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

[cka3o4nuk]

energetik, понятно спасибо.

[aal]

Номера этих точек могут и не совпадать, если несколько endpoint синхрятся по этой feedback точке явно или неявно. Только их номера должны быть больше (или меньше точно не помню) номера точки по которой они синхрятся.

Больше

[pokos]

Ну наверное недаром туда поставили:..

Поставить можно чо угодно. Если б я первый год аудиофилией болел, тогда б проникся, а так... Бездоказательно.
Лов життер для УСБ меня как-то беспокоит мало, значительно меньше, чем мебель генеральши Поповой, например.
А вот как они из этово лов життера мастерклоки для i2s делают - это другое дело. Пока шо окромя синтезаторов частот для таких дел ничего не придумали. Потому со своим лов життером идут-ка они...

[Nikkov]

например точка OUT имеет номер 0x04 значит точка Feedback IN имеет номер 0x84 и этот номер указан в дескрипторе точки OUT которая по ней синхрится. Тип точки Feedback IN задаётся как изохронная + без синхронизации. Некоторые ставят здесь атрибут асинхронной синхронизации, что неправильно. Номера этих точек могут и не совпадать, если несколько endpoint синхрятся по этой feedback точке явно или неявно. Только их номера должны быть больше (или меньше точно не помню) номера точки по которой они синхрятся.

Спасибо! Именно так все и написано в спецификации, но хотелось услышать подтверждение от практика
Правда в моем случае AVR32 не имеет возможности организовать двунаправленную точку, не знаю как там у кортексов, у этого с каждой точкой связан один FIFO .
По поводу разных номеров вылезло следующее: когда номер точки обратной связи меньше, чем номер прямой точки, ничего на работало, когда сделал наоборот, звук появился.
Теперь слушаю звук с компа 44100 при тактировании ЦАП-ы 48000 , пока сделал только FS, одна конечная точка вывода с поддержкой одной частоты, одна ввода, вывод звука на встроенный ДС ЦАП контроллера.
Какая максимально-возможная скорость подстройки пока не выяснил, да и на практике это не важно, реально нужно подстраивать в пределах не более +- один сэмпл в секунду, если с самого начала указывать неверную скорость - BSOD.
Надо теперь найти внешний ЦАП с И2С и попробовать HS.

[Alex]

Лов життер для УСБ меня как-то беспокоит мало,

У самого USB - low jitter не бывает.

А вот как они из этово лов життера мастерклоки для i2s делают

Так они не из него делают.

Потому со своим лов життером идут-ка они...

Ну этот чип все же сильно отличается от простых тексасовских PCM-ок, где все от одного 12мгц кварца и простая изохронная передача (от которой проблем на три порядка больше, чем от джиттера кварца).
Но это все про тут хрень за 80 баксов с ЕБея, а вот в том, о чем мы говрили до того (о чипах и платках от XMOS) - там все еще лучше.
Я где-то в начал темы писал что все проблемы USB можно обойти переписыванием драйвера для компа, с передачей на повышенной скорости с квтированием, и буферизацией в приемнике. На этом все проблемы компа как транспорта будут решены навсегда.

Странно что этого не сделали раньше, но Nikkov, Алексей (Энергетик) и Сергей именно этим и занимаются, и насколько я понял - чипы XMOS работают по тому-же принципу.
В общем, там насколько я понял, именно то что тут ребята

[pokos]

Так они не из него делают.

Тогда тем более, какая нах разница, чо у них там для 12МГц.

...Я где-то в начал темы писал что все проблемы USB можно обойти..., .

В том-то и щастье. что все эти геморрои не требуются, потому что в стандарте УСБ уже есть правильный режим. Было огромное сомнение, что он поддерживается Виндоузом. Теперь сомнения рассеяны нашими камрадами.

...и насколько я понял - чипы XMOS работают по тому-же принципу...

Тут не сам чип важен, а реализация.

[energetik]

Сегодня реализовал 24/44100 - 24/96000 со всеми промежуточными, частота выбирается автоматом. Работает пока без сбоев. Скоро начну разводить плату.

