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基于OMAP3530的麦克风阵列生命探测仪的设计与实现

作　者: 李治野
导　师: 彭启琮
学　校: 电子科技大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 生命探测仪 麦克风阵列 OMAP3530 双核通信 QT
分类号: TN912.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


生命探测是地震紧急救援的重点,而由于地震后的背景复杂,生命探测也是一大难点。传统的生命探测仪受到物理探头和产品价格的限制,在搜救中不能广泛的使用,因此,地震搜救亟待开发出一种新型的生命探测仪。由于声音信号是明显的生命特征,所以将生命探测技术和语音定位技术跨领域结合是生命探测仪的发展方向之一。本文介绍的生命探测仪轻便易携带,功耗小,成本低,突破了传统的探测仪物理探头的限制,能够实时准确地定位被困人员,在未来的地震搜救中应用前景广阔。本文简要介绍了该生命探测仪采用的定位算法和硬件平台,重点介绍了算法在该硬件平台上的软件实现方法。该探测仪通过十字形麦克风阵列接收空间中的声音,使用近场麦克风阵列模型建模,改进的宽带多重信号分类算法(MUSIC)对其声源进行定位,该系统的硬件平台采用TI公司的OMAP3530双核处理器。本文重点介绍生命探测仪采用的软件实现方案。系统软件是在OMAP3530EVM平台上实现的,主要包括DSP端的定位处理软件程序、ARM端的管理线程和ARM端的图形用户界面线程。通过任务的分配,DSP专注于信号处理,ARM专注于系统级的管理,双核软件的通信采用TI公司提供的基于远程进程调用的Codec Engine架构,在此架构下,DSP端的定位程序需要符合XDM算法标准,并通过框架产生向用户层提供的APIs接口,ARM端的用户程序只需调用相应的VISA API即可实现数据的定位处理。系统软件的最上层是用QT/Embedded语言编写的人机交互界面程序。本文详细介绍了双核框架的原理、符合XDM标准程序的编写步骤、Codec Engine APIs的调用方法、QT与用户程序的通信规则、软件的优化和折衷处理。通过多次实验验证该生命探测仪工作性能稳定,定位速度达到实时性要求,探测正确率和探测范围基本达到要求,最后本文提出了该系统的现有不足,并分析了产生这些不足的原因,提出了相应的改进方案。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
第一章 绪论  12-17
  1.1 麦克风阵列技术  12-13
  1.2 应用背景的需求  13
  1.3 麦克风阵列语音定位现有的理论和技术  13-14
  1.4 DSP 的选择  14-15
  1.5 本文工作  15-16
  1.6 本文结构  16-17
第二章 系统算法  17-29
  2.1 声音信号的预处理  17-20
  2.2 声音信号的相关识别  20-21
  2.3 声音信号的定位算法  21-25
    2.3.1 麦克风阵列的建模  21-23
    2.3.2 MUSIC 算法  23-25
  2.4 声音信号的频点加权  25-27
  2.5 算法仿真结果  27-28
  2.6 本章小结  28-29
第三章 系统硬件框架  29-37
  3.1 处理器选取  29-31
  3.2 系统概述  31-34
  3.3 驱动程序  34-37
    3.3.1 EVM 板的初始化  34-35
    3.3.2 数据采集卡的初始化  35-37
第四章 系统软件实现  37-75
  4.1 编解码引擎的原理  38-42
  4.2 DSP 端信号处理程序  42-56
    4.2.1 XDAIS 标准  42-44
    4.2.2 XDM 标准  44-47
    4.2.3 定位算法接口实现  47-53
    4.2.4 定位算法主体实现  53-56
  4.3 ARM 端用户应用程序  56-66
    4.3.1 用户程序APIs 调用流程  56-59
    4.3.2 内存管理  59-60
    4.3.3 线程优先级管理  60-61
    4.3.4 TRACE 功能  61-63
    4.3.5 用户界面程序  63-66
  4.4 Codec Engine 框架搭建  66-71
    4.4.1 软件开发工具  66-67
    4.4.2 配置文件  67-68
    4.4.3 算法库文件的配置  68-70
    4.4.4 服务器文件的配置  70-71
  4.5 软件的优化  71-73
    4.5.1 常规优化  71-72
    4.5.2 特定优化  72-73
  4.6 软件的折衷处理  73-74
  4.7 本章小结  74-75
第五章 结果分析和改进方案  75-80
  5.1 测试方案和结果分析  75-79
    5.1.1 测试方案  75-77
    5.1.2 声音信噪比的影响分析  77-78
    5.1.3 定位精度和范围分析  78
    5.1.4 系统的其它问题  78-79
  5.2 系统改进方案  79-80
第六章 结论  80-81
致谢  81-82
参考文献  82-84
个人简历、攻硕期间取得的研究成果  84-85

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 电声技术和语音信号处理 > 电声技术与设备
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