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DoP open Standard

添加时间:2018-12-18 04:51:44 文章录入:admin 文章来源:本站

Method for transferring DSD Audio over PCM Frames Version 1.1
 
USB Audio2.0的特性规格中,对于多重声音的定义,只有标准PCM一种格式。而对于一般的原生档格式也定义成相容于各种格式的资料,其中包含声音(audio)的格式。但很不幸的,对于DSD以及日渐普及的USB声音解码器则并没有特定的格式定义。採用官方的USB规格以单向差模(single common)方式来传输DSD声音的方式已经逐渐消失,唯一的契机是尽可能联合许多制造商来共同参与制定出一种透过USB端子传输DSD档案的方法。尽管这个方法的目标是针对USB设备的连结,但通常来说也可以适用于其他PCM基础的连结方式如Firewire, AES/EBU以及S/PDIF等。

1.动机
音乐播放软件的制造商都想要尽量简化他们,这是为了支持USB连结传输声音时所需要格式的种类。理想来说,只需要有一种格式就好,同样的,硬件制造商也想要让他们的硬件跟所有的播放平台都相容,当然,这只会发生在所有人都使用单一格式的时候。
如上所提及,USB Audio 已经支持 “ASIO2.1”的格式,可以使用于DSD,这会跟其他声音资料的传输途径(包含PCM)有一个很清楚的区别。然而,Apple 操作系统 MAC OS 10.7 以及其更高版本,所内附的USB 驱动程式只支持 PCM 规格,包括它的中央声音处理引擎CoreAudio,,在OS内部也只支援PCM,所幸的是它对于取样频率并没有限制。由于Apple 操作系统的架构强迫声音软件的开发厂商使用CoreAudio来当成所有声音相关的格式,因此在Mac平台上基本上只有一种格式存在:PCM。 即便可行,如果创造一个新的途径来传输DSD文件将会是一个浩大的工程。所以我们没的选择,只能使用PCM的路径来传输DSD的声音,藉由特别的标识(header)的DSD Over PCM 格式,让声卡硬件可以侦测到DoP格式的改变,并且依此来切换DoP与PCM的编解码。 
 
当使用Windows的平台时,会显得稍微容易一些:Windows原生完全支持USB Audio 2.0的格式,虽然它内建只支援到96kHz以及更低的PCM格式,它并没有内建驱动程式支援较高的取样格式,所以很明确的不论是标准PCM或是DSD,在Windows平台上一开始就需要 USB ASIO 驱动程式。幸运的是软件厂商(比如Steinberg Audio) 早就于多年前参与并且开发好驱动程式 (称为 ASIO),支援 PCM 以及 DSD 的格式,并且没有取样频率或是字元长度的限制。ASIO格式已经愈来愈普及,并且许多软体开发商也都支持,ASIO并不是是一个硬体的驱动程式,但是它媒介于声音播放以及硬件驱动程式之间,每一个硬件的制造商仍然需要开发客制化的驱动程式,但是DoP 则创造了一个所有应用软件的共同介面标准。

2. 解决方案
如上所述,Windows 平台基本上透过了ASIO驱动程式提供了DoP解决方案,而DSD64的规格可以透过USB Audio 2.0的格式支持,这虽然不是DSD透过USB传输的理想途径,但至少是安全而直接的。 因为Apple OS 只容许PCM的传输途径,因此我们必须寻找一个方法把DSD的声音资料放进PCM的架构中,然后透过内建的USB驱动程式来传送。DSD具有1 位元的取样大小以及2.8224MHz的取样频率,换言之,它的资料量有2.8224Mbits/sec,这相当于是16 bit PCM格式于176.4kHz取样频率下的资料量,为了要明确的在PCM的串流资讯中辨识出何时是DSD或是何时是PCM的资料,我们需要额外的bit值,比PCM16bit 高一点的规格是 PCM 24bit/176.4kHz,24bit 就给予我们8个bit值来当做DSD辨识的标记,8个bit 值有256种状态可以标示,而我们其实只需要分别两个状态(DSD & PCM),但我们会看到这些多余的部份如何派上用场,以下是我们如何在每个音轨的每个取样中使用24bit 值:


 
8个最显着的bit值用来当做 DSD的标记,其余跟随的则是取样资料从0x05 到 0xFA。 每一个音轨内的取样都包含有相同的标记,这已经是我们挑选过在当接收端的硬体误判DSD的讯号为PCM时,最能有效降低爆音的方式,如果它真的不幸产生,它会在88kHz附近产生一个大约 -34db的杂音,这对于音质几乎无损,而且大多的D/A转换器都会在它抵达喇叭前就压制到一个相当的程度,大部分的硬件制造商以及软件开发商会很容易的共同防守来避免切换格式时错乱的情形发生,它会在开发软硬件的过程的有限时间内排除,这是软硬件开发商的共同责任去避免发生错误解读的情形,并且全面的在上市前测试他们的产品,反之错误的将PCM资料当成DSD来解读,则只会制造出更少可预测的爆音。如前所述,24bit值,其中8bit值作为标记,剩下的16的较低的bit值则用来存放DSD的资料,第一个bit值从t0开始,到t15刚好是16个bit值。USB Audio的规格则将每一个PCM的Frame指派给特定的音轨 (左, 右...等) ,而当使用来传送DSD串流数据时,每一个PCM Frame 只包含相关连于其指派音轨的DSD数据。

3. 双倍DSD (128FS)以及更高的解决方案
有两种可行方案,取决于是否所使用的PCM传输架构能支持到 352.8kHz的取样频率而定:
1:上述所说针对64FS DSD的解决方案,可以藉由将相关的PCM取样频率,从176.4kHz提升到 352.8kHz,只要可以支持这种方式, 就可以轻松的延伸到128FS,而所有的标记位元以及顺序都维持不变。
2:对于没有办法支持352.8kHz (比如 AES/EBU)管道时,有一个变通的方法可以使用,并且不需要提升PCM的取样频率: 

4.  PCM的音轨配对(比如说L/R)

可以用来传输单一DSD音轨的128FS DSD数据,较低的PCM frame配对包含较旧的16 DSD位元 ,如同在64FS中相同的顺序,较高的PCM frame配对则包含较新的16 DSD位元.,使用不同的标记位元在一开始就区分是否使用这种方式。第一种解决方案藉由提升PCM的取样频率,较能够轻松的延伸支援较高的DSD取样频率。当然,在实际操作中,我们还是推荐使用 PCM 24bit/176.4k 作为DoP的采样率,来记录 DSD 64的数据,因为这样就不会限制DAW软件。同样,要实现这一点,需要有DoP的声卡作为支撑来完成。

5.  下列音频公司及其技术人士对本文件作出贡献,这些公司将在未来的产品中,支持这种DoP格式。

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