Hallo zusammen, ich bin neu im FPGA-Umfeld und bin diesem Beispiel eines "PCM-Spielers" gefolgt: https://www.fpga4fun.com/PWM_DAC_3.html Ich habe neben dem DAC noch einen UART-Empfangsteil und einen FIFO für die PCM-Daten. Funktioniert alles prima. Außerhalb des FPGA habe ich eine Schaltung bestehend aus RC-Tiefpass, Operationsverstärker, Potentiometer und Kopfhöhreranschluß. Funktioniert ebenfalls. In dem Beispiel auf fpga4fun werden zunächst 8-Bit PCM-Daten benutzt. Ich habe mein Design so erweitert, dass es mit 16-Bit arbeitet, allerdings erfolgt aus dem erweiterten Werteraum überhaupt keine klangliche Verbesserung (ich erwarte kein Hifi, aber es ist zu der 8Bit Variante keinen Deut besser). Wenn ich dagegen die PCM-Daten mittels Laptopsoundkarte abspiele gibt es sehr wohl einen Unterschied zwischen 8- und 16-Bit PCM Daten. Die PCM-Daten habe ich mittels ffmpeg aus MP3s erzeugt. Die Daten sind also in Ordnung. Schwierigkeiten bereitet wohl auch die Tatsache, dass die 16Bit Wert vorzeichenbehaftet sind. Sobald negative Werte auftauchen höre ich eigentlich nur Lärm. Kann mir jemand sagen, wie ich den 1-Bit DAC so hinbekomme, dass ich damit 16-Bit vorzeichenbehaftete PCM-Werte wandeln kann? Zur Sicherheit mein DAC-Modul in Verilog: module fo_dac #( parameter BITS=16, parameter INV=1'b1) ( input reset, input [(BITS-1):0] in, output out, input clk ); localparam MSB = BITS - 1; reg [BITS:0] accumulator = 0; always @(posedge clk) accumulator <= accumulator[MSB:0] + in; assign out = (!reset ? accumulator[BITS] : 0) ^ INV; endmodule Falls jemand einen guten Literaturtipp für die Thematik FPGAs, DACs usw. hat. Kann er den gerne hier reinschreiben. FPGA-Bücher sind teuer und die Rezensionen bei Amazon haben mich alle nicht überzeugt.
Xilinx XAPP154 und XAPP155. Bei XAPP154 mal unter Sampling Rate lesen, 2,9Ghz für 16Bit... dürfte "etwas" sportlich werden. ;)
Robert S. schrieb: > .. dass es mit 16-Bit arbeitet, > allerdings erfolgt aus dem erweiterten Werteraum überhaupt keine > klangliche Verbesserung > ... > Schwierigkeiten bereitet wohl auch die Tatsache, dass die 16Bit Wert > vorzeichenbehaftet sind. Sobald negative Werte auftauchen höre ich > eigentlich nur Lärm. Wie willst du denn eine klangliche Verbesserung beurteilen, wenn du bei 16 Bits nur Lärm hörst (etwa die hälfte der Samples sind doch negativ)? Am einfachsten wandelst du vorzeichenbehafte Werte um, indem du das MSB invertierst (du könntest auch einfach 16'h8000 dazu addieren):
1 | module fo_dac |
2 | #(
|
3 | parameter BITS=16, |
4 | parameter INV=1'b1) |
5 | |
6 | (
|
7 | input reset, |
8 | input [(BITS-1):0] in, |
9 | |
10 | output out, |
11 | |
12 | input clk |
13 | );
|
14 | |
15 | localparam MSB = BITS - 1; |
16 | |
17 | reg [BITS:0] accumulator = 0; |
18 | |
19 | always @(posedge clk) |
20 | accumulator <= accumulator[MSB:0] + {~in[MSB],in[MSB-1:0]}; |
21 | |
22 | assign out = (!reset ? accumulator[BITS] : 0) ^ INV; |
23 | |
24 | endmodule
|
PingPong schrieb: > Xilinx XAPP154 und XAPP155. > > Bei XAPP154 mal unter Sampling Rate lesen, 2,9Ghz für 16Bit... dürfte > "etwas" sportlich werden. ;) Dort steht: >For example the 16-bit audio DACs in a CD system would require a clock >frequency of 2.9 GHz for full resolution of the highest frequencies. Da frage ich mich aber, wie sie darauf gekommen sind und was "highest frequencies" sein soll. Audio-CDs haben maximal 22,5kHz und die lassen sich bei entsprechender Filterung auch mit weniger PWM darstellen. Und sie schreiben auch: >In practice, a much lower clock frequency is used. Schau an. Das ist überdies auch kein FPGA-Problem, sondern ein generelles Thema, mit welcher Genauigkeit einer zufrieden ist.
