автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Аппаратные и программные средства реального времени для одно- и двумерных микрофонных решеток

На правах рукописи

003058413

Мьо Ти Ха

Аппаратные и программные средства реального времени для одно- и двумерных микрофонных решеток

Специальность 05 13 05 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва -2007г

003058413

Рабата выполнена в Московском инженерно-физическом институте (государственном университете)

Научный руководитель

кандидат технических наук, доцент Алюшин М В

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Домрачев В Г

кандидат технических наук Лекомцев В М

Ведущая организация

ГУЛ НПЦ ЭЛВИС

Защита состоится 21 мая 2007г в И-<)0 часов на заседании диссертационного совета Д212 130 02 в Московском инженерно-физическом институте (государственном университете) по адресу 115409, г Москва, Каширское шоссе, д 31 (тел 323-91-67)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИФИ

Автореферат разослан « 2Д » апреля 2007 г

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу 115409, г Москва, Каширское шоссе, д 31, Ученый совет МИФИ

Ученый секретарь специализированного совета доктор технических наук, профессор

^ ¡7 Г В Петров

Общая характеристика диссертации

Актуальность работы

Преимущества использования микрофонных решеток (МР) обусловлены возможностью формирования заданной диаграммы направленности, имеющей максимум в направлении источника полезного сигнала и минимумы в направлении источников шумовой помехи Большинство известных применений МР требует реализации возможности синтеза диаграммы направленности с заданными характеристиками в реальном масштабе времени

В настоящее время наиболее быстрыми темпами развиваются МР для встраиваемых, малогабаритных и переносных автономных приложений [6, 7] Основным критерием эффективности применяемых технических решений для систем такого класса становится показатель «энергопотребление-производительность», что обусловливает ограниченную применимость многих существующих в настоящее время высокопроизводительных аппаратных средств цифровой обработки по причине их высокого энергопотребления

Исследование и создание комплекса методических и технических средств, дающих возможность улучшить показатель «энергопотребление-производительность» для применяемых в МР электронных узлов реального времени, является актуальной в настоящее время задачей [7, 8] Актуальность решения данной задачи обусловлена также необходимостью создания отечественных образцов современных МР для встраиваемых и автономных приложений в области медицинской техники, ультразвуковой диагностики, геологоразведки, систем безопасности, систем контроля трубопроводов, робототехники и систем специального назначения, что предполагает разработку и производство соответствующих электронных узлов и устройств на основе современной элементной базы

В этой связи исследование, разработка и реализации электронных модулей реального времени для встраиваемых и малогабаритных автономных системы сбора и обработки данных МР, а также методических, технических и программных средств создания таких модулей, является актуальной научной и практической задачей [11, 13]

В данной работе для сокращения требуемых вычислительных ресурсов при формировании диаграммы направленности МР с заданными параметрами предлагается композиционный подход, основанный на использовании аналоговых и цифровых методов компенсации фазы обрабатываемых акустических сигналов [12, 13] Реализация данного подхода на практике связана с решением ряда научных, практических и экспериментальных задач

Проведенный анализ современных МР [7], а также структурных, схемотехнических и алгоритмических решений, использующихся для обработки данных в реальном масштабе времени, позволил сформулировать актуальные в настоящее время научные и практические задачи, возникающие при создании МР

Общие задачи проектирования

1 Возможность обработки данных для одномерных Ш, двумерных 20 и трехмерных ЗБ микрофонных решеток в реальном масштабе времени

2 Возможность обработки до 102-104 независимых каналов

3 Идентичность АЧХ и АФХ каналов В зависимости от области применения МР рабочий частотный диапазон может изменяться от инфразвукового 10Гц-100Гц, до звукового 300Гц-12кГц и ультразвукового ЗОкГц-500кГц Среди типичных спектров обрабатываемых акустических сигналов можно выделить два основных класса - узкополосные (например, ультразвуковые исследования) и хпирокополосные (задачи распознавания речи в шумах)

4 Возможность реализации алгоритмов формирования требуемой диаграммы направленности в реальном масштабе времени

5 Возможность реализации в реальном времени алгоритмов адаптивной фильтрации

Цель диссертационной работы заключается в исследовании, разработке и реализации электронных модулей реального времени системы сбора и обработки данных для МР на основе подхода, предполагающего использование методов аналоговой и цифровой компенсации разницы фаз, а также методических и технических средств создания таких модулей, ориентированных на использование, в первую очередь, в малогабаритной переносной и автономной аппаратуре

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1 Анализ научно-технической информации и патентной документации с целью выявления применяемых ведущими компаниями структурных, схемотехнических и алгоритмических решений в многоканальных системах обработки данных в фазированных акустических (микрофонных) решетках

2 Создание обобщенной модели обработки данных в одномерных и двумерных микрофонных решетках Выделение основных функциональных преобразований, использующихся для формирования диаграммы направленности в одномерном и двумерном случаях

3 Классификация выполняемых электронной системой операций обработки в соответствии с аппаратными и программными (микропрограммными) ресурсами системы

4 Исследование структуры одномерных и двумерных решеток Моделирование основных характеристик решеток на основе пакета Май САБ

5 Классификация основных типов акустических решеток для одномерного, двумерного и трехмерного случаев Анализ характеристик акустических систем

6 Разработка методики проектирования электронных модулей многоканальной системы обработки данных, ориентированных на встраиваемые и стационарные применения

7 Анализ и классификация современных многоканальных АЦП, ориентированных на встраиваемые применения Анализ функциональных возможностей АЦП Разработка рекомендаций по выбору БИС многоканальных АЦП

8 Обоснование состава и формирование библиотеки функциональных узлов обработки данных на основе современной элементной базы - ПЛИС, встраиваемые микроконтроллеры, сигнальные процессоры

9 Создание лабораторного экспериментального образца многоканальной системы обработки данных в микрофонных решетках Проведение лабораторных испытаний экспериментального образца

10 Разработка тестового и диагностического программного обеспечения Разработка тестовых средств эмуляции источника акустического сигнала с заданными характеристиками

Научная новизна работы заключается в решении следующих задач

1 Обоснован композиционный подход к компенсации разницы фаз для сигналов различных каналов микрофонной решетки, предполагающего использование аналоговых и цифровых узлов реального времени с программируемой задержкой Предложенный способ компенсации разницы фаз предполагает эффективную аппаратную реализацию на основе современных ПЛИС, что позволяет снизить потребляемую мощность встраиваемых многоканальных систем обработки данных для одномерных, двумерных и трехмерных микрофонных решеток [12]

2 Осуществлена разработка структурных схем электронных узлов реального времени для компенсации разницы фаз, ориентированных на использование в одномерных, двумерных и трехмерных MP Разработаны унифицированные параметризованные структурные и схемотехнические решения для аналоговых и цифровых узлов электронной системы обработки данных в MP на основе предложенного подхода [11-13]

3 Разработаны методики проектирования аналоговых и цифровых узлов многоканальной системы реального времени, предполагающие использование предложенного подхода к компенсации разницы фаз Цель разработки методик состоит в минимизации параметра энергопотребление/производительность для встраиваемых многоканальных электронных систем обработки данных в фазированных MP [12, 13]

Поставленная цель достигается за счет формализации процесса разработки структурных и схемотехнических решений, обеспечивающих реализацию аналоговых и цифровых узлов компенсации временной задержки (разницы фаз), на основе созданных типичных решений, ориентированных на использование в составе САПР Cadence и Mentor Graphics

4 Осуществлена разработка моделей одномерных, двумерных и трехмерных микрофонных решеток для САПР MathCAD, позволяющих определить

оптимальные с точки зрения числа использующихся каналов обработки данных характеристики решеток

Практическая значимость работы обусловлена

1 Разработкой унифицированных аналого-цифровых электронных модулей, предназначенных для построения многоканальных систем обработки данных современных MP, позволяющих по сравнению с известными способами цифровой обработки данных в 3-5 раз снизить потребляемую системой мощность за счет реализации композиционного подхода к формированию фазовых сдвигов

2 Разработкой лабораторного 16-канального прототипа электронной системы обработки данных для одномерных MP, позволяющего провести изучение эффектов, связанных с формированием диаграмм направленности с требуемыми параметрами

3 Созданием лабораторного 128-канального стенда, дающего возможность осуществить весь комплекс исследовательских работ при использовании двумерных MP и соответствующих диаграмм направленности

4 Разработкой встроенных тестовых, диагностических и отладочных аппаратно-программных средств на уровне отдельных функциональных узлов, электронных модулей и электронной системы

5 Разработкой специализированного программного обеспечения для работы с созданными аналого-цифровыми электронными модулями MP

Реализация результатов

Разработанные в диссертации методики, модели аналоговых узлов, библиотеки структурных к схемотехнических решений, а также созданные электронные модули использовались при создании прототипа электронной системы обработки данных для многоканальной микрофонной решетки, что позволило снизить потребляемую мощность в 3-5 раз при одновременном формировании трех независимых диаграмм направленности

Созданные электронные модули обработки данных дают возможность сформулировать требования и осуществить разработку следующей версии встраиваемых электронных модулей со структурой SiP (System in Package), либо SoC (System on Chip) в рамках САПР Cadence и Mentor Graphics

Основные результаты диссертации использовались

- при выполнении госбюджетной НИР №02-Г-003-013 «Создание математической модели для реконструкции трехмерного изображения с использованием быстродействующих нейросетей реального времени, изучение прототипов модулей для обработки данных», 2006г,

- в учебном процессе при модернизации лекционного курса и лабораторных работ по курсу «Проектирование электронных систем» на кафедре Электроники МИФИ для групп А9-04, А9-05, И8-03

Основные положения, выносимые на защиту

1 Методика проектирования цифровых узлов реального времени, предназначенных для формирования диаграммы направленности с заданными характеристиками на основе созданных структурных и схемотехнических решений, а также параметризованных моделей

2 Методика проектирования аналоговых узлов обработки данных в МР на основе созданных библиотечных решений, а также функциональных моделей узлов в САПР ОгСАБ

3 Многоканальные электронные аналого-цифровые модули реального времени для обработки данных в МР, реализующий предложенный композиционный подход к компенсации фаз акустических сигналов

4 Разработанные тестовые, диагностические и отладочные аппаратные и программные средства, а также частные методики экспериментального исследования характеристик многоканальных электронных систем обработки данных в МР

5 Созданные модели узлов обработки акустических сигналов в МР, предназначенные для использования в рамках системы моделирования МаЛСАБ

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы Диссертация вместе с приложениями содержит 169 страниц печатного текста, в том числе 49 таблиц, 68 рисунков и библиографию, включающую 154 наименований

