Всем добрый вечер. Хочу реализовать простенький анализатор спектра на AVR. Микроконтроллер пока не выбрал. Может есть у кого программа быстрого преобразования фурье на С? Поделитесь пожалуйста...

Посмотрите. Это, конечно, под PC, но там полторы страницы текста, можно оптимизировать и под контроллер.Нажмите для просмотра прикрепленного файла

тут все уже сделано, используются инструкции арифметики дробная фиксированой запятой

http://elm-chan.org/works/akilcd/report_e.html

Спасибо. Но все же хочется самому попробовать. Насколько я понял без операции умножения мне далеко не уехать, а из микроконтроллеров AVR аппаратное умножение появилось только у АтМега128?

Все современные AVR серии Mega имеют аппаратный умножитель. Вы давно не посещали сайт Атмела

БПФ

+5
на чистом Си для AVR можно и не начинать - скорости не хватит для реального времени

не могу удержаться... вот что с помощью этой либы сделал

Да ладно. Для такого спектроанализатора достаточно было сделать 10 гетеродинных фильтров. Без всякого Фурье. По скорости это, ну, на вскидку, не более 15-20% CPU Load.

Вот, на асме, правда, 64 точки 8 бит DFT. Не моё, сам где то когда то скачал.

речь идет об анализаторе или о реализации БПФ на Си? мое мнение о нехватке производительности относилось к реализации на Си БПФ для AVR.

на счет вашего варианта не могу сказать ничего, хотя сомнения все-таки есть... особенно если эти фильтры так же на чистом Си делать...

Ну вот в теме про распознование голоса мы делали DHT, правда, 32хточечный. На чистом Си. Не померли 2000 тактов.



Да нефиг там делать. Все просто, как стол.

гм... нашел ваши исходники... все-таки ваш код можно назвать "чистым Си" с весьма большой натяжкой - там все сделано не только в виде оптимизации алгоритма, но и специально заточено на IAR... в сущности, доказывать, что при глубоком знании особенностей компилятора и умелом их использовании можно получить очень близкий к чисто ассемблерному варианту код - бессмысленно. я же имел ввиду под чистым Си, когда возведение в степень так и делается long result = var * var;
т.е. ваше решение "не в лоб", а я говорил о "лобовой атаке" все расставлено по своим местам.

а вот по поводу полосовых фильтров - увы, в ЦОС не шибко силен... считаете, что 10 цифровых полосовых фильтров будут быстрее БПФ?

IAR пока является наиболее оптимальным компилятором для AVR (несмотря на некоторые свои забобоны). Так что имею право. А если бы тут был ARM, то функции, помеченные как hard-coded функции заменяеются на прямой код без извращений и все нормально работает.

Т.е. например


заменяется на



И всем славно.



Конечно. Потому что отсчетов для БПФ надо брать намного больше - необходимые полосы на каждой интересующей частоте разной ширины - это легко решается в случае фильтров.

больше 32? я обошелся 32 отсчетами... но с полосовыми хотелось бы разобраться... что-нибудь посоветуете? если можно, "для средних умов"

Ну и как тогда получить с частотами

правильные полосы? 32 точки с нижней частотой в 32Гц имеют верхнуюю полосу в 1024Гц. А никак не 15.5.

частоты правильные. я же не говорил, что я из одного комплекта в 32 отсчета все частоты получаю
а что на счет моей просьбы?

А это что:


Так сколько у Вас там БПФ делается по 32 точки каждое?



А че там разбираться. Инициализируем sum_sin=0 и sum_cos=0. На каждом отсчете выполняем


После n отсчетов делаем power=sqrt(sum_sin^2+sum_cos^2);

Итого, имеем полосовой фильтр плюс выпрямитель RMS с полосой Fдискретизации/n и средней частотой Fдискретизации*freq (вроде нигде не ошибся).

При реализации нескольких октавных фильтров можно оптимайзить в районе нехранения phase и freq для каждой частоты (для каждого более высокочастотного фильтра phase[n+1]=phase[n]*2).

2
спасибо, покумекаю на досуге...

И дальше что? Полосы суммируете? Т.е. из 32х мощностей берете 1,2+3,4+5+6+7,... и т.д.?

нет, не суммирую, просто беру нужные гармоники.

