Проектирование 2d-БИХ-фильтра с использованием алгоритма оптимизации Fused ESMA-Pelican Optimization Algorithm (FEPOA)
Ключевые слова:
FEPOA, БИХ-фильтр, член популяции, КИХ-фильтр, хаотический подход, тактический подход ПеликанаАннотация
Многие приложения цифровой обработки сигналов (DSP) и электронные гаджеты сегодня требуют цифровой фильтрации. Для получения быстрых и улучшенных результатов использовались различные алгоритмы оптимизации. Некоторые исследователи использовали Enhanced Slime Mold Algorithm для разработки 2D БИХ-фильтра. Однако было замечено, что данный алгоритм не обеспечил лучшей структуры решения и имел более низкую скорость сходимости. Чтобы решить эту проблему, для разработки 2D БИХ-фильтра используется алгоритм оптимизации Fused ESMA-Pelican Optimization Algorithm (FEPOA), который объединяет Pelican Optimization Algorithm с Enhanced Slime Mould Algorithm (ESMA). Сначала для инициализации популяции используется хаотический подход, который обеспечивает высококачественную популяцию с превосходным разнообразием, после чего позиция членов популяции заключается в идентификации и корректировке особи в граничной области поиска. После этого с помощью тактического подхода пеликана (Pelican Tactical Approach) изучается пространство поиска и исследовательской мощности FEPOA, потом случайным образом вычисляется пригодность, и обновляется лучшее решение, а затем оно перемещается к итерациям. Фазы FEPOA повторяются до тех пор, пока не завершится выполнение. Далее лучшее решение дает оптимальное решение, которое повышает скорость сходимости, точность сходимости и производительность FEPOA. Затем FEPOA реализуется в БИХ-фильтре для улучшения общей конструкции фильтра. Результаты, предоставленные FEPOA, достигают необходимой пригодности и наилучшего решения для 200 итераций, а амплитудная характеристика достигает максимального значения для = 2,4,8, а также время выполнения 3,0158 с, что намного быстрее, чем другие генетические алгоритмы, часто используемые для 2D БИХ-фильтров.
Литература
2. Stavrou V.N., Tsoulos I.G., Mastorakis N.E. Transformations for FIR and IIR filters’ design. Symmetry. 2021. vol. 13. no. 4. pp. 533.
3. Agrawal N., Kumar A., Bajaj V., Singh G.K. Design of digital IIR filter: A research survey. Applied Acoustics. 2021. vol. 172. pp. 107669.
4. Lai X., Meng H., Cao J., Lin Z. A sequential partial optimization algorithm for minimax design of separable-denominator 2-D IIR filters. IEEE Transactions on Signal Processing. 2016. vol. 65. no. 4. pp. 876–887.
5. Shafaati M., Mojallali H. IIR filter optimization using improved chaotic harmony search algorithm. Automatika: Journal for Control, Measurement, Electronics, Computing and Communications. 2018. vol. 59. no. 3–4. pp. 331–339. DOI: 10.1080/00051144.2018.1541643.
6. Mittal T. A hybrid moth flame optimization and variable neighbourhood search technique for optimal design of IIR filters. Neural Computing and Applications. 2022. vol. 34. no. 1. pp. 689–704.
7. Pankaj L., Soni V. Design of Auto Adaptive IIR Filter Using Pth Optimization Algorithm and Artificial Neural Network Technique. i-Manager's Journal on Digital Signal Processing. 2021. vol. 9. no. 1. pp. 1.
8. Karthik V., Susmitha K., Saha S.K., Kar R. Invasive weed optimization-based optimally designed high-pass IIR filter and Its FPGA implementation. In Evolutionary Computing and Mobile Sustainable Networks. 2021. pp. 239–247.
9. Stubberud P. Digital IIR Filter Design Using a Differential Evolution Algorithm with Polar Coordinates. In 2022 IEEE 12th Annual Computing and Communication Workshop and Conference (CCWC). 2022. pp. 1029–1035.
10. Alsahlanee A.T. Digital Filter Performance Based on Squared Error. In 2021 International Conference on Advanced Computer Applications (ACA). 2021. pp. 74–79.
11. Omar A., Shpak D., Agathoklis P. Improved Design Method for Nearly Linear-Phase IIR Filters Using Constrained Optimization. Journal of Circuits, Systems and Computers. 2021. vol. 30. no. 11. pp. 2150207.
12. Susmitha K., Karthik V., Saha S.K., Kar R. Biogeography-Based Optimization Technique for Optimal Design of IIR Low-Pass Filter and Its FPGA Implementation. In Evolutionary Computing and Mobile Sustainable Networks. 2021. pp. 229–237.