В приложении 1 к диссертации предоставлены результаты анализа патентной документации США по современным МР

В приложении 2 представлены результаты анализа научно-технической информации по современным МР

Содержание диссертации

Во введении на основании проведенного анализа современного состояния и перспектив развития МР сформулированы основные требования к новому поколению встраиваемых и малогабаритных автономных систем, обладающих улучшенной совокупностью технико-экономических параметров, в первую очередь - низким энергопотреблением

Обоснована цель работы, а также ее новизна, научная и практическая значимость

В первой главе дан анализ структур применяемых в настоящее время многоканальных акустических систем Выделены два класса систем обработки данных, предполагающих использование электронных и неэлектронных (физических) принципов обработки сигналов

Рассмотрены основные классы задач обработки сигналов, решаемые электронными многоканальными системами обработки данных Выделена

обобщенная структурная схема системы обработки данных, включающая многоканальную аналоговую часть и специализированный цифровой процессор Выделены операции, предполагающие использование реального масштаба времени

В табл 1 перечислены основные задачи, решаемые при использовании современных МР

Таблица 1

Основные задачи, решаемые при использовании современных МР

№№ пп Задачи, решаемые с помощью современных

1 Слежение за перемещением источника акустического сигнала

2 Определение направления на источники шума

3 Распознавание источника речи

4 Формирование диаграммы направленности с максимумом в направлении на источник полезной информации

5 Формирование диаграммы направленности с минимумами в направлении источников помехи (шума)

6 Улучшение отношения сигнал/шум за счет формирования диаграммы направленности заданного вида

7 Улучшение отношения сигнал/шум за счет адаптивной фильтрации и учета спектральных особенностей источников полезного сигнала и источников шума

Анализ вычислительных операций, использующихся при решении указанных задач позволил выделить наиболее трудоемкую процедуру, обычно выполняемую в реальном масштабе времени для всех данных во всех каналах обработки МР - процедура интерполяция Достаточно часто для расчета новых значений в промежуточных точках используется интерполяционная формула _ и-х|)0-х2) (*-*„) (х-лДдс-х2) (*-*„)

^х> ~ 7 \7 \ / 7/ 1/ \ I \ У'

Лагранжа (*о-*.)(*<>(*»-*„) (.*<,-х,)(х0 -х2) (*»-*„)

] (х-*.)

(х0 -*,)(*<> -Х2) (Х0~Х„)

где У(Х) - новее рассчитываемое значение, X - новое значение координаты, XI, Х2, , Хп - значения координат в соответствии с частотой дискретизации аналогового сигнала, УО, У1, , Уп - известные значения сигнала, получаемые с помощью АЦП

В табл 2 дана оценка требуемого быстродействия электронной системы МР (в скобках приведены данные при осуществлении операции деления за несколько тактов), обслуживающей число каналов N (10-10000) для различных структур МР - одномерной (Ш), двумерной (20) и трехмерной (ЗБ), при формировании одного лепестка диаграммы направленности для заданного направления Увеличение размерности МР приводит к увеличению операций интерполяции - в два раза для двумерной 20 МР по отношению к одномерной Ш МР и соответственно в три раза для трехмерной ЗБ по сравнению с

одномерной Ш МР Оценки даны при использовании частоты дискретизации ¥0=44 5кГц

Таблица 2

МР Общее число каналов МР - N

10 100 1000 10 000

№ 34*106 (85*106 ) 34*107 (85*107 ) 34*108 (85*108 ) 34*10' (85*109 )

2Т> 68*106 (170*106 ) 68*107 (170*107 ) 68*10" (170*108 ) 68*10' (170*109 )

ЗБ 102*10" (255*106 ) 102*107 (255*107) 102*108 (255*108 ) 102*109 (255*109 )

Полученные значения показывают, что даже для сравнительно небольших МР, содержащих N=10 каналов обработки и работающих в одномерном режиме Ш, число операций составляет порядка 24 (86) миллионов в секунду для формирования только одного лепестка диаграммы направленности с заданными параметрами

В этой связи предлагаемый в данной работе подход, ориентированный на композиционную аналого-цифровую реализацию элементов компенсации разницы фаз в МР, является актуальным, так как дает возможность существенно снизить требования к вычислительным ресурсам, а также позволяет снизить энергопотребление всей системы, что имеет особое значение для встраиваемых автономных приложений

Наибольший выигрыш предлагаемый подход позволяет получить при создании специализированной аналого-цифровой микросхемы, дающей возможность реализовать многоканальные цепи изменения фазы аналоговых сигналов

Во второй главе рассмотрена сущность предлагаемого композиционного аналого-цифрового подхода к построению многоканальных систем компенсации временных задержек в МР Представлена обобщенная структурная схема электронной системы обработки данных в МР, реализующая композиционный подход

Дано математическое обоснование идентичности функций, выполняемых аналоговыми и цифровыми узлами компенсации фаз при создании электронной системы обработки МР различных классов

Дана классификация конструкций одномерных Ш, двумерных 2В и трехмерных ЗБ МР Обосновывается возможность создания унифицированных электронных модулей реального времени, предназначенных для построения многоканальных электронных систем обработки

Сущность предлагаемого в работе композиционного подхода заключается в использовании аналоговых и цифровых компонент для реализации функций компенсации фазы При этом узел компенсации фаз в каждом из каналов МР содержит две составляющие - аналоговую и цифровую, предназначенные соответственно для

- компенсации дробной части фазового сдвига в данном канале,

- компенсации целой части фазового сдвига в канале

Под целой и дробной частями фазового сдвига понимаются соответственно целая и дробная части временной задержки, нормированной на период дискретизации

На рис 1 представлена обобщенная структурная схема многоканальной электронной системы обработки данных МР, реализующая данный подход На рис 1 используются обозначения М1, М2, , МЫ - микрофоны МР, №ых -выходной цифровой сигнал электронной системы

Рис 1 Обобщенная структура электронной системы обработки данных

Многоканальная электронная система содержит следующие основные функциональные блоки АЛЗ-1, АЛЗ-2, АЛЗ-З, , АЛЗ-Н - аналоговые фрагменты линии задержки соответственно в каналах обработки микрофонов М1, М2, МЗ, . , МЫ, ЦЛЗ-1, ЦЛЗ-2, ЦЛЗ-З, , ЦЛЗ-К - цифровые компоненты линии задержки соответственно в каналах обработки микрофонов М1, М2, МЗ, , МЫ, УУ АЛЗ - устройство управления аналоговыми линиями задержки, УУ ЦЛЗ - устройство управления цифровыми линиями задержки, ЦП -центральный процессорный узел, формирующий управляющие сигналы для аналоговых и цифровых линий задержки, £ - цифровой сумматор сигналов

Проведенные анализ патентной документации, а также научно-технической информации позволили выделить следующие классы одномерных Ш, двумерных 2В и трехмерных ЗБ МР, отличающихся способами расположения микрофонов равномерное с одинаковым шагом расположения микрофонов в МР, регулярное, предполагающее наличие нескольких субрешеток с различными шагами расположения микрофонов, нерегулярное, предполагающее расположение микрофонов с произвольными шагами

и

В табл 3 представлены выделенные классы одномерных Ш, двумерных ТО и трехмерных ЗО МР (М, М, Ь - соответственно число микрофонов по оси X, У и г)

Таблица 3

Размерность № Расположения Код Число

микрофонов классификации микрофонов

1 Равномерное 1Б-1

2 Регулярное т-2 1Б - 2^

ГО 3 Нерегулярное 1Б-3 № - З^

1 Равномерное 21) - 1 2Т> - 1-1Ч-М

2 Регулярное 21)-2 2Б - 2-№М

3 Нерегулярное 21) - 3 2В - 3-1Ч-М

4 Квазилинейное 2Б-4 2Б - 4-1Ч-М

1 Равномерное ЗБ-1 ЗБ - 1-1Ч-М-Ь

ЗВ 2 Регулярное ЗБ-2 ЗТ) - 2-1Ч-М-Ь

3 Нерегулярное ЗБ-З ЗВ - 3->Г-М-Ь

На рис 2 представлен пример нерегулярной МР класса ГО-З-К

с]о с!1 d2 dз с!п-1 йп ->-Ч---V............<->-<-►

О ООО О............о о о

м МММ м МММ

1 2 3 4 5 п-2 п-1 П

Рис 2, Пример нерегулярной МР класса ГО - З-К На рис 3 представлен пример нерегулярной МР класса 20-4-М-М

С5

О ! А

С*2 ЙЗ

¡3

о

о

- •

Рис 3 Пример квазилинейной МР класса 2Э-4->1-М

О

Для выделенных классов МР в работе получены аналитические выражения для расчета разницы хода акустических сигналов ( (Д ¿г(0),

ЛЬ ({2,7), ЛЬ , ((),у) ) для каждого из микрофонов решетки для вариантов

и Цк

ее построения — соответственно ГО, 2П и ЗГЗ

где 1,.), к - соответственно номер микрофона для Ш, 2В и ЗБ МР, К0 -расстояние от центра МР до источника сигнала, ЬЯ- линейный размер Ш МР, Q, у - углы, определяющие направление на источник сигнала в полярных координатах, Р4, Б6 - аналитические выражения

Указанные выражения были использованы для определения целой и дробной частей фазы для выделенных классов ¡О, 2Б и ЗБ МР, которые, например, для случая Ш МР составляют соответственно-ЛГ(0 А 7(0

-] и ЛГ0(б) = -

1

гдеД^р =

Р,

временной интервал (Бо- частота дискретизации)

0 <0

В работе осуществлен расчет диапазонов возможных значений для целой и дробной частей фазы для перспективных конструкций МР В частности показано, что использование только целой части фазы приводит к ступенчатому изменению положения лепестка в диаграмме направленности МР, что недопустимо с точки зрения устойчивости работы применяемых алгоритмов адаптивной фильтрации и слежения за источником сигнала

В табл 4 показаны значения для шага изменения положения лепестка диаграммы направленности (в градусах) для различных конструкций МР

Таблица 4

^ кГц Шаг расположения микрофонов в МР (а^)

2 ст 4ст 8ст 16ст 32ст 64ст

3 510 255 127,5 63,75 31,875 15,9375

5,5 278,1818 139,09 69,5454 34,7727 17,3863 8,6931

11,05 138,4615 69,2307 34,6153 17,3076 8,6538 4,3269

22,1 69,2307 34,6153 17,3076 8,6538 4,3269 2,1634

44,2 34,6153 17,3076 8,6538 4,3269 2,1634 1,0817

88,4 17,3076 8,6538 4,3269 2,1634 1,0817 0,5408

177 8,6440 4,3220 2,1610 1,0805 0,5402 0,2701

354 4,3220 2,1610 1,0805 0,5402 0,2701 0,1350

Из приведенных значений видно, что при использовании только целой части фазы МР с шагом расположения микрофонов с1() = 8см и при Р0= 44,2 кГц

