Asynchronous USB

[dimitre]

А можно ли вообще вывести звук из компа на внешний DAC по SPDIF или USB, чтобы слушать без слёз

Я вообще теоретик, ничего сложнее чем перевести аппарат с 110 на 220 своими руками не делал.
Пытался понять, есть ли решение проблемы.

Понял, что вариантов вообще немного: USB, Firewire, SPDIF и Ethernet/Wi-Fi.
Долгое время не мог понять, откуда вообще проблемы с выводом цифры, ведь все 0 и 1 доходят до места назначения без вопросов. Все беды от того, что сигнал, который передается из компьютера в DAC состоит из двух компонентов — данные (0 и 1) и clock.

Подробно тут — http://en.wikipedia.org/wiki/Biphase_mark_code
Плохие clock в компьютере неизбежны, качество блоков питания в компе посредственное.

SPDIF
Ровно поэтому качество SPDIF Toslink фиговенькое:
streamed output from Mac Book Toslink 1607ps S/PDIF
streamed output from Apple Airport express Toslink 2418ps
Более-менее хорошее — это ~200ps и меньше.

USB
В USB-аудио используется изохронный режим передачи из шину USD. Изохронный - это значит что компьютер полностью контролирует передачу данных. При этом есть три режима синхронизации (передачи clock):

Synchronous: in this mode the readout clock is directly derrived from the 1KHz frame rate. There is a PLL that takes in the start of frame signal and genrates a clock. Using this scheme its rather difficult to generate 44.1, but very easy to generate 48KHz. This is a primary reason why many early USB audio devices only supports 48KHz, they used this mode. As you can guess this mode is very susceptible to jitter on the bus, pretty much anything that causes the output from the host to be jittered (PS noise, vibrations, interference etc) AND things that can cause jitter on the interconnect (interference, reflections, ground noise etc) will wind up with jitter on the readout clock.

Adaptive: in this mode the clock comes from a separate clock generator (usually implemented as a PLL referenced by a crystal oscillator) that can have its frequency adjusted in small increments over a wide range.

Значит clock тоже в руках USB-чипсета, не стоит ждать выдающихся результатов.
А если посмотреть результаты замеров джитера для разных USB-чипсетов, то вообще хочется купить себе CD-транспорт.

Asynchronous: in this mode an external clock is used to clock the data out of the buffer and a feedback stream is setup to tell the host how fast to send the data. A control circuit monitors the status of the buffer and tells the host to speed up if the buffer is getting too empty or slow daown if its getting too full. Note this is still isochronous, the host is continuousley sending samples, there is no "per packet handshake" going on. Since the readout clock is not dependant on anything going on with the bus, it can be fed directly from a low jitter oscillator, no PLL need apply.



Асинхронный режим выглядит как решение всех проблем. Трудность в том, что почти не USB-чипсетов, которые бы без затрат реализовывали это решения.
Gordon Rankin из Wavelength написал firmware для USB-чипсета TAS1020B.
Измеренный им уровень джитера Async USB module TAS1020 — 78.2ps. Поразительно.

Код firmware для USB-чипсета TAS1020B лицензировала Ayre и выпустила свой DAC — Ayre QB-9 (очень понятный whitepaper http://www.ayre.com/pdf/Ayre_USB_DAC_White_Paper.pdf)


Можно ли у нас такое сделать? Я бы точно купил асинхронный USB-конвертор с хорошим питанием клока и выходом SPDIF RCA.

Ссылки:
USB audio spec and jitter
http://www.audioasylum.com/forums/pc...ages/7719.html

Async mode breakthrough for USB DACs!
http://www.head-fi.org/forums/f46/async-mo...sb-dacs-271356/

Wavelength Audio Brick
http://www.6moons.com/audioreviews/w...4/brick_2.html
http://www.6moons.com/audioreviews/w...2/brick_2.html

The D/A diaries: A personal memoir of engineering heartache and triumph
http://www.planetanalog.com/showArticle.jh...icleID=12801995

Ayre USB DAC
http://www.head-fi.org/forums/f46/ayre-usb...787/index2.html
http://www.ayre.com/pdf/Ayre_USB_DAC_White_Paper.pdf

24/96 async USB 2.0 solution with Pace-Car 2
http://www.audiocircle.com/circles/i...?topic=64017.0

Дмитрий

[aal]

А почему частота с выхода PCM может быть меньше или больше 44100? Или она там плавает?

