DF2 - Вторая версия DIY ЦФ

[dortonyan]

Итак, обещанный проект нового ЦФ.
Опыт прошлой ветки показал, что вопросы построения ЦФ сводятся к конкретному проекту. Поэтому решил создать отдельную.

Исходная ветка с обсуждением различных реализаций ЦФ здесь.
Ветка про ЦФ DF1 здесь.

С момента публикации прошлой версии ЦФ прокачал скилл по верилогу, поэтому новый ЦФ выполнен проще, и с более сложной арифметикой. В частности добавлены опции шейпера и дополнительного апсемплера, что позволяет выводить данные в том числе на малоразрядные ЦАП, типа AK4499EX.
Получив определенный опыт понял о чем писал Сергей Агеев (на счет реализации умножителей и многовходовых сумматоров на FPGA). Если правильно выбирать длину конвейера, то нет смысла изобретать оригинальную схему умножителя. Компилятор синтезирует лучше.
То же самое касается описания сумматоров: использование многовходовых сумматоров оптимизируется лучше, чем ручная разбивка на двух-входовые.

В отличие от предыдущего проекта, новый делался как заготовка для самостоятельного применения и доработки под свои задачи. Поэтому все режимы досконально не тестировались, и проект выкладывается "как есть" в версии альфа.
В исходниках есть только пара примеров: для FPGA cyclone и lcmxo2.
Описание содержит краткое перечисление основных параметров, а так же инструкцию по самостоятельной сборке проекта и генерации собственных коэф-тов в MatLab.
Картинок много, текста мало. Все как мы любим.
Утилита и ее исходник для автоматизированной конверсии коэф-тов в формат верилога прилагается.
Так же прилагаются матлабовские модели всех каскадов фильтра, архив со сгенерированными коэф-тами фильтров, примененных в проекте и симулинк-модель. Для запуска симулинк-модели нужен матлаб версии r2018b.

- 25.09.2023 - Добавил MatLab модель шейпера в симулинке. На этот раз версии r2013b. В 2018-ом матлабе че-то намудрили со спектроанализатором, и в нем амплитуда сигнала получается зависима от порядка шейпера, или от кратности оверсемплинга.

- 27.09.2023 - Правка шейпера 3-го порядка

Шейпер 3-го порядка в проекте выполнен по схеме:

NTF шейпера на 1кГц сигнале:

Данный шейпер оптимизирован для работы на невысокой частоте семплирования (х16..х32) и с разрядностью данных не менее 7..8 бит.
На работы на более высоких ЧД при меньшей разрядности данных можно упростить коэф-т шейпера, улучшив SNR и сэкономив на логике. Для этого исключается слагаемое Gain3 (по схеме симулинка):

В проекте это слагаемое находится в файле DATA_READ.v:

Данное слагаемое отклоняет значение коэф-та от 3-х, создавая дополнительный полюс на NTF. После упрощения коэф-та NTF шейпера принимает вид классического модулятора 3-го порядка.

Можно также это слагаемое не удалять, а менять его величину (увеличивать сдвиг), двигая тем самым полюс NTF.

[свернуть]

- 28.09.2023 - Отрефакторил модули DATA_READ и SAI_OUTPUT. Поправил описание.
- 05.10.2023 - Поправил DF_CONTROL. Поправил описание.

[Михаил45]

Тоесть 88\96к все же удваиваются? Хватит и этого. Абсолютное большинство музыки переписано в 44\16, в самых топовых сд на 1541а был в основном х4. От этих цап большего нельзя ожидать.

[dortonyan]

Тоесть 88\96к все же удваиваются?

Конечно. Если есть хотя бы х2 разница, то ЦФ работает. На 192к будет байпасс.
Единственное, что может возникнуть проблема, если входная ЧД превысит заданную на выход (режима децимации нету). Не помню, тестировал ли я такой кейс вообще. )
Но записи в 384к это конечно редкость редкостная.

[Михаил45]

Понятно. В режиме :

root@orangepi3-lts:~# cat /proc/asound/card*/pcm*p/sub*/hw_params
closed
access: MMAP_INTERLEAVED
format: S32_LE
subformat: STD
channels: 2
rate: 384000 (384000/1)
period_size: 1024
buffer_size: 2048
Тишина . Ну так и должно быть для 1541 в режиме i2s.

[dortonyan]

Тишина после ДФ2. Ну так и должно быть для 1541.