электронная система может обеспечить формирование диаграммы направленности с шагом изменения направления на источник полезного сигнала в 8,6538 градусов, что принципиально недостаточно для устойчивой работы как алгоритмов слежения за перемещением источника сигнала, так и алгоритмов адаптивной фильтрации, требующих возможности непрерывного изменения направления лепестков синтезируемой диаграммы направленности Это обусловливает необходимость использования аналоговых узлов компенсации фазы

В третьей главе представлены результаты разработки структурных и схемотехнических решений для построения аналоговых и цифровых узлов компенсации разницы фаз на основе предложенного подхода Рассмотрены особенности построения электронной системы компенсации с учетом использования модулей АЦП Предложены структурные решения для реализации аналоговой и цифровой частей узлов компенсации Рассмотрены методики проектирования аналоговой и цифровой частей на основе созданных структурных решений в зависимости от класса используемой МР

Сформулированы рекомендации к создаваемым унифицированным аналого-цифровым модулям, предназначенным для построения многоканальных систем обработки данных в современных МР реального времени

На рис 4 показана разработанная структурная схема, предназначенная для реализации композиционного подхода для одномерных Ш МР

На рис 4 используются следующие обозначения М1, ,МЫ - микрофоны МР, УС-1, ,УС-Ы - предварительные усилители, АЛЗ-1, ,АЛЗ-Ы - узлы аналоговой задержки, А1Щ-1, ,АЦП-М ~ блоки АЦП, ЦЛЗ-1, ,ЦЛЗ-Ы-узлы цифровой задержки, УУАЛЗ - устройство управления блоками АЛЗ, УУЦЛЗ -устройство управления ЦЛЗ, УУСМ - устройство управления субмодулем аналоговых и цифровых задержек, УУСис -общее устройство управления, осуществляющее расчет дробной и целой части задержек исходя из заданных координат объекта Показанная структурная схема предполагает использование одного набора аналоговых и цифровых узлов компенсации фаз, что дает возможность реализовать формирование одной диаграммы направленности с заданными характеристиками

На рис 5 показана разработанная структурная схема электронной системы обработки, ориентированная на одновременный синтез в реальном масштабе времени нескольких независимых диаграмм направленности

Блок формирования

диаграммы направленности

Блок формирования

диаграммы направленности

Блок формирования диаграммы направленности

Общее управление устройства (ОУУ)

Общий интерфейс к программному модулю обработки

Рис 5 Разработанная структурная схема для синтеза в реальном масштабе времени нескольких независимых диаграмм направленности

Принцип работы электронной системы, реализующей данную структурную схему, заключается в независимой обработке сигналов, поступающих от микрофонов для одновременного формирования заданного числа диаграмм направленности На практике общее число одновременно формируемых диаграмм направленности не превышает 5-10 градусов типичным примером является одновременное формирование трех диаграмм направленности в задачах слежения за перемещением объекта На рис 6 показан пример для случая формирования трех независимых диаграмм направленности (Мь М2, , Мн— микрофоны МР, Я - расстояние до источника акустического

сигнала) - угол между направлением на источник сигнала и

вспомогательными направлениями, использующимися для слежения за перемещающимся источником сигнала Как правило, значения этого угла лежат в пределах 5-10 градусов

Рис 6 Пример формирования трех независимых диаграмм направленности

Реализация данной структурной схемы на практике предполагает использование ПЛИС для реализации основных узлов цифровой обработки, а также специализированного цифрового процессора, основными функциями которого являются

расчет новых значений параметров управления цифровыми и аналоговыми узлами компенсации фаз для формирования новых диаграмм направленности,

- контроль за предельными значениями параметров управления аналоговыми и цифровыми узлами компенсации фаз,

- контроль за устойчивостью процесса управления

Наиболее эффективными решениями данных задач точки зрения экономичности и габаритов исполнения следует считать

- сигнальные процессоры семейства ADSP2106X, ADSP2116Х,

- ядра сигнальной обработки, проинтегрированные в составе современных ПЛИС со структурой SOC (System on Chip) - Xilinx Virtex Pro,

- стандартные микроконтроллеры при небольших размерностях MP

С точки зрения габаритов всей электронной системы наиболее предпочтительным вариантом является использование ПЛИС со структурой SOC, что позволяет в одной микросхеме реализовать как необходимое

микропрограммное управление, так и цифровые узлы коррекции фаз в составе многоканальной электронной системы обработки данных МР

В третьей главе представлены разработанные структурные схемы, позволяющие реализовать композиционный подход для 2Э и ЗБ МР Например, на рис 7 представлена разработанная структурная схема электронного блока обработки, предназначенного для использования с 2В МР

Изменение параметров диаграммы направленности осуществляется на основе перепрограммирования аналоговых и цифровых узлов компенсации фаз, для чего используются соответствующие блоки управления УУАЛЗ и УУЦЛЗ, а также общее устройство управления УУСис, блок управления синхронизацией УУСМ и системный интерфейс

Структурная схема имеет модульный принцип построения, ориентированный на использование унифицированных многоканальных электронных модулей, осуществляющих аналоговую и цифровую компенсацию фаз одновременно для всех каналов одного ряда - соответственно АЛЗЫ, , АЛЗЬк и ЦЛЗЫ, , ЦЛЗЬк применительно к последнему ряду с номером Ь матрицы микрофонов

Ряд I-

УС С7 УС Г7

11 У 1к У

УУ АЛЗ

АЛЗ 11

АЛЗ 1к

Пг-З

УУ

цлз

АЦП АЦП АЦП АЦП АЦП АЦП

ж-Т

цлз 11

цлз 1к

УУ СМ

35Е

цлз 21

ЦЛЗ 2к

Х2:

2Е

цлз Ы

цлз |_к

О

ЗЕЫЕ

Ы-канальный сумматор

1Шк

УУ Сис

И-К

м-и

К 7

Интерфейс к модулю программной обработки для 1Р решетки

Ю блок формирования диаграммы направленности для 2Р решетки

Рис 7 Разработанная структурная схема электронного блока обработки, предназначенного для использования с 2D МР

В третьей главе также представлены разработанные параметризованные решения для построения узлов аналоговой и цифровой обработки На рис 8 представлена структурная схема цифрового узла компенсации целой части значения фазы, предназначенного для обработки данных в нескольких каналах Узел реализован на основе одного сдвигового регистра на многоразрядных триггерах Б011, Д^ОЫ Устройство управления УУТЗ осуществляет выбор необходимой цифровой задержки, которая измеряется в тактах частоты синхронизации СЬС В качестве сигнала СЬС обычно используется значение частоты дискретизации Ро

Основными параметрами данного решения являются число выходов Ь, максимальная длина сдвига К, разрядность входной шины данных Б

На рис 9 представлена структурная схема цифрового узла компенсации целой части значения фазы на основе ОЗУ Областью применения данного цифрового узла компенсации являются электронные системы МР, формирующие одну диаграмму направленности Узел предполагает использование блока ОЗУ для хранения данных в режиме кольцевого регистра Формирование адресов для записи и чтения данных осуществляется с помощью устройства управления УУ Использование данного варианта реализации узла целесообразно при достаточно больших значениях параметра ТЫ (максимальная задержка в тактах) Для ряда применений целесообразно использовать данный вариант построения узла начиная со значений ТК=128

Аналогичные параметризованные модели разработаны и для аналоговых узлов компенсации фазы На рис 10 представлена структурная схема аналогового узла компенсации дробной части значения фазы, реализованного на основе ЫС линии задержки первого порядка

ОЗУ

RG IN

4>CI_K

С

— —^^

N

ТЗ

CLK-

"V

RG OUT 4>CLK

УУ

Рис 9 Структурная схема цифрового узла компенсации фазы

R1

м=>

7с —

VAR

0

Рис 10 Структурная схема аналогового узла компенсации фазы

Для изменения величины задержки используется резистор с программируемой величиной сопротивления, например, выпускаемый фирмой Analog Devices Операционный усилитель используется для сохранения требуемого коэффициента передачи (задается отношением сопротивлений R1 и R2)

Проведенный анализ выпускаемых в настоящее время специализированных АЦП, ориентированных на использование в акустических системах, позволил выделить обобщенную структуру таких устройств, представленную на рис 11

Основными функциональными узлами данного класса АЦП являются

- входные микрофонные усилители с дифференциальными входами, что расширяет функциональные возможности их использования,

- входной аналоговый мультиплексор, позволяющий обрабатывать входные сигналы непосредственно с узлов аналоговой компенсации фаз,

- программируемый усилитель с цифровым интерфейсом,

Рис 11 Обобщенная структура АЦП, ориентированных на многоканальные применения

- блок АЦП для каждого из обрабатываемых каналов,

- блок цифровой обработки (децимация, фильтрация),

- блок управления, синхронизации и конфигурации, осуществляющий общее управление всеми функциональными узлами системы,

- блок задания аналогового и цифрового питания, предназначенного также для формирования опорных напряжений для блоков АЦП, питания микрофонов,

- блок интерфейса для осуществления операций чтения данных из АЦП,

- блок управляющего интерфейса, предназначенного для независимого тестирования и конфигурации системы в процессе работы

Проведенный анализ выпускаемых АЦП позволил выделить ведущих производителей - PCM ( Texas Instruments ) и CS (Cirrus Logic) По совокупности технических параметров наиболее перспективными для использования во встраиваемых переносных приложениях следует считать 24-разрядные АЦП CS53L32 и CS5368

На рис 12 показана последовательность решаемых задач в соответствии с разработанной методикой проектирования на основе использования библиотечного набора цифровых моделей

Основными решаемыми задачами являются

1 Выбор структурной схемы реализации цифрового узла компенсации фаз в соответствии с параметрами MP Для решения данной задачи используется созданный библиотечный набор структурных решений для цифровых узлов, формирующих одну, либо несколько независимых диаграмм направленности Выбор оптимальной структуры осуществляется на основе разработанных таблиц соответствия

2 Определение способа реализации цифрового узла задержки в зависимости от числа используемых каналов, требуемых максимальных значений цифровой задержки в тактах частоты дискретизации Для решения данной задачи предлагается использовать таблицы с рекомендованными способами реализации цифрового узла в зависимости от параметров МР

