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2014年1月12日 (日)

Raspberry Pi / volumio のCPU負荷を計測

volumioのCPU負荷を計測していて、面白い結果が見えてきましたので報告いたします。 

Top_command 

CPUの負荷は「top」コマンドで簡単に見えます。

 

 

 

■I2S 対 USB-DDCの負荷の違い

WEBRADIO  Linn-jazz 44.1kHz 320kbps 24bit でCPU負荷を計測しました。
10秒平均を10回計測した結果です。

 

 USB-DDC アシンクロナス接続 : 15.0~16.2%

 I2S出力 : 10.0~10.1%

 

この差を大きいと見るか、小さいと見るか。 

個人的には、800MHzものCPUをUSB通信だけで5%以上喰うというのは、かなり重たい処理であると思います。 

こういう結果を見てしまうとUSBメモリに楽曲データを置きたくないですね。 USBメモリからデータを持ってきて、デコードしてから、またUSB-DDCへとデータを流す。 そんな忙しいことはあまりさせたくない。 そう思ってしまいました。

一般ユーザにはあまり知られていないですが、USBのプロトコル、特にホスト側は、意外と面倒なことをやっているのです。 その分、ユーザは何も考えずに、挿せば動くという恩恵を受けています。 

 

 

■LAN経由でデータを取得する負荷

ネットワーク越しでデータを持ってくる時のCPU負荷も計測してみました。
win7のファイル共有から96k 24bit WAVデータを再生したとき。 出力はUSB-DDC。

 

  SMB/CIFS :   mpd 12.7%    cifsd 8.1%   mmcqd  0.1~5.0%

  Ramplay :      mpd 6.5%    cifsd  0.0%   mmcqd  0.1~1.2%

  SDcard :      mpd 6.0%    cifsd  0.0%   mmcqd  0.1~2.0% / 26%(曲の先頭)


   SMB/CIFS: Windows互換の共有ファイル読み書き
   Ramplay :RaspberryPiの内部のRAMDISKへ置いたデータを再生
   SDcard:SDカード内に置いたデータを再生
   mpd:プログラム本体
   cifsd:CIFSでデータを読むバックグラウンドプログラム
   mmcqd:SDカードの読み書きバックグラウンドプログラム

面白い結果が見えてきました。 SDカード内のデータを再生するとき、曲の先頭で、一気にデータを読み込むようで、最初の5秒間くらいは「mmcqd」の負荷が高いです。その後は落ち着きます。 Ramplay時のCPU負荷変動の少なさは特筆物かもしれません。

 

ネットワーク越しだと、cifsdが仕事をするので負荷が増えますが、mpd本体へも負荷を多く掛けてしまうようです。 私が予想していたよりも多くCPUへ負荷をかけているのが分かりました。 今回はWAVデータでテストしましたが、圧縮ファイルを使った場合はcifsdの負荷が減ってmpdの負荷が増えるのではないかと予想します。

これだけ、LAN経由で負荷が多いということは、NASの応答の速さが、ネットワークプレーヤの再生音へ影響するという可能性も説明つくかもしれません。 HUBも含めて高速応答の物を選ぶのが最善の策のように思います。 オーディオ用NASは、オカルト製品ではない可能性があるということです。 

 

有線LAN接続でパケットエラーを起こす事は稀で、エラーレートがどうこうというのは嘘っぽいです。 

パケットエラー情報は「ifconfig」コマンドで見えますから確認してみましょう。
私の環境では3時間ほどLAN経由で鳴らしてもパケットエラーはゼロでした。 

Ifconfig_command

3.4GByteデータを受信して、各種エラーは ZERO という結果。  

優秀というか、これが普通です。
エラーがあるときは何か不具合を起こしている可能性がありますから調査すべきです。

ということで、オーディオ用LANケーブルっていうのは、信憑性があまり無いような気がします。 USBケーブルは、LANのように絶縁されていないですし、電源を引くので影響はあるでしょうね・・・

 

 

 

 

 

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コメント

CPU負荷について興味深く拝見させていただきました。
NASの利便性を評価する身としては、悩ましく思いますw

最近、「音が良いNAS」という話題がありますね。
http://www.phileweb.com/interview/article/201312/25/206.html

