Ultra High Speed and Intelligent Digital Signal Processing

超高速和智能数字信号处理

• 批准号: 12044203
• 负责人: KAWAMATA Masayuki
• 金额: $ 29.89万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12044203/
• 关键词: Adaptive Signal Processing; Evolutionary Computation; Genetic Algorithm; Evolutionary Digital Filter; Parallel Processing; Multidimensional Signal Processing; 進化論的計算; 画像処理; 認識; ディジタルフィルタ; 並列信号処理

This research implements evolutionary digital filters (EDFs) on the ASIC and the FPGA for its parallel processing, and evaluates its performance. The EDF is an adaptive digital filter (ADF) which is controlled by adaptive algorithm based on the evolutionary strategies of living things. The advantages of the EDF are summarized as followsThe adaptive algorithm of the EDF is a population-based and robust optimization method, especially used to tackle high-dimensional and multi-modal search space problems. It is a non-gradient and multi-point search algorithm. Thus, it is not susceptible to local minimum problems that arise from a multiple-peak surface.The EDF can adopt the various error functions as the fitness function according to application, for example, the p-power norm error function, the maximum error function and so on.The adaptive algorithm of the EDF has a self-stabilizing feature whereby unstable poles have a tendency to migrate back into the stable region. In addition, the EDF can search the poles which are near the unit circle.Since the EDF has multiple inner filters, the parallel realization can reduce the calculation time. In the proposed method, a reproduction algorithm is changed to a simplified algorithm for the hardware implementation. The hardware EDF consists of the Filtering and Fitness Calculation (FFC) module and the Reproduction and Selection (RS) module. The FFC module has the submodule that can operate parallel because the EDF has multiple inner filters. The RS module has the submodule that can perform both asexual reproduction and selection, and sexual reproduction and selection. ASIC implementation results show that the EDF module can be clocked at 20.0MHz, and it contains 63,652 gates.

本研究在 ASIC 和 FPGA 上实现演化数字滤波器 (EDF) 进行并行处理，并评估其性能。 EDF是一种自适应数字滤波器（ADF），由基于生物进化策略的自适应算法控制。 EDF的优点概括如下： EDF的自适应算法是一种基于群体的鲁棒优化方法，特别用于解决高维和多模态搜索空间问题。它是一种非梯度、多点搜索算法。因此，它不易受多峰表面产生的局部极小问题的影响。EDF可以根据应用采用各种误差函数作为适应度函数，例如p幂范数误差函数、最大误差函数EDF的自适应算法具有自稳定功能，不稳定的极点有迁移回稳定区域的趋势。另外，EDF可以搜索单位圆附近的极点。由于EDF内部有多个滤波器，并行实现可以减少计算时间。在所提出的方法中，再现算法被改变为用于硬件实现的简化算法。硬件EDF由过滤和适应度计算（FFC）模块以及再现和选择（RS）模块组成。 FFC模块具有可以并行操作的子模块，因为EDF具有多个内部滤波器。 RS模块具有既可以进行无性繁殖与选择，也可以进行有性繁殖与选择的子模块。 ASIC实现结果表明EDF模块的时钟频率为20.0MHz，包含63,652个门。

项目成果

Masahide Abe: "Comparison of Convergence Behavior of Distributed Evolutionary Digital Filters"Proceedings of IEEE International Symposium on Circuits and Systems. 2. 729-732 (2001)

Masahide Abe：《分布式进化数字滤波器收敛行为的比较》IEEE 国际电路与系统研讨会论文集。

阿部 正英: "進化論的ディジタルフィルタのハードウェア実現と改良"第15回回路とシステム(軽井沢)ワークショップ論文集. 523-528 (2002)

Masahide Abe：“进化数字滤波器的硬件实现和改进”第 15 届电路与系统（轻井泽）研讨会论文集 523-528（2002 年）。

大内 隆志: "遺伝的アルゴリズムを用いた閉曲線抽出における新しいコーディング方法"第16回ディジタル信号処理シンポジウム講演論文集. B6-2. 511-516 (2001)

Takashi Ouchi：“使用遗传算法进行闭合曲线提取的新编码方法”第 16 届数字信号处理研讨会论文集 B6-2（2001 年）。

大内 隆志: "遺伝的アルゴリズムを用いた閉曲線抽出法のためのドロネー三角形分割による探索空間の削減"2001年電子情報通信学会情報システムソサイエティ大会講演論文集. D-11-72. 157 (2001)

Takashi Ouchi：“使用遗传算法通过 Delaunay 三角测量减少搜索空间”，2001 年 IEICE 信息系统协会会议记录 D-11-72 (2001)。

阿部正英: "分散形進化論的ディジタルフィルタの収束特性"電子情報通信学会 基礎・境界ソサイエティ大会講演論文集. 102 (2000)

Masahide Abe：“分布式进化数字滤波器的收敛特性”IEICE 基础和边界学会会议记录 102 (2000)。