3 Определение характеристик цифровых узлов в соответствии с параметрами МР На этом этапе осуществляется сопряжение выбранной общей структурной схемы построения цифрового узла, выбранного на основе имеющейся библиотеки решений, с конкретным вариантом реализации узла

4 Синтез принципиальной схемы устройства в соответствии с выбранной структурой в системе ОгСАБ на основе имеющейся библиотеки разработанных параметризованных моделей

5 Получение параметров узла по результатам моделирования Подготовка кода для реализации на основе ПЛИС

Рис 12 Методика проектирования цифровых узлов компенсации фаз

Данная методика позволяет сократить время и трудоемкость проектирования цифровых узлов электронных блоков реального времени, ориентированных на применение в составе систем обработки МР [11-13] Методика была апробирована при проектировании ряда цифровых узлов на основе ПЛИС Altera и Xilinx

Основными задачами, решаемыми в соответствии с разработанной методикой проектирования аналоговых узлов (рис 13), являются

1 Выбор структурной схемы реализации аналогового узла компенсации фаз из имеющихся в библиотечном наборе

2 Выбор способа реализации в зависимости от числа используемых каналов На этом этапе решается вопрос о целесообразности применения дискретных компонентов, либо использования аналоговых ПЛИС, либо формулируются требования к полностью заказной БИС

3 Определение характеристик узлов с помощью программы моделирования В качестве программы моделирования предполагается использование системы ОгСАВ

4 Оценка полученных характеристик узла, включая энергопотребление и габариты Проверка на соответствие системным требованиям В случае несоответствия повторение этапа проектирования для альтернативных вариантов реализации аналогового узла, либо при изменении параметров одного и того же узла

Рис 13 Методика проектирования аналоговых узлов

5. Результатом проектирования аналогового узла компенсации фазы является принципиальная схема на основе дискретных компонентов, либо программа зашивки аналоговой ПЛИС. В случае необходимости массового производства акустических систем формулируются исходные системные требования к разрабатываемой заказной БИС.

Данная методика позволяет сократить время и трудоемкость проектирования аналоговых узлов электронных блоков реального времени, ориентированных на применение в составе систем обработки МР [11-13].

Методика была апробирована при проектировании ряда аналоговых узлов на основе дискретных компонентов.

В четвертой главе представлены результаты проектирования и разработки экспериментальных лабораторных образцов аналого-цифровых модулей обработки данных в МР на основе композиционного подхода к компенсации фаз в акустических сигналах.

Представлены результаты разработки специализированного компьютерного стенда, предназначенного для измерения АЧХ каналов МР в лабораторных условиях.

Представлены результаты разработки 128-канального фрагмента системы обработки данных, ориентированного на мобильные применения а геологоразведке.

На рис.14 показан внешний вил разработанного модуля со стороны 16-канальной аналого-цифровой обработки.

Модуль предназначен для параллельной независимой обработки в реальном масштабе времени 16 аналоговых каналов акустической информации и может быть использована как в составе макетов по обработке данных от МР в реальном масштабе времени, так и в составе многоканальных встраиваемых

Рис.14. Внешний вид 16-канального модуля

устройств Основными функциональными узлами модуля являются 16-канальный аналоговый входной узел, включающий в себя входные усилители, аналоговые узлы компенсации фаз, 16-канальный модуль АЦП, блок статической буферной памяти, интерфейсный блок на основе ПЛИС Altera На рис 15 показана структурная схема 16-канального цифрового узла модуля ОБЩАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА 16-КАНАЛЬНОГО AD С

Рис 15 Структурная схема 16-канального цифрового узла

Разработанный модуль цифровой обработки предназначен для реализации алгоритмов формирования луча и слежения за источником звука, цифровой фильтрации в пространственной и частотной областях в реальном масштабе времени Общая структурная схема модуля цифровой обработки представлена на рис 16 Основными узлами модуля являются цифровой сигнальный процессор ADSP2106x, программируемый интерфейс на ПЛИС типа FPGA XILINX, блок статической памяти SRAM, блок загрузки

Для реализации цифровых шин и протоколов обмена по ним используется ПЛИС фирмы XILINX XCV300E BGA432 Возможна установка на плате других ПЛИС этой серии (432 BGA)- XCV400E, XCV600E, XCV1000E На рис 17 представлен внешний вид модуля

Проведенные экспериментальные исследования разработанных аналоговых и цифровых модулей реального времени, предназначенных для построения многоканальных систем обработки данных в MP на основе композиционного подхода к компенсации фаз, подтвердили эффективность их использования и возможность снижения потребляемой мощности до .4-5 раз, что обусловливает их использование во встраиваемых и переносных системах.

ОБЩАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ПЛАТЫ DSP

О £ р S TAt Ё CG Б

DSP

ADSP2106X

Б л о * эогруэии

OSP DSP FPGA «PGA

JTAG PROW PR С М JTAG

I

О FN 96

Рис,

16.

Структурная схема модуля цифровой обработки

Рис. 17. Внешний вид модуля сигнальной обработки

В пятой главе представлены результата экспериментального исследования характеристик разработанных аналого-цифровых модулей, таких, как равномерность АЧХ каналов, уровень межканальной развязки, имеющих принципиальное значение при создании многоканальной электронной системы обработки с широким динамическим диапазоном

Представлены результаты моделирования диаграмм направленности МР, реализующих композиционный подход к компенсации фаз, на основе системы моделирования МаАСАБ

Проведенные экспериментальные исследования характеристик

разработанных аналого-цифровых модулей подтвердили возможность их эффективного использования в фазированных системах обработки Так, равномерность АЧХ каналов составила величину порядка 10%, а уровень межканальной развязки - бОдБ

Основные выводы н результаты

Основным результатом проведенных исследований является развитие методов проектирования, разработка типовых структурных и схемотехнических решений, обеспечивающих создание высокопроизводительных электронных узлов многоканальной системы сбора и обработки данных для одномерных, двумерных и трехмерных акустических фазированных решеток для встраиваемых применений с пониженным значением параметра «энергопотребление - производительность», а также создание и исследование конкретных реализаций многоканальных систем обработки на основе композиционного подхода

К основным научным результатам работы следует отнести следующие

1 Предложен способ компенсации разницы фаз для сигналов различных каналов микрофонной решетки, предполагающий использование аналоговых и цифровых узлов реального времени с программируемой задержкой Предложенный способ компенсации разницы фаз предполагает эффективную аппаратную реализацию на основе современных ПЛИС, что позволяет снизить потребляемую мощность встраиваемых многоканальных систем обработки данных для одномерных, двумерных и трехмерных микрофонных решеток

2 Разработаны структурные схемы электронных узлов реального времени для компенсации разницы фаз, ориентированные на использование в одномерных, двумерных и трехмерных микрофонных решетках Рассмотрены варианты построения аналогового и цифрового узлов с программируемой задержкой

2 Разработаны методики проектирования аналоговых и цифровых узлов многоканальной системы реального времени, предполагающие использование предложенного подхода к компенсации разницы фаз Цель разработки методик состояла в минимизации параметра энергопотребление/производительность для встраиваемых многоканальных электронных систем обработки данных в фазированных микрофонных решетках

Поставленная цель достигается за счет формализации процесса разработки структурных и схемотехнических решений, обеспечивающих реализацию аналоговых и цифровых узлов компенсации временной задержки (разницы фаз), на основе созданных типичных решений, ориентированных на использование в составе САПР Cadence и Mentor Graphics

4 Разработаны модели одномерных, двумерных и трехмерных микрофонных решеток для САПР MathCAD, позволившие определить оптимальные с точки зрения числа использующихся каналов обработки данных характеристики решеток

Практическая значимость работы обусловлена следующими факторами

Разработанные в диссертации методики, модели аналоговых узлов, библиотеки структурных и схемотехнических решений, а также созданные электронные модули использовались при создании прототипа электронной системы обработки данных для многоканальной микрофонной решетки, что позволило снизить потребляемую мощность в 3-5 раз при одновременном формировании трех независимых диаграмм направленности

Созданные электронные модули обработки данных дают возможность сформулировать требования и осуществить разработку следующей версии встраиваемых электронных модулей со структурой SiP (System in Package), либо SoC (System on Chip) в рамках САПР Cadence и Mentor Graphics

Основные результаты диссертации изложены в следующих работах

1 Мьо Ти Ха, Илиницкий А А, Алюшин А В , Павленко А Н Модуль сигнальной обработки на основе процессора ADSP21061L для опытного образца отечественного гамма-томографа // Научная сессия МИФИ -2004 Сб Научн трудов В 15 томах TI М МИФИ, 2004 - С 208-209

2 Мьо Ти Ха, Илиницкий А А, Алюшин А В , Павленко А Н Модуль сигнальной обработки на основе процессора ADSP21061L для опытного образца отечественного гамма-томографа // Электроника, микро- и наноэлектроника Сб научн трудов-МИФИ, 2004-С 250-251

3 Мьо Ти Ха, Мьо Ныонт Вин, Мьят Вин Тун, Калиуллин Р И Исследование диаграммы направленности микрофонных решеток // Научная сессия МИФИ - 2005 Сб Научн трудов В 15 томах Т 15 Конференция «Молодежь и наука» М МИФИ, 2005 - С 109-112

4 Мьо Ти Ха Разработка системы разделения нескольких источников звуковых сигналов на основе микрофонной решетки для мобильного робота // Электроника, микро- и наноэлектроника Сборник научных трудов / Под ред В Я Стенина -М МИФИ, 2005 -С183-185

5 Мьо Ти Ха Анализ сигналов на основе АКС-3166 логического анализатора для микрофонной решетки в системе распознавания речи // Научная сессия МИФИ - 2006 Сб Научн трудов В 16 томах Т 16 Конференция «Молодежь и наука» М МИФИ, 2006 - С 89-91

6 Мьо Ти Ха Использование микрофонных решеток для улучшения качества записываемого сигнала в условиях сильного шума // Научная сессия МИФИ -2007 Сб Научн Трудов В 17 томах Т 1 М МИФИ, 2007-С 154-155

7 Мьо Ти Ха Современное состояние и перспективы развития микрофонных решеток // Научная сессия МИФИ -2007 Сб Научн Трудов В 17 томах Т 17 Конференция «Молодежь и наука» М МИФИ, 2007-С 82-83

8 Мьо Ти Ха Адаптивная система подавления помех в микрофонной решетке // Научная сессия МИФИ -2007 Сб Научн Трудов В 17 томах Т 17 Конференция «Молодежь и наука» М МИФИ, 2007 -С 89-90

9 Мьо Ти Ха Многоканальный микрофонный усилитель // Научная сессия МИФИ -2007 Сб Научн Трудов В 17 томах Т 17 Конференция «Молодежь и наука» М МИФИ, 2007 -С 95-96

10 Мьо Ти Ха, Алюшин МВ Многоканальный усилитель для 20 и ЗО микрофонных решеток // Известия вузов Электроника №4 2007 -С 9899

11 Мьо Ти Ха, Алюшин МВ Аналого-цифровой способ компенсации разницы фаз в многоканальных акустических решетках // Электроника, микро- и наноэлектроника Сборник научных трудов / Под ред В Я Стенина -М МИФИ, 2007 -С 93-95

12 Мьо Ти Ха, Алюшин МВ Аппаратные и программные средства реального времени для одно- и двумерных микрофонных решеток // Электроника, микро- и наноэлектроника Сборник научных трудов / Под ред В Я Стенина -М МИФИ, 2007 -С 96-98

13 Мьо 1и Ха, Алюшин МВ Методика проектирования аналоговых и цифровых узлов многоканальной системы реального времени для микрофонных решеток // Электроника, микро- и наноэлектроника Сборник научных трудов / Под ред В Я Стенина -М МИФИ, 2007 -С 101-104

Подписано в печать 18 04 2007 г Исполнено 19 04 2007 г Печать трафаретная

Заказ № 373 Тираж 100экз

Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш , 36 (495) 975-78-56 www autoreferat ru

Список принятых сокращений и обозначений.

