Dsp процессор в автомагнитоле что это
990x.top
Простой компьютерный блог для души)
DSP процессор — что это в автомагнитоле?
DSP процессор — аппаратный модуль, предназначенный для обработки оцифрованных сигналов (зачастую в реальном времени).
Плюсы DSP процессора:
Например существует такая магнитола как Allwinner TS9, в которой присутствует DSP процессор и именно он обеспечивает работу эквалайзера:
На заметку — чем ближе ползунок к левой части тем больше он отвечает за басс, а чем ближе к правой части — наоборот (высокие частоты).
Регулировку задержки динамиков салона:
В некотором смысле это виртуальная регулировка удаленности динамиков. Можно настроить так, чтобы звук был вокруг вас.
Можно регулировать частоты отдельных динамиков:
Например некоторые сделать более бассовитыми.
Можно добавить басса, если не хватает:
Также есть функция удобной настройки звучания, позволяющая выбрать точку в салоне, которая и будет так бы сказать центром звука:
Внимание! Это функции магнитолы Allwinner TS9, в других моделях они будут отличаться, их может быть больше. Важно понимать одно — все эти аудиофункции обеспечивает процессор DSP. Если вам важен звук, у вас дорогие динамики, вы меломан — от вам однозначно нужна магнитола с DSP процессором.
Надеюсь данная информация оказалась полезной. Удачи и добра, до новых встреч друзья!
Что такое DSP процессор?
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.
Процессорная магнитола. Зачем?
Еще вчера мы опубликовали небольшую статью о поканальной системе в автомобиле, а нам на почту уже пришел наводящий вопрос: «А в чем разница между обычной магнитолой и той которую все называют процессорной?». Ответ на этот вопрос довольно прост, он из серии вопросов о поканалке – она служит для очень тонкой настройке звука в салоне, создает временные задержки по времени, разной длинны и для определенных каналов. Зачем она нужна? Постараемся объяснить, если что не так, то поправьте в комментариях.
Процессорная магнитола. Зачем?
Определить процессорная магнитола или нет можно путем изучения их техничек, также в большинстве процессорных магнитол присутствуют определенные характеристики, которые в большинстве случаев описываются так: 6-ти канальная цифровая временная коррекция, 3/2 полосный переключаемый цифровой кроссовер и тп.
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. 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.
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. Но важно заметить, что это только для слушателя, который находится в пределах звуковой сцены.
Но вместе с тем, настроить процессорную систему – нелегкий труд, метод «тыка» не катит, вообще. Важно не только правильно установить задержки, но и правильно расположить динамики – это тоже очень важно! Можно добиться похожей схемы и не используя процессор, но это также стоит большого труда по установке и настройке системы.
Плюсы:
1. Возможно настройка отличной звуковой сцены, добиться которой в беспроцессорном варианте тяжело.
2. Множество регулировок звуковой сцены.
3. Наличие приличного еквалайзера, с помощью которого можно отлично порезать сигнал на полосы.
4. Качественность подобных аппаратов
Минусы:
1. Цена
2. Титаническая сложность настройки для новичков
3. Часто жизненно необходимо использовать внешние усилители, так как со встроенным добиться подобного эффекта тяжело.
4. Сложность установки акустики, ее приходится устанавливать там, где нужно, а не там где есть возможность и хочется вам.
5. Эффект можно проследить не во всех направлениях музыки, больше и лучше заметно в классических стилях
DSP-процессоры: назначение и особенности
DSP-процессоры: назначение и особенности
Большинство из нас в повседневной жизни постоянно сталкивается с различными компьютерными системами: процессорами общего назначения (general-purpose, в основном x86) в ноутбуках и рабочих станциях, их мощными многоядерными версиями в датацентрах, мобильными процессорами в телефонах, многочисленными контроллерами в бытовой технике и на транспорте. Но помимо всех упомянутых вариантов есть ещё одно важное, хотя и редко упоминаемое семейство: цифровые сигнальные процессоры, чаще именуемые Digital Signal Processors или просто DSP.
