USB（通用串行总线）经过几十年开展，现已成为一种在个人电脑领域很多运用的标准。记忆棒、移动硬盘、鼠标和网络摄像头都经过USB衔接。本文将深入分析USB音频：一种用来将PC、智能手机和平板电脑中所运用的电子音频与扬声器、麦克风或调音台等音频外设衔接在一起的标准。本文将描绘USB音频的作业原理，需求留意什么事项，以及关于高保真多通道输入输出，应怎么运用USB音频等。
USB基本原理
USB是一种由PC（USB主机）建议一次传输，设备（例如一套USB扬声器）继而呼应的通信协议。每次传输都寻址到一个特定设备，并寻址到该设备的一个特定端点。IN传输将数据发送至PC。当主机建议一次IN传输时，设备有必要用主机所需的数据做出呼应。OUT传输将数据传输至设备。当主机履行一次OUT传输时，它发送设备有必要捕获的数据包。在USB音频领域，IN传输和OUT传输可以用于传输音频样本：一个OUT传输将音频数据从PC发送至扬声器，而IN传输用于将音频数据从麦克风发送至PC。
 作者：XMOS首席技能专家Henk Muller |
USB标准中有4种类型的IN传输和OUT传输：批量传输、同步传输、中止传输和操控传输。
批量传输用于在主机和设备之间可靠地传输数据。一切USB传输都带有CRC（校验和），它标明是否有过错产生。在一次批量传输中，数据的接纳端有必要验证CRC。假如CRC正确，传输被应对，数据被假定现已传输无误。假如CRC不正确，传输不会被应对，然后将会重试。假如设备未准备好接纳数据，它将传送一个否定应对（NAK）信号，该信号将会使主机重试传输。批量传输不被以为对时刻要求严厉，因而将会安排在以下即将评论的、对时刻要求严厉的各种传输的周边时刻。
同步传输用于在主机和设备之间实时传输数据。若主机建立了同步端点，主机会为同步端点分配必定数量的带宽，并且它将在该端点上规则地履行IN传输或OUT传输。例如，主机可以每125μs对该设备OUT 1KB数据。由于分配了固定的、有限数量的带宽，假如呈现了任何反常，都将没有时刻重发数据。数据具有正常的CRC，可是假如接纳端检测到过错，将没有重发机制。
中止传输被主机用于定时打听设备，以发现是否有值得做的作业产生。例如，主机可以打听音频设备，核对静音（MUTE）按钮是否已被按下。“中止”传输这个称号有一点混淆视听，由于其并不中止任何作业。可是，数据的定时打听给出了主机中止将会供给的相同类型的功用。
操控传输与批量传输十分类似。操控传输会被应对（即可以被NAK），并且以非实时方法传送。操控传输用于正常数据流以外的操作，例如问询设备功用或端点状况。设备功用描绘的阐明在本文领域之外，本文仅陈说比如“USB音频类”或“USB大容量存储类”等预界说的类型，它们可以完成跨渠道的互操作性。
USB帧中拟定了一切的传输类型。高速USB帧的长度为125μs（Full Speed USB帧为1ms），并由主机发送帧开始（SOF）音讯进行符号。同步传输和中止传输每帧至多发送一次。
USB音频
USB音频运用了同步传输、中止传输和操控传输。一切音频数据经过同步传输来传输；中止传输用于转发关于音频时钟可用性的信息；操控传输用于设置音量、恳求采样率等（参见图1）。
图1：主机和USB设备之间的传输——同步IN和OUT用于音频数据，操控用于设置参数，中止用于状况监督。
USB音频体系的数据需求取决于通道数、代表每个样本的位数，以及采样率。典型的通道数为2（立体声）、6（5.1声道）或许更高（用于录音室或DJ运用）。虽然传统音频可用16位，典型的采样率为24位，而高质量音频为32位。典型的采样率为44.1、48、96及192kHz，后者为高质量音频所运用。
这儿假设去规划一个具有96kHz采样率和24位样本的立体声音频扬声器体系，为了简化主机和设备上的数据编组，24位值一般用一个零字节填充，因而，总数据吞吐速率为96,000×2通道×4B=768,000Bps。同步端点以每125μs进行一次传输（或8000次传输/s）的速率作业。用所需的字节速率除以帧速率，可以得到每次同步传输的字节数：768,000/8,000=每次传输96B。
假若运用例如44,000Hz 的CD唱片速率，传输速率经核算为44.1次传输/s。在USB音频中，每次传输总是运送整数个样本；传输在48B和40B（6个和5个立体声样本）之间替换进行，以至于均匀速率算出为每次传输44.1B。
单次同步传输可运送1024B，最多可以运送256个样本（在24/32位时）。这意味着，单个同步端点在48kHz时能传输42个通道，或许在192kHz时能传输10个通道——假定运用的是高速USB（High Speed USB）——全速USB（Full Speed USB）在48kHz时无法运送多于一个立体声IN和OUT对。
当发送数字音频时，将会有推迟引进。在高速USB的情况下，推迟为250μs。数据包在每个125μs窗口中传输一次，可是考虑到它或许会在该窗口中的任何时候发送，需求有一个250μs的缓冲器。在该250μs推迟的顶端，操作体系（O/S）驱动程序和编解码器（CODEC）中或许引起额定推迟。留意：全速USB的固有推迟远远更高（为2ms），由于数据在每个1ms窗口中仅发送一次。
1s在“朋友”之间是什么？
在数字音频中，商定一个一起的时刻概念是大问题。上文现已界说了USB帧的传输速率为8,000次/s，并设定了扬声器播映样本的速率为96,000次/s。仅当扬声器和主机约好了1s的长度，这才可以见效。USB音频供给了3种形式，来保证主机和扬声器一起约好时序：
● 在同步形式中，1s的长度由主机设备界说。这就是说，主机以某个速率发送数据，设备有必要准确匹配这个速率。
● 在异步形式中，这正好相反——设备设置1s的界说，主机有必要对设备进行匹配。
● 在自适应形式中，数据流决议时钟。
自适应形式和同步形式并不抱负，由于PC坚持时钟安稳的才能十分差，并且常常有其他音频源介入，例如一台外部数字录音机。异步形式使外部时钟源（或是设备内的低颤动时钟）可以用作主时钟。一般两者都依赖于根据晶振的锁相环（PLL），如图2所示。
