專利名稱：一種具有聲源定位功能的視頻系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種視頻系統(tǒng)，尤其涉及一種具有聲源定位功能的視頻系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，在現(xiàn)代多人電視電話會議中，一個攝像頭常常無法完全拍攝下所有在場人員，所以常常需要一個攝影人員操作攝像頭，對準(zhǔn)正在發(fā)言者。智能機(jī)器人一般是以機(jī)器視覺為主要發(fā)展方向的，同樣因?yàn)閿z像頭的視角有限，常常存在遺漏環(huán)境中的有用信息，這樣的智能機(jī)器人顯得比較的呆笨，不能像人一樣對聲音有反應(yīng)?，F(xiàn)代城市中有各種各樣的的視頻監(jiān)控?cái)z像頭，有安防攝像頭、交通攝像頭等等，但是現(xiàn)在攝像頭都是固定或是以一定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能，這種方式最大的缺點(diǎn)是監(jiān)控方式相當(dāng)?shù)牟混`活，常常導(dǎo)致拍攝到很多的無用視頻，而常常錯過真正有用的部分。對于監(jiān)控范圍內(nèi)的異常情況:如爆炸、交通事故等能夠產(chǎn)生異常聲音的區(qū)域，傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)就無能為力了。中國專利授權(quán)公告號為:CN101957442A，公告日為:2011年I月26日的發(fā)明專利公開了一種聲源定位裝置，涉及應(yīng)用聲波通過確定多個方向的配合來定位的裝置，是三維空間聲源目標(biāo)定位裝置，由聽覺傳感器、聲源信號微處理器和上位機(jī)系統(tǒng)三部分構(gòu)成，聽覺傳感器是四元正四面體結(jié)構(gòu)的麥克風(fēng)陣列，四個麥克風(fēng)分別位于該正四面體結(jié)構(gòu)的四個頂點(diǎn)，聲源信號微處理器由聲音信號放大模塊、分析鎖存模塊和通信傳輸模塊構(gòu)成，上位機(jī)系統(tǒng)由定位計(jì)算方法和外圍設(shè)備構(gòu)成，各個部分和各個模塊之間的硬件部分均用導(dǎo)線相互連接。但是該裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不能準(zhǔn)確及時的鎖定聲源的位置，也不能有效的控制云臺上的攝像頭對準(zhǔn)聲源處，使用不·方便。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對現(xiàn)有的聲源定位裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不能準(zhǔn)確及時的鎖定聲源的位置，也不能有效的控制云臺上的攝像頭對準(zhǔn)聲源處的缺陷和不足，現(xiàn)提供一種結(jié)構(gòu)簡單，能準(zhǔn)確及時的鎖定聲源的位置，并能有效的控制云臺上的攝像頭對準(zhǔn)聲源處的一種具有聲源定位功能的視頻系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是:一種具有聲源定位功能的視頻系統(tǒng)，包括麥克風(fēng)陣列，麥克風(fēng)陣列由構(gòu)成正四面體四個頂點(diǎn)的四個麥克風(fēng)構(gòu)成，即:1號麥克風(fēng)、2號麥克風(fēng)、3號麥克風(fēng)和4號麥克風(fēng)組成，所述I號麥克風(fēng)、2號麥克風(fēng)、3號麥克風(fēng)和4號麥克風(fēng)分別經(jīng)麥克風(fēng)前置放大電路與AD數(shù)據(jù)采集模塊相連接，AD數(shù)據(jù)采集模塊與DSP模塊之間以及AD數(shù)據(jù)采集模塊與FPGA模塊之間通過數(shù)據(jù)線雙向連接，DSP模塊和FPGA模塊之間通過數(shù)據(jù)線相連通，DSP模塊通過數(shù)據(jù)線分別與SDRAM模塊和FLASH模塊相連接，DSP模塊通過控制線經(jīng)云臺驅(qū)動模塊與二自由度云臺內(nèi)的驅(qū)動裝置相連接，二自由度云臺上安裝有攝像裝置。