基于到達時差(tdoa)的聲音定位系統(tǒng)設計開題報告_第1頁
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文檔簡介

1、<p>  基于到達時差(TDOA)的聲音定位系統(tǒng)設計</p><p>  1 選題的背景與意義</p><p>  隨著科技的進步,定位已經(jīng)在我們的日常生活中扮演的角色越來越重要。確定一個聲源在空間中的位置是一項有廣闊應用背景的有趣研究,將來可以將語音聲源定位應用在可視電話、視頻會議等系統(tǒng)中檢測說話人的位置。聲源定位通過測量物體發(fā)出的聲音對物體定位,與使用聲納、雷達、無線通訊

2、的定位方法不同,前者信源是普通的聲音,是寬帶信號,而后者信源是窄帶信號。對聲源位置的確定能給大家有效的利用聲音提供幫助。事實證明,聲源定位系統(tǒng)是一個很有意義的研究課題。</p><p>  2 研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題</p><p><b>  2.1 基本內(nèi)容</b></p><p>  聲源定位技術研究涉及聲學、信號檢測、數(shù)字信

3、號處理、電子學、軟件設計等諸多技術領域,在諸多軍用和民用西東中具有極其重要的意義,對軍事系統(tǒng)中,它有助于武器的精確打擊,為最終摧毀對方提供有力保證;就民用系統(tǒng)來說,可以為目標提供可靠的服務,起到安全保障作用。聲源定位技術具有被動探測方式、不受通訊條件干擾、可全天候工作的特點,但因為聲源定位環(huán)境的復雜性,再加之信號采集過程中不可避免的給語音信號摻進了各種噪聲干擾,都是的定位問題成為了一個極具挑戰(zhàn)性的研究課題。 </p>

4、;<p>  本次研究的基本內(nèi)容:設計一個基于到達時差(TDOA)原理、嵌入式技術,采用麥克風陣列定位的方式實現(xiàn)對二維平面物體準確定位的聲音定位系統(tǒng)。系統(tǒng)包括:聲響模塊、接受模塊、信號處理模塊。</p><p>  基于到達時間差的聲源定位原理:人對聲源的定位主要用到了聲音幅度這個物理量,而機器卻可以精確的測量聲音的相位。由于聲波在空氣中以一定速度傳播,到達設置于不同位置的傳聲器的相位不同,根據(jù)這些

5、傳聲器對同一聲音錄制的相位差別,我們可以計算出同一聲音到達每對傳聲器的時間差值。如果我們得到了某個聲源發(fā)出的聲音到達一對傳聲器的時間差,合適的安排傳聲器的位置,可以使得雙曲面的交點只有一個,這個點就是我們要的聲源位置。大多數(shù)聲源定位是基于到達時間差的方法,提高對到達時間差估計的準確程度是這種方法的關鍵。</p><p>  麥克風陣列(Microphone Array),從字面上,指的是麥克風的排列。也就是說由一

6、定數(shù)目的聲學傳感器(一般是麥克風)組成,用來對聲場的空間特性進行采樣并處理的系統(tǒng)。</p><p>  2.2 擬解決的主要問題</p><p>  本次設計主要解決的問題是利用單片機定位生源的位置。聲源發(fā)出聲音,麥克風陣列接收后發(fā)送給信號處理模塊,信號處理模塊根據(jù)廣義互相關算法計算聲源位置,顯示在顯示屏上。</p><p>  3 研究思路方案、可行性分析及預期

7、成果</p><p><b>  3.1 可行性分析</b></p><p>  聲源定位是一種利用麥克風陣列接收聲音信號,并使用信號處理等手段對其進行分析處理,最終確定聲源所在位置的技術.該技術在生產(chǎn)生活等領域得到了廣泛的應用,在科研方面也同樣具有寶貴的價值。</p><p>  由于定位方式原理有所不同,一般可將聲源定位技術分為3類:<

8、;/p><p>  第一種是高分辨率譜估計定位技術,這種方法在遠場條件下的定位效果不錯,但計算量較大,且在處理寬帶信號上有所欠缺。</p><p>  第二種方法是基于可控波束形成法,但為了使波束功率達到最大值,需要對整個空間進行掃描搜索,計算量大,還需要了解背景噪聲等先驗知識。</p><p>  第三種定位算法是基于到達時間差技術,即TDOA。這也是現(xiàn)在最常用的一種

9、方法。該方法主要有兩個步驟,分別是時延估計和定位估計,首先使用多組麥克風對信號進行接收,接著使用相關方法分別計算從而得到多組時延,然后由麥克風陣列位置結合上一步求得的時延進行定位,從而得到最終聲源的位置。這種方法的優(yōu)勢在于原理簡單,計算量較小,且不需要知道噪聲的先驗知識。</p><p>  在時延估計算法中,傳統(tǒng)的互相關方法在理想條件下有一定的抗噪聲和混響能力,但是在信噪比較低和混響較強等真實條件下,此算法的性

10、能下降比較明顯。綜上所述,本系統(tǒng)設計采用基于到達時差(TDOA)原理的技術較為合理,此方案可行。</p><p>  3.2 研究思路方案</p><p>  要成功實現(xiàn)本設計的要求,系統(tǒng)必具備以下功能:聲源發(fā)聲、接收聲音、液晶顯示等功能。其主要的電氣系統(tǒng)可劃分為:電源、主控、信號發(fā)聲、聲音接收、液晶顯示等基本模塊。系統(tǒng)框圖如下:</p><p>  聲源定位系統(tǒng)的

11、實現(xiàn)程序的基本流程圖如下圖所示: </p><p><b>  N</b></p><p><b>  Y</b></p><p><b>  Y</b></p><p>  3.3 預期研究成果</p><p>  設計出一套基于到達時差(TDOA)原

12、理、嵌入式技術,采用麥克風陣列實現(xiàn)聲音定位的裝置,還可以通過軟件仿真對設計結果互相印證。</p><p><b>  4 研究工作計劃</b></p><p><b>  參考文獻</b></p><p>  靳瑩,楊潤澤.聲測定位技術的現(xiàn)狀研究[J]. 電聲技術,2007,31(2): 4-8.</p>

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14、;p>  Jie Huang:Ohnishi.N:Sugie.N. "A biomimetic system for localization and separation of multiple so und sources"[J]. Instrumentation and Measurement. IEEE Transactions on Volume 44,Issue 3. Jue 1995. Page

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16、.</p><p>  朱廣信,陳彪,金蓉,基于傳聲器陣列的聲源定位[J],電聲技術,2003,(1):34-37</p><p>  李文,夏秀渝,何培宇,李源.基于麥克風陣列的近場聲源定位.四川大學學報(自然科學版),2008年4月,第45卷第2期</p><p>  崔瑋瑋,曹志剛,魏建強,聲源定位中的時延估計技術[J].數(shù)據(jù)采集與處理,2007,22(1):

17、91-98.</p><p>  PAVLIDID,GRIFFIN A, PUIGT M, et al. Realtime multiple sound source localization and counting using a circular microphone array[J]. IEEE Transactions on Audio,Speech and Language Processing, 2

18、013,21 ( 10) : 2193 -2206.</p><p>  陸曉燕.基于麥克風陣列實現(xiàn)聲源定位.碩士學位論文,大連理工大學,2003[13]馬雯,黃建國.LMS自適應時延估計法在被動定位系統(tǒng)中的應用研究[J].船舶工程2000,6:50-53.</p><p>  韓毅,吳初娜,李龍飛.基于到達時差的聲音定位系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[M].清華大學汽車安全與節(jié)能國家重點實驗室,北京1

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