基于麦克风阵列的实时声源定位技术研究

发布时间：2017-10-22 23:29

  本文关键词：基于麦克风阵列的实时声源定位技术研究

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【摘要】：近些年来随着智能化生活的普及,国内外关于声源定位技术的研究越来越多,它在民用和军用方面都有着不错的应用前景。但是国内关于此项技术的研究大多是偏向民用方面,在军用方面较少,且多是围绕如何增加定位的精确度,对于减小算法计算量的研究则较少。因此,为了国防需要,进行实时声源定位算法的研究具有重要的实用价值。本文针对如何降低定位算法的计算量对算法进行了改进,并搭建了一套测试系统对算法进行了验证。首先,讲述了定位最开始时语音活动的检验,区分了阵列近场信号模型与远场信号模型,着重分析了两种信号模型的异同,重点研究了麦克风阵列的设计要点。其次,重点分析了当前最受欢迎的SRP PHAT算法,并针对计算量的减小对算法进行了改进,利用基于GCC的时间延迟方法的估计值缩小了SRP-PHAT算法的搜索区域。此外还引入了一种基于采样空间的改进SRP-PHAT算法,并对改进前后的三种算法通过仿真,进行了定位精确度与计算量的比较。再次,搭建了实时声源定位测试系统。描述了测试系统的硬件组成与软件程序设计。编写了上位机软件显示界面,以便能清楚明了的观察声源定位的结果。最后,使用本文提出的混合结构算法在搭建的测试系统上运行试验。测得的数据表明本文提出的混合结构算法在保持了原算法定位精确度和稳健性的同时,显著的降低了算法的计算量,适用于实时定位环境。
【关键词】：声源定位 麦克风阵列 SRP PHAT GCC
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN912.3
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 研究背景及研究现状11-17
• 1.1.1 研究背景及意义11-13
• 1.1.2 国内外研究现状13-17
• 1.2 本文研究的主要内容17-19
• 第二章 声源定位算法的理论基础19-30
• 2.1 音频信号的预处理19-21
• 2.1.1 音频信号的短时分析19
• 2.1.2 音频活动检测19-21
• 2.2 麦克风阵列的近场和远场模型21-26
• 2.2.1 麦克风阵列对信号的处理21-22
• 2.2.2 远场模型和近场模型的区分22
• 2.2.3 麦克风阵列的近场模型22-23
• 2.2.4 麦克风阵列的远场模型23-26
• 2.3 麦克风阵列的设计26-29
• 2.3.1 麦克风的种类介绍26-27
• 2.3.2 麦克风阵列的结构27-28
• 2.3.3 麦克风阵列阵元的间距和数目28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 实时声源定位算法研究30-48
• 3.1 SRP ?PHAT声源定位方法30-31
• 3.2 SRP ?PHAT算法的改进31-34
• 3.2.1 声源定位算法的比较与选择31-32
• 3.2.2 改进的SRP ?PHAT声源定位算法总体概述32-34
• 3.3 混合结构的实时声源定位算法34-38
• 3.3.1 语音活动检测34-35
• 3.3.2 时间延迟估计35-36
• 3.3.3 圆形群集方法36-37
• 3.3.4 SRP ?PHAT算法搜索37-38
• 3.3.5 算法在多声源条件下的应用38
• 3.4 算法计算量的分析38-39
• 3.5 基于采样空间的改进SRP ?PHAT算法39-43
• 3.5.1 麦克风间的时间延迟函数39-41
• 3.5.2 改进的SRP ?PHAT算法41-43
• 3.6 仿真验证与比较43-46
• 3.7 本章小结46-48
• 第四章 基于DSP的实时声源定位系统设计48-61
• 4.1 声源定位测试系统的搭建48-50
• 4.1.1 实验开发板SEED_ DEC2812V1.0 介绍48-49
• 4.1.2 测试系统的设计原理和框架49-50
• 4.2 测试系统各硬件模块介绍50-52
• 4.2.1 麦克风阵列50
• 4.2.2 前置的音频放大器50
• 4.2.3 模/数转换( ADC )模块50-51
• 4.2.4 定时器模块和串.模块51-52
• 4.3 算法程序设计52-60
• 4.3.1 CCS软件简介53
• 4.3.2 AD采样模块配置及子程序设计53-56
• 4.3.3 数字信号处理模块56-58
• 4.3.4 串.通信程序设计58-59
• 4.3.5 上位机软件界面程序设计59-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第五章 算法验证测试及结果分析61-68
• 5.1 实际测试环境概述61-62
• 5.2 实验装置组成62-63
• 5.3 算法定位测试及结果分析63-67
• 5.3.1 SRP ?PHAT算法改进前后的性能比较63-64
• 5.3.2 角度和距离对定位性能的影响64-66
• 5.3.3 对动态声源的跟踪测试66
• 5.3.4 测试结果误差分析66-67
• 5.4 本章小结67-68
• 结论68-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 蔡卫平;吴镇扬;;一种基于离散时延的鲁棒声源三维定位方法[J];东南大学学报(自然科学版);2009年01期

2 金乃高;殷福亮;陈U，

本文编号：1080614