DSP là gì? DSP có nghĩa là gì?

Xử lý âm thanh rất phức tạp và như vậy, bạn sẽ thấy DSP là trung tâm của gần như tất cả các thiết bị xử lý âm thanh hiện đại. Mặc dù người tiêu dùng thông thường có thể không biết về chúng, nhưng DSP tích hợp vào tất cả các loại thiết bị âm thanh, bao gồm điện thoại di động, tai nghe, giao diện âm thanh, máy trộn, loa và tai nghe Bluetooth.

DSP đang dần trở thành yếu tố chính của mọi sản phẩm âm thanh hiện đại, vậy chính xác thì DSP là gì? Tại sao chúng lại quan trọng, chúng hoạt động như thế nào và ảnh hưởng đến trải nghiệm nghe của bạn như thế nào?

DSP là gì?

DSP là từ viết tắt của Digital Signal Processor. Như tên của nó, DSP là một bộ vi xử lý được thiết kế đặc biệt để xử lý tín hiệu âm thanh. DSP về cơ bản là một CPU chỉ được tối ưu hóa để giải quyết các vấn đề về xử lý âm thanh. Và cũng giống như CPU, chip DSP là phần cứng thiết yếu của phần cứng âm thanh giúp thực hiện các thao tác âm thanh kỹ thuật số. DSP đã trở nên quan trọng đến mức thiết bị âm thanh của bạn có thể tích hợp một hoặc một vài DSP trong mạch của chúng.

Sử dụng DSP phổ biến

DSP được sử dụng trong tất cả các loại thiết bị điện tử âm thanh hàng ngày. Để hiểu mức độ ảnh hưởng của DSP đối với trải nghiệm nghe của bạn, dưới đây là một số ứng dụng DSP mà bạn đang sử dụng:

• Bộ cân bằng âm thanh (EQ): DSP được sử dụng để cân bằng tất cả các loại nhạc. Cân bằng được sử dụng trong các phòng thu để kiểm soát âm lượng của các tần số âm thanh khác nhau. Nếu không có cân bằng, bạn sẽ khó nghe nhạc vì giọng hát có thể sẽ yếu, các nhạc cụ nghe bị phân tán và âm trầm sẽ lấn át tất cả các tần số, khiến âm thanh không rõ ràng hoặc bị đục.
• Giao nhau âm thanh chủ động: Các bộ phân tần âm thanh này được sử dụng để tách các tần số âm thanh khác nhau và gán chúng cho các loa khác nhau được thiết kế cho dải tần số âm thanh cụ thể. Bộ phân tần âm thanh thường được sử dụng trong dàn âm thanh nổi trên xe hơi, hệ thống âm thanh vòm và loa sử dụng các trình điều khiển loa có kích thước khác nhau.
• Tai nghe / Tai nghe Âm thanh 3D: Bạn có thể đạt được âm thanh 3D bằng cách sử dụng bộ phân tần loa cùng với các hệ thống âm thanh vòm khác nhau. Với DSP kín đáo, tai nghe và tai nghe của bạn có thể xử lý âm thanh cho phép trải nghiệm nghe âm thanh 3D mà không cần loa. DSP có thể thực hiện điều này bằng cách mô phỏng sân khấu âm thanh không gian bắt chước cách âm thanh chuyển động trong không gian 3D chỉ bằng cách sử dụng tai nghe của bạn.
• Khử tiếng ồn chủ động (ANC): Công nghệ khử tiếng ồn chủ động sử dụng micrô để ghi lại tiếng ồn tần số thấp, sau đó tạo ra âm thanh ngược lại với tần số tiếng ồn đã ghi. Âm thanh được tạo ra này sau đó được sử dụng để loại bỏ tiếng ồn từ môi trường trước khi nó truyền đến màng nhĩ của bạn. ANC chỉ khả thi với tốc độ xử lý tức thời của DSP.
• Nhận dạng giọng nói và giọng nói trường xa: Công nghệ này giúp Google Home, Alexa và Amazon Echo của bạn có thể nhận dạng giọng nói của bạn một cách đáng tin cậy. Trợ lý giọng nói sử dụng CPU, DSP và AI để xử lý dữ liệu và đưa ra câu trả lời một cách thông minh cho các truy vấn và lệnh của bạn.

DSP hoạt động như thế nào?

Tất cả dữ liệu kỹ thuật số, bao gồm cả âm thanh kỹ thuật số, được biểu diễn và lưu trữ dưới dạng số nhị phân (1 và 0). Xử lý âm thanh như EQ và ANC yêu cầu thao tác các số 1 và 0 này để đạt được kết quả mong muốn. Cần có một bộ vi xử lý như DSP để thao tác với các số nhị phân này. Mặc dù bạn cũng có thể sử dụng các bộ vi xử lý khác như CPU, nhưng DSP thường là lựa chọn tốt hơn cho các ứng dụng xử lý âm thanh.

Giống như bất kỳ bộ vi xử lý nào, DSP sử dụng kiến ​​trúc phần cứng và tập lệnh.