所述I號麥克風(fēng)、2號麥克風(fēng)、3號麥克風(fēng)和4號麥克風(fēng)分別安裝在位于不同位置的四個可以伸縮的三角架上，或者四個麥克風(fēng)均安裝在可以伸縮的三角架上。所述I號麥克風(fēng)、2號麥克風(fēng)、3號麥克風(fēng)和4號麥克風(fēng)中相鄰的兩個麥克風(fēng)之間的直線距離相等。所述麥克風(fēng)前置放大電路與增益控制電路相連接，增益控制電路與DSP模塊相連接。所述二自由度云臺內(nèi)安裝的兩個驅(qū)動裝置分別為伺服電機(jī)。本實(shí)用新型的有益效果是:1、本實(shí)用新型通過安裝在空間不同位置的麥克風(fēng)陣列采集聲波，并通過增益控制電路、AD數(shù)據(jù)采集模塊、DSP模塊、FPGA模塊、SDRAM模塊和FLASH模塊分析計(jì)算出聲源到達(dá)四個麥克風(fēng)的時間差，進(jìn)而確定了聲源在空間的準(zhǔn)確位置。2、本實(shí)用新型用占空間小，反應(yīng)靈敏，能夠及時鎖定聲源的位置，并能控制云臺上的攝像頭對準(zhǔn)聲源處，實(shí)現(xiàn)拍攝聲源處的視頻，使用范圍廣。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型麥克風(fēng)陣列的分布圖。圖中:1號麥克風(fēng)1，2號麥克風(fēng)2，3號麥克風(fēng)3，4號麥克風(fēng)4，麥克風(fēng)前置放大電路5，增益控制電路6，AD數(shù)據(jù)采集模塊7，DSP模塊8，F(xiàn)PGA模塊9，SDRAM模塊10，F(xiàn)LASH模塊11，云臺驅(qū)動模塊12，二自 由度云臺13。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖說明和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。參見圖1、圖2，本實(shí)用新型的一種具有聲源定位功能的視頻系統(tǒng)，包括麥克風(fēng)陣列，麥克風(fēng)陣列由構(gòu)成正四面體四個頂點(diǎn)的四個麥克風(fēng)構(gòu)成，即:1號麥克風(fēng)1、2號麥克風(fēng)
2、3號麥克風(fēng)3和4號麥克風(fēng)4組成，所述I號麥克風(fēng)1、2號麥克風(fēng)2、3號麥克風(fēng)3和4號麥克風(fēng)4分別經(jīng)麥克風(fēng)前置放大電路5與AD數(shù)據(jù)采集模塊7相連接，AD數(shù)據(jù)采集模塊7與DSP模塊8之間以及AD數(shù)據(jù)采集模塊7與FPGA模塊9之間通過數(shù)據(jù)線雙向連接，DSP模塊8和FPGA模塊9之間通過數(shù)據(jù)線相連通，DSP模塊8通過數(shù)據(jù)線分別與SDRAM模塊10和FLASH模塊11相連接，DSP模塊8通過控制線經(jīng)云臺驅(qū)動模塊12與二自由度云臺13內(nèi)的驅(qū)動裝置相連接，二自由度云臺13上安裝有攝像裝置。所述I號麥克風(fēng)1、2號麥克風(fēng)2、3號麥克風(fēng)3和4號麥克風(fēng)4分別安裝在位于不同位置的四個可以伸縮的三角架上，或者四個麥克風(fēng)均安裝在可以伸縮的三角架上。所述I號麥克風(fēng)1、2號麥克風(fēng)2、3號麥克風(fēng)3和4號麥克風(fēng)4中相鄰的兩個麥克風(fēng)之間的直線距離相等。所述麥克風(fēng)前置放大電路5與增益控制電路6相連接，增益控制電路6與DSP模塊8相連接。所述二自由度云臺13內(nèi)安裝的兩個驅(qū)動裝置分別為伺服電機(jī)。