异步还是同步？--HEGEL HD2 对比M2T HIFACE（2页AP测试数据、听感3页）

kkman2002

      USB解码近两年势头迅猛，新款不断推出的同时，老款升级也大多“时髦”地选择增加一个USB接口，仿佛一夜之间USB接口成了众多HFII厂商的香馍馍。说到USB，总要问:是异步的吗？能降低抖动吗？这样的问题，充实各大论坛，老手新手都不亦乐乎。
　　USB异步真的这么神奇吗?下面让我们来聊聊这个话题，顺便进行相应的对比测试



[ 本帖最后由 kkman2002 于 2011-5-18 09:10 PM 编辑 ]

kkman2002

      在对比测试前，有必要了解几个小概念，关于异步、同步的原理和技术资料，通过百度或gogole有很多探讨和讨论，过于枯燥的理论，容易让人转晕了头，不妨通过一些简单的思路把握下：
　1、USB Audio Class协议
　　由Intel和微软主导的USB即插即用通讯接口，自诞生之日起就通过USB Audio Class协议来制定游戏规则和接口规范，即所有USB设备只有符合USB Audio Class协议规定的硬件指标，并通过微软提供的内核驱动（*.sys，内核模式下的驱动，一般都对应相应的被驱动硬件，而其功能其实就是提供windows系统对该硬件的支持），进行辨识，才能正常或者“合法”的工作。

      从下面这张流程图图，可以清晰的看到USB音频传输的过程：播放软件播放音频文件--通过设置播放软件，采用客户端驱动ASIO或KS直接驱动硬件-硬件通过.SYS内核驱动被windows系统识别-USB音频设备通过设备驱动程序正常工作-通过USB总线传输带有时钟信息的串流数据-USB DAC 通过USB接受芯片接受数据，并进行后续的时钟合成和恢复、传输I2S或S/P信号、DAC转换等等工作完成最后的模拟输出。

     从这个流程可以看到，关键的class driver是USB音频设备得到 “合法”身份的关键。因此，无论是采用同步还是异步，无论是公版驱动，还是自行编写驱动，无论你吹的如何天花乱坠，都走不出USB Audio Class协议这个框框。

      从HIFACE编写的驱动来看，前3个SYS驱动，只能采用微软提供的内核驱动，而无法自己去编造，而最后一个SYS驱动的意义在于结合硬件可编程FPGA模块和缓存技术，突破USB 2.0最大传输24/96制约，通过硬件升频(SRC)还原并转换成24/192 SP信号输出。因此可以说，目前USB2.0规范是不支持24/192传输的，要实现24/192传输，在USB 3.0出来之前，只能靠自力更生了。


[ 本帖最后由 kkman2002 于 2011-5-9 01:05 AM 编辑 ]

kkman2002

2、什么是同步，什么是异步？

USB Audio Class协议规定USB同步传输周期为1ms。即每隔1ms，USB设备通过接受芯片接受一次主机传输过来的数据包，这个数据包带有时钟信号的，需要通过I2S控制器进行解包后恢复时钟信息实现同步，为确保这种主机时钟和I2S的同步，采用FIFO缓存暂存数据，然后再给I2S。


下面这张图，作为一个简单示意图，每隔1MS，主机发送一次数据（倒一杯水），通过缓存蓄水，然后通过I2S(水龙头）传输到下一个环节。因此，USB传输对于倒水和放水的控制，就是同步、自适应和异步的区别：

     同步模式:水龙头流量固定（主机时钟确定），不管倒多少水。理想状态下，倒水的频率、时间、流量固定，缓存（蓄水）固定，水龙头放水流量固定，形成一个完整循环。而由于抖动偏差的存在，这种理想状态往往无法保证的，因此，会出现水放完了（中断），水放多溢出了（失真爆音）等等情况。

    自适应模式：为解决抖动偏差引起的倒水频率和倒水量的变化（主时钟的变化），通过控制水龙头的流量（重整时钟）来适应这种变化，形成可控制的理想循环。

    异步模式：固定水龙头流量（异地时钟确定），通过建立I2S反馈机制，控制倒水频率和倒水量，形成可控制的理想循环。

    再通过Xilinx工程师提供的原理图看看，异步模式的原理其实是建立一个异地时钟，利用异步先进先出(FIFO)存贮器作为一个弹性缓存，当接受到来自主机的时钟信号，在缓存内与自建时钟进行比较，并通过控制软件反馈给主机，让主机按正确的时钟信息进行调整。

      因此，上述三种方式，均是建立在主机时钟的基础上，只是前2种是以主机时钟为主（归类于同步，意思就是确保与主机时钟同步），而后一种则是以自建时钟为准（归类于异步，意思就是与主机时钟不同步），USB规范中明确对这种双时钟指令冲突型的异步方式不赞成的：“Such slips/stuffs will cause audible degradation in audio applications. ”（这种方式会导致音质的退化）； 而微软同样不支持这种异步方式，因此，采用异步模式，只能在内核驱动的基础上，通过自行编写的扩展驱动获得正常运行，而这类驱动是无法得到微软认证的。

[ 本帖最后由 kkman2002 于 2011-5-9 11:12 AM 编辑 ]

kkman2002

由于USB传输中的固有抖动、采样抖动、传输抖动等时基偏差，因此， 无论采用同步、自适应还是异步，最核心的问题:是如何减少这些抖动偏差，提供良好的音质。对于抖动(jitter）,目前，可以通过Audio Precision 2722A等仪器，进行测量，提供参考数据。如果还记得挪威杂志对11款USB解码器的测评，那么，他们通过AP测量的一些数据，恰恰是本来认为最保险的异步模式两款DAC出了一些问题，而这些测试数据进一步验证了他们的一些主观听感，但绝不是全部。下面我们来看看这些数据。。。待续









[ 本帖最后由 kkman2002 于 2011-5-9 08:29 AM 编辑 ]

芍药

不错的帖子.期待下面的内容.

jp

很好的帖子呀，希望大家强力关注！

芍药

虽然现在USB要比1394火线在商业上运行成功，也算是个低端标准比高端标准成功的例子。
出于感情，我还是对1394火线持肯定态度了，除了当时火线要优越很多外，还因为那时单位使用的专业苹果电脑，无奈苹果在国内始终难与PC匹敌。1394火线在与厂商合作与推广上也没有到位，导致了现在目前的尴尬地位，没有商业上的支持，就难以继续创新，只能等USB逐渐壮大后赶超。遗憾！

pilotyang

学习贴，排队好好听课！

fpe60

确实HD2强很多

andywangseven

kk版主的评论很有学术风味。 品位很高啊！