吃个操作系统的螃蟹

kyokyo · 发表于 2012-5-21 00:11:35

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近日有些许闲暇，计划亲自做个Realtime Linux的音频播放器玩玩。

G了些许日子，发现已经有个ubuntu Studio，估计用来做音频和图像处理的工作站系统。
其主打Feature是low latency，即低延时，作为音频播放，带来更低的Jitter，
应该有超过windows和MAC OSX的能力。

一切都很顺利，很容易就完成系统的安装。ubuntu Studio初试莺啼，相比Windows ASIO和WASAPI，
这个系统少了一分烦躁，多了一分安宁；抹去了一分刺硬，增铺了一分柔软。

此时用的Low latency内核，为了进一步玩玩；我一不做二不休，换了一个实时内核，不出其然，声音舒服了些许。

ubuntu studio 基本安装时非常简单的，基本就是：下载文件 -》刻录光盘 -》安装系统

此时即为low latency内核，声音有良好表现。它对USB解码器（包括USB转同轴）支持良好，基本无需驱动。
不过播放器要手动选择输出设备。这在Windows也是需要的。

恶徒 · 发表于 2012-5-21 00:16:49

看来又有好东西吃了

chamme · 发表于 2012-5-21 08:15:46

同志

有空多交流交流，话说我也是无邦土，系统已经能够出声

，就是目前忙，暂时懒得动了。

yupoet · 发表于 2012-5-21 08:21:27

支持，准备安装linux

yyywww · 发表于 2012-5-21 09:20:44

有Linux与Windows,mac osx的AB对比吗

palchiu · 发表于 2012-5-21 09:27:41

感谢分享! :D

rickyang72 · 发表于 2012-5-21 09:37:04

楼主高人啊。

kyokyo · 发表于 2012-5-21 23:08:06

接一个，

目前，推动音频发展的真正力量是芯片厂商。最近这两年，很多USB界面的新产品出现。以前老旧的操作系统音频框架无法支持24/192规格的USB音频。

USB芯片厂商研发成功后，需要操作系统配合，由于Linux的开源，很容易为其编写驱动。Linux率先开发了USB 2.0的音频体系结构，使得大部分USB2的
音频设备无需驱动，直接可以在Linux下使用。 MAC OSX得益于传统音频工作站的市场份额，一直占据着专业领域阵营。 MS为了与其抗衡，开发WSAPI。

Linux对火线音频支持也是基于开放体系，多数标准实现的音频接口都能顺利免驱动接入Linux。

Linux缺点在于，毕竟它是非主流系统，而且音频制作商并非像IT企业般压缩成本。因此多数音频设备厂商的专有驱动，都是基于MAC和Windows。
Linux多数情况下只能使用音频通用驱动。举个例子，Lynx的AES16声卡，厂方并未提供Linux驱动，而且甚至没有提供芯片手册给Linux社区。导致
Linxu无法支持Lynx AES16。 Lynx满不在乎，倒是OSS， Linux的最有悠久历史音频驱动框架开发组织，看准了这些机会，为这些封闭的厂商提供
私有的闭源驱动，放在零售版的OSS框架中售卖盈利。OSS的零售版要价50欧元，亦是不菲的费用。

由于目前大部分操作系统都是多任务系统，由最上层的进程调度，到底层的中断调度，最后才能送达硬件。多数操作系统的中断以100Hz左右作为一个时钟
滴答。也就说至少每10 ms应用程序才能得到调度，而且由于系统有大量的应用，音频应用的优先权并不是最高的。而底层方面，则有各种中断需要处理，其中
网络中断，视频中断都需要大量的数据处理，音频处理优先级一般都会较前两者低。因而产生大量的Jitter，这也是PCHIFI无法和CDP相比的关键原因。

[ 本帖最后由 kyokyo 于 2012-5-21 23:09 编辑 ]

xiaoshi3381 · 发表于 2012-5-21 23:12:37

interactive · 发表于 2012-5-21 23:42:52

ls专业。像简听这类播放器应该能够独占任务，克服中断的问题吧？

添财虾 · 发表于 2012-5-22 08:20:28

学习了

kyokyo · 发表于 2012-5-22 20:37:02

再接一个，

下面Windows相关的内容只是猜测，因为不了解Windows的具体实现。音频应用（播放器）是应用层的程序，它每隔一段时间会将一段音频数据发送到操作系统中。
而应用层还有许多其它的应用，也会间歇占用CPU等系统资源。播放器必须等待CPU等资源空闲才能将音频数据发送到操作系统中。所以，如果系统中各种应用
越多，音频应用就会不能得到及时调度，无法及时发送数据到操作系统中。