Weltbester FPGA-Pongo schrieb im Beitrag #6090867: > > Dort steht: > >>For example the 16-bit audio DACs in a CD system would require a clock >>frequency of 2.9 GHz for full resolution of the highest frequencies. > > Da frage ich mich aber, wie sie darauf gekommen sind und was "highest > frequencies" sein soll. Audio-CDs haben maximal 22,5kHz und die lassen > sich bei entsprechender Filterung auch mit weniger PWM darstellen. Und > sie schreiben auch: "highest frequencies" ist die Audiobandbreite, 0-22,05Khz. Bei 1,45Ghz-Clk wären es noch 0-11,025Khz. Und bei "realistischen" 290Mhz Clk käme man auf 0-2,205Khz. Wohl gemerkt, alles bei 16Bit. Den Analogen Filter könntest du fast auslegen wie du willst, die Bandbreite gibt einzig und alleine der DAC vor.
Moin, danke erstmal an alle für die Antworten. Werde die Details in den kommenden Tagen studieren.
Auch wenn ich das nicht sinnvoll finde, könnte man dafür nicht die SerDes Bausteine verwenden? Selbst ein Artix schafft damit mehrere GBit/s.
Gustl B. schrieb: > Auch wenn ich das nicht sinnvoll finde, könnte man dafür nicht die > SerDes Bausteine verwenden? Selbst ein Artix schafft damit mehrere > GBit/s. Bevor man das macht sollte man wirklich über Delta Sigma Modulation nachdenken. Da reichen nämlich 3MHz für über theoretische 24bit (real vielleicht 20bit, das liegt aber nicht am Verfahren).
> über Delta Sigma Modulation nachdenken.
Die kann/kennt ein Antuino doch nicht.
Der kann/kennt nur PWM!
Netter thread. Spricht wieder für meine Strategie, mich in Richtung höhere Abtastraten zu orientieren :-) Aber ernsthaft, wenn ein Audiofreak diesen thread unkritisch liest, geht wieder das Geschrei los, wegen der angeblich schlechten Qualität bei digitalen Signalen. Es muss etwas differenziert werden: avr schrieb: > Bevor man das macht sollte man wirklich über Delta Sigma Modulation > nachdenken. Der DAC im paper wird ja also solcher angepriesen :-) > Da reichen nämlich 3MHz für über theoretische 24bit (real > vielleicht 20bit Ja und nein. Kommt auf die spektrale Verteilung an. Siehe das, was ich hier dazu schrieb: Beitrag "Re: 1Bit Audio als Alternative zu PWM" >das liegt aber nicht am Verfahren) Das liegt schon an der Art des Verfahrens: PingPong schrieb: > Und bei "realistischen" 290Mhz Clk käme man auf 0-2,205Khz. Die Größenrdnung stimmt. Ich verwende einen ähnlichen (um es genau zu sagen: einen besseren) Modulator für mein Bass-Array. Das arbeitet bis etwa 200Hz, dafür auf fast 24 Bit genau. Darüber wird es zunehmend schlechter. Dieses Verhältnis gilt so aber nur für den in dem paper vorgestellten Modulator erster Ordnung, einem einfachen RC-Filter und keinerlei Linearisierung. Einen Audio-PDM-Modulator baut man meistens aber nicht so. Eher einen 3. Ordnung mit mehrpoligem Filter und Anpassung des Modulators auf dessen Frequenz und Phasengang. Das erledigen die üblichen DAC-Chips intern, inklusive dithering und oversampling. Gustl B. schrieb: > Auch