Введение.

Глава 1. Многоканальные акустические системы. Основные задачи параллельной обработки данных, решаемые электронными системами MP реального времени.

1.1. Основные классы MP, использующие электронные и неэлектронные принципы обработки сигналов.

1.2. Особенности обработки акустической информации в системах класса MP-NE.

1.3. Особенности обработки акустической информации в системах класса МР-Е.

1.4. Анализ интерполяционных алгоритмов в MP.

1.5. Тенденции развития MP.

Выводы к главе 1.

Глава 2. Композиционный аналого-цифровой подход к построению многоканальных систем компенсации временных задержек в MP

2.1. Композиционный подход к построению многоканальных систем компенсации временных задержек в MP.

2.2. Основные требования к аналоговым и цифровым узлам компенсации фаз MP.

2.3. Анализ и классификация структур MP.

2.4. Одномерный класс MP.

2.5. Двумерный класс MP.

2.6. Трехмерный класс MP.

Выводы к главе 2.

Глава 3. Разработка структурных и схемотехнических решений для построения аналоговых и цифровых узлов компенсации разницы фаз на основе предложенного подхода.

3.1. Структурная схема многоканальной системы обработки данных для одномерного 1D класса MP.

3.2. Разработанная структурная схема электронной системы обработки для одновременного формирования различных диаграмм направленности.

3.3. Разработанная структурная схема электронной системы обработки для формирования двумерной диаграммы направленности.

3.4. Разработанная структурная схема электронной системы обработки для одновременного формирования различных двумерных диаграмм направленности.

3.5. Разработка структурной схемы узла цифровой компенсации разницы фаз.

3.6. Разработка структурных схем узла аналоговой компенсации разницы фаз.

3.7. Характеристики специализированных АЦП, ориентированных на применение в акустических системах.

3.8. Методика проектирования цифровых узлов компенсации фаз MP.

3.9. Методика проектирования аналоговых узлов компенсации фаз MP.

ЗЛО. Рекомендации к создаваемым унифицированным аналого-цифровым модулям.

Выводы к главе 3.

Глава 4. Разработка аналого-цифровых модулей реального времени для обработки данных в микрофонных решетках.

4.1. Разработка специализированного компьютерного стенда на основе PC.

4.2. Разработка 16-канального лабораторного макета обработки данных в MP на основе унифицированного

16-канального модуля.

4.3. Разработка 128-канального лабораторного макета обработки данных в MP на основе унифицированного

16-канального модуля.

4.4. Основные характеристики разработанного 16-канального аналого-цифрового модуля компенсации фаз.

4.5. Модуль цифровой обработки данных в MP.

Выводы к главе 4.

Глава 5. Проведение экспериментальных исследований лабораторного образца электронной системы обработки данных.

5.1. Исследование АЧХ каналов электронной системы.

5.2. Результаты моделирования диаграмм направленности MP на основе системы моделирования MathCAD.

Выводы к главе 5.

В настоящее время одномерные 1D, двумерные 2D и трехмерные 3D микрофонные решетки (MP) широко применяются в акустических и гидроакустических системах для решения целого круга задач медицинской и технической ультразвуковой диагностики, голосового управления в робототехнике, системах связи и безопасности [1, 8, 14, 25, 36,118, 119].

Диапазон возможных конструкций MP простирается от малогабаритных двухмикрофонных решений, использующихся в современных сотовых телефонах, до стационарных многометровых трехмерных MP, предназначенных для проведения акустических испытаний. В этой связи представляет интерес двумерная 2D микрофонная решетка, разработанная NASA [43], для анализа режимов работы двигателей самолетов в полете. На рис.1 показана схема расположения 252 микрофонов на земле. Размер решетки составляет несколько десятков метров.

I * ■ ■ ■ «

4 * * ! I « + * , * * *

I 1 , t " * * , * * , * I * ^ J * I 1 • ■

I ' х 1 * » | 4 1 * » 1 ■ ■ : ■ • ■ ' \ / ■ •

I • > « . * I t I I 1 . * • щ а

I I . 1 I ■ i I 1 . 1 « i м * «»•*■* *

Рис.1. Двумерная 2D микрофонная решетка, разработанная NASA

В последнее время MP получили широкое распространение при решении задач качественной записи, надежного распознавания голосовых команд в шумах, системах обработки многоязычной голосовой информации.

Преимущества использования MP обусловлены возможностью формирования заданной диаграммы направленности, имеющей максимум в направлении источника полезного сигнала и минимумы в направлении источников шумовой помехи [54, 65, 72]. Большинство известных применений MP требует реализации возможности синтеза диаграммы направленности с заданными характеристиками в реальном масштабе времени [14, 21, 22, 26, 36, 44, 50]. В табл.1 представлены результаты анализа различных применений MP и показаны применения, требующие работы MP в реальном масштабе времени (РВ)(НРВ - нереальный масштаб времени).

Таблица 1

Основные области применения многоканальных MP пп Область применения >1» Решаемые задачи Режим обработки данных

1. Сонар Обнаружение целей и классификация объектов РВ

2. Робототехника Голосовое управление, определение местоположения говорящего, слежение за объектом РВ

3. Телефония, связь, коммуникации, телеконференции, персональные компьютеры Устранение эффекта эха, подавление шума, улучшение качества записи РВ

4. Медицина Ультразвуковая диагностика РВ/НРВ

5. Геофизика Исследование структуры Земли, поиск полезных ископаемых РВ/НРВ

6. Самолетостроение Исследование режимов работы двигателя в полете НРВ

7. Системы безопасности и жизнеобеспечения Поиск объектов и людей по звуковому/ультразвуковому сигналу РВ

8. Ультразвуковая диагностика сложных узлов Поиск дефектов в сложных механических системах, в высотных зданиях РВ

Основными требованиями, предъявляемыми к современным электронным системам обработки данных в MP, являются:

- возможность обработки данных для одномерных 1D, двумерных 2D и трехмерных 3D микрофонных решеток в реальном масштабе времени,

- возможность обработки до 102-104 независимых каналов,

- идентичность АЧХ и АФХ каналов,

- возможность реализации алгоритмов формирования требуемой пространственной направленности в реальном масштабе времени,

- возможность реализации в реальном времени алгоритмов адаптивной фильтрации.

Среди применяемых на практике подходов к обработке информации, полученной от MP (микрофонной решетки), следует выделить:

- построение сверхнаправленных MP;

- использование MP с неравномерным расположением микрофонов;

- использование распознаваемости речи в качестве критерия качества MP;

- использование алгоритмов адаптации к параметрам источника шума.

Проведенный анализ патентной документации (Приложение 1) и научно-технической информации (Приложение 2) показал, что в настоящее время наиболее бурными темпами развиваются MP для встраиваемых, малогабаритных и переносных автономных приложений [37, 44, 95]. Число поданных патентов по данной тематике только для США за последние 7 лет выросло в три раза. Ведущими компаниями в этой области становятся производители персональных компьютеров, средств связи и бытовой техники - Microsoft, Philips и Polycom. Число обрабатываемых каналов для встраиваемых и малогабаритных систем может достигать сотен и тысяч [38, 50, 52, 63, 89], особенно при использовании ультразвукового диапазона частот. Основным критерием эффективности применяемых технических решений для систем такого класса становится показатель «энергопотребление-производительность», что обуславливает ограниченную применимость многих существующих в настоящее время высокопроизводительных аппаратных средств цифровой обработки.

В данной работе для решения задачи создания аналоговых и цифровых модулей реального времени предлагается использовать композиционный подход к формированию диаграмм направленности MP, предполагающий применение аналоговых и цифровых методов обработки сигналов в каналах MP, что позволяет улучшить отношение «энергопотребление-производительность» для встраиваемых и автономных малогабаритных применений.

Актуальность реализации данного подхода в настоящее время обусловлена возросшими технологическими возможностями в микроэлектронной сфере, которые позволяют создать многоканальную аналого-цифровую микросхему в едином технологическом цикле.

Реализация данного подхода на практике связана с решением ряда научных, практических и экспериментальных задач.

Цель диссертационной работы заключается в исследовании, разработке и реализации электронных модулей реального времени системы сбора и обработки данных для микрофонных решеток на основе подхода, предполагающего использование методов аналоговой и цифровой компенсации разницы фаз, а также методических и технических средств создания таких модулей.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Анализ научно-технической информации и патентной документации с целыо выявления применяемых ведущими компаниями структурных, схемотехнических и алгоритмических решений в многоканальных системах обработки данных в фазированных акустических (микрофонных) решетках.

2. Создание обобщенной модели обработки данных в одномерных и двумерных микрофонных решетках. Выделение основных функциональных преобразований, использующихся для формирования диаграммы направленности в одномерном и двумерном случаях.

3. Классификация выполняемых электронной системой операций обработки в соответствии с аппаратными и программными (микропрограммными) ресурсами системы.

4. Исследование структуры одномерных и двумерных решеток. Моделирование основных характеристик решеток на основе пакета MathCAD.

5. Классификация основных типов акустических решеток для одномерного, двумерного и трехмерного случаев. Анализ характеристик акустических систем.

6. Разработка методики проектирования электронных модулей многоканальной системы обработки данных, ориентированных на встраиваемые и стационарные применения.

