งานนำเสนอกำลังจะดาวน์โหลด โปรดรอ

งานนำเสนอกำลังจะดาวน์โหลด โปรดรอ

DSP 10 Multirate Signal Processing การประมวลผลแบบหลายอัตราสุ่ม ดร. พีระพล ยุวภูษิตานนท์ ภาควิชา วิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ CESdSP DSP9-1 EEET0485 Digital Signal.

งานนำเสนอที่คล้ายกัน


งานนำเสนอเรื่อง: "DSP 10 Multirate Signal Processing การประมวลผลแบบหลายอัตราสุ่ม ดร. พีระพล ยุวภูษิตานนท์ ภาควิชา วิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ CESdSP DSP9-1 EEET0485 Digital Signal."— ใบสำเนางานนำเสนอ:

1 DSP 10 Multirate Signal Processing การประมวลผลแบบหลายอัตราสุ่ม ดร. พีระพล ยุวภูษิตานนท์ ภาควิชา วิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ CESdSP DSP9-1 EEET0485 Digital Signal Processing Asst. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

2 Content ทำไมต้องมีการประมวลผลแบบหลายอัตราสุ่ม การเปลี่ยนอัตราสุ่มโดยแปลงเป็นสัญญาณ แอนะลอก ก่อน การดาวน์แซมปลิ้ง (Downsampling) และ อัพ แซมปลิ้ง (Upsampling) เดซิเมชัน (Decimation ) และอินเตอร์โปเลชัน (Interpolation) การแปลงอัตราสุ่มด้วยเลขไม่เป็นจำนวนเต็ม CESdSP DSP9-2 EEET0485 Digital Signal Processing Asst. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

3 ทำไมต้องมีการประมวลผล แบบหลายอัตราสุ่ม เหตุผล อุปกรณ์ดิจิตอลต่างมาตรฐาน (CD DAT) ทำงานที่ต่าง อัตราสุ่มกัน 2. เพื่อลดต้นทุนการผลิต เช่น การทำ Oversampling ใน CD 3. เพื่อลด noise ในย่านความถี่เสียง ( ด้วยการทำ oversampling กับ noise shaping) CESdSP DSP9-3 EEET0485 Digital Signal Processing Asst. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

4 Multitrate Signal Processing รวมความถึง Downsampling, Upsampling Decimation Interpolation และ Oversampling Downsampling คือ การลดอัตราสุ่มลง โดยสุ่มจาก สัญญาณสุ่มอีกครั้ง Upsampling คือ การเพิ่มอัตราสุ่มขึ้น โดยการใส่ศูนย์ zero padding Oversampling คือ การเพิ่มอัตราสุ่ม ให้มากกว่า Nyquist frequency CESdSP DSP9-4 EEET0485 Digital Signal Processing Asst. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

5 ประโยชน์ของ oversampling ใน CD ตัวกรองต้องชัน ( อันดับ ) มากเพื่อ กัน Aliasing ตัวกรอง LPF เพื่อลดการใช้ตัวกรองที่มีอันดับสูงๆ ( ราคาแพง ) ความชันน้อยจึง ใช้ตัวกรองที่อันดับต่ำๆ ได้ ( ใช้อุปกรณ์น้อยลง, ราคาถูกลง ) Oversampling Nyquist frequency (f s /2) CESdSP DSP9-5 EEET0485 Digital Signal Processing Asst. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

6 Quantization การทำ quantization ทำให้เกิด Noise CESdSP DSP9-6 EEET0485 Digital Signal Processing Asst. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

7 Signals: 3 Bit Vs 8 Bit 8 Bit 3 Bit CESdSP DSP9-7 EEET0485 Digital Signal Processing Asst. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

8 Quantization Errors: 3 Bit Vs 8 Bit CESdSP DSP9-8 EEET0485 Digital Signal Processing Asst. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

9 สเปคตรัมของสัญญาณ “ ซ้อนทับ ” กับ noise ความถี่ไนควิสต์ (f N หรือ f s /2 ) ความถี่สุ่ม f s ความถี่ไนควิสต์ (f N หรือ f s /2 ) ความถี่สุ่ม f s สเปคตรัมของสัญญาณ รบกวนควอนไตซ์ ก)ก) ข)ข) สเปคตรัมของสัญญาณเสียง CESdSP DSP9-9 EEET0485 Digital Signal Processing Asst. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

