Robin Gruber Abschlussvortrag Rumliche Ortung und Separation von
Robin Gruber Abschlussvortrag Räumliche Ortung und Separation von Geräuschquellen für den Bereich der mobilen Servicerobotik
Inhalt o o o Motivation, Umfang und Besonderheiten Bisherige Ansätze Subtraktiver Beamformer Hardware Software Ergebnise
Motivation o o o Schallquelle stellt immer ein Hindernis dar. Steuerung eines simulierten Richtmikrofons auf einen Sprecher Sprachliche Steuerung eines Roboters
Umfang o Hardware o o o Mikrofonständer Verstärker Software o o o Schallortung Sprachaktivitätsdetektor Simuliertes Richtmikrofon
Besonderheiten o o o o Störgeräusche durch den Roboter Körperschall / Vibrationen Zu ortende Schallquellen und Roboter nicht statisch „Elektisch laute“ Umgebung Ortung verschiedenster Geräusche Praktisch omnidirektionale Ortung erforderlich Low-Cost-Lösung
Bisherige Ansätze Steered Beamformer Suche eines simulierten Richtmikrofons nach der Richtung der maximalen einfallenden Schallenergie
Bisherige Ansätze Steered Beamformer
Bisherige Ansätze Laufzeitdifferenzschätzung (TDOA) Messen der Zeitdifferenz zwischen den ankommenden Signalen z. B. durch o Kreuzkorrelation o Phasenkreuzkorrelation o Adaptive Filter
Subtraktiver Beamformer Verschiebung der gefensterten Signale gegeneinander mit Differenzbildung und Suche nach dem Minimum
Subtraktiver Beamformer Entspricht einem Beamformer mit Differenzbildung der Mikrofonsignale
Subtraktiver Beamformer Minimum bei Differenz steiler als Maximum bei Summe
Subtraktiver Beamformer Zweidimensionale Ortung durch Kombination von sechs Mikrofonpaaren aus vier Mikrofonen
Subtraktiver Beamformer Vorteile: o Einfacher Algoritmus o Keine Iteration erforderlich o Ausschließen von Raumbereichen möglich
Aufbau der Hardware o o Verwendung von vier sehr kleinen Mikrofonen mit jeweils gleichem Abstand (20 cm) untereinander (Tetraeder) zur Bildung von sechs Mikrofon-Paaren Vorverstärker direkt am Mikrofon
Aufbau der Hardware o o o Lagerung des Mikrofonständers auf einer Masse. Feder-Körperschalldämpfung Regelbarer Nachverstärker mit Sync-Signal. Generator Zwei synchronisierte Soundkarten
Software o Soundbibliothek o o o Plugins für o o o o Liest die Daten von den Soundkarten oder aus einer Datei Soundapplikationen können sich „einhängen“ und erhalten Sounddaten in individuellen Fensterbreiten Ortung Virtuelles Richtmikrofon (Beamformer) Sprachaktivitätsdetektion Oszilloskop und Aussteuerungsanzeige Richtcharakteristiksimulation Vierspur-Rekorder Synchronitäts-Messung
Ergebnisse Ortung von Sprache in einem stark verhallten Raum mit einigen Computern als Störgeräuschquellen Abweichungen von mehr als ± 4° wurden als falsch gewertet Trefferquoten: 1 m Abstand zur Quelle: 82% 2 m Abstand zur Quelle: 59% 4 m Abstand zur Quelle: 27%
Spektren Spektrum eines Sprachsignals Spektrum eines Musiksignals
Verzögerungen
Richtcharakteristik bei Verwendung von vier Mikrofonen
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