基于傳聲器陣列的聲源定位技術研究

電子通信論文編號:TX211    附開題報告,任務書,外文翻譯,論文字數:17426,頁數:36

目   錄
1  引言 1
1.1  應用背景 1
1.2 研究現狀 2
1.3 基于傳聲器陣列的聲源定位系統的模型與難點 3
1.4 本論文的主要工作和內容安排 4
2  幾種定位方法的介紹 6
2.1 聲音信號分析 6
2.1.1 聲音信號的時域和頻域分析 6
2.1.2 聲音的采樣頻率 6
2.2 聲源定位原理 7
2.2.1 仿人雙耳的聲源定位原理 7
2.2.2 基于到達時間差的聲源定位原理 7
2.3 聲源定位方法的分類和比較 8
2.3.1 基于最大輸出功率的可控波束形成定位方法 8
2.3.2 基于高分辨率譜估計技術的定位方法 9
2.3.3 基于時延估計的定位方法 9
2.3.4 定位方法比較 9
2.4 基于時延估計的聲源定位方法 10
3  基于時延的方位估計 12
3.1 傳聲器和聲源的幾何模型 12
3.2 角度距離定位法 13
3.3 球形插值法 15
3.3.1 球形插值法原理 15
3.3.2 簡便計算方法 16
4  聲源定位系統設計 18
4.1 聲源定位系統的結構 18
4.1.1 硬件結構 18
4.1.2 軟件結構 18
4.2 實驗系統硬件設計 19
4.2.1 研華PCL-818HG 數據采集卡介紹 19
4.2.2 傳聲器種類與選擇 21
4.3 實驗系統軟件設計 21
4.3.1 數據采集程序 22
4.3.2 信號濾波和聲源定位程序 22
5  聲源定位實驗 27
5.1 實驗環境 27
5.2 實驗原理 27
5.3 實驗結果 27
5.4 誤差分析 29
5.4.1 系統硬件性能引起的誤差 29
5.4.2 實驗條件引起的誤差 31
5.4.3 其他因素引起的誤差 31
5.5 實驗系統的改進 31
5.6 結論 32
6  總結和展望 33
6.1 全文總結 33
6.2 本文的不足之處及后續工作展望 33
參 考 文 獻 35
致  謝 36

 摘 要
 聲源定位技術是利用傳聲器拾取語音信號，并用數字信號處理技術對其進行分析和處理，繼而確定和跟蹤聲源的空間位置。
 傳統的單個傳聲器的拾音范圍很有限，拾取信號的質量不高，繼而提出了用傳聲器陣列進行語音處理的方法。傳聲器陣列具有去噪、聲源定位和跟蹤等功能，從而大大提高語音信號處理質量。
 本文討論了基于傳聲器陣列的聲源定位系統所面臨的問題，總結歸納并比較了各種基于傳聲器陣列的聲源定位方法的優缺點。重點分析了基于時延估計的聲源定位方法，其中還介紹了角度距離定位法和球形插值法。開發了一種基于研華PCL-818HG數據采集卡的聲源定位系統，結合改進的互功率譜相位時延估計算法，利用角度距離定位算法，進行了系統的聲源定位實驗，給出了實驗結果，并提出了改進方案。實驗證明所設計的聲源定位系統實際可用，并可以為進一步的聲源定位技術研究提供硬件平臺支持。

 關鍵詞：傳聲器陣列，聲源定位，時延估計，互功率譜相位，PCL-818HG，
 數據采集

 Based on Microphone Array for Sound Source Localization Research
 ABSTRACT
 Sound source positioning technology is to use the microphone to pick up voice signals, and digital signal processing technology used for their analysis and processing , Then identify and track the spatial location of sound source.
 The pick up range of traditional single microphone is limited, the signal quality picked up is not high, then a voice processing methods with the microphone array has been proposed . Microphone array has the functions of de-noising, sound source localization and tracking functions, which greatly improved the quality of voice signal processing.
 The article discusses some issues of sound source localization based on microphone array, Some main methods of sound source localization are compared. A sound source localization method based on the time delay estimation is analyzed with emphasis，position angle distance method and spherical interpolation methods are also introduced.A sound source localization system based on the PCL-818HG data acquisition card produced by Advantech CO., Ltd is designed. Finally, Some Experiment is conducted on the system, and the experimental result is presented. The results showed that further study on sound source localization can be made on the sound source localization system.
 
 
 Keywords: Microphone Array, Sound Source Localization, Time Delay Estimation, Cross-power Spectrum Phase, PCL-818HG, Data Acquisition