專利名稱：一種基于聲信號(hào)處理的動(dòng)物監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于聲信號(hào)處理的動(dòng)物監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)，屬于生態(tài)監(jiān)測(cè)及聲信號(hào)識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
動(dòng)物利用聲音進(jìn)行信息交流，發(fā)聲對(duì)自然界動(dòng)物的種間識(shí)別、求偶、種群延續(xù)至關(guān)重要。通過(guò)對(duì)動(dòng)物聲信號(hào)進(jìn)行研究可以了解動(dòng)物個(gè)體之間的通訊，如個(gè)體識(shí)別和物種識(shí)別、性選擇等；同樣在分類學(xué)中，動(dòng)物聲信號(hào)也起著重要的作用，既可發(fā)現(xiàn)新物種，還可評(píng)估物種地位等級(jí)和分析系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系。因此動(dòng)物聲信號(hào)研究也被廣泛應(yīng)用于神經(jīng)生物學(xué)、動(dòng)物行為學(xué)、進(jìn)化生物學(xué)等領(lǐng)域。因此，應(yīng)當(dāng)充分分析對(duì)比動(dòng)物聲信號(hào)的特征差異，積累研究材料，為深入開展動(dòng)物聲信號(hào)研究研究、建立專業(yè)樣本數(shù)據(jù)庫(kù)奠定基礎(chǔ)?！るS著嵌入式技術(shù)和聲信號(hào)處理方法的蓬勃發(fā)展，使得更長(zhǎng)時(shí)間的野外聲音監(jiān)測(cè)及動(dòng)物物種、習(xí)性精確識(shí)別逐漸成為了可能。在國(guó)外，已經(jīng)開發(fā)出類似基于聲音號(hào)研究動(dòng)物習(xí)性的產(chǎn)品，但因技術(shù)壟斷造成其軟硬件價(jià)格過(guò)高，不利于在國(guó)內(nèi)推廣。

實(shí)用新型內(nèi)容為了解決以上問(wèn)題，本實(shí)用新型提出一種基于聲信號(hào)處理的動(dòng)物監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)，采用大量先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)及統(tǒng)計(jì)學(xué)算法，自動(dòng)提取動(dòng)物聲信號(hào)中的特征成分進(jìn)行分析辨識(shí)；本實(shí)用新型適用于區(qū)域性生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)，受天氣、溫度等外界因素影響較小，同時(shí)，可大大降低成本。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)包括麥克風(fēng)I、編碼器2、DSP芯片3、IXD屏幕4、鍵盤5、EEPR0M模塊6、GPS模塊7、SD卡8、播放喇叭9 ;麥克風(fēng)I和播放喇叭9通過(guò)3. 5英寸音頻接口與編碼器2相連接，編碼器2與DSP芯片3連接，IXD屏幕4及鍵盤5通過(guò)EMIF總線與DSP芯片3相連接，SD卡8通過(guò)SD卡插槽接口與DSP芯片3相連接，EEPROM模塊6通過(guò)SPI總線與DSP芯片3相連接，GPS模塊7通過(guò)串口線與DSP芯片3相連接。所述的麥克風(fēng)I采用頻響范圍為20Hz-20KHz，信噪比大于62dB的電容式麥克風(fēng)，其靈敏度為_36±4dB ;所述的編碼器2采用TLV320AIC3120，位寬為16/20/24/32-Bit，ADC信噪比為90dB，采樣頻率為4kHz-384kHz ;所述的DSP芯片3采用DSP的I/O 口模擬SD卡協(xié)議，最大支持32GB容量的SDHC (SD2. O)卡，讀寫速度最高為IMB/s，音頻數(shù)據(jù)以無(wú)壓縮的.WAV格式或無(wú)損壓縮的.FLAC (Free Lossless Audio Codec)格式保存至SD卡,壓縮編碼由DSP實(shí)時(shí)完成，確保能進(jìn)行野外長(zhǎng)時(shí)間錄音；所述的GPS模塊7，具有定位功能，可以在錄制聲信號(hào)的同時(shí)記錄地理位置信息。所述的IXD屏幕4、鍵盤5、EEPROM模塊6、SD卡8、播放喇叭9為市售的普通元件。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果采用大量先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)及統(tǒng)計(jì)學(xué)算法，自動(dòng)提取動(dòng)物聲信號(hào)中的特征成分進(jìn)行分析辨識(shí)；本實(shí)用新型適用于區(qū)域性生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)，受天氣、溫度等外界因素影響較小，同時(shí)，可大大降低成本。