7. Анализ и классификация современных многоканальных АЦП, ориентированных на встраиваемые применения. Анализ функциональных возможностей АЦП. Разработка рекомендаций по выбору БИС многоканальных АЦП.

8. Обоснование состава и формирование библиотеки функциональных узлов обработки данных на основе современной элементной базы - ПЛИС, встраиваемые микроконтроллеры, сигнальные процессоры.

9. Создание лабораторного экспериментального образца многоканальной системы обработки данных в микрофонных решетках. Проведение лабораторных испытаний экспериментального образца.

10. Разработка тестового и диагностического программного обеспечения. Разработка тестовых средств эмуляции источника акустического сигнала с заданными характеристиками.

Научная новизна работы заключается в решении следующих задач: 1. Обоснование композиционного подхода к компенсации разницы фаз для сигналов различных каналов микрофонной решетки, предполагающего использование аналоговых и цифровых узлов реального времени с программируемой задержкой. Предложенный способ компенсации разницы фаз предполагает эффективную аппаратную реализацию на основе современных ПЛИС, что позволяет снизить потребляемую мощность встраиваемых многоканальных систем обработки данных для одномерных, двумерных и трехмерных микрофонных решеток.

2. Разработка структурных схем электронных узлов реального времени для компенсации разницы фаз, ориентированных на использование в одномерных, двумерных и трехмерных микрофонных решетках. Разработка унифицированных параметризованных структурных и схемотехнических решений аналоговых и цифровых узлов электронной системы обработки данных в MP на основе предложенного подхода.

3. Разработка методик проектирования аналоговых и цифровых узлов многоканальной системы реального времени, предполагающих использование предложенного подхода к компенсации разницы фаз. Цель разработки методик состоит в минимизации параметра энергопотребление/производительность для встраиваемых многоканальных электронных систем обработки данных в фазированных микрофонных решетках.

Поставленная цель достигается за счет формализации процесса разработки структурных и схемотехнических решений, обеспечивающих реализацию аналоговых и цифровых узлов компенсации временной задержки (разницы фаз), на основе созданных типичных решений, ориентированных на использование в составе САПР Cadence и Mentor Graphics.

4. Разработка моделей одномерных, двумерных и трехмерных микрофонных решеток для САПР MathCAD, позволяющих определить оптимальные с точки зреиия числа использующихся каналов обработки данных характеристики решеток.

Практическая значимость работы обусловлена:

1. Разработкой унифицированных аналого-цифровых электронных модулей, предназначенных для построения многоканальных систем обработки данных современных MP, позволяющих по сравнению с известными способами цифровой обработки данных в 3-5 раз снизить потребляемую системой мощность за счет реализации композиционного подхода к формированию фазовых сдвигов.

2. Разработкой лабораторного 16-канального прототипа электронной системы обработки данных для одномерных MP, позволяющего провести изучение эффектов, связанных с формированием диаграмм направленности с требуемыми параметрами.

3. Созданием лабораторного 128-канального стенда, дающего возможность осуществить весь комплекс исследовательских работ при использовании двумерных MP и соответствующих диаграмм направленности.

4. Разработкой встроенных тестовых, диагностических и отладочных аппаратно-программных средств на уровне отдельных функциональных узлов, электронных модулей и электронной системы.

5. Разработкой специализированного программного обеспечения для работы с созданными аналого-цифровыми электронными модулями MP.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Методика проектирования цифровых узлов реального времени, предназначенных для формирования диаграммы направленности с заданными характеристиками на основе созданных структурных и схемотехнических решений, а также параметризованных моделей.

2. Методика проектирования аналоговых узлов обработки данных в MP на основе созданных библиотечных решений, а также функциональных моделей узлов в САПР OrCAD.

3. Многоканальные электронные аналого-цифровые модули реального времени для обработки данных в MP, реализующий предложенный композиционный подход к компенсации фаз акустических сигналов.

4. Разработанные тестовые, диагностические и отладочные аппаратные и программные средства, а также частные методики экспериментального исследования характеристик многоканальных электронных систем обработки данных в MP.

5. Созданные модели узлов обработки акустических сигналов в MP, предназначенные для использования в рамках системы моделирования MathCAD.

Степень обоснованности научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации.

Научные положения, выводы и рекомендации, сформулированные в диссертации, обоснованы и подтверждены научными расчетами, результатами моделирования с помощью САПР MathCAD, а также экспериментально при исследовании разработанных электронных модулей и лабораторного образца электронной системы обработки данных в многоканальной микрофонной решетке.

Результаты диссертации опубликованы в 13 печатных научных работах, написанных лично и в соавторстве:

Выводы к главе 5

Таким образом, проведенные экспериментальные исследования характеристик разработанных аналого-цифровых модулей подтвердили возможность их эффективного использования в фазированных системах обработки. Так, равномерность АЧХ каналов составила величину порядка 10%, а уровень межканальной.развязки - бОдБ.

Разработанные математические модели для системы MathCAD дают возможность определить основные характеристики MP при использовании разработанных электронных блоков, что позволяет сократить4 стоимость и время проектирования многоканальных MP.

132

Заключение

Таким образом, основным результатом проведенных исследований является развитие методов проектирования, разработка типовых структурных и схемотехнических решений, обеспечивающих создание высокопроизводительных электронных узлов многоканальной системы сбора и обработки данных для одномерных, двумерных и трехмерных акустических фазированных решеток для встраиваемых применений с пониженным значением параметра «энергопотребление производительность», а также создание и исследование конкретных реализаций многоканальных систем обработки на основе композиционного подхода.

К основным научным результатам работы следует отнести следующие:.

1. Предложен способ компенсации разницы фаз для сигналов различных каналов микрофонной решетки, предполагающий использование аналоговых и цифровых узлов реального времени с программируемой задержкой. Предложенный способ компенсации разницы фаз предполагает эффективную аппаратную реализацию на основе современных ПЛИС, что позволяет снизить потребляемую мощность встраиваемых многоканальных систем обработки данных для одномерных, двумерных и трехмерных микрофонных решеток.

2. Разработаны структурные схемы электронных узлов реального времени для компенсации разницы фаз, ориентированные на использование в одномерных, двумерных и трехмерных микрофонных решетках. Рассмотрены варианты построения аналогового и цифрового узлов с программируемой задержкой.

2. Разработаны методики проектирования аналоговых и цифровых узлов многоканальной системы реального времени, предполагающие использование предложенного подхода к компенсации разницы фаз. Цель разработки методик состояла в минимизации параметра энергопотребление/производительность для встраиваемых многоканальных электронных систем обработки данных в фазированных микрофонных решетках.

Поставленная цель достигается за счет формализации процесса разработки структурных и схемотехнических решений, обеспечивающих реализацию аналоговых и цифровых узлов компенсации временной задержки (разницы фаз), на основе созданных типичных решений, ориентированных на использование в составе САПР Cadence и Mentor Graphics.

4. Разработаны модели одномерных, двумерных и трехмерных микрофонных решеток для САПР MathCAD, позволившие определить оптимальные с точки зрения числа использующихся каналов обработки данных характеристики решеток.

Практическая значимость работы обусловлена следующими факторами: Разработанные в диссертации методики, модели аналоговых узлов, библиотеки структурных и схемотехнических решений, а также созданные электронные модули использовались при создании прототипа электронной системы обработки данных для многоканальной микрофонной решетки, что позволило снизить потребляемую мощность в 5 раз при одновременном формировании трех независимых диаграмм направленности.

Созданные электронные модули обработки данных дают возможность сформулировать требования и осуществить разработку следующей версии встраиваемых электронных модулей со структурой SiP (System in Package), либо SoC (System on Chip) в рамках САПР Cadence и Mentor Graphics.

134

1. Akagi М., Mizumachi M. Noise reduction by paired microphones I I 5th European conf. on speech communication and technology. Rhodes, Greece, 22-25 Sept, 1997. Vol.1, pp. 335-338.

2. Akaike H. A new look at the statistical model identification // IEEE Transactions on Automation Control, December 1974. Vol. AC-19, pp. 716723.

3. Allen J. В., Berkley D. A. Image method for efficiently simulating small-room acoustics // J.Acoust. Soc. Am., 1979. Vol. 65, pp. 943-950.

4. Aoshima, N. Computer-generated pulse signal applied for sound measurement // J. Acoust. Soc. Am., May 1981. Vol. 69, pp. 1484-1488.

5. Applebaum S. P., Chapman D. J. Adaptive arrays with main beam constraints // IEEE Transactions on Antennas and Propagation, September 1976. Vol. AP-24, pp. 650-662.

6. Bell A.J., Sejnowski T. J. An information-maximization approach to blind separation and blind deconvolution // Neural Computation. 1995. Vol. 7, pp. 1129-1159.

7. Bogdanovich M. В., Zhur A. V., Malevich I. Yu. A method of increasing the effectiveness of structural adaptive nonlinear interference protection for receiver amplifier channels // Radio Engineering, Mar. 1991. Vol. 46. No. 3, pp. 45-49.

8. Boll S. F. Suppression of acoustic noise in speech using spectral subtraction // IEEE Trans, on Acoustics, Speech and Signal Processing, April 1979, Vol.27, pp. 113-120.

9. Brandstein M. S, and Silverman H. F. A practical methodology for speech source localization with microphone arrays // Computer Speech and Language. April 1997. Vol. 11, pp. 91-126.

10. Burnham D., Ciocca V., Stokes S. Auditory perception of lexical tone // Proceedings of 7th European conference on speech communication and technology. Eurospeech 2001 Scandinavia. Vol. 1, pp.395-398.

11. Capon J. High resolution frequency-wavenumber spectrum analysis // Proceedings of the IEEE. August 1969. Vol. 57, pp. 1408-1418.

12. Castelli E., Istrate D. Everyday life sounds analysis for a medicalthtelemonitoring system // Proceedings of 7 European conference on speech communication and technology. Eurospeech 2001 Scandinavia. Vol.4, pp. 2417-2420.

13. Chase L. Word and acoustic confidence annotation for large vocabularyLspeech recognition // Proceedings of 5 European conference on speech communication and technology. Eurospeech '97, 1997, Rhodes, Greece, pp. 815-818.

14. Cohen I., Berdugo B. Microphone array post-filtering for non-stationary•Lnoise suppression // In Proceedings 27 IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing, 2002, pp. 901-904.

15. Compernolle V. D. Switching adaptive filters for enhancing noisy and reverberant speech from microphone array recordings // Proc. ICASSP '90, 1990, pp. 833-836.

16. Compton R. T. The relationship between tapped delay-line and FFT processing in adaptive arrays // IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 1988. Vol. 36. No. 1, pp. 15-26.

