基于DSP的声源定位算法研究与实现

论文摘要

基于麦克风阵列信号的声源定位方法应用在电话会议视频会议中,可以确定说话人的位置,用来控制麦克风阵列波束和摄像头来对准说话人的位置。现有声源定位方法一般运算量大,难以在嵌入式系统中实现。本论文为了实现声源定位方法在TMS320LF2407 DSP上的实现,主要做了以下研究工作。首先深入分析了现有的三种基于麦克风阵列的声源定位方法,即基于最大输出功率的可控波束形成、基于高分辨率谱估计和基于声波到达时间差定位方法。在分析了它们的优缺点基础上,本文决定采用空间谱估计MUSIC算法。该方法计算量虽相对较大,但定位精度相对较高。其次详细讨论了传统信号的远场窄带信号模型和麦克风阵列信号的近场模型。分析了经典的MUSIC算法,并实现了对近场宽带麦克风信号的声源定位。针对LF2407的特点,以减少运算量和易于工程实现的原则,对MUSIC算法进行了改进。引出了一种基于压缩映射的幂迭代算法,使其可以在DSP上运行。仿真结果显示,此方法能够准确的定位。最后以TMS320LF2407开发板为平台,完成了一个简单的声源定位实验系统。该系统采用改进的MUSIC算法,利用基于压缩映射的幂迭代算法来进行特征分解得到噪声子空间矩阵,然后进行谱峰搜索,实现对声源距离和方位角的定位。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 课题的研究现状
• 1.2.1 可控波束形成定位方法
• 1.2.2 基于延时的定位方法
• 1.2.3 基于高分辨率谱估计的定位方法
• 1.2.4 声源定位在DSP 上实现的关键问题
• 1.3 论文研究的内容和结构
• 第2章 DSP 原理及开发环境
• 2.1 DSP 芯片发展历程及应用
• 2.1.1 DSP 芯片的发展历程
• 2.1.2 DSP 芯片的应用
• 2.2 DSP 原理
• 2.2.1 DSP 芯片的基本结构
• 2.2.2 TMS320LF240x 特点和资源
• 2.2.3 TMS320LF240x 存储器和I/O 空间
• 2.3 DSP 开发环境CCS
• 2.3.1 建立工程文件
• 2.3.2 仿真运行输出目标文件
• 2.3.3 查看存储器及寄存器信息
• 2.3.4 设置断点和探测点
• 2.4 本章小结
• 第3章 MUSIC 算法
• 3.1 麦克风阵列信号模型
• 3.1.1 远场窄带阵列信号处理模型
• 3.1.2 麦克风阵列近场信号模型
• 3.2 MUSIC 算法
• 3.2.1 经典MUSIC 算法
• 3.2.2 近场麦克风信号的MUSIC 算法
• 3.3 算法仿真
• 3.4 本章小结
• 第4章 MUSIC 算法在DSP 上的实现研究
• 4.1 矩阵特征分解
• 4.1.1 最大特征值求解
• 4.1.2 幂迭代算法
• 4.1.3 基于压缩映射的幂迭代算法
• 4.2 运算复杂度
• 4.3 存储量问题
• 4.4 算法仿真
• 4.5 本章小结
• 第5章 声源定位方法在DSP 上的实验
• 5.1 实验实现方案
• 5.2 软件设计
• 5.2.1 混合编程
• 5.2.2 主要程序设计
• 5.3 实验结果及分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介