王順利　洪強(qiáng)　黃歡

摘 要 目標(biāo)聲音識(shí)別技術(shù)是語(yǔ)音識(shí)別的一個(gè)重要分支，它極大地提高了人們的工作效率，生活質(zhì)量和服務(wù)質(zhì)量。但由于語(yǔ)音變化范圍大，聲音識(shí)別系統(tǒng)精確匹配困難，聲音容易收到音質(zhì)，速度和背景噪聲的影響而降低識(shí)別能力。隨著語(yǔ)音信號(hào)處理技術(shù)的深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：人的聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)對(duì)聲音配合物具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，它可以準(zhǔn)確地提取目標(biāo)聲特性并辨別聲音的方向和內(nèi)容，基于仿生學(xué)的聲源定位技術(shù)越來(lái)越受到人們的關(guān)注。

關(guān)鍵詞 仿生學(xué) 聲源定位技術(shù) 聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng) 聲音信號(hào) 目標(biāo)聲音

中圖分類(lèi)號(hào)：TB51 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1仿生學(xué)概覽

1.1仿生學(xué)的發(fā)展歷史

通過(guò)研究可以得出結(jié)論：一些植物和動(dòng)物具有類(lèi)似的功能，實(shí)際上超出人們關(guān)于這方面設(shè)計(jì)的方案需要。人們通過(guò)模仿動(dòng)物和植物在技術(shù)方面得以借鑒，是一個(gè)突破。仿生學(xué)是一門(mén)交叉學(xué)科，如工程仿生技術(shù)和生物科學(xué)相結(jié)合，近年來(lái)發(fā)展迅速。對(duì)于合理應(yīng)用生物學(xué)原理，不僅要找到一些長(zhǎng)期存在難題的解決方案，而要使這個(gè)方案完全適應(yīng)自然的需要。

仿生學(xué)研究生物學(xué)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，研究功能，信息控制與能量轉(zhuǎn)換等的優(yōu)良特性，而這些特性應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)，用于改善現(xiàn)有的技術(shù)，并建立一個(gè)全面的自動(dòng)設(shè)備，工藝，技術(shù)架構(gòu)配置系統(tǒng)等。從生物學(xué)的角度看，仿生學(xué)的一個(gè)分支，屬于生物學(xué)的應(yīng)用。仿生學(xué)作為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科，在1960年9月問(wèn)世，仿生學(xué)在俄亥俄州空軍基地的第一次會(huì)議在美國(guó)空軍航空局召開(kāi)了。從第二十世紀(jì)50年代以來(lái)，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，生物系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)發(fā)新技術(shù)的主要途徑。人們通過(guò)數(shù)學(xué)，化學(xué)，物理和數(shù)學(xué)模型，對(duì)生物系統(tǒng)的研究，并促進(jìn)生物學(xué)快速發(fā)展，而研究生物功能的機(jī)制也取得了很大的進(jìn)步。

1.2仿生學(xué)的應(yīng)用背景

仿生學(xué)已經(jīng)進(jìn)入了各行各業(yè)技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)革命的前沿，如在自動(dòng)控制，航空，航海等軍事領(lǐng)域都獲得了不少的成就?？茖W(xué)家的靈感來(lái)自與旗魚(yú)狀突起的長(zhǎng)針，開(kāi)發(fā)超音速飛機(jī)在高速飛行時(shí)產(chǎn)生刺耳聲的屏障；從鯨魚(yú)的形狀發(fā)展?jié)撏?；通過(guò)模仿蝙蝠的行為使雷達(dá)可以在任何時(shí)間根據(jù)脈沖參數(shù)的目標(biāo)檢測(cè)方法和調(diào)整方向，提高雷達(dá)的靈敏度和抗干擾的能力。

仿生學(xué)的任務(wù)是研究生物系統(tǒng)與生俱來(lái)的能力和原則，為這些能力與原則創(chuàng)建相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，并設(shè)計(jì)嶄新的設(shè)備，開(kāi)展了一個(gè)全新的應(yīng)用空間。聽(tīng)覺(jué)仿生模型應(yīng)該更全面地描述目標(biāo)聲識(shí)別過(guò)程。現(xiàn)在大多數(shù)的研究沒(méi)有在本質(zhì)上對(duì)聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)創(chuàng)建出一個(gè)合理的模型，特征提取不能夠完全體現(xiàn)出聲音的特點(diǎn)。因此，在聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)模型幾何部分中建立一個(gè)更精確的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)是發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1.3機(jī)器人聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)的應(yīng)用

