Математическое моделирование метода синхронизации устройств, использующего буферизацию в системах цифровой обработки аудиоданных | Статья в журнале «Молодой ученый»

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №19 (153) май 2017 г.

Дата публикации: 14.05.2017

Статья просмотрена: 42 раза

Библиографическое описание:

Комахин М. О. Математическое моделирование метода синхронизации устройств, использующего буферизацию в системах цифровой обработки аудиоданных // Молодой ученый. — 2017. — №19. — С. 55-58. — URL https://moluch.ru/archive/153/43320/ (дата обращения: 23.04.2019).



В статье автор проводит математическое моделирование схемы синхронизации источника цифрового сигнала и выносного блока цифро-аналогового преобразования, основным элементом которой является буфер ОЗУ. Рассмотрен вопрос подавления нежелательных фазовых отклонений. Показана эффективность использования данного метода. Приведены достоинства и недостатки рассматриваемого метода синхронизации. Приведены способы устранения недостатков.

Ключевые слова: синхронизация, цифровая обработка, аудиоданные

Keywords: synchronization, digital processing, audio stream

Для подавления фазовых шумов (джиттера) применяются различные схемы. Одной из наиболее эффективных является схема с использованием буфера ОЗУ [1], запись в который производится с частотой, определяемой источником, а считывание, обработка в цифровом фильтре и работа цифро-аналогового преобразователя — с частотой локального высокостабильного источника тактирования, например, температурно-стабилизированного кварцевого резонатора. Объем буфера определяется максимальной разностью частот дискретизации, разрядностью одного отсчета, и временем работы без переполнения. [2]

D:\Dropbox\Учёба\9 семестр\Публикация\sch2.jpg

Рис. 1. Структурная схема тактирования с использованием буферизации входных данных в ОЗУ

Для подтверждения теоретической эффективности такой схемы, она была промоделирована в MatLab. Simulink-модель представлена на рисунке ниже.

C:\Users\Mikhail\OneDrive\Учёба\Диплом магистратура\img\model.PNG

Рис. 2. Модель схемы в Matlab Simulink

В основе схемы лежит FIFO-буфер (блок Queue) объемом 512бит. Его параметры представлены на рисунке 3.

C:\Users\Mikhail\OneDrive\Учёба\Диплом магистратура\img\buffer_parametrs.png

Рис. 3. Параметры буфера

В качестве источника полезных данных используется генератор дискретного синусоидального сигнала (блок Sine Wave) с частотой 1Гц и частотой дискретизации 10Гц. Полные параметры генератора приведены на рисунке ниже.

C:\Users\Mikhail\OneDrive\Учёба\Диплом магистратура\img\sine_wave_parametrs.png

Рис. 4. Параметры генератора

В качестве тактирования используются два блока. Первый не имеет джиттера (блок Pulse) и имеет частоту 10 Гц. В качестве такого блока в реальном устройстве может выступать высококачественный, температурно-стабилизированный, кварцевый резонатор. Второй источник тактирования имеет джиттер (блок jitterPulseSfun), величина которого передается ему в качестве параметра. При моделировании время отклонения фазы было задано равным 0,01с. Это видно на следующем рисунке.

C:\Users\Mikhail\OneDrive\Учёба\Диплом магистратура\img\publ1.png

Рис. 5. Тактовый сигнал

Сверху показан идеальный тактовый сигнал, который не имеет фазовых отклонений. Снизу фазовый сигнал имеет джиттер.

Для устранения влияния фазовых искажений данные помещаются в буфер с использованием искаженного тактового сигнала, а считываются из буфера по идеальному сигналу. Это позволяет достичь линейности устройства на выходе.

Для сравнения на рисунке 6 приведены сигналы: один (сверху) — восстановленный с помощью идеального источника тактирования, второй (снизу) — восстановленный с использованием несовершенного источника тактирования. А на рисунке 7 приведен исходный сигнал, снятый с выхода генератора.

C:\Users\Mikhail\OneDrive\Учёба\Диплом магистратура\img\publ2.png

Рис. 6. Результаты моделирования

C:\Users\Mikhail\OneDrive\Учёба\Диплом магистратура\img\publ3.png

Рис. 7. Исходный сгенерированный сигнал

Исходя из рисунков видно, что если тактовый сигнал искажен, то пропорционально искажаются и дискретные отсчеты полезного сигнала. Если же такой сигнал сначала записать в буфер, а затем считывать из него данные при помощи тактового сигнала близкого к идеальному, то джиттер не оказывает влияния на полезный сигнал.

