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音频接口——USB 逼 FireWire 出局

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· TEvan 添加于 2011-02-16 · 共有 129 条评论

目前音频接口与DAW的传输方式大致分为USB、FireWire和PIC-E,其中PCI-E已经日趋减少,只有少数高端产品在保留PCI-E的产品线,音频接口在个人音乐市场(MI)一直是USB和FireWire在统领大量市场份额。早期的音频接口多数是FireWire的,因为USB那还不普及,FireWire统领天下,不少品牌在那个时候发了家,但今天USB已经非常成熟,已经成为计算机一个标配的通讯接口,就连“苹果”都要放弃FireWire了转向USB了。USB已日趋成熟,USB是否会击垮FireWire?或是与FireWire平分秋色?

首先要熟悉一下两种接口体系简介。

USB:


图1:高速USB2.0

历史:USB代表通用串行总线,USB技术主是微软公司于1994年提出即插即用方案后,于1996年英特尔、微软、康柏、IBM、NEC等几家大厂商发起的新型外设接口标准。

历史背景:USB是微软主导的,并由多家TI领军品牌共同发起的即插即用通讯接口。由于USB是多家品牌共同提出的所以应用面非常广泛,兼容性强。

USB传输协议:USB是一种支持热插拔的高速串行传输总线,它使用差分信号来传输数据,最高速度可达480Mbps/S。USB 支持“总线供电”和“自供电”两种供电模式。在总线供电模式下,设备最多可以获得500mA 的电流。USB2.0 被设计成为向下兼容的模式,当有全速(USB 1.1)或者低速(USB 1.0)设备连接到高速(USB 2.0)主机时(如图1),主机可以通过分离传输来支持它们。一条USB总线上,可达到的最高传输速度等级由该总线上最慢的“设备”决定,该设备包括主机、HUB 以及USB 功能设备。USB 体系包括“主机”、“设备”以及“物理连接”三个部分。其中主机是一个提供USB接口及接口管理能力的硬件、软件及固件的复合体,可以是PC,也可以是OTG 设备。一个USB 系统中仅有一个USB 主机;设备包括USB 功能设备和USB HUB,最多支持127 个设备;物理连接即指的是USB 的传输线。在USB 2.0 系统中,要求使用屏蔽的双绞线。

USB 采用轮询的广播机制传输数据,所有的传输都由主机发起,任何时刻整个USB 体系内仅允许一个数据包的传输,即不同物理传输线上看到的数据包都是同一被广播的数据包。USB 采用“令牌包”-“数据包”-“握手包”的传输机制,在令牌包中指定数据包去向或者来源的设备地址和端点(Endpoint),从而保证了只有一个设备对被广播的数据包/令牌包作出响应。握手包表示了传输的成功与否。

FireWire :


图2:FireWire

历史:1995年美国电气和电子工程师学会(IEEE)制定了IEEE1394标准,它是一个串行接口,现在确定为400Mbps/s和800Mbps/s,以后有望提高到1.6Gbps/s、3.2Gbps/s。IEEE1394的前身是1986年由苹果电脑(Apple)公司起草的。苹果公司称之为火线(FireWire)并注册为其商标。而Sony公司称之为i.Link。德州仪器公司则称之为Lynx。实际上,上述商标名称都是指同一种技术,即IEEE1394(如图2)。

历史背景: FireWire因为没有共同统一的规范,每次技术革新各品牌没有达成共同协议,所以每种厂家生产的FireWire芯片兼容性相对略差。1995年被IEEE定为IEEE1394-1995技术规范,因为在IEEE1394-1995中还有一些模糊的定义,后来又出了一份补充文件P1394a,用以澄清疑点、更正错误并添加了一些功能。IEEE 1394在推广的最大障碍在于没有主板芯片组直接对IEEE 1394技术提供支持,要实现它必须靠外接控制芯片,这样无疑大大提高了产品成本,这是厂家与顾客都不希望看到的。
FireWire的传输协议:1394接口的传输通过分层协议实现,分为物理层、链路层和处理层。其中处理层用于实现信号的请求和响应协议。其中串行总线管理(Serial Bus Manager)负责系统结构控制。

