Теория SPDIF, I2S или как все это это работает

[freaky]

Здавствуйте, уважаемые форумчане. Помогите, пожалуйста, осозность матчасть. Много где чего читал, вроде общую картину понимаю, но непонимание деталей не дает сложиться пазлу в голове. Буду очень признателен за объяснения и даже просто за ссылки на материалы, которые помогут мне! Ниже изложу свое понимание. Прошу прощения, если где-то будет написан бред.

Итак! Представим схему: ПК - взуковая карта со SPDIF выходом - SPDIF ресивер (например DIR9001) - ЦАП (например PCM5102). Что такое PCM, частота дискретихации и разрядность я понимаю.

Так вот имеет у нас на ПК несколько разных аудиофайлов с разной частотой дискретизации и разрядностью. В настройках аудиокарты мы так же можем поставить частоту дискретизации и разрядность. И тут возникоет вопрос: что при этом происходит на выходе SPDIF? Предполагаю, что где-то на уровне драйвера происходит программный пересчет (ресемплинг) частоты и разрядности и на выходе получаем всегда одинаковую частоту и разрядность, установленную в настройках аудиокарты вне зависимости от того, какой файл мы будем слушать. Далее наша звуковая карта преобразует наш цифровой аудио сигнал в какую-то последовательность импульсов SPDIF стандарта передачи.

Далее у нас стоит SPDIF приемник и ЦАП, который принимает сигнал по I2S. Для работы I2S нужно 3 сигнала: data - поток данных обоих каналов, bclk - тактовые импульсы, по которым происходит распознавание значений на data линии, lrck - сигнал, по которуму ЦАП распознает для какого канала передаются данные. Пока все понятно. Но тут появляется mclk... Основная тактовая частота. Т.е. частота на которой должен работать сам ЦАП, должна быть выше частоты сэмплирования и кратна ей. И тут уже не совсем понятно. Допустим есть сигнал 48 КГц 16 бит, значит кто-то (предположительно SPDIF приемник) должен умножить эту частоту (где-то читал минимум на 2) и отправить на mclk нашего ЦАПА? Допустим этот так, наш SPDIF сформировал mclk 96 КГц, сформировал bclk - который должен быть кратный и синхронный с mclk, так же он сформировал data и lrck. Все поет и радует ухо. Но как тогда у меня PCM5102 работает без mclk? Я просто беру три сигнала с USB to I2S и все работает. В чем тогда смысл этого mclk?

Так же не могу понять по поводу "восстановленного" и "сгенерированного" mclk. У нас в цепочке должно все работать на одной либо кратной частоте. Т.е. прилетел нам сигнал по SPDIF на ресивер и он ведь должен работать на одной частоте со звуковой картой? Логично, что SPDIF ресивер должен как-то определить частоту по сигналу и синхронизироваться по этому же сигналу, а потом посчитать и отправить mclk на ЦАП. Если бы так все было то понятно - частота задается передающей звуковухой и все остальные синхронизируются с ней. Но ведь ставят еще и генераторы какие-то (хотя в большинстве схем их нет)... Вот как? Та же DIR9001 может работать от внешнего генератора. Т.е. мы подключаем наш SPDIF ресивер и ЦАП к одному генератору, работают они на кратной частоте, а как же сигнал на входе SPDIF? Он же должен быть как-то синхронизирован с остальными участниками.
Прошу не ругаться сильно ) ЦАПостроение только начал изучать.

[Alex]

Так вот имеет у нас на ПК несколько разных аудиофайлов с разной частотой дискретизации и разрядностью. В настройках аудиокарты мы так же можем поставить частоту дискретизации и разрядность.

Это если нет ASIO или чего-то подобного, или в плеере/плагинах не прописано преобразовывать формат.
В противном случае - наружу будет идти тот формат, в котором записан файл.

Пока все понятно. Но тут появляется mclk... Основная тактовая частота. Т.е. частота на которой должен работать сам ЦАП, должна быть выше частоты сэмплирования и кратна ей.

А оно не для всех ЦАПов нужно.

Допустим есть сигнал 48 КГц 16 бит, значит кто-то (предположительно SPDIF приемник) должен умножить эту частоту (где-то читал минимум на 2) и отправить на mclk нашего ЦАПА?

Да, только умножается не LRCLK а BCLK, а точнее та частота, на кторой происходит передача по спдифу.

Но как тогда у меня PCM5102 работает без mclk?

