Kolloquium - Details zum Vortrag

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Bachelor-Vortrag: Numerische Analyse adaptiver Algorithmen basierend auf einem FPGA SoC

Khashayar Abryoghani
Mittwoch, 16. Oktober 2019
14:00 Uhr
Hörsaal 4G

Die Notwendigkeit Störgeräusche zu beseitigen, hat seit den letzten Jahren ständig zugenommen. Der beispielsweise durch Autos, Baumaschinen oder Flugzeuge produzierte Lärm ist schädlich für die menschliche Gesundheit. Daher ist es von Interesse, durch Entwicklung von Lärmkompensationsgeräten Störgeräusche zu reduzieren.

Aktive Störgeräuschunterdrückung (engl.: Active Noise Cancellation, ANC) ist die Technik, die entwickelt worden ist, um Störgeräusche abhängig von der Art und Frequenz abzuschwächen. Im Falle eines ANC Kopfhörers ist das Ziel, die Leistung des Signals direkt am Trommelfell des Hörers durch Erzeugen eines Kompensationssignals zu unterdrücken. Zum Erzeugen des Kompensationssignals können feste oder adaptive Filter eingesetzt werden. Das ANC-System bestitzt hohe Echtzeitanforderungen, da sonst bei der Verarbeitung Latenz entstehen kann, die die Leistung des Systems stark beeinträchtigt. Eine Möglichkeit, die Filterung auf einer integrierten Schaltung in Echtzeit auszuführen, ist spezielle Hardware, die exakt für die Berechnungen des Filters optimiert ist.

Im Rahmen dieser Arbeit werden zwei adaptive Algorithmen für die Realisierung auf einem FPGA untersucht, nämlich der Normalized Least-Mean-Squares (NLMS) und der Recursive-Least-Squares (RLS) Algorithmus. Da die Rechenoperationen auf einem FPGA in Festkommadarstellung sind, wird sich die Arbeit zunächst mit numerischen Aspekten befassen. Dazu werden einige grundlegende Aspekte bezüglich der Zahlensysteme und Quantisierung vorgestellt. Danach wird auf verschiedene Möglichkeiten eingegangen, wie man ein FPGA für ein ANC System einsetzen kann. Diese Möglichkeiten werden auf ihre Vor- und Nachteile untersucht. Anschließend werden wichtige Herausforderungen hervorgehoben, in der Literatur bekannte Ansätze zur Beseitigung dieser Herausforderungen vorgestellt und experimentell überprüft.

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