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专利号: 2021116381605
申请人: 成都航空职业技术学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于MPSOC的声学成像仪音频采集系统,其特征在于:包括数字麦克风采集模块、主处理器模块、内存模块、声源分布显示模块、用户操作输入模块;所述主处理器模块包括FPGA子模块和ARM子模块;

所述数字麦克风采集模块,用于采集音频信号,并将音频信号处理成数字信号;

所述FPGA子模块,用于将数字信号进行数字滤波和扫描降噪,得到频谱特性;

所述ARM子模块,用于获取频谱特性参数,进行频谱计算,且进行波束成形和重构成像,得到声源分布图像;

所述内存模块,用于给FPGA子模块提供加速,以及给主处理器模块提供物理内存;

所述声源分布显示模块,用于显示采集到的声源分布图像;

所述用户操作输入模块,用于调整系统参数,系统参数包括增益和滤波器带宽。

2.根据权利要求1所述的基于MPSOC的声学成像仪音频采集系统,其特征在于:所述内存模块包括DDR4内存模块和LPDDR4内存模块;

所述DDR4内存模块,用于给FPGA模块提供加速;

所述LPDDR4内存模块,用于作为主处理器模块的物理内存。

3.根据权利要求2所述的基于MPSOC的声学成像仪音频采集系统,其特征在于:所述FPGA子模块包括PDM时钟控制器、前置数字滤波单元、低通滤波器、麦克风阵列扫描单元、存储器、麦克风前端降噪单元、快速傅里叶变换单元、卷积神经网络单元和DDR4控制器;

所述PDM时钟控制器分别与数字麦克风采集模块和ARM子模块相连,用于接收ARM子模块的频率控制信号并控制数字麦克风采集模块;

所述前置数字滤波单元与数字麦克风采集模块相连,用于将来自数字麦克风采集模块的数字信号进行数字滤波;

所述低通滤波器与前置数字滤波单元相连,用于将数字滤波后的数字信号进行低通滤波;

所述麦克风阵列扫描单元与低通滤波器相连,用于将低通滤波后的数字信号进行阵列扫描和信号合成,得到合成的音频信号;

所述存储器与麦克风阵列扫描单元相连,用于存储合成的音频信号;

所述麦克风前端降噪单元分别与RAM子模块和存储器相连,用于对合成的音频信号进行降噪处理;

所述快速傅里叶变换单元分别与麦克风前端降噪单元和ARM子模块相连,用于将降噪后的音频信号进行快速傅里叶变换,得到并将频谱特性发送至ARM子模块;

所述卷积神经网络单元,用于对ARM子模块获取的频谱特性参数进行处理,并将处理后的结果送回ARM子模块;

所述DDR4控制器,用于向卷积神经网络单元提供DDR4内存模块来实现加速运行。

4.根据权利要求3所述的基于MPSOC的声学成像仪音频采集系统,其特征在于:所述ARM子模块包括频谱特性分析单元、带通滤波器、目标声源定位与波束成型单元、主控制器及自适应降噪控制单元、噪声智能识别单元和LPDDR4控制器;

所述频谱特性分析单元与快速傅里叶变换单元相连,用于对频谱特性进行互谱和自谱计算,得到信号功率谱;

所述噪声智能识别单元,用于从主控制器及自适应降噪控制单元的信号功率谱中获取频谱特性参数,并发送至卷积神经网络单元,识别卷积神经网络单元的对频谱特性参数进行处理后的噪声,将结果反馈至主控制器及自适应降噪控制单元;

所述主控制器及自适应降噪控制单元,用于接收频谱特性分析单元的处理结果,并发送给噪声智能识别单元;接收噪声智能识别单元的反馈;接收并根据用户操作输入模块的输入对相应模块进行工作参数调整,把调整后的工作参数发送至相应模块;

所述带通滤波器,用于对频谱特性分析单元处理结果和主控制器及自适应降噪控制单元处理结果进行带通滤波;

所述目标声源定位与波束成型单元,用于通过带通滤波后的结果进行目标声源定位与波束成型,得到声源分布图像;

所述LPDDR4控制器分别连接噪声智能识别单元和LPDDR4内存模块,用于驱动LPDDR4内存模块。

5.根据权利要求1所述的基于MPSOC的声学成像仪音频采集系统,其特征在于:所述数字麦克风采集模块包括64个MEMS数字超声波麦克风,前置数字滤波单元和低通滤波器的数量与MEMS数字超声波麦克风的数量相等。

6.根据权利要求3所述的基于MPSOC的声学成像仪音频采集系统,其特征在于:所述卷积神经网络单元包括卷积层、池化层和矩阵乘法计算结构。

7.根据权利要求3所述的基于MPSOC的声学成像仪音频采集系统,其特征在于:所述PDM时钟控制器的输出为0时,数字麦克风采集模块处于关机模式;

所述PDM时钟控制器的输出为250kHz时,数字麦克风采集模块处于待机模式;

所述PDM时钟控制器的输出为1.024MHz时,数字麦克风采集模块处于标准模式,采集带宽为0‑20kHz;

所述PDM时钟控制器的输出为351kHz时,数字麦克风采集模块处于低电量模式;

所述PDM时钟控制器的输出为3.072MHz时,数字麦克风采集模块处于超声波模式,采集带宽为0‑80kHz。

8.根据权利要求3所述的基于MPSOC的声学成像仪音频采集系统,其特征在于:所述前置数字滤波单元包括累加器、抽取器、差分器、输出寄存器和输出同步器;

所述累加器,用于对输入的数字信号进行算术累加,并进行5次迭代;

所述抽取器,用于获取前置数字滤波单元的抽头个数,即前置数字滤波单元的系数;

所述差分器,用于对累加器的输出数据进行迭代求差;

所述输出寄存器,用于寄存差分器的输出数据,并根据外部输入的抽取速率选择输出;

所述输出同步器,用于对累加器和差分器的输出信号实现同步输出。

9.根据权利要求8所述的基于MPSOC的声学成像仪音频采集系统,其特征在于:所述前置数字滤波单元的输入信号包括时钟信号、数字信号、抽取速率信号和复位信号;所述前置数字滤波单元的输出信号包括数字输出信号、数据使能信号;

所述时钟信号分别输入累加器、抽取器和输出同步器;

所述数字信号输入累加器;

所述抽取速率信号分别输入抽取器、输出寄存器和输出同步器;

所述复位信号分别输入累加器、抽取器、差分器和输出同步器;

所述输出寄存器输出数字输出信号;

所述输出同步器输出数据使能信号。