DOI: 10.17586/2226-1494-2015-15-4-661-675


ПРИМЕНЕНИЕ МИКРОФОННЫХ РЕШЕТОК ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО СБОРА РЕЧЕВОЙ ИНФОРМАЦИИ

Столбов М. Б.


Читать статью полностью 
Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования: Столбов М.Б. Применение микрофонных решеток для дистанционного сбора речевой информации // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2015. Т. 15. № 4. С. 661–675.

Аннотация
Применение микрофонных решеток для сбора речевой информации имеет значительные преимущества по сравнению с системами, использующими один микрофон. Обзор посвящен системам, использующим микрофонные решетки для дистанционного сбора речевой информации. Материал статьи основан на анализе публикаций по применению микрофонных решеток для задач сбора речевой информации, а также опыте разработки и практического применения планарных микрофонных решеток. Рассмотрены основные этапы развития систем дистанционного сбора аудиоинформации. Перечислены основные области применения микрофонных решеток. Рассмотрены базовые типы микрофонных решеток и их особенности. Основной материал обзора посвящен работе с планарными микрофонными решетками. Проанализированы особенности работы микрофонных решеток в различной акустической обстановке. Рассмотрены основные соотношения для расчета базовых параметров эквидистантных планарных решеток. Перечислены некоторые методы (приведен список литературы) проектирования неэквидистанных решеток. Дан перечень основных алгоритмов цифровой обработки сигналов планарных микрофонных решеток. Приведен список литературы по алгоритмам обработки в частотной области. Приведен перечень зарубежных компаний, предлагающих системы на основе микрофонных решеток для решения широкого круга задач, связанных с обработкой речевых и аудиосигналов. Описаны некоторые современные системы сбора речевой информации на основе микрофонных решеток. В заключении перечислены перспективные направления развития систем сбора речевой информации с использованием микрофонных решеток. Материалы обзора могут быть использованы при проектировании микрофонных решеток для конкретных практических применений.

Ключевые слова: микрофонные решетки, геометрия микрофонных решеток, диаграмма направленности, алгоритмы обработки сигналов микрофонных решеток, дистанционный сбор речевой информации.

Благодарности. Работа выполнена при государственной финансовой поддержке ведущих университетов Российской Федерации (субсидия 074-U01).

