Fourıer bölgesinde çapraz ilinti yöntemi ile ses kaynağının konumunun fpga kullanarak tespiti
Sound source localization in the fourier region with cross correlation method using fpga
Yazar: MERVE ÖZTÜRK LAFCI
Danışman: DOÇ. DR. HASAN ŞAKİR BİLGE
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Akustik kaynak konumlandırma ile ilgili, robot uygulamaları, navigasyon sistemleri, konferans uygulamaları, işitme cihazları ve ayrıca askeri uygulamalara yönelik çalışmalar son yıllarda oldukça artmıştır. Yüksek kapasiteli verilerin gerçek zamanlı olarak işlenebilmesi için gelişmiş donanım yapılarına ihtiyaç duyulmaktadır. Günümüzde ihtiyaç duyulan donanım yapısı, Alanda Programlanabilir Kapı Dizileri (FPGA) kullanılarak tasarlanabilmektedir. FPGA hızları, kapasiteleri ve tasarım araçları son yıllarda iyileştirilmiştir. Bu sayede yüksek kapasite veri işleyebilen donanımlar düşük maliyetler ile tasarlanıp üretilebilmektedir. Bu çalışmada konumları bilinen mikrofon dizisi kullanıldığı durumda akustik ses kaynağının konumunun açısal olarak tespit edilmesi üzerine çalışmıştır.  Mikrofon dizileri ile ses kaynağının konumunun gerçek zamanlı olarak belirlenmesi amacıyla farklı yöntemler geliştirilmiştir. Bu tezde, akustik kaynak konumlandırmada yaygın olarak kullanılan ve hassasiyeti yüksek olan TDOA (Time Difference of Arrival) tabanlı akustik kaynak konumlandırmaya yönelik bir çalışma yapılmıştır. İki mikrofon kullanılan bir durumda akustik kaynağın konumunun tespit edilebilmesi için bir donanım mimarisi tasarlanmıştır. Sinyaller arasındaki gecikmenin hesaplanması için çapraz ilinti temelli bir yöntem sunulmaktadır. Yöntem Verilog donanım tanımlama dili kullanılarak Modelsim simülasyon ortamında test edilmiştir. Çapraz ilinti yöntemi donanım üzerinde daha az yer kaplayacak şekilde sadeleştirilmiş ve bu sadeleştirmenin tespit sonucunu etkilemediği gözlemlenmiştir. Yapılan çalışmalarda bu yöntem sayesinde çok az bir hatayla iki sayısal sinyal arasındaki gecikmenin hesaplandığı ve akustik kaynakların konumunun açısal olarak tespit edilebildiği görülmüştür.

Abstract:
Research on sound source localization, robot selection, navigation systems, conference settings, hearing aids, and central military applications has increased considerably in recent years. Advanced hardware structures are needed for real-time processing of high-capacity data. Today, the required hardware structure can be designed using Field Programmable Gate Arrays. FPGA speeds, capacities and design tools have been improved in recent years. In this way, high capacity data processing equipment can be designed and produced with low costs. In this study, it has worked on angular determination of the position of the acoustic sound source where known positions of the microphone array are used. Different methods have been developed to determine the sound source in real time in microphone arrays. In this thesis, a study has been done for positioning of acoustical sound source based on TDOA (Time Difference of Arrival) which is widely used in acoustic sound source positioning. In the case of using two microphones, a hardware architecture is designed to determine the location of the acoustic source. A cross-correlation based method is used to calculate the delay between signals. Method has been tested in Modelsim simulation environment using Verilog the hardware definition language. The cross-correlation method was simplified to take up less space on the hardware and it was observed that this simplification did not affect the detection result. In this method, it is seen that the delay between two digital signals is calculated with a very little error and the position of the acoustic sources can be determined angularly.