一種多聲源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真

0 引言

多聲源定位技術(shù)因其在智能機(jī)器人以及視頻會議等的廣泛應(yīng)用而日益成為研究的熱點(diǎn)。基于麥克風(fēng)陣列的多聲源定位是指采用麥克風(fēng)陣列接收聲音信號，通過對采集到的多路信號進(jìn)行分析及處理，并結(jié)合麥克風(fēng)的幾何關(guān)系最終得出多個(gè)聲源的坐標(biāo)。設(shè)計(jì)了多聲源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)仿真及實(shí)驗(yàn)平臺。

計(jì)算機(jī)編程語言中，VisualBasic 6.0 是Microsoft 公司推出的面向?qū)ο蟮目梢暬_發(fā)編程工具， 具有豐富的數(shù)據(jù)類型和結(jié)構(gòu)化程序結(jié)構(gòu)，開發(fā)效率高，界面制作美觀方便等優(yōu)點(diǎn)，且應(yīng)用日益廣泛，故Visual Basic 6.0 語言做到了真正的面向?qū)ο缶幊獭４送猓跀?shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理的系統(tǒng)中，PC機(jī)軟件資源豐富，人際交互方便等優(yōu)點(diǎn)。以PC 機(jī)作為實(shí)驗(yàn)平臺，能實(shí)時(shí)快速的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集及處理等。此外，實(shí)驗(yàn)平臺能實(shí)現(xiàn)多聲源數(shù)據(jù)的同時(shí)采集，因此本設(shè)計(jì)采集到的數(shù)據(jù)能夠很好的應(yīng)用于多聲源定位的算法研究中。

1 系統(tǒng)仿真的原理、組成及實(shí)驗(yàn)平臺搭建

1.1 系統(tǒng)仿真中的麥克風(fēng)陣列結(jié)構(gòu)及信號模型

L 型麥克風(fēng)陣列數(shù)學(xué)模型如圖1 所示：

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上圖中的為聲源的位置， 為聲源的中心頻率，為聲源與軸連線的夾角， 為聲源到坐標(biāo)原點(diǎn)的距離。L型麥克風(fēng)陣列由X 軸和Y 軸上陣元個(gè)數(shù)均為M 的均勻線陣X,Y 構(gòu)成，陣元間的距離為D,均小于信號波長的四分之一，陣列輸出的噪聲為均值為零，方差為的統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的高斯白噪聲，和信號源不相關(guān)。

設(shè)平面內(nèi)有K 個(gè)獨(dú)立的信號源發(fā)射到此陣列上，以坐標(biāo)原點(diǎn)處陣元為參考陣元，則陣列X、Y 接收到的信號矢量分別為：

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1.2 系統(tǒng)仿真結(jié)果

仿真界面主要包括：多個(gè)聲源位置，波形，幅值，相位及頻率的設(shè)置;坐標(biāo)軸的橫、縱坐標(biāo)范圍均為0-10 米;麥克風(fēng)陣列的幾何位置;采樣頻率;A/D 轉(zhuǎn)換;采集數(shù)據(jù)集、聲源及麥克風(fēng)添加信息的保存路徑等。

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圖3 顯示添加的聲源及麥克風(fēng)的信息，各麥克風(fēng)得到的聲音信號波形如圖4 所示：

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仿真最終要應(yīng)用在實(shí)際中，仿真中采用的信號頻率范圍為聲源信號的范圍[20,20000]Hz,幅度范圍為[0,1]V,采樣頻率取值分別設(shè)置為8000Hz、90000Hz,A/D 轉(zhuǎn)換等。