[ПРОЕКТ] преобразователь USB 2.0 - I2S

[blindman]

Дело было вечером Задумал я сделать такую штуку. Цель - USB интерфейс для ЦАПов с I2S входом, частотой дискретизации до 192 кГц и разрядностью до 32 бит. Режим работы USB интерфейса - асинхронный, с явной обратной связью, тактирование от ЦАПа.

Пока устройство существует в виде такого макета:
(Извините, но у Вас нет доступа в Галерею)

USB интерфейс - Cypress EZ-USB (CY7C68013A), преобразователь параллельного кода в последовательный - ПЛИС EPM1270 (Altera MAX II). На контроллере Parallax Propeller сделан имитатор переключаемых тактовых генераторов.

Окончательные платы буду заказывать, возможно  4-слойные.

На текущий момент заготовки всех основных программных блоков сделаны: устройство распознается компьютером, поток выводится в I2S, реализована обратная связь.

Чтобы двигаться дальше, нужно определиться с некоторыми моментами:

- теоретически, можно организовать до 8 каналов разрядностью до 32 бит, с частотой дискретизации до 192 кГц. От этого будет зависеть выбор ПЛИС. Ставить буду как минимум с 2-кратным запасом по объему, для 8 каналов это как раз EPM1270. Нужно ли это? Если да - как это должно выглядеть? 4 I2S выхода?

- что нужно предусмотреть для управления ЦАПом, для индикации, для выбора режимов? Очевидные вещи - настройка на используемые генераторы, выход переключения 44/48, установка режима вывода (Philips I2S, Sony RJ), выходы для индикации текущей частоты дискретизации и разрядности потока

- что еще?

и добавил...
Windows практически не использую. Слышал, что там были проблемы с встроенной поддержкой USB Audio 2.0. Это по-прежнему так?

[MetalHeart]

Наверное не помешала бы проверка на битперфект.

и добавил...
И может быть не только USB to I2S (какие-то другие варианты входа получится организовать)? Или цель проекта именно USB?

[bgv]

Windows практически не использую..... С

Как раз большинство использует Виндовс(XP SP2 или  семерку)....   Если каналов более двух то как будет это представлено в операционке (по идее должны идти в комплекте драйверы под операционку) ?
В целом потенциал задумки нравится. Это будут киты или открытый проект?

[Lynx]

На основе опыта работы с 9 устройствами подобного типа могу резюмировать некий суммарный итог:
Все опробованные мною изделия напичканы совершенно бессмысленными функциями и свойствами.
На мой взгляд, устройство должно быть предельно минимальным по функциональности - только преобразователь USB2.0 в IIS.
При этом желательно:
1. Иметь возможность работы в форматах I2S и RJ с 64 тактовыми импульсами
2. иметь выход (3 разряда) кода, соответствующего актуальной частоте дискретизации
3. иметь выход сигнала MUTE (отсутствия активной звуковой последовательности)
4. Иметь вход внешней синхронизации от частот 33.8688/36.864 , 16.9344/18.432 и 22.5792/24.576 МГц (частота выбирается пользователем)
5. Многоканальность особо не нужна, достаточно пары каналов. Может быть просто опциональной или идти как другая прошивка.

Все проверочные функции и доп. сервис, имхо - бессмысленны. За более чем 2 года постоянной эксплуатации таких устройств они НЕ ИСПОЛЬЗОВАЛИСЬ ни разу.

Как опция очень хорошо будет иметь полную гальваноразвязку выходной шины с помощью ADuM1401, а сигналов управления и данных о частоте - любыми оптронами.

Устройство ОБЯЗАТЕЛЬНО должно работать с Windows и сопровождаться устойчивым виндовым драйвером, в противном случае его практическая ценность стремится к нулю.

На сегодняшний день всем указанным требованиям отвечает лишь одно известное мне устройство - это плата Edel USB Interface.
 