本實(shí)用新型采用了麥克風(fēng)陣列，麥克風(fēng)陣列至少由四個分布在立體空間中不同位置的麥克風(fēng)構(gòu)成，如果采用四個麥克風(fēng)，分別為I號麥克風(fēng)1、2號麥克風(fēng)2、3號麥克風(fēng)3和4號麥克風(fēng)4，則I號麥克風(fēng)1、2號麥克風(fēng)2、3號麥克風(fēng)3和4號麥克風(fēng)4所處的位置為空間正四面體的四個頂點(diǎn)，每兩個麥克風(fēng)之間的直線距離相等。如果以該正四面體的底面三角形的中心點(diǎn)為原點(diǎn)，建立坐標(biāo)系X、Y、Z，I號麥克風(fēng)I剛好在X軸上，4號麥克風(fēng)4剛好位于Z軸上。I號麥克風(fēng)1、2號麥克風(fēng)2、3號麥克風(fēng)3和4號麥克風(fēng)4分別安裝在位于不同位置的四個可以伸縮的三角架上，或者四個麥克風(fēng)安裝在同一個可以伸縮的三角架上，也可以直接安裝在會議室內(nèi)的墻壁上，并使得四個麥克風(fēng)所處的位置為空間正四面體的四個頂點(diǎn)。采用可伸縮三腳架支撐麥克陣列的好處很明顯，第一，三腳架的支撐腳是可以伸縮的，方便調(diào)節(jié)高度，這樣以適應(yīng)不同應(yīng)用場合；第二，可以用支撐相機(jī)或攝像機(jī)的三腳架來支撐麥克風(fēng)陣列；第三，三腳架能夠方便的收縮，方便運(yùn)輸。I號麥克風(fēng)1、2號麥克風(fēng)2、3號麥克風(fēng)3和4號麥克風(fēng)4分別經(jīng)麥克風(fēng)前置放大電路5與AD數(shù)據(jù)采集模塊7相連接，也可以將麥克風(fēng)前置放大電路5集成在一起形成麥克風(fēng)陣列信號調(diào)理電路模塊。麥克風(fēng)前置放大電路5采用一級INA128固定放大和一級VCA810壓控放大的方式來實(shí)現(xiàn)，這里麥克風(fēng)信號為差分信號，INA128放大該差分信號，隨后該信號被VCA810壓控增益放大器放大，由于VCA810是壓控放大器，并可實(shí)現(xiàn)±40dB的控制動態(tài)范圍。AD數(shù)據(jù)采集模塊7采用四路、128kHz、24位同步采樣Σ-Λ ADC采樣器件ADS1274，該器件的采樣率最高達(dá)144 kHz完全滿足音頻應(yīng)用場合。DSP信號處理器，這里采用TI公司的TMS320C6713，該器件具有強(qiáng)大的浮點(diǎn)和定點(diǎn)運(yùn)算能力，以滿足大量的運(yùn)算要求。
麥克風(fēng)前置放大電路5與增益控制電路6相連接，增益控制電路6與DSP模塊8相連接。AD數(shù)據(jù)采集模塊7通過數(shù)據(jù)總線與DSP模塊8相連接，AD數(shù)據(jù)采集模塊7與FPGA模塊9相連接，DSP模塊8和FPGA模塊9之間通過數(shù)據(jù)線相連通。FPGA模塊9采用ALTERA公司的低成本FPGA颶風(fēng)系列，F(xiàn)PGA模塊9的主要作用是接收DSP模塊8的控制信號，通過控制總線控制ADC同時采樣。DSP模塊8通過數(shù)據(jù)線分別與SDRAM模塊10和FLASH模塊11相連接，SDRAM模塊10存儲采集到的數(shù)據(jù)和運(yùn)算過程中產(chǎn)生的中間變量，這里采用2MByte大小的SDRAM。DSP模塊8通過控制線經(jīng)云臺驅(qū)動模塊12與二自由度云臺13內(nèi)的驅(qū)動裝置相連接，二自由度云臺13上安裝有攝像裝置。二自由度云臺13以及攝像裝置位于I號麥克風(fēng)1、2號麥克風(fēng)2、3號麥克風(fēng)3和4號麥克風(fēng)4所構(gòu)成的正四面體的外側(cè)。二自由度云臺13內(nèi)安裝有兩個伺服電機(jī)，不采用舵機(jī)而采用伺服電機(jī)的原因是:系統(tǒng)要求水平軸轉(zhuǎn)動需要360度的行程，而360度舵機(jī)不能連續(xù)向一個方向轉(zhuǎn)動超過一周，若舵機(jī)當(dāng)前角度為360度，若想要轉(zhuǎn)動到I度，則不能直接從360度轉(zhuǎn)到I度，只能從360度到180度到I度這樣的方式回到I度，而伺服電機(jī)則可以連續(xù)轉(zhuǎn)動，可以直接從360度轉(zhuǎn)到I度，因此采用伺服電機(jī)構(gòu)成云臺比舵機(jī)方式構(gòu)成的云臺更加的靈活。