10 Oversampling - Noise shaping ระดับ noise กรณีไม่มี noise Shaper ระดับ noise กรณีมี noise Shaper ย่านความถี่เสียง Noise ถูก “ เลื่อน ” ตำแหน่งไปเหนือย่านความถี่เสียง ใน CD ระบบ MASH (Panasonic) ใช้วงจร third-order noise shaper CESdSP DSP9-10 EEET0485 Digital Signal Processing Asst. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

11 การแปลงอัตราสุ่มโดยการแปลงเป็น แอนะลอกก่อน D/AA/D สัญญาณ แอนะลอก สัญญาณ ดิจิตอล f s1 สัญญาณ ดิจิตอล f s2 หาก f s1 < f s2 ก็จะไม่มีปัญหาแต่หาก f s2 < f s1 อาจจะเกิด aliasing ได้ CESdSP DSP9-11 EEET0485 Digital Signal Processing Asst. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

12 CESdSP DSP9-12 EEET0485 Digital Signal Processing Asst. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

13 ตัวอย่าง วิธีทำ ลำดับ ถูกจำกัดแถบความถี่ (Bandlimited) ไว้ สัญญาณ นี้ถูก downsampling เพื่อสร้างสัญญาณ จงหาว่า ค่าที่มากสุดของ D ที่จะทำให้ไม่เกิด aliasing ใน y(n) D/AA/D CESdSP DSP9-13 EEET0485 Digital Signal Processing Asst. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

14 ความถี่ตัดของระบบ D/A คือ และ ความถี่สุ่ม ดังนั้น หรือความถี่สุ่มของ A/D จะต้องมากกว่า ดังนั้น เพื่อไม่ให้เกิด aliasing 2 เท่าของ CESdSP DSP9-14 EEET0485 Digital Signal Processing Asst. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

15 ดังนั้นเมื่อเลือก D =3 จะได้ y(n) เท่ากับ x(n) ( ไม่เกิด aliasing) หากเลือกใช้ CESdSP DSP9-15 EEET0485 Digital Signal Processing Asst. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

16 Downsampling เป็นการลดอัตราสุ่มลงไป D เท่า CESdSP DSP9-16 EEET0485 Digital Signal Processing Asst. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

17 ก่อนและหลัง downsampling dsp_10_2.eps D=2 D=3 CESdSP DSP9-17 EEET0485 Digital Signal Processing Asst. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

18 ผลตอบสนองความถี่ downsampling dsp_10_3.eps D=2 D=3 CESdSP DSP9-18 EEET0485 Digital Signal Processing Asst. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

19 Upsampling CESdSP DSP9-19 EEET0485 Digital Signal Processing Asst. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

20 ก่อนและหลัง upsampling dsp_10_4.eps I=2 I=3 CESdSP DSP9-20 EEET0485 Digital Signal Processing Asst. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

21 dsp_10_5.eps I=2 I=3 ผลตอบสนองความถี่ upsampling CESdSP DSP9-21 EEET0485 Digital Signal Processing Asst. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

22 ทำไม “ ขนาด ” ผลตอบสนองของ downsampling และ upsampling จึงไม่เท่ากัน ? เราอาจจะมองได้ว่า downsampling คือการ sampling สัญญาณ ถูก sampling มาแล้ว CESdSP DSP9-22 EEET0485 Digital Signal Processing Asst. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

23 การ sampling ทำให้ขนาดลดลง D เท่า แต่แบนด์วิทเพิ่มขึ้น D เท่า จากสมการแอลิแอส (aliasing formula) สเกลค่า downsampling sampling CESdSP DSP9-23 EEET0485 Digital Signal Processing Asst. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

24 และอาจทำให้เกิด aliasing ได้ เกิด aliasing หาก D=3 CESdSP DSP9-24 EEET0485 Digital Signal Processing Asst. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

25 เดซิเมชัน (Decimation) LPF ความถี่ตัด เดซิเมเตอร์ (decimator)= downsampler+ ตัวกรองต่ำผ่าน ( แก้ aliasing) อัตราขยาย = 1 CESdSP DSP9-25 EEET0485 Digital Signal Processing Asst. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

26 อินเตอร์โปเลชัน (Interpolation) LPF ความถี่ตัด อัตราขยาย = อินเตอร์โปเลเตอร์ (interpolator)= upsampler+ ตัวกรองต่ำผ่าน CESdSP DSP9-26 EEET0485 Digital Signal Processing Asst. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

27 ความแตกต่างของ upsampling และ Interpolation dsp_10_6.eps upsampling Interpolation CESdSP DSP9-27 EEET0485 Digital Signal Processing Asst. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