隨著電子技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，仿人機(jī)器人（如圖1所示）的研究有了新的進(jìn)展，機(jī)器人聽(tīng)覺(jué)與視覺(jué)系統(tǒng)是智能機(jī)器人的重要標(biāo)志，已成為機(jī)器人研究領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向，是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與環(huán)境的相互作用和人機(jī)交互的一個(gè)重要手段。因?yàn)槁曇衾@過(guò)障礙，聽(tīng)覺(jué)可以由機(jī)器人多信息采集系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)功能，利用機(jī)器人的其他感官來(lái)彌補(bǔ)其他傳感系統(tǒng)無(wú)法通過(guò)非透明障礙物的缺點(diǎn)。此外，對(duì)于模擬人類(lèi)聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)的研究，也表明了人類(lèi)對(duì)于聽(tīng)覺(jué)生理能力所掌握的知識(shí)程度很高。

2聲源定位技術(shù)的發(fā)展

2.1聲源定位技術(shù)的應(yīng)用背景

聲源定位技術(shù)是對(duì)具有聽(tīng)力功能的耳朵進(jìn)行仿真，利用聲波傳感裝置接收聲音，聲音信號(hào)通過(guò)電子設(shè)備進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)并定位聲源識(shí)別的檢測(cè)，定位和聲源目標(biāo)跟蹤。利用被動(dòng)聲來(lái)定位，并對(duì)多通道信號(hào)分析與處理，得出一個(gè)或多個(gè)在平面或在空間域中的聲源空間坐標(biāo)，以獲得聲源位置。

聲源定位技術(shù)具有隱蔽性強(qiáng)，適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，成本低，逐漸受到世界各國(guó)的重視，在軍事和民用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。在水下感知目標(biāo)，在危險(xiǎn)的環(huán)境中應(yīng)用程序來(lái)完成戰(zhàn)場(chǎng)掃雷工作。聲探測(cè)技術(shù)在許多控制裝置中得到廣泛使用，如聲雷達(dá)，被動(dòng)聲納，語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)，視頻會(huì)議系統(tǒng)和輔助收聽(tīng)系統(tǒng)等。它可用于揚(yáng)聲器麥克風(fēng)陣列波束的方向控制，視頻會(huì)議系統(tǒng)的對(duì)準(zhǔn)；也可用于語(yǔ)音信號(hào)的預(yù)處理，提供高質(zhì)量的聲音信號(hào)，提高相關(guān)的系統(tǒng)功能；檢測(cè)管道泄漏的位置，管道泄漏后的聲波振動(dòng)會(huì)沿墻傳播，只要在管道泄漏的地方進(jìn)聲源振動(dòng)信號(hào)的采集，就可以通過(guò)兩個(gè)信號(hào)時(shí)延估計(jì)確定泄漏的位置；在電話會(huì)議中的聲源定位，語(yǔ)音信號(hào)接收不同談話的人，根據(jù)不同的傳感器位置接收聲音信息，確定發(fā)言人的立場(chǎng)；對(duì)于室內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)，安裝拾音器在走廊，房間，采集目標(biāo)方位角接收到的聲音信號(hào)，并進(jìn)一步記錄聲音和圖像目標(biāo)的信息。聲源定位技術(shù)具有應(yīng)用價(jià)值和廣闊的發(fā)展前景，值得研究。

2.2聲源定位技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

聲源定位技術(shù)是利用電子裝置來(lái)獲知聲音位置的信號(hào)處理技術(shù)。聲源定位技術(shù)可以分為被動(dòng)聲源定位和主動(dòng)聲源定位兩種。主動(dòng)定位包括發(fā)送和接收裝置，如雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的使用，根據(jù)目標(biāo)的接受波形來(lái)判斷的位置。被動(dòng)聲定位是接收裝置，與傳統(tǒng)的主動(dòng)聲源定位技術(shù)相比，它具有隱蔽性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，不易受電磁干擾。

參考文獻(xiàn)

[1] 郭策，戴振東，孫久榮.？生物機(jī)器人的研究現(xiàn)狀及其未來(lái)發(fā)展[J].機(jī)器人，2005（02）.

[2] 崔瑋瑋，曹志剛，魏建強(qiáng).？聲源定位中的時(shí)延估計(jì)技術(shù)[J].數(shù)據(jù)采集與處理，2007（01）.