[blindman]

Если каналов более двух то как будет это представлено в операционке

Стандарт USB Audio определяет соответствие между номерами каналов и пространственным положением громкоговорителей. При условии корректности аудиоустройства, программы-проигрывателя и драйвера возможно например проигрывание 2-канального аудиопотока на системе 7.1, или наоборот

Это будут киты или открытый проект?

Открытым вряд ли будет. Если будет положительный результат - можно будет организовать изготовление плат.

Устройство ОБЯЗАТЕЛЬНО должно работать с Windows и сопровождаться устойчивым виндовым драйвером, в противном случае его практическая ценность стремится к нулю.

Понятно. Пока что кандидаты - открытые драйвера от E-MU (довольно древний) и Audio-Widget (активно развивается). Самостоятельно, с нуля, я вряд ли сделаю что то лучше

И может быть не только USB to I2S (какие-то другие варианты входа получится организовать)? Или цель проекта именно USB?

А какие еще варианты? S/PDIF?

[Viktor D]

А какие еще варианты? S/PDIF?

Желательно бы чтение непосредственно с флешки или USB винчестера, что бы вообще обойтись без компа.     Но тут встаёт вопрос индикации

и добавил...
S/PDIF? иногда желателен. Например приходят люди в гости со своими дисками, что бы оценить звучание системы, так надо, что бы ЦАП мог работать с СД проигрывателем.

[Lynx]

Желательно бы чтение непосредственно с флешки или USB винчестера, что бы вообще обойтись без компа.     Но тут встаёт вопрос индикации

Лично мне, устройство, работающее с флешкой, представляется бессмысленным по следующим причинам:
Во-первых, если на хранилищах 8...32ТБ лежит множество контента, то выглядит довольно несуразно переписывать сначала что-то на флешку, а потом воспроизводить оное.
Во-вторых, смешные и убогие маленькие экранчики и дурацкая навигация тремя кнопками НАСТОЛЬКО неудобны в работе, что одно их наличие просто полностью убивает любое желание пользоваться таким устройством после полноценного интерфейса комповой ОС.
В-третьих, воспроизведение с доп. носителя всегда хуже с точки зрения надежности, чем работа с носителя первичного. Не говоря уже о том, что многое воспроизводится on-line, и комп работает в качестве сервера.
Ну и в-четвертых, лично я по сей день не понимаю тех, кто говорит о том, что комп создает помехи уровня такого, что звук портится. Я бы хоть как-то понял такое утверждение из уст того, у кого во всем 1000-квартирном доме, питаемом от одного трансформатора нет ни одной энергосберегающей лампы (вот это источник помех, да таких, что если в квартире эта дрянь где-то есть, невозможно нормально работать со спектроанализатором!), в радиусе 30 км нет ни одной базовой станции, ни одной точки доступа и ни одного китайского DVD с импульсным питанием.
В реальности, помехи от обычного компьютера с сетевым питанием оказываются в несколько раз меньше, чем от ОДНОЙ "энергосберегающей" (слово-то какое корявое, как и сам объект) лампы, а от небольшого ноута - еще меньше. Не говоря уже о том, что тот же ноут можно использовать без питания от сети, напр., мне заряда батареи Samsung Ultrabook 530 хватает на спокойную работу с 8-часовым плейлистом.
Выход SPDIF - крайне сомнительно, нужен ли. Сравнение работы такого преобразователя с SPDIF выходом с CDP с выходом таким же совершенно непоказательно, ибо в силу природы этого интерфейса, будут сравниваться не качество фонограмм, а качество технической реализации SPDIF выходов, - по сути, именно оно на 90% определяет результирующий характер звучания при использовании одного и того же ЦАП и приемника.

[blindman]

Выход SPDIF - крайне сомнительно, нужен ли. Сравнение работы такого преобразователя с SPDIF выходом с CDP с выходом таким же совершенно непоказательно

Виктор имел в виду SPDIF вход. То есть выход I2S всегда подключен к ЦАПу, а вход выбираем - или USB, или SPDIF. Я считаю, что место SPDIF приемника в ЦАПе - в частности, так при наличии альтернативных интерфейсов (I2S/SPDIF) проще организовать коммутацию мастерклока.

