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pchang718 9182220c1d feat: implement multi-stage cascaded biquad filters support

2026-05-21 22:35:24 +08:00

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DSP Bode Plot 專案進度總結 (2026-05-15)

1. 核心功能優化 (DSP & 定點數運算)

細部微調 (Fine-tuning)：實施了基於 \delta (Delta) 與 r (Radius) 的參數化微調。
定點數精確度修正：採用「兩倍值整數運算」邏輯，解決了 0.5 步階在浮點數圓整時產生的「按鍵沒反應」Bug。
防止漂移 (Oscillation Logic)：針對數位微調，實施了奇偶震盪平衡邏輯。當調整 \delta 導致 r 必須隨動時，採用震盪補償防止 r 產生單向累積誤差。
參數連動策略：在 0.5 步階時，採取「優先滿足目標變動」原則。若調整 $\delta$，則 r 隨動；反之亦然。

2. UI/UX 介面調整

側邊欄優化：
- 將 r 與 \delta 的調整區域改為垂直堆疊，適應 21rem 的窄邊欄。
- 移除冗餘的 a1, a2 預覽方塊，僅保留帶有數學公式標籤的 r, \delta 預覽。
步階序列：數位微調步階改為自訂序列：[0.5, 1, 2, 4, 8, 32, 256, 1024, 4096, 16384, 65536]。
微調量顯示：統一使用 ± 符號並帶空格（例如 ± 0.5）。
智能禁用：當數位步階為 0.5 時，自動禁用 r 的控制項，確保以 \delta 為主導。

3. 繪圖系統 (Bode Plot)

幅值圖 (Magnitude)：
- 初始範圍：基於 $systemGain \times 3$，涵蓋 $70 \text{ dB}$。
- 保留手動彈性：設定為 fixedrange: false，支援滑鼠縮放與 Auto Scale。
- 狀態保持：使用 uirevision，確保微調參數時不會跳回初始縮放。
相位圖 (Phase)：
- 絕對鎖死：固定範圍為 $[-180^\circ, 180^\circ]$。
- 禁止縮放：設定為 fixedrange: true，提供穩定的絕對參考。
座標軸連動：幅值圖與相位圖的 X 軸（頻率）已完全同步。不論在哪一張圖進行橫向縮放，兩者都會連動。

4. 數學公式參考

理想空間：
- a1 = -1 - r + \delta
- a2 = r + \delta
定點數空間 (Q14 為例)：
- a0 = 2^{14} = 16384
- a1 = -a0 - r + \delta
- a2 = r + \delta
- 2\delta = a1 + a2 + a0
- 2r = a2 - a1 - a0

5. 目前 Git 狀態

當前分支：dev-v2-rounding-fix-20260517 (已推送到 origin)。
同步說明：此版本包含了 Rounding 功能、Vite proxy 修復與 production build。

同事試用指令：

git fetch
git checkout dev-v2-rounding-fix-20260517

Last Updated: 2026-05-15 17:47

DSP Bode Plot 專案進度更新 (2026-05-17)

6. 定點數 Rounding 模擬 (V2 Feature)

Round (+0.5 補償) 功能：在 integer_lfilter() 中實作了硬體級四捨五入模擬，使用 (acc + (1 << (shift - 1))) >> shift 取代傳統的 acc >> shift (Floor)。
UI 控制：於「定點數模擬設定」區塊新增 Floor (SRA) / Round (+0.5) 互斥按鈕（與「階數 Order」相同風格），放置於 Q_in / Q_out 同列。預設為 Round。
API 參數：/api/filter 與 /api/filter/download 端點已支援 use_round 參數。
高精度狀態變數架構：前饋 (Feed-forward) 不右移，保留完整 Q_{in+b} 精度；僅回授 (Feedback) 與最終輸出做位移縮放。

7. Vite Proxy 修正

Bug 修正：vite.config.js 的 proxy target 從 https:// 修正為 http://，與 uvicorn 的實際 HTTP 協議一致。

⚠️ 踩雷紀錄 (Lessons Learned)

🔴 Production Build 未同步 (2026-05-17)

症狀：修改了 src/app-options.js 與 src/App.vue 後，UI 按鈕有出現但功能完全不生效（Round/Floor 切換後濾波器輸出完全沒變化）。花了大量時間除錯。

根因：使用者透過 http://localhost:8000/ui/ 存取系統。FastAPI 直接 serve static/build/app.js，而該檔案停留在 5 月 15 日的舊版（距今超過一天）。所有前端修改都只存在於 src/ 原始碼，從未被 npm run build 編譯輸出。

