专利名称：一种基于声信号处理的动物监测分析系统的制作方法
技术领域：
本实用新型专利涉及一种基于声信号处理的动物监测分析系统，属于生态监测及声信号识别技术领域。
背景技术：
动物利用声音进行信息交流，发声对自然界动物的种间识别、求偶、种群延续至关重要。通过对动物声信号进行研究可以了解动物个体之间的通讯，如个体识别和物种识别、性选择等；同样在分类学中，动物声信号也起着重要的作用，既可发现新物种，还可评估物种地位等级和分析系统发育关系。因此动物声信号研究也被广泛应用于神经生物学、动物行为学、进化生物学等领域。因此，应当充分分析对比动物声信号的特征差异，积累研究材料，为深入开展动物声信号研究研究、建立专业样本数据库奠定基础。随着嵌入式技术和声信号处理方法的蓬勃发展，使得更长时间的野外声音监测及动物物种、习性精确识别逐渐成为了可能。在国外，已经开发出类似基于声音号研究动物习性的产品，但因技术垄断造成其软硬件价格过高，不利于在国内推广。
实用新型内容为了解决以上问题，本实用新型提出一种基于声信号处理的动物监测分析系统，采用大量先进的信号处理技术及统计学算法，自动提取动物声信号中的特征成分进行分析辨识；本实用新型适用于区域性生态环境监测，受天气、温度等外界因素影响较小，同时，可大大降低成本。本实用新型采用的技术方案监测分析系统包括麦克风I、编码器2、DSP芯片3、IXD屏幕4、键盘5、EEPR0M模块6、GPS模块7、SD卡8、播放喇叭9 ;麦克风I和播放喇叭9通过3. 5英寸音频接ロ与编码器2相连接，编码器2与DSP芯片3连接，IXD屏幕4及键盘5通过EMIF总线与DSP芯片3相连接，SD卡8通过SD卡插槽接ロ与DSP芯片3相连接，EEPROM模块6通过SPI总线与DSP芯片3相连接，GPS模块7通过串ロ线与DSP芯片3相连接。所述的麦克风I采用频响范围为20Hz-20KHz，信噪比大于62dB的电容式麦克风，其灵敏度为_36±4dB ;所述的编码器2采用TLV320AIC3120，位宽为16/20/24/32-Bit，ADC信噪比为90dB，采样频率为4kHz-384kHz ;所述的DSP芯片3采用DSP的I/O ロ模拟SD卡协议，最大支持32GB容量的SDHC (SD2. O)卡，读写速度最高为IMB/s，音频数据以无压缩的.WAV格式或无损压缩的.FLAC (Free Lossless Audio Codec)格式保存至SD卡,压缩编码由DSP实时完成，确保能进行野外长时间录音；所述的GPS模块7，具有定位功能，可以在录制声信号的同时记录地理位置信息。所述的IXD屏幕4、键盘5、EEPROM模块6、SD卡8、播放喇叭9为市售的普通元件。本实用新型的优点和积极效果采用大量先进的信号处理技术及统计学算法，自动提取动物声信号中的特征成分进行分析辨识；本实用新型适用于区域性生态环境监测，受天气、温度等外界因素影响较小，同时，可大大降低成本。
图I为本实用新型的结构连接示意图；图2为本实用新型中DSP芯片结构连接示意图。图中1-麦克风、2-编码器、3-DSP芯片、4-LCD屏幕、5-键盘、6-EEPR0M模块、7-GPS模块、8-SD卡、9-播放喇叭、10-RTC子模块、II-Low Power子模块、12-DMA子模块、13-SD Controller 子模块。
具体实施方式下面參考附图对本实用新型典型实施方式进行详细说明，但本实用新型的保护内容不限于所述范围。如图I所示监测分析系统包括麦克风I、编码器2、DSP芯片3、IXD屏幕4、键盘
5,EEPROM模块6,GPS模块7、SD卡8、播放喇叭9 ;麦克风I和播放喇叭9通过3. 5英寸音频接ロ与编码器2相连接，编码器2与DSP芯片3连接，IXD屏幕4及键盘5通过EMIF总线与DSP芯片3相连接，SD卡8通过SD卡插槽接ロ与DSP芯片3相连接，EEPROM模块6通过SPI总线与DSP芯片3相连接，GPS模块7通过串ロ线与DSP芯片3相连接。所述的麦克风I采用频响范围为20Hz-20KHz，信噪比大于62dB的电容式麦克风，其灵敏度为_36±4dB ;所述的编码器2采用TLV320AIC3120，位宽为16/20/24/32-Bit，ADC信噪比为90dB，采样频率为4kHz-384kHz ;所述的DSP芯片3内建RTC10、Low PowerlUDMA12、SD ControIIer13四个子模块，分别实现实时时间及定时、低功耗睡眠状态、直接内存读写、SD卡读写控制功能采用DSP的I/O ロ模拟SD卡协议，最大支持32GB容量的SDHC (SD2. O)卡，读写速度最高为IMB/s，音频数据以无压缩的.WAV格式或无损压缩的.FLAC(Free Lossless Audio Codec)格式保存至SD卡,压缩编码由DSP实时完成,确保能进行野外长时间录音；所述的GPS模块7，具有定位功能，可以在录制声信号的同时记录地理位置信息。