圖I為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)連接示意圖；圖2為本實(shí)用新型中DSP芯片結(jié)構(gòu)連接示意圖。圖中1-麥克風(fēng)、2-編碼器、3-DSP芯片、4-LCD屏幕、5-鍵盤、6-EEPR0M模塊、7-GPS模塊、8-SD卡、9-播放喇叭、10-RTC子模塊、11-Low Power子模塊、12-DMA子模塊、13-SD Controller 子模塊。
具體實(shí)施方式
下面參考附圖對(duì)本實(shí)用新型典型實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但本實(shí)用新型的保護(hù)內(nèi) 容不限于所述范圍。如圖I所示監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)包括麥克風(fēng)I、編碼器2、DSP芯片3、IXD屏幕4、鍵盤
5,EEPROM模塊6,GPS模塊7、SD卡8、播放喇叭9 ;麥克風(fēng)I和播放喇叭9通過(guò)3. 5英寸音頻接口與編碼器2相連接，編碼器2與DSP芯片3連接，IXD屏幕4及鍵盤5通過(guò)EMIF總線與DSP芯片3相連接，SD卡8通過(guò)SD卡插槽接口與DSP芯片3相連接，EEPROM模塊6通過(guò)SPI總線與DSP芯片3相連接，GPS模塊7通過(guò)串口線與DSP芯片3相連接。所述的麥克風(fēng)I采用頻響范圍為20Hz-20KHz，信噪比大于62dB的電容式麥克風(fēng)，其靈敏度為_36±4dB ;所述的編碼器2采用TLV320AIC3120，位寬為16/20/24/32-Bit，ADC信噪比為90dB，采樣頻率為4kHz-384kHz ;所述的DSP芯片3內(nèi)建RTC10、Low PowerlUDMA12、SD ControIIer13四個(gè)子模塊，分別實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)間及定時(shí)、低功耗睡眠狀態(tài)、直接內(nèi)存讀寫、SD卡讀寫控制功能采用DSP的I/O 口模擬SD卡協(xié)議，最大支持32GB容量的SDHC (SD2. O)卡，讀寫速度最高為IMB/s，音頻數(shù)據(jù)以無(wú)壓縮的.WAV格式或無(wú)損壓縮的.FLAC(Free Lossless Audio Codec)格式保存至SD卡,壓縮編碼由DSP實(shí)時(shí)完成,確保能進(jìn)行野外長(zhǎng)時(shí)間錄音；所述的GPS模塊7，具有定位功能，可以在錄制聲信號(hào)的同時(shí)記錄地理位置信息。所述的IXD屏幕4、鍵盤5、EEPROM模塊6、SD卡8、播放喇叭9為市售的普通元件，IXD屏幕4、鍵盤5用以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。如圖2所示本實(shí)用新型的工作原理首先將采集到的動(dòng)物聲信號(hào)載入分析系統(tǒng)中；通過(guò)改變亮度、對(duì)比度、色調(diào)、飽和度等顏色參數(shù)對(duì)聲譜圖顏色顯示進(jìn)行調(diào)整，以凸顯特征信號(hào)成分；調(diào)整STFT分幀長(zhǎng)度、窗函數(shù)類型、窗長(zhǎng)度及窗口重疊比，使時(shí)頻分辨率達(dá)到理想程度；改變圖譜線性刻度為對(duì)數(shù)刻度以放大低頻壓縮高頻，同時(shí)使用帶通濾波器限制分析帶寬；框選信號(hào)分析范圍并借由高級(jí)聯(lián)合時(shí)頻分析算法對(duì)其進(jìn)行背景降噪，可通過(guò)設(shè)置閾值及選取任意信號(hào)塊得到降噪后的信號(hào)，可對(duì)降噪前后信號(hào)進(jìn)行對(duì)比播放(播放超聲時(shí)需要超聲聲卡及功放)；通過(guò)對(duì)局部信號(hào)進(jìn)行功率譜、倒譜、包絡(luò)譜、倍頻程、過(guò)零點(diǎn)分析等分析手段測(cè)量局部信號(hào)特征；借由門函數(shù)分析聲音時(shí)間模式(信號(hào)/靜默時(shí)間、脈沖間隔)，通過(guò)脈沖序列分析，自動(dòng)測(cè)量時(shí)間波形的時(shí)間參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)脈沖計(jì)數(shù)測(cè)量(脈沖間隔、持續(xù)時(shí)間、幅值和時(shí)間戳)；進(jìn)行局部信號(hào)分析或由專家確定該動(dòng)物物種及習(xí)性后，可將其作為樣本存入樣本數(shù)據(jù)庫(kù)；將當(dāng)前分析信號(hào)的多種統(tǒng)計(jì)值及特征量通過(guò)蟻群算法、粒子群算法、差分優(yōu)化算法等優(yōu)選算法，與數(shù)據(jù)庫(kù)中樣本進(jìn)行相似度比較及目標(biāo)尋優(yōu)。進(jìn)而利用聚類分析、判別分析等多元統(tǒng)計(jì)分析手段對(duì)尋優(yōu)結(jié)果進(jìn)行歸類，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)物物種及習(xí)性的有效辨識(shí)。本實(shí)用新型通過(guò)附圖進(jìn)行說(shuō)明的，在不脫離本實(shí)用新型范圍的情況下，還可以對(duì)本實(shí)用新型專利進(jìn)行各種變換及等同代替，因此，本實(shí)用新型專利不局限于所公開的具體實(shí)施過(guò)程，而應(yīng)當(dāng)包括落入本實(shí)用新型專利權(quán)利要求范圍內(nèi)的全部實(shí)施方案。
