Qué es un DSP (Digital Signal Processor)

Jesús Sánchez, 2 octubre 2020

Aunque los DSP (Digital Signal Processor) han existido desde hace décadas, nunca han destacado en las hojas de características técnicas de los equipos de audio. Sin embargo, en los últimos tiempos la cosa está cambiando y muchos fabricantes presumen de la potencia de sus DSP con capacidad ANC o para crear audio en 360 grados.

Qué es un DSP

Estoy seguro de que ya sabrás que la CPU es el cerebro del ordenador. También sabrás que las CPU están diseñadas como procesadores multipropósito, esto quiere decir que pueden trabajar con casi cualquier cosa (audio, vídeo, hojas de texto, páginas web, juegos, etc.). Sin embargo, al poder hacer de todo, no son especialmente buenos (rápidos y eficientes) haciendo nada en especial.

Un DSP es un procesador dedicado a procesar señales digitales sencillas, como el audio, pero que tienen la peculiaridad de poder realizar estas funciones matemáticas a una velocidad muy alta y con un consumo de energía mínimo.

Los procesadores DSP se utilizan para acelerar la ejecución de algoritmos relacionados con el audio a la vez que consumen menos energía que una CPU típica.
DSP = Digital Signal Processor (procesador de señal digital)

A día de hoy, prácticamente, todos los dispositivos que procesan audio montan un DSP, pero, como ya imaginarás, hay una gran variedad de procesadores DSP. Los hay de diferentes tamaños, precios y potencia.

Por ejemplo, tu móvil tiene algún tipo de procesador DSP para decodificar los ficheros de sonido (MP3, AAC, etc.), para utilizar un ecualizador para mejorar los bajos de tu música, para reconocer tu voz cuando dices Hey Google y muchas cosas más.

Los auriculares inalámbricos también montan procesadores DSP para convertir los códecs Bluetooth en señales analógicas, al igual que los altavoces Bluetooth. Si un dispositivo procesa audio, es casi seguro que utiliza un DSP.


En qué se diferencia una CPU de un DSP

Las CPU generales están diseñadas para ejecutar instrucciones básicas como la suma, la resta… pero no acelerarán mediante hardware operaciones más raras y complejas.

Un DSP está optimizado para ejecutar las operaciones más comunes del procesamiento de señales digitales:

  • Operaciones en punto flotante
  • Cálculo del módulo
  • Aritmética de saturación
  • Operaciones de multiplicación-acumulación (MAC)
  • Operaciones de multiplicación-agregado fundido (FMA)
  • La transformada de Fourier
  • El trabajo con códecs

Además, los DSP se suelen diseñar para ejecutar varias de estas operaciones en paralelo (una arquitectura superescalar) para un procesamiento mucho más rápido con velocidades de reloj inferiores a las de una CPU típica. Recuerda que muchos de estos cálculos deben ser ejecutados en, prácticamente, tiempo real.

En un móvil tenemos CPU, DSP y GPU. El DSP se encarga del audio, como la descompresión de la música o la activación del asistente de voz

Los DSP también utilizan sistemas de memoria optimizados con diseño FIFO (first-in, first-out), la memoria utilizada por las CPU suele estar más desordenada. Como tales, los DSP también dependen en gran medida del Acceso Directo a la Memoria (DMA), que mueve los datos dentro y fuera de los buffers a intervalos regulares sin consumir tiempo de procesamiento.

En resumen, las CPU tienen un propósito general. Y los DSP están diseñados para acelerar por hardware las operaciones matemáticas típicas del procesamiento del audio y cuentan con arquitecturas de memoria específicas diseñadas para flujos de datos en tiempo real.

DSP en los auriculares Bluetooth

Los DSP son una parte esencial de los equipos de audio modernos, desde los sistemas de sonido de los coches, pasando por los DAC que monta tu teléfono móvil, hasta los equipos profesionales de los estudios de grabación. Un DSP de alta calidad procesará el sonido con mayor calidad y podrá aplicar efectos más complejos que van desde simples ecualizadores hasta el reconocimiento de voz, la cancelación activa de ruido y las capacidades de sonido envolvente. Los DSP de alta calidad también requieren muy poca energía, lo que prolonga la duración de las baterías de sus dispositivos para que puedan escucharse durante más tiempo.

En el mundo de los auriculares, un buen DSP puede utilizarse para mejorar la calidad de sonido haciendo que la electrónica compense las deficiencias de los drivers:

  • Generar una salida de frecuencia más amplia
  • Filtrar las reverberaciones
  • Controlar automáticamente la ganancia
  • Ajuste dinámico
  • Mezclador de canales en tiempo real para efectos de sonido envolvente
Construcción de los Apple AirDots Pro
Por ejemplo, los AirPods Pro de Apple utilizan una forma de DSP para medir el canal auditivo y luego ajustan el rendimiento de los auriculares para optimizar la calidad del audio. Además, el 360 Reality Audio de Sony necesita mapear tu oído y ajustar su señal para lograr su magia.
Sin embargo, las capacidades de DSP no son algo que se encuentre en muchas hojas de especificaciones, si es que aparece en alguna... En el caso de los auriculares, los DSP se suelen incluir con las capacidades del chip Bluetooth o vienen reflejadas en cualquier otro punto
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