一种基于fpga麦克风阵列室内声源定位系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种声源定位系统，具体来说为一种基于FPGA麦克风阵列室内声 源定位系统。
【背景技术】
[0002] 声音在空气中的传播完成了信息的传递，实现了人与人之间的基本交流。麦克风 是最基本的语音信号接收设备之一，在进行视频会议时，麦克风获得说话人的语音信号后， 需要快速确定发言人的位置并将摄像头转向发言人，传统单个传感器受声源位置影响，如 果声源位置变化，需要重新摆放麦克风，才能拾取较高质量的语音信号。且在室内环境中声 源可能会受到有色噪声、相关性噪声、反射和混响的污染，大大降低了单麦克风的语音信号 质量，从而影响语音处理的效果。
[0003] 因此，设计一种利用多麦克风组成的麦克风阵列进行语音处理是非常有必要的。 麦克风阵列有很强的空间选择性，能实现自动定位和跟踪声音的来源，因此可以应用于语 音增强、声源定位和回声消除等，具有较高的研究价值。近些年来，随着麦克风阵列技术的 迅速发展，人们对声源定位提出更高的期望，希望其应用更广、更具有人性化和更加简便， 因此实际的需求大大的促进了声源定位的应用研究。 【实用新型内容】
[0004] 为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种六元麦克风阵列系统来实现室 内声源定位。
[0005] 为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为:一种基于FPGA麦克风阵列室内 声源定位系统，包括麦克风阵列结构模块、语音信号预处理模块、FPGA控制系统、摄像头四 部分，语音信号预处理模块包括A/D转换模块和采样处理模块，麦克风阵列与A/D转换模块 连接，FPGA控制系统与摄像头相连。
[0006] 本系统采用自上而下的设计方式，充分利用开发环境提供的库资源，最大限度发 挥FPGA的优势，缩短了设计周期。
[0007] 本系统用FPGA作为控制器，利用点声源以球面波形式传播的特性，在不同位置对 声音信号进行采集，通过特定的数学模型，还原声源的位置，可靠性高，实用性强。
[0008] 在所述的基于FPGA麦克风阵列室内声源定位系统中，所使用的是锥形六元素麦克 风阵列，不受声源位置限制，具有全空域声源定位能力，同时提高了定位精度。
【附图说明】
[0009] 图1是本实用新型所述基于FPGA麦克风阵列室内声源定位系统结构框图。
[0010] 图2是本实用新型所述系统锥形六元麦克风阵列安装示意图。
【具体实施方式】
[0011] 请参阅说明书附图1所示，本实用新型为一种基于FPGA麦克风阵列室内声源定位 系统。其包括麦克风传感器阵列模块（1)、语音信号预处理模块(2)、FPGA控制模块(3)和摄 像头(5)组成。
[0012] 其中所述麦克风传感器阵列模块(1)由麦克风(6)(7)(8)(9)(10) (11)组成一个空 间六阵元麦克风阵列。语音信号预处理模块(2)包括(12)(13)(14)，分别对三对麦克风信号 进行预处理。
[0013]附图2为锥形六元麦克风阵列安装示意图，六个麦克风固定在三维直角坐标系中。 声源坐标为T(x，y，z)，它到坐标系原点的距离为r，方位角为P，俯仰角为Θ。声源到各阵元 的距离分别为n、r2........r6。声波到达阵元1与3的时间间隔为t13，到达2与4的时间间隔 为t24,到达5与6的时间间隔为t56。根据几何近似可以求得方位角，和俯仰角Θ。
[0014]语音信号是有限带宽信号，能量主要集中在300-3400HZ之间，麦克风采集到的信 号包含信道噪声和背景噪声，经过A/D转换模块和采样处理模块后，需要用带通滤波器将低 频和高频段的噪声滤除掉，可取上截止频率fH = 4000Hz，下截止频率fL = 200Hz，采样率为fs = 20kHz。得到了待处理的输入语音信号xl(n)和x2(n)。
[0015] 麦克风传感器阵列模块（1)与预处理模块(2)相连，预处理模块(2)与FPGA控制模 块(3)相连，FPGA控制模块(3)与摄像头(5)相连，广义互相关模块(15)、时延估计模块(4)及 麦克分阵列几何计算模块（16)与FPGA控制模块(3)相连，时延估计模块(4)可以分别得到3 对麦克风之间的时延。
[0016] 得到3对麦克风间的时延后，由公式计算可求得声源的方位角0和俯仰角Θ，
[0017] 得到声源的方位角和俯仰角后，FPGA作为控制器控制摄像头的转动，使其朝向发 言人的方向。
【主权项】
1. 一种基于FPGA麦克风阵列室内声源定位系统，其特征在于:包括麦克风阵列结构模 块、语音信号预处理模块、FPGA控制系统、摄像头四部分，语音信号预处理模块包括A/D转换 模块和采样处理模块，麦克风阵列与A/D转换模块连接，FPGA控制系统与摄像头相连。2. 根据权利要求1所述的一种基于FPGA麦克风阵列室内声源定位系统，其特征在于:A/ D转换模块与采样处理模块组成语音信号预处理模块。3. 根据权利要求1所述的一种基于FPGA麦克风阵列室内声源定位系统，其特征在于：用 六个麦克风固定在三维直角坐标系中组成锥形麦克风阵列，由时延值就可得到声源位置的 方位角和俯仰角。4. 根据权利要求1所述的一种基于FPGA麦克风阵列室内声源定位系统，其特征在于： FPGA作为控制器，控制摄像头转向发言人的方向。
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于FPGA麦克风阵列室内声源定位系统，其中包括麦克风阵列结构模块、语音信号预处理、时延定位算法实现、FPGA控制系统、摄像头五部分；六个麦克风固定在直角坐标系中组成锥形麦克风阵列，麦克风采集声音信号，经过A/D采样和带通滤波，生成六路待处理的输入语音信号，用广义互相关算法完成每一坐标轴上的一对麦克风采集语音信号的时延估计，得到3对麦克风的时延后由六元麦克风阵列几何定位算法，可以确定声源的方位角和俯仰角，FPGA作为控制器控制摄像头的转动，使其朝向发言人的方向。
【IPC分类】G01S5/20
【公开号】CN205139359
【申请号】CN201520691578
【发明人】吴希军, 孙梦菲, 杜德琴, 赵彦鹏
【申请人】燕山大学
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年9月9日