Hallo Leute, ich habe mit Hilfe von Xilinx, Virtex und System Generator eine FFT-Verarbeitung gebaut (funktioniert soweit). Nun möchte ich aber die resultierenden Betragsdaten noch im FPGA mitteln, damit ich allfälliges STörrauschen wegkriege aus den Nutzdaten (d.h. 50-100 FFT's nehmen und mitteln). Hat jemand ne schlaue Idee dazu? Ich hätte zu einem digitalen FIR-Filter tendiert, da dieser ja eigentlich als Tiefpass bzw. Mittelwertfilter für N Samples verwendet werden kann... hat da jemand Erfahrung? Vielen Dank und Grüsse
Im Prinzip hast Du Recht: ein FIR-Filter kann verwendet werden, um den Mittelwert zu bilden. In Deinem Fall musst Du darauf achten, dass Du nicht das gesamte Spektrum filterst, sondern immer nur die einzelne Spektralkomponente bzw. FFT-Linie mittelst. Je nachdem, wie viele FFT-Linien Du benötigst, würde ich Dir aber doch schwer empfehlen, keinen herkömmlichen FIR-Filter (womöglich aus der Xilinx-Library) zu verwenden. Richte Dir stattdessen einen 2-Port Memory Block her, der so groß ist, dass er ein einzelnes Spektrum aufnehmen kann (Data Width der Speicherworte muss je nach Anzahl der Additionen erhöht werden!). Wenn ein neues Sample eines neuen Spektrums reinkommt (z.B. als Stream), lies den bisherigen Wert des RAMs über den Leseport aus, addiere mit einem Adder das neue Sample, und schreib das ganze an die gleiche Adresse über den Schreibport zurück. Sobald Du 64 oder 128 Spektren aufaddiert hast, kannst Du das Ergebnis auslesen (Division kommt durch Shiften um 6 bzw. 7 umsonst), und den Speicher wieder auf 0 setzen. Braucht ein bisschen Kniffelei mit der Logik, den Countern und möglicherweise mit Pipelining, aber sowas habe ich schon öfter mal implementiert.
Kleiner Nachtrag: Ich bin jetzt davon ausgegangen, dass dann auch nur jedes 64te oder 128te Spektrum benötigt wird. Falls die Anzahl der Eingangsspektren auch die Anzahl der Ausgangsspektren sein soll, ist vielleicht doch ein FIR-Filter die einfachste Lösung. Allerdings werden dann entsprechend viele Spektren im Register/Speicher vorgehalten, was ordentlich in die Resourcen geht. Wie auch immer, mit dem FIR dann alle Filterkoeffizienten gleich 1/N, wobei N die Anzahl der Taps ist (oder auch: Summe aller Koeffizienten gleich eins).
jup, das ist richtig so. Ich ermittle mit dem FFT v6.0-Core (aus Xilinx bzw. Systemgenerator) jeweils das Spektrum aus konstant reinkommenden Audiodaten (via Ac97-Codec im Xilinx ML506-Board). Da ich mit einem einzelnen Signal aufgrund des Mikrophonrauschens nix anfangen bzw. dieses nicht repräsentativ ist, muss ich ca. 50-100 Spektren nehmen, diese mitteln und dazu ist mir einfach ein Fir-Filter in den Sinn gekommen... das geht einfach und ich habe in Xilinx systemgenerator einen Fir-Compiler, wo ich einen digitalen Tiefpass erstellen und das Rauschen rausfiltern kann. Könntest du mir evtl noch etwas genauer erklären, wie du das mit den dualport-Ram jeweils gemacht hast? Das tönt noch interessant, egal ob ich nun jedes einzelne oder nur jedes x-te Betragsspektrum verwenden möchte... Wenn ich das richtig verstanden habe, schlägst du vor, nur jedes 64 oder 128 zu addieren und nach 64 bzw. 128 Additionen mit 6 bzw. 7 zu shiften (bzw ne Division zu machen). Weshalb schlägst du das vor? Ich habe eine fsample von 48kHz und eine Trafobreite von N=1024... evtl würde das bei mir ziemlich gut klappen so! Grüsse & merci für eine Info