Ну и что это получается? Что на частоте, скажем 8кГц вы обрабатываете только полосу в 1кГц. Т.е. между полосами у Вас дырки, причем эти дырки шире самих полос. Фигня-с

Уважаемый rst7 это не классический ли ДПФ получается, только там где то нужно умножить на 1/N. И с аргументом синусов и косинусов что то не то... Надо сделать как то так:Где N это длина ДПФ

Конечно. Это одна гармоника ДПФ.



Ну это один раз после всех операций. Сложность аж О(1), так что можно не учитывать. Но помнить.

во-первых, для поставленной цели - самое нормальное. во-вторых, ширина индицируемой полосы (т.е. добротность фильтра обычными словами) вполне удовлетворительная, чтобы захватывать не 8К, а диапазон скажем от 7,5К до 8,2К. наконец, целочисленная арифметика дает, мягко говоря, небольшую погрешность, еще более размазывающую полосу... ну и, в-четвертых, наложение оконной функции никто не отменял (хотя мне и без нее хорошо)...
Кстати, как вы себе представляете спектроанализатор без дырок между полосами?! Это уже будет показометр - как в китайских магнитолах, просто фиксированные "картинки"

P.S. выходит, ваш "полосовой фильтр" ничем от БПФ не отличается... а я уж подумал было...

Для 32х точек эта погрешность исчезающе мала.

А правильный октавный спектроанализатор должен показывать мощность сигнала в каждой полосе от 0.707*F до 1.41*F, где F - центральная частота. Так что "показометр" именно у Вас.

От противного - октавный эквалайзер имеет именно такие полосы регулировки. А не полосу в 1кГц на центральной частоте 8кГц.



Отличается. Еще и как. Курите глубже

не знаю, не знаю... она заметна
нигде не встречал требований к "правльному" спектроанализатору
вы первый, кому не понравилось
не стану спорить - встречал в разных источникам массу вариантов, между которыми было много отличий... опять же, где эти нормы прописаны? на счет добротности фильтров эквалайзера? и насколько эти нормы таковыми являются?
я подумаю (хотя это сложно).

Плохо накодили.



Ваш имеет дырки между полосами. Т.е. зоны нечувствительности. Точнее, видимо, из-за ошибок в математике, какой-то мусор пролезает, но не более.

В идеальном случае, если Вы подадите на вход синусоидальный (для простоты) сигнал с любой частотой, проссумировав мощности во всех полосах, Вы должны получить число, зависящее только от мощности входного сигнала, но не от частоты (в пределах рабочей полосы, у Вас от 32Гц до 16кГц).



Нигде. Однако есть здравый смысл, опирающийся на опыт. Вы когда-нибудь слушали сигнал, в котором поднята одна очень узкая полоса? А такое будет при регулировке тембра очень узкими полосами.



Да все то. Просто по привычке допустил пару тривиальных упрощений. Зачем делить на N каждый раз, если можно разделить 1 раз, и freq и phase. Да и цикл не интересует. Поэтому сделано накопление фазы.

Умножение фазы на 2pi подразумевает, что аргумент phase имеет значение 0...1. Отнюдь не реальное умножение. В реальной жизни phase суть байт, 0...255, следовательно функция задается таблицей со значениями table_sin[index]=sin(index*pi/128).

Rst7, не в порядке спора, а чисто для пояснения.
боюсь, анализатор спектра в том виде, как его задумал я, вряд ли станет удовлетворять эстетические потребности, если его сделать по вашему алгоритму, хотя умозрительно он верный... ведь по-вашему, если на входе присутствует сигнал хоть какой частоты, то анализатор должен что-то показать... так вот, будет очень неубедительно, если флейта станет "индицироваться" столбиками от 1 до 8 кимлогерц - хоть какого уровня... пропадет динамика картины, а именно это главное в подобных девайсах не так ли? мы ведь не о каком-то научном спектральном анализе ведем речь...
что касается математических вычислений, то я их не делал сам, сэкономил силы/время, а воспользовался ранее указанной ссылкой, т.е. ЭлмЧеновской библиотекой - всего лишь подкорректировал ее под свои задачи. А его библиотека, хотя и ведет расчеты в 16-битных целых, страдает погрешностями, например, корень из 9 может оказаться равным 4... (я точно не помню. но когда тестировал - сильно удивлялся). на больших числах погрешность меньше, но все равно где-то до 10-15% запросто достигает... если младшие биты отбрасывать, получается незаметно внешне - я и смирился. кстати, быстродействие ченовской библиотеки ничуть не ниже вашего варианта, и, наверное, даже выше - для 128-точечного БПФ я получал без малого 100fps для своего индикатора 8х8 - причем с учетом семплов АЦП (около 32 ksps)... если память не изменяет, весь цикл был то ли 11, то ли 16 (могу ошибаться) миллисекунд... так что в угоду скорости принесена точность...

