USB音頻的基本原理
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圖2：一款帶有一個晶振用于穩(wěn)定音頻頻率的USB音頻板，并且有一個低抖動PLL用于產(chǎn)生任何所需的頻率信號。
因此，系統(tǒng)中至少有2個不同的時鐘：USB時鐘由主機產(chǎn)生，頻率為8,000次傳輸/s；采樣時鐘由外部產(chǎn)生，例如，其采樣率為96,000Hz。
這些時鐘的頻率會略有不同，其差別會隨時間略微變化。因此，每幀音頻樣本的平均數(shù)會稍微高于或低于期望的比率。例如，在本文96,000Hz采樣率的情況下，樣本的平均數(shù)為12.001。為了確保主機發(fā)送正確數(shù)量的數(shù)據(jù)，并且不會太多或太低，主機向中斷端點請求當前的采樣率。每隔幾個毫秒，上一個周期的平均采樣率將以16.16位定點數(shù)格式回報。如果上一個周期取平均數(shù)為12.001幀，那么報告值將為0x000C0041（65536×12.001）。
給定該平均速率，主機將能計算出在一次傳輸中在何時發(fā)送額外樣本；在此例中，每秒8次傳輸將運送一個額外樣本。此外，主機能夠利用該值與音頻設備進行同步。這使得DVD播放器等主機應用能夠?qū)⒁曨l保持為與音頻同步。如果沒有同步，音頻會慢慢地跑到視頻前面，兩個小時以后，音頻將會有1s誤差。
為了保持反饋回路較短，訣竅是不對音頻包和反饋包做不必要的緩沖。任何附加的緩沖都會產(chǎn)生報告延遲，該延遲使得保持通信流的平滑變得更加困難。這意味著，底層USB棧和USB音頻棧應緊密集成，而無需在它們之間緩沖。盡管這在應用處理器上難以達到，但是把軟件在執(zhí)行時間可預測的嵌入式處理器上來實現(xiàn)，這點將非常容易達到。諸如XMOS等公司現(xiàn)在可以提供這種可預測的嵌入式處理器，如XMOS的xCORE多核MCU等處理器系列。借助其豐富的內(nèi)置USB接口，它們緊密地將底層USB棧和USB音頻棧集成在一起。
多個時鐘源
以上方案僅考慮了兩個時鐘源——或者USB設備提供時鐘，或是主機提供時鐘。在調(diào)音臺等更復雜的設備中，可能還有其他設備提供采樣率，例如，通過ADAT或S/PDIF等數(shù)字接口，或通過攜帶字時鐘的BNC連接器提供。對于這樣的系統(tǒng)，USB音頻標準使設計人員能夠在設備當中置入時鐘選擇器。
時鐘選擇器規(guī)定采用哪個時鐘作為采樣率。時鐘選擇器有多個輸入時鐘（例如，一個S/PDIF接口上的輸入時鐘、本地晶振、以及一個ADAT接口上的輸入時鐘），并帶有一個用戶可選擇哪個時鐘用作輸入的控制傳輸，例如S/PDIF接口上的輸入時鐘。
符合性及原生支持
一旦一款設備符合USB音頻類協(xié)議，它將會很便捷地集成到操作系統(tǒng)中。圖3顯示了USB音頻設備插入到Mac OS/X系統(tǒng)中的控制界面截屏。它表明，時鐘選擇、采樣率選擇、通道音量控制以及靜音控制等都是可以控制的，就像對于任何其他的音頻設備那樣。
圖3：一款可互操作的設備出現(xiàn)在標準O/S對話框（例如本例中的OS/X）中，并且O/S可以設置音量和采樣率等。
設備的標準符合性使其可以實現(xiàn)互操作。O/S供應商能夠提供一種單獨的USB音頻驅(qū)動程序，該驅(qū)動程序可驅(qū)動大量設備，并具有眾多功能。
的確，相同的USB音頻實現(xiàn)能夠進行參數(shù)化，以實現(xiàn)不同數(shù)量的通道，并且相同的驅(qū)動程序能夠用于連接設備。
小結(jié)與展望
USB-Audio Class 2.0利用了高速USB 2.0標準，支持在PC和一臺所連接的音頻設備之間對音頻進行低延遲傳輸。高速USB 2.0的高吞吐率可用于實現(xiàn)多個音頻通道，并且具有高的音頻質(zhì)量。USB音頻類標準可服務于多種設備的，從復雜的、具備多個通道、多個時鐘源和復雜控制的調(diào)音臺，到環(huán)繞立體聲系統(tǒng)、PC揚聲器和麥克風。
目前，頂級的消費性音頻產(chǎn)生已經(jīng)推出了各種USB-Audio產(chǎn)品，并且受到了市場的好評，如Sony和OPPO已經(jīng)推出了基于XMOS公司xCORE多核MCU產(chǎn)品的USB-Audio耳機放大器和音響組合單元。預計該項應用將在不遠的將來為更多用戶所選用。
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