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

[energetik]

Нас интересует естественно только асинхронный.

такая же фигня!

[Nikkov]

Подкину немного некоммерческой информации по поводу USB Audio.
Здесь группа товарищей делает плату на AVR32, их достижения на сегодня:

2010.09 - UAC1 branch firmware with both capture and playback capabilities
demonstrated. Asynchronous OUT playback tested in Linux and in OSX. In WinXP it causes Blue Screen of Death (BSOD). When connected to Softrock and Mobo, full transceiver (both receive and transmit) functions demonstrated. When configured for Synchronous OUT playback, it works in WinXP without any crash. (Of course, the quality of playback audio will not be as good as Async OUT.)

2010.10 - Widget-lite-BETA is being planned and it should ship by Thanksgiving.
About 100 sets of BETA will be made available. We are deciding whether to have the BETA fully assembled. The remaining firmware development task is the UAC2 ASYNC OUT with rate feedback playback at 48/96/192khz.

Я сейчас тоже ставлю эксперименты с этим контроллером, но нахожусь пока только на уровне адаптации атмеловких примеров к своему железу и разбираюсь, что в нем и как.

[energetik]

In WinXP it causes Blue Screen of Death (BSOD).

Это я уже поборол. Фубар уже стабильно играет контент 16/44100 с вдвое меньшей и вдвое большей скоростью. Винда выдаёт точное кол-во байт по запросу от feedback.

Но на моём железе выше 24/96 не получить. Ибо Full-Speed только. А по ссылке ребята увлечённые!

[Nikkov]

Это я уже поборол. Фубар уже стабильно играет контент 16/44100 с вдвое меньшей и вдвое большей скоростью. Винда выдаёт точное кол-во байт по запросу от feedback.

Но на моём железе выше 24/96 не получить. Ибо Full-Speed только. А по ссылке ребята увлечённые!

Может быть с windows проблема в асинхронном типе в USB Audio 2.0? Кстати, у атмела, в их software framework про асинхронную передачу написано "разбираемся" .
AVR32 я взял поиграться как раз за High Speed, правда они, как и 8-битные АВР-ки пропали из магазинов

[energetik]

Может быть с windows проблема в асинхронном типе в USB Audio 2.0?

XP SP2 - полёт нормальный - режим асинхронно-изохронный, феедбек от половины до удвоенного потока шлёт байт в байт вообще прекрасно (бОльший диапазон не проверял, т.к. на практике уже это крайне излишне!)
проверил заодно на своём рабочем - ооочень древний комп с XP SP2 на борту - не обновлялся никогда (даже к локалке не подключен) уже лет 5 стоИт. Тоже стабильная работа.

з.ы. воспроизведении Фубаром и Медиа плеером (виндовским) - выхода в BSOD (уже) не наблюдается.

[Nikkov]

з.ы. воспроизведении Фубаром и Медиа плеером (виндовским) - выхода в BSOD (уже) не наблюдается.

Это я понял, я имел в виду, что еще могут быть трудности скрещивания HS и асинхронного фидбэка в Windows.

Вот еще интересная штука, правда в DigiKey цен на нее нет, написано "call"

[energetik]

Вот еще интересная штука, правда в DigiKey цен на нее нет, написано "call"

Имхо это обычный контроллер с богатой периферией и к тому же труднодоступный.

з.ы. сегодня провёл эксперимент с воспроизведением видео и выводом аудио в девайс. Оказалось штатный медиа плеер подстраивает скорость воспроизведения видео под скорость выдачи аудиопотока! Мой код, который меняет скорость от половинной до удвоенной в течении 18 секунд также менял скорость воспроизведения видео!!!

[Nikkov]

Имхо это обычный контроллер с богатой периферией и к тому же труднодоступный.

Судя по их сайту у них есть бесплатный и не требующий лицензионных отчислений код под их контроллер для асинхронного аудио вплоть до 24 бит 192 кГц. Сами камни в дигикее есть, корпус вполне паяемый на коленке. Правда я не совсем понял, как они программируются, судя по даташиту они прошиваются на фабрике.

з.ы. сегодня провёл эксперимент с воспроизведением видео и выводом аудио в девайс. Оказалось штатный медиа плеер подстраивает скорость воспроизведения видео под скорость выдачи аудиопотока! Мой код, который меняет скорость от половинной до удвоенной в течении 18 секунд также менял скорость воспроизведения видео!!!