Не далее, как несколько постов назад Вы обвиняли меня в том, что, якобы, у меня "показометр" -


Я требую сатисфакции

Кстати, о "качестве" картинки. Если Вам потреблястов развлекать мигающими светодиодиками - не возражаю. А вот если Вы свой девайс воткнете в какой-нибудь микшерский пульт - потом может быть стыдно за свою поделку. Объясняю почему - допустим, мы увеличили усиление в какой-то полосе (ну так нам захотелось), при этом пытаемся сориентироваться по Вашему "октавному спектроанализатору", не перегрузим ли мы дальнейший тракт. Однако, оказалось, что максимальная спектральная плотность сигнала совсем не на той частоте, которую показывается Ваш "показометр", а всего-лишь рядом. В результате: Ваш "показометр" показывает, что все окей, перегруза нет, на местном контроле в ушах вроде все хорошо (потому что запасы обычно немалые), а дальше вполне хватило для перегрузки, например, АЦП/усилителя в тракте записи.

кто может занимался с этой библиотекой FFT,у меня много непоняток
вопрос :
Функция fft_input(capture, bfly_buff) должна должна сортировать входные данные(capture) для так называемой "бабочки" в (bfly_buff) с нечётными номерами в дну половину буфера с чётными в другую,у меня же полная били...да получается и вообще bfly_buff с адресом выше 64 она заполняет нулями ,может здесь алгоритм какой другой или я что непонимаю

на сколько я помню, перестановки там делаются уже после FFT, в самом конце расчетов. инпут просто буфер заполняет

После преобразвания тоже но это другое зависит от алгоритма,но все исходники которые мне встречались сначала выстраивают матрицу например для FFT_N=16 {a0,a1,a2....a15} в {a0,a8,a4,a12,a2,a10,a6,a14,a1,a9,a5,a13,a3,a11,a7,a15} для удобства вычисления

чен сделал комплексное БПФ, поэтому мнимые части просто обнуляются. по-моему, так. а перестановки у него в библиотеке после всего сделаны были

это по твоему,а в реале спектр только 32 значения склько выброк неделай

ну не знаю я ченовскую библиотеку вдоль и поперек перешерстил, и 16 выборок делал и 128... и получал соответственно 8 или 64 полосы в спектре... и по-своему все переделывал... результат одного из вариантов можно видеть тут вживую практицки

хорошо давай вместо ADC смоделируем синусоиду:




протестируй на симуляторе с разными F,будут заполнятся в [spektrum] адреса больше 32?

я не буду заниматься ерундой. 256 точек в память atmega8/16 не влезет - я такой цели не ставил. а для 128 и ниже - уже проверял. но я переписал все функции по-своему - оставил только само FFT, а ввод и перестановку свои сделал. все отлично делается.

Я тоже игрался с библиотекой чена - работает адекватно. Давал генератором синусоиду, получал один-единственный столб спектра. Работала до 1024 выборок, давала честные 512 отсчётов спектра, в реальном времини.
Единственно - там передискретизация может быть. Доходим до 8кгц (ацп меги с тактом 250кгц) и при дальнейшем повышении частоты источника спектр показывает её уменьшение... Нужно аналогово фильтровать...

Могу я поинтересоваться, чем уважаемые форумчане компилируют прогаммы чена?

avr-gcc, он же WinAVR

Второй глупый вопрос. Не могли бы Вы пераметры командой строки показать? А то я запутался.

Вот левой пяткой писанная тестовая программка, в том числе и сабж тестирует.
http://www.xdevs.com/kb/dx/tmp/!PRG.lcd_fft_test.rar

Если вопрос только в FFT - этого много. Но, думаю, разобраться возможно. Тест выводит спектр на LCD от нокии. На частотах до ~8.5Кгц всё адекватно.

Большое спасибо! Разобрался