自动追踪声源的云台摄像机转让专利
申请号 : CN200810054170.2
文献号 : CN101345858B
文献日 : 2010-09-01
发明人 : 崔广庆
申请人 : 天津市亚安科技电子有限公司
摘要 :
本发明涉及一种自动追踪声源的云台摄像机，其声音探测电路由声音采集单元、双通道前置放大电路、声音信号变换电路、双通道积分电路、A/D转换电路、触发电路和PTZ控制器组成。本发明经过强度差别扩展后的声音信号之间的虚拟距离已经比它们被声音采集单元采集时的物理距离扩展了几倍或者更大，且以简单的方法消除掉反射声对主声源的干扰，大大方便了后续数据的处理，提高了整个装置的灵敏度；成本低，体积较小，适合于工业化生产，特别适用于对异常声响源或特定声响源自动响应的场所。
权利要求 :
1.一种自动追踪声源的云台摄像机，由云台摄像机及声音探测电路构成，其特征在于：声音探测电路由声音采集单元、双通道前置放大电路、声音信号变换电路、双通道积分电路、A/D转换电路、触发电路和PTZ控制器组成，声音采集单元的输出端连接双通道前置放大电路的输入端，双通道前置放大电路的输出端连接声音信号变换电路的输入端，声音信号变换电路的输出端连接双通道积分电路的输入端，双通道积分电路的一输出端连接A/D转换电路的输入端，A/D转换电路的输出端连接PTZ控制器的输入/输出接口，双通道积分电路的另一输出端还连接一触发电路的输入端，触发电路的输出端连接PTZ控制器的中断端口；
所述声音信号变换电路为以下(1)、(2)或(3)中的任意一种：
(1)声音信号变换电路由双通道延伸放大电路和双通道检波电路组成，双通道延伸放大电路的输入端连接双通道前置放大电路的输出端，双通道延伸放大电路的输出端连接双通道检波电路的输入端，双通道检波电路的输出端连接双通道积分电路的输入端；双通道延伸放大电路是由两个运算放大器、电阻和电容组成的双通道放大电路且每个通道的运算放大器均为反相输入方式或均为同相输入方式，两个运算放大器的反相输入端跨接一电阻；
(2)声音信号变换电路由双通道检波电路和双通道延伸直流放大电路组成，双通道检波电路的输入端连接双通道前置放大电路的输出端，双通道检波电路的输出端连接双通道延伸直流放大电路的输入端，双通道延伸直流放大电路的输出端连接双通道积分电路的输入端；双通道延伸直流放大电路是由两个运算放大器和电阻组成的双通道直流放大电路且每个通道的运算放大器均为同相输入方式，两个运算放大器中的每个运算放大器的信号输出端与另一个运算放大器的反向输入端均跨接一电阻；
(3)声音信号变换电路由双通道延伸放大电路、双通道检波电路和双通道延伸直流放大电路组成，双通道延伸放大电路的输入端连接双通道前置放大电路的输出端，双通道延伸放大电路的输出端连接双通道检波电路的输入端，双通道检波电路的输出端连接双通道延伸直流放大电路的输入端，双通道延伸直流放大电路的输出端连接双通道积分电路的输入端；双通道延伸放大电路是由两个运算放大器、电阻和电容组成的双通道放大电路且每个通道的运算放大器均为反相输入方式或均为同相输入方式，两个运算放大器的信号输入端跨接一电阻，双通道延伸直流放大电路是由两个运算放大器和电阻组成的双通道直流放大电路且每个通道的运算放大器均为同相输入方式，两个运算放大器中的每个运算放大器的信号输出端与另一个运算放大器的反向输入端均跨接一电阻。
2.根据权利要求1所述的自动追踪声源的云台摄像机，其特征在于：所述的声音采集单元是两个以水平180°夹角设置的声音传感器组成。
3.根据权利要求2所述的自动追踪声源的云台摄像机，其特征在于：所述的双通道前置放大电路是由两个运算放大器、电阻和电容组成的双通道放大电路且每个通道的运算放大器均为反相输入方式，或均为同相输入方式。