wenn ich das nicht sinnvoll finde, könnte man dafür nicht die > SerDes Bausteine verwenden? Selbst ein Artix schafft damit mehrere > GBit/s. Geht und wird auch gemacht, allerdings nicht unbedingt beim Audio, eher schon beim Thema Schall, genauer Ultraschall. Da gehen wir bis 6MHz Signal, nur halt keine 24 Bit. Das Problem mit diesen Taktfrequenzen ist aber, sie in eine analoge Schaltung umzusetzen. Kein Mensch kann/ möchte ohne vernünftigen Grund Mega- oder gar GigaHz mit großen Leistungen digital switchen. Es müsste also erst ein Kleinsignal-Filter hintendran und das ist schwer so störungsarm zu bekommen, dass es für 24 Bit reicht. Mit 1,5G-Transceivern kommt man bei einer Zielfrequenz von 5MHz etwa auf 12-14BIt, die sich auch analog darstellen lassen.
:
Bearbeitet durch User
Hi Leute, ich bin kein Experte - zumindest nicht auf diesem Gebiet. Der entscheidende Tipp war die Umwandlung vorzeichenbehafteten Werte in Vorzeichenlose. Damit hörte das elende Geschnarre auf, dass ich mir nicht erklären könnte. Ich verwende für dieses Experiment natürlich nur normale Elektronikbauteile aus dem Fachhandel und habe sie sauber aufs Steckbrett gepackt. Das heißt Hifi-Supersound kann ich mir knicken, aber für ein Experiment ist es schon super. Mit den neuerlichen Erfolgen habe ich das Projekt weiter aufgebohrt und genieße nun schon Stereosound bei 44kHz. Ich weiß noch nicht wo ich mit der ganzen Aktion hin will, aber für den Moment bin ich ganz begeistert, was ich in ca. 3 Wochen aus dem FPGA rausholen konnte. Vorher war Verilog/VHDL wie Hieroglyphen für mich und die letzte Physikstunde mehr als 15 Jahre her. Wen es interessiert: Ich entwickle mit einem der Lattice ICE40 FPGAs die sich ganz vorzüglich mit einer OpenSource-Toolchain ansprechen lassen. Wie andere die sich mit dieser Plattform beschäftigt haben, veröffentliche ich meine Quellen: https://github.com/thebohemian/fpgafun Vielleicht komme ich mal dazu ein "FPGA für Dummies" oder so daraus zu machen. ;)
Jürgen S. schrieb: >> Da reichen nämlich 3MHz für über theoretische 24bit (real >> vielleicht 20bit > Ja und nein. Kommt auf die spektrale Verteilung an. Siehe das, was ich > hier dazu schrieb: > Beitrag "Re: 1Bit Audio als Alternative zu PWM" Ich rede von 44,1kHz. Auf 48kHz kann ich mich noch einigen, alles andere ist für Audio bullshit. Und wer das Abtasttheorem verstanden hat, muss darüber auch nicht diskutieren. Bis 48kHz sind theoretisch mehr als 24bit erreichbar bei 64-fachen oversamplings und zwar über den gesamten Frequenzbereich. >> das liegt aber nicht am Verfahren) > Das liegt schon an der Art des Verfahrens: Dass man keine 24-bit erhält liegt einzig allein daran dass man auf der Analogseite Probleme bekommt. Dass Verfahren ist rein theoretischer Natur und kann auch theoretisch beliebige höhere Auflösungen mit entsprechendem oversampling darstellen. Alles unter der Annahme, dass man einen anständigen Modulator 5-6 Ordnung verwendet.
