[發明專利]基于端點檢測的無線音頻傳感器網絡音頻媒體的同步方法

無效

• 申請號: 201010109204.0
• 申請日: 2010-02-08
• 公開（公告）號: CN101820310A
• 公開（公告）日: 2010-09-01
• 發明（設計）人: 羅紅;趙國濤;馬華東;孫巖
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04B7/26
• 分類號: H04B7/26;H04L7/00;G10L19/00;H04W84/18
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 夏憲富

技術領域

本發明涉及一種無線音頻傳感器網絡領域的新技術，確切地說，涉及一種 低復雜性、高精度的基于端點檢測的無線音頻傳感器網絡音頻媒體的同步方法， 屬于無線傳感器網絡的技術領域。

背景技術

隨著無線傳感器網絡技術的不斷發展，很多新的應用都要求能夠在傳統傳 感器網絡中傳輸音頻信息，從而獲得對監控區域更精確的理解，比如事件檢測、 目標跟蹤、緊急事件響應等。通常情況下，在這些應用中，傳感器節點采集音 頻流并傳輸給匯聚節點，匯聚節點采用信號處理技術從獲得的原始數據中提取 更豐富、更有意義的信息。但是，這種信號處理技術要求音頻流能夠實現相對 同步。例如，在目標跟蹤應用中，通過多個音頻節點的協作來評估目標在攝像 頭無法覆蓋區域的運動軌跡，如果音頻流不同步，將導致節點不能精確定位目 標。在數據融合系統中，為了抑制冗余信息的重復發送，識別同一事件的重復 事件的檢測，也需要音頻流的同步。總之，在無線音頻傳感器網絡中，音頻流 的同步是一種非常重要和實用的支撐技術。

目前的音頻同步算法主要分為兩類：

（1）基于全局時鐘的前提下實現：采集節點為每個音頻數據包添加統一時 間戳，匯聚節點對數據包緩存并排序，然后將音頻流根據時間戳對齊。這種方 法的缺點是：一方面為獲得全局時鐘，需要交換大量的同步消息，能量消耗很 大。尤其在事件驅動的應用中，全網在多數時間是不需要同步的。另一方面， 這種方法沒有考慮到音頻傳感節點采集數據時所發生的同步問題。而這個問題 是由聲源與各個傳感節點的距離差而引起的。參見圖1，聲源距兩個音頻傳 感器節點A和B的距離不同，聲音信號從聲源到該兩節點就有不同的傳播延 時，從而到達節點A和B的聲音信號就存在同步誤差。

（2）在沒有全局時鐘的前提下，匯聚節點通過計算各音頻流間的最大相關 性，評估音頻流從聲源到達各采集節點的時間延時差，從而調整音頻流的時間 軸來獲得相對同步。這類算法的缺點是：由于各采集節點的芯片與放大電路等 器件的差異，麥克靈敏度也各不相同，各傳感節點采集到的音頻流所引入的噪 聲也不一致；各個傳感節點與聲源之間的距離不同，所以引入的衰減也各不相 同。而且，基于音頻信號的相關性運算，其計算量和誤差都比較大。

總之，現有技術還沒有很好地解決和提供無線音頻傳感器網絡音頻媒體的 同步方法，這個問題就自然成為許多業內科技人員關注的焦點。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種基于端點檢測的無線音頻傳感器網絡 音頻媒體的同步方法，該方法能夠較好地克服了現有技術的不足，做到同步精 度高，運算復雜度低，能量開銷小。

為了達到上述目的，本發明提供了一種基于端點檢測的無線音頻傳感器網 絡音頻媒體的同步方法，其特征在于：各個音頻采集節點分別采用端點檢測方 法，檢測和確定所采集的音頻流中的起始時間后，再在各自音頻流的起始時間 點觸發和加入設定參數的載波；再由作為每個簇內的數據處理中心的簇頭節點， 對接收到的、來自各個采集節點的音頻信號進行濾波，然后對各路載波進行交 叉相關性運算，獲得各路載波間的延時差，并根據該延時差對原始音頻流進行 調整，最終在簇頭節點實現各個音頻流的同步；所述方法包括下列操作步驟：

（1）初始化參數：設置采樣頻率，采樣位數，幀長，幀間重疊，以及載波 的初始相位、幅值和頻率；

（2）各音頻采集節點檢測音頻流端點，加入載波信號：每個音頻采集節點 按照設置的采樣頻率采集音頻信息，并緩存得到的音頻流；先采用帶通濾波器 濾除音頻流中位于設定頻率范圍以外的信號，再根據包括能量和過零率的音頻 流特征，按照設置的幀長和幀間重疊參數，對濾波后的音頻流進行逐幀分析， 檢測音頻流的端點；當檢測到新的音頻流端點時，就向該音頻流的音頻信號中 加入相位重置為初始相位的設定參數的載波，并向簇頭節點發送通知消息：

（3）簇頭節點接收來自各采集節點的音頻流，調整各路音頻流的時鐘偏差： 簇頭節點向上報通知消息的各個音頻采集節點組播同步消息；各個音頻采集節 點收到該同步消息后，立即記錄本地時鐘，并向簇頭節點發送加入載波后的音 頻流及其記錄的本地時鐘；簇頭節點根據上報的本地時鐘，計算各采集節點的 時鐘偏差；再從上報數據的各音頻采集節點中隨機選擇一個作為參考節點，根 據該參考節點的時鐘對所有上報的音頻流調整時鐘偏差；