一种高效的实时听声辨位系统设计与算法研究

发布时间：2023-08-08 17:02

　　近年来,随着经济水平的不断提升,安防行业蓬勃发展。为满足大众对于家庭安防日益增长的需求,各类产品已涌入普通消费者市场。目前看来,典型的安防产品如视频监控,功能相对单一,缺少对周围环境主动感知的能力。智能家居已成为安防领域的重要风口,其理念核心是对居住环境的自主感知和智慧决策。基于此,本文设计了一套应用于家用网络摄像机(IP Camera,IPC)的听声辨位模块,实时检测环境中的声响扰动,并将声源方位信息传递给摄像机主模块,以实现有限视角镜头的智能转向跟踪。具备听声辨位功能的IPC可以在不使用全景技术的条件下对监控区域360全覆盖,其实用价值较高。听声辨位系统以麦克风阵列采集的声音信号为数据来源,利用被动声源定位方法获得目标的方位信息。论文深入研究了各类主流阵列定位算法的实现原理,综合比较其优劣。并结合硬件条件、适用场景等提出了一种改进的TDoA声源定位算法,对该算法的可行性和性能作了较为严格的理论分析与评估。论文对算法移植MCU平台的优化工作进行了系统论述,实现了轻便、高效、健壮的声源定位软件模块,为低成本可靠定位方案的设计提供了参考。

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 选题背景与意义
    1.2 声源定位技术研究现状
    1.3 论文研究内容及章节安排
        1.3.1 论文研究内容及整体软硬件方案
        1.3.2 论文章节安排
2 多麦克风的空间声源到达时延估计算法
    2.1 声音信号传播模型
        2.1.1 声波的产生
        2.1.2 带噪声音信号
    2.2 基于广义互相关的到达时延估计理论
        2.2.1 最小均方自适应滤波时延估计
        2.2.2 基本广义互相关函数时延估计
        2.2.3 改进的互功率谱相位法
        2.2.4 前置倒谱预滤波
    2.3 基于余弦相似度的序列移位配对算法
        2.3.1 建立信号与语音活动端检测
        2.3.2 短序列时域移位计算
3 基于TDoA的方位估计
    3.1 普适性位置估计理论
        3.1.1 远场与近场声源
        3.1.2 定位问题的一般数学模型
        3.1.3 最小二乘参数估计方法
    3.2 结合模块具体结构的空间坐标变换法
        3.2.1 平面十字阵列定位原理
        3.2.2 方位估计角分辨率分析
    3.3 基于双耳电平差的声源区间预估
4 系统方案设计及功能测试
    4.1 硬件选材与结构设计
        4.1.1 听声辨位模块整体构造
        4.1.2 元器件及芯片的选择
    4.2 关键软件模块功能解析
        4.2.1 软件总体方案设计
        4.2.2 外设及逻辑控制模块
        4.2.3 核心定位算法模块
        4.2.4 通信协议解析模块
    4.3 样机性能测试及结果分析
5 总结与展望
    5.1 本论文主要工作及创新点
    5.2 算法改进设想
参考文献
作者简历



本文编号：3840137