到底谁的速度快?实际上速度快最终决定的是延迟!想必谁也不能忍受延迟过大的传输方式。关于两者速度方面我们再做一些分析。

关于速度,我们首先得了解,到底需要多快才能满足我们的需要。

数字音频的数据速率(每秒的字节数)可用下列公式计算 :

比特深度/8×采样率×声轨数,其得数除以1048576以后得到每秒兆字节(MB/sec)数。

举个例子: 音频接口输入为12通道,录音标准为96kHz/24bit。那么每秒需要传输多少数据呢?

24/8×96000×12=345600
345600/1048576=3.3731026297707539509026172777812≈3.373Mb/sec

也就是传输12个轨道的音频数据流需要的带宽是大约3.373Mb/sec,输入占用3兆多,同时对音频接口的控制方面也是占用带宽的,控制功能越复杂占用的带宽越多。根据USB和FireWire协议标注:

  • USB2.0速度为:480Mbps/8=60Mb/sec
  • FireWire400为:400Mbps/8=50Mb/sec(1Mbps = 1/8 MB)

传输速度上优势USB胜出。

好在不管是USB还是FireWire传输速度带宽都很高,其中USB2.0能到60Mb/sec,显然USB完胜。

USB和FireWire谁权限更高?

我们继续看一下在权限方面谁是赢家。

弄明白这个我们先打个通俗的例子吧,就拿交通工具说吧,同样的路程,影响到达时间有几个方面呢?
首先是车,车的速度快到达时间短,然后是路况,开的兰博基尼可惜在走早高峰的三环,或许还不如夏利上高速来的更快。
那USB和FireWire就是两种不同的车子,他们在总线上的级别便是他们的路况了。

我们再看一下USB使用的传输模式是必须通过CPU的许可的,USB 采用“令牌包”-“数据包”-“握手包”的传输机制,在令牌包中指定数据包去向或者来源的设备地址和端点(Endpoint),从而保证了只有一个设备对被广播的数据包/令牌包作出响应,握手包表示了传输的成功与否。

也就是说USB需要等待CPU指令才能传输,当然这个等待是非常非常短暂的以us为时间单位。再简单点,USB占用CPU资源多。
再看一下FireWire,FireWire的特点是利用等时性传输来保证实时性,可脱离以桌面主机为中心的束缚。FireWire是一个对等的总线,任何一个总线上的设备都可一主动的发出请求最长160us。也就是说FireWire对总线资源的依赖性小。简单说FireWire占用CPU资源相对少。

那么是不是在优先权方面FireWire胜出呢?当然不是!为什么?这得从娘胎里说起!

USB是Intel和微软倡导的,自然从芯片骨子里就支持的好,Intel早已把USB控制器集成到了南桥芯片组里,所以这种支持是原生的。而FireWire呢?FireWire需要第三方芯片组支持,典型的就是TI的FireWire芯片组了,一般都在火线卡上面能看见。处理时要先过类似于TI的FireWire控制芯片然后在和CPU沟通。由于不止TI一家在研发FireWire芯片,有成百上千的芯片工厂都在生产不同规范的FireWire芯片,其结果就是没有规范兼容性差,在音频接口里很多FireWire产品因为兼容问题而败走麦城。

USB虽然没有使用FireWire的等时性传输,但因为是原生南桥芯片支持依然能获得高优先权。而FireWire自认为的等时性传输实际上还得经过第三方的芯片才能通过,FireWire比USB多了一个环节。USB获得权限还是高于FireWire的。

未来趋势

英特尔(Intel)宣布正与多家业者合作,订定把USB的理论吞吐量提高到4Gbps以上的新一代接口标准,号称传输速率较现有标准10倍。该USB 3.0规格的目标是在应用层提供300Mbytes/seconds的可用速率,并添加新的服务质量性能,好跟另一种互连接口标准Firewire相抗衡。而根据Intel在美国旧金山IDF的最新宣布,新一代的USB标准目标就是超越Firewire。

