O que é um processador digital de sinal (DSP)?

Entenda para que servem e quais são os tipos de processadores de sinal digital presentes em eletrônicos de consumo, incluindo smartphones, fones de ouvido e TVs

Paulo Higa Ana Marques
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Processadores de sinal digital (DSPs) são usados em sistemas de áudio e vídeo (Imagem: Vitor Pádua/Tecnoblog)
Processadores de sinal digital (DSPs) são usados em sistemas de áudio e vídeo (Imagem: Vitor Pádua/Tecnoblog)

DSP (Digital Signal Processor) é um microprocessador especializado em manipular sinais digitais, como áudio e vídeo. Ele está presente em eletrônicos que fazem parte do nosso dia a dia, como celulares, smart TVs e fones de ouvido Bluetooth.

Um processador de sinal digital pode executar algoritmos matemáticos em tempo real de maneira mais eficiente. Isso permite a criação de sistemas de cancelamento de ruído (ANC) e melhoria de definição de imagem (upscaling) com baixo consumo de energia. Entenda, a seguir, as funções do DSP.

Para que serve um processador de sinal digital (DSP)?

Um processador de sinal digital (DSP) tem como principal função processar os sinais digitais em um computador, como áudio e vídeo. Ele é usado para manipular o sinal com algoritmos específicos, que podem melhorar a clareza de uma voz ou diminuir o ruído de uma imagem.

Cancelamento de ruído mais eficiente

Em um fone de ouvido com cancelamento ativo de ruído (ANC), o DSP captura o som do ambiente (ruído) por meio dos microfones e cria uma onda sonora inversa, que é então reproduzida. Quando o ruído e a onda sonora inversa se encontram, eles se cancelam mutuamente, o que causa a impressão de um ambiente mais silencioso.

A eficiência de uma tecnologia de ANC está ligada ao DSP. Um chip superior pode identificar as diferenças no som do ambiente e criar a onda sonora inversa com maior rapidez. É por isso que fones de ouvido com ANC funcionam bem para ruídos constantes (como motores), mas nem sempre para picos abruptos (como conversas).

Correção de cor, nitidez e mais parâmetros de imagem

Os DSPs também são eficientes na melhoria da qualidade de um sinal por meio de algoritmos de filtragem digital. Um processador de sinal de imagem (ISP), que é um tipo de processador de sinal digital, atua no equilíbrio de cores, aumento de nitidez, correção de lentes e outros fatores, melhorando o aspecto visual de fotos e vídeos.

Em geral, DSPs são melhores que CPUs para o processamento de sinais porque são mais eficientes em executar operações específicas, como carregar e acumular, ou multiplicar e acumular, usados em filtros digitais. Mesmo os primeiros chips, lançados na década de 1980, executavam essas instruções em poucos nanossegundos (ns).

Como funciona o processamento digital de sinal?

O processamento digital de sinal funciona manipulando sinais originalmente analógicos, como ondas sonoras e luminosas, em um formato digital. A técnica permite aplicar cálculos matemáticos complexos para melhorar, filtrar ou extrair informações desses sinais.

Como funciona o processamento de um sinal digital pelo DSP, ADC e DAC (Imagem: Vitor Pádua/Tecnoblog)
Como funciona o processamento de um sinal digital pelo DSP, ADC e DAC (Imagem: Vitor Pádua/Tecnoblog)

A transformação de sinal analógico para digital começa com um equipamento de captura como um microfone (para ondas sonoras) ou um sensor de imagem (para ondas de luz). Esse sinal analógico passa pelo conversor analógico-digital (ADC), que transforma as ondas contínuas em uma série de amostras discretas, que podem ser representadas digitalmente, em bits.

O DSP entra em ação depois que as ondas analógicas já foram convertidas para sinais digitais. Ele pode filtrar ruídos indesejáveis de uma imagem, ajustar frequências específicas de um som (equalização) e executar outros tipos de algoritmos. O processamento de sinal pode ser feito em tempo real ou em um momento posterior.

Sempre que necessário, o sinal digital já processado pelo DSP pode ser convertido de volta para sinal analógico por meio de um conversor digital-analógico (DAC). Esse processo acontece quando um arquivo de música digital precisa ser tocado em um alto-falante, que reproduz ondas sonoras.

Qual é a diferença entre sinal digital e analógico?

Um sinal analógico é uma forma contínua, que pode variar infinitamente dentro de um intervalo de valores. Já um sinal digital é representado em números binários (0 e 1), ou seja, é uma forma discreta com uma quantidade finita de valores.

Sinais digitais usam uma série de cálculos matemáticos para representar ondas contínuas na forma de bits. Eles são importantes no contexto de eletrônicos porque são mais flexíveis e robustos que um sinal analógico. Uma onda sonora gravada em um disco de vinil, por exemplo, pode ser danificada por poeira e arranhões.

