?

Log in

No account? Create an account
Fire-wire против USB: ну сколько можно а. - сообщество "Звукорежиссура" — LiveJournal [entries|archive|friends|userinfo]
Звукорежиссура

[ website | Привоз звукового оборудования из Европы (www.thomann.de) ]
[ userinfo | livejournal userinfo ]
[ archive | journal archive ]

Fire-wire против USB: ну сколько можно а. [Apr. 6th, 2010|07:32 pm]
Звукорежиссура

ru_zvuk

[krasowski]
[Tags|, , , , , ]

Я постоянно наблюдаю с какой частотой стоит вопрос а выборе внешних аудио-интерфейсов оперирующий в основном лишь дилемой о шине подключения. Вопрос этот иногда носит настолько безграмотный характер, что Я хотел бы его осветить. Некоторые моменты, представленные ниже, даны условно и упрощенно, так чтобы не уходить слишком глубоко в суть проблемы.

Представим что нам нужен внешний аудио-интерфейс, либо на юсб, либо на файр-вайр шинах. Мы хотим чтобы к этому интерфейсу можно было подключить как можно больше аналоговых инструментов, и в тоже время иметь возможность качественного мониторинга. При всем этом проекты нам хотелось бы вести с достаточно высоким уровнем качества. Итак пусть это будет следующий интерфейс:
10 in - 24bit 96k
10 out - 24bit 96k

Один моно канал каждую секунду квантуется (dsp чипом) 24 бита 96 000 раз. 1 байт = 8 бит. 24бита = 3 байта.
За 1 секунду моно канал пропускает 288 000 байт ~ 282 килобайта аудио-данных или же 2,3 Мбит/с
Допустим нам нужно одновременно использовать 10 входов и 10 выходов в формате 24/96. Для удобства будем оперировать бит/с:
10 моно входов будут пропускать за 1с 23Мбит (очень грубо 3Мбайта данных).
Столько же аудио-данных формата 24/96 будут передаваться 10-ю моно выходами.

Итак общая нагрузка на наш сферический аудио-интерфейс с 10in/10out каналами в формате 24/96 будет составлять 46Мбит/с (около 6Мбайт в секунду):
Пропускная способность ЮСБ 2.0 = 480Мбит/с (сравните с требуемыми 46Мбит/с)
Пропускная способность Файр-Вайр = 400Мбит/с (сравните с требуемыми 46Мбит/с)

Это не значит что ЮСБ/Файр-Вайр шины загружены только чистыми аудио-данными. По-мимо аудио-данных передается океан другой сопутствующей системной информации. И ЮСБ и Файр-Вайр работают с пакетами аудио-данными практически одинаково и исключительно в синхронном режиме, для гарантированной передачи данных.
Возникает вопрос: а откуда берутся всякие задержки, если электрический сигнал протекает мгновенно? Раз для передачи такого качественного сигнала на 20 моно-каналов требует в 10 раз меньшую пропускную способность, чем интерфейс, то что мешает передать сигнал мгновенно и без всяких задержек, которые мы можем наблюдать в реальных условиях? Мешает физика, так как аудио-интерфейс это не простая коробка пропускающая преобразованный из аналога в цифру сигнал.

По моно каналу идет аналоговый сигнал. Поступая на вход аудио-интерфейса этот аналоговый аудио-сигнал преобразуется в цифровой для его внутренней обработки. Но цифровой сигнал - это не абстракция из 0 и 1. Это прежде всего импульсы в цепи. И основа для создания этих импульсов - ток - то что называется упорядоченным движением частиц. Чтобы передать цифровой сигнал в формате тока, а не какой-то там абстракции - его необходимо с модулировать. Но и этот процесс не достаточно просто и очевиден.
Поэтому идет модуляция цифровых данных для физической передачи их по кабелю соединяющему аудио-интерфейс и компьютер. Впрочем модуляция данных идет на протяжении всего аудио-тракта в различных его звеньях.

Рассмотрим модуляцию на примере аудио-интерфейса с файр-вайр.
Для начала передачи с модулированных аудио-данных аудио-интерфейс просит предоставить синхронный канал у компьютера , имеющий полосу частот, соответствующую его потребностям . Идентификатор синхронного канала передается вместе с данными пакета (вот они и появляются "новые" системные данные по-мимо аудио-данных). Получатель проверяет идентификатор канала и принимает только те данные, которые имеют определенный идентификатор (еще больше системных данных появляется между системами). Сами данные с идентификатором разбиты на синхронные каналы и объединены в пакеты конечной длины по 125 микросекунд (т.н. кадры). Кадры передаются в буфер.

Представим что мы имеем возможность управления буфером кадров.
В 1с = 1000 000 микросекунд. 1 кадр = 125 микросекунд. 4096 кадров = 512 000 микросекуд = 0.5 секунды.
Если мы выставим 128-256 кадров = max 32000 микросекунд = 16-32 милисекунды.