Маленько опередили с ответом: плл востанавливает такт на основе степени опусташения буферов в 2706 и частоты фрэймов - 1 кгц.
Судя по частотомеру, частота не плавает, а стоит с точностью до 100 доле Гц. Но её конкретное значение будет зависеть от частоты тактирования USB хоста - т.е. в компе. У меня помоему отклонение было несколько герц от 44100 - примерно 44107 гц.

[energetik]

Втыкаем в USB девайс на PCM2706 (7) и собираем данные с побитовой точностью в некий буффер, из которого затем синхронно с клоком внешнего ЦАП забираем эти данные. Слышал краем уха про некий FIFO буффер, позволяющий как писать, так и считывать данные.

Наверное открою страшную тайну, но PCM2706 осуществляет приём в изохронном режиме. Этот режим сам по себе не гарантирует побитовой точности передачи.

Добавлю ВСЕ устройства на базе драйверов USB Audio работают в изохронном режиме.

[Оллема]

мммм... спасибо за просвещение, подумаю что можно подумать об отклонении скорости, сейчас голова на подушку уже падает.

Тут на форуме Женя проводил тест PCM и удостоверился в побитовой точности. Вот так то.

[yan]

Этот режим сам по себе не гарантирует побитовой точности передачи.

Нее, ну не всё так плохо. Не гарантируется доставка данных.
А пока звук не "квакает", данные точные.

[energetik]

Не гарантируется доставка данных.

Спецификация USB говорит как раз о гарантированной доставке изохронных пакетов во времени!!! А точность передачи обеспечивает Балк!

А пока звук не "квакает", данные точные.

В любом аппаратном модуле I2S (насколько я знаю) при отсутствии (задержке) данных на входе передаются последние принятые данные для избежания "квакания".
Позволю привести выдержку из одного даташита:

When the transmit FIFO contains insufficient data the transmit channel will repeat transmitting the last data until new data is available. This can occur when the microprocessor or the DMA at some time is unable to provide new data fast enough. Because of this delay in new data there is a need to fill the gap, which is accomplished by continuing to transmit the last sample. The data is not muted as this would produce an noticeable and undesirable effect in the sound.

[yan]

Спецификация USB говорит как раз о гарантированной доставке изохронных пакетов во времени!!! А точность передачи обеспечивает Балк!

Да, во времени. Если пакет пропал - значит пропал, время пришло передавать следующий пакет.
Это в Балк потеряный пакет будет передан заново.
Если я ничего не путаю, конечно..

[Nikkov]

Да, во времени. Если пакет пропал - значит пропал, время пришло передавать следующий пакет.
Это в Балк потеряный пакет будет передан заново.
Если я ничего не путаю, конечно..

Все верно, изохронный режим не предусматривает повтора потерянных/искаженных пакетов, в отличии от остальных режимов. Но чтобы пакеты терялись (данные в пакетах искажались) при исправном оборудовании - это надо постараться. Если проводить аналогии, то асинхронный режим подобен SPDIF, данные передаются, но доставка их протоколом не гарантируется.
Мне только непонятно, неужели реализовать изохронный асинхронный режим сложнее, чем городить все эти буфера и VCO?

[aal]

Этот режим сам по себе не гарантирует побитовой точности передачи.

Не совсем так: если во время передачи пакета были ошибки - он сбрасывается и не передаётся в ЦАП. Т.е. должен заменятся "0"-ми. Повторная передача не инициализируется - напоминает UDP в TCP/IP

Если я ничего не путаю, конечно..