Ага, это хорошо. Наверное сработало распознавание некорректной частоты семплирования. В таком случае на выходе индикации ЧД "oINOVS" должны быть три единицы (7 - error).

[Михаил45]

Я ресемплер включал soxr. Твой ДФ1,2 переигрывает его безаговорочно. Поэтому аманерки, хмос только источники i2s.

[dortonyan]

Я ресемплер включал soxr. Твой ДФ1,2 переигрывает его безаговорочно.

Странно. Я думал что софтовый ресемплер должен быть как минимум не хуже.
Единственное, что там скорее всего спад будет крутой (как в моем шапре), и фильтр однопроходной (с более длинной ИХ). Но это такое...
А разрядность данных на выходе soxr можно задать 16 бит? Может там просто выход из ресемплера 24 бита, и где-то округление в 16 происходит некорректно...

[Михаил45]

Если включать ресемплер и выводить по i2s от аманеры , то звук у тда1541 становится более резким, цифровым что ли. Разрядность аманеры 16 бит. Ресемплер 32.

[dortonyan]

Разрядность аманеры 16 бит. Ресемплер 32.

Вот возможно в этом и проблема, что ресемплер выдает 32 бита, которые просто "обрезаются" до 16 бит без округления.
Поэтому для корректного сравнения нужно задать разрядность аманеры 24 или 32 бит, и пропускать через ЦФ в режиме "байпас" (чтобы работало округление).

[Михаил45]

Ясно. Но тут уж высматривается пока определенное использование ДФ2 - 2х1541а по i2s и конвейер в режиме х8 каждая.

[Turbo_man]

А у меня проект с участием DF2 опять закапризничал (играл нормально несколько дней назад, хотя я ничего не менял). Опять скользящий каждые 2...3 сек идёт шумовой кусок.
Кстати, мне ЦФ из DF1 тоже показался более приятным на слух. Поэтому я бы тоже хотел его перетащить в DF2 как один из ЦФ для выбора. Но это всё на уровне нюансов.

[dortonyan]

Опять скользящий каждые 2...3 сек идёт шумовой кусок.

В DF1 работа фильтра синхронизирована по входу. А в DF2 - по выходу. Может из-за этого разница.
Но в любом случае в синхронном тракте проблем быть не должно, где-то что-то несинхронно.

Кстати, мне ЦФ из DF1 тоже показался более приятным на слух.

А разрядности разрядность шины данных одинаковые?
В DF1 по умолчанию 31 бит, а в DF2 - 27 бит. Но можно и там и там задать любую другую.

[Turbo_man]

В DF1 работа фильтра синхронизирована по входу. А в DF2 - по выходу. Может из-за этого разница.
Но в любом случае в синхронном тракте проблем быть не должно, где-то что-то несинхронно.

Ищу проблему.

А разрядности разрядность шины данных одинаковые?
В DF1 по умолчанию 31 бит, а в DF2 - 27 бит. Но можно и там и там задать любую другую.

Да, у меня всё было по умолчанию. Попробую переделать DF2 тоже на 31 бит и сравнить, как только смогу победить шумовые вспышки.

[Михаил45]

А у меня проект с участием DF2 опять закапризничал (играл нормально несколько дней назад, хотя я ничего не менял). Опять скользящий каждые 2...3 сек идёт шумовой кусок.
Кстати, мне ЦФ из DF1 тоже показался более приятным на слух. Поэтому я бы тоже хотел его перетащить в DF2 как один из ЦФ для выбора. Но это всё на уровне нюансов.

Володя, по i2s ДФ2 играет намного мягче, музыкальнее что ли. Я его оставил.

[Turbo_man]

Offтопик:
Я ортодокс. У меня тда1541 на 16х только. Но с дизером и нойзшейпингом.
Стол с компом и измериловкой освободил. Надеюсь скоро обмерю свой вариант цапа на тдашках.

[Turbo_man]

От скользящего шума на 88 и 96 кГц удаётся избавиться только при инвертировании сигнала iLRC на входе модуля df2_fir_core. Уже всю голову сломал отчего у меня так. Завтра буду проверять соответствие времени смены сигналов данных и lrck из своего модуля фифо.

---------- Сообщение добавлено 02:05 ---------- Предыдущее сообщение было 00:52 ----------

Вывел с фифо сигналы и увидел проблему. Исправил и всё стало нормально на любой частоте. На параллельной шине данных сигналы пришлось дополнительно пропустить через регистры, чтобы убрать тамошнюю жизнь при чтении озу.

