Garso pasaulyje, nesvarbu, ar tai sielą{0}}jaudinantis blokas kino teatre, grynas dangiškas profesionalių įrašų garsas ar švelnūs išmaniųjų garsiakalbių atsakai kasdieniame gyvenime, užkulisiuose visada yra nematomas „pagrindinis mikseris“-DSP (skaitmeninio signalo procesoriaus) skaitmeninis garso procesorius. Jis tapo profesionalaus garso už Šiame straipsnyje bus pateikta nuodugni dabartinės DSP procesorių technologinės padėties analizė- ir įžvalgos apie būsimas jų plėtros kryptis.
- Pirma dalis: dabartinės būklės analizė – didelio tikslumo, didelio efektyvumo ir didelio integravimo integravimas
Šiuolaikinė DSP skaitmeninio garso procesoriaus technologija jau seniai pralenkė paprastų ekvalaizerių ar efektų vienetų sritį, sudarydama išsamią ekosistemą, kurioje integruota{0}} didelio našumo aparatinė įranga, pažangūs algoritmai ir intelektuali programinė įranga.
1. Aparatinės įrangos platforma: našumo šuolis ir ribų suliejimas
Įvairios pagrindinės architektūros: tradiciniai skirti DSP lustai vis dar dominuoja aukščiausios klasės{0}}profesionalų rinkoje dėl deterministinio mažo delsos ir didelių lygiagretaus apdorojimo galimybių. Tuo pačiu metu didėjanti bendrosios paskirties procesorių (CPU) galia kartu su optimizuotais instrukcijų rinkiniais leidžia jiems apdoroti daug vidutinių- ir -žemų{5}} garso algoritmų. Be to, FPGA (Field-Programmable Gate Arrays) siūlo itin mažą delsą{8}} ir ypač optimizuoti konkrečius algoritmus, naudojant programuojamą aparatinės įrangos logiką. Kelių-architektūros hibridiniai sprendimai tampa aukščiausios klasės produktų tendencija.
Didelės-raiškos garso apdorojimas: 32-bitų slankiųjų ar net 64 bitų slankiųjų operacijų palaikymas tapo standartiniu aukščiausios klasės DSP. Kartu su 192 kHz ar didesniu diskretizavimo dažniu tai suteikia precedento neturintį dinaminį diapazoną ir apdorojimo tikslumą, sumažina iškraipymus ir triukšmą darbo metu.
Didelė integracija ir miniatiūrizavimas: sparčiai augant daiktų internetui ir nešiojamiesiems įrenginiams, DSP branduoliai vis dažniau integruojami kaip IP branduoliai į SoC (System on Chips). Mažas lustas vienu metu gali integruoti DSP, procesorių, GPU, kodeką ir įvairias sąsajas, o tai žymiai sumažina energijos suvartojimą ir dydį bei atitinka našumo reikalavimus.
2. Algoritmas ir programinė įranga: nuo „Taisymo“ iki „Kūrimo“
Ekstremalus klasikinių algoritmų optimizavimas: pagrindiniai algoritmai, tokie kaip FIR/IIR filtrai, dinaminio diapazono valdymas (suspaudimas, ribojimas, išplėtimas), kryžminimas ir delsa, jau yra labai subrendę. Šiuo metu pagrindinis dėmesys skiriamas didesniam našumui su mažesniu skaičiavimo sudėtingumu.
Erdvinis garsas ir įtraukianti patirtis: objekto{0}}pagrįsti garso formatai (pvz., „Dolby Atmos“, DTS:X) tapo įprastais. DSP turi apdoroti garso objektų metaduomenis realiuoju laiku- ir tiksliai atkurti 3D garso laukus skirtingoms garsiakalbių konfigūracijoms (nuo kino teatrų iki garso juostų iki ausinių), naudojant tokius algoritmus kaip aukštesnio laipsnio ambisonics (HOA) ir bangų lauko sintezė (WFS). Tai yra pažangiausias dabartinės technologijos pritaikymas-.
Gilus AI algoritmų integravimas: tai pati svarbiausia dabartinė technologinė banga. Mašininio mokymosi (ML) ir giluminio mokymosi (DL) modeliai įterpiami į DSP darbo eigas, todėl pasiekiami efektai, kuriuos sunku pasiekti naudojant tradicinius metodus:
Išmanusis triukšmo mažinimas (ANC ir SNR): prisitaikantys triukšmo slopinimo algoritmai gali dinamiškai atpažinti ir atskirti triukšmą nuo kalbos, užtikrindami aiškią skambučio kokybę TWS ausinėse ir vaizdo konferencijose.
Kalbos atskyrimas ir patobulinimas: tiksliai išskiriant konkrečius balsus iš mišrių aplinkos garsų, labai pagerėja balso padėjėjų pažadinimo{0} ir atpažinimo dažnis.
Automatinis kambario pataisymas: fiksuodamas bandomuosius signalus per mikrofoną, DSP gali automatiškai apskaičiuoti ir kompensuoti kambario akustinius defektus, todėl paprastam vartotojui suteikia „malonios vietos“ klausymosi patirtį.
Išmanieji garso efektai: AI gali analizuoti garso turinį (pvz., muzikos žanrą, žaidimo sceną) realiuoju laiku{0}}ir automatiškai suderinti optimalią garso efektų apdorojimo schemą.