[Viktor D]

Лично мне, устройство, работающее с флешкой, представляется бессмысленным по следующим причинам:
Во-первых, если на хранилищах 8...32ТБ лежит множество контента, то выглядит довольно несуразно переписывать сначала что-то на флешку, а потом воспроизводить оное.

Дмитрий, приветствую.
У меня к транспорту подключен винте на 2Тб. И так же компьютер. Можно воспроизводить и оттуда и оттуда. Порой удобнее не включая комп. просто послушать музыку с винта.
По навигации  "с винта" вполне приемлемо.

[Игорь Гапонов]

2blindman

 Обратите внимание на USB3.0 и на другие современные совместимые альтернативы старым распространённым интерфейсам (FW/USB2.0)

[xar]

Желательно бы чтение непосредственно с флешки или USB винчестера, что бы вообще обойтись без компа.

Лично мне, устройство, работающее с флешкой, представляется бессмысленным по следующим причинам:

с одной стороны функция интересная, с другой она должна быть в отдельном девайсе.


и добавил...

 Обратите внимание на USB3.0

а смысл?

[blindman]

Игорь, я тоже не вижу смысла. Драйвера где брать, опять же? Мелкомягкие за столько лет не посчитали нужным сделать поддержку USB Audio 2.0.

USB 2.0 никуда не денется, ее возможностей для передачи аудио более чем достаточно, аппаратные решения отработаны, баги в них вылизаны. В линуксе и макоси встроенная поддержка Audio 2.0.

[xar]

для 8 каналов это как раз EPM1270. Нужно ли это?

а цена на младшие модели сильно ниже? есть ли смысл экономить.

[Игорь Гапонов]

Игорь, я тоже не вижу смысла. Драйвера где брать, опять же? Мелкомягкие за столько лет не посчитали нужным сделать поддержку USB Audio 2.0.

USB 2.0 никуда не денется, ее возможностей для передачи аудио более чем достаточно, аппаратные решения отработаны, баги в них вылизаны. В линуксе и макоси встроенная поддержка Audio 2.0.

 Но тогда USB3.0 по определению: "usb1-2-3" обязан всё это поддерживать! А с дровами "отсутствие проблем" - нонсенс (ємпирический факт). С другой стороны, хозяин - барин

[xar]

usb3.0 подразумевает не только новый протокол, но и новый разъем. реализуя совместимость usb3.0 аппарата с usb2.0 хостом придется реализовать оба протокола (если нет доп контактов - работаем по usb2.0). при этом usb2.0 девайс спокойно будет работать на usb3.0 хосте.
а зачем все же usb3 вам нужен?

ЗЫЖ открою небольшой секретик, CY7C68013A не поддерживает usb3.0

[Игорь Гапонов]

а зачем все же usb3 вам нужен?

Потому, что usb1 уже никому не нужен

[Lynx]

Для звуковых систем возможностей USB2.0 не просто достаточно, а достаточно с огромнейшим избытком. USB3.0 в этом случае очень избыточен. Устойчивые драйвера для аудиоустройств с этим интерфейсом в ближайшее время не появятся (это просто никому не нужно). Если уж быть откровенным перед самим собой, то и USB Audio 2.0 бывает востребован очень редко, по сути, в единичных случаях. Именно по это причине для него Microsoft и не стал делать стандартный драйвер.   

[xar]

USB Audio 2.0 бывает востребован очень редко

usb1.1 на деле часто недостаточно , но когда их недостаточно, так же бывает и недостаточно возможностей usb Audio 2.0.

