海尔网站的建设特点,产品怎么进行推广,电子商务网站建设策划报告,汽车之家汽车网USB 之基#xff1a;连接与传输的基石
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在科技浪潮汹涌澎湃的时代长河中USB这一通用串行总线宛如一颗璀璨星辰高悬于个人电脑的浩瀚苍穹已逾十载。其连接之广泛恰似一张无形大网轻松将麦克风、扬声器、外置驱动器以及网络摄像头等各类外围设备紧密相连。 而本文将聚焦于 USB 音频 —— 这一在个人电脑、智能手机和平板电脑领域熠熠生辉的数字音频标准它仿若一座桥梁巧妙地衔接起扬声器、麦克风与混音器等音频外设开启了音频传输的崭新篇章。
先探 USB 之根基。USB 遵循特定协议运行恰似一场精密有序的交响乐演奏其中主机计算机担当指挥角色发起对诸如 USB 扬声器之类设备的传输指令。每次传输皆精准指向特定设备及其特定端点犹如箭之射向靶心。其传输类型林林总总共有批量传输、同步传输、中断传输以及控制传输四类。
批量传输仿若一位沉稳可靠的信使专注于在主机与设备间稳妥地传递数据。所有 USB 传输皆携 CRC校验和保驾护航宛如忠诚卫士时刻审视是否有误。于批量传输中数据接收者务必校验 CRC若其正确无误传输便获确认数据亦被视作无差错传输反之若 CRC 有误传输则不予确认并将重试。倘若设备尚未准备就绪接纳数据可发送否定确认 NAKNAK 恰似一声令下促使主机重新尝试传输。批量传输并非时序要求严苛之方式它恰似灵动舞者巧妙周旋于时序要求严格的传输方式周边。
同步传输则似一位时间观念极强的急先锋用于在主机与设备间实时传输数据。当主机设定同步端点时会为等时端点分配特定带宽并周期性地在该端点执行输入或输出传输。譬如主机可每隔 125 毫秒向设备输出 1K 字节数据。然因带宽固定且有限一旦传输出现状况并无时间重传数据。数据虽有正常 CRC但接收方若检测到错误却无重发机制。
中断传输名字虽易引人误解实则如一位尽职的巡逻员被主机用于定期轮询设备探查是否有价值之事发生。例如主机可轮询音频设备以确认 MUTE 按钮是否被按下虽其名有 “中断” 二字实则定期轮询之功能与主机中断殊途同归。
控制传输与批量传输极为相似可被确认、被拒绝且以非实时方式交付犹如一位幕后调度员用于正常数据流之外的操作诸如查询设备功能或端点状态等。关于如何描述设备功能此非本文探讨范畴仅知有诸如 “USB 音频类” 或 “USB 大容量存储类” 等预定义类它们是实现跨平台互操作性的得力助手。所有传输皆以 USB 帧为最小单位进行高速 USB 帧间隔为 125μs全速 USB 为 1ms并由主机发送帧开始SOF消息予以标记。同步和中断传输每帧至多传输一次。
USB 音频数据传输的精妙编排
再观 USB 音频之妙处。USB 音频借助同步传输、中断传输与控制传输来传递音频数据。同步传输宛如音频数据的高速通道用于传输音频数据中断传输恰似音频时钟的守望者用于监控音频时钟可用性控制传输则如音频设置的调控大师用于调整音量与采样率等参数。
其数据需求因通道数量、样本比特数以及采样率而异。常见通道数有 2 个立体声、6 个5.1甚至更多用于工作室和 DJ 的通道。采样大小方面典型值有 24bits16bits 常用于传统音频32bits 则服务于高质量音频。采样率常见 44.1、48、96 和 192kHz后者常用于高质量音频制作。
假设设计一个采样率为 96kHz、采样大小为 24bits 的立体声扬声器为简化主机与设备间数据传输24bits 值常以零字节填充如此一来总数据吞吐量便是 96,000 x 2 通道 x 4 字节 768,000 字节 / 秒。同步端点运行速度为每 125μs 传输一次 —— 即每秒 8000 次传输。将每秒所需字节率除以每秒传输次数可得每次同步传输字节数768,000/8,000 每次传输 96 字节。
时钟同步时间协调的关键密钥
USB 时钟同步亦是关键一环。数字音频领域恰似在时间迷宫中探寻出路需在共同时间概念上达成一致。前文提及 USB 帧每秒传输 8000 次扬声器每秒播放 96000 次样本唯当扬声器与主机就一秒钟长度达成共识方能和谐运作。
USB 音频提供三种模式力保主机与扬声器在时间上携手共进。同步模式 下一秒钟长度由主机设备定义主机以特定速率发送数据设备需全力匹配。异步模式 则反其道而行之设备主导一秒钟定义主机依此调整。自适应模式 中数据流决定时钟走向。
然自适应与同步模式并非尽善尽美因个人电脑在维持稳定时钟方面表现欠佳且常有其他音频源介入如外部数字卡座。异步模式借助外部时钟源或设备中的低抖动时钟作为主时钟通常二者皆依赖基于晶体的 PLL。故而系统中至少存在两个独立时钟一为驱动 USB 传输频率为每秒 8,000 次的 USB 时钟一为驱动采样率如 96,000Hz的采样时钟。
这些时钟频率略有差异且随时间推移变化微妙。例如在 96,000Hz 采样率情形下平均样本数可能为 12.001。为确保主机发送数据量精准无误主机通过中断端点请求当前采样率。每隔数毫秒上一阶段平均采样率便以 16.16 位定点数形式回报。若最后周期平均数为 12.001 帧则报告值为 0x000C004165536*12.001。
有此平均速率主机便可计算何时在传输中额外发送样本在此例中每秒 8 次传输将携带一个额外样本。此外主机可借此值与音频设备同步使 DVD 播放器等主机应用程序保持视频与音频同步。否则音频将逐渐超前视频两小时后声音便会比画面快一秒钟。
为维持短反馈回路关键在于避免不必要地缓冲音频数据包与反馈数据包。任何额外缓冲皆会在报告中产生延迟使流量顺畅维持更为艰难。这意味着底层 USB 协议栈与 USB 音频协议栈应紧密融合中间不容缓冲。虽在应用处理器上实现颇具挑战但于具有可预测执行时间的嵌入式处理器上则易如反掌。
总之在数字音频世界维持一致时间概念至关重要USB 音频提供的三种模式 —— 同步、异步和自适应为确保主机与外围设备同步各显神通其中异步模式因外部时钟源而更为可靠。
复杂设备多元时钟的精准抉择
复杂设备如混音器中可能存在多个设备通过不同接口提供采样率。USB 音频允许设计师部署时钟选择器以便从多个输入时钟如 S/PDIF 连接的输入时钟、本地晶振以及 ADAT 连接的输入时钟中选择输入时钟源用于提供采样率。用户可通过控制传输选定如 S/PDIF 连接的输入时钟作为输入源。
合规支持系统融合的顺畅桥梁
合规性与原生支持方面符合 USB 音频类 2.0 标准便能实现设备与操作系统的无缝对接通过标准操作系统对话框轻松掌控音量、采样率等参数。
USB 音频的卓越贡献
综上所述凭借高速 USB 2.0 的强劲优势USB 音频类 2.0 成功搭建起 PC 与音频设备间的低延迟传输桥梁确保高吞吐量与卓越音质。其适用范围广泛从复杂混音器到环绕声系统、PC 扬声器以及麦克风等多种设备皆在其服务范畴之内为音频领域的发展注入了源源不断的活力与可能。