Именно DSP решают задачи обработки больших объёмов информации в реальном времени, возникающие при передаче данных (звонков и мобильного Интернета) в мобильных сетях, обработке фотографий и восстановлению звука. Даже в топовых телефонах вся эта работа выполняется не на мощных ARM-ядрах, а на специализированных DSP.
В этой статье будет кратко изложена история DSP, их отличие от процессоров общего назначения, особенности их архитектуры, а также будет подробно рассказано о способах оптимизации кода.
История
Первые DSP появились в 1970-х годах. Эти процессоры стали логичным развитием специализированных аналогово-цифровых устройств, предназначенных для обработки речи, прежде всего её кодирования и фильтрации (прорыв в соответствующих научно-технических отраслях стал возможен благодаря спросу на эти технологии в годы Второй Мировой войны). Трудоемкость и сложность разработки устройств под каждую возникающую задачу, а также успехи в развитии электронной базы (широкое распространение технологии MOSFET) и математических алгоритмов (БПФ, цифровая фильтрация) привели к возможности создания универсальных, т.е. программируемых, цифровых процессоров, которые могли быть с помощью программ адаптированы для широкого класса задач. Адаптируемость на практике означала снижение стоимости разработок, сокращение времени выхода на рынок (time-to-market), возможность послепродажного обновления алгоритма для устранения ошибок, возможность поддержки новых требований пользователей. Во многих случаях эти возможности с лихвой компенсировали ухудшение производительности по сравнению со специальными ускорителями.
Рис. 1 Первый крупный успех DSP: планшет Speak&Spell (Texas Instruments, 1978) Рис. 2 С момента появления стандарта GSM DSP являются обязательным компонентом мобильных сетей Рис. 3 Обработка изображений в камерах (дебайеризация, удаление шумов, фильтрация) также выполняются на DSP (источник: https://snapshot.canon-asia.com/india/article/en/5-things-made-possible-with-digic-image-processor)
Из-за необходимости обработки в реальном времени и экономии электроэнергии DSP сильно отличались от процессоров общего назначения. В каком-то смысле они были первым примером программируемых вычислительных ускорителей, т.е. процессоров, максимально эффективно решающих определённый класс задач.
Преимущества DSP
Чем же именно отличаются DSP от обычных мощных процессоров общего назначения, особенно таких мощных как Intel Xeon или Cortex-A, и почему процессоры общего назначения не используют для обработки сигналов? Чтобы ответить на этот вопрос посмотрим на топологию современного процессора от Intel.
Рис. 4 Intel Skylake (источник: https://en.wikichip.org/wiki/intel/microarchitectures/skylake_(client) )
Из рисунка мы видим, что значительная часть площади кристалла отводится не под вычислительные ресурсы, а под сложную логику определения зависимостей, спекулятивного исполнения (out-of-order speculative execution) и составления расписания (scheduling). В сумме накладные расходы приводят к тому, что “КПД” процессора, т.е. энергия, затрачиваемая на выполнение реальных вычислений, составляет менее 1%:
While a simple arithmetic operation requires around 0.5–20 pJ, modern cores spend about 2000 pJ to schedule it.
Conventional multicore processors consume 157–707 times more energy than customized hardware designs.
(из статьи “Rise and Fall of Dark Silicon”, приведённой в списке литературы).
Чтобы сделать сравнение более конкретным, возьмём мощный процессор общего назначения от Intel и мощный DSP фирмы Texas Instruments (например Skylake Xeon Platinum 8180M и TMS320C6713BZDP300):
DSP-процессор почти своими руками
Хочется верить, что это когда-нибудь будет часть 1. Но пока она единственная.
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: Все, что тут описано, делалось на свой страх и риск. Приведенные данные по техническим решениям конкретных производителей носят справочный характер и не являются попыткой украсть чужие идеи.