17. Cosi P., Tesser F., Gretter R., Avesani C., Marcon Mike. Festival speaksth1.alian // Proceedings of 7 European conference on speech communication and technology. Eurospeech 2001 Scandinavia. Vol. 1, pp.509-512.

18. Dorbecker M. Small microphone arrays with optimized directivity for speech enhancement // Proceedings of 5th European conference on speech communication and technology. Eurospeech 1997 (ESCA). Vol. 5, pp. 327330.

19. Er M., Cantoni A. Derivative constraints for broad-band element space antenna array processors // IEEE Trans. Acoustics, Speech, and Signal Processing, 1983. Vol. 31. No. 6, pp. 1378-1393.

20. Epps J., Dowd A., Smith J., Wolfe J. Real time measurements of the vocal track resonances during speech // Proceedings of 5lh European conference on speech communication and technology. Eurospeech 1997 (ESCA). Vol.2, pp. 721-724.

21. Falconer D. D. Adaptive reference echo cancellation // IEEE Trans. Commun., Sept. 1982. Vol. COM-30. No. 9, pp. 2083-2094.

22. Fernandez J., Lleida E., Masgrau E. Microphone array design for robust speech acquisition and recognition // Proceedings of 6th European conference on speech communication and technology. Eurospeech 1999 -(ESCA). Vol.5, pp.2363-2366.

23. Fernandez D. L., Cgarcia M. C. Application of several channel and noise compensation techniques for robust speaker recognition // Proceedings of 5th European conference on speech communication and technology. Eurospeech 1997(ESCA). Vol.3, pp.1115-1118.

24. Fissore L., Micca G., Vair C. Methods for microphone equalization in speech recognition // Proceedings of 5th European conference on speech communication and technology. Eurospeech 1997, Vol, pp. 2415-2418.

25. Flanagan J. L. Bandwidth design of speech-seeking microphone arrays // In Proceedings of 1985 ICASSP, March 1985. Tampa, Florida, pp. 732-735.

26. Flanagan J. L. Use of acoustic filtering to control the beamwidth of steered microphone arrays // Journal of the Acoustical Society of America. August 1985. Vol. 78, pp. 423-428.

27. Flanagan J. L., Berkley D. A., Elko D. W., Sondhi M. M. Autodirective microphone systems//Acoustica, 1991. Vol. 73, pp. 58-71.

28. Flanagan J. L., Johnston J. D, Zahn R, Elko G. W. Computer-steered microphone arrays for sound transduction in large rooms // JASA, Nov 1985. Vol. 78, pp. 1508-1518.

29. Flanagan J. L, Mammone R, Elko G. W. Autodirective microphone systems for natural communication with speech recognizers // Proceedings of the Workshop on Speech and Natural Language. Pacific Grove, California, February 19 22, 1991, pp. 170-175.

30. Flanagan J. L., Surendran A. C., Jan E. E. Spatially selective sound capture for speech and audio processing // Speech Communication, 1993. Vol. 13, pp. 207-222.

31. Forssen U. Adaptive bilinear digital filters // IEEE Trans. Circuits Syst. II Analog and Digital Signal Proc., Nov. 1993. Vol. 40. No. 11, pp. 729-735.

32. Friedman D. H. Pseudo-maximum-likelihood speech pitch extraction // IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing. June 1977. Vol. ASSP-25, pp. 213-221.

33. Fris H., Feldman C. A multiple unit steerable antenna for shortwave reception//Bell System Technical Journal, 1937. Vol. 16, pp. 337-419.

34. Frost O. L. An algorithm for linear constrained adaptive beamforming // Proc. of IEEE, 1972. Vol. 60, pp. 926-935.

35. Furui S. Cepstral Analysis techique for automatic speaker verification // IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, April 1981. Vol. ASSP-29, pp. 254-272.

36. Godara L. C. Applications of antenna arrays to mobile communications, part i: Performance improvement, feasibility, and system considerations // Proceedings ofthe IEEE, 1997. Vol. 85. No. 7, pp. 1031-1060.

37. Godara L. C. Applications of antenna arrays to mobile communications, part ii: Beamforming and direction-of-arrival considerations // Proceedings of the IEEE, 1997. Vol. 85, No. 8. pp. 1195-1245.

38. Griffiths L. J. Jim C. W. An alternative approach to linearly constrained adaptive beamforming // IEEE Trans, on Antennas and Propagation, Jan. 1982. Vol. 30. No. 1, pp. 27-34.

39. Hirsch H. G., Hellwig K., Dobler S. Speech recognition at multiple samplingthrates // Proceedings of 7 European conference on speech communication and technology. Eurospeech 2001- Scandinavia Vol. 3, pp. 1837-1840.

40. House D., Beskow J., Granstrom B. Timing and interaction of visual cues for prominence in audiovisual speech perception // Proceedings of 7th European conference on speech recognition and technology. Eurospeech 2001 Scandinavia. Vol. 1, pp.387-390.

41. Howells P.W. Intermediate frequency sidelobe canceler. U.S. Patent 3202990, August 24,1965.

42. Hughes Т. В., Kim H. S., DiBiase J. H., Silverman H. F. Performance of an HMM speech recognizer using a real-time tracking microphone array as input // IEEE Trans, on Speech and Audio Proc. May 1999. Vol. 7, pp.346349.

43. Inore M., et al. Microphone array design measures for hands- free speech recognition // 5th European conf. on speech communication and technology. Rhodes, Greece, 22-25 Sept. 1997. Vol.l, pp. 331-334.

44. Jiri S., Vratislav D. Multi-channel noise reduction using wavelet filter bank // Proceedings of 7th European conference on speech communication and technology. Eurospeech 1997. Vol, pp. 2591-2594.

45. John F. D., Richard J. M. A fast method for regularized adaptive filtering // Digital Signal Processing, Jan. 1992. Vol. 2. No. 1, pp. 14-26.

46. Juang В. H., Rabiner L.R., Wilpon J.G. On the Use of bandpass filtering in speech recognition // IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing. July 1987. Vol. ASSP-35, pp. 947-954.

47. Karjalainen M., Paatero T. Generalized source-filter structures for speech synthesis // Proceedings of 7th European conference on speech communication and technology. Eurospeech 2001- Scandinavia Vol. 4, pp. 2271-2274.

48. Kellermann W. A self-steered digital microphone array // In Proceedings of 1992 ICASSP, March 1991. Toronto, Canada, pp. 3581-3584.

49. Kleban J, Gong Y. HMM adaptation and microphone array processing for distant speech recognition // Proc. ICASSP '00, 2000, Istanbul, Turkey, pp. 1411-1414.

50. Knight W. C., Pridham R. G., Kay S. M. Digital signal processing for sonar //Proceedings of the IEEE, 1981. Vol. 69. No. 11, pp. 1451-1507.

51. Koutras A., Dermatas E., Kokkinakis G. Blind speech separation of moving speakers using hybrid neural networks // Proceedings of 7th European conference on speech communication and technology. Eurospeech 2001-Scandinavia Vol. 2, pp. 997-1000.

52. Kurita S., Sauwatari H., Kajita S., Takeda K., Itakura F. Evaluation of blind signal separation method using directivity pattern under reverberant conditions // Proc. ICASSP '00. 2000, Istanbul, Turkey, pp. 3140-3143.

53. Laakso Т., Vlimki V., Karjalainen M., Laine U. Splitting the unit delay -tools for fractional delay filter design // IEEE Signal Processing Magazine, Jan 1996. Vol. 13, pp. 30-60.

54. Lee J., Kim J. Y. An Efficient lipreading method using the symmetry of lip // Proceedings of 7th European conference on speech communication and technology. Eurospeech 2001- Scandinavia Vol. 2, pp. 1019-1022.

55. Liu Q. G, Champagne B, Kabal P. A microphone array processing technique for speech enhancement in a reverberant space // Speech Communication, 1996. Vol. 18, pp. 317-334.

56. Lockwood P., Boudy J. Experiments with a nonlinear spectral subtractor (NSS), Hidden Markov Models and the projection, for robust speech recognition in cars // Speech Communication, 1992. Vol. 11, pp. 215-228.

57. Lorenzelli F., Wang A., Korompis D., Hudson R., Yao K. Optimization and performance of broadband microphone arrays // Proceedings, SPIE. February 1995. Vol, pp. 158-168.

58. Ludwing Т., Heute U. Detection of digital transmission system for voice quality measurements // Proceedings of 7th European conference on speech communication and technology. Eurospeech 2001- Scandinavia Vol. 3, pp. 1699-1702.

59. Mahmoudi D. A microphone array for speech enhancement using multi-resolution wavelet transform // 5lh European conf. on speech communication and technology. Rhodes, Greece, 22-25 Sept. 1997. Vol.1, pp.339-342.

60. Martyn C. J., Singh S. D. Automated lip synchronization for human-computer interaction and special effect animation // Proceedings of 5th European conference on speech communication and technology. Eurospeech 1997 (ESCA). Vol. 2, pp.891-894.

61. Masgrau E., Aguilar L, Lleida E. Performance comparison of several adaptive schemes for microphone array beamforming // Proceedings of 6th European conference on speech communication and technology. Eurospeech 1999 (ESCA). Vol.6, pp. 2615-2618.

62. Matousek J., Psutka J., Kruta J. Design of speech corpus for text-to-speech synthesis // Proceedings of 7th European conference on speech communication and technology. Eurospeech 2001- Scandinavia Vol. 3, pp. 2047-2050.

63. Michael L. S., Raj B. Calibration of microphone arrays for improved speech recognition // Proceedings of 7th European conference on speech communication and technology. Eurospeech 2001- Scandinavia Vol. 2, pp. 1005-1008.

64. Miyoshi M., Kaneda Y. Inverse filtering of room acoustics // IEEE Trans, on Acoustics Speech and Signal Processing, Feb. 1988. Vol. 36, pp. 145-152.

65. Montacie C., Jose M. C. Sound channel video indexing // Proceedings of 7th European conference on speech communication and technology. Eurospeech 1997. Vol, pp. 2359-2362.

66. Moses R.L., Beex A.A. Instrumental variable adaptive array processing // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. March 1988.Vol. 24, pp. 192-201.

67. Nagana Y., Tsuboi H. A two-channel adaptive microphone array with target tracking // 5th European conf. on speech communication and technology. Rhodes, Greece, 22-25 Sept. 1997. Vol.1, pp.343-346.

68. Nakadai K., Okuno H. G., Kitano H. Real-time sound source localization and separation for robot audition // Proceedings IEEE International Conference on Spoken Language Processing, 2002, pp. 193-196.