所述的IXD屏幕4、键盘5、EEPROM模块6、SD卡8、播放喇叭9为市售的普通元件，IXD屏幕4、键盘5用以实现人机交互。如图2所示本实用新型的工作原理首先将采集到的动物声信号载入分析系统中；通过改变亮度、对比度、色调、饱和度等顔色參数对声谱图颜色显示进行调整，以凸显特征信号成分；调整STFT分帧长度、窗函数类型、窗长度及窗口重叠比，使时频分辨率达到理想程度；改变图谱线性刻度为对数刻度以放大低频压缩高频，同时使用带通滤波器限制分析带宽；框选信号分析范围并借由高级联合时频分析算法对其进行背景降噪，可通过设置阈值及选取任意信号块得到降噪后的信号，可对降噪前后信号进行对比播放(播放超声时需要超声声卡及功放)；通过对局部信号进行功率谱、倒谱、包络谱、倍频程、过零点分析等分析手段測量局部信号特征；借由门函数分析声音时间模式(信号/静默时间、脉冲间隔)，通过脉冲序列分析，自动测量时间波形的时间參数，从而实现脉冲计数测量(脉冲间隔、持续时间、幅值和时间戳)；进行局部信号分析或由专家确定该动物物种及习性后，可将其作为样本存入样本数据库；将当前分析信号的多种统计值及特征量通过蚁群算法、粒子群算法、差分优化算法等优选算法，与数据库中样本进行相似度比较及目标寻优。进而利用聚类分析、判别分析等多元统计分析手段对寻优结果进行归类，最终 实现对动物物种及习性的有效辨识。 本实用新型通过附图进行说明的，在不脱离本实用新型范围的情况下，还可以对本实用新型专利进行各种变换及等同代替，因此，本实用新型专利不局限于所公开的具体实施过程，而应当包括落入本实用新型专利权利要求范围内的全部实施方案。
权利要求1.一种基于声信号处理的动物监测分析系统，其特征在于监测分析系统包括麦克风、编码器、DSP芯片、IXD屏幕、键盘、EEPROM模块、GPS模块、SD卡、播放喇叭；麦克风和播放喇叭通过3. 5英寸音频接ロ与编码器相连接，编码器与DSP芯片连接，IXD屏幕及键盘通过EMIF总线与DSP芯片相连接，SD卡通过SD卡插槽接ロ与DSP芯片相连接，EEPROM模块通过SPI总线与DSP芯片相连接，GPS模块通过串ロ线与DSP芯片相连接。
2.根据权利要求I所述的ー种基于声信号处理的动物监测分析系统，其特征在于所述的麦克风采用频响范围为20Hz-20KHz，信噪比大于62dB的电容式麦克风，其灵敏度为-36±4dB。
3.根据权利要求I所述的ー种基于声信号处理的动物监测分析系统，其特征在于所述的编码器采用TLV320AIC3120，位宽为16/20/24/32_Bit，ADC信噪比为90dB，采样频率为4kHz-384kHz。
4.根据权利要求I所述的ー种基于声信号处理的动物监测分析系统，其特征在于所述的DSP芯片采用DSP的I/O ロ模拟SD卡协议，最大支持32GB容量的SDHC卡，读写速度最高为IMB/s，音频数据以无压缩的WAV格式或无损压缩的FLAC格式保存至SD卡，压缩编码由DSP实时完成，确保能进行野外长时间录音。
5.根据权利要求I所述的ー种基于声信号处理的动物监测分析系统，其特征在于所述的GPS模块，具有定位功能，在录制声信号的同时记录地理位置信息。
专利摘要本实用新型专利涉及一种基于声信号处理的动物监测分析系统，属于生态监测及声信号识别技术领域；监测分析系统包括麦克风、编码器、DSP芯片、LCD屏幕、键盘、EEPROM模块、GPS模块、SD卡、播放喇叭；麦克风和播放喇叭通过3.5英寸音频接口与编码器相连接，编码器与DSP芯片连接，LCD屏幕及键盘通过EMIF总线与DSP芯片相连接，SD卡通过SD卡插槽接口与DSP芯片相连接，EEPROM模块通过SPI总线与DSP芯片相连接，GPS模块通过串口线与DSP芯片相连接；本实用新型采用大量先进的信号处理技术及统计学算法，自动提取动物声信号中的特征成分进行分析辨识；本实用新型适用于区域性生态环境监测，受天气、温度等外界因素影响较小，同时，可大大降低成本。
文档编号G10L25/03GK202650528SQ20122031497
公开日2013年1月2日 申请日期2012年7月2日 优先权日2012年7月2日
发明者潘楠, 伍星 申请人:昆明信诺莱伯科技有限公司