NAS側の負荷軽減もポイントのようです。

また、トランスレーター側はシンプルロースペックか、ハイスペックかという議論もあったようですが、
VoyageMPDで有名なAlixはロースペックで音が良いという評価が定着してきたので、一応決着をみたようです。
Raspberry Piでも十分だという裏付けにはなってくると思いますね。

mr_osamin さん

そうなんですよね。 オーディオ用NASなんて随分と怪しい代物だなって思ったんですよ最初。

AV機器メーカーではコンテンツ保護などあってDLNA方式をとらないとならない足かせがあります。 NFSやsambaに比べて面倒なプロトコルを実装しているのでその分 負荷が高くなってしまいますね。 

また製品のNASしては、家の外からスマホでアクセスできるようにと、あれやこれやと、色んなサービスを走らせないと、商品としての魅力もなくなってしまう。 紹介していただいたNASは個別にサービスを止められるってところが面白いですね。

MPD側は、ハイスペックPCかロースペックPCか。 

最近のCPUのようにハイスペックなのに低消費電力というのは、もしかすると両立・打破するのかも知れません。 
セレロン 1007U以降あたりは狙い目なんじゃないかと思っています。 意外と価格が下がらないので静観していますけどね。
新世代セレロンでオーディオNASを組むというのもアリかも。 

MPDからNASまでの経路の応答速度を簡易的に見る方法としてMPD側からpingを打つというのはどうでしょうか。

プリエンプティブなlinux側からpingを打つと、1us単位までの時間が表示されますので、応答速度のバラつきが見えます。
この数値を見ると、Wi-Fiってものすごいバラつきが大きい・・・ しかも遅い。

このメーカーも記事にあるとおりオーディオ用を考慮して設計なんかしてないですよねw
PCの世界ですから、そんなことよりコストと純粋な性能で都市伝説みたいなオーディオのことを追っかけていると会社がつぶれますw

>新世代セレロンでオーディオNASを組むというのもアリかも。 

かなり価格が下がらないと難しいでしょうね。
NASでインテルチップ積んだモデルは希少です。それもせいぜいATOM
まだまだ先になりそうですね。

mr_osamin さん

>都市伝説みたいなオーディオのことを追っかけていると会社がつぶれますw
ですね。

>NASでインテルチップ積んだモデルは希少です。それもせいぜいATOM 
NAS機能をPCで組むって話でした。 言葉足らずですみません。
単体のNASに積めるような価格では売ってくれないでしょうねインテルさんは。

静音マザーに最近の高速HDDをつんで、linuxのCUIだけをインストール。 NFSなりsambaだけを動かすと、相当高速な応答が返せると思います。 コンシューマ向けのNAS製品よりずっと速いんじゃないでしょうか。

win7共有とRaspberryPi 間をpingで100回計測すると

# ping -c 100 192.168.1.xx
100 packets transmitted, 100 received, 0% packet loss, time 99055ms
rtt min/avg/max/mdev = 0.457/0.627/0.806/0.073 ms

という結果がでました。

まあ、応答の速さが音へ影響しているのかどうかは不明ですが、NAS側の負荷を減らした方が音が良いというなら、応答の速さなり、応答時間のバラつきなりが ひとつの指標なような気がしますね。

SDカードに楽曲を入れてしまうと、こういうLAN側の影響を断ち切れるので、その方が良さそうではあります。

>SDカードに楽曲を入れてしまうと、こういうLAN側の影響を断ち切れるので、その方が良さそうではあります。

結論、そういうことなんですけど、ね。

プロトコルオーバーヘッドは避けられないので。
TCPとUDPのオーバーヘッドの違い以上にローカルのほうが条件が良いのは明白ですよね。

sambaよりNFSのほうが良いかもしれません。

mr_osamin さん

NFSをご存知とは、さすがです。

かないまるさんのNASの解説ページおもしろいですね。
http://kanaimaru.com/0130813RockDiskNext/0f.htm

コレガのサポートの悪さに頭きているところから始まって、IOデータのキット物のNASに手を出す。
USBメモリのデータは、PCのHDDにコピーしたあとNASにコピーすると音が良いとか(笑
楽しい記事満載です。 微妙にオカルトっぽいけど、参考にもなる。 そしてオカルトオーディオのように高価なものには一切手を出していない。

