Auswahl DSP für Audio Anwendungen

Dein Name sagt mir das wir in der gleichen Branche arbeiten, aber das 
nur am Rande :)
Warum alles nochmal neu erfinden? Was ist falsch an existierenden 
Lösungen z.B. mit SHARCs? Definiere bitte mal "viel FIR".

Nunja,

hatte erst kürzlich ein Projekt durchgerechnet, ein Eingang und 4 
Ausgänge, die ganzen Standards in jedem Ausgangskanal (EQs, Delay, 
Crossover, RMS- und Peak Limiter,...) das Gleich im Eingang und dazu ein 
FIR mit 2048 Taps der dann in der Summe Frequenz und Phase linearisiert. 
Das ganze bei 96kHz und selbst mit einem kleinen ADAU1452 gerade mal bei 
38% Auslastung laut Sigma Studio.

Wenn du nicht exorbitante Delayzeiten hast (was in einer Aktivbox kaum 
vorkommen dürfte) kommst du da selbst mit kleinen DSPs und internem RAM 
locker hin. Ein ADAU1452 verkraftet laut Datenblatt 24000 FIR Taps oder 
3000 Biquads bei 48kHz. Das ist ne Menge Holz...

Hallo Thomas,

wie kommen die 24000 FIR-TAPs zustande?

Ich habe mir das Datenblatt mal angesehen:

Bei der Frequenz von 294912000 (offenbar 1536x192k) wären das je 48000Hz 
Sampletakt 6144 Netto-TAPs. (steht auch so in der Tabelle). Für 2 Kanäle 
(Stereo) ergäbe das eine Filterlänge von 3072 und damit ein span von 
1/15,6 Hz.
Das ist schon knapp, wenn es um gute Bass/DC-Prozessierung geht.

Mit 96000 kommt man nicht hin, oder hat der mehrere Kanäle parallel? - 
Stereo?

Hallo Jürgen,

anbei mal die Ausgabe von Sigma Studio und die dazugehörige Schematic. 
Für den FIR mit 2048 taps hat er 2x 2048bytes Speicher reserviert, 
benötigt aber nur 521 Befehle.

wenn du erstmal eine vollständige Platine suchst wäre ein E-Gitarren 
Verstärke die richtige Quelle aud den Line6 Spider IV Geräten sollen 
diese Sharx DSP verbaut sein gratis dazu gibt es einen Monoverstärker.

Denke mit 40€ kann man schon den kleinen mit 15W erwerben.

Thomas F. schrieb:
> anbei mal die Ausgabe von Sigma Studio und die dazugehörige Schematic.
> Für den FIR mit 2048 taps hat er 2x 2048bytes Speicher reserviert,
> benötigt aber nur 521 Befehle.

Dann scheint er wohl einiges parallel zu machen oder es ist eine 
Kaskade.
Müsste man jetzt mehr über den Filter und die Struktur wissen. 
Allerdings kriege Ich es noch nicht ganz mit der Tabelle in der SPEC 
überein. Wie auch immer...

Die andere Frage wäre, ob bei 96kHz 2024 TAPs reichen. Dabei werden etwa 
20 ms erfasst.  Davon ausgehend, dass in den Koeffizienten ein Fenster 
steckt, wäre das ein Filter mit 50 Hz. Passt das für die Applikation?

Ich habe in meinem Audio-DSP (was FIR angeht) symmetrische Filter drin, 
brauche also für 1024 TAPs jeweils 512 Additionen + 512 Multiplikationen 
und die Akku. Ausgelegt sind die mit einem Fenster über mindestens 2 
Perioden bei 20Hz, also >100ms. Bei 96kHz dann in Richtung 16384 TAPs.


Hi-Tech-Progger schrieb:
> Ich habe nicht umsonst einen link auf das MiniDSP-System gesetzt. Das
> ist die Plattform mit der die meisten Hersteller auch von
> professionellen Systemen heute arbeiten.
So? Da gibt es aber schon noch andere, Hypex z.B. und bei Weitem nicht 
alle Hersteller arbeiten mit solchen OEM-Modulen, sondern haben eigene 
Lösungen und dies nicht nur auf DSP-Basis.