Intel的一位工程师表示,他们已经透过软件仿真以5Gbps和25Gbps的速率对新协议的基本版本进行了测试。该链接标准无媒介限制 (media agnostic),将执行在铜线和光纤上。这种又称为SuperSpeed USB的互连标准,目标是为基于闪存的设备提供服务,包括USB随身碟、摄影机以及媒体播放器,设计目标之一就是为了跟上闪存芯片的传输速度。

不过Firewire阵营的1394贸易协会(Trade Association)执行总监James Snider却表示:“看来USB3.0的进展迅速,目前有很多种类的产品──包括许多外接硬盘,都采用1394提供速度达800Mbps的最大物理层吞吐量;该组织并预计在明年初推出将速率提高到3.2Gbps的新版本。

新版Firewire的速度等级将继续采用跟定义现行1394b标准一样的电缆和连接器;那些电缆和连接器的额订速度为10Gbps。Snider并补充,该协会正在审查10G版Firewire规格的提案。

Apple将转而支持USB 3.0?


图3:USB 3.0

据了解身为Firewire长期支持者的苹果(Apple)也获邀加入USB3.0阵营,但该公司尚未对邀请作出响应。Apple针对多媒体应用的iMac系列产品都采用Firewire,该领域的应用目前超越USB的能力范围。对此NEC的Katagiri表示,Apple可能被迫转向采用 USB3.0,因为Intel目前是该公司的主要芯片供货商,并将在其芯片组中最终采用USB 3.0(如图3)。

由此可见上游芯片供应者已经出现倾向于USB阵营了,那我们来看看音频接口的解决方案更倾向于USB还是Firewire?

音频接口产品线分析(如图4、5):


图4:音频接口品牌


图5:音频接口产品线分析,点击放大


Avid的Pro Tools HD为PCI-E接口,中端Pro Tools LE以USB做主力。
Firewire:2款。USB:3款。PCI-E:3款。

Lexicon ——USB。
Firewire:1款。USB:6款。

M-Audio——Firewire、USB、PCI。
Firewire:6款。USB:6款。PCI-E:6款。

TC electronic——Firewire
Firewire:4款

RME——PCI-E和Firewire。
Firewire:3款。USB:3款。PCI-E:11款。

MOTU——USB和Firewire。
Firewire:3款。USB:3款。PCI-E:3款。

ECHO——PCI和IEEE1394。
Firewire:5款。PCI-E:3款。

ESI ——USB和PCI
Firewire:1款。USB:6款。PCI-E:5款。

Icon ——USB和PCI
Firewire:1款。USB:3款。PCI-E:2款。

E-mu ——PCI和USB
USB:4款。PCI-E:5款。

PreSonus ——IEEE1394
Firewire:8款。USB:1款。

Focusrite——USB和IEEE1394
Firewire:4款。USB:1款。

截止到2011年1月底,以上品牌的音频接口采用USB解决方案的共计48款,采用Firewire解决方案的产品40款,采用PCI-E解决方案的41款。

实际上有更多的产品更倾向于USB阵营,在芯片供应方面使用USB和Firewire的成本是相当的,提供USB解决方案的芯片厂商非常之多,像TI(德州仪器)、Cirrus Logic、ATMEGA等大厂都有USB音频的解决方案。我们拿计算机打个比方就可看出USB的普及程度明显高过Firewire。因为每台计算机都会标配USB接口,但不是每台都标配Firewire接口。加上性能丝毫不低于Firewire,所以今后USB音频接口肯定会盛行。

另外再说一些题外话,谈一谈各大厂商是用何种解决方案设计音频接口的。

首先我们先来了解一下如采用Firewire的话,有几种解决方案,在Firewire方面首屈一指的便是TI了,1995 年,德州仪器 (TI) 第一次在数字便携式摄像机中使用 1394 芯片,从而进入了消费类电子产品市场。从那以后,TI 通过开发数字 A/V 消费类产品的指定、低成本部件=持续了其 1394 芯片领导者地位。在这里如果大家手头都有一块卡那么绝对会发现有TSB41开头的芯片,这块芯片是我们音频接口最常用的一款。

