57 пользователя считают данную страницу полезной. Информация актуальна! Страница была обновлена 16.12.2019

Приветствую! Многие современные головные устройства идут со встроенным DSP процессором, давайте разберемся что это такое и для чего он нужен?! 🤔

Правильное, русское название у него «Цифровой сигнальный процессор» (от англ. Digital Signal Processor, DSP, цифровой процессор обработки сигналов (ЦПОС) — специализированный микропроцессор, предназначенный для обработки оцифрованных сигналов (обычно, в режиме реального времени)

Так давайте попробуем разобраться, зачем нужна эта временная коррекция, которая может управлять задержками на каждом канале. Но для начала давайте представим себе салон автомобиля, со всеми его характеристиками, неправильной формой (отличной от куба, которым является обычная комната), своим АЧХ (Амплитудно-частотная характеристика). И вот в этой «неправильной» среде звук распространяется не так как в обычной жилой комнате, часть его искажается, часть поглощается деталями салона. В итоге мы практически слышим не совсем то, что излучают динамики.

Немаловажным также является расположение слушателя относительно динамиков – как правило, в автомобиле слушатель (водитель, к примеру) находится не по центру и совсем на разных расстояниях от динамиков, что также вносит свои изменения в звучание, ведь один динамик звучит громче и напористее, так как находится ближе, а второй не так напористо и громко, ведь находится дальше от слушателя.

DSP-процессоры принципиально отличаются от микропроцессоров, образующих центральный процессор настольного компьютера. По роду своей деятельности центральному процессору приходится выполнять объединяющие функции. Он должен управлять работой различных компонентов аппаратного обеспечения компьютера, таких как дисководы, графические дисплеи и сетевой интерфейс, с тем чтобы обеспечить их согласованную работу.

Это означает, что центральные процессоры настольных компьютеров имеют сложную архитектуру, поскольку должны поддерживать такие базовые функции, как защита памяти, целочисленная арифметика, операции с плавающей запятой и обработка векторной графики.

В итоге типичный современный центральный процессор поддерживает несколько сот команд, которые обеспечивают выполнение всех этих функций. Следовательно, нужен модуль декодирования команд, который позволял бы реализовывать сложный словарь команд, а также множество интегральных схем. Они, собственно, и должны выполнять действия, определяемые командами. Иными словами, типичный процессор в настольном компьютере содержит десятки миллионов транзисторов.

DSP-процессор, напротив, должен быть «узким специалистом». Его единственная задача — изменять поток цифровых сигналов, и делать это быстро. DSP-процессор состоит главным образом из высокоскоростных аппаратных схем, выполняющих арифметические функции и манипулирующих битами, оптимизированных с тем, чтобы быстро изменять большие объемы данных.

Процессорная магнитола. Зачем?

И вот для того, что бы получить правильную звуковую сцену, в столь «не правильных» условиях и существует звуковые процессоры и процессорные магнитолы. Они позволяют очень виртуозно управлять звуковой сценой, смещать ее в любую сторону. Задержки же позволяют нивелировать «не правильное» размещение динамиков и форму салона. Задержки длятся миллисекунды, но они способны значительно сместить звуковую сцену, чем и пользуются профессионалы; в своих системах они способны «слить» весь звук со всех сторон в точке слушателя, где не ощущается ни «отдельности» сабвуфера, ни напора ближнего динамика.

1. Возможно настройка отличной звуковой сцены, добиться которой в беспроцессорном варианте тяжело.

2. Множество регулировок звуковой сцены.

3. Наличие приличного эквалайзера, с помощью которого можно отлично порезать сигнал на полосы.

Нечаянно наткнулся на видео с «Чип и Дип» #1 Цифровая обработка звука ADAU1701 | Открытый проект | Начало
И тут «накрыло» всякими воспоминаниями по поводу этой темы. Решил проверить, что творится в наше время на этом фронте, нашёл что много хорошего и интересного.

Качество обработки значительно выросло, цена значительно упала и звуковые DSP (Digital Signal Processing) уже стучатся к нам в дом! 🙂
В данном видео рассматривается чип SigmaDSP ADAU1701 и я решил посмотреть что можно с ним сотворить и был сильно впечатлён возможностями.
Вот тут на русском можно о них почитать (Тут более развёрнуто). Для меня данный DSP позволяет построить нормальную акустическую систему с внешним кроссовером. Возможностей у системы невообразимо больше, чем мои потуги. Она позволяет запрограммировать себя полному новичку в программировании, но понимающему звуковые компоненты и как они работают: фильтры; кроссоверы; эквалайзеры и т.д. и т.п. Эти знания нужны, чтобы всё это настраивать
Вот так выглядит пример проекта в программе обслуживающей и программирующей DSP:

Как видите почти никаких «цифровых значений», а всё обзывается «по-звуковому».
Конечно его АЦП и ЦАП’ы далеко не Hi-End, а средний Hi-Fi, но для дома этого качества достаточно, а возможности очень велики. Очень хорошо, что DSP имеет двойную точность вычислений (56-бит) и она установлена по умолчанию.
Нуу. маленькие/неполные дифирамбы пропели, теперь реальность.