Windows内核中还提供了混音服务，就是多个播放器都可以发送数据到内核中，而Windows内核用软件将它们进行合成（使用CPU合成，当然是数字合成）。因此，
在这个地方会破坏原来的数字音频，失去了bitperfect。所谓的独占模式，应该就是指Windows内核只接受一个音频应用发送的数据，跳过数字混音部分，保证数字
音频的完整性，达到bitperfect。

再往下，就是内核发送数据到硬件，内核是通过调用音频设备的驱动程序和硬件进行交互的。而这一切的动力来源，便是系统的中断。每次硬件发出中断，CPU会进行
响应，查看是哪个设备的中断，然后调用中断程序进行处理，或者从硬件读入数据，或者又是写入数据到中断。这里可以看到，系统中有各种各样的中断，低优先级中断
处理到一半，如果有高优先级中断发生，就会暂停下来，处理高优先级中断。网络设备和显示设备都是优先级很高的中断，PCI中断比USB中断优先级高。可见USB连接
的设备在操作系统中可能会得不到及时处理，这样会导致jitter的产生。虽然设备上的缓存能够中和部分jitter，但是毕竟不能完全去除所有影响。

因为未深入研究，许多都是估计。下面对于一些软件技术的分析也只是基于猜测，献丑博大家一笑而已。
对声音有很大影响的是使用哪种接口，如Windows音频/ASIO/KS/DS/WSAPI，这几种驱动接口，每种声音都有许多不同。因为这些提供了绕开内核软件混音，独占模式等
不同的特性。加上嵌入操作系统的方式也不一样，结果是数据从系统应用到内核的路径千差万别，因此声音影响会比较大。反倒是更换不同播放器影响不如更改接口影响来的
大。不过有时候不同播放器使用不同的接口，因此似乎是应用的声音差别很大。不过应用也有一些不同的优化手段，例如提高进程高优先级，将音频文件锁定到内存中等等。

Foobar支持各种接口，大家可以试试不同的驱动声音，是否有差别。PlayPCM和Foobar使用WSAPI的声音，差别也不太大。

Jplay的hibernate模式比较厉害，估计是关闭大部分的中断，只响应少数关键的中断和音频中断。因此Jplay进入HIbernate后，无法响应任何输入，知道音频播放模式。如果
做激进的设计，甚至有可能完全关闭所有中断，只是不停的轮询单个音频设备，保证整个CPU资源用於处理音频播放。这样的后果就如JPLAY一般，音频播放完成前无法处理
任何输入，计算机没有任何响应。

其实也可能有折中的方案，在多核CPU系统中，留出一个核心用於轮询或中断处理单个音频设备，忽略其他影响。不过系统总线是共享的，有时候依然需要等待总线空闲。
在Windows下基本无法做到这个方案，因为MS似乎没有公开任何细节和让大家修改中断和CPU绑定关系的接口。希望将来有朋友能够试试实现这个方案。又或者Thinkspace
和pkshan正在设计类似的方案。

无论如何，他们的精神值得大家学习和敬佩。任何作品都是有缺点和局限的，只要我们能够发现其闪光的地方，足以。要是能让人赏心悦目，我们就应该击节赞赏了。
我们应该对这些作品多给宽容，多提善意的意见，不喜勿骂。

palchiu · 发表于 2012-5-23 13:57:24

LZ能推荐几种Linux下的拨放软体?

感谢!

wwwping2011 · 发表于 2012-5-23 18:26:10

lz太专业了！学习，再学习！

zzetax · 发表于 2012-5-23 20:38:58

呃。。。这样的话是不是说ms系统无法做到避免一切由于中断引入的Jitter？
这样的话，外接解码不能避开这个问题吗？电脑只是输出数字信号，在解码中才生成模拟信号，这就和电脑中断没有关系了吧？

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