Многоканальный FIR процессор

[trox]

Неспешно разрабатывается многоканальный (8 каналов) FIR процессор. Хотелось бы услышать мнение заинтересованного большинства насчет необходимого функционала.
На данный момент времени характеристики таковы :
1. Оптический (toslink) цифровой вход (Обсуждаемо).
2. Оптические (toslink) цифровые выходы (4 выходов - в каждом по 2 канала, - итого 8 каналов). (Обсуждаемо).
3. Дискретизация входного сигнала - 32 ~ 192 Кгц, 24 бита.
4. Дискретизация выходного сигнала - 96 Кгц, 24 бита.
5. Внутренняя обработка - 32 бита, плавающая точка (в дальнейшем возможно обновление - 64 бита, плавающая точка).
6. Кроссоверная секция (FIR фильтрация) - до 4096 taps на каждый канал (в дальнейшем возможно модификация). Возможна произвольная коррекция АЧХ звукового сигнала с помощью FIR фильтров.
7. Временная задержка - 0 ~ 20 mc в каждом канале с шагом 10 мкс.
8. Регулирование выходного уровня - 0 ~ 60 дб в каждом канале с шагом 0.5 дб (Обсуждаемо).
9. Мастер регулировка уровня (Обсуждаемо).
10. В дальнейшем возможно реконфигурирование процессора (изменение его аппаратной архитектуры).
11. Управление и конфигурирование процессора - USB интерфейс.

Готов выслушать дальнейшие предложения, обсуждения.

[Костя Мусатов]

А Вы разве не в теме?

Нельзя быть во всех темах разом.

[Игорь Гапонов]

Реальное время 4096tape*48kHz*8ch~1,6GMAC/sx32bit Это сколько "доступных плисок"?

[trox]

Всего одна. Например Artix-35, 2 speedgrade - 90 умножителей (32 бита, плавающая точка, там правда логика еще используется для формирования умножителей , но не так много), 15 нс примерно операции занимают...

[Игорь Гапонов]

Для 1,6 миллиардов 32 битных MAC (умножение на константу+накапливающее суммирование, включая обращение к памяти R/W) операций в секунду соответствуют ~0,7ns на такую операцию. Обычно так эффективность ДСП оценивают. Как такая операция выглядит в FPGA Artix-35?

[trox]

Вы читали что я про умножители выше написал? По простому, считайте что в этом кристалле 90 блоков MAC работающих параллельно...

[Игорь Гапонов]

Хорошо, пропущу бестактность. ...Т.е. 15нс/90=0,16нс на пределе? Тогда ресемплер (восемь каналов) с желаемым фильтром не поместится в одну.

[trox]

Как то странно Вы считаете... 48 Кгц дискретизация - 20800 нс. 20800нс делим на 15 нс (время одной операции) получается почти 1400 - умножаем на 90 - получаем порядка 120 000.

[Игорь Гапонов]

Как то странно Вы считаете... 48 Кгц дискретизация - 20800 нс. 20800нс делим на 15 нс (время одной операции) получается почти 1400 - умножаем на 90 - получаем порядка 120 000.

Я всё правильно посчитал. FIR в реальном времени- все тапы всех 8-ми каналов должны поместиться в исходном периоде отсчёта + тапы на генерацию оссчётов, не совпадающих из-за ресемпла (выход по заданию 96кГц). Ну и произвольный (не кратный периоду выходных отсчётов) шаг задержки не получается без ресемпла. На децимации нижних полос особой экономии не получится. Что в фирах хорошо (и прозрачно) - одним набором коэффициентов можно сразу все обработки делать (фильтрацию, коррекцию и ресемплинг).

Вообще, эта плиска очень хороша для дом кино (рум коррекшн и т.д).

[tomtit]

FIR - очень простая и стабильная вещь, непонятно зачем нужна плаваюшая арифметика.
На FPGA все получится отлично, если есть аппаратное умножение длинных операндов 24x24бит.
У младших Xilinx (Спартан6) этого нет (18x18 ), приходится каскадировать ДСП блоки и все становится медленным.