Ich hab zuerst eine Frage: Wozu brauchst Du das Spektrum? Es handelt sich nur um das Betragsspektrum, oder? Machst Du das nur zum Anzeigen, oder willst Du im Frequenzbereich noch etwas Filtern? Bastelst Du zur Zeit nur mit den Systemgeneratoren oder hast Du auch schon selbst VHDL-Komponenten erstellt? Ansonsten nochmal die Idee mit dem Mittelwertbildner etwas detaillierter: Angenommen, Du hast 8 Betragsspektren mit je 8 Linien (fiktives Zahlenbeispiel): Spektrum 0: 1 0 1 20 2 3 1 1 Spektrum 1: 0 2 4 21 3 2 0 0 Spektrum 2: 3 3 0 18 8 1 3 1 Spektrum 3: 2 2 1 15 4 4 5 2 Spektrum 4: 3 1 7 25 6 3 2 4 Spektrum 5: 3 4 6 31 5 7 4 2 Spektrum 6: 5 3 4 17 3 6 1 2 Spektrum 7: 3 1 3 19 2 5 6 1 Der Punkt ist jetzt, dass die Mittelung die Linien der Spektren betrifft, d.h. Du müsstest als erstes den Stream "1 0 3 2 3 3 5 3" Filtern, nicht aber das erste Spektrum "1 0 1 20 2 3 1 1". Da erkennst Du leicht, dass bei 1024 Linien ziemlich genau 1024 FIR-Filter anfallen, und das geht in die Ressourcen. Angenommen, die Samples haben jetzt alle eine Bitbreite von 8 Bit. Wir wollen 2^3 = 8 Spektren mitteln, d.h. 3 Bits kommen dazu. Macht 8+3 = 11 Bits, gibt's nicht im FPGA, wird also zu 16 Bit im Accu. Nehmen wir einen Dual-Port-Ram her mit 16 Bit Wortbreite und 8 Worten Tiefe. Als erstes setzen wir den Null: Addr 0: 0 Addr 1: 0 Addr 2: 0 Addr 3: 0 Addr 4: 0 Addr 5: 0 Addr 6: 0 Addr 7: 0 Nun kommt die erste Linie des Spektrums 0 daher: "1". Das wissen wir anhand irgendeines Zählerstandes oder so. Nimm Wert an Addr. 0 (0) und addiere die Linie (1), speichere das Ergebnis (1) an Addr 0 (jetzt 1). So geht das dann weiter für das ganze Spektrum, d.h. im Speicher steht jetzt im wesentlichen das este Spektrum: Addr 0: 1 Addr 1: 0 Addr 2: 1 Addr 3: 20 Addr 4: 2 Addr 5: 3 Addr 6: 1 Addr 7: 1 Dann kommt die erste Linie des nächsten Spektrums. Schema wie oben, d.h. im Speicher steht dann Spektrum 0 + Spektrum 1. Genauso wird mit den anderen Spektren verfahren, bis im Speicher die Summe aller acht Spektren steht, d.h. jedes eintreffende Spektrum wird verarbeitet. Aber erst nach 8 Spektren kannst Du ein gemitteltes Ausgabespektrum erstellen, indem Du den Speicher ausliest und durch 8 teilst (resp. um 3 nach rechts shiftest). Gleichzeitig den Speicher auf Null setzen. Bei 1024 Linien und 48kHz hast du so ca. 46,875 Spektren die Sekunde. Damit kämst Du bei einer Mittelung von 128 Spektren auf 0,366 gemittelte Ausgabespektren pro Sekunde, also alle 2,7 Sekunden ein Update. Mir ist noch eingefallen, dass Du auch für jedes eingehende Spektrum ein gemitteltes Ausagebspektrum erzeugen kannst, indem Du den berechneten Durchschnittswert vor der Ausgabevom Accu abziehst und den Accu nie Null setzst. Argh, das ist jetzt irgendwei schlecht erklärt, vielleicht versteht ja trotzdem einer, was ich meine.
