1 Parametrisk equalizer Fremlæggelse af gruppe juni 2004

2 Fremlæggelsesplan  Kim Ngo Indledning  Kim Nørmark Lydtryksmåler  Mikkel Purup Filteralgoritme  Andreas Gregers Frekvensanalyse  Thomas Thorsen Talrepræsentation  Casper Bonde Afslutning

3 Indledning Kim Ngo

4 Parametrisk equalizer  Grafisk equalizer Fast inddeling af frekvensbånd Fastdefineret bredde  Parametrisk equalizer Variabelt inddeling af frekvenbånd Varierende bredde Filtertype Antal af filter

5 Eksterne tilslutninger

6 Opbygning af systemet

7 Analog hardware

8 Digital equalizer filter  Peakfilter og shelffilter  Implementeres på DSP  Indstillingsparametre Centerfrekvens Bredde (Peakfilter) Gain Mastergain

9 DSP-firmware  Equalizer Modtage samples Filtrering af samples Afspilning af samples  Lydtryksmåling Måle lydtrykket Sende lydtryk til pc  Frekvensanalyse Måle frekvenskarakteristik  Kommunikation med pc

10 Grafisk Brugerflade

11 Lydtryksmåler Kim Nørmark

12 Lydtryksmåler

13 IEC HzNulpunkt4. orden 20,6 HzPol2. orden 107,7 HzPol1. orden 737,9 HzPol1. orden HzPol2. orden

14 A-vægtningsfilter

15 Sallen-Key  2. ordens højpas, dbl. nulpkt i 0 Hz, dbl. pol i 20,6 Hz.  To 1. ordens højpas, nulpkt i 0 Hz, pol i 107,7 / 737,9 Hz.  2. ordens lavpas, dbl. pol i Hz

16 Root mean square (rms)

17 Direkte beregning  Dyrt og kompliceret design. 2 multipliere + integrator.  Begrænset dynamikområde. Output:100000:1(0,001 – 100 V) Input:100:1(0,1 – 10 V)

18 Tilbagekobling (log-antilog)

19 Filteralgoritme Mikkel

20 Implementering af differensligning Y[n] = b 0 x[n] + b 1 x[n-1] + b 2 x[n-2] + (a 1 /2)y[n-1] + (a 1 /2)y[n-1] + a 2 y[n-2]  På grund af filtreringsinstruktioner ændres fortegn på a- koefficienterne.  a 1 er halveret og akkumuleres to gange på grund af skalering.

21 Illustrering af filtreringsalgoritme ZALRNUL LTX2R1 MPY*+ LTD X1R1 MPY *+ LTD X0R1 MPY *+ LTA Y2R1 MPY *+ LTD Y1R1 MPY *+ LTA X2R2 MPYA *+ SACH Y1R1 SACH X0R2 ACC = 0ACC = ACC+P

22 Nuværende instruktionstid Handling Instruktioner Sæt continuos mode 1 Gem kontekst 13 Indlæsning af sample 6/7 Filtrering af og Filtrering af sidste sektion 12 Output til codec 5 Genskab kontekst 13 Return 4 I alt 99/100  Herudover bruger interruptrutinen 6+3 instruktioner, hvilket bringer antallet af instruktioner for en stereosample op på 217.

23 Optimering af filteralgoritme Handling Instruktioner Sæt continuos mode 1 Gem kontekst 13 Indlæsning af sample 6/7 Filtrering af og Filtrering af sidste sektion 12 Output til codec 5 Genskab kontekst 13 Return 4 I alt 99/100  Herudover bruger interruptrutinen 6+3 instruktioner, hvilket bringer antallet af instruktioner for en stereosample op på 217. Handling Instruktioner Sæt continuos mode 1/0 Gem kontekst 13/0 Indlæsning af sample 4/4 Filtrering af og Filtrering af sidste sektion 12 Output til codec 5 Genskab kontekst 13/0 Return 4/0 I alt 97/66  Hvis D/M fjernes fra systemet, vil det formindske antallet af instruktioner for en stereosample til 169. Hvilket giver 48 flere instruktioner.

