即時聲源追蹤與空間濾波系統設計

Abstract

本論文主要針對密閉空間作即時聲源追蹤與聲音淨化的理論與實作。本論文分成兩部份¸第一部份將略述陣列訊號處理的基本特性¸說明它的功能並且探討實際運用的機制。第二部分則是提出一個符合實驗室規模¸具彈性¸16通道之即時麥克風陣列訊號處理實驗平台¸並已實作完成。在此平台上¸吾人實作完成以多顆DSP來完成即時聲源追蹤和追蹤方向聲音的擷取。此外¸在聲音的擷取時¸系統能抗拒其他方向入射的聲音¸使的錄音效果更佳。

In this thesis¸an investigation is done for real time DOA estimation and sound purification in a reverberant environment。This thesis is divided into two parts。In the first part of the thesis¸we present a brief introduction of array signal processing’s basic properties¸demonstration of its function¸and examination of its practical implementation。In the second part¸a flexible real-time array-processing platform of 16-sensors is proposed and implemented。Experiments on DOA estimation and desired direction signal collection were conducted using multiple fixed-point DSP。Besides¸system will against interference coming from other direction for better sound collection quality。 英文摘要 ii 誌謝 iii 目錄 iv 表列 vii 圖列 viii 第一章 電子耳朵 1 1.1 研究動機與目的 1 1.1.1 什麼是聽覺 1 1.1.2 陣列訊號簡介 4 1.1.3 研究背景與發展現況 5 1.2 研究目標 5 1.3 論文架構及研究重點 6 第二章 Beamformer 7 2.1 緒論 7 2.2 常見性陣列 7 2.2.1 Uniform Linear Array 8 2.2.2 Planat Array 9 2.2.3 Circular Array 10 2.3 陣列特性 11 2.3.1 Grating Lobe Problems 11 2.3.2 Beamwidth and Beam Broadening Effect 12 2.4 Beamforming Design and Classification 14 第三章 Noise Killer 18 3.1 緒論 18 3.2 Data Independent Beamformer 19 3.3 Adaptive Beamformer – Frost Algorithm 25 第四章 實驗軟硬體平台設計 27 4.1 緒論 27 4.2 Multi-DSPs 架構 28 4.2.1 並聯狀 – 並列埠架構 30 4.2.2 並聯狀 – 串列埠架構 32 4.2.3 環狀 – 串列埠架構 34 4.3 Target Hardware Design 36 4.3.1 平台簡介 37 4.3.2 麥克風陣列Module 40 4.3.3 Signal Conditioner Module 40 4.3.4 Sampler Module 42 4.3.5 DSPs Module 44 4.3.6 Communication between PC and DSP 46 4.4 Target Software Design 50 4.4.1 B5402 DSP MODULE 50 4.4.2 F5402 DSP MODULE 52 4.4.3 M542 DSP MODULE 53 4.4.4 DSPs間的溝通 55 4.4.5 PC端控制模式 58 第五章 實驗結果 60 5.1 Direction of Arrival Estimation 60 5.2 Adaptive Frost Beamformer 62 第六章 結論 67 參考文獻 69