Efficient pulse-density modulated microphone array processing : Processamento eficiente de arranjos de microfones modulados em densidade de pulso

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2020
Autor(a) principal: Carbajal Ipenza, Sammy Johnatan, 1989-
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: [s.n.]
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Microfone
Modulação de pulso (Eletronica)
Impedância acústica
Modulação de duração do pulso
Microphone
Pulse modulation (Electronics)
Acoustic impedance
Pulse-width modulation
Link de acesso: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1640454
Resumo: Orientador: Bruno Sanches Masiero
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No entanto, como o estado-da-arte em algoritmos de processamento digital de arranjos assume que todos os sinais recebidos dos microfones estão em uma representação em banda-base, estes microfones digitais requerem custosos filtros de decimação de alta ordem para converter o fluxo PDM para a modulação por código de pulso (PCM) em banda base. Assim, a implementação destes algoritmos em sistemas embarcados, onde os recursos de processamento são críticos, ou em circuitos integrados (VLSI), onde a energia consumida e área também são críticas, pode se tornar muito dispendiosa devido ao uso de dezenas de filtros de decimação para converter os sinais de PDM para PCM. Essa dissertação explora e propõe métodos eficientes em recursos para a implementação de arranjo de microfones. Com esse intuito, primeiro explora os atuais métodos de design de filtros de decimação e, baseado neles, propõe um algoritmo para fazer o seu design otimizando área e consumo de potência. Também são discutidas as vantagens e desvantagens de se realizar o processamento de arranjo de microfones diretamente nos sinais PDM ao invés dos sinais em PCM. Finalmente propõe um método eficiente para implementação de arranjos de microfones baseado em filtros maximamente planos (MAXFLAT). Como resultado, um novo método para o design de filtros de decimação que optimiza o número de somas por segundo é proposto, assim como demonstra-se que que um filtro espacial implementado no domínio PDM precisa de menos recursos que outras implementação no domínio do tempo. Conclui-se, portanto, que a implementação baseada em filtros MAXFLAT tem um melhor compromiso entre requisitos de armazenamento e poder de computação que o estado-da-arte e os métodos no domínio do PDMAbstract: Nowadays, pulse-density modulated (PDM) digital microphones are widely used on commercial applications as they have become a popular way to deliver audio to digital processors on mobile applications. However, as state-of-the-art array processing algorithms assume that all microphone signals are available in pulse-code modulated (PCM) representation, these digital microphones require costly high-order decimation filters to translate PDM bitstreams to baseband multi-bit PCM signals. In that manner, the implementation of microphone array algorithms in embedded systems, where processing resources are critical, or in very large-scale integration (VLSI) circuits, where power and area are critical, may become very expensive because of the use of the tens of decimation filters required to convert PDM bitstreams into PCM signals. This thesis explores and proposes resource-efficient methods to implement microphone array beamforming. For this purpose, it first reviews the state-of-the-art decimation filter design methods and proposes an algorithm to design decimation filters optimizing area and power consumption. Then it discusses the trade-offs of doing the beamforming calculations at the PDM bitstreams instead of PCM signals and proposes an architecture to implement beamformers without decimation filters. Finally it proposes an efficient approach to implement beamformers based on maximally flat (MAXFLAT) filters. As a result, a new generalized method to design decimation filters optimizing the number of addition per second is proposed, and it is shown that a beamformer implemented in PDM domain requires less resources for its implementation in time domain than other methods. It is concluded that the proposed MAXFLAT-based approach has better storage versus computation efficiency than state-of-the-art and PDM domain implementation approachesMestradoTelecomunicações e TelemáticaMestre em Engenharia Elétrica[s.n.]Masiero, Bruno Sanches, 1981-Nascimento, Vitor HeloizLopes, Renato da RochaUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASCarbajal Ipenza, Sammy Johnatan, 1989-20202020-11-30T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (125 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1640454CARBAJAL IPENZA, Sammy Johnatan. Efficient pulse-density modulated microphone array processing: Processamento eficiente de arranjos de microfones modulados em densidade de pulso. 2020. 1 recurso online (125 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1640454. Acesso em: 28 fev. 2025.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1161193Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2021-02-23T17:39:06Zoai::1161193Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2021-02-23T17:39:06Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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