Плата есть в разных исполнениях:
Вариант 1. Полная тестовая плата от производителя стоит

12-15 тыщ рублей и позволяет вытворять всё что угодно. ИМХО самое большое преимущество перед остальными – это полный SPDIF, т.е. и цифровой вход и цифровой выход результатов. Также позволяет делать отладку алгоритмов «на лету». Заказывать «за бугром» с сайта производителя.
Вариант 2. Это слегка обрубленный макет от МастерКит – набор BM2114dsp. У него все входы/выходы аналоговые, но отладка всё также «на лету».
Стоимость 4900 руб.
Вариант 3. Это максимально упрощённый вариант использования DSP от «Чип и Дип» их лаборотории «Электронный войска».
Комплект называется Digital Signal Processors RDC2-0027v1, Модуль цифровой обработки звука на SigmaDSP ADAU1701, SigmaStudio
Это вариант с отсутствием программирования «на лету». Создаёшь бинарник, конвертируешь и «заливаешь» с помощью «свистка» в ERROM платы. Отнимает это немного времени, но отнимает, и требует понимания процесса. 🙂
Стоимость платы 950 рубликов.

Да, уточню, плата после программирования работает как независисмое устройство. Т.е. ПК вечно не нужен! И к плате можно подключать «крутилки» (энкодеры); кнопочки и т.д., т.е. внешних методов регулировки достаточно, не обязательно на каждый чих лезть в код DSP.
Выбор за вами.

Теперь касаемо моих хотелок из прошлого. Одна из больших проблем пассивных фильтров – это фазовые искажения и чем больше крутизна спада фильтров, тем больше фазовые искажения. Из-за них возникает множество призвуков от которых чрезвычайно сложно избавится и трудно согласовывать разные частотные диапазоны.
Данные цифровые фильтры этим не страдают и позволяют вытворять многое для согласования полос среза. Но возникает необходимость использовать вместо одного усилителя – три, по одному на каждый частотный диапазон (раз колонка 3-х полосная, то полос 3 и усилителей получается 3). Конечно, их можно оптимизировать по мощности (допустим в моём случае выйдет НЧ – 30Вт; СЧ – 20Вт; ВЧ – 10Вт), но тут на возможности и любителя, думаю унификация победит. 🙂

Под конец множество видео

Пример, как самому сварганить работу по «цифре»

Этот документ описывает основные концепции цифровой обработки сигналов (DSP), а также содержит разнообразные ссылки на источники более детальной информации.

Что такое DSP?

Цифровые сигнальные процессоры (DSP, Digital Signal Processors) принимают на вход предварительно оцифрованные физические сигналы, например, звук, видеоизображение, показания температуры, давления и положения, и производят над ними математические манипуляции. Внутренняя структура цифровых сигнальных процессоров специально разрабатывается таким образом, чтобы они могли очень быстро выполнять такие математические функции, как «сложение”, «вычитание”, «умножение” и «деление”.

Сигналы необходимо обработать так, чтобы информация, которую они содержат, могла быть отображена графически, проанализирована или преобразована в полезный сигнал иного типа. В реальном мире обнаружение сигналов, соответствующих физическим явлениям, таким как звук, свет, температура или давление, и манипуляции ими осуществляется аналоговыми компонентами. Затем, аналого-цифровой преобразователь берет реальный сигнал и преобразовывает его в цифровой формат в виде последовательности нулей и единиц. На данном этапе в процесс вступает цифровой сигнальный процессор, который осуществляет сбор оцифрованной информации и ее обработку. Далее он выдает оцифрованную информацию обратно в реальный мир для дальнейшего использования. Выдача информации осуществляется одним из двух способов – в цифровом или в аналоговом формате. Во втором случае оцифрованный сигнал пропускается через цифро-аналоговый преобразователь. Все эти действия выполняются на очень высокой скорости.

Для иллюстрации этой концепции рассмотрим приведенную ниже блок-схему, на которой показано, как цифровой сигнальный процессор используется в составе MP3 аудиоплеера. В фазе записи аналоговый звуковой сигнал поступает в систему от приемника или иного источника. Этот аналоговый сигнал преобразовывается в цифровой сигнал при помощи аналого-цифрового преобразователя и передается в цифровой сигнальный процессор. Цифровой сигнальный процессор выполняет кодирование в формат MP3 и сохраняет файл в память. В фазе воспроизведения файл извлекается из памяти, декодируется цифровым сигнальным процессором и преобразовывается при помощи цифро-аналогового преобразователя обратно в аналоговый сигнал, который может быть воспроизведен в акустической системе. В более сложном примере цифровой сигнальный процессор может выполнять дополнительные функции, например, регулировку громкости, частотную компенсацию и обеспечение интерфейса пользователя.

