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基于麦克风阵列声源定位的硬件系统设计

作者:时间:2010-12-23来源:网络收藏

摘要:给出一种基于TMS320C6713的麦克风阵列声源定位系统。以作为系统的核心控制器,通过TMS320C6713的 McASP接口与芯片PCM4204连接,克服了单片机系统运算能力有限,数据处理速度慢的缺点,能更好地满足麦克风阵列声源定位的要求。介绍了系统的硬件设计方案和软件设计思想,实践证明了系统具有实时高速、精度高及可靠性好的优点。
关键词:麦克风阵列;声源定位;多通道音频串口;寄存器配置

0 引言
麦克风阵列的声源定位是指用麦克风拾取声音信号,通过对麦克风阵列的各路输出信号进行分析和处理,得到一个或者多个声源的位置信息。如果声源能够持续地输出声音,通过对麦克风阵列接收到的信号进行实时分析和处理,可以实现对移动声源的定位和跟踪。目前,基于麦克风阵列的声源定位广泛用于具有嘈杂背景的语音通信环境,如会场、多媒体教室、车载电话等,以提高通信质量。本文主要讨论了麦克风阵列声源定位的硬件系统设计,并对声源定位的软件系统设计做了一些考虑。该系统主要用于汽车笛声定位系统,通过麦克风阵列采集笛声信号,并根据定位算法实现汽车的定位。

1 硬件系统设计
硬件系统主要包括多个麦克风构成的阵列、信号调理单元、数据采集单元、算法处理单元、逻辑控制单元,如图1所示。
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1.1 麦克风阵列
该设计中麦克风阵列选用声望公司的MPA416传声器来实现。MPA416传声器的灵敏度较高,可以达到50 mV/Pa;拥有低成本、低噪声;频率响应范围为20 Hz~20 kHz;当其用于阵列时,MPA416的相位差能控制在3°~5°之内,能满足系统对于精确度和稳定性的要求。由于均匀线列阵的结构最简单,处理方便,故系统采用一维线性麦克风阵列,其阵列间距取10 cm。
1.2 信号调理单元
由于麦克风所拾取的声音信号太小,易受环境噪声的影响,因此很有必要对声音信号进行预处理,通过对信号调理单元的处理,使之能够满足系统的要求。该系统采取两级放大电路,前级放大为低噪声放大,主要完成把麦克风信号由单端变为差分,故选用TI公司的低噪声放大器OPA1632,次级放大电路为线性放大电路。
1.3 数据处理单元
该设计中数据处理单元选择TI公司性价比较高的浮点芯片TMS320C6713(以下简称C6713)作为系统算法处理的核心。它的内部采用改进的哈佛结构;具有256 KB片上存储空间;丰富的外设,包括2个多通道缓冲串口(McBSP)、2个多通道音频串口(McASP)、SPI和I2C等;增强的直接存储器访问(EDMA)控制器,可控制16个独立通道,完成不受CPU干预的数据传输;32 b的外部存储器接口(EMIF),能与SRAM,ERPOM,FLASH,SBSRAM和SDRAM无缝接。因此,C6713能满足系统对于一些复杂定位算法的快速处理。
1.4 数据采集单元
麦克风阵列拾取声音信号,经过前端调理单元的处理,使声音信号能达到芯片的要求,从而进行模/数转换,完成数据的采样。
该设计中转换器件选用TI公司的PCM4204,该芯片是24位、高精度,采样速率达到216 kHz的4通道音频模/数转换器件。该芯片具有音频串口和DSD数据口,其中音频串口能与方便的连接,采样数据能迅速地被DSP读取。
TMS320C6713的McASP与ADC外设交换数据主要有2种方式:利用CPU,通过串口与外设通信,这种方式的传输速度慢,数据交换量小,且占用 CPU的时钟周期。为了实现高速的数据采集,该系统采用另外一种方式,利用EDMA。该方式能充分利用TMS320C6713的硬件结构特点,其ED- MA通道的独立数据和独立地址总线,不仅使数据传输速度快,传输量大,且不占用CPU时钟周期,而且使数据传输和DSP命令执行同步进行,大大提高了整个系统的运行速度。


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关键词: DSP A/D

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