[Костя Мусатов]

Ещё надо помнить, что существует понятие накопление ошибки. Чем длиннее фильтр, тем больше нужна разрядность операций. Грубо говоря, при длине 4096 мы имеем 12 бит ошибки. При операциях с плавающей зопятой 32 бита точность составляет 24 бита. Можно посмотреть как ТИ или АД обрабатывают аудиоданных, повышая внутреннюю разрядность до вывода.

[Alex]

Что мешает гнать 8 каналов 768 кНz/32 bit -

Чем "гнать"?

[mr-marlen]

Мистер Марлен, а вы не попробовали прикинуть объем вычислений, необходимых для всех операций, включая даунсамплин, фильтрацию, апсемплинг с заявленными до 4096 длинами?

Я не пробовал, а посоветовал.
Учитывая что есть http://www.holmacoustics.com/dspre1_specifications.php, то 100% существует такой способ.

Frequency span : 0Hz to 700Hz Type: 16xdecimation, Finite Impulse Response - 1023 taps (Equals 16368 taps @ 44.1kHz)

Что-то мне сдается, что потребуются ДСПики, одни чипы которых будут стоить дороже шарка во много раз.

Мне и Шарка хватит. Тем более они обещают софтовые изменения.

Суть в том, что у меня есть готовый проект таких фильтров на двойную сетку и с рабочими частотами 88 и 96 и на 32 бита с пллавающей точкой. Длины фильтров у меня значительно более скромные. Однако загрузка TMS320C6726 около 50%.

И зачем 88 и 96, когда можно 44,1 и 48?

[trox]

+ тапы на генерацию оссчётов, не совпадающих из-за ресемпла (выход по заданию 96кГц). Ну и произвольны

все обработки делать (фильтрацию, коррекцию и ресемплинг).

ASRC - отдельный(отдельные) блок(и), не "отжирающий" временные ресурсы у фильтров,правда требует аппаратных ресурсов(не очень больших), ядро ASRC попробовано на прототипе правда совсем в другом кристалле, но сути это не меняет.

[Игорь Гапонов]

ASRC - отдельный(отдельные) блок(и), не "отжирающий" временные ресурсы у фильтров,правда требует аппаратных ресурсов(не очень больших), ядро ASRC попробовано на прототипе правда совсем в другом кристалле, но сути это не меняет.

Это верно, если на FIR-ресемплер тапов заложено меньше, чем на на другую обработку.

Самое интересное, что 4096 тапов не могут дать даже 12-битной точности FIR-ресемпла ЛЮБОГО ограниченного по спектру и по шкале отсчётов СИГНАЛА (а не какого-то "наиболее вероятного"). Например, для 16-ти битной точности надо не менее (и очень вероятно, что более) 130 000 тапов. Т.е. все эти "окна" (основание на применение того или иного типа окна даёт тот самый "наиболее вероятный" сигнал) - компромисс, и поэтому все "алгоритмы" ресеплеров при равной длине обработки (т.е. отсчётов, участвующих в вычислениях) на слух различаются. Чего, типа, по утверждению разработчиков "может быть, но очень редко".

[mr-marlen]

Самое интересное, что 4096 тапов не могут дать даже 12-битной точности FIR-ресемпла ЛЮБОГО ограниченного по спектру СИГНАЛА (а не какого-то "наиболее вероятного"). Например, для 16-ти битной точности надо не менее (и очень вероятно, что более) 130 000 тапов.

Очередной миф из серии теоретических измышлений. Может прежде чем что-то заявлять стоит проверить?
Как существуют ЦАП, АЦП работающие с горсткой тапов и дающие на входе/выходе 20бит?

[Игорь Гапонов]

Прежде, чем произвести точные вычисления, я наслушался всяких ресемплеров, включая Тринофф (риалтайм, 40000 семплов), и не риалтаймовые ("с длиной" до 60000 семплов в развитых DAW) . Именно "слух" заставил заняться этим вопросом вплотную. У всех ресемплеров проблемы с одним корнем - неизбежное усечение ряда Виттекера/Котельникова (та самая теорема отсчётов) при интерполяции. Это и ставит под вопрос "дельта-сигму" (те самые "цап/ацп с горсткой тапов").

Правда, следует отметить, что интерпретация "длина vs точность" нативно понятна только для FIR-реализаций. Для IIR надо нырять "в устойчивость", т.е. интерпретация здесь лучше понятна в частотном домене и выглядит как "добротность полюсов vs спектральная точность" и смотреть как єто всё завязано на "устойчивость/переполнение" циклов или системы циклов.

Собственно, никто же не собирается спорить с утверждением, что "точность ресемплера ограничена количеством исходных отсчётов и их точностью"? Тогда алгоритм "практически идеального ресемплера" должен предусматривать участие всех отчётов исходного файла в вычислениях одного дополнительного семпла. Для FIR реализации это эквивалентно "число тапов равно числу исходных ненулевых отсчётов "

[mr-marlen]

Игорь Гапонов, я уже неоднократно слышал всякий бред про фильтры, где-то даже было поверил. Потом тупо взял конвольвер, сконвертировал файлы и посмотрел спектры.
Будем предметно разговаривать когда покажете спектры. Я уже разок приводил спектры https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post1991695 . Могу еще раз, но не вижу в этом смысла.

Длина FIR фильтра ограничивает частоту среза снизу, а точнее точность сохранения и внесения изменений в форму сигнала внизу диапазона. Дискретизация ограничивает частоту сверху. Временные окна изменяют вид внеполосовых частотных составляющих. Битность определяет разрешение.

[Игорь Гапонов]

...
Длина FIR фильтра ограничивает частоту среза снизу, а точнее точность сохранения и внесения изменений в форму сигнала внизу диапазона. Дискретизация ограничивает частоту сверху. Временные окна изменяют вид внеполосовых частотных составляющих. Битность определяет разрешение.

Вот это точно бред. Например, один единственный семпл амплитудой в полную шкалу имеет "выброс" амплитудой в младший 16-ти битный разряд на интервале интерполяции удалённом больше, чем на 65 000 периодов дискретизации, причём выбросы в соседних интервалах почти друг от друга не отличаются ( в диапазоне 1,5 -0,5 LSB таких соседей около тысячи). Вы бы для начала поняли, что амплитудно временная точность и амплитудно частотная точность (спектры) связаны через преобразование Фурье, а не через "прямую пропорциональность", а потом требуйте "спектры". (во всех редакторах мы обычно смотрим на них и не вызывают удивления редкие спектральные "пички" -110дБ для 16-ти битных файлов, но почему-то забываем, что несколько "пичков" в 4LSB за десяток секунд совершенно не видны на тех же самых "спектрах")

[mr-marlen]

Например, один единственный семпл амплитудой в полную шкалу имеет "выброс" амплитудой в младший 16-ти битный разряд на интервале интерполяции удалённом больше, чем на 65 000 периодов дискретизации, причём выбросы в соседних интервалах почти друг от друга не отличаются ( в диапазоне 1,5 -0,5 LSB таких соседей около тысячи).

Я вас не понял. Извиняйте, но в теориях не силен.

Вы бы для начала поняли, что амплитудно временная точность и амплитудно частотная точность (спектры) связаны через преобразование Фурье, а не через "прямую пропорциональность", а потом требуйте "спектры"

Вы снова про неадекватность спектральных измерений?

(во всех редакторах мы обычно смотрим на них и не вызывают удивления редкие спектральные "пички" -110дБ для 16-ти битных файлов, но почему-то забываем, что несколько "пичков" в 4LSB за десяток секунд совершенно не видны на тех же самых "спектрах")

Конечно же у Игоря Гапонова акустика имеет искажения -80дБ при давлении 90дБ на 1 м, поэтому он так борется за те самые 4LSB на которые мне плевать.

[trox]

Господа, переведем обсуждение в практическую плоскость.
В какую сторону "пилить" прототип, что народу нужно, какие возможности, функции? Короче чего и сколько вешать в граммах?
P.S. И кстати, скоро появится чудо-чип в минимальном кристалле с 1700 умножителями, вот там будет где развернуться, так что заказывайте...