з.ы. реализована перестройка в +-10% на частоту кварца.

[Alex]

В том-то и щастье. что все эти геморрои не требуются, потому что в стандарте УСБ уже есть правильный режим.

Да, ихохрон, во всех виндоуз поддерживается USB Audio 1.0, но и он имеет недостатки.
Полностью, насколько я я понял, все проблемы устранены в USB Audio 2.0 но она напрямую виндой не поддерживается.
Впрочем, это невелика беда, поскольку если в рамках 1.0 делать квитирование, о все равно свои драйвера писать (просто для 2.0 они уже написаны).

Тут не сам чип важен, а реализация.

Драйверов! Чипов тут можно использовать кучу всяких. Но у XMOS - уже "все в одном", это проц посильнее чем используют "наши камрады".

Сегодня реализовал 24/44100 - 24/96000 со всеми промежуточными

Алексей, ты с остальными USB Audio 2.0 используете, или выкрутились в рамках 1.0 ? (в принципе, не вижу особых препятствий и в 1.0 сделать, но в 2.0 может быть проще).

[energetik]

Алексей, ты с остальными USB Audio 2.0 используете, или выкрутились в рамках 1.0 ? (в принципе, не вижу особых препятствий и в 1.0 сделать, но в 2.0 может быть проще).

1.0
Алекс, а с чего ты взял, что остальные делают в 2.0?

[ZugDuk]

Сегодня реализовал 24/44100 - 24/96000 со всеми промежуточными, частота выбирается автоматом. Работает пока без сбоев.

Поздравляю

[Alex]

Алекс, а с чего ты взял, что остальные делают в 2.0?

Остальные "кто"?
В 2.0 делает XMOS, а если "остальные" это еще два "наших камрада", то откуда мне знать как они делают? Я же это и спрашивал.

[Nikkov]

Странно что этого не сделали раньше, но Nikkov, Алексей (Энергетик) и Сергей именно этим и занимаются, и насколько я понял - чипы XMOS работают по тому-же принципу.
В общем, там насколько я понял, именно то что тут ребята

Да, XMOS штука интересная именно для вывода/ввода аудио через USB, поддержка HighSpeed, ASIO-драйвер (правда похоже платный), но пока мало известный - компания видимо совсем новая. Язык программирования у них тоже похоже свой, судя по презентации что-то между C и HDL, но среда известная - Эклипс.

---------- Добавлено в 20:13 ---------- Предыдущее сообщение в 20:11 ----------

Остальные "кто"?
В 2.0 делает XMOS, а если "остальные" это еще два "наших камрада", то откуда мне знать как они делают? Я же это и спрашивал.

У меня процик поддерживает 2.0, сейчас пока реализовал простой код на FullSpeed, но цель стоит освоить HighSpeed

[energetik]

У меня процик поддерживает 2.0, сейчас пока реализовал простой код на FullSpeed, но цель стоит освоить HighSpeed

Алекс походу имел ввиду реализацию USB audio класса 1.0 или 2.0

[Nikkov]

Алекс походу имел ввиду реализацию USB audio класса 1.0 или 2.0

Так чем они отличаются? Я пока бегло смотрел, но мне показалось, что из полезного для нас в audio 2.0 только поддержка 192 кГц, остальное многоканальность, всякие эффекты и сжатые потоки не слишком интересны. Правда еще не разобрался с доменами синхронизации, что они и для чего, возможно с ними можно по другому решить вопросы синхронизации. В open-source проекте SDR-Widget, ссылку на который я давал выше в прошлых ревизиях были дескрипторы для источников синхронизации, но в более новых ревизиях уже точки обратной связи. Хотя нет, у них отдельно две ветки по USB Audio 1.0 и 2.0. Написано, что в Windows USB Audio 2.0 не поддерживается (?) и они держат для этого ветку 1.0

[energetik]

Так чем они отличаются? Я пока бегло смотрел, но мне показалось, что из полезного для нас в audio 2.0 только поддержка 192 кГц, остальное многоканальность, всякие эффекты и сжатые потоки не слишком интересны. Правда еще не разобрался с доменами синхронизации, что они и для чего, возможно с ними можно по другому решить вопросы синхронизации. В open-source проекте SDR-Widget, ссылку на который я давал выше в прошлых ревизиях были дескрипторы для источников синхронизации, но в более новых ревизиях уже точки обратной связи.

