Lista przedmiotów z materiałami udostępnionymi dla studentów

Dla_studentów
  • Increase font size
  • Default font size
  • Decrease font size

Judyta Kin

Implementacja filtrów o nieskończonej odpowiedzi impulsowej II rzędu w 24-bitowym procesorze stałoprzecinkowym


Implementation of second order infinite impulse response filters in 24-bit fixed point processors


Opiekun pracy dyplomowej: prof. dr hab. inż. Paweł Strumiłło
Dodatkowy opiekun pracy dyplomowej: dr inż. Przemysław Barański

Praca dyplomowa magisterska obroniona 2020-03-16
Streszczenie pracy dyplomowej:
Praca dyplomowa magisterska dotyczy implementacji filtrów cyfrowych o nieskończonej odpowiedzi impulsowej (NOI) II-rzędu. Praca obejmuje porównanie podstawowych struktur filtru NOI pod kątem ich prawidłowej pracy w systemie wzmacniacza audio działającego w architekturze stałoprzecinkowej. Ocenie poddano uzyskaną amplitudową charakterystykę częstotliwościową każdej ze struktur oraz wartość zniekształceń harmonicznych. Uzupełnieniem pomiaru jest symulacja komputerowa działania algorytmu, dzięki której możliwa jest obserwacja kolejnych etapów obliczenia wartości próbek wyjściowych. Filtry zaimplementowane zostały przy użyciu rdzenia HiFi2 procesora SAF775x firmy NXP Semiconductors, a symulacje filtrów przeprowadzono w programie Octave. Struktury filtrów NOI jakie zostały zbadane to formy bezpośrednie I i II oraz ich wersje transponowane. Wyniki przeprowadzonych pomiarów wskazują niepoprawną pracę form : bezpośredniej II i transponowanej formy bezpośredniej I. Ich niewłaściwe działanie spowodowane jest wynikami obliczeń pośrednich, które przekraczają wartości maksymalne przyjętego formatu Q1.23. Zniekształcony w związku z przepełnieniami sygnał wyjściowy odznacza się dużą wartością współczynnika zawartości harmonicznych. Implementacja tych dwóch form jest niezalecana w systemach przetwarzania dźwięku, co zostało udowodnione. Spośród pozostałych dwóch struktur rozwiązaniem najlepszym jest transponowana forma bezpośrednia II, gdyż nie występują w trakcie jej działania błędy przepełnień i odznacza się ona mniejszym zużyciem pamięci w porównaniu do formy bezpośredniej I.
Abstract:
This Master of Science thesis is devoted to the fixed-point implementation of second-order infinite impulse response digital filters (IIR). The work includes an analysis of the four direct forms of the biquad filter. The key of this analysis is to investigate their proper work in audio amplifier system using fixed-point arithmetic. The magnitude spectrums of the studied filter structure were measured and the total harmonic distortions (TFD) factor was evaluated. To better investigate filter properties a computer simulation of the algorithm implementing the filters was performed. The device used to implement the filter is HiFi2 DSP core of SAF775x by NXP Semiconductors and simulation was done in Octave software. The structures that were investigated are the following: direct forms I and II as well as their transposed versions. The results indicate improper work of direct form II and transposed direct form I. Due to the overflow which occurs while filter output is calculated there is a distortion of the output signal. As a result, the two mentioned forms feature high THD values. Their implementation is not recommended in audio processing systems. The transposed direct form II is the best solution to use from between the two properly working filter structures because of the lower memory usage.