解法：修改 src/ 後務必執行 npm run build，再 Ctrl+Shift+R 硬重新整理瀏覽器。

預防措施：

開發時優先使用 http://localhost:5173/ (Vite dev server，自動 HMR)。
若使用 port 8000，每次修改前端程式碼後必須 build。
詳見 ARCHITECTURE.md 的「Development Environment Notes」章節。

🟡 Vite Proxy https/http 不匹配 (2026-05-17)

症狀：Vite dev server 的 API 轉發全部失敗 (502)，uvicorn 日誌大量出現 Invalid HTTP request received.。

根因：vite.config.js 設定了 target: 'https://127.0.0.1:8000'，但 uvicorn 以 HTTP 模式啟動。Vite proxy 嘗試發送 TLS 握手封包到純 HTTP 伺服器。

解法：將 proxy target 改為 http://127.0.0.1:8000，移除 secure: false。

Last Updated: 2026-05-17 00:43

DSP Bode Plot 專案進度更新 (2026-05-17 - 第二階段重構與優化)

8. 回授變數命名重構與物理意義釐清

變數命名精確化：為消除舊版回授項以 fb_ 開頭容易讓工程師誤解為 b 係數的命名混淆，將 dea/csv_processing.py 的變數全面更名：
- fb_sum \rightarrow sum_a (回授 a 累加項)
- fb_shifted \rightarrow sum_a_scaled (已除以 A_0 歸一化後的回授項)
- acc 運算直接更新為直觀的 acc = sum_b - sum_a_scaled，完全與數學公式鏡像對齊。
明確白話文檔指引：在根目錄與 bodeplot 目錄下的 INTEGER_FILTER_IMPLEMENTATION.md 文件中，新增了兩項白話物理意義說明：
1. 為什麼回授部分除以 $A_0$？（假設 $A_0 = 1$，放大後即為 $2^{Q_a}$，除以 A_0 等同於算術右移 shift_a，旨在消去 Q_a 放大的效應以防數值爆炸）。
2. 為什麼輸入訊號 x 與前饋 b 不用中間歸一化？（說明為了防止小數精度因中間右移而被截斷丟棄，故意將高精度一路鎖在歷史狀態變數中，延遲至最終輸出時才進行一次性對齊，藉此獲得最大 SNR 與最佳效能）。
3. 加註 Floor 模式的警告：加註 （無條件捨去，非常不建議），指引工程師優先使用 Round 補償。

9. 韌體 C 語言實作最佳化 (32-bit MCU Optimization)

32位元整數重構：為避免 64 位元除法/乘法在 32 位元微處理器（如 ARM Cortex-M 或是 RISC-V RV32I）上引發昂貴的軟體模擬消耗，將 INTEGER_FILTER_IMPLEMENTATION.md 中提供的 C 語言 Process 範例全部改為由 int32_t 為核心的高效能版本。

10. Vite HTTPS Proxy & SSL 完全對齊

HTTPS 代理修復：為同時支援 Web Serial API（瀏覽器實體連接埠，要求 HTTPS 協議）與 Vite 5173 的自動熱更新開發，將 vite.config.js 的 proxy target 更新為 https://127.0.0.1:8000，並加上 secure: false（允許繞過自簽憑證限制），徹底解決了前端對代理伺服器發送明文請求所導致的 Failed to execute 'json' on 'Response': Unexpected end of JSON input 報錯。

11. 目前 Git 狀態與 GitLab 同步

當前分支：dev-v2-integretimedomain
提交與推送：已經將最新的變數重構、32-bit C 代碼優化、Vite HTTPS Proxy 更新成功 commit 並 Push 至 GitLab 遠端儲存庫，分支版控狀態極其乾淨。

Last Updated: 2026-05-17 14:26

DSP Bode Plot 專案進度更新 (2026-05-21 - 多級串聯濾波器支援)

12. 實作多級串聯濾波器 (Cascade of Biquads / SOS)

UI/UX 升級：前端新增多階段 (Stages) 濾波器管理介面，支援動態新增、刪除、上下排序以及單一 Stage 的啟用與禁用。
API 擴充：後端新增 /api/bode/compare_cascade 支援串聯頻率響應計算，並修改 /api/filter 與 /api/filter/download 以支援時域訊號的串聯處理。
工程對齊：徹底落實 INTEGER_FILTER_IMPLEMENTATION.md 第 7 節強調的「二階級聯黃金法則」，避免了直接將高階濾波器展開成 Direct Form 所帶來的極點靈敏度暴增及數值不穩定問題。

13. 目前 Git 狀態與 GitLab 同步

當前分支：cascadedfilters
提交與推送：已將多級串聯 (Cascade) 的完整實作獨立建立為 cascadedfilters 分支，並推送至 GitLab 以供後續檢視與整合。

Last Updated: 2026-05-21 14:19

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