POLITECNICO DI MILANO

Localizzazione di sorgenti audio Localizzazione di sorgenti audio tramite tecniche multimicrofono tramite tecniche multimicrofono realizzate con architettura Atmel realizzate con architettura Atmel

D740D740

Fabio Arlati: fabio.arlati@dresd.org

Francesco Caponio: francesco.caponio@dresd.org

Relatore: Prof.ssa Anna Maria Antola

Correlatore: Ing. Marco Domenico Santambrogio

2

MotivazioniMotivazioni

Studio dell'architettura Atmel Diopsis 740

Realizzazione di un sistema di eliminazione del rumore tramite estensione dell'algoritmo di Sottrazione Spettrale:

VAD (Voice Activity Detector)

Riduzione del Rumore Residuo

Array di Microfoni (con Beamforming)

Array di Microfoni (con Localizzazione e post-filtraggio)

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ObiettiviObiettivi

Studio di tecniche per la localizzazione sul piano di una sorgente audio impulsiva:

Multilaterazione

Algoritmo di Bancroft

Implementazione di tale tecnica su Diopsis 740

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IndiceIndice

Panoramica sul materiale a disposizione:Atmel Diopsis 740 su scheda JTST

Amplificatore

Sottrazione Spettrale

Studio della tecnica di multilaterazioneAnalisi dell'algoritmo

Verifica della validità dell’algoritmo

Implementazione su scheda

Verifica del funzionamento dell’applicazione

Conclusione e Sviluppi Futuri

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Diopsis 740Diopsis 740

ARM7TDMI32kB ARM

MemoryASB / APB Bridge

mAgic VLIW

DSP core

8kx128 bit

Program

Mem

Shared

Memory

Data Buffer 2 x2k wordDouble Bank, Double Port

ASB

Data / Program Bus Mux

Program Bus

Mux / Demux

Data Bus

Mux / Demux

Data Mem

2 x 6k x 40 bit

Double BankDouble Port

SPI0

USART0

USART1

TIMER

Watchdog

PIO

PDC

ADDA

Clock Gen

IRQ Ctrl

SPI1

Dual-core:ARM7TDMI

Master

RISC

GestionePeriferiche

mAgic DSPSlave

VLIW

CalcoliComplessi

Float 40 bit

1 GFLOPS

6

JTST – JigTeST for Diopsis 740JTST – JigTeST for Diopsis 740

Oscillatore 25 Mhz

4 CODEC Stereo 20 bit

Display a 7 segmenti

Interfacce:Seriali RS-232

Seriali SPI

USB (Emulazione Seriale)

Sistema operativo eCos

Bootloader RedBoot

Ambiente di sviluppo MADE

CLK DIV

LED

IRQ

PIO CONN

SRAM

ARM DATA L

128kx8

SRAM

ARM DATA H

128kx8

FLASH

ARM PRG

1Mx16

SSRAM MAGIC

DATA L

128kx36

DIP SWITCH

SPI-0 CONN

M-ICE JTAG CONN

Diopsis 740

•PIO •USARTs

•RST•XMA

•XMD[15:0]

•CLKs

•CNTRLs

•SPIs•ADDA

•ARMD

•PLL

•ICE•ARMC

•ARMA

•XMD[55:40]

•XMD[31:16]

•XMD[71:56]

•XMD[39:32]

•XMD[79:72]

SSRAM MAGIC

DATA H

128kx36

SSRAM MAGIC

DATA E

128kx36USB

CTRLUS

BC

ON

N

EX

T P

SU

C

ON

N

CO

DE

C

CO

DE

C

CO

DE

C

CO

DE

C

CLK DIV

25

MHz

OSC

•USART

•USART

7-SEG DISPLAY

6 MHz

RS-232-0

DB-9 CONN

RS-232-1

DB-9 CONN

RST

STAB 5-1.8 V

SPI-1 CONN

STABILIZZ

5-3.3 V

USB LED

ADDA

BUFFER

AUDIO

OUT 1

AUDIO

IN 1

AUDIO

OUT 2

AUDIO

IN 2

AUDIO

OUT 3

AUDIO

IN 3

AUDIO

OUT 4

AUDIO

IN 4

JP8 JP9

JP5

JP4

JP11

JP7

JP2

JP3

JP6

JP10

JP1 Diopsis 740

7

AmplificatoreAmplificatore

Line-In: -10 : +4 dbmA

Mic-Out: -60 dbmA

35 dB amplificazione

Nessuna distorsione da 20 Hz a 20 kHz

8

Sottrazione SpettraleSottrazione Spettrale

X(f) = Y(f) - N(f) x(t) FFTy(t) = x(t) + n(t) IFFT

Campionamenti a 8 KHz

FFT (Fast Fourier Transform) su finestra di 128 campioni

Riduzione del rumore di 12 dB

Ma:

Richiede SNR (Signal to Noise Ratio) alto

Elimina solo rumori statici, incorrelati col parlato

Miglioramenti:

VAD (Voice Activity Detector)

Riduzione del Rumore Residuo

Array di Microfoni (con Beamforming / Localizzazione)

Localizzazione della SorgenteLocalizzazione della Sorgente

Triangolazione

Trilaterazione

Multilaterazione

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Soluzione delle equazioni di MultilaterazioneSoluzione delle equazioni di Multilaterazione

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Algoritmo di Bancroft1

1 Stephen Bancroft – An algebraic Solution of the GPS Equations

Michael Geyer, Anastasios Daskalakis – Solving Passive Multilateration Equations using Bancroft’s

Algorithm

Verifica della validità dell’algoritmoVerifica della validità dell’algoritmo

Configurazione di prova Validazione dei risultati ottenuti

11

Struttura dell’applicazioneStruttura dell’applicazione

12

Divisione dei compiti tra i due processori

Simulazione con doppia scheda:Risultati corretti

Ambiente reale:EfficacemaStrumentazione non all'altezzaPresenza di eco

Verifica del funzionamento dell’applicazioneVerifica del funzionamento dell’applicazione

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14

Conclusioni e Sviluppi FuturiConclusioni e Sviluppi Futuri

Utilizzo di microfoni omnidirezionali

Implementazione di una funzione di eliminazione dell’eco

Individuazione di una sorgente audio nello spazio (3D)

Aggregazione del sistema completo su FPGA con modulo mAgic

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DomandeDomande

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