Uma onda contínua pode perder informações ao ser convertida para sinal digital. A amostragem é uma técnica que mede o valor de um sinal analógico em intervalos regulares de tempo, criando uma série de valores que irão compor o sinal digital. Quanto maior a taxa de amostragem, maior é a frequência com a qual as medições serão feitas, o que reduz as perdas.

Além disso, a conversão analógico-digital envolve a quantização, que é o processo de mapear os valores infinitos das ondas contínuas para um conjunto de números finitos em uma representação digital. Como há limitações nesse processo, pode ocorrer um ruído de quantização, o que leva à perda de detalhes em uma música ou imagem.

O que são conversores DAC e ADC?

DAC (Digital to Analog Converter) e ADC (Analog to Digital Converter) são conversores de sinais analógicos e digitais que são fundamentais em eletrônicos que possuem DSPs, como alto-falantes, fones de ouvido, câmeras digitais e smart TVs.

Um conversor ADC mede o sinal analógico em intervalos de tempo regulares e o converte para um formato binário. A taxa de amostragem é a frequência na qual as medições são feitas e geralmente é medida em hertz (Hz). Já a precisão dessas medições, também chamada de resolução, é medida em bits. Um ADC com maior amostragem e resolução gera um sinal digital mais fiel ao original.

Um conversor DAC analisa um conjunto de dados digitais e o transforma em um sinal analógico. Como o sinal digital é representado por pontos discretos, é necessário usar uma técnica de interpolação para reconstruir as ondas analógicas. Isso é feito com um filtro passa-baixo (low-pass), que determina quais frequências irão passar durante a recriação do sinal.

DACs portáteis, como o FiiO KA5, são equipados com um DSP de maior amostragem e resolução para oferecer qualidade de áudio melhor que a padrão do celular (Imagem: Divulgação/FiiO)
DACs portáteis, como o FiiO KA5, são equipados com um DSP de maior amostragem e resolução para oferecer qualidade de áudio melhor que a padrão do celular (Imagem: Divulgação/FiiO)

Quais são os tipos de processador de sinal digital (DSP)?

Podemos classificar processadores de sinal digital em dois grupos: DSPs de ponto fixo e DSPs de ponto flutuante. Entenda mais sobre eles:

  • DSP de ponto fixo: processa números inteiros, ou seja, é menos preciso. É eficiente para manipular um grande volume de dados em tempo real e geralmente é mais barato. Pode ser usado em sistemas nos quais a velocidade é mais importante que a precisão do processamento;
  • DSP de ponto flutuante: processa números de ponto flutuante, ou seja, é mais preciso. É eficiente para manipular dados que requerem alta fidelidade, como áudio Hi-Fi. Geralmente é mais barato e seu desempenho em tempo real é menos previsível.

Quais são as principais fabricantes de processadores de sinal digital (DSP)?

  • Texas Instruments (TI): fundada em 1930, é uma empresa americana especializada em DSPs para uma variedade de aplicações, de áudio e vídeo até chips para o segmento industrial;
  • Analog Devices: empresa americana criada em 1965 que fabrica DSPs para equipamentos de comunicação, além de processadores para os setores automotivo e médicos;
  • Qualcomm: é mais conhecida pelos SoCs (System-on-a-Chip) da marca Snapdragon para celulares, que contém DSPs para processamento de sinais de áudio, vídeo e radiofrequência;
  • NXP: criada originalmente em 1975 nos Países Baixos como Philips Semiconductors, é uma empresa independente desde 2006 e desenvolve DSPs para carros, smartphones e equipamentos industriais.
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Paulo Higa

Paulo Higa

Editor-executivo

Paulo Higa é jornalista com MBA em Gestão pela FGV e uma década de experiência na cobertura de tecnologia. Trabalha no Tecnoblog desde 2012, viajou para mais de 10 países para acompanhar eventos da indústria e já publicou 400 reviews de celulares, TVs e computadores. É coapresentador do Tecnocast e usa a desculpa de ser maratonista para testar wearables que ainda nem chegaram ao Brasil.

Ana Marques

Ana Marques

Gerente de Conteúdo

Ana Marques é jornalista e cobre o universo de eletrônicos de consumo desde 2016. Já participou de eventos nacionais e internacionais da indústria de tecnologia a convite de empresas como Samsung, Motorola, LG e Xiaomi. Analisou celulares, tablets, fones de ouvido, notebooks e wearables, entre outros dispositivos. Ana entrou no Tecnoblog em 2020, como repórter, foi editora-assistente de Notícias e, em 2022, passou a integrar o time de estratégia do site, como Gerente de Conteúdo. Escreveu a coluna "Vida Digital" no site da revista Seleções (Reader's Digest). Trabalhou no TechTudo e no hub de conteúdo do Zoom/Buscapé.

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