Интересная инфа, выходит не так страшна винда для асинхронного режима .
Пошерстив интернет на предмет того, какие у людей трудности возникают при реализации этого режима выяснил, что в основном есть 2 проблемы:
1. С какой периодичностью должна опрашиваться конечная точка явной обратной связи
2. Какой формат коэффициента должен быть. Ответ на этот вопрос зависит от скорости обмена, для FS и HS он различный по спецификации. Кроме того, возможно, что для HS формат зависит и от ОС.

Прикладываю презентацию на которую часто ссылаются по этой теме:

[energetik]

1. С какой периодичностью должна опрашиваться конечная точка явной обратной связи

Для режима FS каждую мс, а вот изменять данные винда будет каждые 2^X мс (X-задаётся в дескрипторе точки обр. связи)

2. Какой формат коэффициента должен быть. Ответ на этот вопрос зависит от скорости обмена, для FS и HS он различный по спецификации. Кроме того, возможно, что для HS формат зависит и от ОС.

с форматом тот ещё зоопарк. В спецификации описание есть, но такое мутное... Пришлось экспериментально выявлять битовые поля формата 10.10 в трёх байтах с левым выравниванием. Это для FS. Думаю аналогичная картина и для HS. Кстати неправильные значения этих трёх байт также вызывали BSOD у винды.

[energetik]

Сегодня вывел таки i2s на цап, правда пока только 16/44,1. Тактирование от внешнего гена на 11,2896 МГц. Пока полёт нормальный.

[Alex]

Вот еще интересная штука, правда в DigiKey цен на нее нет, написано "call"

Почему "нет"? Референс дизайн - 150 баксов, сами чипы - около десятки.

[Nikkov]

Почему "нет"? Референс дизайн - 150 баксов, сами чипы - около десятки.

Я вижу это (на странице производителя цена указана 149$):

[Alex]

Я вижу это (на странице производителя цена указана 149$):

Миниатюры Миниатюры Нажмите на изображение для увеличения Название: digikey.jpg Просмотров: 2 Размер: 43.4 Кб ID: 99522

Хм, а я и вчера и сейчас вижу:

P.S. А за 350 есть референс дизайн многоканальный: http://search.digikey.com/scripts/Dk...me=880-1027-ND

[cka3o4nuk]

на ебее уже появились вот такие штучки
http://cgi.ebay.com/Native-24bit-96k...55cf2d5cd#shId

[pokos]

на ебее уже появились вот такие штучки...

И шо? Таково добра и раньше было валом. Вопрос в том, откудова оно синхрится, не раскрыт.

[Alex]

Вопрос в том, откудова оно синхрится,

Ну наверное недаром туда поставили:

1ppm accuracy of TCXO 12.0 MHz to provide the lowest jitter master clock .

И написали свои драйвера, возможно там также как и у XMOS - используется USB Audio 2.0.
Обычное USB Audio 1.0 драйверов не требует (во всяком случае для ХР, а для вин7 требует только для ввода).

Хотя нет, в даташие на чип пишут USB Audio 1.0

[Nikkov]

Сегодня вывел таки i2s на цап, правда пока только 16/44,1. Тактирование от внешнего гена на 11,2896 МГц. Пока полёт нормальный.

Алексей, а ты какой номер EP обратной связи задавал? Судя по спецификации ее номер должен быть тем же, что и у выходной EP, но с обратным направлением + биты аттрибутов Feedback endpoint.
У тех товарищей, на которых я давал ссылку, точка с отдельным номером, а в bSynchAddress выходной точки указан адрес точки обратной связи. Непонятно, кто из них прав.

[energetik]

Алексей, а ты какой номер EP обратной связи задавал? Судя по спецификации ее номер должен быть тем же, что и у выходной EP, но с обратным направлением + биты аттрибутов Feedback endpoint.
У тех товарищей, на которых я давал ссылку, точка с отдельным номером, а в bSynchAddress выходной точки указан адрес точки обратной связи. Непонятно, кто из них прав.

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.

[cka3o4nuk]

energetik, алексей а у вас тоже транспорт превратиться в звуковую или это будет другой проэкт?

[energetik]

energetik, алексей а у вас тоже транспорт превратиться в звуковую или это будет другой проэкт?

Слишком геморно скрещивать, поэтому скорее всего будет другой. Причём я задумываюсь уже о законченном и настроенном устройстве. Эдакий медиаплеер с внешней синхрой.