權(quán)利要求1.一種基于聲信號(hào)處理的動(dòng)物監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)，其特征在于監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)包括麥克風(fēng)、編碼器、DSP芯片、IXD屏幕、鍵盤、EEPROM模塊、GPS模塊、SD卡、播放喇叭；麥克風(fēng)和播放喇叭通過(guò)3. 5英寸音頻接口與編碼器相連接，編碼器與DSP芯片連接，IXD屏幕及鍵盤通過(guò)EMIF總線與DSP芯片相連接，SD卡通過(guò)SD卡插槽接口與DSP芯片相連接，EEPROM模塊通過(guò)SPI總線與DSP芯片相連接，GPS模塊通過(guò)串口線與DSP芯片相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于聲信號(hào)處理的動(dòng)物監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)，其特征在于所述的麥克風(fēng)采用頻響范圍為20Hz-20KHz，信噪比大于62dB的電容式麥克風(fēng)，其靈敏度為-36±4dB。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于聲信號(hào)處理的動(dòng)物監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)，其特征在于所述的編碼器采用TLV320AIC3120，位寬為16/20/24/32_Bit，ADC信噪比為90dB，采樣頻率為4kHz-384kHz。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于聲信號(hào)處理的動(dòng)物監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)，其特征在于所述的DSP芯片采用DSP的I/O 口模擬SD卡協(xié)議，最大支持32GB容量的SDHC卡，讀寫速度最高為IMB/s，音頻數(shù)據(jù)以無(wú)壓縮的WAV格式或無(wú)損壓縮的FLAC格式保存至SD卡，壓縮編碼由DSP實(shí)時(shí)完成，確保能進(jìn)行野外長(zhǎng)時(shí)間錄音。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于聲信號(hào)處理的動(dòng)物監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)，其特征在于所述的GPS模塊，具有定位功能，在錄制聲信號(hào)的同時(shí)記錄地理位置信息。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于聲信號(hào)處理的動(dòng)物監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)，屬于生態(tài)監(jiān)測(cè)及聲信號(hào)識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域；監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)包括麥克風(fēng)、編碼器、DSP芯片、LCD屏幕、鍵盤、EEPROM模塊、GPS模塊、SD卡、播放喇叭；麥克風(fēng)和播放喇叭通過(guò)3.5英寸音頻接口與編碼器相連接，編碼器與DSP芯片連接，LCD屏幕及鍵盤通過(guò)EMIF總線與DSP芯片相連接，SD卡通過(guò)SD卡插槽接口與DSP芯片相連接，EEPROM模塊通過(guò)SPI總線與DSP芯片相連接，GPS模塊通過(guò)串口線與DSP芯片相連接；本實(shí)用新型采用大量先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)及統(tǒng)計(jì)學(xué)算法，自動(dòng)提取動(dòng)物聲信號(hào)中的特征成分進(jìn)行分析辨識(shí)；本實(shí)用新型適用于區(qū)域性生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)，受天氣、溫度等外界因素影響較小，同時(shí)，可大大降低成本。
文檔編號(hào)G10L17/26GK202736476SQ201220387550
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月7日
發(fā)明者潘楠, 伍星 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)