Сочинение на тему Основы USB Audio
- Опубликовано: 08.09.2020
- Предмет: Информационная наука
- Темы: компьютер
USB, универсальная последовательная шина, существует уже несколько десятилетий и является широко используемым стандартом в мире персональных компьютеров. Карты памяти, внешние накопители, мыши и веб-камеры подключены через USB. В этой статье мы рассмотрим USB Audio: стандарт цифрового звука, используемый в ПК, смартфонах и планшетах для взаимодействия с аудиоустройствами, такими как динамики, микрофоны или микшерные пульты. В этой статье мы расскажем, как работает USB Audio, на что следует обращать внимание и как использовать USB Audio для высококачественного многоканального ввода и вывода
Основные сведения о USB
USB – это протокол, при котором ПК, USB-хост, инициирует передачу, а устройство (например, динамик USB) отвечает. Каждая передача адресована конкретному устройству и определенной конечной точке на устройстве. IN-Transfer отправляет данные на ПК. Когда хост инициирует IN-передачу, устройство должно ответить данными для хоста. OUT-переводы отправляют данные на устройство. Когда хост выполняет OUT-передачу, он отправляет пакет данных, которые устройство должно захватить. В мире USB-Audio для передачи аудиосэмплов могут использоваться передачи IN и OUT: OUT-передача для отправки аудиоданных с ПК на динамик, тогда как IN-передача используется для отправки аудиоданных с микрофона на ПК.
Существует четыре вида передачи IN и OUT на USB: Массовая, изохронная, прерывание и управляющая передача .
Массовая передача используется для надежной передачи данных между хостом и устройством. Все передачи USB содержат CRC (контрольную сумму), которая указывает, произошла ли ошибка. При групповой передаче получатель данных должен проверить CRC. Если CRC верен, передача подтверждается, и предполагается, что данные были переданы без ошибок. Если CRC неверен, передача не подтверждена и будет повторена. Если устройство не готово принять данные, оно может отправить отрицательное подтверждение, NAK, что заставит хост повторить передачу. Массовые передачи не считаются критичными по времени, и планируются примерно во время критических передач, обсуждаемых ниже.
Изохронные передачи используются для передачи данных в режиме реального времени между хостом и устройством. Когда хост устанавливает изохронную конечную точку, хост выделяет определенную величину полосы пропускания изохронной конечной точке и регулярно выполняет IN- или OUT-передачу на этой конечной точке. Например, хост может выдавать 1 КБ данных каждые 125 мкс на устройство. Так как выделена фиксированная и ограниченная полоса пропускания, нет времени для повторной отправки данных, если что-то пойдет не так. Данные имеют CRC как обычно, но если принимающая сторона обнаруживает ошибку, механизм повторной отправки отсутствует.
Хост-передачи используются хостом для регулярного опроса устройства, чтобы выяснить, произошло ли что-то стоящее. Например, хост может опросить аудиоустройство, чтобы проверить, была ли нажата кнопка MUTE. Передача имени прерывания немного сбивает с толку, так как они ничего не прерывают. Тем не менее, регулярный опрос данных дает такую же функциональность, что и хост-прерывание.
Передачи управления очень похожи на массовые передачи. Передачи управления подтверждаются, могут быть получены и доставлены не в режиме реального времени. Передачи управления используются для операций, которые находятся за пределами нормального потока данных, например, для запроса возможностей устройства или состояния конечной точки. Объяснение того, как описываются возможности устройства, выходит за рамки этой статьи, и мы просто заявляем, что существуют предопределенные классы, такие как «USB Audio Class» или «USB Mass Storage Class», которые обеспечивают межплатформенное взаимодействие. < / р>
Все передачи выполняются в USB-фреймах. Высокоскоростные кадры USB охватывают 125 мкс (для полноскоростного USB – 1 мс) и помечаются хостом, отправляющим сообщение начала кадра (SOF). Изохронная передача и передача прерывания передаются максимум один раз за кадр.
USB Audio
USB Audio использует изохронную передачу, передачу прерываний и управление. Все аудиоданные передаются по изохронным передачам; передачи прерываний используются для передачи информации о доступности аудиочасов; управляющие передачи используются для установки объема, запроса частоты дискретизации и т. д.