但是请大家注意,大家再回到上面看看Firewire的协议,虽说像TI这样的大厂可以解决Firewire与计算机之间的对话问题,但是Firewire链路层里具体的信号是TI解决不了的。这里面的信号实际上就是AD后的数字信号,而负责处理这些信号的有专门的芯片组,提供这个芯片组的品牌便是大名鼎鼎TC集团旗下的TC Applied Technology公司。大家如果打开以下品牌的Firewire音频接口绝对会发现一块为TCD2220的芯片,使用这块芯片的品牌有大名鼎鼎的Avid的00系列和它旗下的M-audio,像Focusrite、Presonus这样的也再使用,如果你手头有M-audio410的话你可以打开看看有没有这款芯片。那TC自己产品用的什么芯片?TC自己的四款音频接口使用的是TCD2210(如图6)。TCD2210是比2220搞一个级别芯片,TC自己使用最好的,次一点的卖给别人。但如今的TC实在不给力了,连自己的驱动都解决不了如何去给其他品牌的产品提供解决方案?另外据说TCD2220也不是TC自主研发的,技术是从wavefront买来的,wavefront倒闭了自然TC趁虚而入了。


图6:TCD2220芯片

Firewire会败掉吗?

这个问题实在太大了,不好准确的判断,但势Firewire必在走下坡路,Firewire是苹果公司倡导的,但如今苹果都倒戈USB了,可见Firewire气数已尽。关键的技术在别人那所以产品受阻是一定的,包括研发推广等等只能依赖。上游品牌都依赖TC Applied Technology的TCD2220解决方案,那TC Applied Technology不给力,这些品牌的Firewire产品只能听天由命了。
USB会统领继续前进吗?

从统计的产品线分析可以发现采用USB解决方案的共有48个,比Firewire多,因为RME这样有自主研发PCI解决方案的大厂存在Firewire算是最后一名了,Firewire只有40款产品。USB统领势在必得,目前只是时间问题,而提供USB解决方案的上游芯片供应商也立志于研发推广USB芯片产品,像ATMEGA和Cirrus Logic这样的专业大厂会有整套的解决方案提供给音频接口厂商,ATMEGA和Cirrus Logic的势力比TC大得多得多。其中Cirrus Logic便是哈曼集团御用的芯片供应商。

从大的形式上开看,Intel和苹果都在着实的支持USB3.0技术,USB没有败的理由,目前USB还不能完全压倒Firewire,毕竟Firewire以被认可很多年,随着时间的推移USB音频接口产品会越来越多,到那时Firewire便是退役的时候,原因很简单想必某些音频接口厂家也不愿使用Firewire的单一芯片供应商的解决方案来约束自己的产品线。

在我们数字音频接口领域,传输方式的趋势依然是倾向USB的,在上游的芯片厂商都已经全力支持USB的情况下,USB一定能一路走好。

文章出处:http://www.midifan.com/做人要厚道,转载文章请注明出自 midifan.com,谢谢

共有 129 条评论

添加评论
  • 2011-03-14 迈嘟嘟
    推荐一个不错的midi网站
  • 2011-03-03 匿名
    新电脑设计 直接把USB也阉了,看你新苹果取消USB接口  增加闪电接口
  • 2011-02-23 匿名

    就怕自己无知用什么什么死的那种,给你自行车你都掉链子!

  • 2011-02-23 匿名

    实际上火线用好了是非常好用的滴~USB用好了也是非常好用滴~PCI用好了一样好用滴!关键是有的要面临淘汰~淘汰也不是你我说淘就淘的,那是高层决定的!谁是高层?协议制定者!人家一个碰头会!该谁死谁死~该谁或谁活!