Долгое время я сопротивлялся самой идее использования цифровой обработки звука. Объективных причин этому было несколько:
— основным увлечением для меня является домашнее аудио, где проблемы с АЧХ и ФЧХ выражены значительно меньше, в силу возможности оптимального расположения акустики и слушателя;
— я искренне верю, что лучший компонент в звуковом тракте — тот, который отсутствует;
— я практически ничего не понимаю в цифровой схемотехнике, только на уровне чтения даташитов;
— в моей машине слишком простая конфигурация, и вываливать деньги за многоканальный процессор душила жаба.
Победить аналоговыми средствами проблемы автозвука в машине, при этом сохранив ее функциональность, как мне кажется, нельзя. Невозможно поставить все динамики повыше, на одинаковом расстоянии от слушателя и соосно. А значит даже в идеальной инсталляции неизбежны (может быть и незаметные) компромиссы.
Да и потом, я могу понять, когда дома у меня без единого транзистора в тракте сигнал с иглы звукоснимателя идет до акустики. В машине же все исходно цифровое, и обработку сигнала куда рациональнее выполнить на уровне цифры, а аналоговыми устройствами только довести до требуемой громкости. Потому как пассивные и активные кроссоверы и, тем более, эквалайзеры, в данном случае как раз становятся «отягчающими обстоятельствами», теми элементами, которых могло бы и не быть.
Так что я все-таки сдался. Но не полностью. Но все-таки.
Итак, что мы имеем на данный момент? У меня чистое стерео, в задних дверях ничего нет. С оптической шины MOST коробочка Триома берет сигнал и превращает его в 2 пары каналов RCA. Одна пара идет на аналоговый эквалайзер (да-да, итакой динозавр у меня есть), где делится на звено СЧ+ВЧ и сабвуфер. Вторая пара — напрямую в усилитель, где уже его встроенным кроссовером подрезается и отвечает за НЧ. Короче это мрак, а не схема.
Вот я и решил попробовать после коробочки Триома поставить miniDSP 2х4, в которой провести обработку сигнала и разрезать на две полосы (НЧ и СЧ+ВЧ). А со второго выхода триомы тогда снять сигнал на отдельный усилитель сабвуфера.
Только вот очень хотелось цифровые устройства объединить под общей крышей…
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ УЧАСТНИКОВ
Адаптер MOST-RCA 2.0 от Триома
Для оптической шины MOST автомобиля «притворяется» штатным усилителем. На выход дает две пары каналов — передние и задние (еще умеет и сабвуфер, но только если это поддерживает ГУ, то есть в Premium sound). Сохраняет сигнал парктроника и все прочее. Кроме того, эмулирует сигнал Remote для управления включением прочих устройств (гальванической развязки не имеет).
С шиной MOST общается через OS8104.
Внутри стоит звуковой процессор STA309A (24bit) и ЦАП PCM1680, даташиты в сети легко находятся.
Перед выходами — ОУ 924I, две штуки.
Устройство куплено уже давно, и служит верой и правдой.
DSP-процессор miniDSP 2х4 kit
Об этой поделке сказано уже очень много, вплоть до обзоров в журнале АЗ. Напрямую из Гонконга купить не получилось — сначала вроде даже деньги взяли, но потом извинились и отказались отправлять из-за CoVid. Пришлось заказывать из Голландии через ebay. По деньгам вышло то же самое.
Соответственно, в устройстве одна пара аналоговых входов и две пары выходов. Стоит DSP-процессор ADAU1801, в котором все чудеса и содержатся.
Кроме того, я решил дополнительно приобрести автомобильный блок питания к нему…
Блок питания miniDSP Isolator
Сама miniDSP 2х4 не привередничает в отношении питания: просит на вход от 5 до 24В. Однако на борту нет гальванической развязки. Isolator позволяет гальванически отвязать плату от бортовой сети, что для цифровых устройств принципиально важно. Кроме того, он формирует сигнал Remote, включающий усилители с задержкой относительно процессора, а выключающий, наоборот, до процессора. Таким образом можно исключить щелчки в акустике.
