基于Cortex-A8嵌入式系统的声源定位技术研究与实现

发布时间：2017-08-09 15:13

  本文关键词：基于Cortex-A8嵌入式系统的声源定位技术研究与实现

  更多相关文章： 麦克风阵列 声源定位 四元十字阵 时延估计

【摘要】：伴随着多媒体技术的快速发展,语音信号处理技术在接收和处理信息等方面得到了越来越广泛的关注,语音识别、语音增强、声源定位等应用方兴未艾。而声源的定位技术是语音增强、语音识别技术的前提和基础。基于麦克风阵列的声源定位技术已经成为一大研究热点,其广阔的应用前景得到了广泛的关注。当前基于麦克风阵列的声源定位技术主要分为：基于高分辨率谱估计的声源定位、基于可控波束形成的声源定位、基于时延估计的声源定位。而在这三种算法中,基于时延估计的声源定位算法计算复杂度低,实用性较强,是实时声源定位应用的首选。基于此,本文开展了基于时延估计的实时声源定位算法研究。本文主要从理论研究、软硬件平台搭建、实际场景验证三个方面进行研究。(1)本文第二章开展了针对时延估计算法的研究。在分析对比各种麦克风阵型的基础上,选取四元十字阵作为麦克风阵列的阵型,并推导了基于四元十字阵的声源定位算法的公式。在此基础上,研究了几种基于时延估计的声源定位算法,针对广义互相关算法在低信噪比、混响大的环境下鲁棒性较差的问题,提出了一种多通道加权联合算法。该算法先把信号进行多通道滤波分解,再分别计算各通道的互相关值,最后对各通道进行加权联合计算出时延。仿真实验表明,多通道加权联合算法的鲁棒性比广义互相关中的PHAT和SCOT加权算法强。(2)基于理论研究基础,设计了基于Cortex-A8嵌入式平台的声源定位系统,并进行了相应的硬件选型与调试及算法移植工作。首先,在硬件设计方面,选用S5PV210作为核心处理器、WM8960作为音频编解码芯片,并搭建了外围电路；其次,在软件开发方面,分别进行了系统搭建,WM8960音频驱动程序移植,定位算法编写、测试、及移植；最终完成了基于Cortex-A8嵌入式平台的声源定位系统。(3)为了测试本文系统的可行性,在室外环境下进行了一系列实验。实验结果表明,本系统的方案合理有效,能够较好的实现声源定位。此外,针对本系统在实际环境中存在的不足之处,文中也给出了相关的改进方案,为更有效的声源定位系统的研发提供了思路。
【关键词】：麦克风阵列 声源定位 四元十字阵 时延估计
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN912.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 课题研究的背景与意义12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.2.1 国外研究现状12-13
• 1.2.2 国内研究现状13-14
• 1.3 基于麦克风阵列的声源定位技术14-15
• 1.3.1 基于高分辨率谱估计的声源定位14
• 1.3.2 基于可控波束形成的声源定位14-15
• 1.3.3 基于时延估计的声源定位15
• 1.4 本文的主要内容及组织结构15-18
• 第二章 基于麦克风阵列的声源定位算法的研究18-44
• 2.1 麦克风阵列信号的模型及拓扑结构18-21
• 2.1.1 远场模型18
• 2.1.2 近场模型18-19
• 2.1.3 麦克风阵列的拓扑结构19-21
• 2.2 基于时延估计的声源定位原理21-30
• 2.2.1 基于四元十字阵的声源定位算法22-24
• 2.2.2 时延估计算法的基本模型24-25
• 2.2.3 基本互相关法25-26
• 2.2.4 广义互相关法26-27
• 2.2.5 最小均方(LMS)自适应滤波法27-29
• 2.2.6 多通道加权联合法29-30
• 2.3 仿真实验30-42
• 2.3.1 广义互相关算法32-37
• 2.3.2 多通道加权联合算法37-42
• 2.4 本章小结42-44
• 第三章 声源定位系统的硬件设计44-66
• 3.1 系统总体框图44
• 3.2 最小系统44-52
• 3.2.1 基于ARM Cortex-A8架构的S5PV210处理器45-47
• 3.2.2 DDR2 SDRAM47-49
• 3.2.3 NAND Flash49-50
• 3.2.4 电源模块50-51
• 3.2.5 时钟模块51-52
• 3.2.6 复位电路52
• 3.3 麦克风阵列模块52-54
• 3.3.1 麦克风种类选择52-53
• 3.3.2 麦克风阵元间距53
• 3.3.3 麦克风阵列的结构53-54
• 3.4 音频编码解码模块54-58
• 3.4.1 WM8960电路设计55-56
• 3.4.2 IIC总线56-58
• 3.4.3 IIS总线58
• 3.5 SD卡模块58-59
• 3.6 USB模块59-61
• 3.6.1 USB HUB扩展电路59-60
• 3.6.2 USB OTG接口60-61
• 3.7 串口模块61
• 3.8 电源模块61-64
• 3.8.1 5V电源设计61
• 3.8.2 3.3V电源设计61-64
• 3.9 本章小结64-66
• 第四章 声源定位系统的软件开发66-86
• 4.1 嵌入式Linux系统的构建66-70
• 4.1.1 Linux系统简介66
• 4.1.2 Linux内核体系结构66-67
• 4.1.3 Linux内核代码结构67-69
• 4.1.4 Linux内核镜像的制作69-70
• 4.2 音频驱动程序的移植70-79
• 4.2.1 高级Linux声音架构70-71
• 4.2.2 Platform功能和数据解析71-72
• 4.2.3 Codec功能和数据解析72-73
• 4.2.4 WM8960芯片的驱动移植73-79
• 4.3 音频采集程序的设计79-80
• 4.4 声源定位算法的设计80-85
• 4.4.1 信号预处理80-82
• 4.4.2 语音端点检测82-84
• 4.4.3 时延算法设计84-85
• 4.5 本章小结85-86
• 第五章 系统测试及分析86-92
• 5.1 测试设备及环境86-87
• 5.2 测试方法与步骤87-89
• 5.3 测试结果与分析89-91
• 5.4 误差分析91
• 5.5 改进方案91
• 5.6 本章小结91-92
• 第六章 总结与展望92-93
• 6.1 工作总结92
• 6.2 研究展望92-93
• 致谢93-94
• 参考文献94-98
• 攻读硕士学位期间发表的论文98

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本文编号：645915