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面向服务机器人的音源感知主要包含语音检测与声源定位两个层面内容,即利用声学传感装置采集声音信号,再利用微处理器技术对其加以处理,实现音源定位、目标识别与跟踪等丰富的功能。音源感知极大地扩展了服务机器人的环境感知能力,尤其在用户识别、人机交互等家庭服务场景中具有重要的研究价值与应用意义,是机器人感知领域的研究热点之一。本文以服务机器人为应用背景,系统研究了基于麦克风阵列和TI-C6000DSP平台的音源感知系统的设计与实现技术。
系统为实现语音检测和声源定位,以麦克风近场传播模型为理论基础,采用自适应时延估计定位算法实现声源的定位与跟踪。音源感知系统由麦克风阵列、TI-C6000 DSP处理芯片、4通道同步采样音频接口、LCD、以太网通信单元等硬件组成。系统的软件开发中引入了DSP/BIOS实时操作系统,以及DSP网络开发套件等。该音源感知系统既可以辅助服务机器人的环境监控与用户感知,也可用于一般的视频会议、车载系统中。
论文首先论述了机器人音源感知技术的现状、存在的问题和发展趋势,分析了语音检测和声源定位的典型算法、具体实现及其计算效率性能。然后根据机器人应用的需要,描述了基于TI-C6000DSP平台的音源感知系统。给出了该系统的整体设计及各模块的软硬件设计与实现,详细论述了语音处理模块和网络通信模块的设计,并且深入研究了语音数据采集、多任务调度、算法实现、DSP/BIOS和网络开发套件的移植与应用等关键技术。最后给出了系统测试方法和测试结果分析。