Передача кадров происходит на канальном уровне. Но есть также уровень приложений. И вся та же технология пакетной передачи аудио-данных реализована и на уровне приложений, а в роли пакетов выступают - сэмплы. Сэмплы также буферизуются системой и размер буфера хранения сэмплов задается и чаще называется asio/wdm/core audio buffer sizs.

Вот она откуда берется задержка. Из модуляции аудио-данных, так необходимая для их физической передачи. Поэтому когда вы подключаете свой инструмент в аудио-карту и включаете любимый хост, то можете наблюдать общую сумму задержки в аудио-тракте и отдельных ее участков. На каждом участке идет обработка данных и их модуляция. То есть аналоговый звук, например, гитары кодируется а затем модулируется и передается последовательными пакетами данных каждую Х-милисекунду.

Из приведенных вычислений видно, что: увеличение кол-ва сэмплов ведет к увеличению задержки прохождения сигнала, но при этом в буфер передается большее количество аудио-данных, требующих меньшее время их обработки. Меньшее количество сэмплов ведет к уменьшению задержки, но также влечет за собой и уменьшение передачи аудио-данных в единицу времени, вплоть до того, что эти данные могут выпадать и появляется "треск", а нагрузка на систему возрастает, потому что требует постоянного опроса и ожидания передаваемых данных.

Модуляция на канальном уровне происходит аппаратно (усилители, таймеры, системы управления питанием, ключи, мультиплексоры и т.п.). Физика этих компонетнов близка к идеальным. Но тем не менее аппаратные несовместимости встречаются. В модуляции передающего-принимающего сигнала играют, что очевидно и соответсвенно, передающие и принимающие компоненты систем. Поэтому все еще распространена проблема некорректной работы некоторых аудио-интерфейсов на базе fire-wire с соотвествующими контроллерами материнских плат компьютерных систем (известные советы в отношении работы с TI контроллерами). Но если физика уже отточена, то логика программирования взаимодействия устройсв на уровне операционных систем и приложений все еще развивается и видоизменяется. Поскольку качество системы определяется ее самым слабым звеном, то можно констатировать факт, что на сегодняшний день в мире аудио-интерфейсов, да и не только, таким звеном является "программное" - драйверы, ОС и прилагающееся ПО.

Компании Alesis, M-Audio, Cakewalk и другие намекали (в частности на форумах их поддержки), а некоторые открыто заявляли, что в большинстве случаев качественных различий между FW400 и USB2.0 на сегодняшний день нет, а драйверы обеспечивающие их работу прошли те стадии ошибок и нестабильности, которые можно было наблюдать еще несколько лет назад, а сам тип подключения не является синонимом качества и профессиональности устройства.
Я же еще раз предлагаю вдуматься в информацию выше, представить тот аудио-поток с которым вы собираетесь работать и сделать выбор в сторону удобства и каких-то других качественных различий в аудио-интерфейсах, нежели вопрос шин передачи данных. Такими вопросами могут быть - наличие цифровых интерфейсов, встроенных усилителей, качественная работа с ОС (особенно важный вопрос), возможность расширения и одновременная работа с несколькими аудио-картами (в этом случаи fire-wire выглядит предпочтительным, потому что только он позволяет такую реализацию) и т.д.
LinkReply

Comments:
[User Picture]From: froll
2010-04-06 11:11 pm (UTC)
> ОС имени Воротного Билли являются катастрофой в реал-тайме, будучи спроектированными откровено бездарно.

Вы теплое с мягким не путайте.
Windows спроектирована не "бездарно", она спроектирована "не для работы в реал-тайме".

Для риалтайм существуют специальные операционные системы, например, QNX (ОС реального времени, работает в бортовых системах некоторых самолетов).
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: fan_d_or
2010-04-06 11:54 pm (UTC)
Одно другому не препятствует - и не для реалтайма, и бездарно...
Причём, любая правильная операционая система должна быть реалтаймовой по определению - не может быть правильных систем, не оптимально соотносящихся со временем.

Что касается бортовых систем - то ещё в 79 году мне пришлось участвовать в разработке первого отечественного цифрового борта. Конкретно - МиГ-29Э.
Именно поэтому я и заявляю о полном убожестве биллогетского творчества...
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: froll
2010-04-07 01:51 am (UTC)
Ну, принципиально вы правы, это бесспорно.

С другой стороны, те задачи, для решения которых позиционируется Windows (офисные приложения, в первую очередь; музыкальные же программы - это чисто сторонняя инициатива разработчиков, пользующихся популярностью платформы, грубо говоря, "Windows не разрабатывается и не позиционируется как платформа для аудиорешений"), она решает вполне удовлетворительно.

А я и не знал, что вы занимались бортовыми системами... Я помню про ФИДО, про модернизацию SB Live! в E-MU APS, про "бесплатные консультации по вторникам" (это ж сколько лет назад было!!!), про вопросы и ответы по организации домашней студии...

Жму руку!!!