Nop schrieb:
> Was spricht eigentlich gegen nen Cortex-M4, der pi mal Daumen nen Zehner
> kostet?
DSPs sind schon in Richtung Audio und den Anforderungen optimiert und so 
viel teuer auch nicht.

Jürgen S. schrieb:

> Die andere Frage wäre, ob bei 96kHz 2024 TAPs reichen. Dabei werden etwa
> 20 ms erfasst.  Davon ausgehend, dass in den Koeffizienten ein Fenster
> steckt, wäre das ein Filter mit 50 Hz. Passt das für die Applikation?

Die meisten DSP für professional Audio haben maximal 2048 oder 4096 
Taps, weil du aus praktischen Gründen nur ab etwa 300Hz anwenden kannst. 
Das Problem ist die Gruppenlaufzeit. Wenn du jetzt als 
Anwendungsbeispiel einen DSP für einen aktiven Lautsprecher, sagen wir 
als Bühnenmonitor, einsetzt dann kannst du dir keine Gruppenlaufzeiten 
von 30ms, 40ms oder nochmehr leisten, weil dann durch die Verzögerungen 
das Teil unbenutzbar wird.

Im heimischen Wohnzimmer spielt sowas keine Rolle, man merkt dann bei 
extremen Verzögerungen höchstens irgendwann das das Audiosignal nicht 
mehr lippensynchron ist. :-)

Nop schrieb:
> Was spricht eigentlich gegen nen Cortex-M4, der pi mal Daumen nen Zehner
> kostet? FPU gibt's je nach Chip gleich dabei. Mit 168 MHz und 192kB RAM
> ist da einiges möglich.

Und der soll 10000 taps bei 96kHz können?

Denk nochmal darüber nach :)

10000 taps hört sich für mich so an, als wäre es sinnvoller, mit 
Multirate Filterbänken zu arbeiten.

Die vielen taps braucht man in der Regel ja nur wegen der 
Schmalbandigkeit bei der hohen Sample-Rate bei den tiefen Frequenzen.

Man kann zB mit perfect-reconstruction-Filtern das Frequenzband 
kaskadiert in jeweils 2 Bänder trennen, die dann - dank Nyquist^^ - nur 
jeweils die halbe Samplerate der letzten Stufe haben. Da kommen dann 
auch polyphase Dezimatoren und Interpolatoren ins Spiel - die kann man 
sich aber von Matlab berechnen lassen.

https://de.mathworks.com/help/dsp/examples/reconstruction-through-two-channel-filter-bank.html

Hatte das mal spaßeshalber in VHDL implementiert ... Ist aber schon 
lange her und nicht weiter genutzt.

Nop schrieb:
> Uuuhh.. jetzt, wo Du es sagst. Der M4 müßte dann wohl mit 960 MHz
> laufen, wenn MAC in einem Takt geht, aber die ganzen MACs sequentiell
> ablaufen.
... oder parallel arbeiten.

Nop schrieb:
> Aber es war auch was mit Netzwerk gefordert, und das können DSPs eher
> nicht.
Hm, "Netzwerk" hatte Ich so gelesen, daß es um die Vernetzung der Array 
Elemente, also der Lautsprecher ging. Das ist nicht unbedingt ETH. Kann 
natürlich sein, daß der TO seine Sachen per Ethernet konfigurieren will. 
Wäre jetzt die Frage ...


Thomas F. schrieb:
> Die meisten DSP für professional Audio haben maximal 2048 oder 4096
> Taps, weil du aus praktischen Gründen nur ab etwa 300Hz anwenden kannst.
> Das Problem ist die Gruppenlaufzeit.
Für diesen Anwendungsfall gebe Ich Dir Recht. FIR sind immer ein 
Problem, was die Verzögerung angeht. Da böten sich z.T. Kombinationen 
mit IIR für den Bassbereich an. Sowas habe Ich mal für ein System 
realisiert. Damals noch mit 90er-Jahre DSPs :-)

Ansonsten muss man Rechnen: Die Verzögerung für Signale um die 20Hz 
wären für Lambda/2 (als Minimum genommen) 25ms und entsprächen 10m. Für 
die Steuerung von LS in Entfernung der Bühne braucht es ohnehin eine 
passende Verzögerung. Damit sind die ab etwa 7-8m wieder interessant und 
einsetzbar. Ich hatte in meiner damaligen Applikation den Filter mal 
direkt so ausgelegt, daß es das Delay weitgehend alleine packt, ohne 
Zusatz-RAM. (Die Positionen der Lautsprecher waren bekannt und statisch 
verbaut).