權(quán)利要求1.一種具有聲源定位功能的視頻系統(tǒng)，包括麥克風(fēng)陣列，麥克風(fēng)陣列由構(gòu)成正四面體四個頂點(diǎn)的四個麥克風(fēng)構(gòu)成，即:1號麥克風(fēng)(1)、2號麥克風(fēng)(2)、3號麥克風(fēng)(3)和4號麥克風(fēng)(4)組成，其特征在于:所述I號麥克風(fēng)(1)、2號麥克風(fēng)(2)、3號麥克風(fēng)(3)和4號麥克風(fēng)(4)分別經(jīng)麥克風(fēng)前置放大電路(5)與AD數(shù)據(jù)采集模塊(7)相連接，AD數(shù)據(jù)采集模塊(7)與DSP模塊(8)之間以及AD數(shù)據(jù)采集模塊(7)與FPGA模塊(9)之間通過數(shù)據(jù)線雙向連接，DSP模塊(8)和FPGA模塊(9)之間通過數(shù)據(jù)線相連通，DSP模塊(8)通過數(shù)據(jù)線分別與SDRAM模塊(10)和FLASH模塊(11)相連接，DSP模塊(8)通過控制線經(jīng)云臺驅(qū)動模塊(12)與二自由度云臺(13)內(nèi)的驅(qū)動裝置相連接，二自由度云臺(13)上安裝有攝像裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有聲源定位功能的視頻系統(tǒng)，其特征在于:所述I號麥克風(fēng)(1)、2號麥克風(fēng)(2)、3號麥克風(fēng)(3)和4號麥克風(fēng)(4)分別安裝在位于不同位置的四個可以伸縮的三角架上，或者四個麥克風(fēng)均安裝在可以伸縮的三角架上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有聲源定位功能的視頻系統(tǒng)，其特征在于:所述I號麥克風(fēng)(1)、2號麥克風(fēng)(2)、3號麥克風(fēng)(3)和4號麥克風(fēng)(4)中相鄰的兩個麥克風(fēng)之間的直線距離相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有聲源定位功能的視頻系統(tǒng)，其特征在于:所述麥克風(fēng)前置放大電路(5 )與增益控制電路(6 )相連接，增益控制電路(6 )與DSP模塊(8 )相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有聲源定位功能的視頻系統(tǒng)，其特征在于:所述二自由度云臺(13)內(nèi)安裝 的兩個驅(qū)動裝置分別為伺服電機(jī)。
專利摘要一種具有聲源定位功能的視頻系統(tǒng)，包括麥克風(fēng)陣列，所述1號麥克風(fēng)(1)、2號麥克風(fēng)(2)、3號麥克風(fēng)(3)和4號麥克風(fēng)(4)分別經(jīng)麥克風(fēng)前置放大電路(5)與AD數(shù)據(jù)采集模塊(7)相連接，AD數(shù)據(jù)采集模塊(7)與DSP模塊(8)之間以及AD數(shù)據(jù)采集模塊(7)與FPGA模塊(9)之間通過數(shù)據(jù)線雙向連接，DSP模塊(8)通過控制線經(jīng)云臺驅(qū)動模塊(12)與二自由度云臺(13)內(nèi)的驅(qū)動裝置相連接，本實(shí)用新型通過安裝在空間不同位置的麥克風(fēng)陣列采集聲波，分析計(jì)算出聲源到達(dá)四個麥克風(fēng)的時間差，進(jìn)而確定了聲源在空間的準(zhǔn)確位置，能夠及時鎖定聲源的位置，并能控制云臺上的攝像頭對準(zhǔn)聲源處，實(shí)現(xiàn)拍攝聲源處的視頻，使用范圍廣。
文檔編號H04N7/18GK203151672SQ20132013062
公開日2013年8月21日 申請日期2013年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月21日
發(fā)明者徐華中, 蔣宏, 肖應(yīng)誠, 包偉, 黃杰軍, 張文雅, 孟瑋 申請人:徐華中