69. Neely S. Т., Allen J. B. Invertibility of a room impulse response // J. Acoust. July 1979. Soc. Am. Vol. 66. pp. 165-169.

70. Nordholm S., Claesson I., Dahl M. Adaptive microphone array employing calibration signals: an analytical evaluation // IEEE Trans, on Speech and Audio Proc., May 1999. Vol. 7, pp. 241-252.

71. Omologo M, and Svaizer P. Acoustic event localization using crosspower-spectrum phase based technique // Proc. ICASSP '94, pp. 273-276.

72. Parra L. C., Alvino С. V. Geometric source separation: Merging convolutive source separation with geometric beamforming // IEEE Transactions on Speech and Audio Processing, 2002. Vol. 10. No. 6, pp. 352-362.

73. Peter J. M. Spectral tilt as a perturbation-free measurement of noise levels in voice signals // Proceedings of 7th European conference on speech communication and technology. Eurospeech 2001- Scandinavia Vol. 2, pp. 1495-1498.

74. Putnam W., Rocchesso D., Smith J. A numerical investigation of the invertibility of room transfer functions // Proc. IEEE ASSP Workshop on App. of Sig. Proc. to Audio and Acoust. '95, Mohonk, NY, pp. 249-252.

75. Qureshi S. U. H. Adaptive equalization // Proc. IEEE, Sept. 1985. Vol. 73. No. 9, pp. 1349-1387.

76. Rabiner L. R. A tutorial on Hidden Markov Models and selected applications in speech recognition // Proceedings of the IEEE, Feb. 1989. Vol. 77, pp. 257-286.

77. Renevey P., Drygajlo A. Entropy based voice activity detection in very noisy conditions // Proceedings of 7th European conference on speech communication and technology. Eurospeech 2001- Scandinavia Vol. 3, pp. 1887-1890.

78. Rissanen J. Modeling by shortest data description // Automatica. 1978. Vol. 14, pp. 465-471.

79. Shukla P. K., Turner L. F. Channel-estimation-based adaptive DFE for fading multipath radio channels // IEE Proc., Dec. 1991. Vol. 138. No. 6, pp. 525-543.

80. Sharma, S., et al. Feature extraction using non-linear transformation for robust speech recognition on the Aurora database // Int. Conf. on Acoustics, Speech and Signal Processing, 2000, Istanbul, Turkey, pp.1117-1120.

81. Shdaifat I., Grigat R., Lutgert S. Viseme recognition using multiple feature matching // Proceedings of 7th European conference on speech communication and technology. Eurospeech 2001 Scandinavia. Vol. 4, pp. 2431-2434.

82. Stadermann J., Stahl V., Rose G. Voice activity detection in noisy environments // Proceedings of 7th European conference on speechcommunication and technology. Eurospeech 2001- Scandinavia Vol. 3, pp. 1851-1854.

83. Steele A. Comparison of directional and derivative constraints for beamformers subject to multiple linear constraints // IEEE Proceedings, 1983. Vol. 130. No. 1, pp. 41-45.

84. Silverman H. F., Kirtman S. E. A two-stage algorithm for determining talker location form linear microphone array data // In Computer Speech and Language, 1992. Vol. 6, pp. 129-152.

85. Sullivan Т. M. Multi-microphone correlation-based processing for robust automatic speech recognition. Ph.D. Dissertation. Carnegie Mellon University, August, 1996.

86. Takao K., Fujita M., Nishi T. An adaptive antenna array under directional constraint // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1976. Vol. 24, no. 5, pp. 662-669.

87. Thiran J. Recursive digital filters with maximally flat group delay // IEEE Trans. Circuit Theory, 1971. Vol. 18, no. 6, pp. 659-664.

88. Valin J.M., Rouat J., Michaud F. Microphone array post-filter for separation of simultaneous non-stationary sources // Proceedings IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing, 2004, pp. 452462.

89. Wester M. Automatic classification of voice quality: Comparing regression models and hidden Markov models // In Proc. of VOICEDATA98, Symposium on Databases in Voice Quality Research and Education, Utrecht, 1998, pp. 92-97.

90. Wax M., Kailath T. Detection of signals by information theoretic criteria // IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, April 1985. Vol. ASSP-33, pp. 387-392.

91. Yoh'ichi Tohkura. A weighted cepstral distance measure for speech recognition // IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, October 1987. Vol. ASSP-35, pp. 1414-1422.

92. Антонью А. Цифровые фильтры: анализ и проектирование. М.: Радио и связь, 1983.-320 с.

93. Балякин И.А., Егоров Ю.М., Родзивалов В.А. Приборы с переносом заряда в радиотехнических устройствах обработки информации. М.: Радио и связь, 1987. -173 с.

94. Барских М.Е., Горяйнова О.О., Павленко А.Н. Программный модуль для работы со звуковыми данными // Научная сессия МИФИ-2000. Сборник научных трудов. В 13 томах. Т. 13. М.:МИФИ, 2000. -С.46-47.

95. Вемян Г.В. Передача по сетям электросвязи. М.: Радио и связь, 1985. -272с.

96. Блейхут Р. Быстрые алгоритмы цифровой обработки сигналов. М.: Мир, 1989.-448 с.

97. Васильев Д.В. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебное пособие для вузов. М.: Радио и связь, 1982. 528 с.

98. Гутников B.C. Фильтрация измерительных сигналов. Л.: Энергоатомиздательство, 1990. 192 с.

99. Даджион Д., Мерсеро Р. Цифровая обработка многомерных сигналов. М.: Мир, 1988.- 488 с.

100. Данилов Р.В., Ельцова С.А., Иванов Ю.П. и др. Применение интегральных микросхем в электронной вычислительной технике: Справочник . М.: Радио и Связь, 1987. -384 с.

101. Долуханов М.П. Распространение радиоволн. М.: Радио и Связь, 1972. -С.33-49.

102. Жодзишский М.И., Мазепа Р.Б., Овсянников Е.П и др. Цифровые радиоприемные системы:. М.: Радио и связь, 1969. -320 с.

103. Калабеков Б.А. Микропроцессоры и их применение в системах передачи и обработки сигналов. М.: Радио и связь, 1988. -104 с.

104. Кловский Д.Д. М. Теория передачи сигналов: учебник для институтов связи. Радио и Связь, 1973. - 376 с.

105. Кузнецов Ю.А., Шилин В.А. Микросхемотехника БИС на приборах с зарядовой связью. М.: Радио и связь, 1988. -160 с.

106. Кузьмин С.З. Цифровая обработка радиолокационной информации. Современное радио, 1967. 400 с.

107. Меерзон Б. Многодорожечные рекордеры. Обзор «Звукорежисер», №7 (сентябрь) 2000г, -С.5-37.

108. Мьо Ти Ха, Илиницкий А.А., Алюшин А.В., Павленко А.Н. Модуль сигнальной обработки на основе процессора ADSP21061L. для опытного образца отечественного гамма-томографа // Электроника, микро- и наноэлектроника. Сб. научн.трудов.-МИФИ, 2004.-С.250-251.

109. Мьо Ти Ха, Мьо Ньюнт Вин, Мьят Вин Тун, Калиуллин Р.И. Исследование диаграммы направленности микрофонных решеток // Научная сессия МИФИ 2005. Сб. Научн. трудов. В 15 томах. Т. 15. Конференция «Молодежь и наука». М.:МИФИ, 2005. - С.109-112.

110. Мьо Ти Ха. Разработка системы разделения нескольких источников звуковых сигналов на основе микрофонной решетки для мобильногоробота // Электроника, микро и нано электроника. Сборник научных трудов / Под ред. В.Я. Стенина. -М.:МИФИ,2005.-С.183-185.

111. Мьо Ти Ха. Анализ сигналов на основе АКС-3166 логического анализатора для микрофонной решетки в системе распознавания речи // Научная сессия МИФИ 2006. Сб. Научн. трудов. В 16 томах. Т. 16. Конференция «Молодежь и наука». М.:МИФИ, 2006. - С.89-91.

112. Мьо Ти Ха. Испозование микрофонных решетов для улучшения качества записываемого сигнала в условиях сильного шума // Научная сессия МИФИ -2007. Сб. Научн. Трудов. В 17 томах. Т.1. М: МИФИ, 2007.-С.154-155.

113. Мьо Ти Ха. Современное состояние и перспективы развития микрофонных решетов // Научная сессия МИФИ -2007. Сб. Научн. Трудов. В 17 томах. Т. 17. Конференция «Молодежь и наука» М: МИФИ, 2007.-С.82-83.

114. Мьо Ти Ха. Адаптивная система подавления помех в микрофонной решетке // Научная сессия МИФИ -2007. Сб. Научн. Трудов. В 17 томах. Т. 17. Конференция «Молодежь и наука» М:МИФИ, 2007.-С.89-90.

115. Мьо Ти Ха. Многоканальный микрофонный силитель // Научная сессия МИФИ -2007. Сб. Научн. Трудов. В 17 томах. Т. 17. Конференция «Молодежь и наука» М: МИФИ, 2007.-С.95-96.

116. Мьо Ти Ха, Алюшин М.В. Многоканальный усилитель для 2D и 3D микрофонных решеток // Известия вусов. Электроника.№4. 2007.-С.91-93.

117. Мьо Ти Ха, Алюшин М.В. Аналого-цифровой способ компенсации разницы фаз в многоканальных акустических решетках // Электроника, микро- и наноэлектроника. Сборник научных трудов / Под ред. В.Я. Стенина. -М.: МИФИ, 2007.-С.93-95.

118. Мьо Ти Ха, Алюшин М.В. Аппаратные и программные средства реального времени для одно- и двумерных микрофонных решеток // Электроника, микро- и наноэлектроника. Сборник научных трудов / Под ред. В.Я. Стенина. -М.: МИФИ, 2007.-С.96-98.

119. Оппенгейм А.В., Шафер Р.В. Цифровая обработка сигналов. Перевод с английского. М.: Радио и Связь, 1979. 416 с.

120. Покровский Н.Б. Расчет и измерение разборчивости речи. М.: Радио и Связь, 1962.-391с.

121. Рабинер JL, Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. -М.: Мир, 1978. 848 с.

122. Ушкар М.Н. Микропроцессорные устройства в радиоэлектронной аппаратуре. М.: Радио и Связь, 1988. -128 с.

123. Фланаган Д.Л. Анализ, синтез и восприятие речи: Перевод с английского. М.: Радио и Связь, 1968. -392с.

124. Хемминг Р.В. Цифровые фильтры. М.: Недра, 1987. -221 с.