传声器阵列语音数据采集系统的设计与实现
传声器阵列语音采集处理系统设计

传声器阵列的缺点在于对硬件 和处理器的要求相对单
传声器高 ,而且较容易受 到房间内由反射造成 的混响
的干 扰 。
块 、4 D P核 C X和为 4路 FF 2位 S F IO提供可 配置计算
功 能 的 加速 引擎 。 储 回读模 块 包括 带 有 U B控制 模 存 S 块 的 A M 核 主控 制 器 芯 片 和 一 块 大 容量 N N l h R A D F s a
【 s a tA sec o et gad poes gss m bsd O o o e - iadopoesrB l i a0 n Abt c peh cl cn n rcsi yt ae 1 l p w rHiF u i rcso e s n3 0 a d r ] l i n e 3 w ag
2 系统硬 件 方案
笔者实现的语音采集 系统完成语音信号 的采集 、 处理、 存储和回读功 能, 主要工作 包括模拟信号 的前置 放 大、模数转换 、传声器阵列算法实现 、 A率 编码 、 传
输 、 储 及 回读 。 存
初 。相对 于传统 的单传声器 结构 , 传声器 阵列有较大
Mir c nr l r S M3 F1 3 wi B . o t l r i r a i d T e c l cin, ta s o t t n, p o e s g o h eo o tol T 2 0 t US 20 e h c n r l s e l e . h ol t oe z e o rn p rai o rcsi n te n ci h p, a d soa e a e d s u s d T e y tm a h e t r s f s l sz n t rg r ic s e . h s se h s t e fau e o mal i e, b t r v ie q ai d l w p w r e t o c u ly a o o e e t n
传声器阵列语音数据采集系统的设计与实现_陈晓峰

文章编号:1002-8684(2008)07-0043-04传声器阵列语音数据采集系统的设计与实现陈晓峰,肖熙(清华大学电子工程系,北京100084)【摘要】介绍了一种传声器阵列语音数据采集系统的软硬件设计方案,该系统采用USB2.0接口实时传输采集到的多通道语音数据,系统具有使用方便、容易扩展等特点。
【关键词】传声器阵列;语音数据采集;USB2.0;CS5368【中图分类号】TP274+2【文献标识码】ADesignandImplementationofaMicrophoneArraySpeechDataAcquisitionSystemCHENXiao-feng,XIAOXi(DepartmentofElectronicEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)【Abstract】Adesignofmicrophonearrayhardwareandsoftwaresystemforspeechdataacquisitionisintroduced.Thesystemtransferstheacquiredmulti-channeldatainreal-timebytheUSB2.0interface,andiseasytouseandtoextend.【Keywords】microphonearray;speechdataacquisition;USB2.0;CS5368・系统设计・1引言随着传声器阵列技术在语音增强、噪声抑制、声源定位、回声抵消等领域的广泛应用,人们对传声器阵列语音数据采集系统的要求越来越高。
目前市场上的传声器阵列语音数据采集系统都是高端产品,不但价格昂贵,体积较大,而且接口多为PCI插槽方式,安装麻烦,受计算机插槽数量、地址、中断资源的限制,可扩展性差。
因此,如何设计和实现一种低成本、使用便捷的传声器阵列语音数据采集系统就成为亟待解决的问题。
声音采集系统设计与实现_张红

65随着DSP技术的发展,商用的数据采集卡在某些教学具体的应用场合功能可能并不实用。
而作为多媒体计算机的一个标准配置的音频信号采集系统——声卡,本身就算是一个优秀的数据采集系统,它同时具有A/D和D/A转换功能,不仅价格低廉,而且兼容性好、性能稳定、灵活通用。