24 Frekvensanalyse Andreas

25  At kunne måle frekvenskarakteristikken for equalizeren, højttalerne samt lytterummet ved hjælp af et sinussweep Visuel frekvensrespons Dermed bliver det lettere for brugeren at tilpasse audiosystemmet til højttalerne og rummet Formål

26  Sinussignal genereres i DSP'en på baggrund af en tabel  Filtrering af signalet med de givne filtre  Filtreret signal udsendes i begge kanaler  Audiosignalet opfanges via lydtryksmåleren  Den næste sinusfrekvens genereres osv. Virkemåde

27 Blokdiagram over virkemåde  A-vægtet frekvensrespons Vanskelig at tolke

28  Frekvensresponsen kan foretages med forskellig opløsning Fra 1 til 30 punkter per oktav  Tydelig A-vægtning på frekvenskarak- teristikken Forskellig opløsning

29  Frekvensanalyse med 10 pkt/oktav Med alle filtre nulstillet Forsøg på at equalizere audiosystemet Equalisering ud fra frekvensanalyse

30 Blokdiagram over ideel virkemåde  Ikke A-vægtet frekvensrespons Lettere at tolke korrekt

31 Talrepræsentation Thomas

32 Talrepræsentation DSP Processors Fixed-PointFloating-Point 16-bit 20-bit 24-bit32-bit IEEE 754 Other Kilde: DSP Processor Fundamentals: Architectures and Features TMS320C26

33 Koefficientkvantisering  Kun et endeligt antal diskrete nulpunkt- og polplaceringer er realiserbare.  Kvantisering af koefficienter giver ændringer i filterkarakteristik.

34 Koefficientkvantisering  Brugerfladen viser det realiserede og det ideelle filter.  Skalering er baseret på ideelle filtere. Realiseret Ideel

35 Filterberegninger Beregn ideelle koefficienter Beregn Skalerings- faktorer Kvantiser filter- koefficienter Ideelt filter Ideelt skaleret filter Kvantiseret approximation af ideelt skaleret filter

36 Beregning af skaleringsfaktorer  Ændres skaleringsfaktoren, Påvirkes hele filterbanken. 0,2 0,8 0,2 0,8 4,0 1,2 0,4 1,0 0,3 0,    11 1 KS     KS KS Endeligt gain: 4 22  KS +6dB - 6dB 0dB

37 Koefficientkvantisering  Det er ikke trivielt at udvikle en algoritme der forhindrer overflow som følge af koefficientkvantisering.  Ved at anvende en større ordlængde kan problemet minimeres.  20bit mindsker problemet.  24bit eliminerer problemet.

38 Kvantiseringsstøj 16bit 32bit  16bit

39 Kvantiseringsstøj  Kvantiseringsstøj akkumuleres gennem filtere: e = e 1 + e 2 + e 3 + e 4  e 1 til e 3 kan minimeres ved at anvende en større ordlængde. e1e1 e2e2 e3e3 e4e4 y[n] + ex[n]

40 Talrepræsentation  Repræsentation af filterkoefficienter i 16bit giver problemer ved koefficientkvantisering.  Med 24bit repræsentation elimineres problemet med koefficientkvantisering.  Med 24bit repræsentation formindskes kvantiseringsstøjen betydeligt.

41 Afslutning Casper

42 Accepttest  Test områder: Filter frekvenskarakteristik:  Overensstemmelse mellem teoretiske filtre og de implementerede? Lydtryksmåling:  Er systemet i stand til at måle korrekt lydtryk inden for dB? Frekvenskarakteristikanalyse:  Er det muligt at måle frekvenskarakteristikken for det equalizerede audiosystem?

43 Filter frekvenskarakteristik

44 Filter frekvenskarakteristik

45 Lydtryksmåling  Lydtryksområde: dB.  Test lyd: Pink noise.  Midlet over 100 målinger.  Maksimal afvigelse: 0,6 dB

46 Frekvenskarakteristikanalyse

47 Konklusion  4 brugerdefinerede filtre.  Live opdatering af koefficienter.  Lydtryksmåling (max. afvigelse 0,6 dB).  Frekvenskarakteristik vha. sinussweep.  Accepttest godkendt. Indstille filtre. Måle a-vægtet lydtryk. Måle audiosystemets frekvenskarakteristik.

48 Perspektivering  Tiltag fra fremlæggelsen. Optimering af filtreringsalgoritmen  Flere filtrer. Frekvensanalyse uden a-vægtningsfilter. 24 bit koefficienter og signalbehandling.  Andre perspektiver. Studie projekt. Moderne DSP. Nyere Kommunikationsinterface. Stand alone enhed til Hi-fi anlæg.  Ingen PC tilsluttet ved normal drift  Gemmer koefficienter mv. Fjerne overflødig HW til udvikling

49 Demonstration