[Lynx]

Насколько часто? Оригинального (не ресемплированного!) контента c дискретизацией 176.4 и 192кГц - просто наплакал даже не кот, а воробей. Ресемплированный в 99.99999% случаев звучит хуже, чем в оригинальной версии дискретизации. Более того, по словам очень многих звукорежиссеров, фонограммы, записываемые с дискретизацией выше 100кГц звучат хуже, чем 88.2/96- килогерцовые (это связано, по-видимому, с ухудшением свойств АЦП с ростом частоты дискретизации при ограниченной величине тактовой частоты)
USB Audio 2.0 поддерживает 32-разрядные данные при  384 кГц дискретизации в двухканальном режиме. Лично я не вижу в домашних аудио условиях никаких возможностей использовать даже этот формат.

[xar]

проблема лично у меня была с внешней звуковухой, которая писать и воспроизводить одновременно могла только на 48кгц, а по отдельности 96.
Lynx, а как на счет написать статейку о основах цапостроения? я вот не совсем понимаю откуда берутся стандартные частоты при внешнем тактировании (даже правильно сказать что именно не понимаю не могу). в общем был бы благодарен)

[Lynx]

проблема лично у меня была с внешней звуковухой, которая писать и воспроизводить одновременно могла только на 48кгц, а по отдельности 96.

Этой проблемы в USB Audio2.0 при нормальных дровах быть не должно - поддерживаются 4 канала по 192кГц.

а как на счет написать статейку о основах цапостроения?

Честно - никак. Просто нет ни желания, ни времени. Я уже более 15 лет по разным форумам эти основы так или иначе пытаюсь доносить в меру своих сил до участников этих ресурсов.
Вообще же - эта тема слишком обширная, чтобы уместить её "в статейку" даже очень грубо и поверхностно... за ней потянется уйма всего смежного и не только...

[Игорь Гапонов]

Насколько часто? Оригинального (не ресемплированного!) контента c дискретизацией 176.4 и 192кГц - просто наплакал даже не кот, а воробей.

http://ru.wikipedia.org/wiki/DSD:

...Из-за невозможности обработки сигнала формата DSD без преобразования в другой формат в 2004 году компанией Digital Audio Denmark был разработан ИКМ-формат для записи и обработки звука DXD с разрядностью квантования 24 или 32 бита и частотой дискретизации 352.8 кГц...

[/i]

http://www.digitalaudio.dk/News.1187/Digital-Audio-Denmark-develops-Multi-channel-PCMDSDDXD-Converter-for-Merging-Technologies.44.aspx

USB3.0-audio устройства- ("по протоколу", но не "по скорости" (пока)!) Ряд моделей от Musiland, например,

http://www.musiland.com.cn/index.php/Product/show/id/202

[Lynx]

См. выше: 2 канала 384кГц/32 разряда поддерживается USB Audio2.0

Musiland, например,

Похожий "музиланд" валяется у меня дома. USB3.0 он только по разъему. Логически определяется, как устройство, поддерживающее 2.0. То есть по сути - просто китайский развод тех, для кого в жизни главное - "и-фон" (подставить нужный гаджет по вкусу) последней самонаиновейшей версии
Неважно, что он ничем по сути не отличается от прежнего, зато написано же - наираспоследнейший!

[blindman]

Давайте на темы USB 3, однобитных форматов и китайских девайсов говорить в других темах.  Здесь я четко обозначил назначение устройства и выбранную элементную базу.


и добавил...

а цена на младшие модели сильно ниже? есть ли смысл экономить.

Цена конечно важна. Но дело не столько в экономии, сколько в разумной достаточности. Большая часть ресурсов расходуется на буфер и сдвиговый регистр - для 8 каналов это минимум 2х256 бит. Ну и по мелочи - формирование сетки частот, конечный автомат. Если же делать только 2 канала - нужно 2х64.

[Игорь Гапонов]

Давайте на темы USB 3, однобитных форматов и китайских девайсов говорить в других темах.  Здесь я четко обозначил назначение устройства и выбранную элементную базу.