13. Kaur H., Saini S., Sehgal A. Optimal Designing of FIR Filter with Hybrid Bat Optimization Algorithm. In Innovations in Electronics and Communication Engineering. 2022. pp. 523–541.
14. Durmuş B. Infinite impulse response system identification using average differential evolution algorithm with local search. Neural Computing and Applications. 2022. vol. 34. no. 1. pp. 375–390.
15. Liang X., Wu D., Liu Y., He M., Sun L. An Enhanced Slime Mould Algorithm and Its Application for Digital IIR Filter Design. Discrete Dynamics in Nature and Society. 2021. vol. 2021. pp. 1–23. DOI: 10.1155/2021/5333278.
16. Datta D., Dutta H.S. High performance IIR filter implementation on FPGA. Journal of Electrical Systems and Information Technology. 2021. vol. 8. no. 2. DOI: 10.1186/s43067-020-00025-4.
17. Wang Y., Ding F., Xu L. Some new results of designing an IIR filter with colored noise for signal processing. Digital Signal Processing. 2018. vol. 72. pp. 44–58.
18. Singh S., Ashok A., Kumar M., Rawat T.K. Optimal design of IIR filter using dragonfly algorithm. In Applications of Artificial Intelligence Techniques in Engineering. 2019. pp. 211–223.
19. Loubna K., Bachir B., Izeddine Z. Optimal digital IIR filter design using ant colony optimization. In 2018 4th International Conference on Optimization and Applications (ICOA). 2018. pp. 1–5. DOI: 10.1109/ICOA.2018.8370500.
20. Liu A., Li P., Deng X., Ren L. A sigmoid attractiveness based improved firefly algorithm and its applications in IIR filter design. Connection Science. 2021. vol. 33. no. 1. pp. 1–25. DOI: 10.1080/09540091.2020.1742660.
21. Bui N.T., Nguyen T.M.T., Park S., Choi J., Vo T.M.T., Kang Y.H., Oh J. Design of a nearly linear-phase IIR filter and JPEG compression ECG signal in real-time system. Biomedical Signal Processing and Control. 2021. vol. 67. pp. 102431.
22. Ko H.J., Tsai J.J. Robust and computationally efficient digital IIR filter synthesis and stability analysis under finite precision implementations. IEEE Transactions on Signal Processing. 2020. vol. 68. pp. 807–1822.
23. Pepe G., Gabrielli L., Squartini S., Cattani L., Tripodi C. Gravitational search algorithm for IIR filter-based audio equalization. In 2020 28th European Signal Processing Conference (EUSIPCO). 2021. pp. 496–500.
24. Agrawal N., Kumar A., Bajaj V. A new method for designing of stable digital IIR filter using hybrid method. Circuits, Systems, and Signal Processing. 2019. vol. 38. no. 5. pp. 2187–2226.
25. Elkarami B., Ahmadi M. An efficient design of 2-D FIR digital filters by using singular value decomposition and genetic algorithm with canonical signed digit (CSD) coefficients. In 2011 IEEE 54th International Midwest Symposium on Circuits and Systems (MWSCAS). 2011. pp. 1–4. DOI: 10.1109/MWSCAS.2011.6026659.
26. Chaker H., Kameche S. Hybrid Approach to Design of Two Dimensional Stable IIR Digital Filter. Algerian Journal of Signals and Systems. 2020. vol. 5. no. 3. pp. 148–152.
27. Kaddouri L., Adamou-Mitiche A.B., Mitiche L. Design of Two-Dimensional Recursive Digital Filter Using Multi Particle Swarm Optimization Algorithm. Journal Européen des Systèmes Automatisés. 2020. vol. 53. no. 4. pp. 559–566.
28. Kumar M., Rawat T.K. Optimal fractional delay-IIR filter design using cuckoo search algorithm. ISA transactions. 2015. vol. 59. pp. 39–54.
29. Dhabal S., Venkateswaran P. An improved global-best-guided cuckoo search algorithm for multiplierless design of two-dimensional IIR filters. Circuits, Systems, and Signal Processing. 2019. vol. 38. no. 2. pp. 805–826.
Опубликован
Как цитировать
Раздел
Copyright (c) Ракеш Кумар Шарма, Кришан Кумар Шарма, Тарун Варма
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Авторы, которые публикуются в данном журнале, соглашаются со следующими условиями: Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале. Авторы сохраняют право заключать отдельные, дополнительные контрактные соглашения на неэксклюзивное распространение версии работы, опубликованной этим журналом (например, разместить ее в университетском хранилище или опубликовать ее в книге), со ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале. Авторам разрешается размещать их работу в сети Интернет (например, в университетском хранилище или на их персональном веб-сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению, а также к большему количеству ссылок на данную опубликованную работу (Смотри The Effect of Open Access).