SONYの看板を背負っているようで、背負っていない。個人的な風合いがいいです。
「Linax」って表記もまたいい。

たかじんさん

>NFSをご存知とは、さすがです。

sambaは確かTCPだったような気がします。
NFSはUDPなのでオーバーヘッドは少ないはず。理論上は。
たかじんさんがおっしゃっているようにホームネットワークでパケットロスなどまず発生しないので、パケット再送しないUDPのほうが有利かのかな、と思っただけです。

かないまるさん、私は好きですよ(ヘンな意味でなくw)エンジニアとしての純粋さが感じられますし、都市伝説っぽい話もありますが基本的に現実派だと思います。

mr_osamin さん

>NFSはUDPなのでオーバーヘッドは少ないはず。理論上は。
お詳しいですね。 私もそう思っていました。 調べてみると、NFSでもTCPを使うことができるようになっているようです。
sambaはTCPしか選択肢がないので有利な事は確かですね。

かないまる氏、文章が面白いです。 歳伝説なのかどうか不明ですけど、技術的な内容とそうではない内容との織り交ぜ方が絶妙です。 一気にファンになりました(笑

たかじんさん

>調べてみると、NFSでもTCPを使うことができるようになっているようです。

そうですね。NFSはコネクションを張りっぱなしだと思うので、一般的にはUDPということなのかもしれません。


>一気にファンになりました(笑

いくつになっても少年のような感じの方ですよねw
彼が設計に携わったAVアンプを入手しようと物色中です。

mr_osaminさん

UDPは意図的に処理を軽くしているらしいですね。
NASもNFS設定ができるのであれば、その方が良いのかもしれません。
かないまるさんはsambaを止めるなんて書いてました。

sambaを止めるのはNASへのアクセスが出来なくなる可能性があるのでどうなんでしょうね(笑)

私は少しくらい音質に影響があっても利便性を優先します。

mr_osaminさん

>sambaを止めるのはNASへのアクセスが出来なくなる可能性があるのでどうなんでしょうね(笑)

そこなんですよね。 市販のネットワークオーディオもNASとの接続でwin共有(samba)を使用しているのだとばっかり思っていました。 
調べてみるとUPnP/DLNA接続のようで、音を鳴らすときにはsambaによるデータ転送ではないらしいですね。 かないまる氏は、そこに目をつけてsambaサービスを停止しているようです。

MPDも、UPnP/DLNA対応をさせることができるような記事を見かけました。

ただ、MPD側から見て、UPnP経由とsamba経由、NFS経由で、どの条件が一番音が良いのかというのが見えていません。  サービスの単純さ加減から処理にかかる重さは、

 UPnP > samba > NFS

なのじゃないかと想像しています。  そして、処理が重たければ音質へ悪影響を及ぼす可能性が高くなるんじゃないでしょうか。 
CPUの処理能力の高さ、負荷の軽さなど、要素が少し複雑ですね。
実際に音質へ影響しているのか、確認してみなければなりませんね。

はたして、私に聞分けられるのか、少々不安です(笑

たかじんさん

なるほど、しかしメーカーとしてはUPnP/DLNA対応は流れでしょうね。
それに付随してDTCP-IP(+)です。
著作権絡むと処理がややこしい。

ますます重くなりますw

mr_osaminさん

メーカーの宿命ですね。著作権保護は。

逆にMPDで自由にネットワークオーディオを楽しむときのメリットととらえられる点でもあります。 とりあえず、私もNASを購入してみることにしました。 続報は、そのうち。

なぜか、年が明けてから微妙に忙しくて時間がとれません・・・ あ、先週末は熱で寝込んでました(笑

volumioのトラブルも何点か出てきたので、トラブルシューティングというか使いこなし方をUP予定です。 

たかじんさん

私もNASを追加購入する予定です。
例の音が良いと言われるNASをw

mr_osaminさん

冷静に考えると不思議ですよね。

MPDやネットワークオーディオは、ある程度(10~30秒分くらい?)のバッファメモリにデータを貯めこみながら曲を鳴らすので、送り出し側に、そんなに左右されるハズはない。 って思ったりもします。 

