, ohne Handshake, ohne HDCP, ohne EDID-Verhandlung. Sie ist unspektakulär zuverlässig, solange man ihr nicht mehr abverlangt, als sie kann.

Häufiges Missverständnis

„Digital ist digital, das Kabel ist also egal." Der erste Teil stimmt: Ein Bit kommt an oder nicht, und ein teures Kabel macht den Ton nicht wärmer. Der zweite Teil stimmt nicht, weil die elektrische Variante eine Hochfrequenzleitung mit 75 Ω Wellenwiderstand ist. Ein gewöhnliches Analog-Cinchkabel hat diesen Wert nicht — es ist für Audiofrequenzen gebaut, nicht für Signalflanken im Megahertzbereich. Auf einem Meter merkt man davon nichts. Auf zehn Metern durch ein Leerrohr merkt man es sehr wohl, und zwar nicht als schleichende Verschlechterung, sondern als Aussetzer oder als Verbindung, die gar nicht erst zustande kommt. Warum das so ist, steht ausführlich beim Wellenwiderstand und, an einem härteren Beispiel durchgerechnet, bei AES3.

Als Nächstes das Format. Viele gehen davon aus, HDMI übertrage denselben Ton wie der Digitalausgang und zusätzlich nur das Bild. Tatsächlich unterscheiden sich beide Wege im Ton erheblich: S/PDIF überträgt zwei PCM-Kanäle oder einen komprimierten Bitstream, HDMI zusätzlich verlustfreie und objektbasierte Formate. Wer den Digitalausgang benutzt, weil er „unabhängiger vom Fernseher" ist, kauft diese Unabhängigkeit mit dem Tonformat.

Nicht zu verwechseln mit

• AES3: dieselbe Datenstruktur in der professionellen Ausprägung — symmetrisch, 110 Ω, andere Pegel, anderer Channel Status.
• TOSLINK: der optische Steckverbinder samt Lichtleiter. Er überträgt S/PDIF, ist aber kein eigenes Format.
• HDMI und eARC: der breitere Weg, über den auch verlustfreie und objektbasierte Tonspuren laufen.
• USB Audio: eine Rechnerschnittstelle mit eigenem Protokoll und eigener Taktführung, kein IEC-60958-Rahmen.

In der Planung

Ein Wohnzimmer wird umgebaut, der Fernseher hängt künftig an der Wand, der Verstärker steht im Sideboard fünf Meter daneben. Der Kunde nennt als Ziel „Atmos aus den Streaming-Apps des Fernsehers" und fragt, ob ein Koaxkabel im Leerrohr reicht.

Welches Tonformat soll am Prozessor ankommen? Danach richtet sich das Kabel: Welches Tonformat soll am Prozessor ankommen? Sobald objektbasierter Ton dabei ist, ist S/PDIF raus — unabhängig davon, wie gut die Leitung ist. Damit steht das Verfahren fest: Rückkanal über HDMI mit eARC, also eine HDMI-Strecke zwischen Fernseher und Verstärker, und die will im Leerrohr anders behandelt werden als ein dünnes Koaxkabel. Die Gerätewahl zuletzt — sie fällt enger aus als gedacht, weil beide Seiten eARC beherrschen müssen.

Der Digitalausgang bleibt trotzdem sinnvoll — als zweiter, formatarmer Weg für den Fall, dass die HDMI-Verhandlung nach einem Firmware-Update klemmt. Genau dafür ist er gut: Er kann wenig, aber das ohne Voraussetzungen.

Verknüpfte Inhalte

Die professionelle Ausprägung derselben Schnittstelle behandelt AES3, die optische Ausführung TOSLINK. Warum die 75-Ohm-Angabe eine Anforderung und kein Etikett ist, steht beim Wellenwiderstand. Wohin die Formate wandern, die hier nicht mehr durchpassen, klärt der Eintrag zu eARC und ARC.

Quellen

Normzuordnung, elektrische Parameter und die maximale Distanz von zehn Metern stammen aus RaneNote 149; der Rahmenaufbau aus 32 Zeitschlitzen, zwei Subframes und 192 Frames sowie die Biphase-Mark-Codierung aus dem AES3-Normtext, den S/PDIF unverändert übernimmt. Beide wurden für diese Seite im Volltext eingesehen.