[发明专利]一种基于脉冲密度调制的声阵列供电与命令下行复用系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种基于脉冲密度调制的声阵列供电与命令下行复用系统及其控制方法，所述声阵列供电与命令下行复用系统包括上位机控制端、电源总线、多个分别通过声学终端节点与所述电压线相连接的声阵列，上位机的用户可以非常方便地向大面积的多个声传感器阵列同步发出简单的开关命令和动态参数设置命令信号。该信号以串行数据的格式，叠加在直流电源线上，同步发送给所有的声传感器阵列节点。该系统可实现对远距离多个声阵列节点的工作参数动态调整。

技术领域

本发明涉及声信号处理技术领域，特别是涉及一种基于脉冲密度调制的声阵列供电与命令下行复用系统及其控制方法。

背景技术

开放空间声传感器阵列是将一组声传感器按照一定方式布置在空间中，形成声传感器阵列，从而能够获取空间丰富的声信息，结合信号的处理算法，实现噪声抑制、混响去除、人声干扰抑制、声源测向、声源跟踪、阵列增益等功能，进而提高语音信号处理质量，提高真实环境下的语音识别率。针对阵列拓扑结构，主要有线阵，面阵，立体阵。声传感器阵列是阵列信号处理领域的一个发展前沿，被广泛应用在水声工程，环境噪声监测，语音交互，视频会议，智能家居，嵌入麦克风阵列的无人机救援等领域。针对不同工作场景，通过配置声传感器固定工作参数使其适应工作环境，这往往局限了声阵列的应用范围，所以对远距离多个声阵列节点的工作参数动态调整是亟需解决的重要课题和难题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的远距离多个声阵列节点的工作参数动态调整的问题，而提供一种基于脉冲密度调制的声阵列供电与命令下行复用系统。其主要应用场景是学校教室、医院、公共场所等需要大量采集声学信号的场所。以高校教室为例，若想实现无人监控的考场或远程录制教师公开课等功能，则需要在教室内实时采集教师和学生们的语音信号、音乐课的乐器声学信号或其他相关的各类信号，由多个麦克风组成的声传感器阵列是可应用于该类场景的一种传感器阵列。

本发明的另一个目的是提供一种声阵列供电与命令下行复用系统的控制方法，使中控室等上位机的用户可以非常方便地向大面积的多个声传感器阵列同步发出简单的开关命令和动态参数设置命令信号。该信号以串行数据的格式，叠加在直流电源线上，同步发送给所有的声传感器阵列节点。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种基于脉冲密度调制的声阵列供电与命令下行复用系统，包括上位机控制端、由地线和电压线组成的电源总线、多个与所述电压线相连接的声学终端节点，其中：

所述上位机控制端包括用于调整声阵列的动态参数并显示声阵列波形的上位机、用于调制所述动态参数的命令调制模块、用于给声阵列供电的大功率直流电源模块和用于叠加电源和命令信号的加法器，所述上位机通过命令调制模块与所述加法器的输入端连接，与所述地线相连接的大功率直流电源模块与所述加法器的输入端连接，所述加法器的输出端与所述电源总线的电压线相连接；

所述声学终端节点包括命令解调模块和声阵列单元，所述命令解调模块包括复用命令信号分离模块、同步时钟提取模块和脉冲密度调制信号的解调模块，其中，所述复用命令信号分离模块的输入端通过支路线与所述电压线相连接，所述复用命令信号分离模块的一输出端通过VCC支路与所述声阵列单元相连接以提供电源，所述复用命令信号分离模块的另一输出端通过脉冲密度调制信号的解调模块与所述声阵列单元相连接以传输命令信号，所述同步时钟提取模块的输入端与所述支路线相连接、输出端分别与所述复用命令信号分离模块和所述脉冲密度调制信号的解调模块相连接。

在上述技术方案中，所述命令调制模块包括依次连接的本地时钟、主控芯片和三态门，所述主控芯片包括与所述本地时钟通讯连接的基准时钟和与所述三态门通讯连接的脉冲密度调制单元。

在上述技术方案中，所述命令调制模块的主控芯片为ALTERA CycloneⅣEP4CE15F23C8N。