同様に、DACで、SRAMにバッファしながら、ジッターの影響を断ち切る手法がありますが、それでも送り出しに左右される。 なんて事は、考えにくいですし。

どの程度、音が違うかご報告頂けると助かります。

ものすごく小さな違いをとても大きく述べているのか、本当に大きく音が違うのか、そこが知りたいですね。

ちなみに、Volumioにてwin共有とSDカード上から鳴らした場合ですが、違いは大きくありません。 SDカードの方が、音場の雰囲気、響きが僅かによくでるような気がする。 という程度です。

使ったwin機はCorei7 2700K 3.5GHz(boost時3.9GHz) 4コア8スレッド  メモリ8GB 電源600W と、わりとハイパフォーマンスで、HUBを介せず1対1で接続しています。 データの送り出し応答は、そこいらのNASには負けることはないと思います。

たかじんさん

ネットワークと音質の問題は割と最近、語られ始めてきたような気がします。

USBケーブルの音質の話も同じですね。

どうも調べてゆくと、ノイズの問題と振動の問題のようです。
スピーカーのアッテネーターも振動対策が施されているので、昔からこの点については一般常識の範疇なのかもしれません。

NASはあまり変わらないような気がしますw
それなりの環境で使用した場合にわかるくらいの程度かも。

あのNASはファンレスなので欲しいと思っています。
これもノイズの話というよりも、静かな部屋でファンが回っていると気になるという理由ですw

あ、それと最新のファームではDLNAでDSDデータの転送に対応したということも購入のポイントです。

mr_osaminさん

FANレスというのはいいですね。 DLNAは若干ややこしいです。

データ置き場はメディアサーバー
実際に音を鳴らすのはレンダラー
それとUIはコントローラ

レンダラーにDSD再生機能があっても、メディアサーバーも対応していないと鳴らせない。
って感じみたいですね。 

たかじんさん

はい、その通りです。
DLNAサーバー機能を実装したNASは多いですが、
DSDの対応はこれから。
オーディオメーカーと周辺機器メーカーのコラボが必要です。
とはいえ、対応機器の普及は時間の問題だと思います。

mr_osaminさん

調べてみると、例のNASはminiDLNA(というソフトウェア)を使っていると。 
IOデータが、独自にDSDファイル対応をしたのでしょうね。 どういうソフトウェアなのか
興味が湧いてきました。
メルコのNASもDSD対応をうたっているようで、これからのNASは、標準的に対応
していくように思います。

ヨドバシカメラとヤマダ電気に行ったのですが、NASって以前ほど扱っていないです。
お店の人に聞くと、繋がらないというお客さんが多いって話。
転送速度もUSBの方が速いですよって・・・  サポート嫌がっている感アリアリでした。

スマホとの連携はクラウドストレージに進んでいっちゃった感があります。
自宅サーバーとか、自宅のNASを開放してスマホ連携/共有というのはマイナーなのかも。

たかじんさん

>IOデータが、独自にDSDファイル対応をしたのでしょうね。

どうもそのようですよ。

>NASって以前ほど扱っていないです。

メーカーとしては徐々にUSB-HDDからNASへ誘導したいようなのですが、どうもうまく政策が進行していないようです。

USB-NASは、TVの録画用に相当売れているわけですが、敢えてNASに買い替える動機付けが弱いのと、NASのほうが割高になるからのようです。

しかし、USB-NASで録画したデータは別のTVでは再生できないので本当はDLNA対応のNASのほうが利便性では優れているのですね。

私も自宅のTVをUSB-HDDからNASに切り替えようと買い足したところ、NASではダブル録画ができなくていまだにUSB-HDDから離れられません(苦笑)

オーディオフロアにNASを展示すれば良いのですが、どうも量販店はPCと家電(オーディオ)の間に大きな壁があるようです。
そのため、一向に普及しないということなんでしょうね。

ユーザーニーズは次第にPCネットワークオーディオに変わってゆくでしょうけど、まだまだ時間がかかりそうです。

USB-NAS -> USB-HDD に読み替えてください(汗)

mr_osaminさん

メーカーはNASを押しているんですか。 お店側は、そうではないように感じました。
価格も高く、サポートも面倒(ユーザに求める知識レベルがが高い)となると、
USB-HDDの方がいいって思われるのは自然の流れのように思います。