Выводы.

Таким образом рассмотренная схема синхронизации позволяет избавиться от фазовых шумов сигнала за счет введения централизованного источника тактирования при этом сохраняется относительная простота реализации устройств. В качестве синхронизирующего сигнала необходимо использовать наиболее стабильный из имеющихся в устройстве тактовых сигналов. Недостатком такой схемы является ограниченный объем буфера. Для его устранения требуется источник цифрового сигнала, имеющий вход для тактового сигнала, это позволит реализовать единый для источника и приемника цифрового сигнала блок тактирования.

Литература:

  1. Комахин М. О. Анализ методов синхронизации устройств с источником цифрового сигнала в системах цифровой обработки аудиоданных // Молодой ученый. — 2016. — № 11. — С. 384–388.
  2. Семенцов С. Г. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи в системах активного управления акустическими полями // Вестник Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана. Серия: Приборостроение. 2008. № 4. С. 88–102.
  3. Семенцов С. Г., Власов А. И. Влияние конечной разрядности в системах цифровой обработки // Датчики и системы. 2009. № 6. С. 39–43.
  4. Власов А. И., Стешенко В. Б., Нестеров В. А., Мысловский Э. В. Методы цифровой обработки сигналов тактильных чувствительных элементов мембранного типа // Наука и образование: научное издание. 2012. № 5. С. 37.
  5. Shakhnov V. A., Vlasov A. I., Knyazev V. S. Hardvare and software integrated system for processing signals for monitoring signals and analyzing the state of different level technical systems // Сб. док. 3-я международная конференция «Компьютерные методы и обратные задачи в неразрушающем контроле и диагностике». — Москва. 2002. С. 123.
  6. Мысловский Э. В., Власов А. И., Кузнецов А. С. Цифровые сигнальные процессоры с фиксированной точкой семейства ADSP21XX — Москва, Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана. 2003. Том 2. 75 с.
  7. Мысловский Э. В., Власов А. И., Меньшов К. А. Цифровые сигнальные процессоры с плавающей точкой семейства ADSP2106X — Москва, Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана. 2003. Том 3. 75 с.
Основные термины (генерируются автоматически): тактовый сигнал, цифровой сигнал, блок, рисунок.


Похожие статьи

Аналого-цифровое преобразование | Статья в журнале...

Функция АЦП заключается в преобразование входного аналогового сигнала (напряжения) в цифровой (дискретный) код, который в последствие поступает на различные цифровые блоки схемы, выполняющие необходимые операции с полученными данными.

Автоматизация радиометрических измерений низкоинтенсивных...

Рисунок 2 – Блок схема обработки сигналов CPU.

микропроцессор (МП), тактовый генератор (ГТИ), оперативно запоминающее устройство (ОЗУ), постоянно запоминающее устройство (ПЗУ), аналого-цифровой преобразователь (АЦП), программируемый контроллер...

Использование тактового сигнала, восстановленного из SPDIF...

SPDIF, тактовый сигнал, источник, цифровой сигнал, передача данных, асинхронный преобразователь частоты, кГц, выносной блок, ЦАП, частота.

Реализация модели приёмника 4-позиционного...

Тактовая синхронизация требуется в любой системе цифровой связи, которая передает информацию синхронно.

Рис. 5. QPSK сигнал. В процессе восстановления несущей мы используем блок Discrete-time VCO, подсистема которого изображена на рисунке 6. Входными...

Метастабильное состояние триггера и способы его устранения

В данной статье рассматривается тема метастабильного состояния триггера в цифровой схемотехнике.

Второе — введение FIFO-логики с двумя тактовыми сигналами для хранения промежуточных значений сигналов

Схема стыковки блоков для реализации второго способа изображена на рисунке 5.

Описание сигналов блока FIFO_dual приведено в таблице ниже.

Разработка модуля приема видеоинформации с ПЗС-сигнального...

Следующей задачей являлась реализация модуля приема команд усиления по интерфейсу из блока управления, а также их запись в АЦП.

В свою очередь, на выходе необходимо получить три сигнала: SCK — сигнал, совпадающий с сигналом тактовой частоты; SL — сигнал...

Аналоговый и цифровой сигналы | Статья в журнале...

Электронные проигрывающие устройства цифровых стереосистем преобразуют цифровой сигнал в аналоговый, соответствующий звучанию музыки.

Рис. 2. Идеальная последовательность импульсов (рисунок предоставлен AMPIncorporated).

Система синхронизации по абсолютному точному времени

Обыкновенно сигналы тактовой, кадровой и цикловой синхронизации связаны по фазе.

