Garso apdorojimas yra sudėtingas, todėl DSP rasite beveik visos šiuolaikinės garso apdorojimo įrangos centre. Nors paprasti vartotojai gali jų nežinoti, DSP integruojami į visų rūšių garso įrenginius, įskaitant mobiliuosius telefonus, ausines, garso sąsajas, maišytuvus, garsiakalbius ir „Bluetooth“ ausines.

DSP pamažu tampa kiekvieno šiuolaikinio garso produkto pagrindiniu elementu, taigi, kas tiksliai yra DSP? Kodėl jie svarbūs, kaip jie veikia ir kaip jie veikia jūsų klausymosi patirtį?

Kas yra DSP?

DSP yra skaitmeninio signalo procesoriaus akronimas. Kaip rodo pavadinimas, DSP yra mikroprocesorius, specialiai sukurtas garso signalo apdorojimui. DSP iš esmės yra CPU, optimizuotas tik garso apdorojimo problemoms išspręsti. Kaip ir procesorius, DSP lustai yra esminė garso aparatūros dalis, leidžianti manipuliuoti skaitmeniniu garsu. DSP tapo tokie svarbūs, kad jūsų garso įranga greičiausiai integruos vieną ar kelis DSP į savo grandinę.

Įprasti DSP naudojimo būdai

DSP naudojami visų rūšių kasdienėje garso elektronikoje. Norėdami suprasti, kokią įtaką DSP daro jūsų klausymosi patirčiai, pateikiame keletą DSP programų, kurias jau naudojate:

instagram viewer

  • Garso ekvalaizeriai (EQ): DSP naudojami visų rūšių muzikai išlyginti. Išlyginimas naudojamas įrašų studijose skirtingų garso dažnių garsumui valdyti. Be išlyginimo jums būtų sunku klausytis muzikos, nes vokalas greičiausiai skambėtų silpnai, instrumentai skambėtų išsklaidytai, o žemieji dažniai nugalėtų visus dažnius, todėl garsas būtų neaiškus arba purvinas.
  • Aktyvūs garso krosoveriai: Šie garso kryžminiai jungikliai naudojami skirtingiems garso dažniams atskirti ir priskirti juos skirtingiems garsiakalbiams, skirtiems konkrečiam garso dažnių diapazonui. Garso krosoveriai dažnai naudojami automobilių stereosistemose, erdvinio garso sistemose ir garsiakalbiuose, kuriuose naudojami skirtingo dydžio garsiakalbių tvarkyklės.
  • Ausinių/ausinių 3D garsas: 3D garsą galite pasiekti naudodami garsiakalbių krosoveriai kartu su įvairios erdvinio garso sistemos. Naudodami diskretišką DSP, jūsų ausinės ir ausinės gali apdoroti garsą, leidžiantį klausytis 3D garso be garsiakalbių. DSP gali tai padaryti imituodami erdvinio garso sceną, kuri imituoja garso judėjimą 3D erdvėje naudojant ausines.
  • Aktyvus triukšmo slopinimas (ANC): Aktyvaus triukšmo slopinimo technologija naudoja mikrofoną žemo dažnio triukšmui įrašyti, tada sukuria garsus, priešingus įrašytiems triukšmo dažniams. Šis generuojamas garsas naudojamas aplinkos triukšmui panaikinti, kol jis pasiekia jūsų ausies būgnelius. ANC galimas tik esant momentiniam DSP apdorojimo greičiui.
  • Tolimojo lauko kalbos ir balso atpažinimas: Ši technologija leidžia „Google Home“, „Alexa“ ir „Amazon Echo“ patikimai atpažinti jūsų balsą. Balso asistentai naudoja CPU, DSP ir AI, kad apdorotų duomenis ir išmaniai pateiktų atsakymus į jūsų užklausas ir komandas.

Kaip veikia DSP?

Vaizdo kreditas: Ginoweb/Wikimedia Commons

Visi skaitmeniniai duomenys, įskaitant skaitmeninį garsą, pateikiami ir saugomi kaip dvejetainiai skaičiai (1 ir 0). Norint pasiekti norimų rezultatų, naudojant garso apdorojimą, pvz., EQ ir ANC, reikia manipuliuoti šiais 1 ir 0. Norint valdyti šiuos dvejetainius skaičius, reikalingas mikroprocesorius, pvz., DSP. Nors taip pat galite naudoti kitus mikroprocesorius, pvz., CPU, DSP dažnai yra geresnis pasirinkimas garso apdorojimo programoms.

Kaip ir bet kuris mikroprocesorius, DSP naudoja aparatinės įrangos architektūrą ir instrukcijų rinkinį.