Во 1-х, оно не всегда работает, и лучше таки м ним.
Во 2-х- у нее mсlk внутри формируется из битклока.

Так же не могу понять по поводу "восстановленного" и "сгенерированного" mclk. У нас в цепочке должно все работать на одной либо кратной частоте. Т.е. прилетел нам сигнал по SPDIF на ресивер и он ведь должен работать на одной частоте со звуковой картой? Логично, что SPDIF ресивер должен как-то определить частоту по сигналу и синхронизироваться по этому же сигналу,

Да он это и делает. Это и называтся "восстановление клока".

Но ведь ставят еще и генераторы какие-то (хотя в большинстве схем их нет)... Вот как?

Смотря для чего их ставят, чаще всего для асинхронного реклока, глупость еще та....

Та же DIR9001 может работать от внешнего генератора. Т

Не может.

Т.е. мы подключаем наш SPDIF ресивер и ЦАП к одному генератору, работают они на кратной частоте

Да, пока нет сигнала спдиф на входе приемника

а как же сигнал на входе SPDIF? Он же должен быть как-то синхронизирован с остальными участниками.

Если нет обратной синхронизации (с этим к Момитько, есть тут на форуме такой крупный специалист в этом вопросе), то спдиф на входе не может быть ни с чем синхронизирован, наоборот - это с ним все остальное синхронизируется.

P.S. А вообще, сплиф - это древня отрыжка мамонта, нужная сейчас только страдающим от ностальгии. Илид ля подколючения любимого ЦД-плеера к ЦАПу, или любимого ЦАПа к компу, за неимением другого ЦАПа.

[freaky]

Спасибо огромное! Значит я более менее все правильно понимал.
С выводом звука понял. Про частоту тоже вроде. Про mclk - если лучше с ним, то буду подключать всегда.
Если SPDIF уже не актуален, то что же тогда? Что сейчас используется для передачи звука в цифровом виде? От магнитолы хочу на ADAU1701 передать цифру.

[abonent007]

Если SPDIF уже не актуален, то что же тогда? Что сейчас используется для передачи звука в цифровом виде?

Ничего потом не придумали сравнимого по удобству подключения. SPDIF актуален
Но для правильной его работы требуются устройства типа этого https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=72101

Подавление джиттера асинхронных цифровых источников аудио при помощи технологии воспроизведения цифрового аудио потока из промежуточного буфера ФИФО (FIFO). При этом запись в буфер и чтение из него полностью независимы во времени, т.е. асинхронны.

[freaky]

А в чем будет заключаться "неправильность" его работы без вышеуказанных устройств?

[Максим]

А в чем будет заключаться "неправильность" его работы без вышеуказанных устройств?

Если одним предложением - в низком качестве восстановленного клока.

Смотря для чего их ставят, чаще всего для асинхронного реклока, глупость еще та...

Ну, если просто тупо регистр с асинхронным реклоком, то однозначно тупость. А если имеется ASRC, то это вполне имеющее право на жизнь решение, предоставляющее много удобств при вполне приемлемом компромиссе.

[abonent007]

А в чем будет заключаться "неправильность" его работы без вышеуказанных устройств?

В том что источник имеет свой генератор клока, а в ЦАПе свой. Их нельзя просто так взять и синхронизировать, сохранив удобство подключения по SPDIF. Поэтому требуется данное устройство сопряжения с буфером FIFO

[frezer]

Но для правильной его работы требуются устройства типа этого https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=72101

Так и у Алекса подобное устройство есть или было.

[freaky]

Т.е. DIR9001 настолько плохо восстанавливает клок? На слух искажения будут сильно заметны?

[abonent007]

Так и у Алекса подобное устройство есть или было.

Так и у Sony ES оно было еще до того как это стало модным

---------- Сообщение добавлено 12:33 ---------- Предыдущее сообщение было 12:32 ----------

На слух искажения будут сильно заметны?

Это хз, может меняться во времени, и от источника к источнику. Поэтому лучше чтоб было устройство

[EDDiE]

Так и у Sony ES оно было еще до того как это стало модным

Тема сисег не раскрыта (С) Вегалаб
В каком именно устройстве Sony ES есть такое?

[abonent007]

Тема сисег не раскрыта (С) Вегалаб, в каком именно устройстве Sony ES есть такое?

Ну вот еще новости
Та же Sony MDS-JA30ES, и аналогичные. А из ресиверов Sony SDP-EP9\90ES, Sony TA-E9000ES

[Сухоруков Сергей]

Смотря для чего их ставят, чаще всего для асинхронного реклока, глупость еще та....