Система синхронизации, структурная схема которой изображена на рисунке 1 функционирует: с помощью приёмников сигналов станции точного времени сигнал от источника сигналов...

Система синхронизации псевдослучайной последовательности...

Амплитуда сигналов, В 0.05…11; Рисунок 1 – Биимпульсный тестовый сигнал.

После каждого принятия решения генерировать тактовый сигнал на опорный генератор ПСП (импульс).

Анализ методов синхронизации устройств с источником цифрового сигнала в системах...

Аналого-цифровое преобразование | Статья в журнале...

Функция АЦП заключается в преобразование входного аналогового сигнала (напряжения) в цифровой (дискретный) код, который в последствие поступает на различные цифровые блоки схемы, выполняющие необходимые операции с полученными данными.

Автоматизация радиометрических измерений низкоинтенсивных...

Рисунок 2 – Блок схема обработки сигналов CPU.

микропроцессор (МП), тактовый генератор (ГТИ), оперативно запоминающее устройство (ОЗУ), постоянно запоминающее устройство (ПЗУ), аналого-цифровой преобразователь (АЦП), программируемый контроллер...

Использование тактового сигнала, восстановленного из SPDIF...

SPDIF, тактовый сигнал, источник, цифровой сигнал, передача данных, асинхронный преобразователь частоты, кГц, выносной блок, ЦАП, частота.

Реализация модели приёмника 4-позиционного...

Тактовая синхронизация требуется в любой системе цифровой связи, которая передает информацию синхронно.

Рис. 5. QPSK сигнал. В процессе восстановления несущей мы используем блок Discrete-time VCO, подсистема которого изображена на рисунке 6. Входными...

Метастабильное состояние триггера и способы его устранения

В данной статье рассматривается тема метастабильного состояния триггера в цифровой схемотехнике.

Второе — введение FIFO-логики с двумя тактовыми сигналами для хранения промежуточных значений сигналов

Схема стыковки блоков для реализации второго способа изображена на рисунке 5.

Описание сигналов блока FIFO_dual приведено в таблице ниже.

Разработка модуля приема видеоинформации с ПЗС-сигнального...

Следующей задачей являлась реализация модуля приема команд усиления по интерфейсу из блока управления, а также их запись в АЦП.

В свою очередь, на выходе необходимо получить три сигнала: SCK — сигнал, совпадающий с сигналом тактовой частоты; SL — сигнал...

Аналоговый и цифровой сигналы | Статья в журнале...

Электронные проигрывающие устройства цифровых стереосистем преобразуют цифровой сигнал в аналоговый, соответствующий звучанию музыки.

Рис. 2. Идеальная последовательность импульсов (рисунок предоставлен AMPIncorporated).

Система синхронизации по абсолютному точному времени

Обыкновенно сигналы тактовой, кадровой и цикловой синхронизации связаны по фазе.

Система синхронизации, структурная схема которой изображена на рисунке 1 функционирует: с помощью приёмников сигналов станции точного времени сигнал от источника сигналов...

Система синхронизации псевдослучайной последовательности...

Амплитуда сигналов, В 0.05…11; Рисунок 1 – Биимпульсный тестовый сигнал.

После каждого принятия решения генерировать тактовый сигнал на опорный генератор ПСП (импульс).

Анализ методов синхронизации устройств с источником цифрового сигнала в системах...

Похожие статьи

Аналого-цифровое преобразование | Статья в журнале...

Функция АЦП заключается в преобразование входного аналогового сигнала (напряжения) в цифровой (дискретный) код, который в последствие поступает на различные цифровые блоки схемы, выполняющие необходимые операции с полученными данными.

Автоматизация радиометрических измерений низкоинтенсивных...

Рисунок 2 – Блок схема обработки сигналов CPU.

микропроцессор (МП), тактовый генератор (ГТИ), оперативно запоминающее устройство (ОЗУ), постоянно запоминающее устройство (ПЗУ), аналого-цифровой преобразователь (АЦП), программируемый контроллер...

Использование тактового сигнала, восстановленного из SPDIF...

SPDIF, тактовый сигнал, источник, цифровой сигнал, передача данных, асинхронный преобразователь частоты, кГц, выносной блок, ЦАП, частота.

Реализация модели приёмника 4-позиционного...

Тактовая синхронизация требуется в любой системе цифровой связи, которая передает информацию синхронно.

Рис. 5. QPSK сигнал. В процессе восстановления несущей мы используем блок Discrete-time VCO, подсистема которого изображена на рисунке 6. Входными...