利用虚拟仪器开发软件Lab View作为软件平台来实现各种信号处理,同学将大大提高工作效率和学习效率。
1、声卡简介声卡是多媒体计算机中最常用一个标准配置的组件。
声音的采样位数(量化精度)决定了声音的动态范围,采样位数有8位和16位两种。
这样就把声卡分为两种:8位声卡的声音从最低音道最高音只有256个级别,16位声卡有65536个高低音级别。
在采样声音时,将其音量大小转换为一个二进制数,播放时按此二进制数还原。
声卡信号采集通常用总谐波失真(THD)和信噪比(SNR)来衡量信号质量,显然,在Lab VIEW软件中,对于声卡的声道可以分为单声道8位和16位,立体声8位和16位。
从处理声音的效果来看,由于16位声道能处理64K的数据而8位声道仅能处理256位的数据,因此16位声卡采样的信号质量好;另外立体声(stereo)要比单声道(mono)采样信号好,采样干扰小且波形稳定。
不仅如此双声道采样可同时采样两路信号,互不干扰,同时采集信号幅值与原信号相同,而采用单声道采样就不具上述优点。
声卡的采样频率有4种选择,即8000Hz、11025 Hz、22050 Hz、44100 Hz,采样频率不同,采到波形的质量也不同,应该根据具体情况而采用合适的频率。
声音的本质是一种波,是振幅、频率、相位等不断变化的物理量。
模拟声音信号经过声卡DSP及A/D转换后变成数字信号,送入输入缓冲区,完成声音消噪、音效处理、声音合成等功能,最后把处理好的数据把保存到存储设备,这就是声音信号的录制过程。
相应的声音信号回放过程为:把处理好的数据送到输出缓冲区,再由声卡的D/A转换,将数字音频转换为模拟信号,进而通过功率放大器或线路输出(Line Out)送到音箱等设备转换为声波。
声音采集电路设计论文.docx

声音采集电路设计论文1 系统的总体结构与设计1.1 声音采集模块声音采集模块是实现声音的采集与处理的第一步,其中传感器采用驻极体传声器。
传声器的主要作用是将声音传换成电压量,以供后级电路的滤波和放大。
经过调理后的电压信号再送入模数转换器进行数字量化。
1.2 控制电路的设计转换部分是整个声音采集系统的关键。
本设计选用了一款精度采样频率较高12位,1. 65卩的模数转换芯片7864,其采用5 单电源供电。
4个通道上的输入信号可同步进行采样,因而可保留4 个输入通道上的信号相位信息。
模数转换器控制模块主要在的基础上来实现,其中采用公司的系列1122408。
控制器采用程序编程实现,设计过程中主要采用了状态机。
模数转换器控制流程图7864 模数转换后数据的读取有两种方法转换中读取和转换后读取。
本设计采用先转换后读取数据的方法,具体工作过程如下当转换起始信号上升沿时,4个采样保持器进入保持状态,开始对选择的通道采样。
同时,输出信号被触发为高电平,并在转换过程中一直保持为高,当全部通道转换结束后,才变为低电平。
信号在7864,其采用5 单电源供电。
4个通道上的输入信号可同步进行采样,因而可保留4 个输入通道上的信号相位信息7864 模数转换后数据的读取有两种方法转换中读取和转换后读取。
本设计采用先转换后读取数据的方法,具体工作过程如下当转换起始信号上升沿时,4 个采样保持器进入保持状态,开始对选择的通道采样。
同时,输出信号被触发为高电平,并在转换过程中一直保持为高,当全部通道转换结束后,才变为低电平。
信号在每一个通道转换结束时均有效。
全部通道转换后的数据保存在7864 内部相应的锁存器中。
全部通道转换结束后,当片选信号和读信号有效时,就可以按照转换顺序从数据总线上并行读取数据。
1.3存储模块模数转换的数据经过芯片内部的存储器进行缓存,之后通过R向上位机传输或者存入卡。
卡是基于快速闪存的新一代存储器,具有体积小、容量大、移动方便等特点。
传声器阵列语音拾取系统的设计

【 K e y w o r d s 】 p h o n e t i c a c q u i s i t i o n ; M i c r o p h o n e a r r a y ; F P G A
1 引言
传 声器阵列 是指按 一定 距离 排 列放 置 的一 组传 声器 , 通过声 波抵 达阵列 中每个传声 器之间 的微 小 时
基于DSP的阵列声波信号采集与处理系统的设计