Требования к данным системы USB-Audio зависят от количества каналов, количества битов, представляющих каждый образец, и частоты дискретизации. Типичное количество каналов составляет 2 (стерео), 6 (5.1) или намного выше для использования в студии и DJ. Обычно размер выборки составляет 24 бита, хотя 16 бит доступно для устаревшего аудио и 32 бита для высококачественного аудио. Типичные частоты дискретизации составляют 44,1, 48, 96 и 192 кГц. Последний используется для высококачественного звука.
Предположим, мы спроектировали стереодинамик с частотой дискретизации 96 кГц и 24-битными выборками. Чтобы упростить сортировку данных на хосте и устройстве, 24-битные значения обычно дополняются нулевым байтом, поэтому общая пропускная способность данных составляет 96 000 x 2 канала x 4 байта = 768 000 байтов в секунду. Изохронные конечные точки работают со скоростью одной передачи в 125 мкс; или 8000 передач в секунду. Разделив требуемую скорость передачи байтов на частоту кадров, мы получим количество байтов для каждой изохронной передачи: 768 000/8 000 = 96 байт на передачу.
При использовании скоростей CD, таких как 44,100 Гц, скорость передачи составляет 44,1 передачи в секунду. В USB Audio каждая передача всегда несет в себе целое количество семплов; чередующиеся передачи содержат 48 и 40 байтов (6 и 5 стерео сэмплов), поэтому средняя скорость составляет 44,1 байта на передачу.
Одна изохронная передача может содержать 1024 байта и не более 256 выборок (с 24/32 битами). Это означает, что одна изохронная конечная точка может передавать 42 канала с частотой 48 кГц или 10 каналов с частотой 192 кГц (при условии, что используется высокоскоростной USB-порт – Full Speed USB не может переносить более одной стереофонической пары входов и выходов с частотой 48 кГц).
При передаче цифрового звука вводится задержка. В случае высокоскоростного USB эта задержка составляет 250 мкс. Пакет данных передается один раз в каждое окно 125 мкс, но, учитывая, что он может быть отправлен в любое время в этом окне, требуется буфер 250 мкс. В дополнение к этой задержке 250 мкс может возникнуть дополнительная задержка в драйвере O / S и в кодеке. Обратите внимание, что Full Speed USB имеет гораздо большую внутреннюю задержку 2 мс, поскольку данные отправляются только один раз в каждое окно 1 мс
Сколько секунд у друзей?
Большая проблема в цифровом аудио заключается в согласовании общего понятия времени. Выше мы определили кадры USB, которые должны передаваться 8000 раз в секунду, и настроили воспроизведение динамиков 96000 раз в секунду. Это будет работать только в том случае, если спикер и ведущий согласовывают длительность секунды. USB-Audio предлагает три режима, которые гарантируют, что хост и динамик согласовывают время:
- В синхронном режиме длина секунды определяется хост-устройством. То есть хост будет отправлять данные со скоростью, а устройство должно точно соответствовать этой скорости.
- В асинхронном режиме все наоборот, устройство задает определение секунды, а хост должен сопоставить устройство.
- В адаптивном режиме поток данных определяет часы.
Адаптивный и синхронный режим не идеальны, потому что ПК, как известно, плохо поддерживают стабильные часы, и часто используются другие источники звука, такие как внешняя цифровая дека. Асинхронный режим позволяет использовать внешние источники тактовых импульсов в качестве главного или тактового генератора в устройстве. Как правило, либо полагается на PLL на основе кристаллов.
Следовательно, в системе имеется как минимум два отдельных тактовых генератора: тактовая частота USB с частотой 8 000 передач в секунду, управляемая хостом, и типовая тактовая частота с внешним приводом частота дискретизации, например, 96000 Гц.
Эти часы будут иметь несколько разные частоты, и со временем разница будет немного различаться. Следовательно, среднее количество аудиосэмплов на кадр будет немного больше или меньше ожидаемой скорости. Например, в случае нашей частоты дискретизации 96 000 Гц среднее число выборок может составлять 12,001. Чтобы гарантировать, что хост отправляет правильный объем данных, а не слишком много или слишком мало, хост запрашивает текущую частоту дискретизации через конечную точку прерывания. Каждые несколько миллисекунд средняя частота выборки за последний период возвращается в виде 16,16-битного числа с фиксированной точкой. Если последний период усредняется как 12,001 кадров, то сообщается значение 0x000C0041 (65536 * 12,001).