Несмотря на сообщение Андронникова и таки положительные отзывы у них там в женевах, у названного девайса за свои деньги (150-200 бакинских):

 1. интерфейс связи поддерживающий все, существующие на сегодняшний день, версии USB
 2. хорошие и надёжные драйвера, регулярно обновляемые изготовителем
 3. внутри девайса - шина связи с не плохим ЦАПом от буров - I2S, низкий джиттер
 4. удобный интерфейс пользователя

Это по теме?


 

[Lynx]

Кроме п.1, в общем-то не особо необходимого, а точнее просто ненужного, сообщение И. Гапонова практически повторяет сообщение №3. Повторение - мать учения... 
Собственно этими свойствами должен обладать любой более-менее проработанный интерфейсный модуль, независимо от качества оного, видимо, потому они и совпали.
Насчет "низкого джитттера" - не могу согласиться, у этих "музиландов" джиттер далеко не низкий - пиковый более 100пс.
Насчет всяких "женев" не знаю, но вот в Питере "звучок" таких девайсов оценивают, как весьма посредственный... Повторюсь, работал с ним вживе, никакого позитивного впечатления не произвело. Это начальный уровень, увы.
За примерно те же деньги ($300) можно приобрести куда более серьезное устройство, правда, без красивой коробочки из алюминиевого профиля (видимо, добавляющий в стоимость "музиланда" этак процентов 75) - Edel. Либо, на худой конец, - демоплаты XMOS.

[xar]

Игорь Гапонов, просто поймите, что usb 2.0 девайс будет актуален еще года 2-3 минимум, а потом еще лет 10 будет актуален за счет обратной совместимости usb 3.0 хоста. и только потом, если из последующих модификаций интерфейса выкинут совместимость с usb 2.0 (а пока все еще держится совместимость с usb 1.1) будут проблемы.

[Игорь Гапонов]

Игорь Гапонов, просто поймите, что usb 2.0 девайс будет актуален еще года 2-3 минимум, а потом еще лет 10 будет актуален за счет обратной совместимости usb 3.0 хоста. и только потом, если из последующих модификаций интерфейса выкинут совместимость с usb 2.0 (а пока все еще держится совместимость с usb 1.1) будут проблемы.

 Я не настаиваю же! Но я так понял, что готовится "кит"....   

 Тенденции такие. В аудио, в том числе- "хай-рез", "хай-дэнсети" в основном из-за повышения частоты дискретизации и увеличения числа каналов. Это же очевидно! И сетевой каталог профф.записей уже совсем не маленький! Поэтому и дал ссылку на DSD-DXD.  Сюда же можно отнести коммерческие SD-карточки с защищённым от копирования видео-аудио контентом...

... перспектива предполагаемого "кита" где, если заточка уже на стадии маркетингового обсуждения на два канала 192/24?
 
А вот, Д. Андронников, судя по всему, именно настаивает на "традиционных решениях". И что тогда мешает гражданам уже сейчас (с) купить готовый девайс на "два-три года" за 100-300 бакинских?

[hippo64]

Лично я с большим трудом воспринимаю разницу между 16/48 и 24/192, причем умом все понимаю, однако, уши говорят о другом. Подозреваю ресемплинг постарался, ибо начинать надо от печки, то бишь от источника.
И еще одна мысль, ежели 24/192 - это далеко не гарантия , сдуру можно и неломаемую часть тела сломать.

Что касается совместимости - руками и ногами Винда (именно с большой буквы) и усб2.0, лучше реально доступная обычным людям тема (ну нету, б*я времени следить за всем ) чем "дымка над вуалью", пардон, Дмитрий, не смог удержаться, уж больно сравнение хорошее.

и добавил...
полностью присоединяюсь к третьему посту, первые 4 пункта комментариев не требуют, по п.5, кому нужен ЗВУК, более двух каналов не слушают.

[Segun]

полностью присоединяюсь к третьему посту, первые 4 пункта комментариев не требуют, по п.5, кому нужен ЗВУК, более двух каналов не слушаю

Про двда забыли?