Список литературы
1. Хорев А.А. Средства акустической разведки: направленные микрофоны и лазерные акустические системы разведки // Спецтехника и связь. 2008. № 3. С. 34–43.
2. Гатчин Ю.А., Карпик А.П., Ткачев К.О., Чиков К.Н., Шлишевский В.Б. Теоретические основы защиты информации от утечки по акустическим каналам. Учеб. пособие. Новосибирск: СГГА, 2008. 194 с.
3. Microphone Arrays. Signal Processing Techniques and Applications / Eds. M. Brandstein, D. Ward. Springer-Verlag, 2001. 402 p.
4. Van Trees H.L. Detection, Estimation and Modulation Theory, Part IV: Optimum Array Processing. NY: Wiley, 2002. 1470 p.
5. Johnson D.H., Dudgeon D.E. Array Signal Processing. Concepts and Techniques. Prentice Hall, 1993. 537 p.
6. Rayburn R.A. Eargle's Microphone Book: From Mono to Stereo to Surround. A Guide to Microphone Design and Application. 3rd ed. Focal Press, 2012. 480 p.
7. Benesty J., Chen J., Huang Y. Microphone Array Signal Processing. Springer, 2008. 240 p.
8. Springer Handbook of Speech Processing / Eds. J. Benesty, M.M. Sondhi, Y. Huang. Springer, 2008. 1159 p.
9. Tashev I.J. Sound Capture and Processing: Practical Approaches. Wiley, 2009. 388 p.
10. Speech Enhancement / Eds. J. Benesty, S. Makino, J. Chen. Berlin: Springer, 2010. 415 p.
11. Benesty J., Chen J. Study and Design of Differential Microphone Arrays. Springer, 2013. 184 p.
12. Звукометрия. Пособие для артиллерийских училищ РККА. Москва, государственное военное издательство Наркомата обороны СССР, 1938. 222 с.
13. Науменко И., Кизима В. Узконаправленная фазированная антенная решетка для дистанционного про- слушивания источников речевой информации [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.bnti.ru/dbtexts/ipks/old/analmat/1/fazresh.pdf, свободный. Яз. рус. (дата обращения 20.04.2015).
14. Schelkunoff S.A. A mathematical theory of linear arrays // Bell System Technical Journal. 1943. V. 22. P. 80– 107.
15. Frost O.L. An algorithm for linearly constrained adaptive array processing // Proceedings of the IEEE. 1972. V. 60. N 8. P. 926–935. doi: 10.1109/PROC.1972.8817
16. Ma M.T. Theory and Application of Antenna Arrays. NY: Wiley, 1974. 430 p.
17. Applebaum S. Adaptive arrays // IEEE Transactions on Antennas Propagation. 1976. V. AP–24. N 5. P. 585–598.
18. Griffiths L.J., Jim C.W. Alternative approach to linearly constrained adaptive beamforming // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1982. V. AP–30. N 1. P. 27–34.
19. Даджион Д., Мерсеро Р. Цифровая обработка многомерных сигналов. М.: Мир, 1988. 488 с.
20. Монзинго Р.А., Миллер Т.У. Адаптивные антенные решетки. М.: Радио и связь, 1986. 448 c.
21. Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов. М.: Радио и связь, 1989. 440 c.
22. Lewis J. Analog and Digital MEMS Microphone Design Considerations. Technical Article MS-2472. Analog Devices, 2013, 4 p.
23. Тэйлор Р. Шум. М.: Мир, 1978. 308 с.
24. Dillon H. Hearing Aid Technology and the Future [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.nal.gov.au/pdf/HD-CPD-in-Victoria.pdf, свободный. Яз. англ. (дата обращения 20.04.2015).
25. Microphone Array Beamforming. Application Note AN–1140 [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.invensense.com/wp-content/uploads/2015/02/Microphone-Array-Beamforming.pdf, свободный. Яз. англ. (дата обращения 20.04.2015).
26. McCowan I.A. Microphone Arrays: A Tutorial [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.idiap.ch/~mccowan/arrays/tutorial.pdf, свободный. Яз. англ. (дата обращения 20.04.2015).
27. Peral-Orts R., Velasco-Sanchez E., Campillo-Davo N., Camello-Vicente H. Using microphone arrays to detect moving vehicle velocity // Archives of Acoustics. 2013. V. 38. N 3. P. 407–415. doi: 10.2478/aoa-2013-0048
28. Array Technology and Beamforming [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.headacoustics. de/downloads/eng/head_visor/Array_Beamforming_07_09e.pdf, свободный. Яз. англ. (дата обращения 20.04.2015).
29. Grythe J. Acoustic Camera and Beampattern [Электронный ресурс]. Norsonic Application Note, 2014, 8 p. Режим доступа: http://www.norsonic.com/filestore/PDFfiler/ Application_Notes/ANacousticcameraandbeampattern.pdf, свободный. Яз. англ. (дата обращения 20.04.2015).
