Robin Gruber Abschlussvortrag

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1 Robin Gruber Abschlussvortrag
Räumliche Ortung und Separation von Geräuschquellen für den Bereich der mobilen Servicerobotik

2 Inhalt Motivation, Umfang und Besonderheiten Bisherige Ansätze
Subtraktiver Beamformer Hardware Software Ergebnise

3 Motivation Schallquelle stellt immer ein Hindernis dar.
Steuerung eines simulierten Richtmikrofons auf einen Sprecher Sprachliche Steuerung eines Roboters

4 Umfang Hardware Software Mikrofonständer Verstärker Schallortung
Sprachaktivitätsdetektor Simuliertes Richtmikrofon

5 Besonderheiten 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

6 Bisherige Ansätze Steered Beamformer
Suche eines simulierten Richtmikrofons nach der Richtung der maximalen einfallenden Schallenergie

7 Bisherige Ansätze Steered Beamformer

8 Laufzeitdifferenzschätzung (TDOA)
Bisherige Ansätze Laufzeitdifferenzschätzung (TDOA) Messen der Zeitdifferenz zwischen den ankommenden Signalen z.B. durch Kreuzkorrelation Phasenkreuzkorrelation Adaptive Filter

9 Subtraktiver Beamformer
Verschiebung der gefensterten Signale gegeneinander mit Differenzbildung und Suche nach dem Minimum

10 Subtraktiver Beamformer
Entspricht einem Beamformer mit Differenzbildung der Mikrofonsignale

11 Subtraktiver Beamformer
Minimum bei Differenz steiler als Maximum bei Summe

12 Subtraktiver Beamformer
Zweidimensionale Ortung durch Kombination von sechs Mikrofonpaaren aus vier Mikrofonen

13 Subtraktiver Beamformer
Vorteile: Einfacher Algoritmus Keine Iteration erforderlich Ausschließen von Raumbereichen möglich

14 Aufbau der Hardware Verwendung von vier sehr kleinen Mikrofonen mit jeweils gleichem Abstand (20cm) untereinander (Tetraeder) zur Bildung von sechs Mikrofon-Paaren Vorverstärker direkt am Mikrofon

15 Aufbau der Hardware Lagerung des Mikrofonständers auf einer Masse-Feder-Körperschalldämpfung Regelbarer Nachverstärker mit Sync-Signal-Generator Zwei synchronisierte Soundkarten

16 Software Soundbibliothek Plugins für Richtcharakteristiksimulation
Liest die Daten von den Soundkarten oder aus einer Datei Soundapplikationen können sich „einhängen“ und erhalten Sounddaten in individuellen Fensterbreiten Plugins für Ortung Virtuelles Richtmikrofon (Beamformer) Sprachaktivitätsdetektion Oszilloskop und Aussteuerungsanzeige Richtcharakteristiksimulation Vierspur-Rekorder Synchronitäts-Messung

17 Ergebnisse Ortung von Sprache in einem stark verhallten Raum mit einigen Computern als Störgeräuschquellen Abweichungen von mehr als ±4° wurden als falsch gewertet Trefferquoten: 1m Abstand zur Quelle: 82% 2m Abstand zur Quelle: 59% 4m Abstand zur Quelle: 27%

18

19 Spektren Spektrum eines Sprachsignals Spektrum eines Musiksignals

20 Verzögerungen

21 Richtcharakteristik Richtcharakteristik bei Verwendung von vier Mikrofonen