     

  • 2011-02-23 匿名
    114楼啊!你是要要死吗!PCI-E是垃圾??你才是垃圾!HD的192IO就是用PCI-E连接的!敢说HD不是!
  • 2011-02-23 匿名
    火线是快~死的也快·看看TC吧
  • 2011-02-23 匿名
    USB3.0快醒了~
  • 2011-02-23 匿名
    嗨,让他俩互相搀扶着走吧。。。。。。。。。
  • 2011-02-23 匿名
    USB一定能一路走好,火线也一定能一路走好!只不过一个上往上走,一个上往下走,都走好啊。。。。。。。,看着路,别摔着这哥两将来还会在某处见面的。
  • 2011-02-23 匿名
    USB3。0还在梦中,现在大家还子用XP呢,WIN8和做音乐真的关系不大,系统越大对做音乐来说并不一定是好事,
  • 2011-02-23 匿名

    要说快还是火线,USB是为低端入门开发的,800火线才是专业用户 或者PCIE USB最垃圾的东西,不用不知道,你用忘不掉,垃圾东西

  • 2011-02-23 匿名

    有人认为火线卡也挺恐怖,也是没文化的变现。

  • 2011-02-23 匿名
    有人认为USB声卡挺恐怖·~~那是他们不懂~没文化的表现~
  • 2011-02-22 匿名

    为了以后的音频系统的兼容性,还是USB吧~

  • 2011-02-22 匿名
    USB抢了1394的铁饭碗,哈哈某些人坐不住了,围观,本人一直用HD系统
  • 2011-02-22 匿名

    都过时了!WIFI!!WIFI才是王道!1394就是面临淘汰的玩意!太老了。国人不懂里面奥秘,国人喜欢人云亦云~USB技术非常成熟,连电视机都支持USB卡,应用到音频设备早晚的事

  • 2011-02-22 匿名
    把USB拉出去执行枪决!立即执行!!!
  • 2011-02-22 匿名

    此贴来自音频应用本人只是转帖过来的,不代表我的观点,以下是原帖内容:

    火线1394走到末路,windows 8将不再支持

    根据泄露的Windows 8开发规划,微软新操作系统将提供对USB 3.0、蓝牙3.0+HS等新外设接口的支持,而“古老”的IEEE 1394接口却没有丝毫提及。有媒体因此猜测,Windows 8很可能将放弃对IEEE 1394的支持。

      IEEE 1394接口标准于1995年颁布,由苹果主持推动,但其中的大部分技术标准来自德州仪器、索尼、DEC、IBM、意法半导体等企业。苹果和索尼是 IEEE 1394接口的两大支持者,该接口也分别被他们称为FireWire火线(苹果)和i.LINK(索尼)。

      时至今日,许多数码摄像机仍然在使用1394接口,影音设备市场也是该接口最流行的领域。有关USB 2.0和火线的优劣,目前仍存在激烈的争论。1394支持者认为,火线拥有专用处理芯片,可以降低CPU占用率,防止视频传输丢帧。而USB支持者则认为目前CPU的性能已经完全可以满足高清视频传输的需要,而USB则有通用性更好、成本更低的优势。

      随着USB 3.0设备走向市场,IEEE 1394b(FireWire 800)的速度优势已经不复存在。而1394的后续标准如FireWire S1600/S3200、IEEE P1394d何时出炉还尚无定论,曾经的坚定支持者苹果也已经在MacBook、MacBook Air等机型中放弃了火线接口。当然,失去Windows 8的内置支持并不意味着到时我们将无法使用火线设备,该接口依然可以依靠第三方驱动存活下去。只是从目前的状况来看,这一“小众”接口的未来确实已经不太光明了。
  • 2011-02-22 匿名
    火线也好,USB也好都不影响大家工作才是正道,火线技术相对更加成熟了,USB2.0属于异军突起,USB要想彻底把火线赶下马估计还得几年时间,所以大家还是看完帖子洗洗睡吧,没必要在这里着急上火的,我就不信我的火线卡不能用了。
  • 2011-02-21 匿名
    火线的好,火线的好!USB不能用!不能用!