30. Mьо Tи Ха. Использование микрофонных решеток для улучшения качества записываемого сигнала в условиях сильного шума // Научная сессия МИФИ. 2007. Т. 1. С. 153–154.
31. Kodrasi I., Rohdenburg T., Doclo S. Microphone position optimization for planar superdirective beamforming // Proc. IEEE Int. Conf. on Acoustic, Speech and Signal Processing (ICASSP). Prague, Czech Republic, 2011. P. 109112. doi: 10.1109/ICASSP.2011.5946340
32. Christensen J.J., Hald J. Beamforming // Brüel & Kjær Technical Review. 2004. N 1. P. 1–48.
33. Perrodin F., Nikolic J., Busset J., Siegwart R. Design and calibration of large microphone arrays for robotic applications // Proc. IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems. Vilamoura, Algarve, Portugal, 2012. P. 4596–4601. doi: 10.1109/IROS.2012.6385985
34. Quaranta V., Dimino I., D’Altrui G. Acoustic antenna design general guidelines for beamforming noise source localization // Proc. 14th International Congress on Sound and Vibration, ICSV14. Australia, 2007. V. 5. P. 4172–4179.
35. Rabinkin D., Renomeron R., French J., Flanagan J.L. Optimum sensor placement for array sound capture // Proceedings of SPIE. 1997. V. 3162. P. 227–239. doi: 10.1117/12.284187
36. Hodjat F., Hovahessian S.A. Nonuniformly spaced linear and planar array antennas for sidelobe reduction // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1978. V. AP–26. N 2. P. 198–204.
37. Steinberg B. Principles of Aperture and Array System Design: Including Random and Adaptive Arrays. NY: Wiley, 1976. 77 p.
38. Shanan S.S., Pomalaza-Raez C.A. The use of nonuniform element spacing in array processing algorithms // Journal of Acoustical Society of America. 1989. V. 86. N 4. P. 1416–1418.
39. Gaokar R., Cheeran A. Performance analysis of beamforming algorithms // International Journal of Electronics and Communication Technology. 2011. V. 2. N 1. P. 43–48.
40. Singh H., Jha R.M. Trends in Adaptive Array Processing // International Journal of Antennas and Propagation. 2012. V. 2012. Art. 361768. doi: 10.1155/2012/361768
41. Кривошейкин А.В., Перелыгин С.В. Микрофонная решетка для реализации направленной акустической антенны // Изв. вузов. Приборостроение. 2015. Т. 58. № 3. С. 221–225.
42. Кривошейкин А.В., Перелыгин С.В. Моделирование микрофонной антенной решётки // Мир техники кино. 2015. №1 (35). C. 22–26.
43. Столбов М.Б., Зубов Г.Н. Программные средства шумоочистки записей речи // Речевые технологии. 2014. №1–2. С. 103–113.
44. Mьо Tи Ха. Современное состояние и перспективы развития микрофонных решеток // Научная сессия МИФИ. 2007. Т. 17. С. 81–82.
45. Мальвар Э., Ташев И. Система и способ для формирования луча с использованием микрофонной решетки. Патент РФ №2369042. Бюл. 2009. №27.
46. Norsonic [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.norsonic.com, свободный. Яз. англ. (дата обращения 20.04.2015).
47. Squarehead Technology [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.sqhead.com, свободный. Яз. англ. (дата обращения 20.04.2015).
48. Buck M., Rößler M. First order differential microphone arrays for automotive applications // Proc. 7th International Workshop on Acoustic Echo and Noise Control, IWAENC. Darmstadt, Germany, 2001. P. 19–22.
49. Borowicz A., Petrovsky A. Incorporating auditory properties into generalised sidelobe canceller // Proc. 20th European Signal Processing Conference. Bucharest, Romania, 2012. P. 589–593.
50. Bertrand A. Applications and trends in wireless acoustic sensor networks: a signal processing perspective // Proc. 18th IEEE Symposium on Communications and Vehicular Technology in the Benelux (SCVT 2011). Ghent, Belgium, 2011. Art. 6101302. doi: 10.1109/SCVT.2011.6101302
51. McCowan I.A., Krishna M.H. Gatica-Perez D., Moore D., Ba S. Speech acquisition in meetings with an audio- visual sensor array // Proc. IEEE International Conference on Multimedia and Expo (ICME 2005). Amsterdam, 2005. P. 1382–1385. doi: 10.1109/ICME.2005.1521688


Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License
Информация 2001-2018 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика