Embedded systém pro lokalizaci zdroje zvuku

Abstract

Disertační práce se zabývá problematikou lokalizace zdroje zvukového signálu pomocí mikrofonního pole se zaměřením na aplikace v bezpečnostních systémech. V teoretické části se zaměřuje na popis základních algoritmů používaných pro vyhodnocování signálů získaných z mikrofonních jednotek tvořících mikrofonní pole s pevně danou geometrií. Konkrétně se jedná o dvě metody: určení polohy zdroje zvuku odhadem časových zpoždění dopadu zvukové vlny na mikrofonní pole a určení polohy zdroje zvuku pomocí beamformingu. Praktická část práce se zabývá návrhem měřicího subsystému vlastního lokalizačního systému, který je tvořen mikrofonními jednotkami a zesilovači s integrovanými antialiasing filtry. Takto získaný nízkofrekvenční analogový signál je přiváděn na vstupy vyhodnocovací jednotky. Díky odlišným požadavkům implementovaných metod vyhodnocování na vlastnosti měřicího řetězce byly realizovány dvě verze subsystémů pro snímání zvukového signálu tak, aby co nejlépe vyhovovaly použité vyhodnocovací metodě. Dále je zde proveden výběr vhodného typu embedded systému pro realizaci vybraných detekčních algoritmů. Obě metody jsou vzájemně porovnány z hlediska jejich vhodnosti pro různé typy lokalizačních úloh. Vyvinutý zvukový lokalizační systém je složen ze tří základních komponent: mikrofonního pole s geometrickou konfigurací danou příslušnou metodou vyhodnocování, 16 kanálového zesilovače s integrovaným antialiasing filtrem a vyhodnocovacím embedded systémem na bázi kompaktního průmyslového počítače v provedení se zvýšenou odolností. Realizované programové vybavení podporuje vyhodnocování úhlu dopadu zvukové vlny pomocí dvou metod: metody stanovení časových diferencí dopadu zvukové vlny na mikrofonní pole a metody založené na beamformingu s využitím beamformeru typu zpoždění a součet. Vyhodnocovací systém taktéž podporuje vzdálené připojení prostřednictvím RS232 komunikační linky, kdy je možné jak parametrizovat jednotlivé funkce lokalizačního systému, tak i přijímat výsledky lokalizace pomocí znakového komunikačního protokolu.