Учитывая эту среднюю скорость, хост может решить, когда отправить дополнительную выборку в передаче; в этом примере 8 передач каждую секунду будут нести одну дополнительную выборку. В дополнение к этому, хост может использовать это значение для синхронизации с аудиоустройством. Это позволяет хост-приложениям, таким как DVD-плеер, синхронизировать видео со звуком. Если этого не произойдет, звук будет медленно опережать видео, и через два часа звук будет вторым.
Чтобы сохранить короткий цикл обратной связи, нужно не буферизовать аудиопакеты и пакеты обратной связи без необходимости. Любая дополнительная буферизация создает задержку в отчетах, и эта задержка затрудняет поддержание бесперебойного потока трафика. Это означает, что низкоуровневый стек USB и стек USB-Audio должны быть тесно интегрированы, без буферизации между ними. Хотя этого трудно достичь на процессоре приложений, этого довольно легко достичь, если программное обеспечение реализовано на встроенном процессоре с предсказуемым временем выполнения.
Несколько источников синхронизации
Приведенная выше схема учитывает только два источника тактовых импульсов – либо устройство USB предоставляет часы, либо хост обеспечивает часы. В более сложных устройствах, таких как микшерные пульты, могут быть другие устройства, которые обеспечивают частоту дискретизации, например, через цифровой интерфейс, такой как ADAT или SPDIF, или через разъем BNC, который переносит синхронизирующее слово. Для таких систем стандарт USB-Audio позволяет разработчикам устанавливать селектор часов на устройстве.
Селектор часов указывает, какие часы следует использовать в качестве частоты дискретизации. Селектор часов имеет несколько входных часов (например, входящие часы в соединении S / PDIF; локальный кристалл и входящие часы в соединении ADAT), и с передачей управления пользователь выбирает, какие часы использовать, например, в качестве входа. входящие часы соединения S / PDIF.
Соответствие требованиям и встроенная поддержка
Как только устройство будет совместимо с USB-Audio Class, оно будет аккуратно интегрировано в операционную систему. На рисунке 3 показан снимок экрана элементов управления USB-Audio, подключенного к Mac OS / X. Это показывает, что выбор тактовой частоты, выбор частоты дискретизации, регулировка громкости канала и регулировка приглушения все управляемы, как и для любого другого аудиоустройства.
Рисунок 3: Совместимое устройство появляется в стандартном диалоговом окне O / S (в данном примере Mac OS / X), и O / S может устанавливать громкость, выборку скорость и т. д.
Соответствие стандарту делает устройство совместимым. Поставщики O / S могут предоставить один драйвер USB-Audio, который управляет множеством устройств с множеством возможностей.
Действительно, одна и та же реализация USB-Audio может быть параметризована для реализации разного количества каналов, и один и тот же драйвер может использоваться для взаимодействия с устройством.
Сводка
USB-Audio Class 2.0 использует преимущества высокоскоростного USB 2.0, позволяющего передавать аудио с малой задержкой между ПК и подключенным аудиоустройством. Высокая пропускная способность высокоскоростного USB 2.0 может использоваться для доставки множества аудиоканалов и с высоким качеством звука. Стандарт USB-Audio Class предназначен для широкого спектра устройств: от сложных микшерных пультов с множеством каналов, нескольких источников синхронизации и сложных элементов управления до систем объемного звучания, колонок для ПК и микрофонов.
- В асинхронном режиме все наоборот, устройство задает определение секунды, а хост должен сопоставить устройство.
Группа реагирования на инциденты в области компьютерной безопасности (CSIRT, пояснено «see-sirt») – это подразделение, которое получает отчеты о взрывах безопасности, проводит проверки отчетов и отвечает
Обычным сюжетом голливудских триллеров является устройство «Не отвечай на телефон». В этом фильме няня знает, что придет маньяк, чтобы убить ее или детей. Важный момент
Миллионы пользователей полагаются на Microsoft Dynamics CRM в качестве основного центра всей своей клиентской информации. Конфронтные группы клиентов используют его для суммирования и разбивки информации