Ну, если просто тупо регистр с асинхронным реклоком, то однозначно тупость.

Теоретически всё так, но практически асинхронный реклок, особенно, если он достаточно высокочастотный, в районе 30-50 МГц, может (не всегда) улучшить звук от ЦАПа.

Но тут появляется mclk... Основная тактовая частота. Т.е. частота на которой должен работать сам ЦАП

Мастер-клок нужен для работы ЦФ или ЦАП-ов с ЦФ "на борту"; это дельта-сигма ЦАПы. Для работы параллельного ЦАПа мастер-клок не нужен. Сигнал мастер-клока выдает SPDIF-приемник.

[freaky]

Сижу все читаю форумы. Очень мало своюодного времени для конструирования буфера... Кто-то пишет, что до 5 метров по качественному кабелю можно смело передавать на DIR9001 и использовать встроенный clock recovery, на слух не ощущаются искажения. Кто-то пишет, что DIR9001 без буферизации вообще сущий мрак. Буду эксперементировать. Слепой тест всегда покажет) А если поставить частоту не 96 МГц, 48 МГц, например, то со снижением частоты клок качественней восстанавливаться будет ведь?
Сейчас у меня с магнитолы выходит обычный аналоговый сигнал, потом он попадает в АЦП DSP ADAU1701, потом обратно на ЦАП и в усилитель. Основная идея избавиться от этого множественного ЦАП-АЦП преобразования. Только вот теперь сомневаюсь, что же качественней будет, как есть или по SPDIF.

[abonent007]

Очень мало своюодного времени для конструирования буфера...

Его и не нужно конструировать. Он покупается готовым, аналогично как был "сконструирован" ваш ADAU1701

[Игорь Гапонов]

Сейчас у меня с магнитолы выходит обычный аналоговый сигнал, потом он попадает в АЦП DSP ADAU1701, потом обратно на ЦАП и в усилитель. Основная идея избавиться от этого множественного ЦАП-АЦП преобразования. Только вот теперь сомневаюсь, что же качественней будет, как есть или по SPDIF.

А кто Вам мешает этот аналоговый сигнал сразу на рег. громкости/вход УМа подавать?

В аспекте темы надо понимать, что приёмник СПДИФ всегда работает с внешней синхронизацией. В штатном режиме ("обычно") синхронизация осуществляется по специальным участкам/битам входного потока. Выделенные из него синхроимпульсы являются "временнОй опорой" для внутреннего PLL генератора (подавляющее большинство чипов так работает). Это позволяет называть эспэдиф "однопроводным интерфейсом", что очень удобно и незатратно на приёмной стороне.

Но кроме этого "штатного режима" в большинстве чипов имеется возможность включить режим внешней синхронизации обычно по внешнему ворд-клоку потока, взятого из передатчика эспэдифа (в общем случае из источника сигнала как "дженерал клок"; такое используется как правило в студиях с большим количеством приёмников эспэдиф). В этом случае внутренний PLL приёмника работает с опорой на этот клок, а не выделяет опору из входного потока данных. Поэтому выходной из приёмника поток хоть и имеет довольно высокий джиттер, но гораздо лучше синхронизирован "в среднем" с клоком передатчика эспэдифа, что существенно облегчает регенерацию фронтов данных ("синхронный реклок"). Однако это подразумевает использование как минимум ещё одного провода для этого "дженерал клока". Если такой штатной опции источник не имеет (например какая-то ЗК), то надо внедряться в железо и это большущий минус.

Упомянутый два раза выше другой способ снижения джиттера с ФИФО имеет несомненные достоинства: ненужен второй провод, очень короткая электрически цепь по "высококачественному генератору" сетки. Как и недостатки: необходим ФИФО и схемная реализация алгоритма его работы; если в системе есть более одного приёмника данных (например, активные АС с цифровыми входами разнесённые по помещению), то из-за неизбежного неравенства частот отдельных "высококачественных генераторов" задержка между каналами будет хоть и медленно, но плавать во времени.

Короче: вот они мы - простейший штатный режим, навороты с ФИФО, режим с внешей синхрой по "дженерал клок", выбирай любую

[Alex]

Если SPDIF уже не актуален, то что же тогда? Что сейчас используется для передачи звука в цифровом виде?

С компа? USB, FireWire, но USB проще.

