La guía definitiva de DSP: ¿Cómo mejorar el rendimiento de audio?
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- 2023/2/10
Resumen
Enumeramos la definición, clasificación, ventajas y aplicaciones de DSP en detalle. Aquí puede obtener todos los puntos de conocimiento de DSP en una sola parada.
¿Qué es DSP?
En esta guía definitiva, presentamos en detalle los DSP para equipos de audio.
Incluyen conceptos, tipos, principios de funcionamiento y aplicaciones.
Puede aprender de esta guía todos los conceptos básicos de DSP.
Bien, comencemos.
¿Qué es DSP?
DSP (Digital Signal Processor) es una tecnología de procesamiento de señales digitales.
Funciona tomando una señal analógica y convirtiéndola en una señal digital de 0 o 1.
Luego, la señal digital se modifica, elimina, mejora y los datos digitales se interpretan nuevamente como datos analógicos o el formato del entorno real.
En los equipos de audio, DSP es un componente importante y es un símbolo importante del audio digital.
De hecho, no cambia el timbre, pero mejora el efecto de sonido a través de la afinación, haciendo que la música sea agradable de escuchar.
No es un producto, sino una tecnología que existe para procesar señales de audio digital.
DSP mejora la calidad del sonido
Un chip DSP es un chip que puede realizar tecnología de procesamiento de señal digital, que es equivalente a una CPU de computadora. La transmisión de archivos de sonido generalmente está comprimida y parte de ella se perderá.
Por ejemplo, si una canción se graba en un estudio de grabación, puede ser un archivo de varios gigas, y puede que solo sea GM a decenas de megas cuando finalmente se transmita al teléfono móvil.
DSP realiza cálculos en números de audio a través de varios algoritmos, como transformación, modulación y programación, y utiliza algoritmos rápidamente para mejorar la calidad del sonido.
Después de tocar estos ajustes, la potencia del altavoz del estéreo es mayor, el sonido es claro y la escucha es más cómoda.
Clasificación de chips DSP
1. Según las características básicas
a. Chip DSP estático
En cualquier frecuencia de reloj dentro de un cierto rango de frecuencia de reloj, el chip DSP puede funcionar normalmente.
b. Chip DSP consistente
Hay dos o más chips DSP, y sus conjuntos de instrucciones y las correspondientes estructuras de pines de máquina de código de máquina son compatibles entre sí.
2. Formato de datos
El chip DSP cuyos datos funcionan en un formato de punto fijo se denomina chip DSP de punto fijo. El formato de punto flotante utilizado por diferentes chips DSP de punto flotante no es exactamente el mismo. Algunos chips DSP usan un formato de punto flotante personalizado, mientras que algunos chips DSP usan IEEE. Formato de punto flotante estándar.
3. Uso
De acuerdo con el uso de DSP, se puede dividir en chips DSP de uso general y chips DSP de uso especial.
¿Cuáles son las ventajas del sistema DSP?
En comparación con el sistema de procesamiento de señales analógicas, el sistema de procesamiento de señales digitales basado en el chip DSP de propósito general tiene las siguientes ventajas:
1. Alta precisión, fuerte capacidad antiinterferente y buena estabilidad. La precisión solo se ve afectada por el error de cuantificación, es decir, la longitud de palabra limitada, la relación señal-ruido es alta y el rendimiento del dispositivo es bajo. Se ve menos afectado por factores externos como la temperatura y el medio ambiente.
2. Es fácil de programar e implementar algoritmos complejos (incluidos los algoritmos adaptativos). Los chips DSP proporcionan una plataforma informática de alta velocidad que permite el procesamiento de señales complejas.
3. Programable, cuando la función y el rendimiento del sistema cambian, no hay necesidad de rediseñar, ensamblar y depurar. Como la realización de diferentes filtros digitales (paso bajo, paso alto, paso banda); radiocomunicación en diferentes modos de trabajo en software radio; filtros y analizadores de espectro en instrumentos virtuales, etc.
