基于麦克风阵列的声源定位系统设计与研究

发布时间：2020-06-13 11:02

【摘要】：麦克风阵列声源定位是指采用多个麦克风按一定的规则排布,通过高速高精度数据采集卡对声源信号进行采集,再根据时延估计、解圆锥曲线方程、自相关、互相关算法及波速形成等算法计算出待测声源所处的空间位置。相较于单个麦克风信号而言,阵列麦克风具有设备简单、不受传输介质干扰的优点,因而可广泛用于音频或视频会议、语音识别、工业机器人定位等领域。然而麦克风阵列声源定位系统所涉及的算法运算量较大、系统成本高。本文针对高速高精度数据采集、同步采样大面积拓扑等困难,以及麦克风阵列声源定位算法复杂的问题,开展了声源定位算法研究、软件的编写、硬件电路系统的设计。最终完成了麦克风阵列声源定位系统的搭建。通过调试硬件及编写相关算法的测试,验证了软硬件设计的合理性。麦克风阵列定位实验结果显示,系统可实现多个麦克风信号的同时同步采集、数据的存储与无线传输、人机交互与采集控制、定位结果的可视化等功能,对于24位量化精度的ADC数据采样率可达200K,定位系统的刷新速度可达25FPS。多次实验分析表明,系统的位置精度为±0.03m,方位角定位精度为±0.03度,俯仰角定位精度±0.2度,定位的相对误差小于5%。
【图文】：

平板电脑,笔记本,产品图,麦克风

利用麦克风阵列进行语音信号处理已在实际生活中有了广泛应用。如图1.1，麦克风阵列适用于作为外置麦克风阵列或内嵌于笔记本及平板电脑中，在一般噪声场合使用时可以发挥较好的录音效果[6]。2017 年的两会直播期间，结合科大讯飞的听见系统使得字幕能够同步直播，字幕不再由纯粹的人工编辑而成，达到了高效快捷的信息传播目的。科大讯飞已展开了相关技术的研究。其最新产品四麦线性阵列 XFM10411 成功突破语音交互距离瓶颈，识别距离达到5 米[7]。东莞泉声电子有限公司是国内最大的数字麦克风与阵列麦克风生产基地。2008 年，经过与富迪公司的三年紧密合作后，其公司的数字麦克风与阵列麦克风的产能已达 5KK/月，在数字麦克风及麦克风阵列新产品的推广方面取得

产品图

图 1.1 笔记本及平板电脑中麦克风阵列产品图图 1.2 麦克风阵列产品图对麦克风阵列声源定位的研究，对现有语音通信系统与消费电子系统有重要的指导意义[9]。在人机交互、音视频会议等领域，实现对目标说话人的跟踪以及后续的语音定向拾取是非常重要的前处理技术。智能机器人通过声源定位技术找到主人的方位，通过降噪技术滤除环境噪声和混响，，可以自由地在任意场景中控制机器人，回声消除技术也可用于消除设备自身播放的声音，从而真正的实现真正意义上的交互[10-12]。1.1.1 国外研究现状1985 年，美国罗格斯大学的 Flanagan 教授在大型会议上应用了麦克风阵列的语音增强系统[13]，效果很好。之后，美国布朗大学的 H.Silverman 在语音识别方面应用了麦克风阵列[14]。1996 年，H.Silverman 和 M.Brandstein 继续合作，首次将麦克风阵列技术应用到声源实时定位上。荷兰新创团队的 Sorama，基于阵列麦克风技术开发了一台声音相机，希望可以帮助使用者找到噪音的来源位置，现阶段则是已经与 Cooler Master 进行相关的合作，这个栅栏之上嵌入了共 64 个麦克风。根据现场测试，该声音相
【学位授予单位】：云南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN912.3

【参考文献】