Hallo, ja genau das suche oder versuche ich eigentlich umzusetzen... nur happerts gerade noch ein wenig... gestern hatte ich den Kopf zu voll, um das noch angehen zu können. =) eben ... es sind nur Betragsspektren die aus einem xFFT-Core kommen in regelmässigan Abständen, gekennzeichnt mit einem DataValid. Dann diese Wert für Wert über die ganze Transformationsbreite N aufaddieren und durch N wieer dividieren... und fertig =) N ist bei mir 256 - 1024 (einstellbar), Verarbeitsungsclockbase = 100MHz, AD-WAndlercloackbase = 48KHz (AC97)... kompliziert stimmt nicht, geht in Ordnung mit dem Beschrieb, der ist gut :) ... ist etwa so, wie ichs mir mal überlegt hatte... es muss nun einfach noch aufs Papier bzw. in den Systemgenerator gebracht werden... =) mit der Adressierung und dem Ganzen... das wird evtl etwas mühsam, aber machen muss ichs so oder so... also denn, pack ich das mal an! Grüsse & vielen Dank für die Infos, silvan
Und warum nicht deinen einen Eingangskanal schon vor der FFT per Tiefpass begrenzen und damit defakto mitteln ? Das was du aufwendig nach deiner FFT machen möchtest müsste auch einfach schon vor der FFT durchführbar sein. Deine Methode macht doch nur dann Sinn wenn du im störenden Rauschen des Eingangssignales (und Rauschen ist auch alles was höher der Grenzfrequenz ist die du später am Ende mit deinem Tiefpass über die FFT Werte weghaben möchtest) durch die FFT noch weitere Informationen extrahieren möchtest. Ist dies nicht der Fall so sollte eine Tiefpassfilterung schon vor der FFT dein Problem auch lösen können und das einfacher. Gruß Hagen
Total ACK. Ich war bisher nur zu faul zu schreiben aber um Rauschen raus zu filtern gibts es viel einfacher Moeglichkeiten wie deine Mittelmethode. Und dazu werden die warsch. noch viel effektiver sein. Falls du nur kleines Rauschen hast (White Gaussian Noise) dann einfach ein normaler FIR TP. Falls es ein bischen heftiger wird (Heavy tailed noise) dann zum Median filter greifen. Wenn du ein "schoeneres" Spektrum willst. Mal nach Welsh PSD googeln. Dann macht so was aehnliches wie du.
Hallo Leute, vielen Dank für die Rauschtipps. den Fir hab ich bereits eingebaut. Wichtig wäre aber vor allem die Bruchbarkeit bzw. aussagekräftigkeit des Spektrums am Ausgang der FFt. Das der Vergleich des Ausgangspekturms mit einem Normspektrum stattfinden wird, ist es wichtig, dass ich ein aussagekräftiges Ausgangs-FFT habe... dies möchte ich dardurch erreichen, dass ich z.B. jedes 128 auffsummiere durch die Anzahl der Summierten... wäre auf jeden Fall aussagekärftiger als einfach 1 enizelnes Spektrum zu verwenden. oder gitbts da ne einfachere Umsetzung (welsh PSd schau ich mir mal an, könnte was sein) um was brauchbares am Ausgang zu erhalten, was ich wieder auf ne regelung führen kann (nach dem Normspektrenvergleich)
Hagen Re schrieb: > Und warum nicht deinen einen Eingangskanal schon vor der FFT per > Tiefpass begrenzen und damit defakto mitteln ? Für das Spektrum muss jede Frequenzkomponente über die Zeit gemittelt werden, das ist etwas anderes als Filterung der einzlenen Samples im Zeitbereich. Sil Mah schrieb: > Wichtig wäre aber vor allem die Bruchbarkeit bzw. aussagekräftigkeit des > Spektrums am Ausgang der FFt. Mit Welch ist schon das richtige Stichwort gefallen, damit kannst du dann auch konkrete Aussagen über die Qualität (Bias, Varianz) deiner Spektrumsschätzung machen. Eine Alternative ist die rekursive Filterung. Das Thema wird in dem unfertigen Artikel [[Entwurf: Spektralanalyse mit der FFT]] angesprochen, ich bin aber noch nicht dazu gekommen daran weiterzuarbeiten.
Vielen Dank. Das tönt vernünftig, was der Aritkelentwurf bereits jetzt beschreibt. Noch die Nachfrage nach einer möglichkeit, dies zu implementieren in einen XILINX FPGA. Du hast zwar schon Ansätze beschrieben, wie es sich einfach implementieren lässt (shifting, rekursiv mit einer Annäherung), allerdings sehe ich da noch Probleme mit der Wortbreite .. oder behälst du diese mittels dem ständigen shiften in Grenzen? TP ist in Ordnung so ... habe mit fdatool von Matlab einen Filter nahc meinen Wènschen designt und via HDL ins Modell eingebunden.
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