Digital Signal Processing with Optimal Analog Performance via Sampled-data Control Theory

通过采样数据控制理论实现具有最佳模拟性能的数字信号处理

基本信息

  • 批准号:
    12450172
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 8.45万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
  • 财政年份:
    2000
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2000 至 2002
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This research project intends to develop a new theory and method of signal processing that optimize analog performance via modern sampled-data control theory. This is made possible only via sampled-data control theory in that this theory can take intersampling behavior into account. This is in marked contrast to the Shannon sampling theorem which is so popular in signal processing community. In such a conventional approach, one usually resorts to the assumption that the original analog signals must be fully band-limited. This artificial assumption is never fulfilled in reality. Furthermore, it has an added artifact that it produces an unnecessary overshoot in many signals. The present research has successfully derived a filter that gives rise to a suboptimal analog performance, and it has been guaranteed that it gives a superior result in sound processing. This has been also assured in a lab experiment in which we implemented an optimal digital filter to a PC with DSP board. The constructed DA converter realized in such a DSP circuit easily outperformed the current high-end CD players available at the moment.We have also obtained a new design method for optimal sample-rate converters, and also a design method for optimal filters for digital communication systems. A new numerical design method has also been developed since the design problem in these applications tend to be high-dimensional. It has been shown that a convex optimization problem, the so-called cutting-plane method, is very effective in such problems.Finally, it has been observed that application to image processing of such filters can be a prospective direction for future research.
该研究项目旨在开发一种新的信号处理理论和方法,通过现代采样数据控制理论优化模拟性能。这只有通过采样数据控制理论才能实现,因为该理论可以考虑内部采样行为。这与信号处理界非常流行的香农采样定理形成鲜明对比。在这种传统方法中,人们通常采用这样的假设:原始模拟信号必须是完全带限的。这种人为的假设在现实中永远不会实现。此外,它还有一个额外的伪影,即它会在许多信号中产生不必要的过冲。目前的研究已经成功地导出了一种滤波器,该滤波器可产生次优的模拟性能,并保证其在声音处理方面提供优异的结果。这在实验室实验中也得到了保证,我们在带有 DSP 板的 PC 上实现了最佳数字滤波器。在这样的DSP电路中实现的构建的DA转换器很容易超越目前可用的高端CD播放器。我们还获得了一种新的最佳采样率转换器的设计方法,以及一种用于数字通信的最佳滤波器的设计方法系统。由于这些应用中的设计问题往往是高维的,因此还开发了一种新的数值设计方法。事实证明,凸优化问题,即所谓的割平面法,在此类问题中非常有效。最后,人们发现,此类滤波器在图像处理中的应用可能是未来研究的一个前景方向。

项目成果

期刊论文数量(66)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
K. Kashima, Y. Yamamoto and M. Nagahara: "Optimal wavelet expansion Via sampled-data control theory"Proc. 40^<th> IEEE CDC. 4788-4793 (2001)
K. Kashima、Y. Yamamoto 和 M. Nagahara:“通过采样数据控制理论进行最优小波扩展”Proc。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
山本 裕: "サンプル値制御理論の回顧と展望"計測と制御. 40. 76-82 (2001)
Yutaka Yamamoto:“样本值控制理论的回顾与展望”测量与控制。40。76-82(2001)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
山本 裕: "現代制御理論での数理モデル"人工知能学会誌. 16. 241-244 (2001)
Yutaka Yamamoto:“现代控制理论中的数学模型”日本人工智能学会杂志 16. 241-244 (2001)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Y.Yamamoto,M.Nagahara and H.Fujioka: "Multirate signal reconstruction and filter design via sampled-data H^∞ control"Proc.MTNS 2000. (2000)
Y.Yamamoto、M.Nagahara 和 H.Fujioka:“通过采样数据 H^∞ 控制进行多速率信号重建和滤波器设计”Proc.MTNS 2000。(2000)
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
M.Nagahara and Y.Yamamoto: "A new design for sample-rate converters"Proc.39th IEEE CDC. 4296-4301 (2000)
M.Nagahara 和 Y.Yamamoto:“采样率转换器的新设计”Proc.39th IEEE CDC。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
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