Информация, формируемая цифровым сигнальным процессором, может быть использована компьютером, например, для управления системами безопасности, телефонами, домашними кинотеатрами или сжатием видеоизображений. Сигналы могут подвергаться сжатию (компрессии) для более быстрой и эффективной передачи из одного места в другое (например, в системах телеконференций для передачи речи и видеоизображений по телефонным линиям). Сигналы также могут подвергаться дополнительной обработке для повышения их качества или предоставления информации, которая изначально недоступна для восприятия человеком (например, в задачах эхокомпенсации в мобильных телефонах или компьютерного улучшения качества изображений). Физические сигналы могут обрабатываться и в аналоговой форме, однако цифровая обработка обеспечивает повышенное качество и быстродействие.

Поскольку цифровой сигнальный процессор является программируемым, он может быть использован в самых разнообразных задачах. При создании проекта вы можете написать собственное программное обеспечение или использовать программное обеспечение, обеспечиваемое компанией Analog Devices или сторонними компаниями.

Более подробную информацию о преимуществах применения цифровых сигнальных процессоров при обработке сигналов реального мира вы можете найти, прочитав первую часть статьи Цифровая обработка сигналов 101 – Вводный курс в проектирование систем цифровой обработки сигналов, которая называется «Зачем нужен цифровой сигнальный процессор?”

Что находится внутри цифрового сигнального процессора (DSP)?

Цифровой сигнальный процессор включает в себя следующие ключевые компоненты:

• Память программ: Содержит программы, которые цифровой сигнальный процессор использует для обработки данных
• Память данных: Содержит информацию, которую необходимо обрабатывать
• Вычислительное ядро: Выполняет математическую обработку, обращаясь к программе, содержащейся в памяти программ, и данным, содержащимся в памяти данных
• Подсистема ввода/вывода: Осуществляет спектр функций для интерфейса с внешним миром

Рекомендуемая литература

Для получения подробной информации о процессорах и прецизионных аналоговых микроконтроллерах компании Analog Devices мы предлагаем вам ознакомиться со следующими ресурсами:

Цифровая обработка сигналов – это сложный предмет, и он способен ошеломить даже наиболее опытных профессионалов в области цифровых сигнальных процессоров. Здесь мы дали лишь краткий обзор, но компания Analog Devices также предлагает дополнительные ресурсы, содержащие более подробную информацию о цифровой обработке сигналов:

• Цифровая обработка сигналов с фиксированной и плавающей точкой – обзор технологий и вопросы практического применения
• Руководство по цифровой обработке сигналов для ученых и инженеров

• Серия статей в журнале Analog Dialogue: Цифровая обработка сигналов 101: Вводный курс в проектирование систем цифровой обработки сигналов (на англ.яз.)

• Часть 1: Зачем нужен цифровой сигнальный процессор? Архитектуры цифровых сигнальных процессоров и преимущества цифровой обработки сигналов перед традиционными аналоговыми схемами
• Часть 2: Узнайте больше о цифровых фильтрах
• Часть 3: Реализация алгоритмов на аппаратной платформе
• Часть 4: Вопросы программирования для поддержки ввода/вывода в реальном времени

Говорим на языке DSP: Часто используемые слова и их значение

Практические занятия по цифровым сигнальным процессорам являются быстрым и эффективным способом ознакомиться с применением цифровых сигнальных процессоров компании Analog Devices. Они позволят вам овладеть уверенными практическими навыками работы с цифровыми сигнальными процессорами Analog Devices через курс лекций и практических упражнений. Расписание и информацию о регистрации вы можете найти на странице Обучение и разработка.

Kenwood KMM-304Y — Автомагнитола
Это надежный цифровой медиа-ресивер, модель входит в линейку 2018 года, с лаконичным внешним видом, который вписывается в приборную панель любого автомобиля. Размер установки универсальный 1DIN, с укороченным корпусом, что упрощает установку. Передняя панель съемная, черного цвета, с рояльным лаковым покрытием и стильной изменяемой подсветкой. Дисплей ЖК вертикально-ориентированный VA-типа, формат 13-символьный двухстрочный, с подсветкой и поддержкой текста на русском языке. Регулируется яркость экрана от 0 до 32, приглушение яркости осуществляется вручную или устанавливается по тайменгу.
На передней панели размещен порт USB 2.0, через который можно подключать другие носители. Ресивер поддерживает формат MP3, WMA, WAV, AAC, FLAC. Работает в режимах повтора, воспроизведения в случайном порядке, с поиском треков и памятью места остановки. Также, через USB, можно быстро зарядить смартфон из силой тока до 1.5 А. Основное достоинство данной модели является встроенный DSP процессор с временными задержками, который обрабатывает цифровые сигналы, в режиме реального времени.
В магнитолу встроенный усилитель мощности, на 4 канала, максимальной мощностью 4х50 Вт. Эквалайзер параметрический 13-ти полосный. Регулировка параметров осуществляется при помощи вращающегося энкодера. Для увеличения качества звучания «сжатых» файлов, используется технология Kenwood Sound Reconstruction. Подключается через три линейных выхода RCA, которые позволяют полноценно управлять и регулировать настройки всей акустики и сабвуфера.
Входы и выходы:
Вход AUX
Линейные RCA-выходы
Разъем ISO.