От магнитолы хочу на ADAU1701 передать цифру.

Тут только spdif.

Ну, если просто тупо регистр с асинхронным реклоком, то однозначно тупость. А если имеется ASRC, то это вполне имеющее право на жизнь решение, предоставляющее много удобств при вполне приемлемом компромиссе.

Так в том-то и дело, ASRC хоть и не 100%-я панацея, но гораздо гораздее, тем не менее, некоторые ставят просто регистр, и тактируюбт его от своего клока. Что пр этом периодически roll-over происходит - им пофиг

Т.е. DIR9001 настолько плохо восстанавливает клок?

Джиттер в 50пс, что все-же лучше чем 200 у древних циррусовских приемников.

Остальное, "на пальцах" тут: https://forum.vegalab.ru/showthread.php?t=64369

Так и у Алекса подобное устройство есть или было.

Почему "было", оно и есть - стоит у меня в 10-й серии ЦАПов.

[freaky]

Его и не нужно конструировать. Он покупается готовым, аналогично как был "сконструирован" ваш ADAU1701

Да, adau1701 я купил в Чип и Дипе готовую плату. Цапы на Ali тоже готовые на платах) Просто все соединил и сразу заработало. Так же купил готовую плату SPDIF to I2S. Как я понял Вы имеете ввиду купить плату которая по Вашей ссылке под номером 3? А бывают решения попроще? Чтобы только буфер и все, без всяких наворотов. Может есть микросхемы с минимальной обвязкой?

А кто Вам мешает этот аналоговый сигнал сразу на рег. громкости/вход УМа подавать?

А мне нужно именно в ADAU1701 его завести, чтобы там обработать и на выходе уже пустить сигнал в ЦАП. Вот из магнитолы и хочу вывести SPDIF, в багажнике его получить, в цифровом виде отправить на обработку в DSP, а потом уже в аналог превращать.

Короче: вот они мы - простейший штатный режим, навороты с ФИФО, режим с внешей синхрой по "дженерал клок", выбирай любую

Как я понял все три варианта не лишены недостатков Так же обратил внимание, что в большинстве случаев включения той же DIR9001, используется "штатный режим" из даташита. Поэтому с его и начну. Если не понравится, буду городить буфер. Третий вариант с дополнительным проводом уже совсем на крайняк.

С компа? USB, FireWire, но USB проще.

С магнитолы на Android. Но там вроде USB to I2S можно прикрутить. Только I2S тянуть точно не вариант, а USB 3 метра в принципе должно стабильно работать. FireWire помнится у меня поддерживала карточка M-Audio. Но что-то не нашел простых решений из USB сделать FireWire под Android и обратно FireWire в I2S. В этом плане SPDIF гораздо проще реализуем, даже если учесть возню с буферами всякими. Но я в ЦАПостроении новичок и конечно же могу ошибаться.

Всем большое спасибо, за подробное разъяснение! Вы все мне очень помогли понять то, что хотел понять!
Если доберусь до танцев с буфером, то еще вас потревожу вопросами.

[abonent007]

Как я понял Вы имеете ввиду купить плату которая по Вашей ссылке под номером 3? А бывают решения попроще? Чтобы только буфер и все, без всяких наворотов. Может есть микросхемы с минимальной обвязкой?

Ну он там где-то продаёт на Толкучке, цена хз. Но вроде там можно самому выбирать - взять только платку с буфером. Микросхем "с минимальной обвязкой" похоже не существует подобного назначения

Вот из магнитолы и хочу вывести SPDIF, в багажнике его получить, в цифровом виде отправить на обработку в DSP, а потом уже в аналог превращать.

Это всё для авто городится? Имхо буфер FIFO в авто будет несколько неоправданным наворотом

[Alex]

С магнитолы на Android. Но там вроде USB to I2S можно прикрутить.

к Андроиду обычно можно, во всяком случае к телефонам прикрувивают.

С магнитолы на Android. Но там вроде USB to I2S можно прикрутить. Только I2S тянуть точно не вариант, а USB 3 метра в принципе должно стабильно работать.

USB до 5м работает, конечно тянуть I2S на такое расстояние - безумие.

А мне нужно именно в ADAU1701 его завести, чтобы там обработать и на выходе уже пустить сигнал в ЦАП. Вот из магнитолы и хочу вывести SPDIF, в багажнике его получить, в цифровом виде отправить на обработку в DSP, а потом уже в аналог превращать.

А как обрабатывать предполагается, цифрокросс?