Кстати, про QNX для бортовых систем мне в свое время рассказывал Нестор (http://www.maxho.com/, раньше у него был жж hectop.livejournal.com, где он много чего интересного писал), айтишник, занимающийся ОС реального времени и работающий по авиационной теме.
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: fan_d_or
2010-04-07 02:41 am (UTC)
те задачи, для решения которых позиционируется Windows (офисные приложения, в первую очередь;

К великому несчастью для цивилизации, мастдай стал стандартом де факто в качестве универсальной информационной платформы. Операционная система по определению является универсальной рабочей средой для прикладных продуктов любого назначения. Потому информационное ядро любой ОС должно быть предельно оптимизировано с точки зрения управления информационными процессами - специализация, если она требуется (что вызывает на самом деле большое сомнение) должна осуществляться при помощи целевых промежуточных информационных оболочек, выполняющих на самом деле функцию интерфейса между прикладной программой и субстратом, которым для неё является операционная среда.
Беда прежде всего в наличии частной собствености на естественный ресурс - коим является информация. Можно с определённой оговоркой согласиться с контролем частника над специфической локальной базой данных - но вот объект, который сам является субстратом для прикладного продукта, производимого третьим лицом, не имеет права быть непрозрачным.

Цивилизация уже попала в катастрофический кризис, связанный с неправильным статусом глобальной информационной платформы - только пока это ещё никто не понимает :(

Впрочем, это тема для отдельного разговора... Сорри за офтопик - просто эти соображения негде высказывать, потому приходится пользоваться моментом.

Жму руку!!!

Алаверды! ;-)

Что касается борта - то я работал в 70-е годв ОКБ им. Микояна. Потому МиГ-29 во всей его красе пришёлся как раз на моё время...

А что касается консалтинга по компьютерным студиям - это уже давно в прошлом. Сейчас я выпускаю микрофонные преампы. Ну, и потихоньку к ним добавляется и гитарная техника - пока ещё до серии не дошло, но несколько моделей примочек уже разработано и обкатывается в условиях, приближённых к боевым :)

ХИНТ: ну, и USB первого поколения я описывал в нашей музыкальной прессе ещё в момент его появления. И тогда оно было вообще невменяемым с точки зрения работы со звуком. Статья до сих пор лежит на старом сайте :)
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: froll
2010-04-07 07:42 am (UTC)
О!
По гитарной технике - присоединяйтесь к нам на guitarplayer.ru, у нас разработчиков много! :)
Собственно вот вам и потенциальная аудитория для гитарной техники ;).
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: fan_d_or
2010-04-07 08:32 pm (UTC)
Ну, я пока присел на пенёк в гтлабе :)

А потенциальная аудитория для меня - это всё же музыканты, а не примочкогубители :)
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: froll
2010-04-07 08:34 pm (UTC)
Да там и такие есть ;)))

немного ;)))))))

ну, в принципе попадаются... изредка... ;)))))))
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: fan_d_or
2010-04-07 08:34 pm (UTC)
Вот тут я выложил предварительную инфу. Разумеется, это не болеее, чем верхушка айсберга :)
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: froll
2010-04-07 08:36 pm (UTC)
Спасибо, почитаю.
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: fan_d_or
2010-04-07 09:22 pm (UTC)
Правильней будет послушать. И высказать своё мнение :)
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: froll
2010-04-07 09:30 pm (UTC)
;)

Послушать-то я уже послушал, звук мне нравится, а что толку? Правильней будет ПОИГРАТЬ :))).
А так, и из ГитарРига звук можно хороший получить ;).

Но, боюсь, мое мнение будет не особо репрезентативным, так как я хайгейн больше люблю. Могу сказать - "да, динамика хорошая, звук теплый", но это же не будет мнение человека, который играет блюз.
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: fan_d_or
2010-04-07 10:19 pm (UTC)
Правильней будет ПОИГРАТЬ :))).

Нет проблем - бета-тестинг приветствуется!

Но, боюсь, мое мнение будет не особо репрезентативным, так как я хайгейн больше люблю.

Есть и хайген по нынешним временам :)
В эксперниментальных целях сделан клон KRANK DISTORTUS MAXIMUS. На подходе EMMA и модифицированный БлюзМастер, в котором добавлен ещё один каскад, с которым я надеюсь получить ламповый хайгейн.

Так, что в личку с запросом, плз...
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: froll
2010-04-07 10:21 pm (UTC)
:)

Ну что ж, отпишусь :)

Вот сейчас два концерта отыграем, и будет свободное время для экспериментов.

Кранк, правда, мой друг уже собрал, мне очень понравилось.
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: fan_d_or
2010-04-08 12:09 am (UTC)
Чистого кранка я и не обещаю - это кранк от ператроники, всё же :)
(Reply) (Parent) (Thread)
[User Picture]From: froll
2010-04-08 11:47 am (UTC)
По вопросу "ОС для (аудио)студии" - решил-таки вынести это в отдельное обсуждение, мне стало интересно, на чем люди работают.

http://community.livejournal.com/ru_zvuk/1141242.html
(Reply) (Parent) (Thread)