Mampf F. schrieb:
> 10000 taps hört sich für mich so an, als wäre es sinnvoller, mit
> Multirate Filterbänken zu arbeiten.
Für DSPs und die Anforderung, mit möglichst wenig Resourcen auszukommen, 
ist das sicher zu bedenken, aber:

> Man kann zB mit perfect-reconstruction-Filtern das Frequenzband
> kaskadiert in jeweils 2 Bänder trennen, die dann - dank Nyquist^^ - nur
> jeweils die halbe Samplerate der letzten Stufe haben.
Diese -> Halbbandfilter haben so ihre Tücken, insbesondere bei der 
Annahme mit Nyquist und fs/2. Das stimmt so nur in der digitalen Domain. 
Für die Audioanwendungen ist das nicht unbedingt tauglich. Was man tun 
kann, ist, die Kaskadenelemente auf jeweils ein Viertel der Frequenz zu 
designen und trotzdem mit der halben abzutasten. Das spart aber nicht 
mehr viel oder ist kontraproduktiv.

> Hatte das mal spaßeshalber in VHDL implementiert ... Ist aber schon
> lange her und nicht weiter genutzt.
Ich habe da auch so meine Experimente und Messungen hinter mir und 
gerade in FPGAs muss man schauen, wo man bestimmte Zwischenergebnisse 
über mehrere Zeitebenen nutzen kann, um sich Zwischenspeicherungen zu 
sparen, weil die Platz kosten, während es beim DSP Zeit kostet. Daher 
sehen die Implementierungen im FPGA anders aus.

Ähnlich verhält es sich bei den Elementen in den Spezial-ASICs: Die sind 
schon dafür gebaut, so zu multiplizieren. Bei Grafikarten und DSPs 
dürfte es ähnlich aussehen.

Es ist auch eine Frage der Verwaltung eines Filtersystems und seiner 
Änderbarkeit und Parametrierbarkeit, ob man da eine komplizierte 
Struktur vorsehen sollte. Ein einfacher Multiplier im Artix packt heute 
in fabric!!! an die 200MHz und rotiert bei 192kHz Abtastrate eben schon 
mal 1000 Taps durch. Die Schaltung ist damit so winzig, dass man sie 
etliche Hunderte mal ins FPGA bekäme und trotzdem die Hunderte 
Multiplier noch frei hätte. Als constant coefficient sind die auch klein 
und effektiv. Als echter Multiplier mit freien Koeffizienten kann man 
das auch in Echtzeit ändern, wenn man die Koeffizientenberechnung selbst 
in den DSP verlegt.

In einem FPGA kann man die Koeffizientenberechnung parallel als pipeline 
bauen und just in time der Rechenpipeline zuführen. Damit ist das für 
jedes Sample änderbar. Das kann man dazu nutzen, eine Filterpipeline für 
mehrere Kanäle zu verwenden oder aber über die Zeitachse zu 
manipulieren.

Meine Pyratone nutzt das als "Soundmorph"-Klangeffekt.

Strubi schrieb:
> Oergs. Ich weiss ja nicht, aber zumindest mit dem 'Allwinner'-Kram würde
> ich nix selber entwickeln wollen. Die Systeme die ich bisher gesehen
> habe, waren wenig robust und dokumentiert.
Taugt aber gfs als Prototype-Platform. Die Chinesen sind einfach 
unfassbar billig. Ich habe mir eine Anzahl von S/PDIF-Wandler und DACs 
geholt, um Testaufbauten zu machen. Für die 23,99, was die Pakete 
typisch kosten :-) kriegst Du 4-6 Platinen und die kann man nicht selber 
bauen. Der Weg zur Post, um sie abzuholen ist von der Zeit her schon 
teurer :-)

Generell wäre ein richtiges komplettes Audio-System mit DSP und 
Peripherie eine nette Sache! Bis 2005 konnte man z.B. die Chameleon 
kaufen, ein System für 56303-Prozessoren, die in denr 90ern der Renner 
waren und überall verbaut worden sind.
http://www.96khz.org/htm/chameleonsynth.htm

Damit liessen sich eigene Entwicklungen machen und man konnte es direkt 
ins Rack schrauben!
Keine Ahnung, ob es heute was Vergleichbares gibt.
Ich kenne für die aktuellen DSPs nur die Evalboards der Herstellern und 
die haben keine ausreichende Peripherie oder Umgebung und auch keine 
Community die es supported.