④对数据进行压缩
声波信号是测井系统本身产生的,具有较大的数据冗余度,所以在上传给主CPU之前要对其进行压缩。本系统使用的是差分预测编码DPCM。
C54x的源程序可以使用汇编或C/C++语言编写。但是,关键的DSP程序一般还要用汇编语言编写,因为:首先,大多数广泛使用的高级语言如C,并不适合描述典型的DSP算法。典型的DSP应用都由大量计算的要求,并有严格的开销限制,使得程序的优化必不可少;其次,DSP结构的复杂性,如多存储器空间、多总线、不规则的指令集、高度专门化的硬件等,使得用C难以为其编写高效率的编译器;此外,对于底层硬件的控制,用汇编语言编写调试将更加直观高效。本系统的DSP程序主要是大量的计算,所以在实现时采用了汇编语言编写。
自举加载设计
传统DSP系统程序代码的引导装载多以并行EPROM作为应用程序的存储器方式,其最大弊端在于EPROM不支持在线擦写,这会对系统的调试带来很大的不便,特别是对于表贴封装的存储器,此方法基本不可用。
在本系统的设计中,采用了可以在线擦写的FLASH代替EPROM作为程序代码的存储器。因而从根本上克服了传统方法在系统调试上带来的诸多不便,对表贴封装的存储器尤为适用。调试过程中,直接将程序代码通过C542写入FLASH中,重新上电后C542即可按照FLASH的方式执行Bootloader操作,极大的降低了硬件系统调试的难度。
结语
本系统经过调试,证明总体设计思路正确,方案可行,满足性能要求。另外,本系统还可通过在DSP中编写不同的程序,来实现对不同信号的采集与处理。
③ 产生FIRE点火脉冲
FIRE点火脉冲是在CPLD内产生的使发射晶体发声的脉冲。当DSP1接到主CPU传来的采集数据的命令时,就向CPLD发出产生FIRE脉冲的命令,CPLD经其内部组合和时序逻辑电路产生FIRE脉冲,然后送往主CPU,主CPU接到该脉冲后向发射模块发命令,使发射晶体发声。在设计时,产生FIRE脉冲的时序逻辑电路的有些触发器也是以AD_TRIG脉冲为时钟的,这样就解决了发声晶体“发声”与DSP“采集”的同步问题。
声音采集器课程设计
声音采集器课程设计一、课程目标知识目标:1. 学生能够理解声音的基本概念,包括声波、频率、振幅等;2. 学生能够掌握声音采集器的工作原理和组成部分;3. 学生能够了解声音采集器在科技领域的应用。
技能目标:1. 学生能够运用所学知识,正确操作声音采集器进行声音采集;2. 学生能够分析声音采集器采集到的数据,并进行简单的数据处理;3. 学生能够通过团队合作,完成声音采集器的制作和调试。
情感态度价值观目标:1. 学生对声音采集产生兴趣,培养探索精神和创新意识;2. 学生在团队协作中,学会沟通、分享和尊重他人意见;3. 学生关注声音采集技术在现实生活中的应用,提高科技素养。
课程性质:本课程为实践性课程,结合理论知识,注重培养学生的动手能力和创新能力。
学生特点:六年级学生对声音有一定的基础认识,好奇心强,具备一定的动手操作能力。
教学要求:教师需引导学生掌握声音采集器的原理和操作方法,鼓励学生动手实践,培养团队合作精神。
在教学过程中,关注学生的个体差异,提供有针对性的指导。
通过课程学习,使学生达到预期的学习成果。
二、教学内容1. 声音基础知识:- 声波传播原理- 频率与振幅的关系- 声音的三个特性:音调、响度和音色2. 声音采集器原理与结构:- 声音采集器的功能与工作原理- 声音采集器的组成部分:麦克风、放大电路、滤波器、ADC转换器等- 常见声音采集器的类型及特点3. 声音采集器操作与数据处理:- 声音采集器的正确操作方法- 采集到的声音数据处理与分析- 声音信号的简单处理技巧:滤波、放大等4. 声音采集器应用与制作:- 声音采集器在科技领域的应用案例- 声音采集器的制作流程:选材、焊接、调试等- 团队合作完成声音采集器制作及展示教学大纲安排:第一课时:声音基础知识学习第二课时:声音采集器原理与结构学习第三课时:声音采集器操作与数据处理学习第四课时:声音采集器应用与制作实践教学内容与教材关联性:本教学内容与教材中“声音与信息”章节相关,结合教材内容,系统性地组织教学,使学生在掌握理论知识的基础上,提高实践操作能力。
数据库系统原理课程设计 传声器
数据库系统原理课程设计 - 传声器引言:传声器是一种能够将声音信号转换为电信号的传感器。