Метастабильное состояние триггера и способы его устранения

В данной статье рассматривается тема метастабильного состояния триггера в цифровой схемотехнике.

Второе — введение FIFO-логики с двумя тактовыми сигналами для хранения промежуточных значений сигналов

Схема стыковки блоков для реализации второго способа изображена на рисунке 5.

Описание сигналов блока FIFO_dual приведено в таблице ниже.

Разработка модуля приема видеоинформации с ПЗС-сигнального...

Следующей задачей являлась реализация модуля приема команд усиления по интерфейсу из блока управления, а также их запись в АЦП.

В свою очередь, на выходе необходимо получить три сигнала: SCK — сигнал, совпадающий с сигналом тактовой частоты; SL — сигнал...

Аналоговый и цифровой сигналы | Статья в журнале...

Электронные проигрывающие устройства цифровых стереосистем преобразуют цифровой сигнал в аналоговый, соответствующий звучанию музыки.

Рис. 2. Идеальная последовательность импульсов (рисунок предоставлен AMPIncorporated).

Система синхронизации по абсолютному точному времени

Обыкновенно сигналы тактовой, кадровой и цикловой синхронизации связаны по фазе.

Система синхронизации, структурная схема которой изображена на рисунке 1 функционирует: с помощью приёмников сигналов станции точного времени сигнал от источника сигналов...

Система синхронизации псевдослучайной последовательности...

Амплитуда сигналов, В 0.05…11; Рисунок 1 – Биимпульсный тестовый сигнал.

После каждого принятия решения генерировать тактовый сигнал на опорный генератор ПСП (импульс).

Анализ методов синхронизации устройств с источником цифрового сигнала в системах...

Аналого-цифровое преобразование | Статья в журнале...

Функция АЦП заключается в преобразование входного аналогового сигнала (напряжения) в цифровой (дискретный) код, который в последствие поступает на различные цифровые блоки схемы, выполняющие необходимые операции с полученными данными.

Автоматизация радиометрических измерений низкоинтенсивных...

Рисунок 2 – Блок схема обработки сигналов CPU.

микропроцессор (МП), тактовый генератор (ГТИ), оперативно запоминающее устройство (ОЗУ), постоянно запоминающее устройство (ПЗУ), аналого-цифровой преобразователь (АЦП), программируемый контроллер...

Использование тактового сигнала, восстановленного из SPDIF...

SPDIF, тактовый сигнал, источник, цифровой сигнал, передача данных, асинхронный преобразователь частоты, кГц, выносной блок, ЦАП, частота.

Реализация модели приёмника 4-позиционного...

Тактовая синхронизация требуется в любой системе цифровой связи, которая передает информацию синхронно.

Рис. 5. QPSK сигнал. В процессе восстановления несущей мы используем блок Discrete-time VCO, подсистема которого изображена на рисунке 6. Входными...

Метастабильное состояние триггера и способы его устранения

В данной статье рассматривается тема метастабильного состояния триггера в цифровой схемотехнике.

Второе — введение FIFO-логики с двумя тактовыми сигналами для хранения промежуточных значений сигналов

Схема стыковки блоков для реализации второго способа изображена на рисунке 5.

Описание сигналов блока FIFO_dual приведено в таблице ниже.

Разработка модуля приема видеоинформации с ПЗС-сигнального...

Следующей задачей являлась реализация модуля приема команд усиления по интерфейсу из блока управления, а также их запись в АЦП.

В свою очередь, на выходе необходимо получить три сигнала: SCK — сигнал, совпадающий с сигналом тактовой частоты; SL — сигнал...

Аналоговый и цифровой сигналы | Статья в журнале...

Электронные проигрывающие устройства цифровых стереосистем преобразуют цифровой сигнал в аналоговый, соответствующий звучанию музыки.

Рис. 2. Идеальная последовательность импульсов (рисунок предоставлен AMPIncorporated).

Система синхронизации по абсолютному точному времени

Обыкновенно сигналы тактовой, кадровой и цикловой синхронизации связаны по фазе.

Система синхронизации, структурная схема которой изображена на рисунке 1 функционирует: с помощью приёмников сигналов станции точного времени сигнал от источника сигналов...

Система синхронизации псевдослучайной последовательности...

Амплитуда сигналов, В 0.05…11; Рисунок 1 – Биимпульсный тестовый сигнал.

После каждого принятия решения генерировать тактовый сигнал на опорный генератор ПСП (импульс).

Анализ методов синхронизации устройств с источником цифрового сигнала в системах...

Задать вопрос