Aparatinės įrangos architektūra diktuoja kaip veikia procesorius. DSP dažnai naudoja tokias architektūras kaip Von Neumann ir Harvard Architecture. Šios paprastesnės aparatinės įrangos architektūros dažnai naudojamos DSP, nes jos yra pakankamai pajėgios apdoroti skaitmeninį garsą, kai yra suporuotos su supaprastinta instrukcijų rinkinio architektūra (ISA).

ISA nustato, kokias operacijas gali atlikti mikroprocesorius. Iš esmės tai yra instrukcijų, pažymėtų atmintyje saugomu operacijos kodu (opcode), sąrašas. Kai procesorius reikalauja konkretaus operacijos kodo, jis vykdo nurodymą, kurį atstovauja opkodas. Įprastos ISA instrukcijos apima tokias matematines funkcijas kaip sudėjimas, atimtis, daugyba ir padalijimas.

Įprastą DSP lustą, naudojantį Harvardo architektūrą, sudarytų šie komponentai:

  • Programos atminties saugojimo instrukcijų rinkinys ir operacijų kodai (ISA)
  • Duomenų atmintis – saugo apdorojamas reikšmes
  • Compute Engine – vykdo instrukcijas ISA kartu su duomenų atmintyje saugomomis reikšmėmis
  • Įvesties ir išvesties duomenys perduodami į DSP ir iš jo naudojant nuoseklaus ryšio protokolus

Dabar, kai esate susipažinę su skirtingais DSP komponentais, pakalbėkime apie tai, kaip veikia tipinis DSP. Čia yra pagrindinis pavyzdys, kaip DSP apdoroja gaunamus garso signalus:

  • 1 žingsnis: DSP duodama komanda apdoroti gaunamą garso signalą.
  • 2 žingsnis: Dvejetainiai gaunamo garso įrašo signalai patenka į DSP per jo įvesties/išvesties prievadus.
  • 3 veiksmas: Dvejetainis signalas saugomas duomenų atmintyje.
  • 4 veiksmas: DSP vykdo komandą, tiekdamas skaičiavimo variklio aritmetinį procesorių tinkamais operacijos kodais iš programos atminties ir dvejetainiu signalu iš duomenų atminties.
  • 5 veiksmas: DSP išveda rezultatą su savo įvesties / išvesties prievadu į realų pasaulį.

DSP pranašumai prieš bendrosios paskirties procesorius

Bendrosios paskirties procesoriai, tokie kaip CPU, gali vykdyti kelis šimtus instrukcijų ir supakuoti daugiau tranzistorių nei DSP. Šie faktai gali kelti klausimą, kodėl DSP yra pageidaujami garso mikroprocesoriai, o ne didesnis ir sudėtingesnis procesorius.

Didžiausia priežastis, dėl kurios DSP naudojamas prieš kitus mikroprocesorius, yra garso apdorojimas realiuoju laiku. DSP architektūros paprastumas ir ribota ISA leidžia DSP patikimai apdoroti gaunamus skaitmeninius signalus. Naudojant šią funkciją gyvo garso pasirodymams gali būti pritaikytas išlyginimas ir filtrai realiuoju laiku be buferio.

DPS ekonomiškumas yra dar viena svarbi priežastis, kodėl jie naudojami, palyginti su bendrosios paskirties procesoriais. Skirtingai nuo kitų procesorių, kuriems reikalinga sudėtinga aparatinė įranga ir ISA su šimtais instrukcijų, DSP naudoja paprastesnę aparatinę įrangą ir ISA su keliomis dešimtimis instrukcijų. Dėl to DSP yra lengviau, pigiau ir greičiau pagaminti.

Galiausiai DSP lengviau integruoti su elektroniniais įrenginiais. Dėl mažesnio tranzistorių skaičiaus DSP reikia daug mažiau energijos ir yra fiziškai mažesni ir lengvesni, palyginti su procesoriumi. Tai leidžia DSP tilpti į mažus įrenginius, pvz., „Bluetooth“ ausines, nesijaudinant dėl ​​maitinimo ir nepridedant per daug įrenginio svorio ir tūrio.

DSP yra svarbūs šiuolaikinių garso įrenginių komponentai

DSP yra svarbūs su garsu susijusios elektronikos komponentai. Jo mažos, lengvos, ekonomiškos ir energiją taupančios savybės leidžia net mažiausiems garso įrenginiams pasiūlyti aktyvias triukšmo slopinimo funkcijas. Be DSP garso įrenginiai turėtų pasikliauti bendrosios paskirties procesoriais ar net didelių gabaritų elektronika komponentai, kuriems reikia daugiau pinigų, vietos ir galios, tuo pačiu užtikrinant lėtesnę apdorojimo galią.