TV録画も、複数のTVで録画内容を共有したいというニーズは、かなりマニアックな要求な気がします。 どこでもTV(ロケーションフリー)も、一時期やはるかと思われましたが、そもそも、そんなに見たいTV番組がない。 スマホのバッテリー温存の方が大切。 って思う人が多い? そしてロケフリ目的なら、SlingBox、VULKANO FLOWですかね。 

ソニーのネットワークオーディオがHDDを積んでいるのは、NAS必須ではなくなるので敷居を下げているのかもしれません。
多チャンネルのAVアンプではなくて、2chのアンプにMPD機能を搭載してくれると、シンプルになるような気がします。 

たかじんさん

>ソニーのネットワークオーディオがHDDを積んでいるのは、NAS必須ではなくなるので敷居を下げているのかもしれません。


ですね。
しかし、HDDは寿命が短いので内蔵型はちょっと腰が引けます。

>多チャンネルのAVアンプではなくて、2chのアンプにMPD機能を搭載してくれると、シンプルになるような気がします。

私はハイレゾ音源の価値は、マルチチャンネルにあると思っているので、SONYの対応はとても歓迎しています。
自作ではハードルが高すぎますし、逆にコストアップになってしまいます。
 

mr_osamin さん

>しかし、HDDは寿命が短いので内蔵型はちょっと腰が引けます。
カーナビのHDDとか、パナソニックのノートPCのHDDってなかなか死なないですよね。
一説には、スクリーニングして振るい落しているなんて話も耳にします。

マルチチャンネルの音源って音楽モノはすくないですね。 映画はほぼマルチですが。
5.1chが流行りだしたころ、センターSPの置き場は画面が優先されて、SPが上やら下やらに追いやられたり、小さいSPとなって、音色がメインSPと違っていたりと、どうも納得のいく体勢じゃなくて、嫌になってしまった経験があります。

センター無しで4chとも同じSPを使ったマルチチャンネルだったら、良かったのかもしれません。 昔、長岡鉄男氏が、マトリックス方式の4chをやっていて真似をしてみたこともあります。 あれは、リヤSPの能率が高くないと効果を発揮しにくいという宿命がありますが、録音によっては面白い音が聞けました。

>一説には、スクリーニングして振るい落しているなんて話も耳にします。

ほぼ間違いないと思います。
タイの洪水で世界的にHDDが枯渇した時にそんな話を聞きました。

なので、SONYも恐らくはある程度、選別されたものを使っているのではないかと思います。

供給側との契約で、大手には優先的にそういうモノがまわるようなので。

>マルチチャンネルの音源って音楽モノはすくないですね。 映画はほぼマルチですが。

ピュア・オーディオの世界では、マルチチャンネルはなぜか敬遠されてきたような気がします。

最近、SACD5.1chマルチでマーラーの交響曲全集を注文したのですが、ライブ録音なので今から楽しみです。

mr_osamin さん

スクリーニングでHDDの不良を減らせるのが事実でしたら、秋葉原のバルク品は買わない方が良いって事になりますね。。。 あれって、振るい落されたものを安く売っているって話しですし。

>SACD5.1chマルチでマーラーの交響曲全集を注文したのですが、ライブ録音なの・・
そういうのは良いですね。 聴いてみたいという気持ちになります。 

たかじんさん


サーバー機用や複合機用のHDDはあきらかにスクリーニングされた耐久性の高いドライブだそうですよ。

mr_osaminさん

http://gigazine.net/news/20140122-hdd-survival-rate/
興味深い記事が、つい先日、公開されました。
これをみるとSeagateは、あまり使いたくなくなりました。 

スクリーニングされたHDDってどこで買えばよいのでしょうか? 価格が2倍未満なら価値はありそうです。

こんなデータが公開されてしまうんですねぇ。
ちなみに、RockDiskNEXTはWDですね。

>スクリーニングされたHDDってどこで買えばよいのでしょうか?

たぶん、一般にはわからないと思います。

法人向けNASとかは可能性ありますけど、HDD単体の入手は恐らく難しいのではないかと思いますよ。

mr_osaminさん

なるほど。 残念です。 法人向けNASって高いですよね・・・  そういうHDDが入っているからなんですね。  スクリーニングされたHDDが音が良いなんて話にならないことを願ってやみません(笑

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