Он основан на DC-DC преобразователе Mornsun WRB1212S-3WR2 (выходной ток 250 мА), и схема крайне примитивная — большую часть платы занимает как раз схема задержки включения Remote.
Для экономии времени его я закупил в магнитоле — у голландцев не было в наличии. Получилось немного дороже, зато сразу.
Можно было бы, конечно, на алишке подобрать что-то — но уж больно качество нестабильное там, устройства дорогие, и рисковать не хочется.
АРХИТЕКТУРА. КАК НАДО БЫЛО БЫ СДЕЛАТЬ
Если бы я был молодцом, все знал и умел, то сделал бы так.
С платы Триома я снял бы цифровой сигнал в формате I2S и пустил на ДВЕ платы miniDSP 2х4. Сами платы для этого пришлось бы переводить в режим Slave, такая опция производителем предусмотрена. Кроме того, на все устройства я бы изготовил отдельную гальванически развязанную плату блока питания (2х150мА для процессоров и еще около 300мА на триому).
В результате я бы получил процессор на 8 каналов, подключаемый к шине MOST, без лишних АЦП+ЦАП внутри.
Но я слишком плохо ориентируюсь в цифровой схемотехнике, поэтому
АРХИТЕКТУРА. ЧТО СДЕЛАНО НА САМОМ ДЕЛЕ
С платы триома выход ЦАП одной пары каналов внутри корпуса идет на вход АЦП miniDSP 2х4. Вторая пара каналов с триома идет сразу на выход — она подает сигнал на усилитель сабвуфера.
Цепи стабилизации у триома и 2х4 раздельные: 2х4 питается от Isolator, а для триомы я собрал отдельный блок на преобразователе Aimtec AM6Q-1212SZ (максимальный ток 500 мА). Дополнил элементарным фильтром: на входе предохранитель, стабилитрон, катушка 470 мГн и конденсатор 220 мкФ. На выходе — конденсатор 1 мкФ, катушка 220 мГн, конденсатор 220 мкФ. В принципе, с этого же блока питания можно было бы запитать и 2х4, но пока решил не рисковать.
Remote организован замысловато. Сигнал генерируется Триома, так как она связана с ГУ. Далее он идет на вход Remote in на Isolator miniDSP. А уже с его выхода Remote Out идет на усилители. То есть как только интерфейс ловит включение аудиосистемы, он подает сигнал на процессор, а тот, уже с задержкой — на усилители.
Сначала все компоненты раскидал на столе и прикинул размер корпуса. Естественно, нужно было предусмотреть возможное развитие идеи — место для дополнительного блока питания и второй 2х4.
С корпусом пришлось изрядно поковыряться, но получилось вполне пристойно и удобно, места там полно — можно «бутербродом» поставить вторую 2х4, увеличить блок питания… Правда, облажался с первого раза с отверстиями под RCA, пришлось пересверливать. Ну ничего, будет вентиляция.
Сразу вынес на панель два разъема USB для программирования каждой из 2х4, и отверстий насверлил с запасом.
В общем, это не электроника, а электротехника — подпаял несколько проводов, разместил платы в корпусе, перенес разъемы, вот и весь «DIY». Ну и блок питания тоже собрал, простенький, на макетной плате, чтобы не париться с дорожками и иметь потом пространство для маневра.
После сборки нужно обязательно проверить, что нигде минус и плюс не коротят, а так же нет связи между минусом питания (машины) и минусом плат и корпуса. В miniDSP не дураки работают: у Isolator все монтажные отверстия изолированы от общего провода. Но в 2х4 и Триома монтажные отверстия, минус питания и все разъемы звонятся вместе. Значит корпус устройства нельзя соединять с массой — у меня это вполне возможно, устройство монтируется на деревянную панель.
