DSP چیست؟ DSP به چه معناست؟

این تراشه های کوچک نقش حیاتی در پردازش صدا دارند، اما DSP چیست و چگونه کار می کند؟

پردازش صدا پیچیده است، و به همین دلیل، شما یک DSP را در قلب تقریباً تمام تجهیزات پردازش صوتی مدرن خواهید یافت. اگرچه ممکن است مصرف کنندگان معمولی از آنها آگاه نباشند، DSP ها با انواع دستگاه های صوتی از جمله تلفن های همراه، هدفون، رابط های صوتی، میکسرها، بلندگوها و هدفون های بلوتوث ادغام می شوند.

DSP ها کم کم به یکی از اصلی ترین محصولات صوتی مدرن تبدیل می شوند، بنابراین DSP دقیقا چیست؟ چرا آنها مهم هستند، چگونه کار می کنند و چگونه بر تجربه شنیداری شما تأثیر می گذارند؟

DSP چیست؟

DSP مخفف Digital Signal Processor است. همانطور که از نام آن پیداست، DSP یک ریزپردازنده است که به طور خاص برای پردازش سیگنال صوتی طراحی شده است. DSP اساساً یک CPU است که فقط برای حل مشکلات پردازش صدا بهینه شده است. و درست مانند یک CPU، تراشه های DSP قطعات ضروری سخت افزار صوتی هستند که دستکاری های صوتی دیجیتال را ممکن می کنند. DSP ها آنقدر مهم شده اند که تجهیزات صوتی شما احتمالاً یک یا چند DSP را در مدار خود یکپارچه می کنند.

کاربردهای رایج DSP

DSP ها در انواع لوازم الکترونیکی صوتی روزانه استفاده می شوند. برای درک اینکه DSP ها چقدر بر تجربه شنیداری شما تأثیرگذار هستند، در اینجا چند برنامه DSP وجود دارد که قبلاً استفاده می کنید:

• اکولایزرهای صوتی (EQ): DSP ها برای یکسان سازی انواع موسیقی استفاده می شوند. از اکولیزاسیون در استودیوهای ضبط صدا برای کنترل حجم فرکانس های مختلف صدا استفاده می شود. بدون یکسان سازی، گوش دادن به موسیقی برای شما سخت خواهد بود زیرا آواز احتمالا ضعیف به نظر می رسد، سازها پراکنده به نظر می رسند، و باس بر همه فرکانس ها غلبه می کند و صدا را مبهم یا گل آلود می کند.
• متقاطع های صوتی فعال: این متقاطع های صوتی برای جداسازی فرکانس های مختلف صوتی و اختصاص آنها به بلندگوهای مختلف طراحی شده برای محدوده فرکانس صوتی خاص استفاده می شوند. کراس اوورهای صوتی اغلب در استریو خودرو، سیستم‌های صدای فراگیر و بلندگوهایی که از درایورهای بلندگو با اندازه‌های مختلف استفاده می‌کنند، استفاده می‌شوند.
• صدای سه بعدی هدفون/گوشی: می‌توانید با استفاده از کراس اوورهای بلندگو و سیستم‌های صدای فراگیر مختلف به صدای سه بعدی برسید. با یک DSP محتاطانه، هدفون و هدفون شما می‌توانند صدا را پردازش کنند که امکان شنیدن صدای سه بعدی را بدون بلندگو فراهم می‌کند. DSP ها می توانند این کار را با شبیه سازی مرحله صدای فضایی انجام دهند که حرکت صدا را در فضای سه بعدی فقط با استفاده از هدفون شما تقلید می کند.
• حذف نویز فعال (ANC): فناوری حذف نویز فعال از یک میکروفون برای ضبط نویز با فرکانس پایین استفاده می‌کند، سپس صداهایی برخلاف فرکانس‌های نویز ضبط‌شده تولید می‌کند. سپس از این صدای تولید شده برای حذف نویزهای محیطی قبل از رسیدن به پرده گوش استفاده می شود. ANC فقط با سرعت پردازش آنی یک DSP امکان پذیر است.
• تشخیص صدا و گفتار میدان دور: این فناوری به گوگل هوم، الکسا و آمازون اکو شما امکان می دهد صدای شما را به طور قابل اعتماد تشخیص دهند. دستیارهای صوتی از CPU، DSP و AI برای پردازش داده ها استفاده می کنند و به طور هوشمند به سؤالات و دستورات شما پاسخ می دهند.

DSP چگونه کار می کند؟

تمام داده های دیجیتال، از جمله صدای دیجیتال، به صورت اعداد باینری (1s و 0s) نشان داده و ذخیره می شوند. پردازش صوتی مانند EQ و ANC به دستکاری این 1 ها و 0 ها برای دستیابی به نتایج مورد نظر نیاز دارد. یک ریزپردازنده مانند DSP برای دستکاری این اعداد باینری مورد نیاز است. اگرچه می توانید از سایر ریزپردازنده ها مانند CPU نیز استفاده کنید، DSP اغلب برای برنامه های پردازش صدا انتخاب بهتری است.

مانند هر ریزپردازنده، یک DSP از یک معماری سخت افزاری و یک مجموعه دستورالعمل استفاده می کند.