Всё так.

неужели реализовать изохронный асинхронный режим сложнее, чем городить все эти буфера и VCO?

И да, и нет. До хрсп3 этот режим винда не поддерживала - т.е. на разработчика ложился труд не только железку сделать и написать прошивку, но ещё драйвер для вин написать...

[Оллема]

Господа теоретики, почитайте тут:
https://forum.vegalab.ru/showthread....SB-ASIO-Driver
пост 4.

[a1812]

все правильно в посте 4 написано... Как справедливо замечено выше - usb audio напоминает UDP пакеты. Если все нормально, то все будет в точности и сохранности. Потерять пакеты не проблема, но загрузить комп надо очень хорошо и сравнительно надолго. Тогда данные будут теряться. Но это можно не рассматривать - это частный случай.

[Оллема]

Судя по частотомеру, частота не плавает, а стоит с точностью до 100 доле Гц. Но её конкретное значение будет зависеть от частоты тактирования USB хоста - т.е. в компе. У меня помоему отклонение было несколько герц от 44100 - примерно 44107 гц.

aal, а как именно ты измерял частоту? На каком выводе? И какова погрешность частотомера?

[Оллема]

http://www.ftdichip.com/Support/Docu...DS_FT2232H.pdf
Может быть с помощью этой штуки можно сделать правильный вывод цифры для внешнего ЦАПа через USB?
Тут, например, продается:
http://www.rs-catalog.ru/prod.cgi?prodid=6877768

[aal]

а как именно ты измерял частоту? На каком выводе? И какова погрешность частотомера?

Измерял LRCK с помощью "Частотомер электронно-счётный Ч3-63" - индикаторов 7-ми сегментный у него 8 шт. Т.е. точность явно не хуже 10-6...

http://www.ftdichip.com/Support/Docu...DS_FT2232H.pdf
Может быть с помощью этой штуки можно сделать правильный вывод цифры для внешнего ЦАПа через USB?

Ну всё же уже сказано о не спец.чипах: драйвера, плм и т.д. и т.п......

[Оллема]

У меня помоему отклонение было несколько герц от 44100 - примерно 44107 гц.

Интересно, для звука это чем то еще чревато, кроме ничтожного изменения скорости воспроизведения?

[aal]

Интересно, для звука это чем то еще чревато, кроме ничтожного изменения скорости воспроизведения?

Исследования говорили, что среднестатистический человек не услышит отклонение тона от номинала, если он меньше 1% - может за давностью лет я что-то и подзабыл, но вроде так. Детонации мы гораздо сильнее слышим, но и они если меньше 0,1% тоже не слышны (среднестатистическим человеком!!!). В данном случае частота больше номинала на 0,016%....

[SashaNetrusov]

Детонации мы гораздо сильнее слышим, но и они если меньше 0,1% тоже не слышны (среднестатистическим человеком!!!).

Нужно два кварца один заведомо ниже входной частоты, второй заведомо выше, но разнос между ними меньше 0.1%. А размер буфера сделать таким, чтоб частоту кварцев переключать не чаще 10 секунд , например.

[aal]

Нужно два кварца

"Забавная" идея! Всё бы хорошо, но мне почему-то кажется, слабо реализуемая - цена гена вырастает почти в 2 раза только по первым прикидкам. Реально в 4..6 раз - за сортировку тоже надо платить и что делать с "некондицией"? VCO гены в этом случае всёж более разумный выход.....

[Оллема]

Да в топку этот USB с его гемором! Лучше транспорт у Energetik*a приобрести и радоваться жизни.

[aal]

Да в топку этот USB с его гемором! Лучше транспорт у Energetik*a приобрести и радоваться жизни.

Примерно так Но всё равно, у юсб есть своя ниша.

[SergVKS]

Да в топку этот USB с его гемором! Лучше транспорт у Energetik*a приобрести и радоваться жизни.

Не знаю как Energetik, а я для своего транспорта буду делать этот режим