Jürgen S. schrieb:

> Taugt aber gfs als Prototype-Platform. Die Chinesen sind einfach
> unfassbar billig. Ich habe mir eine Anzahl von S/PDIF-Wandler und DACs
> geholt, um Testaufbauten zu machen. Für die 23,99, was die Pakete
> typisch kosten :-) kriegst Du 4-6 Platinen und die kann man nicht selber
> bauen. Der Weg zur Post, um sie abzuholen ist von der Zeit her schon
> teurer :-)
>

Ich sag ja nix, ich kauf auch gern bei DX, Banggood, und was sie alles 
für lustige Namen haben.

> Generell wäre ein richtiges komplettes Audio-System mit DSP und
> Peripherie eine nette Sache! Bis 2005 konnte man z.B. die Chameleon
> kaufen, ein System für 56303-Prozessoren, die in denr 90ern der Renner
> waren und überall verbaut worden sind.
> http://www.96khz.org/htm/chameleonsynth.htm
>
> Damit liessen sich eigene Entwicklungen machen und man konnte es direkt
> ins Rack schrauben!

Was hältst du vom Ansatz, ein (oder mehrere) 56k-Design(s) in ein 
grösseres FPGA zu verbacken? Ich höre immer mal wieder von 
56k-ASM-Veteranen, dass sie an sowas Interesse hätten. Aber die 
kritische Masse fehlt noch, wenn's ans Finanzieren geht...
Die Tools drumrum sind ev. auch ein Haken, aber mit dem ollen a56 von 
Quinn Jensen geht noch was (hier liegt noch ne alte Turtle Beach mit ISA 
bus und 56k...ich bring's nicht übers Herz.)

> Keine Ahnung, ob es heute was Vergleichbares gibt.
> Ich kenne für die aktuellen DSPs nur die Evalboards der Herstellern und
> die haben keine ausreichende Peripherie oder Umgebung und auch keine
> Community die es supported.

So richtig gute Baukastensysteme wie früher habe ich auch nicht mehr 
gefunden. Es gab immer mal wieder kleine Grüppchen von Leuten, die nette 
Effekte auf dem BF533 EZKIT implementiert haben. Auf Messen tauchten 
auch immer wieder ähnlich interessante Boards auf, und verschwanden 
genauso schnell wieder in der Versenkung, wenn man sie wirklich haben 
wollte.
Der Blackfin ist allerdings mit seinen 16x16 Multipliern für Audio etwas 
unsexy.

Martin S. schrieb:
> Was hältst du vom Ansatz, ein (oder mehrere) 56k-Design(s) in ein
> grösseres FPGA zu verbacken? Ich höre immer mal wieder von
> 56k-ASM-Veteranen, dass sie an sowas Interesse hätten. Aber die
> kritische Masse fehlt noch, wenn's ans Finanzieren geht...

Das wäre natürlich ein Thema, so einen Emulator auf die Beine zu 
stellen, nur:

1) baut man einen 563xx-er mit all seinen Optionen  Interrupts  
Memories und was weiß Ich nicht alles, nicht mal so eben zusammen und 
bringt es 100% lauffähig hin. Das muss ja für alles und jeden passen.

2) Ist die Architektur mit 24 Bit inzwischen weitgehend überholt und das 
nicht nur, was FPGAs oder DSPs angeht.

3) Ist der Wert wohl gering, weil die meisten Anwendungen (auch meine 
eigenen) auf C und nicht auf Assembler entwickelt sind und damit recht 
gut auf andere DSPs portierbar waren und sind - abgesehen von etwas 
Coldfire Assembler. Will heissen: Die, die Code habe und hatten, haben 
ihn schon woanders laufen.

4) damit ist das Problem noch immer nicht gelöst ist, dass eine Audio-HW 
mehr ist, als nur der Prozessor und Peripherie benötigt.