28 ระบบบันทึกและเล่นกลับของ Compact Disc Decimation filter Interpolation filter PCM Recorder Delta-Sigma Modulator 1-bit ADC Analogue Low pass filter ความถี่สุ่ม 64fs,1 bit fs,20 bit 64fs,1 bit front end Pulse code modulation ฝั่งเล่นกลับ (playback) ฝั่งบันทึก (record) CESdSP DSP9-28 EEET0485 Digital Signal Processing Asst. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

29 การแปลงอัตราสุ่มสัญญาณด้วยเลขไม่ เป็นจำนวนเต็ม LPF อัตราขยาย = อัตราขยาย = 1 ใช้การ cascade บล็อกอินเตอร์โปเลชัน ด้วย บล็อกเดซิเมชั่น เพื่อให้ได้ อัตราการแปลงที่ไม่เป็นเลขจำนวนเต็ม อัตราสุ่มของ y(n) อัตราสุ่มของ x(n) = CESdSP DSP9-29 EEET0485 Digital Signal Processing Asst. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

30 LPF และความถี่ตัดจะเป็นค่าที่น้อยสุด ระหว่าง กับ เมื่อรวมบล็อกตัวกรองทั้งสองจะได้ อัตราขยาย = และ ตัวกรอง LPF ที่ได้จะมี CESdSP DSP9-30 EEET0485 Digital Signal Processing Asst. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

31 ตัวอย่าง วิธีทำ หากมีสัญญาณ x(n) ที่ถูกสุ่มมาจาก x a (t) ด้วยความถี่สุ่ม 8 kHz แต่เราต้องการ สัญญาณ y(n) ที่ มีความถี่สุ่ม 10 kHz จาก x(n) จงหาอัตราการแปลงความถี่ เราสามารถ เปลี่ยนอัตราการสุ่มได้ง่ายๆ จาก LPF f sx = 8 kHz f sy =10 kHz LPF มี อัตราขยายเท่ากับ 5 และมีความถี่คัทออฟเท่ากับ เรเดียน ซึ่งไม่เป็นเลขจำนวนเต็ม ! CESdSP DSP9-31 EEET0485 Digital Signal Processing Asst. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

32 ต้องการถ่ายสัญญาณดิจิตอลจาก CD ลง DAT (Digital Audio Tape) CD มีอัตราสุ่ม 44.1 kHz DAT มีอัตราสุ่ม 48 kHz อัตราการแปลง ตัวอย่าง จงปรับอัตราส่วนการสุ่มสัญญาณเพื่อให้ได้อัตราสุ่มที่ต้องการ CESdSP DSP9-32 EEET0485 Digital Signal Processing Asst. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

33 วิธีทำ LPF f scd = 44.1 kHz f DAT =48 kHz LPF มี อัตราขยายเท่ากับ 160 และมี เรเดียน สำหรับ SACD ก็จะใช้การแปลงอัตราสุ่มเช่นนี้เหมือนกัน ทำได้โดยการคูณอัตราส่วนการสุ่มให้มีค่าสูงๆ และ หา อัตราส่วนที่เป็นจำนวนเต็มที่น้อยที่สุด CESdSP DSP9-33 EEET0485 Digital Signal Processing Asst. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

34 Super Audio CD PCM Recorder 1-bit ADC Analogue Low pass filter 64fs,1 bit front end Pulse code modulation ฝั่งเล่นกลับ (playback) ฝั่งบันทึก (record) CESdSP DSP9-34 EEET0485 Digital Signal Processing Asst. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

35 การแปลงอัตราสุ่มใน SACD CESdSP DSP9-35 EEET0485 Digital Signal Processing Asst. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon

36 สรุป การ decimation = downsampling + lowpass การ interpolation = upsampling + lowpass สามารถใช้การ Decimation และ Interpolation ร่วมกันเพื่อให้ได้อัตราส่วนการแปลงอัตราสุ่มไม่เป็น จำนวนเต็ม เทคโนโลยีใหม่ๆ เช่น SACD ก็ยังใช้ทฤษฎีของการ ประมวลผลหลายอัตราสุ่ม เช่น oversampling และ การแปลงอัตราสุ่ม CESdSP DSP9-36 EEET0485 Digital Signal Processing Asst. Prof. Dr. P.Yuvapoositanon


ดาวน์โหลด ppt DSP 10 Multirate Signal Processing การประมวลผลแบบหลายอัตราสุ่ม ดร. พีระพล ยุวภูษิตานนท์ ภาควิชา วิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ CESdSP DSP9-1 EEET0485 Digital Signal.

งานนำเสนอที่คล้ายกัน


Ads by Google