基于虚拟仪器的声源追踪技术研究

发布时间：2017-10-01 10:02

  本文关键词：基于虚拟仪器的声源追踪技术研究

  更多相关文章： 虚拟仪器 声源定位 波达时差 广义互相关

【摘要】：声源定位技术具有非常大的潜在应用价值,它既可以用于军事领域,如对狙击手位置锁定、低空或地面目标追踪等,同时也被用在大型会场的语音增强、视频电话会议和新闻电视录制等民用领域;此外,在研究地震的监视、水下目标追踪等领域同样有重要的意义。通过对发声者(声源)的定位,实现拾音器或者摄像机对目标追踪,实现声音录制前端增益匹配或者摄像头转动对焦等的预处理,有助于采集分辨率和清晰度比较高的声音和画面。近年来关于声源定位引起广泛研究。课题研究了常见的用于声源定位算法和拾音器阵列布局模型,着重探讨了基于波达时差(TDOA)的声源定位技术,分析了四元十字结构拾音器阵列模型和广义互相关时延估计算法。基于对目前声源追踪在实时性、快速性、定位精度上出现不足,针对性研究了基于TDOA声源定位技术和广义互相关时延估计(GCC)算法。基于TDOA的声源定位算法的关键前提是得到误差小的时延估计。分析GCC算法在计算时延时出现精度失真的影响因素:拾音器接收信号中混响因素对其精度损失造成一定的影响,根据混响出现的特点和去混响常用的方法,提出了在复倒普域去除混响技术应用于对声波中夹杂的反射波混响的去除,以此改进了GCC算法对混响滤除不足的情况,从而降低GCC算法对于时延计算的误差,提高了对两路声波信号到达时间差计算精度,进一步降低基于TDOA的声源定位算法对目标声源定位时产生的误差。课题设计并实现一种基于虚拟仪器综合测试工具的和布局成十字结构的四元拾音器阵列的声源追踪系统,其基于TDOA的声源定位算法和改进的GCC时延估计算法,可以根据目标声源发出的声波进行位目标位置定位和追踪以便进行综合管理;详细介绍了基于LabVIEW 2012测试平台和NI USB-9234四路同步数据采集卡,以及四元拾音器十字型阵列结构的声源追踪系统的软件设计和硬件实现;系统可以实现目标声源坐标的实时获取、目标跟踪、坐标三维动态显示、远程监控、人机交互、系统数据存储、显示等功能;可以实现对目标的定位目的,具有较强的人机交互性。最后对系统进行误差分析,实验验证系统具有实时性好、精度高、计算量小、工作稳定等特点。实验对比分析了改进时延算法对与系统定位精度具有一定改善,并具有较低计算量和较好的实时性。
【关键词】：虚拟仪器 声源定位 波达时差 广义互相关
【学位授予单位】：河南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN912.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 研究背景11-12
• 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 常见的基于拾音器声源定位算法14-19
• 1.3.1 可控波束形成定位方法15-16
• 1.3.2 高分辨率谱估计技术16
• 1.3.3 基于粒子滤波的方法16-17
• 1.3.4 到达时延（TDOA）技术17-19
• 1.4 课题主要研究内容及章节安排19-20
• 第二章 语音的预处理研究20-28
• 2.1 语音信号的预处理20-24
• 2.1.1 声音信号特性20
• 2.1.2 语音预处理的方法20
• 2.1.3 语音信号的预加重20-22
• 2.1.4 语音信号的短时平稳性及分帧加窗处理22-23
• 2.1.5 语音信号的分频处理23-24
• 2.2 声源模型24-27
• 2.2.1 声源近场模型特性24-26
• 2.2.2 声源远场模型特性26-27
• 2.3 本章总结27-28
• 第三章 基于TDOA声源追踪算法研究和模型建立28-40
• 3.1 拾音器阵列研究及其分类28-33
• 3.1.1 均匀线性拾音器阵列(一维阵列)28-30
• 3.1.2 匀圆形拾音器阵列（二维阵列）30-32
• 3.1.3 三维阵列（均匀球面阵列和三维均匀直线阵列）32-33
• 3.2 四元十字拾音器阵列33-38
• 3.3 影响四元十字拾音器阵列定位精度的关键参数分析38-39
• 3.3.1 时延值误差对定位精度的影响38
• 3.3.2 拾音器距离对定位的影响38
• 3.3.3 目标声源位置对定位性能的影响38-39
• 3.4 本章总结39-40
• 第四章 时延估计算法研究及改进40-49
• 4.1 时延估计的方法40-44
• 4.1.1 广义互相关算法40-42
• 4.1.2 功率谱相位时延估计法42-43
• 4.1.3 自适应滤波法时延估计法43-44
• 4.2 广义互相关算法的影响因素44-45
• 4.3 语音信号去混响研究45-46
• 4.3.1 混响的数学模型45-46
• 4.3.2 混响去除研究46
• 4.3.3 常用的去混响技术46
• 4.4 复倒谱域语音去混响算法46-47
• 4.5 广义互相关算法的改进47-48
• 4.6 本章小节48-49
• 第五章 系统设计和实现及误差分析49-68
• 5.1 系统总体设计49-50
• 5.2 系统实现功能50
• 5.3 声波信号采集系统50-54
• 5.3.1 四元拾音器空间布局51-52
• 5.3.2 USB9234同步数据采集卡52
• 5.3.3 金泽X5-AUDIO拾音器52-53
• 5.3.4 供电电源53-54
• 5.4 上位机程序设计54-62
• 5.4.1 基于Lab VIEW2012的人机交互界面设计56-58
• 5.4.2 系统权限安全部分58-59
• 5.4.3 声源信号的采集59-60
• 5.4.4 数据分析和处理60-61
• 5.4.5 盲去混响部分61
• 5.4.6 程序主控制部分61-62
• 5.5 系统精度验证和改进算法误差分析62-66
• 5.5.1 系统误差分析63
• 5.5.2 改进算法对时延预估误差分析63-64
• 5.5.3 系统误差验证64-65
• 5.5.4 改进算法对系统定位精度的提高65-66
• 5.6 课题研究成果66-67
• 5.7 本章总结67-68
• 总结与展望68-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-74
• 作者简介74

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本文编号：952796