Gerade am Punkt 4 kranken ja die Evalboards, die man zu erschwinglichen 
Preisen bekommt und die ein Nutzer nicht so ohne Weiteres einsetzen kann 
und daran krankte auch meine damalige DSP-Plattform mit dem TMS320 mit 
dem Ich mal begonnen habe, Audio machen. Ich habe dafür sehr viel 
entwickelt, nicht nur Klangsynthese sondern auch Audio-Verarbeitung und 
Lautsprechersteuerung.

Daher war es ja so ein großer "Wurf", ein komplettes Studiogerät für 
500,- Euros von einem Drittanbieter zu bekommen, das komplett fertig 
ist, von Nutzern und Programmierern erworben worden und direkt benutzt 
werden konnte. Das hatte das Meiste Potenzial und hat sich trotzdem 
nicht durchgesetzt, weil es eine UAD-1 und eine SoundScape Mixtreme gab, 
die denselben Prozessor hatten und die preisgünstig im PC saßen, mit dem 
Viele eben besser arbeiten konnten.

Die Zeit fürs outboard equipment war eben Mitte der 2000er schon vorbei, 
als die PCs besser wurden. Heute kaufen selbst die zahlungsfähigen 
Studiobetreiber kaum noch digitales outboard der Mittelklasse, weil die 
CPU-Prozessoren das so ziemlich auch schon können. Nur in der Oberklasse 
in den Audio-Renderfarmen und großen Digitalkonsolen von z.B. SSL finden 
sich noch dedizierte Audio-HW-Plattformen.

Ich sehe da wenig Chancen. Wenn, müsste da eine Diplomand ran und ein 
halbes Jahr investieren und dann ein weiterer und eine Audio-Plattform 
basteln. Kommerziell ist da aber nix zu holen, denke Ich.

Wer da was Besonderes braucht, greift schon eher zu einem aktuellen DSP, 
weil der auch digitale Schnittstellen kann, einen S/PDIF Controller 
intus hat, ect. Solche Funktionen haben ihren Wert.

Es waren auch genau solche Überlegungen, die mich seinerzeit zu den 
FPGAs gebracht haben, um eben S/PDIF mehrkanalig zu haben (hatten nur 
Profiaudiokarten),  ADAT zu machen, mehrkanaliges, hochaufgelöstes MIDI 
(geht heute gerade mal mit USB 2.0 einigermaßen) und vor allem 
hochaufgelöste Klangsynthese auf 96kHz+ (hatte damals kein einziger 
Synth).

Wenn Ich mir das mit dem SigmaStudio so ansehe, wie rasch man da 
durchaus taugliche Systeme zusammenklicken kann, wird man schwerlich 
jemanden finden, der sich für ein FPGA-remake eines 56ers interessiert, 
wo noch alles per Hand gemacht werden muss und man weniger 
hineinbekommt. Diejenigen, die noch Code von damals haben und nichts 
modifizieren wollen oder können, kaufen sich beim EBAY die 
entsprechenden Karten, die es für einen Appel und ein Ei gibt. Mit einer 
Entwickler-Lizenz kannst Du da selber Code reinhacken und seit Sydec 
übernommen wurde, sind die herzlich billig. Ich habe hier sowohl einige 
Mixtreme-Karten, als auch UAD in den Rechnern stecken und eben auch die 
besagte Chameleon einsatzfähig herumliegen, um meine alten Sachen laufen 
zu lassen und 90er Jahre Techno zu machen :-)

Ansonsten ist das alles längst portiert - zunächst in VST-plugins und 
letztlich ins FPGA. Dort halt für die Architektur optimiert unter 
Nutzung der FPGA-spezifischen Randbedingungen.

Einen 56300-er FPGA-Emulator sehe Ich nicht. Die Dinger liefen ja selber 
schon auf 120MHz und viel mehr kriegt man im FPGA auch nicht hin. Von 
der Architektur mehr, als zwei oder drei in einen FPGA zu stecken dürfte 
auch kaum möglich sein.

Jürgen S. schrieb:
> 1) baut man einen 563xx-er mit all seinen Optionen  Interrupts
> Memories und was weiß Ich nicht alles, nicht mal so eben zusammen und
> bringt es 100% lauffähig hin. Das muss ja für alles und jeden passen.

