Adaptív FIR-szűrők hatékony megvalósítása aktív zajcsökkentő alkalmazásokhoz

OData támogatás
Konzulens:
Dr. Sujbert László
Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék

Akusztikus zajok, zavarhatások elnyomására, az alacsony frekvenciás tartományban a destruktív interferencia elvén működő aktív zajcsökkentés egy nagyon ígéretes megoldási módszert tud biztosítani. Ezek nagy konvergenciasebességű, nagy fokszámú adaptív szűrők megvalósítását igénylik, amelyek megvalósítása nem triviális és igen nagy komplexitásúak lehetnek. A mai jelfeldolgozó processzorok számítási teljesítménye mellett néhány kilohertz mintavételi frekvencián valós időben néhány ezer együtthatós adaptív FIR-szűrő futtatható. Az aktív zajcsökkentési alkalmazások viszont megkívánják a nagyobb fokszámú szűrők alkalmazását, és akár a magasabb mintavételi frekvenciát is. Ekkor az alapegyenletek implementálása eredeti formájukban nem célravezető, a frekvenciatartományban kell a szükséges konvolúciót elvégezni. A módszer alapja, hogy a diszkrét Fourier-transzformáció az FFT algoritmussal gyorsan végrehajtható, és elegendően nagy pontszám esetén a konvolúció kevesebb műveletet igényel, mint az időtartományban. Ezt a lehetőséget használják ki az OLA (overlap and add) algoritmusok, ezek azonban a transzformáció adatgyűjtése és végrehajtása miatt jelentős késleltetéssel szolgáltatják a kimeneti adatokat.

A szakirodalom számos frekvenciatartománybeli számítási módszert kínál FIR-szűrőkhöz, amelyek a kimenet és a bemenet közti késleltetést hivatottak csökkenteni. Ezeket tanulmányozva egy olyan eljárást mutatok be, amely az idő- és a frekvenciatartománybeli számítás együttes futtatásával küszöböli ki a transzformáció adatgyűjtéséből származó késleltetést. Ez az eljárás már a frekvenciatartománybeli számításhoz használt OLA algoritmus adatgyűjtési ideje alatt is szolgáltat szűrési eredményt, az időtartományban végzett részleges konvolúció és az előző OLA blokkokból származó részeredmények segítségével. A módszernek köszönhetően adaptív FIR-szűrők alkalmazásakor is lehetséges az adatgyűjtésből származó késleltetések teljes mértékű megszüntetése, valamint továbbra is gyorsabb, mint számos más időtartománybeli eljárás, amiknél ilyen fajta késleltetés nem lép fel.

Ezt az idő- és frekvenciatartománybeli késleltetésmentesen működő adaptív FIR-szűrőt MATLAB-ban és ADSP-21364 jelprocesszoron valósítottam meg. Ehhez először implementáltam a feladathoz hatékonyan használható frekvenciatartománybeli adaptációt végző Fast Block LMS algoritmust, majd ezt és a konvolúcióval kiegészített OLA algoritmust egy jelprocesszoros fejlesztőkártyán kialakított, adaptív FIR-szűrőt működtető aktív zajcsökkentő struktúrába integráltam. Ezen a kísérleti alkalmazáson méréseket végeztem olyan impulzusszerű, metronómból származó csattogó zajok és fehérzajok elnyomására, amelyeken jól demonstrálható a nagy fokszámú és magas mintavételi frekvencián működő adaptív FIR-szűrők szükségszerűsége.

Letölthető fájlok

A témához tartozó fájlokat csak bejelentkezett felhasználók tölthetik le.