基于MEMS麦克风阵列的四通道语音采集系统设计.doc
1星 需积分: 9 143 浏览量
2019-09-05
19:09:14
上传
评论 1
收藏 94KB DOC 举报 
基于 MEMS 麦克风阵列的四通道语音采集系统设计
单个孤立麦克风作为传统的语音拾取工具，在噪声处理、声源定位和跟踪，语音增强
等方面存在不足，在噪声环境下会严重影响语音质量。一些文章探讨了多通道麦克风的降
噪技术，在理论上提高了噪声环境下语音的信噪比。但是实际应用中，多通道的语音实时
采集是一个尚待解决的问题。本文基于此出发点，采用四个 ADMP441 MEMS 数字麦克风，
使用 BF533 DSP 作为主控，组成一个 4 声道的语音实时采集系统，在时频域的基础上增加
一个空间域，以便对来自空间不同方向的信号进行实时处理，弥补了传统单声道的缺陷。
MEMS(微型机电系统) 麦克风是基于 MEMS 技术制造的麦克风，简单的说就是一个电
容器集成在微硅晶片上，可以采用表贴工艺进行制造， 能够承受很高的回流焊温度，容易
与 CMOS 工艺及其它音频电路相集成。本文采用的四个 ADMP4411 是一款高性能、低功
耗、数字输出、提供底部收音孔的全向 MEMS 麦克风。完整的 ADMP441 解决方案由
MEMS 传感器、信号调理电路、模数转换器、抗混叠滤波器、电源管理和业界标准 24-
bitI2S 接口组成。ADMP441 利用 I2S 接口与数字处理器( 例如：DSP、微控制器) 直接相连，
因此，在系统中无需使用音频编解码器，在体积和功耗方面具有普通 mic 采集方案无法比
拟的优势，系统可以很方便的嵌入到对功耗和体积敏感的可穿戴式设备中，并且提供更清
晰语音质量，具有较高实用价值。MEMS 麦克风的全部潜能还有待挖掘，但是采用这种技
术的产品已经在多种应用中体现出了诸多优势，比如中高端手机应用和人工耳蜗助听器。
本文采用的主控芯片 ADSP-BF533 是主频高达 600 MHz 高性能 Blackfin 处理器，内核
包括：2 个 16 位 MAC，2 个 40 位 ALU，4 个 8 位视频 ALU，以及 1 个 40 位移位器 RISC
式寄存器和指令模型，编程简单，编译环境友好，具有先进的调试、跟踪和性能监视功能。
并且芯片具有 2 个双通道全双工同步串行接口，支持 8 个立体声 I2S 通道，十分适合多通
道的语音信号采集和处理。
1 硬件系统设计
该硬件系统主要包括 4 路 MEMS 麦克风构成的阵列、麦克风外围电路、DSP 数据处理
模块、USB 通讯模块、PC 机组成。
1.1 麦克风阵列部署
由于多数麦克风阵列语音增强采用波束成型(Beamforming)技术，根据理论，我们得到
的波形可以表达为
其中 wn(f) 为权重系数， 为相对第 0 个阵子的相位差，n 为麦克风数量。由上式我们
可以得出麦克风数量和间距的关系以及排布，如图 2 和图 3：
由图 2、图 3 我们知道，经典应用中，麦克风间距为 40mm，数量为 3-10 个麦克风。
本文采用 4 个麦克风排列为间隔 40mm 的线阵布局。
评论1