4. La interfaz es simple, las características eléctricas del sistema son simples y el flujo de datos adopta un protocolo estándar.
5. Fácil integración.
6. Puede realizar funciones que no se pueden realizar mediante procesamiento analógico: fase lineal, procesamiento de frecuencia de muestreo múltiple, cascada, fácil almacenamiento, etc.;
7. Se puede utilizar para señales de muy baja frecuencia.
La aparición de los procesadores de señales digitales hace que la tecnología de procesamiento de señales digitales surja y se desarrolle rápidamente.
En términos de calidad de audio, cuanto más se acerque el audio digital a la calidad de sonido analógico después de la conversión de analógico a digital/digital a analógico, mejor. La tecnología digital tiene ventajas en la edición de audio, síntesis, procesamiento de efectos, almacenamiento, transmisión y conexión en red, y en términos de precio. Gran ventaja.
Dado que las señales digitales no sufren pérdidas ni interferencias como las señales analógicas durante la transmisión, cada vez más productos de audio utilizan interfaces de entrada digital, como reproductores de CD y DVD.
¿Cuáles son las aplicaciones de DSP en señales de audio?
Aplicación 1: Control de ruido activo
El método de aislamiento de sonido pasivo tradicional simplemente utiliza materiales de aislamiento de sonido para bloquear el ruido y casi no tiene capacidad para bloquear el ruido generado por fuentes de ruido de media y baja frecuencia.
Debe usar materiales gruesos de aislamiento acústico para producir efectos. El control de ruido activo utiliza un método de control electrónico de circuito cerrado para producir un sonido que está fuera de fase con el ruido original para compensar el ruido original.
Es extremadamente eficaz para suprimir el ruido de baja frecuencia. La desventaja es que no puede controlar el ruido en las bandas de frecuencia media y alta (por encima de 1,5 K Hz).
Aplicación 2: procesamiento de señales de voz
La tecnología del habla se puede dividir en las siguientes cuatro categorías:
A. Mejora del habla
B. Reconocimiento de voz
C. Codificación/descodificación del habla
B. Supresión de eco
A. Mejora del habla
En cuanto a los medios para adquirir señales de voz, varios captadores (micrófonos) tienen diferentes respuestas de frecuencia, directividad, estabilidad y mecanismos de captación.
Una combinación de varios arreglos de micrófonos con diferentes características puede cumplir con los diversos requisitos de los usuarios para señales en varias bandas de frecuencia.
La comprensión efectiva del sistema electroacústico logrado bajo la tarea de control de ruido nos permite cumplir con los requisitos de varios sistemas de usuarios para la captación de señales.
En términos de procesamiento de señales, se pueden formular diferentes esquemas según la aplicación, las características del ruido de fondo y los requisitos relativos de inteligibilidad del habla a la distorsión del habla permitida.
Por ejemplo, los requisitos del software de reconocimiento de voz para las señales de voz son diferentes de los requisitos del oído humano para las señales de voz.
Por lo tanto, se utilizan diferentes procedimientos cuando se realizan tareas de comunicación que cuando se realizan tareas de reconocimiento de voz.
Si las instituciones de I + D para diferentes tareas no pueden tener una comprensión y comprensión integrales de las características de la voz, no podrán lograr resultados verdaderamente optimizados en esto.
Además, la tecnología DSP puede realizar la detección de señales de un solo canal y la comparación de señales de múltiples canales a alta velocidad.
Su velocidad puede hacer que los usuarios sientan que no hay retraso en el tiempo y se siente completamente en tiempo real.
B. Reconocimiento de voz
El núcleo del sistema de reconocimiento de voz debe tener las características de menos requisitos de hardware, corrección de tiempo autónoma y corrección de energía.
En la actualidad, el sistema de reconocimiento de voz independiente del vocabulario pequeño (200 caracteres) se ha aplicado prácticamente.
En la dirección de desarrollo del reconocimiento automático de voz, se centrará en el desarrollo de la tecnología de control de voz en lugar de la tecnología de entrada de voz.