它广泛应用于语音通信、音频设备、声音检测等领域。
在数据库系统原理课程设计中,我们将设计一个数据库系统用于存储和管理传声器相关的数据。
设计目标:本课程设计的主要目标是设计一个数据库系统,能够有效地存储和管理传声器相关的数据。
具体设计目标如下:1.数据库建模:设计合适的数据库模式,包括实体、关系、属性和约束等,以准确地描述传声器系统中的各种实体和它们之间的关系。
2.数据采集与存储:设计合适的数据采集方法,能够将传声器采集到的声音信号转换为电信号,并将相关的数据存储到数据库中。
3.数据查询与分析:设计合理的查询语句和算法,能够对采集到的数据进行高效的查询和分析,从中提取有用的信息。
4.数据可视化:设计合适的数据可视化方式,能够通过图表、图像等形式直观地展示传声器数据的特征和变化趋势。
数据库建模:在数据库建模过程中,我们需要考虑传声器系统中的各种实体和它们之间的关系。
以下是一个简单的数据库模式示例:实体:传声器(Sensor)、声音信号(Sound)、位置(Location)关系:采集(Collect)、位于(Located)属性:传声器(Sensor):传感器ID(SensorID)、传感器名称(SensorName)、传感器型号(SensorModel)声音信号(Sound):声音ID (SoundID)、音频数据(AudioData)、采样率(SampleRate)、声音强度(SoundIntensity)位置(Location):位置ID(LocationID)、经度(Longitude)、纬度(Latitude)采集(Collect):传感器ID(SensorID)、声音ID(SoundID)、采集时间(CollectTime)位于(Located):传感器ID (SensorID)、位置ID(LocationID)约束:主键约束:传感器ID(SensorID)、声音ID(SoundID)、位置ID (LocationID)外键约束:采集:SensorID、SoundID;位于:SensorID、LocationID数据采集与存储:在数据采集与存储过程中,我们需要使用合适的传声器设备来采集声音信号,并将其转换为电信号进行存储。
树莓派麦阵列数据采集分发的设计与实现
树莓派麦阵列数据采集分发的设计与实现
刘晓晖,秦子实
(中国飞机强度研究所,陕西 西安 710065)
摘要:近年来,5G 技术的发展带动物联网设备快速普及,以树莓派为代表的卡片计算机大量出现在工程应用的各个方面。 而在音频采集处理方面,基于树莓派的麦阵列声源采集具有高算力、高精度、低功率的特点。本文介绍基于 sounddevice 的 采集、分发、播放音频流的方法,该方法可以对音频数字信号进行自定义预处理,支持多种数据分发方式,系统依赖少,代 码简单且方便部署。
数据流发送有两种方式:阻塞方式的和非阻塞回调方式, 为方便调试,本文选用非阻塞回调方式,即音频数据流发送开 始后立即返回,这样可以继续在解释器中继续执行其他作业。 启动音频流的方法如下:
rs = sd. Stream(samplerate=48000, device=iodevs, channels= [8, 2], callback=cb, finished_callback=fcb)
“seeed-8mic-voicecard”即为麦阵列声源采集设备(序号为 2),具有 8 路输入,即 2 颗 AC108 ADC 芯片,每芯 4 路输入其中 1 路为 playback,则实际采集为 6 路。麦阵列自带声卡输出,即
AC101 DAC 芯片(序号为 6),2 路输入 2 路输出,占用树莓派 3.5mm 耳机监听接口。因此,sounddevice 库主要使用序号 2 及 序号 6 设备进行音频数据的输入输出。通过以下代码获取输 入输出设备 ID:
基于动圈式传声器的语音检索系统设计与实现
基于动圈式传声器的语音检索系统设计与实现随着科技的不断发展,语音技术逐渐走进人们的日常生活,成为人机交互的重要方式之一。
基于动圈式传声器的语音检索系统是一种利用声音信号进行信息检索的技术体系。
本文将介绍该系统的设计与实现。
一、引言语音检索系统是指通过语音信号识别技术,将人的语音输入转化为机器可以理解的电子信息,并根据输入的信息进行相应的检索操作。
