|
图2:一款带有一个晶振用于稳定音频频率的USB音频板,并且有一个低抖动PLL用于产生任何所需的频率信号。
, `/ f. | ]6 ?* [
0 }7 I, h& W; Y2 P& M 因此,系统中至少有2个不同的时钟:USB时钟由主机产生,频率为8,000次传输/s;采样时钟由外部产生,例如,其采样率为96,000Hz。# C( H5 L& V ]# I8 d# X! v
. n' u0 P" L# k! z$ b
这些时钟的频率会略有不同,其差别会随时间略微变化。因此,每帧音频样本的平均数会稍微高于或低于期望的比率。例如,在本文96,000Hz采样率的情况下,样本的平均数为12.001.为了确保主机发送正确数量的数据,并且不会太多或太低,主机向中断端点请求当前的采样率。每隔几个毫秒,上一个周期的平均采样率将以16.16位定点数格式回报。如果上一个周期取平均数为12.001帧,那么报告值将为0x000C0041(65536×12.001)。4 V0 T2 w+ Y9 \6 L" m2 n0 f, ?
3 S% B6 i1 O( d% ]
给定该平均速率,主机将能计算出在一次传输中在何时发送额外样本;在此例中,每秒8次传输将运送一个额外样本。此外,主机能够利用该值与音频设备进行同步。这使得DVD播放器等主机应用能够将视频保持为与音频同步。如果没有同步,音频会慢慢地跑到视频前面,两个小时以后,音频将会有1s误差。
2 \ z8 L$ X6 j L% K
, K! X3 ^0 m$ y. k' E( ` 为了保持反馈回路较短,诀窍是不对音频包和反馈包做不必要的缓冲。任何附加的缓冲都会产生报告延迟,该延迟使得保持通信流的平滑变得更加困难。这意味着,底层USB栈和USB音频栈应紧密集成,而无需在它们之间缓冲。尽管这在应用处理器上难以达到,但是把软件在执行时间可预测的嵌入式处理器上来实现,这点将非常容易达到。诸如XMOS等公司现在可以提供这种可预测的嵌入式处理器,如XMOS的xCORE多核MCU等处理器系列。借助其丰富的内置USB接口,它们紧密地将底层USB栈和USB音频栈集成在一起。- U" m. X' Y% i6 e# L
& x9 K& H( S, X/ }( b5 V1 q
多个时钟源
% L8 }- n; R% K+ T8 F' d6 B* |
. o" C9 X/ w1 H& f! n 以上方案仅考虑了两个时钟源--或者USB设备提供时钟,或是主机提供时钟。在调音台等更复杂的设备中,可能还有其他设备提供采样率,例如,通过ADAT或S/PDIF等数字接口,或通过携带字时钟的BNC连接器提供。对于这样的系统,USB音频标准使设计人员能够在设备当中置入时钟选择器。, Z: n( J$ e! l8 g6 C( {, f
/ x( }5 t( {% t+ o) \
时钟选择器规定采用哪个时钟作为采样率。时钟选择器有多个输入时钟(例如,一个S/PDIF接口上的输入时钟、本地晶振、以及一个ADAT接口上的输入时钟),并带有一个用户可选择哪个时钟用作输入的控制传输,例如S/PDIF接口上的输入时钟。
: t/ c5 _9 [0 m" F" E; n: n. B; f8 _) B& Y: q% T# l1 Y- x
符合性及原生支持
. b- M% |" K$ j9 U* y. i- o0 @6 T' X* U# P8 J
一旦一款设备符合USB音频类协议,它将会很便捷地集成到操作系统中。图3显示了USB音频设备插入到MacOS/X系统中的控制界面截屏。它表明,时钟选择、采样率选择、通道音量控制以及静音控制等都是可以控制的,就像对于任何其他的音频设备那样。
! s; C' n) H& q/ W2 N+ f
. V4 w$ c+ Y e0 Y$ Q
( G1 _9 l$ v W+ _7 t2 W6 L7 w# \/ Z' s
图3:一款可互操作的设备出现在标准O/S对话框(例如本例中的OS/X)中,并且O/S可以设置音量和采样率等。$ b+ |7 _" J, k
8 m1 b5 Z& {7 B( S" p 设备的标准符合性使其可以实现互操作。O/S供应商能够提供一种单独的USB音频驱动程序,该驱动程序可驱动大量设备,并具有众多功能。
, V/ u6 N$ R' I% ?! o2 u% |) o% M" l, W
的确,相同的USB音频实现能够进行参数化,以实现不同数量的通道,并且相同的驱动程序能够用于连接设备。' j( k$ T) A; T# N( U
/ c4 ]2 E9 Z9 t5 a. V2 B: w" P1 `$ @ 小结与展望) D; |6 b& M: x2 D9 t1 ?7 K
7 [, k: [% E/ B |
USB-AudioClass2.0利用了高速USB2.0标准,支持在PC和一台所连接的音频设备之间对音频进行低延迟传输。高速USB2.0的高吞吐率可用于实现多个音频通道,并且具有高的音频质量。USB音频类标准可服务于多种设备的,从复杂的、具备多个通道、多个时钟源和复杂控制的调音台,到环绕立体声系统、PC扬声器和麦克风。
" F! O" {" @" |% R1 h' C$ K3 v$ l" s
+ V& v9 s/ _* i+ m, C7 s 目前,顶级的消费性音频产生已经推出了各种USB-Audio产品,并且受到了市场的好评! |
|