---------- Сообщение добавлено 02:07 ---------- Предыдущее сообщение было 02:05 ----------

В DF1 с фифо брал не с параллельной шины, а с последовательной. На ней было всё нормально. Поэтому и не было проблем.

---------- Сообщение добавлено 02:13 ---------- Предыдущее сообщение было 02:07 ----------

Параллельная шина оказалась с последовательно-параллельными данными чтения из озу.

[dortonyan]

Вывел с фифо сигналы и увидел проблему. Исправил и всё стало нормально на любой частоте.

С победой!

В DF1 с фифо брал не с параллельной шины, а с последовательной. На ней было всё нормально. Поэтому и не было проблем.

Не ну городить последовательную шину внутри чипа это конечно некрасиво. Надо работать с параллельными данными.

А я вот вчера подключил свой параллельный ЦАП с DF2 и попробовал услышать разницу между шарпом и полуполосником. И действительно, что-то слышно. Перетыкал джампером на ходу и показалось, что шарп "светлее".
Долго тестировать и сравнивать не стал. Нарастил разрядность шины с 27 до 31 бита, и разрядность аккумулятора с 34 до 40. Теперь разницу уловить не удается.
Возможно на шарпе из-за большей длины фильтра набегает больше погрешность округления.
Или нужна больше разрядность аккумулятора, вариант с повышением разрядности только аккумулятора не пробовал.

[Turbo_man]

Спасибо, Алексей.
Следующей задачей вижу сделать конвертор DSD2PCM.
Алексей, как бы ты предложил решать её с максимальным использованием DF2?
Фильтры есть уже. Надо бы ещё в тракт добавить усиление +5...6 дБ для сигнала DSD.

---------- Сообщение добавлено 13:41 ---------- Предыдущее сообщение было 13:36 ----------

Сейчас конвертирую налету в Фубаре (частично заранее сконвертировал в пцм 88кГц или 176), но хочется этого избежать.

---------- Сообщение добавлено 14:19 ---------- Предыдущее сообщение было 13:41 ----------

Интересное наблюдение у меня в тракте.
Увеличение уровня нойзшейпинга с 1 до 2 делает сибилянты шепелявыми немного. Так что этим увлекаться точно нельзя. Точнее надо это делать с осторожностью.

[dortonyan]

Следующей задачей вижу сделать конвертор DSD2PCM.
Алексей, как бы ты предложил решать её с максимальным использованием DF2?

Фильтры-интерполяторы для этой цели не годятся. Нужен дециматор.
Т.к. входные данные единицы и нули, то соот-но напрашивается однопроходной FIR фильтр без умножений (ранее уже обсуждался).

Пробовал моделить в матлабе, там ЕМНИП порядка 1к отводов требуется. Но дальше моделирования дело не пошло, т.к. не вижу практической надобности.
DSD - формат специфический, требующий специального плеера, со специальными плагинами. А если так, то ни что не мешает подключить и плагин конверсии "DSD to PCM". Собирать такое на плисине..., ну чиста побаловаться.
Вот сделать обратную конверсию: из PCM в битстрим (однобитный модулятор) смысл есть, ради построения однобитного ЦАПа.

Сейчас конвертирую налету в Фубаре (частично заранее сконвертировал в пцм 88кГц или 176), но хочется этого избежать.

Вот и смысл избегать? Откуда еще воспроизводить DSD, если не с фубара или какого AP плеера?

Увеличение уровня нойзшейпинга с 1 до 2 делает сибилянты шепелявыми немного.

Надо контролировать измериловкой, что меняется на выходе. Не должно быть такого. По крайней мере на разрядностях от 16 бит и больше внеполосные шумы небольшие и слышимых артефактов создавать не должны.
Может где-то в шейпере переполнение проскакивает, я все режимы не тестировал.
Кстати, на небольшой ЧД (x4) порядок шейпера наоборот лучше побольше.

[Михаил45]

Спасибо, Алексей.
Увеличение уровня нойзшейпинга с 1 до 2 делает сибилянты шепелявыми немного. Так что этим увлекаться точно нельзя. Точнее надо это делать с осторожностью.

Согласен. Увеличение разрядности тоже не смягчает звук.

[Turbo_man]

Ну почему? Я тоже увеличил разрядность данных до 31 и аккумулятора до 40. Вроде очень даже норм. Из фильтров пока предпочитаю 11 и 10. Это slow и short?
Normal 00 я бы заменил на фильтр sharp из DF1.