• Thứ Năm, 01/09/2005 10:42 (GMT+7)

    Digital Signal Processor

    Định nghĩa: Digital signal processor (DSP) - Bộ xử lý tín hiệu số là bộ vi xử lý có thể lập trình cho một mục đích chuyên dụng nào đó, nó được thiết kế để điều khiển theo thời gian thực luồng truyền liên tục của một khối lượng lớn dữ liệu số nhằm cải tiến chất lượng hay sửa đổi, bổ sung theo những yêu cầu riêng. DSP được dùng rộng rãi để xử lý dòng dữ liệu liên tục của âm thanh, video và đồ họa.

    Bên trong mỗi máy tính đều có một bộ vi xử lý, nhưng số máy tính có bộ xử lý tín hiệu số không nhiều. Vì CPU là thiết bị số nên tất nhiên là nó xử lý dữ liệu số, như vậy câu hỏi đặt ra là dữ liệu số khác biệt gì với tín hiệu số. Về căn bản, chữ "tín hiệu" thiên về truyền thông - đó là một dòng liên tục dữ liệu số mà thường là không lưu trữ được và vì thế phải được xử lý theo thời gian thực.

    Bạn có thể thấy tín hiệu số gần như khắp nơi. Ví dụ, các tập tin nhạc MP3 tải xuống từ Internet cũng có chứa các tín hiệu số của nhạc. Một số máy quay phim thực hiện việc số hóa tín hiệu video mà chúng tạo ra và ghi lại ở dạng số. Điện thoại di động thường chuyển đổi cuộc thoại của bạn thành tín hiệu số và phát đi.

    Khác biệt về vai trò

    DSP khác hẳn với bộ vi xử lý đóng vai trò CPU trong máy tính để bàn. Công việc của CPU đòi hỏi nó phải là người tổng chỉ huy; điều hành hoạt động của nhiều loại phần cứng khác nhau như ổ đĩa cứng, giao tiếp đồ họa và mạng để chúng phối hợp nhịp nhàng nhằm thực hiện công việc một cách hiệu quả. Hệ quả là những CPU hiện đại phải chứa sẵn hàng trăm lệnh để có thể hỗ trợ tất cả các chức năng trên. Điều này đòi hỏi nó phải có bộ giải mã lệnh phức tạp để thực hiện một số lệnh rất lớn, cũng như nhiều module luận lý bên trong để có thể thực hiện khối lượng lệnh rất lớn. Vì thế, thông thường bộ vi xử lý của máy tính để bàn có đến hàng chục triệu transistor.

    Ngược lại, DSP được thiết kế như một chuyên gia. Nhiệm vụ duy nhất của nó là thực hiện một số thay đổi trong chuỗi tín hiệu số với tốc độ nhanh. Mạch của DSP chủ yếu là phần cứng chuyên thao tác trên bit và thực hiện các phép tính số học tốc độ cao để có thể nhanh chóng điều chỉnh một khối lượng dữ liệu rất lớn.

    Như vậy, tập lệnh của nó nhỏ hơn nhiều so với tập lệnh của bộ vi xử lý trên máy tính để bàn - có lẽ không nhiều hơn 80 lệnh. Điều này có nghĩa DSP chỉ cần bộ giải mã lệnh đơn giản và một vài bộ thực thi lệnh bên trong. Hơn nữa, những bộ thực thi lệnh này chỉ nhắm đến việc thực hiện các phép toán số học với tốc độ cao. Vì vậy, thông thường DSP chỉ có khoảng vài trăm ngàn transitor.

    Với vai trò chuyên gia, DSP thực hiện rất tốt công việc của mình. Với sự tập trung cho xử lý toán học, DSP có thể liên tục nhận và điều chỉnh tín hiệu số như ghi nhạc MP3 hay cuộc thoại điện thoại di động, mà không làm chậm trễ hay mất mát dữ liệu. Để cải thiện mức xuất lượng, DSP có thêm những đường truyền dữ liệu riêng giúp "tống" dữ liệu đến bộ xử lý số học và giao tiếp chip nhanh hơn.

    Ngoài ra, DSP có thể dùng kiến trúc Harvard (duy trì sự tách biệt hoàn toàn về mặt vật lý của bộ nhớ dành cho dữ liệu và lệnh), nhờ vậy việc lấy lệnh và thực thi mã chương trình không làm ảnh hưởng đến các tác vụ xử lý dữ liệu.

    Tại sao dùng DSP?

    Những tính năng của DSP làm nó lý tưởng cho nhiều ứng dụng. Bằng những giải thuật toán học cho lĩnh vực truyền thông và lý thuyết của các hệ tuyến tính, DSP có thể thực hiện các phép toán trên tín hiệu số để tăng hay giảm những đặc tính của tín hiệu. Một số giải thuật cho phép DSP xử lý tín hiệu đầu vào để chỉ xuất ra những tần số mong muốn, hiện thực cái gọi là bộ lọc.

    Ví dụ cụ thể: nhiễu chuyển tiếp thường xuất hiện ở dạng "gai" tần số cao trong tín hiệu. DSP có thể được lập trình để lọc những khối tín hiệu có các tần số cao như vậy ở tín hiệu ra. Điều này có thể loại trừ hay giảm thiểu ảnh hưởng của những loại nhiễu, chẳng hạn như trong các cuộc đàm thoại trên điện thoại di động. DSP có thể áp dụng các bộ lọc không chỉ cho tín hiệu âm thanh mà còn cả cho tín hiệu hình ảnh như tăng độ tương phản trong trong máy quét hình ảnh cộng hưởng từ.

    DSP cũng có thể được dùng để tìm kiếm những mẫu tần số hay cường độ trong một tín hiệu. Vì lý do này, DSP thường được sử dụng trong cơ cấu nhận dạng tiếng nói để kiểm tra những chuỗi âm thanh đặc biệt hay các âm vị. Khả năng này có thể dùng để thiết kế các hệ thống điện thoại không cần dùng tay trong xe hơi hay cho phép đồ chơi điện tử của trẻ em đáp ứng lại các lệnh tiếng nói.

    Vì số lượng transistor ít hơn nhiều so với CPU, DSP tiêu thụ ít điện năng hơn nên rất lý tưởng cho các sản phẩm dùng pin. Sự đơn giản của chúng cũng giúp việc chế tạo ít tốn kém hơn, vì thế chúng rất thích hợp cho các ứng dụng nhạy cảm với chi phí. Do tiêu thụ điện ít và giá thành thấp, bạn thường tìm thấy DSP trong cả điện thoại di động và đồ chơi điện tử.

    Mặt khác, một số DSP còn có nhiều bộ xử lý phép tính số học, tích hợp sẵn bộ nhớ và các đường truyền dữ liệu phụ trội, cho phép đa xử lý. Những DSP như vậy có khả năng nén tín hiệu video theo thời gian thực để truyền trên Internet và có thể giải nén, cấu trúc lại tín hiệu video ở phía nhận. Những loại DSP cao cấp, đắt tiền này thường dùng trong các thiết bị phục vụ hội thảo qua video.

    Computerworld

    ID: A0107_72