Kiến trúc phần cứng quyết định cách một bộ xử lý hoạt động. Các DSP thường sử dụng các kiến ​​trúc như Von Neumann và Harvard Architecture. Các kiến ​​trúc phần cứng đơn giản hơn này thường được sử dụng trong các DSP vì chúng có đủ khả năng để thực hiện xử lý âm thanh kỹ thuật số khi được ghép nối với Kiến trúc Bộ hướng dẫn được tổ chức hợp lý (ISA).

ISA là yếu tố xác định những hoạt động mà bộ vi xử lý có thể thực hiện. Về cơ bản, nó là một danh sách các hướng dẫn được gắn thẻ bởi một mã hoạt động (opcode) được lưu trữ trong bộ nhớ. Khi bộ xử lý yêu cầu một opcode cụ thể, nó sẽ thực hiện lệnh mà opcode đại diện. Hướng dẫn phổ biến trong ISA bao gồm các hàm toán học như cộng, trừ, nhân và chia.

Một chip DSP điển hình sử dụng Kiến trúc Harvard sẽ chứa các thành phần sau:

• Bộ hướng dẫn Bộ nhớ chương trình-Lưu trữ và mã quang (ISA)
• Bộ nhớ dữ liệu-Lưu trữ các giá trị được xử lý
• Compute Engine-Thực thi các hướng dẫn trong ISA cùng với các giá trị được lưu trữ trong bộ nhớ dữ liệu
• Đầu vào và Đầu ra-Chuyển tiếp dữ liệu vào và ra DSP bằng cách sử dụng các giao thức truyền thông nối tiếp

Bây giờ bạn đã quen với các thành phần khác nhau của DSP, hãy nói về cách một DSP điển hình hoạt động. Dưới đây là một ví dụ cơ bản về cách một DSP xử lý tín hiệu âm thanh đến:

• Bước 1: Một lệnh được đưa cho DSP để xử lý tín hiệu âm thanh đến.
• Bước 2: Các tín hiệu nhị phân của bản ghi âm thanh đến đi vào DSP thông qua các cổng đầu vào / đầu ra của nó.

• Bước 3: Tín hiệu nhị phân được lưu trữ trong bộ nhớ dữ liệu.

• Bước 4: DSP thực hiện lệnh bằng cách cung cấp cho bộ xử lý số học của công cụ tính toán các mã quang thích hợp từ bộ nhớ chương trình và tín hiệu nhị phân từ bộ nhớ dữ liệu.

• Bước 5: DSP xuất kết quả với cổng Đầu vào / Đầu ra của nó ra thế giới thực.

Ưu điểm của DSP so với các bộ xử lý đa năng

Các bộ xử lý mục đích chung như CPU ​​có thể thực hiện hàng trăm lệnh và đóng gói nhiều bóng bán dẫn hơn so với DSP. Những sự thật này có thể đặt ra câu hỏi tại sao DSP lại là bộ vi xử lý được ưu tiên cho âm thanh thay vì CPU lớn hơn và phức tạp hơn.

Lý do lớn nhất khiến DSP được sử dụng hơn các bộ vi xử lý khác là xử lý âm thanh theo thời gian thực. Sự đơn giản của kiến ​​trúc DSP và ISA hạn chế cho phép DSP xử lý tín hiệu kỹ thuật số đến một cách đáng tin cậy. Với tính năng này, các buổi biểu diễn âm thanh trực tiếp có thể được áp dụng cân bằng và bộ lọc trong thời gian thực mà không bị giật.

Tính hiệu quả về chi phí của DPS là một lý do lớn khác khiến chúng được sử dụng thay vì các bộ xử lý có mục đích chung. Không giống như các bộ xử lý khác yêu cầu phần cứng phức tạp và ISA với hàng trăm lệnh, DSP sử dụng phần cứng và ISA đơn giản hơn với vài chục lệnh. Điều này làm cho DSP dễ dàng hơn, rẻ hơn và sản xuất nhanh hơn.

Cuối cùng, DSP dễ dàng tích hợp hơn với các thiết bị điện tử. Do số lượng bóng bán dẫn thấp hơn, các DSP yêu cầu ít năng lượng hơn và nhỏ hơn và nhẹ hơn về mặt vật lý khi so sánh với CPU. Điều này cho phép các DSP có thể vừa vặn bên trong các thiết bị nhỏ như tai nghe Bluetooth mà không phải lo lắng về nguồn điện cũng như tăng thêm quá nhiều trọng lượng và khối lượng cho thiết bị.

DSP là thành phần quan trọng trong thiết bị âm thanh hiện đại

DSP là thành phần quan trọng của thiết bị điện tử liên quan đến âm thanh. Đặc tính nhỏ, nhẹ, tiết kiệm chi phí, tiết kiệm năng lượng cho phép ngay cả những thiết bị âm thanh nhỏ nhất cũng có các tính năng khử tiếng ồn chủ động. Nếu không có DSP, các thiết bị âm thanh sẽ phải dựa vào các bộ xử lý đa năng hoặc thậm chí là các thành phần điện tử cồng kềnh đòi hỏi nhiều tiền hơn, không gian và năng lượng, đồng thời cung cấp công suất xử lý chậm hơn.