技术领域
[0001] 本实用新型专利涉及一种基于声信号处理的动物监测分析系统，属于生态监测及声信号识别技术领域。
相关背景技术
[0002] 动物利用声音进行信息交流，发声对自然界动物的种间识别、求偶、种群延续至关重要。通过对动物声信号进行研究可以了解动物个体之间的通讯，如个体识别和物种识别、性选择等；同样在分类学中，动物声信号也起着重要的作用，既可发现新物种，还可评估物种地位等级和分析系统发育关系。因此动物声信号研究也被广泛应用于神经生物学、动物行为学、进化生物学等领域。因此，应当充分分析对比动物声信号的特征差异，积累研究材料，为深入开展动物声信号研究研究、建立专业样本数据库奠定基础。
[0003] 随着嵌入式技术和声信号处理方法的蓬勃发展，使得更长时间的野外声音监测及动物物种、习性精确识别逐渐成为了可能。在国外，已经开发出类似基于声音号研究动物习性的产品，但因技术垄断造成其软硬件价格过高，不利于在国内推广。实用新型内容
[0004] 为了解决以上问题，本实用新型提出一种基于声信号处理的动物监测分析系统，采用大量先进的信号处理技术及统计学算法，自动提取动物声信号中的特征成分进行分析辨识；本实用新型适用于区域性生态环境监测，受天气、温度等外界因素影响较小，同时，可大大降低成本。
[0005] 本实用新型采用的技术方案：监测分析系统包括麦克风1、编码器2、DSP芯片3、LCD屏幕4 、键盘5、EEPROM模块6、GPS模块7、SD卡8、播放喇叭9；麦克风1和播放喇叭9 通过3.5英寸音频接口与编码器2相连接，编码器2与 DSP芯片3连接，LCD屏幕4及键盘5通过EMIF总线与 DSP芯片3相连接，SD卡8通过SD卡插槽接口与DSP芯片3相连接，EEPROM模块6通过SPI总线与DSP芯片3相连接，GPS模块7通过串口线与DSP芯片3相连接。
[0006] 所述的麦克风 1采用频响范围为20Hz-20KHz，信噪比大于62dB的电容式麦克风，其灵敏度为-36±4dB；所述的编码器2采用TLV320AIC3120，位宽为16/20/24/32-Bit，ADC信噪比为90dB，采样频率为4kHz-384kHz；所述的DSP芯片 3采用DSP的I/O口模拟SD卡协议，最大支持32GB容量的SDHC（SD2.0）卡，读写速度最高为1MB/s，音频数据以无压缩的.WAV格式或无损压缩的.FLAC(Free Lossless Audio Codec)格式保存至SD卡，压缩编码由DSP实时完成，确保能进行野外长时间录音；所述的GPS模块7，具有定位功能，可以在录制声信号的同时记录地理位置信息。
[0007] 所述的LCD屏幕4、键盘5、EEPROM模块6、SD卡8、播放喇叭9为市售的普通元件。
[0008] 本实用新型的优点和积极效果：采用大量先进的信号处理技术及统计学算法，自动提取动物声信号中的特征成分进行分析辨识；本实用新型适用于区域性生态环境监测，受天气、温度等外界因素影响较小，同时，可大大降低成本。
具体实施方式
[0012] 下面参考附图对本实用新型典型实施方式进行详细说明，但本实用新型的保护内容不限于所述范围。
[0013] 如图1所示：监测分析系统包括麦克风1、编码器2、DSP芯片3、LCD屏幕4、键盘5、EEPROM模块6、GPS模块7、SD卡8、播放喇叭9；麦克风1和播放喇叭9 通过3.5英寸音频接口与编码器2相连接，编码器2与 DSP芯片3连接，LCD屏幕4及键盘5通过EMIF总线与 DSP芯片3相连接，SD卡8通过SD卡插槽接口与DSP芯片3相连接，EEPROM模块6 通过SPI总线与DSP芯片3相连接，GPS模块7通过串口线与DSP芯片3相连接。
[0014] 所述的麦克风 1采用频响范围为20Hz-20KHz，信噪比大于62dB的电容式麦克风，其灵敏度为-36±4dB；所述的编码器2采用TLV320AIC3120，位宽为16/20/24/32-Bit，ADC信噪比为90dB，采样频率为4kHz-384kHz；所述的DSP芯片 3内建RTC10、Low Power11、DMA12、SD Controller13四个子模块，分别实现实时时间及定时、低功耗睡眠状态、直接内存读写、SD卡读写控制功能采用DSP的I/O口模拟SD卡协议，最大支持32GB容量的SDHC（SD2.0）卡，读写速度最高为1MB/s，音频数据以无压缩的.WAV格式或无损压缩的.FLAC(Free Lossless Audio Codec)格式保存至SD卡，压缩编码由DSP实时完成，确保能进行野外长时间录音；所述的GPS模块7，具有定位功能，可以在录制声信号的同时记录地理位置信息。
[0015] 所述的LCD屏幕4、键盘5、EEPROM模块6、SD卡8、播放喇叭9为市售的普通元件，LCD屏幕4、键盘5用以实现人机交互。
[0016] 如图2所示：本实用新型的工作原理：首先将采集到的动物声信号载入分析系统中；通过改变亮度、对比度、色调、饱和度等颜色参数对声谱图颜色显示进行调整，以凸显特征信号成分；调整STFT分帧长度、窗函数类型、窗长度及窗口重叠比，使时频分辨率达到理想程度；改变图谱线性刻度为对数刻度以放大低频压缩高频，同时使用带通滤波器限制分析带宽；框选信号分析范围并借由高级联合时频分析算法对其进行背景降噪，可通过设置阈值及选取任意信号块得到降噪后的信号，可对降噪前后信号进行对比播放（播放超声时需要超声声卡及功放）；通过对局部信号进行功率谱、倒谱、包络谱、倍频程、过零点分析等分析手段测量局部信号特征；借由门函数分析声音时间模式（信号/静默时间、脉冲间隔），通过脉冲序列分析，自动测量时间波形的时间参数，从而实现脉冲计数测量（脉冲间隔、持续时间、幅值和时间戳）；进行局部信号分析或由专家确定该动物物种及习性后，可将其作为样本存入样本数据库；将当前分析信号的多种统计值及特征量通过蚁群算法、粒子群算法、差分优化算法等优选算法，与数据库中样本进行相似度比较及目标寻优。进而利用聚类分析、判别分析等多元统计分析手段对寻优结果进行归类，最终实现对动物物种及习性的有效辨识。
[0017] 本实用新型通过附图进行说明的，在不脱离本实用新型范围的情况下，还可以对本实用新型专利进行各种变换及等同代替，因此，本实用新型专利不局限于所公开的具体实施过程，而应当包括落入本实用新型专利权利要求范围内的全部实施方案。