avr schrieb: > Ich rede von 44,1kHz. Auf 48kHz kann ich mich noch einigen, alles andere > ist für Audio bullshit Um das nochmal zu präzisieren: es ist für die Aufnahme und die die Ausgabe bullshit, es mag sein dass man intern Filter nutzt, die eine höhere Abtastrate brauchen, aber für die Ausgabe kann wieder auf eine niedrige Samplerate verlustfrei reduziert werden.
avr schrieb: > Und wer das Abtasttheorem verstanden hat, muss > darüber auch nicht diskutieren. Und wer das Abtasttheorem vollständig verstanden hat, der weiß, dass es nur für perfekte Filter gilt, die bis zur Grenzfrequenz mit Faktor 1.000 und darüber hinaus mit 0.000 abbilden, also unendlich steil sind. Diese Filter gibt es aber weder analog, noch digital. Auch nicht mit 10poligen Filtern. Mit denen schon gar nicht, weil die eifrig schwingen und Resonanzen produzieren, welche mit dem, was ursprünglich gemessen wurde, rein gar nichts zu tun hat. Deshalb arbeiten die, welche Abtastung tatsächlich verstanden haben, mit erheblich mehr als nur gerade der doppelten Abtastrate. Oszilloskope, die 50MHz darstellen wollen, arbeiten beispielsweise mit mindestens der 10-fachen Rate. In der HF-Messtechnik, wenn es darum geht, ein Signal von z.B. 1MHz auf 1% genau zu messen und in der Phase wieder abzubilden, arbeiten wir mit bis zu 100 MegaSamples, also einem Verhältnis von 1:100. Ich möchte mal wetten, dass man bei Audio auf 1 Promille genau sein muss und damit eher noch ein besseres Verhältnis braucht. Aber wahrscheinlich benutzen Audioleute spezielle Mondscheinhardware und kommen mit sehr wenig Abtastung aus. Die 44kHz sind also schon zu mickrig und macht Fehler. Die anschließende Umwandlung in Delta-Sigma mit einer geringen Modulatorfrequenz, die kleiner ist, als das 100-fache der Abtastung, macht noch weitere Probleme. Aber wahrscheinlich hört sich das ja gerade so dolle an.
Analoger schrieb: > Und wer das Abtasttheorem vollständig verstanden hat, der weiß, dass es > nur für perfekte Filter gilt, die bis zur Grenzfrequenz mit Faktor 1.000 > und darüber hinaus mit 0.000 abbilden, also unendlich steil sind. Braucht man auch nicht, weil man eben Reserve hat. Im Passband sind 1.000 auch nicht notwendig. Und bei Delta Sigma ist das Filter gar nicht so kritisch wie du denkst. Hier kann ein tradeoff in Richtung Auflösung durchgeführt werden. Wenn analog keine 24bit erreicht werden können, dann kann das quantisierungsrauschen erhöht werden, damit das Filter weniger steil sein muss. Analoger schrieb: > Oszilloskope, die 50MHz darstellen wollen, arbeiten beispielsweise mit > mindestens der 10-fachen Rate. In der HF-Messtechnik, wenn es darum > geht, ein Signal von z.B. 1MHz auf 1% genau zu messen und in der Phase > wieder abzubilden, arbeiten wir mit bis zu 100 MegaSamples, also einem > Verhältnis von 1:100 Das ist ein ganz anderes Thema. Für Sinussignale bräuchtest du auch keine 10-fache Übertastung und für 1,% Phasenmessung ebenso keine 100-fache. Bei Audio geht es um Rekonstruktion bis zu einer bestimmten Frequenz. Da reichen für 99,999% der Leute 48kHz, bzw 44,1kHz mit knapp 10% Reserve wenn man bis 20kHz geht. Meinetwegen kannst du 96kHz noch benutzen. Aber wer mit 192kHz oder gar 384kHz im Audio Bereich aufnimmt ist nicht mehr ernstzunehmen.
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschaltenBitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.