基于传声器阵列的声源定位技术研究

论文编号:TX211    附开题报告,任务书,外文翻译,论文字数:17426,页数:36

 摘 要
 声源定位技术是利用传声器拾取语音信号，并用数字信号处理技术对其进行分析和处理，继而确定和跟踪声源的空间位置。
 传统的单个传声器的拾音范围很有限，拾取信号的质量不高，继而提出了用传声器阵列进行语音处理的方法。传声器阵列具有去噪、声源定位和跟踪等功能，从而大大提高语音信号处理质量。
 本文讨论了基于传声器阵列的声源定位系统所面临的问题，总结归纳并比较了各种基于传声器阵列的声源定位方法的优缺点。重点分析了基于时延估计的声源定位方法，其中还介绍了角度距离定位法和球形插值法。开发了一种基于研华PCL-818HG数据采集卡的声源定位系统，结合改进的互功率谱相位时延估计算法，利用角度距离定位算法，进行了系统的声源定位实验，给出了实验结果，并提出了改进方案。实验证明所设计的声源定位系统实际可用，并可以为进一步的声源定位技术研究提供硬件平台支持。

 关键词：传声器阵列，声源定位，时延估计，互功率谱相位，PCL-818HG，
 数据采集

 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

目   录
1  引言 1
1.1  应用背景 1
1.2 研究现状 2
1.3 基于传声器阵列的声源定位系统的模型与难点 3
1.4 本论文的主要工作和内容安排 4
2  几种定位方法的介绍 6
2.1 声音信号分析 6
2.1.1 声音信号的时域和频域分析 6
2.1.2 声音的采样频率 6
2.2 声源定位原理 7
2.2.1 仿人双耳的声源定位原理 7
2.2.2 基于到达时间差的声源定位原理 7
2.3 声源定位方法的分类和比较 8
2.3.1 基于最大输出功率的可控波束形成定位方法 8
2.3.2 基于高分辨率谱估计技术的定位方法 9
2.3.3 基于时延估计的定位方法 9
2.3.4 定位方法比较 9
2.4 基于时延估计的声源定位方法 10
3  基于时延的方位估计 12
3.1 传声器和声源的几何模型 12
3.2 角度距离定位法 13
3.3 球形插值法 15
3.3.1 球形插值法原理 15
3.3.2 简便计算方法 16
4  声源定位系统设计 18
4.1 声源定位系统的结构 18
4.1.1 硬件结构 18
4.1.2 软件结构 18
4.2 实验系统硬件设计 19
4.2.1 研华PCL-818HG 数据采集卡介绍 19
4.2.2 传声器种类与选择 21
4.3 实验系统软件设计 21
4.3.1 数据采集程序 22
4.3.2 信号滤波和声源定位程序 22
5  声源定位实验 27
5.1 实验环境 27
5.2 实验原理 27
5.3 实验结果 27
5.4 误差分析 29
5.4.1 系统硬件性能引起的误差 29
5.4.2 实验条件引起的误差 31
5.4.3 其他因素引起的误差 31
5.5 实验系统的改进 31
5.6 结论 32
6  总结和展望 33
6.1 全文总结 33
6.2 本文的不足之处及后续工作展望 33
参 考 文 献 35
致  谢 36