La atención se centra en la precisión del primer reconocimiento, no en el reconocimiento auxiliar de la semántica mixta.
C. Codificación y decodificación del habla
DSP tiene funciones poderosas en el procesamiento del habla y puede usar un algoritmo de tipo "predicción lineal excitada por código" (CELP) con una alta relación de compresión.
El estándar abierto utilizado actualmente es el G.723.1 de la ITU.
Este algoritmo es ampliamente utilizado en códec IP, con dos velocidades de transmisión de 6,3 Kbps y 5,3 Kbps, alta calidad de voz, capacidad antirruido moderada y carga de cálculo.
Puede ser utilizado por usuarios en varias plataformas.
Al mismo tiempo, también se está desarrollando el exclusivo algoritmo de codificación de voz de 2,4 Kbps, que se espera que logre un mejor equilibrio en la calidad de voz, la capacidad antirruido, la relación de compresión de voz, la carga informática y el retraso informático.
D. Supresión de eco
En la comunicación de larga distancia y la comunicación móvil, a menudo se ve afectado por el eco.
Ya sea un eco lineal o un eco de audio, cuando el retraso supere los 0,5 segundos, se recibirá claramente en el extremo receptor.
Para estos dos fenómenos, existen algoritmos de supresión de eco aplicables.
El algoritmo basado en DSP es estable y simple, no solo suprime la velocidad de respuesta rápidamente, sino que también mantiene el rendimiento de reducción de ruido para Double Talk, Near-End-Speech y estado de silencio.
Al mismo tiempo, porque el retardo de tiempo del eco lineal puede variar en un amplio rango de 1 milisegundo a 900 milisegundos.
Por lo tanto, existe un algoritmo basado en DSP para superar la carga extra que trae esta variabilidad al sistema.
En un sistema de supresión de eco tradicional, un retraso de 300 milisegundos significa un fuerte deterioro de la relación costo-rendimiento del sistema.
Los códigos fuente de estos algoritmos también se pueden aplicar a varias plataformas de comunicación para resolver problemas que surgen en varios enlaces de comunicación a larga distancia.
Aplicación 3: procesamiento de señales musicales
Desde que los estándares de música digital se hicieron populares, debido a la flexibilidad asociada al procesamiento de señales digitales, se han producido muchos estándares abiertos y estándares exclusivos en el almacenamiento, transmisión y reproducción de señales de audio y video.
Para los usuarios, los efectos que aportan incluyen no solo medios de almacenamiento más duraderos y económicos, canales de recepción más diversificados, sino también efectos audiovisuales más brillantes.
Sin embargo, sigue siendo caro y no necesariamente efectivo obtener un efecto audiovisual equivalente al de la fuente de señal audiovisual original en el terminal.
Para lograr el llamado "efecto de sonido envolvente", existen varias especificaciones abiertas como Dolby Surround, Dolby ProLogic, AC-3, THX, etc., y también se comercializan chips decodificadores.
Pero el eslabón más débil de todo el enlace es la sección que va desde el sistema de altavoces hasta el oído humano.
La función de transferencia de esta sección cambia aleatoriamente debido a diferentes oyentes y diferentes entornos de escucha, e incluso varía mucho.
El arduo trabajo del ingeniero de grabación original a menudo se desperdicia en esta sección.
Y al igual que el sistema de audio tradicional, esta parte del rendimiento es la más difícil de comprender y, a menudo, es parte de una inversión costosa.
Para este enlace, la solución propuesta por DSP. Es independiente de las especificaciones abiertas antes mencionadas para establecer un sistema de efectos de sonido de campo envolvente aproximado.
El fin
La tecnología de procesamiento DSP es una aplicación muy importante en la industria del audio, hace que la reproducción suene mejor.
Para ser precisos, es lo mismo que la cámara ajusta dinámicamente el embellecimiento. Por lo tanto, DSP es muy útil en el procesamiento de señales de sonido y digitales.