动圈式传声器是一种通过振膜震动来实现声音转化为电信号的装置,其原理基于电磁感应。
本系统将利用动圈式传声器收集用户的语音信息,并对其进行处理和识别,实现语音信息的检索。
二、系统设计1. 系统架构基于动圈式传声器的语音检索系统的架构包括前端声音采集模块、信号预处理模块、特征提取模块、语音识别模块和检索模块。
(1)前端声音采集模块:使用动圈式传声器进行声音信号的采集,将声音信号转化为电信号,并进行放大和滤波处理。
(2)信号预处理模块:对采集到的声音信号进行预处理,包括去噪、降噪、语音端点检测等操作,以提高后续处理的准确性。
(3)特征提取模块:从预处理后的声音信号中提取出有用的特征,如频谱特征、时域特征等。
常用的特征提取方法包括MFCC(Mel频率倒谱系数)等。
(4)语音识别模块:将特征提取后的语音信号与事先训练好的语音识别模型进行匹配,识别出输入的语音信息。
(5)检索模块:根据语音识别的结果,在数据库或互联网资源中进行信息检索,返回检索结果。
2. 数据库设计语音检索系统需要建立一个数据库,用于存储语音数据和相应的标签信息。
数据库的设计需要考虑以下几个方面:(1)语音数据的存储:将语音数据以合适的格式存储至数据库,如音频文件、频谱图等。
(2)标签信息的存储:每个语音数据需要关联相应的文本标签信息,以便进行检索操作。
(3)数据库优化:可以使用索引等技术对数据库进行优化,提高检索效率。
三、系统实现1. 前端声音采集模块前端声音采集模块使用动圈式传声器进行声音采集。
传声器需要连接到音频输入设备,如声卡。
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系统 的基本工作流程如 下 : 主机通过 U B . 口 S 20接 控 制器 向 F G P A发送控 制信号 , F G 由 P A设 置 A C的 D 工作 模式 ; D A C开始采样 、 量化 , 转换得到 的串行音频
数 据 在 F G 内部 进 行 串 并 转 换 、 多路 数 据 缓 存 及 同 PA
l声 放 、 端 双 传 器l 大 单 转 端B
数转 换 器
( 制 AD 控 C 据 封装 ,
FG PA
[=》 数 据 流
I声 放大 单 转 端B 路 来自 的 钟, 传 器2 、端 双 8模 时 数
UB. S 20接
1弼L 工l I & I 们
r —
扩展 性 差 。因此 , 何设 计 和实 现一 种低 成本 、 用 如 使
麻烦 , 计算 机插 槽数 量 、 址 、 断资 源的 限制 , 受 地 中 可
系统总体 上可分为 4部分 : 数转换器 ( D )U B . 模 A C ,S 2 0
接 口控 制 器 、P A 模 块 和 主 机 ( 持 U B . 议 ) FG 支 S 20协 ,
其总体结构框 图如 图 1 所示 。
T e y tm t n fr t e c u r d h s se r se s h a q i mu t— h n e d t i r a - i y h US . i tra e a d s e s o s a e l c a n l aa n e l t i me b te B20 n e f c . n i a y t u e
【 关键 词 】 传 声 器 阵 列 ;语 音数 据 采 集 ;U B .;C 5 6 S2 0 S38 【 图 分 类 号 】T 24 2 中 P 7+ 【 献 标 识 码 】A 文
De i n a d I l me t to f a M i r p o r y S e c t q ii o y t m sg n mp e n a i n o c o h ne Ar a p e h Da a Ac u st n S se i CHE Xio fn N a — e g,XI AO Xi
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电 声 器 件 与 电 路 门
匡0 舒 ⑨囿@⑨凹 6 囿 髑 囿响 @6@凹6 @@ @ 0 ,
文章 编 号 :0 2 8 8 ( 0 8 0 — 0 3 0 10 — 6 4 2 0 )7 04 — 4
传声器阵列语音数据采集系统的设计与实现 ・ 设 ・ 系 计 统
a d t xe d n o e tn .
