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利用麦克风阵列进行声源定位在智能降噪、语音增强、语音识别等领域有广泛应用和研究前景。本文介绍基于AliOS Things STM32F413H Discovery开发板实现声源定位算法集成和功能演示。
声源定位算法 本案例集成了STMicroelectronics的Acoustic_SL声源定位算法。Acousti…1. 概述
利用麦克风阵列进行声源定位在智能降噪、语音增强、语音识别等领域有广泛应用和研究前景。本文介绍基于AliOS Things STM32F413H Discovery开发板实现声源定位算法集成和功能演示。
声源定位算法 本案例集成了STMicroelectronics的Acoustic_SL声源定位算法。Acoustic_SL是STMicroelectronics开发的声源定位算法支持XCORR、GCC-PHAT、BMPH三种不同算法类型。本案例使用GCC-PHAT算法类型算法基于到达时间差TDOA原理实现通过测量声音信号达到不同麦克风的时间差计算声源方向。GCC-PHAT算法作为应用最为广泛的声位算法数据计算量和资源消耗较小并且具有一定的抗噪和抗混响能力。
2. 环境搭建
开发板STM32F413H Discovery附带麦克风阵列板 手势传感器Seeed Grove PAJ7620 温湿度传感器HTS221 LED数码管Seeed Grove LED Bar
硬件说明 使用STM32F413H作为主控芯片提供音频输入接口、I2C接口、GPIO控制接口、显示控制接口等。 STM32F413H内置的DFSDM模块可以支持最多同时5路PDM数字麦克数据录入并经过硬件滤波将PDM数据转换成PCM数据降低了音频软件的复杂度和资源消耗。
硬件连接 3. 软件编译
软件AliOS Things 下载AliOS Things后切换到developer分支。
执行如下命令编译Application aos make sensordemostm32f413h-discovery
编译成功后使用下面命令烧录镜像 aos upload sensordemostm32f413h-discovery
4. 软件介绍
AliOS Things
AliOS Things是面向IOT领域的轻量级物联网嵌入式操作系统。AliOS Things启动过程中依次完成内核初始化、硬件资源初始化、功能组件初始化、外设驱动初始化。系统就绪后通过用户定义的application_start()函数进入应用程序。
创建声位和音量显示界面
在application_start()函数中调用display_init()创建LCD刷新任务、显存刷新任务、定义显示界面。
声位显示界面 切换到该界面时声位识别算法开始运行屏幕上指示当前声音方位。测试时建议距离mic阵列水平距离30cm高度和mic阵列尽量接近可以获得最佳效果。
音量显示界面 切换到该界面时计算mic信号的大小并转换成音量在屏上显示音量指示条即提供声音强度检测功能。
运行声位算法
1 在application_start()函数中创建声源定位task在该task中继续调用acoustic_sl_start()执行声源定位功能。
2 在acoustic_sl_start()函数中调用DFSDM_Init()和HAL_DFSDM_FilterRegularStart_DMA()初始化并启动DFSDM录音程序。打开4路DFSDM滤波通道获取4个麦克风的PDM数据经过内部处理转换成PCM后通过DMA传输到缓存中。
3 调用acoustic_sl_init()库函数初始化Acoustic_SL算法。这一步需要设置算法参数例如配置算法类型、channel number、麦克风阵列间距以及识别角度最小单位、声音检测门限。
4 DFSDM录音程序每次分别从4个mic录入512个采样点的PDM数据数据经过内部处理转换成PCM后通过DMA传输到缓存中。
5 缓存数据到达后对PCM数据进行简单的High Pass滤波算法处理然后调用AcousticSL_Data_Input()以每次16samples的大小送入算法后触发外部中断在中断函数中再调用AcousticSL_Process()进行算法处理和声位计算得到代表声音方位的角度信息。
6 根据角度的范围可以确定麦克的位置然后在显示任务fb_refresh_task中根据麦克位置更新显示界面。
麦克阵列采用2x2矩阵形式通过这种布局方式可以实现360度声音方位的识别。
另外AcousticSL算法提供声音检测门限和识别角度最小单位两个调试参数。可以根据需要修改参数适应不同的环境条件和应用需求。
音量计算
通过手势切换到该界面后首先对DFSDM输出的512个采样点的pcm数据先计算均值再进行对数计算得到对应pcm数据的音量信息同时根据音量信息在显示任务fb_refresh_task刷新界面音量进度条。
5. 应用演示
视频观看AliOS-Things声源定位应用演示
6. 更多
参考AliOS Things手势识别应用演示
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