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UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PARMA FACOLTÀ DI INGEGNERIA Corso di Laurea in Ingegneria delle Telecomunicazioni FILTRAGGIO DI SEGNALI AUDIO SU PIATTAFORMA.

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2 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PARMA FACOLTÀ DI INGEGNERIA Corso di Laurea in Ingegneria delle Telecomunicazioni FILTRAGGIO DI SEGNALI AUDIO SU PIATTAFORMA DSP MEDIANTE ALGORITMO DI CONVOLUZIONE FFT PARTIZIONATA Tesi di Laurea di: Christian Giottoli

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4 Filtraggio di segnali audio su piattaforma DSP mediante algoritmo di convoluzione FFT partizionata Parma, 29/04/ ARGOMENTO Implementazione su scheda DSP di un nuovo sistema di filtraggio real-time di segnali audio OBIETTIVO Effettuare filtraggi utilizzando risposte allimpulso (IR) dellordine di samples samples sono circa 2 sec. Valore tipico di IR di ampi spazi chiusi: teatri, chiese,...

5 Filtraggio di segnali audio su piattaforma DSP mediante algoritmo di convoluzione FFT partizionata Parma, 29/04/ DSP e CONVOLUZIONE Alla base del filtraggio fra segnali audio e filtri digitali (risposte allimpulso) sta la semplice formulazione matematica di convoluzione DSP Analog Devices 21161N y:=0; FOR n:=0 TO N-1 DO y:= y + a[n]·x[n]; Multiply and ACcumulate Operazione ottimizzata su DSP Eseguita in un solo ciclo macchina Clock core 100 Mhz Limite teorico 2000 MAC fra samples

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7 FILTRARE IN FREQUENZA? Filtraggio di segnali audio su piattaforma DSP mediante algoritmo di convoluzione FFT partizionata Parma, 29/04/ Esistono algoritmi efficienti per calcolare la DFT (FFT) Conviene effettuare il filtraggio in frequenza: x(n)X(k) FFT X(k) H(k) Y(k) y(n) IFFT Difetti Soluzione Prima acquisizione, poi filtraggio FFT di un numero troppo elevato Algoritmi di Overlap: Overlap and Add, Overlap and Save x(n) h(n) y(n)

8 OVERLAP AND SAVE Filtraggio di segnali audio su piattaforma DSP mediante algoritmo di convoluzione FFT partizionata Parma, 29/04/ Soluzione Difetti Overlap and Save Partizionato Tempo di latenza eccessivo Problemi di gestione memoria interna

9 Filtraggio di segnali audio su piattaforma DSP mediante algoritmo di convoluzione FFT partizionata Parma, 29/04/ OVERLAP AND SAVE PARTIZIONATO 1° blocco2° blocco3° blocco4° blocco

10 Filtraggio di segnali audio su piattaforma DSP mediante algoritmo di convoluzione FFT partizionata Parma, 29/04/ OVERLAP AND SAVE PARTIZIONATO (2) Riduzione tempo di latenza Miglior sfruttamento processore 1 FFT di M punti sostituita da P FFT ognuna di L punti Miglior ripartizione carico computazionale Maggior flessibilità nello scegliere lunghezza IR

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12 Filtraggio di segnali audio su piattaforma DSP mediante algoritmo di convoluzione FFT partizionata Parma, 29/04/ SIMULAZIONI MATLAB Convoluzione (Matlab) Overlap Save Part. (Matlab) Filtro digitale Stream di ingresso X Overlap Save Part. (DSP) X X

13 Filtraggio di segnali audio su piattaforma DSP mediante algoritmo di convoluzione FFT partizionata Parma, 29/04/ PING PONG BUFFER

14 Filtraggio di segnali audio su piattaforma DSP mediante algoritmo di convoluzione FFT partizionata Parma, 29/04/2003 FFT[A] X Filter[0] Computation circular buffer A0A0 A1A1 A2A2 A3A3 FFT[B] B 0 +A 1 B 1 +A 2 B 2 +A 3 B3B3 13 ELABORA A0A0 A2A2 A3A3 A1A1 X Filter[1] X Filter[2] X Filter[3] B0B0 B2B2 B3B3 B1B1 From input_buffer IFFT[A] To output_buffer IFFT[B] To output_buffer

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16 Filtraggio di segnali audio su piattaforma DSP mediante algoritmo di convoluzione FFT partizionata Parma, 29/04/ EFFICIENZA FFT 8192 punti Latenza 8192/48000 = 0,17 sec TAPS 50% => Eff. MAX 27 blocchi * 4096 = punti Obiettivo raggiunto !!

17 Filtraggio di segnali audio su piattaforma DSP mediante algoritmo di convoluzione FFT partizionata Parma, 29/04/ PROVE DASCOLTO Stop 4 riverberatori 2 stereodipoli (A,P) Con 2 DSP è stato possibile comandare: Registrazione anecoica:Risposta allimpulso:

18 Filtraggio di segnali audio su piattaforma DSP mediante algoritmo di convoluzione FFT partizionata Parma, 29/04/2003 CONCLUSIONI 17 Pagando un tempo di latenza pari a 0,17 sec. Convoluzione con IR da samples 8192 FFT, 50%taps, 27 blocchi) SVILUPPI FUTURI Aumentare la geometria Interfacciare il DSP con memorie esterne sulle quali salvare le risposte allimpulso dei vari teatri, chiese...

19 presentazione di Christian Giottoli FINE


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