Убедившись, что в самом устройстве отвалиться ничего не должно, подключил его к питанию при отключенных разъемах Триома и miniDSP. Проверил, что на выходах блоков питания положенные 12В. Далее подключил Триому, проверил, что появился Remote. Только после этого можно включать усилители.
Как ни странно, заработало все сразу — я предварительно прописал в miniDSP примерные настройки, частоты среза и задержки, так что при включении зазвучало вполне пристойно. Я выбрал плагин 2×4 Adnvanced как наиболее универсальный. Тем не менее, еще нужно поработать и настроить все как положено.
Я попробовал и решил локальную задачу: избавился от аналогового эквалайзера, включил усилитель на полную полосу усиления (то есть его кроссоверы тоже убрал), получил возможность удобной настройки задержки и АЧХ. В качестве звучания выигрыш не такой большой, как мог бы быть, так как внутри этого самодельного процессора остался лишний ЦАП+АЦП переход.
Очень важный момент — вся настройка системы теперь может осуществляться с ноутбука в реальном времени по USB-кабелю.
Есть и косяк — слышен еле заметный высокочастотный шум. От оборотов не зависит. От ксенона тоже. При выключении аудиосистемы кнопкой в салоне не пропадает. По всей видимости, проблема в том, что разъемы в усилителе замкнуты на корпус, и через линейный провод все это «возвращается» в процессор. Можно попробовать поковыряться с распайкой линейных кабелей, поэкспериментирую — все входы и выходы защищены разделительными конденсаторами, значит смело можно по земле через сигнальный кабель устройства не соединять. Вообще проводка требует внимания, давно хотел все красиво упаковать, вот и разберусь.
А планы красивые, конечно:
— подружить miniDSP и Триома на цифровом уровне;
— докупить вторую miniDSP и поселить в том же корпусе;
— сделать общий блок питания с гальванической развязкой для всех трех плат в том же корпусе;
— …
Очень боюсь положить оба устройства. Разработчик miniDSP открыто призывает использовать плату в самоделках с шиной I2S, приложены необходимые базовые сведения. Чип STA309A, который в Триома, согласно даташита, эту шину так же поддерживает, и битность у них совпадает. Но вопрос с настройками самой шины — это осуществляется через перепрошивку процессора, насколько я понимаю, а тут я очень сильно плаваю.
Насколько я понимаю, мне необходимо по шине I2C «поправить» в прошивке чипа STA309A те части (указанные в даташите), которые отвечают за формат вывода сигнала по шине I2S таким образом, чтобы он совпал с требованиями miniDSP. При этом, если плат miniDSP будет две, то они должны быть в режиме Slave, а Master будет Триома, соответственно и клок пойдет с нее. Но это все теория, поправьте меня!
Если вдруг найдется добрый человек, который сможет разрешить мои сомнения — буду очень благодарен. На электронных форумах народ часто попадается недоброжелательный к новичкам и дилетантам.
В общем, помогите кто чем может. По-английски читаю свободно, буду рад любым ссылкам.
Можно ругать, критика приветствуется 🙂
Вся игрушка вышла совсем не дешевой.
— miniDSP 2х4 — 9500 с доставкой на ebay;
— miniDSP Isolator — 2700 в магнитоле;
— корпус и детали в Чип и Дип — 5400 (самое дорогое — корпус и стабилизатор AM6Q);
— Триома приобреталась очень давно, но сейчас стоит 11000;
ИТОГО — 28600. Да, за эти деньги можно было купить готовое изделие. Но, во-первых, Триома у меня уже была, во-вторых, процессоров под MOST мне что-то не попадалось, а покупать новую Триому под Toslink и процессор это перебор…
Ну а потом — удовольствие от сборки никто не отменял! Я уже давно не паял ничего, а тут лето, уютная маленькая мастерская, где никто не трогает до глубокой ночи… РАЙ!