Там видимо описывается синхронизация разных потоков, а не какого то конкретного. Режим синхронизации добавлен помойму только один - смещением внутри кадра.

---------- Добавлено в 20:06 ---------- Предыдущее сообщение в 19:59 ----------

в audio 2.0 только поддержка 192 кГц

Спецификация USB audio 1.0 говорит, что range from 0 Hz (0x000000) to 8388607 Hz (0x7FFFFF) in steps of 1 Hz (0x0001)
Кстати FS позволяет теоретически пропустить поток 16бит/192кГц. Надо будет попробывать

[aal]

Кстати FS позволяет теоретически пропустить поток 16бит/192кГц. Надо будет попробывать

При четырёх или более буферах...

[pokos]

Да, ихохрон, во всех виндоуз поддерживается ...

Ага, с тактированием от источника. Это мы проходили.

Драйверов! ...).

Или я чего-то не понял, или камрады таки умудряются стандартными драйверами принимать синхру снаружи.
Сила проца здесь по барабану, лишь бы умел правильно работать. ТАС (прихахам ницуцин) вполне хватает.

[Nikkov]

Там видимо описывается синхронизация разных потоков, а не какого то конкретного. Режим синхронизации добавлен помойму только один - смещением внутри кадра.

---------- Добавлено в 20:06 ---------- Предыдущее сообщение в 19:59 ----------

Почитал про домены синхронизации, это просто источники и селекторы клока, которые должны использоваться аудио функциями. Т.е. если в 1.0 поддерживаемые частоты указывались в дескрипторе формата, то в 2.0 для выбора используется отдельно описанная сущность. Ну и в 2.0, возможно, изменился формат некоторых дескрипторов.

Спецификация USB audio 1.0 говорит, что range from 0 Hz (0x000000) to 8388607 Hz (0x7FFFFF) in steps of 1 Hz (0x0001)
Кстати FS позволяет теоретически пропустить поток 16бит/192кГц. Надо будет попробывать

Наверно это будет не очень полезный режим, если даже и влезет впритык по пропускной способности, 16 бит это мало.

Кстати, синий экран у меня периодически выскакивает при начале воспроизведения, но если сразу не вылетел, то играет потом стабильно. Видимо все дело в том, что возвращает обратная точка в самом начале воспроизведения.

Да, поискал по инету, действительно, виндовый усб-аудио драйвер не поддерживает аудио 2.0, поэтому надеяться на 24/192 без написания драйверов нельзя . Отсюда вывод - если нужен высокий бит-рейт, то самое короткое и дешевое решение это заняться XMOS-ом. Для тех, кому хватает FullSpeed, решение Алексея (energetik-а) выглядит очень перспективным с т.з. цена/качество

[SergVKS]

Или я чего-то не понял, или камрады таки умудряются стандартными драйверами принимать синхру снаружи.

Именно так и есть. Я про это писал ещё то ли год то ли два назад. Только тогда у меня это работало на связке net2272+adsp21364, а сейчас этот режим поддерживается моим флеш плеером, а Алексей решил делать отдельное устройство.

[Alex]

У меня процик поддерживает 2.0, сейчас пока реализовал простой код на FullSpeed, но цель стоит освоить HighSpeed

Я говорил не об интерфейсе USB 2.0 а о подсистеме USB Audio class 2.0

Или я чего-то не понял, или камрады таки умудряются стандартными драйверами принимать синхру снаружи.

Насколько я понял, в драйвеера они влазят.


P.S. IMHO если у них все получится, то они роют яму сами себе. В смысле своим USB-транспортам.