【 y w rs Ke o d 】mi oh n r y p eh dt aq i tn S 2 c p oe ar ;sec aa c usi ;U B . r a io 0;C 5 6 S38
1 引 言
随着传声器 阵列技术 在语 音增强 、 噪声 抑制 、 源 声 定位、 回声 抵消 等领 域 的广 泛应用 , 人们 对传 声 器 阵 列语 音数 据采集系统的要求越来越 高。 目前市场上 的 传声器 阵列语音数 据采集系统都是 高端 产品 ,不但 价 格 昂贵 , 体积 较大 , 而且 接 口多 为 P I C 插槽 方式 , 安装
便 捷 的 传 声 器 阵 列 语 音 数 据 采 集 系 统 就 成 为 亟 待 解
l声 M 放 单 转 端b D ) 点 I l B0 I 传 器7 大、端 双 (C A 的FD U 口. 主 F S2 接 f声 放 传 器8 大 的 部 外 控 一控 器 机 制 单 转 端B 端 双 制 备 I 设 )
笔者设 计 了一个基 于 U B . S2 0的传声 器 阵列语 音
数 据 采 集 系 统 ,详 细 分 析 了软 硬 件 实 现 过 程 中 的 技 术
要点。
步打包 ,然 后再由 U B . 口控制 器传输给主机 ; S2 0接 主
机 储 存 并 显 示 接 收 到 的语 音 数 据 。
、
口控 制 器 端 r ‘
决 的 问题 。 U B .【 近 几 年 内 由 于 其 协 议 的 开 放 性 , 外 S2 l OJ 在 在
图 1 系统总体结构框 图
设 接 口领 域 应 用 得 越 来 越 广 泛 。它 具 有 高 速 传 输 (8 /) 热 插 拔 、 扩 展 、 带 方便 、 用广 泛等 4 0Mbs 、 可 携 应 优点 ,自然成为传声器阵列语音数据 采集系统 的首选
( e a meto lc o i E g er g s gu nvri ,B in 00 4 hn ) D p r n fEet nc n i ei ,T i h aU i s y e ig 10 8 ,C ia t r n n n e t j
【 b tat A ds n o co hn r y hrw r n otaess m f p eh dt aq it n i it dc d A src】 ei fmi p o ear a a a d sf r yt o sec aa cusi s n o u e. g r a d e w e r io r
3 系 统 硬 件 设 计
陈 晓峰 . 肖 熙
( 华 大 学 电子 工 程 系 ,北 京 10 8 ) 清 0 0 4
【 摘 要 】 介 绍 了 一 种传 声 器 阵 列语 音 数 据 采 集 系 统 的软 硬 件 设 计 方 案 , 系统 采 用 U B . 口实 时传 输 采 集 到 该 S 20接
的 多通 道 语 音 数 据 , 系统 具 有使 用 方 便 、 易 扩展 等 特 点 。 容