3. Kūrimo aplinka: aparatinė{1}}programinė įranga ir ekosistemų kūrimas
Šiuolaikinis DSP kūrimas nebėra tik žemo{0}}lygio kodavimas. Pagrindiniai gamintojai teikia brandžias integruotas kūrimo aplinkas (IDE), grafinio programavimo įrankius (pvz., SigmaStudio) ir turtingas algoritmų bibliotekas. Tai leidžia garso inžinieriams greitai sukurti ir derinti sudėtingus garso apdorojimo srautus naudojant vilkimo-ir -numetimo komponentus, nereikalaujant gilių žinių apie lusto architektūrą, o tai žymiai sumažina kūrimo barjerą ir pagreitina pateikimo į rinką laiką.
PAntrasis menas: ateities perspektyvos – nauja suvokimo, bendradarbiavimo ir neįkyraus intelekto paradigma
Technologijų žygis niekada nesustoja. DSP procesorių ateitis judės link didesnio intelekto, gilesnės integracijos ir daugiau nematomumo.
- Gilioji simbiozėAI ir DSP
Ateities DSP bus ne tik „AI algoritmus vykdanti aparatinė įranga“, bet ir iš esmės bus „garso AI sukurtos architektūros“. NPU (Neural Processing Units) bus glaudžiai sujungti su DSP branduoliais, suformuojant nevienalytes skaičiavimo architektūras, specialiai sukurtas efektyviai apdoroti garso neuroninių tinklų modelius. Tai leis atlikti sudėtingesnes, -laiko funkcijas, pvz., balso klonavimą, semantinį scenos atpažinimą (pvz., konkrečių įvykių, pvz., stiklo dūžimo ar kūdikio verksmo, identifikavimą) ir net emocinį skaičiavimą, leidžiantį įrenginiams ne tik „aiškiai girdėti“, bet ir „suprasti“.
- Suvokimo intelektas
Pereinant nuo tradicinio signalo apdorojimo, pereinant prie suvokimo garso kodavimo ir apdorojimo, pagrįsto žmogaus klausos psichologijos ir smegenų mokslo modeliais. DSP galės suprasti, kaip žmonės suvokia garsą, todėl pirmenybę teiks akustiškai jautrios informacijos apdorojimui ir nepaisydami nejautrių dalių. Taip būtų galima pasiekti „neprarandantį“ garsą esant labai mažam bitų dažniui arba sutelkti skaičiavimo išteklius į svarbiausius garso elementus, sumaniai padidinant garso kokybę.
- Paskirstytasis ir kooperacinis apdorojimas
Tobulėjant 5G/6G ir krašto skaičiavimui, garso apdorojimo užduotys nebebus apsiriboja vienu įrenginiu. Būsimos DSP darbo eigos gali būti paskirstytos: galutinio taško įrenginiai (pvz., ausinės) atlieka pradinį fiksavimą ir triukšmo mažinimą; telefonai arba šliuzai apdoroja vidutinį-lygį; ir debesis užbaigia sudėtingiausią semantinę analizę ir gilaus mokymosi modelio išvadas. Įrenginiai bendradarbiaus naudodami mažos-delsos ryšį, kad naudotojams būtų teikiama sklandi ir nuosekli patirtis.
- Personalizavimas ir neįkyrumas
Nuolat mokydamiesi apie vartotojo įpročius, klausos profilius ir net fiziologines būsenas (pvz., per nešiojamus įrenginius), DSP suteiks labai individualų garso atvaizdavimą. Pavyzdžiai apima automatinį konkrečių dažnių juostų kompensavimą klausos negalią turintiems naudotojams arba raminančios muzikos grojimą, kai aptinkamas nuovargis. Galiausiai, aukščiausios kokybės garso patirtis taps „neįkyri“-naudotojams nereikės jokių nustatymų, nes sistema visada pateiks geriausią garsą pagal esamą scenarijų ir būseną. Technologija visiškai pasitarnaus žmonėms, atsitraukdama į antrą planą.
- Naujų taikymo sričių tyrinėjimas
AR/VR/MR (metaverse) kelia didžiausius garso įtraukimo ir interaktyvumo reikalavimus. DSP turės pasiekti realiuoju laiku-binauralinį atvaizdavimą, sinchronizuotą su galvos sekimu ir vizualiniu atvaizdavimu. Be to, automobilių akustikoje DSP bus naudojami nepriklausomoms akustinėms zonoms sukurti (kiekvienas keleivis turės savo garso erdvę), aktyviam kelio triukšmo slopinimui ir automobilio balso sąveikai-. Išmani kabina taps kitu svarbiu „akustiniu mūšio lauku“.
Išvada
Nuo garso kokybės gerinimo iki patirčių kūrimo, nuo signalų apdorojimo iki semantikos supratimo – DSP skaitmeninio garso procesoriaus raida yra pažangaus garso pramonės atnaujinimo mikrokosmosas. Jo technologinė esmė pereina nuo grynos skaičiavimo galios konkurencijos prie „skaičiavimo galios + algoritmų + suvokimo“ sintezės konkurencijos. Ateityje šios „garso smegenys“ taps galingesnės, visur esančios, tačiau subtilesnės, galiausiai pakeisdamos tai, kaip mes suvokiame pasaulį ir bendraujame vieni su kitais.