So ist es nicht gedacht...es geht eigentlich nur um die 
56002-Kern-Kompatibilität, alles Interrupt-Zeug ist nicht drin und soll 
auch nicht rein, das erledigt die Front-End-CPU per DMA. Es ginge nur 
darum, gewisse zwingend in ASM geschriebene Kernroutinen gleich ablaufen 
wie im Original. Alles andere wäre viel zu aufwendig. Der eigentliche 
DSP-Kern existiert auch bereits schon und ist 56k-ähnlich. Man müsste da 
also nicht von Null anfangen, nur sehr viel regress-testen.

Wenn Du sowieso alles in C portiert hast, gebe ich Dir recht, macht 
keinen Sinn. Und wenn du 32 bit-Tiefe oder mehr brauchst, dann bist du 
eh schnell beim custom-Akku/Multiplier im FPGA.

Studio-Sachen sind eh völlig aussen vor, da ist IMHO nix mehr zu holen. 
Ich denke eher an kleine Musikbuden, die schon lange im Geschäft sind 
und vom 56k nicht wegwollen.

Auch die Sigma-Studio-Geschichte ist nicht zu schlagen, das sind schon 
geile Tools, bei solchen klassischen Audio-Chains ist auch gegen 
grafisches Programmieren nix einzuwenden.

Mir geht es eher um keep-it-simple-Sachen, die bühnentauglich sind und 
immer funktionieren, sowas im Stil eines einfachen Gitarreneffektgeräts 
oder wenns etwas mehr sein darf a la Kemper Amp. Dafür geben meine 
Musikerkollegen auch gerne mehr aus.

Zeigstl schrieb:
[i.MX6Q]
> Der ist gut dokumentiert.

Ja, bis auf den Bug im ESAI, durch den man kein TDM8 mit 96 kHz aus dem 
Audiointerface rausbekommt, da die maximal mögliche Bitclock entgegen 
der Datenblattangaben irgendwo knapp über 20 MHz liegt. Hat uns einiges 
an Nerven gekostet...

Danke für die Tipps, aber es geht hier nicht um vermeintlichen 
Qualitätsgewinn mit 96 kHz Processing, sondern um Latenz. Daher sind die 
96 kHz gesetzt.

Martin S. schrieb:
> Ich denke eher an kleine Musikbuden, die schon lange im Geschäft sind
> und vom 56k nicht wegwollen.

An wen denkst Du dabei?

Sharky schrieb:
> Das musst du mir mal erklären, warum bei der gesteigerten Abtastrate
> eine geringere Latenz auftreten soll.

Die AD/DA Laufzeiten sind bei 96 kHz halbiert, das macht in unserem 
System 100 µs aus, was durchaus signifikant ist.

Thomas U. schrieb:
> Dito. Außerdem müssten sich die meisten Anwendungen mit mehr oder
> weniger Aufwand auf einen der moderneren Chips wie DSP56724 portieren
> lassen.

Schon, aber es gibt doch mehr Leute, die noch an dem Ding hängen, als 
man denkt. Scheint sogar auch hier noch den einen oder anderen Nutzer zu 
geben:
Beitrag "Wer arbeitet noch mit der alten Motorol 56301 SW?"

Und was ich halt gerne hätte, wäre ein Abbild meines alten 
Soundprozessors:
https://web.archive.org/web/20170130163934/http://home.arcor.de/juergen.schuhmacher/chameleon.html
http://www.96khz.org/htm/chameleonsynth.htm
http://www.chameleon.synth.net/english/index.shtml

Statt der AD-Wandler und DACs hätte meine Plattform eine Anzahl PDM und 
I2S-Schnittstellen, an die man entweder analog oder mit S/PDIF dran 
kommt.
Die Bediensoftware lässt sich mit VST-Emulation sicher recht schnell 
nachbilden.  Synthesizer gäbe es dann einige. Von manchen sogar den 
Code.

Als Appetithappen mal das hier:
https://www.chameleon.synth.net/english/skins/fahrenheit/
Unten auf der Seite sind Demosongs in MP3.

Man müsste halt die komplette Coldfire Architektur und den DSP mit 
kapseln.
Es ließe sich theoretisch sogar die Frequenz hochtreiben! Aus 48kHz mach 
192kHz. Technisch wäre das machbar denke ich.