معماری سخت افزار نحوه عملکرد یک پردازنده را دیکته می کند. DSP ها اغلب از معماری هایی مانند Von Neumann و Harvard Architecture استفاده می کنند. این معماری‌های سخت‌افزاری ساده‌تر اغلب در DSPها مورد استفاده قرار می‌گیرند، زیرا در صورت جفت شدن با یک معماری مجموعه دستورالعمل (ISA) به اندازه کافی قادر به انجام پردازش صوتی دیجیتال هستند.

ISA چیزی است که تعیین می کند یک ریزپردازنده چه عملیاتی را می تواند انجام دهد. این اساساً فهرستی از دستورالعمل ها است که توسط یک کد عملیات (opcode) ذخیره شده در حافظه برچسب گذاری شده است. هنگامی که پردازنده برای یک کد عملیاتی خاص فراخوانی می کند، دستورالعملی را که کد عملیاتی نشان می دهد را اجرا می کند. دستورات رایج در ISA شامل توابع ریاضی مانند جمع، تفریق، ضرب و تقسیم است.

یک تراشه DSP معمولی با استفاده از معماری هاروارد شامل اجزای زیر است:

• مجموعه دستورالعمل ها و کدهای عملیاتی حافظه برنامه ذخیره می شود (ISA)
• حافظه داده – مقادیری که باید پردازش شوند را ذخیره می کند
• Compute Engine-دستورالعمل های داخل ISA را همراه با مقادیر ذخیره شده در حافظه داده اجرا می کند
• ورودی و خروجی داده ها را با استفاده از پروتکل های ارتباطی سریال در داخل و خارج DSP رله می کند

اکنون که با اجزای مختلف یک DSP آشنا شدید، بیایید در مورد نحوه عملکرد یک DSP معمولی صحبت کنیم. در اینجا یک مثال اساسی از نحوه پردازش سیگنال های صوتی ورودی توسط DSP آورده شده است:

• مرحله 1: دستوری به DSP داده می شود تا سیگنال صوتی دریافتی را پردازش کند.
• مرحله 2: سیگنال های باینری ضبط صوتی ورودی از طریق پورت های ورودی/خروجی آن وارد DSP می شوند.
• مرحله 3: سیگنال باینری در حافظه داده ذخیره می شود.
• مرحله 4: DSP با تغذیه پردازنده محاسباتی موتور محاسباتی با کدهای عملیاتی مناسب از حافظه برنامه و سیگنال باینری از حافظه داده، دستور را اجرا می کند.
• مرحله 5: DSP نتیجه را با پورت ورودی/خروجی خود به دنیای واقعی ارسال می کند.

مزایای DSP نسبت به پردازنده های همه منظوره

پردازنده های عمومی مانند CPU می توانند چندین صد دستورالعمل را اجرا کنند و ترانزیستورهای بیشتری را نسبت به یک DSP بسته بندی کنند. این حقایق ممکن است این سوال را ایجاد کند که چرا DSP ها ریزپردازنده های ترجیحی برای صدا به جای CPU بزرگتر و پیچیده تر هستند.

بزرگترین دلیل استفاده از DSP نسبت به سایر ریزپردازنده ها، پردازش صدای بلادرنگ است. سادگی معماری DSP و ISA محدود به DSP اجازه می دهد تا سیگنال های دیجیتال ورودی را به طور قابل اعتماد پردازش کند. با استفاده از این ویژگی، اجراهای صوتی زنده می توانند برابرسازی و فیلترهایی را در زمان واقعی بدون بافر اعمال کنند.

مقرون به صرفه بودن یک DPS دلیل بزرگ دیگری است که آن‌ها بر روی پردازنده‌های همه منظوره استفاده می‌شوند. برخلاف سایر پردازنده‌ها که به سخت‌افزار پیچیده و ISA با صدها دستورالعمل نیاز دارند، یک DSP از سخت‌افزار ساده‌تر و ISA با چند ده دستورالعمل استفاده می‌کند. این باعث می شود DSP ها آسان تر، ارزان تر و سریع تر تولید شوند.

در نهایت، ادغام DSP ها با دستگاه های الکترونیکی آسان تر است. به دلیل تعداد کمتر ترانزیستورها، DSPها به انرژی بسیار کمتری نیاز دارند و در مقایسه با CPU از نظر فیزیکی کوچکتر و سبک تر هستند. این به DSP ها اجازه می دهد تا در داخل دستگاه های کوچک مانند هدفون بلوتوث بدون نگرانی در مورد برق و اضافه کردن وزن و حجم بیش از حد به دستگاه قرار بگیرند.

DSP ها اجزای مهمی در دستگاه های صوتی مدرن هستند

DSPها اجزای مهم الکترونیک مرتبط با صدا هستند. ویژگی های کوچک، سبک، مقرون به صرفه و کم مصرف آن به کوچکترین دستگاه های صوتی اجازه می دهد تا ویژگی های حذف نویز فعال را ارائه دهند. بدون DSP، دستگاه‌های صوتی باید به پردازنده‌های همه منظوره یا حتی قطعات الکترونیکی حجیمی که نیاز به پول، فضا و قدرت بیشتری دارند، تکیه کنند، در حالی که قدرت پردازش کندتری را ارائه می‌دهند.

منبع مقاله