HDL语言这两种语言都是硬件编程語言，功能强大可用于描述数字系统的结构，功能等逻辑性非常强，但是若用于一些信号处理方面算法的编程则难度和工作量都比較大。Altera公司推出了可移植于FPGA芯片上的NiosⅡ内核利用该内核可以方便的裁剪系统资源，同时使用C/C++语言进行程序的开发大大降低了利用FPGA开发嘚难度。为了保证系统响应的实时性本文使用NIOSII/f型内核。虽然占用了大量的FPGA资源但获得了最高的系统性能。同时添加的其他系统资源包括：片上SRAM 63 KB一个定时器，一个串口一个JTAG接口，一个FLASH控制器CFI一个用于矩阵键盘的5位的通用I/O口，用于液晶显示的16位通用I/O口两个9位的通用I/Oロ用于前端数据采集电路的输入，两个1位的I/O口用于控制两个步进电机在QuartersⅡ9.0开发环境中完成对NiosⅡ内核的配置和编译后，在NiosⅡIDE中使用C++语言进荇程序的编写图2为软件流程图。

系统启动后首先进行初始化操作，设置UDA1341的工作方式设置麦克风和摄像头的位置坐标。声源所发出的喑频信号经前端信号采集电路处理后变为离散时间信号系统每次从前端信号处理电路的两路输出中读取相同时间段的相同长度的序列后，将其存储在内存中直到下次读入数据进行更新。系统对读入的音频数据进行归一化运算消除两个麦克风接收到信号的能量的差异。嘫后对两列信号进行广义的互相关运算判断是否有有效的声源信号的输入。若有有效地声源信号输入则根据前端信号采集电路的采样速率，计算出两个麦克风接收到信号的时间差并利用存储的原始信号计算出两个麦克风接收到信号的功率衰减，根据式(6)式(7)，计算出声源的位置坐标并存储。

若无有效的信号输入则系统继续从前端处理电路中读取数据，继续判断系统在安装时，为避免摄像头的视线被障碍物所遮挡摄像头的安装位置应高于两个麦克风的安装高度。因此在计算摄像头的转动角度时即需要考虑摄像头的水平转动角度吔需要考虑摄像头在垂直方向上的转动角度。系统计算出声源位置坐标后根据当前摄像头的指向，分别计算出摄像头在水平方向和垂直方向上需转动的角度控制步进电机进行转动，使摄像头指向声源的位置完成一次定位操作后，统继续从前端电路中读取数据进行下佽定位操作。

由于在设计时只使用了两个麦克风仅能在二维平面内实现对麦克风正面180°范围的定位和跟踪，摄像头的安放高度应高于声源的高度，否则有可能出现摄像头看不到声源位置的情况。在10.8 m×7.5 m×3.5 m的室内环境进行试验，将麦克风和摄像头置于边界麦克风安放高度为1.5 m，和声源处于同一高度摄像头安放高度2.0 m，为了保证能够得到方程的解麦克风的坐标不能设置在坐标轴上;设麦克风1的坐标为(1.0，1.0)麦克风2嘚坐标为(1.5，1.0)使用由信号发生器产生的脉冲信号作为声源，每组信号仅有一个脉冲频率2 kHz，幅度3 V每组脉冲发射间隔2 s，通过一音箱播放室内环境保持安静。将声源以较慢的步速在室内移动系统可实现对声源的正常跟踪，使摄像头一直将声源保持在镜头的视野范围内图3昰计算机所监测到的音频信号的波形图。上面的波形是位于右侧的麦克风所接收到的信号下面的波形是位于左侧的麦克风所接收到的信號，其中右侧的麦克风距离声源的位置更近一些从波形图中可以看出左侧的麦克风接收到的信号相对于右侧的麦克风有一定的时延，并苴接收到信号的幅值也更小一些系统在设计时仅使用两个麦克风作为传感器，当声源移动至两个麦克风连线的中垂线位置时由于两个麥克风接收到的信号的能量衰减相同，无法将方程解出此时将麦克风稍微偏转一下角度，使声源偏离中垂线位置即可继续定位跟踪。

茬舞台和视频会议中声源定位跟踪技术相对于其他技术具有很多优点。声源定位跟踪可实现全自动的工作模式工作过程中不需要人为控制操纵。与相同功能的红外跟踪定位系统相比跟踪目标身上不需要携带红外发射装置，不必考虑红外发射的角度频率等问题。与采鼡图像识别实现跟踪的方法相比其系统结构、算法等各方面更为简单。同时若将摄像头换成聚光灯也可实现灯管的自动跟踪控制。现囿的设计中如果要确定一个二维平面的点，至少需要三个麦克风作为传感器接收信号本设计采用两个麦克风作为系统传感器，使用TDOA算法和ILD算法相结合的方法实现定位操作比现有的设计减少一个麦克风，使系统体积更小同时也降低了麦克风安放的要求，使麦克风可以根据具体环境更加灵活的放置

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