Проектируем цифровой фильтр для ЦАП

[Эзотехник]

Подскажите структуру идеального фильтра и его желаемые характеристики, например для частоты 4х44 кГц. Если в наличии значительная вычислительная мощность и объём памяти.
Нужна именно теория, поскольку "синицы в руках" уже имеются и подробно рассмотрены в других ветках (микросхемы NPC и BB).
Кстати фирма Wadia в своих изделиях применяла мотороловские процессоры на шестислойных платах, а не готовые фильтры.

[Electrovoicer]

Ох какие вкусные микрухи хачу Где брал генераторы если не секрет, какая частота ?

заказывал у силабса для рабочего проекта аналогичные на 120мгц с lvds. за одно эти заказал. двухчастотные VCXO, 11.2896 и 12.288
по ценам не скажу - контора платила

[Syava]

производитель, который не дает данные по фазовому шуму, доверия не вызывает. поверьте, когда есть, что показать, его показывают

Да просто они на слуху и авторитетом у народа, так сказать, пользуются. А вот конкретных данных на них ещё ни разу не встречал.

Добавлено через 4 минуты
По ценам: за Si530 на оф сайте просят 13$ (в местной рознице,видимо, дороже будет) .
За Фоксовские Экспрессо киевский дилер просил ~60грн.

[Electrovoicer]

13$ за такой генератор - это копейки. раньше применял эпсоны на ПАВ (EG2121), они не лучше и в три раза дороже

[tomtit]

Начитавшись всякой разной литературы по дизерингу и нойз шэйпингу, я добавил в свой ФПГА-фильтр треугольный дизер (ТПДФ) с пиковой амплитудой +-1 ЛСБ.
Вопросы:
1. Кто-нибудь из уважаемой публики может услышать наличие или отсутствие дизера в фильтре класса СМ5842 ?
2. Можно ли использовать один и тот-же дизер для обеих каналов?
3. Есть ли смысл использовать более "натуральный" гауссов шум ?
4. Надо ли улучшать статистические свойства генератора шума по сравнению с ЛФСР?

Я полагаю, что уже знаю на 50% ответы, но хочется узнать мнение человека имеюшего опыт в прослушивании и обработке звукового материала.
С уважением,
tomtit.

[Syava]

2. Можно, конечно. При снижении до 16 или выше разрядов, это сугубо декоративного плана вопрос.

Offтопик:
При более глубоком понижении (это вроде как не наш случай ) можно ещё подумать , как лучше:
с одной стороны корреляция шума между каналами делает его менее заметным на слух,
с другой - стерео шум приятней и привносит некую *атмосферность*. К тому же, при выборе малых значений дизера, корреляция его с сигналом будет *своя* в каждом канале, что тоже +, т.к. заметность такого рода искажений будет чуть ниже.

3. При выбранном вами уровне в 2МЗР, думаю, что смысла нет.
4. *ЛФСР* - это ген. шума на сдвиге с ОС?
Вобще, могу посоветовать сделать временно в проекте глубокое снижение разрядности , до, скажем, 10...8 разрядов, и в таком режиме поколдовать с дизером. При низкой разрядности всё будет слышно, как на ладони.

[Meta|_]

4. Надо ли улучшать статистические свойства генератора шума по сравнению с ЛФСР?

ИМХО, ЛФСР достаточно. Главное, чтобы период был достаточно большим.

Можно всё попробовать на ПК с заниженной разрядностью. Работы на пару часов, но выводы будут собственные, а не чужие

[tomtit]

Пока остановился на трехступенчатом фильтре с 75 коэфф в первой ступени, 31-вторая и 19-третья. Пока стараюсь импульсную характеристику делать как можно короче, на высоких звучание более мягкое, без неприятной "сверхдетальности", но пока не идеальное. Постоянно возвращаю назад SM5842 для сравнения, но большой разницы пока не вижу. Возможно то, что я слышу это результат меньшего джиттера для ФПГА версии а не разница в фильтре. В моем варианте явно слышно больше деталей (таких как дыхание певца, чей-то чих, стук клапанов органа, стук дождя по крыше зала, кто-то что-то уронил и.т.п, что вобшем-то утомляет), особенно на высоких.
Слушаю на наушники Градо-125 через старенький Пионер, что далеко не хай-енд. Ничего другого поке не смастерил, нет времени.
Референс ДАК - GDA-600 (cs8412+df1700+pcm63p-k). ДФ1700 заменил на 5842, для проверки вынимаю из панельки ДФ и подаю 4 нужных выходных сигнала с ФПГА.
Разрядность коефф 26 бит. внутреннее представление данных - тоже 26 бит. Аккумулятор 2+26+8=36 бит, остальные младшие разряды просто отрезаются, так как ошибка не может доползти до первого сохраненного МЗР за меньше, чем 256 умножений-сложений, два старших дополнительных бита используются для индикации возможного переполнения, хотя обычно хватает и одного.

Вопрос: Надо ли использовать дизер при округлении аккумулятора до внутреннего 26-битного представления ?
Пока я делаю это только на выходе для финального преобразования 36->20бит.

Генератор дизера сделан на трехмерном клеточном автомате 4х4х4=64бит. Период повторения очень большой. Дизер имеет идеальное треугольное распределение. Треугольный дизер +-1мзр является оптимальным для маскировки шума квантования идеального ЦАП. Я не могу его услышать, как ни старался.
Кому интересно - картинки прилагаются.

[Meta|_]

tomtit,
кстати, а реальные коэффициенты 5842 вы не пробовали снять?

Генератор дизера сделан на трехмерном клеточном автомате 4х4х4=64бит. Период повторения очень большой.

А почему отказались от ЛФСР? У них со статистическими свойствами всё нормально, в криптографии их не применяют в чистом виде только из-за алгебраических свойств.

Offтопик:
Юбилейное сообщение!

[tomtit]

Вы конечно же правы, но у меня были еще кое-какие соображения. 3-д клеточный автомат имеет по 4 нелокальных связи с соседями для каждой ячейки плюс трехмерность. То есть я получаю хорошую стат. независимость на каждый клок. ЛФСР же необходимо продувать на 2 длинны регистра для получения сходного результата. Как говорится с этой овцы семь шкур сдери а она уже 8-ую отрастила.
По поводу 5842 у меня есть мнение, что сами коеффициенты не слишком нужны, гораздо важнее грамотная реализация вычислений и всякие мелкие детали. Над этим и работаем ...

[Meta|_]

По поводу 5842 у меня есть мнение, что сами коеффициенты не слишком нужны, гораздо важнее грамотная реализация вычислений и всякие мелкие детали. Над этим и работаем ...

То есть оптимизация? Для снижения уровня помех?

ЛФСР же необходимо продувать на 2 длинны регистра для получения сходного результата.

Пусть молотит как есть, один бит за такт... Только выбрать "правильный" полином и более-менее нормальное начальное заполнение к нему.
Вообще, мне всегда казалось, что в аппаратной реализации ЛФСР всё равно выйдет выгоднее при сходных статистических характеристиках.
Ну да ладно

[155ла3]

Генератор дизера сделан на трехмерном клеточном автомате 4х4х4=64бит.

Можно подробнее о реализации клеточного автомата, плз.
Какую функцию клетки использовали?
Сколько связей?
Края завернуты?
Сколько ресурсов FPGA занимает?

---------- Добавлено в 05:43 ---------- Предыдущее сообщение в 05:36 ----------

Только выбрать "правильный" полином и более-менее нормальное начальное заполнение к нему

имхо, при правильном полиноме и начальное заполнение не сильно важно для наших задач - выходит "в режим" очень быстро

[Meta|_]

выходит "в режим" очень быстро

Согласен. Просто у меня сейчас в голове сплошь криптография

[tomtit]

Недавно мне удалось уделить немного времени и немного подшаманить ДФ.
Для этого пришлось оптимизировать ПЛЛ, я выкинул многоразрядные параллельные аккумуляторы, и везде, где смог применил
комбинацию однобитного сумматора и регистра сдвига(ПЛЛ работает на частоте сэмплинга, так что времени хватает).
Размер логики ПЛЛ уменьшился на 50-60%, что позволило перекинуть ресурсы на ДФ.
Теперь у меня:
коеффициенты - 32 бита
аккумуляторы - 47 битов
внутренняя шина - 32 бита
ТПДФ дизеринг 2МЗР пик-пик 17 бит - для округления выхода с 47->20 бит.
ФПГА использована на 97%, ДФ с большей степенью маньячности пока не влазит.
Звук приятный, слушаю после работы уставший, не утомляет.
Надеюсь когда-нибудь добраться до нормальной реализации на плате, если не надоест.

[Meta|_]

если не надоест.

Вот это самое опасное

Графики красивые. Нравится, что по сравнению с коммерческими ЦФ не гонитесь за минимумом затухания в полосе пропускания. Тут, как я вижу около -1дБ на 20 кГц - это, ИМХО, близко к идеалу.

[tomtit]

У кого-нибудь есть ли какие соображения по поводу реализации фильтров ДФ1700 или СМ584х ?
Опубликованные данные слегка противиречат теории:
Длинна полуполосных фильтров должна быть 3+4*К, где К-целое. С каждым инкрементом К добавлятся пара нулевых и пара ненулевых
к-тов, 153:29:17 или 169:29:17 ну никак не получается, как ни крути. Возможно, если пара крайних равна 0, но это уже фильтр на 2 короче.

[155ла3]

У кого-нибудь есть ли какие соображения по поводу реализации фильтров ДФ1700 или СМ584х ?
Опубликованные данные слегка противиречат теории:
Длинна полуполосных фильтров должна быть 3+4*К, где К-целое. С каждым инкрементом К добавлятся пара нулевых и пара ненулевых
к-тов, 153:29:17 или 169:29:17 ну никак не получается, как ни крути. Возможно, если пара крайних равна 0, но это уже фильтр на 2 короче.

имхо, там не совсем полуполосники... в реальной реализации может быть выгоднее сделать немного криво с учетом квантования коэф-в и упрощения вычислителя.

Успехов!
з.ы. а вот dsc в своем семпле рейт конверторе, судя по импульсу с него, который я видел , вааще применяет лобовой синк и не парится....

[aal]

Длинна полуполосных фильтров должна быть 3+4*К, где К-целое. С каждым инкрементом К добавлятся пара нулевых и пара ненулевых
к-тов, 153:29:17 или 169:29:17 ну никак не получается, как ни крути.

Так может это без 0 коэффициентов.....

[Meta|_]

Да... Все (в т. ч. и я ) ленятся собрать простую платку и снять точные импульсные характеристики логическим анализатором ;)

[xp9Ik]

Прошил в ФПГА - хорошо играет.

В сравнении с предыдущей реализацией ЦФ есть отличия? На слух?

[155ла3]

Оптимальная разрядность коеффициентов от 25 до 27 битов и влияет только на неравномерность в полосе пропускания и подавление в полоса задержания.

что совершенно очевидно - коеф-ты можно представить в виде бесконечной разрядности - добив до бесконечности нулями
Соответственно, разрядность к-тов будет влиять только на точность частотно-фазовых хар-тик

А вот разрядность аккумулятора и промежуточных данных нужно сделать как можно больше, мне кажется что я это слышу, хотя разумом понимаю, что это невозможно.

Засада заключается в том, что возможно.
Ошибки округления даже на низких уровнях могут сильно влиять на стат. распределение шумов квантования выходного каскада фильтра, причем эти искажения стат. распределения будут коррелированны с входным сигналом и иметь уровень порядка младшего разряда.
В случае многоступенчатого интерполятора эти искажения вообще сложно контролировать, а их полноценный контроль по ресурсам может съесть выигрышь от многоступенчатости....

Как учесть погрешности округления в аккумуляторе и преобразованя в 32бит шину пока не знаю, но не думаю, что будет сильно хуже. Все-таки 32р - это оч. и оч. много.

Matlab (fdatool) вроде считает влияние разрядности аккумуляторов

З.Ы. Прошил в ФПГА - хорошо играет.

Это самое главное!
Успехов