4.根据权利要求1所述的自动追踪声源的云台摄像机，其特征在于：所述的双通道检波电路是由电容、电阻和二极管组成的双通道二极管检波电路。
5.根据权利要求1所述的自动追踪声源的云台摄像机，其特征在于：所述的触发电路是由两个工作在高增益模式的运算放大器、电阻和或非门组成，两个运算放大器均为同相输入方式且二者的输出端连接或非门的输入端，或非门的输出端连接PTZ控制器的中断端口。
6.根据权利要求1所述的自动追踪声源的云台摄像机，其特征在于：所述的A/D转换电路中设置有两个A/D芯片，每个A/D芯片的输入端分别连接双通道积分电路的一路输出，每个A/D芯片的输出端分别连接PTZ控制器的输入/输出接口。
说明书 :
技术领域
本发明涉及视频监控系统，尤其是一种自动追踪声源的云台摄像机。
背景技术
人可以分辨声音的位置，是因为人有两只对称分布的听觉器官——双耳。当声音出现时，声波到达两耳的强度、时间和相位都有些差别，这些差别信息可以帮助人们辨别声音的方位。但由于人的双耳的物理距离太小，上述的强度差、时间差和相位差并不明显。
在安全、消防视频监控系统中云台摄像机是一种重要的图像获取设备，它可以在监控中心的控制下或在程序的控制下进行转动，从而实现对一定范围内的目标进行监视的目的，因此它可以替代多台固定安装的摄像机，这不仅使监控系统得以简化，而且节约了设备投入成本。但在许多情况下，它还不能满足一些用户的特殊的监控需求，如在夜间无人职守的大厅或广场内，云台摄像机只能对一个或几个目标进行静态或半静态地监视，不能对随机出现的异常情况，比如异常声响有所响应。
因此，简单地在云台摄像机上安装两只类似人耳结构的声音传感器，并通过简单的处理程序处理该声音信号，是很难实现云台摄像机随异常声响自动跟踪的功能。
在安全、消防视频监控系统中云台摄像机是一种重要的图像获取设备，它可以在监控中心的控制下或在程序的控制下进行转动，从而实现对一定范围内的目标进行监视的目的，因此它可以替代多台固定安装的摄像机，这不仅使监控系统得以简化，而且节约了设备投入成本。但在许多情况下，它还不能满足一些用户的特殊的监控需求，如在夜间无人职守的大厅或广场内，云台摄像机只能对一个或几个目标进行静态或半静态地监视，不能对随机出现的异常情况，比如异常声响有所响应。
因此，简单地在云台摄像机上安装两只类似人耳结构的声音传感器，并通过简单的处理程序处理该声音信号，是很难实现云台摄像机随异常声响自动跟踪的功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种模拟人耳收音功能，且结构小巧、成本低并能有效减小声音回波干扰的自动追踪声源的云台摄像机。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种自动追踪声源的云台摄像机，由云台摄像机及声音探测电路构成，其特征在于：声音探测电路由声音采集单元、双通道前置放大电路、声音信号变换电路、双通道积分电路、A/D转换电路、触发电路和PTZ控制器组成，声音采集单元的输出端连接双通道前置放大电路的输入端，双通道前置放大电路的输出端连接声音信号变换电路的输入端，声音信号变换电路的输出端连接双通道积分电路的输入端，双通道积分电路的一输出端连接A/D转换电路的输入端，A/D转换电路的输出端连接PTZ控制器的输入/输出接口，双通道积分电路的另一输出端还连接一触发电路的输入端，触发电路的输出端连接PTZ控制器的中断端口。
而且，所述的声音采集单元是两个以水平180°夹角设置的声音传感器组成。
而且，所述的双通道前置放大电路是由两个运算放大器、电阻和电容组成的双通道放大电路且每个通道的运算放大器均为反相输入方式，或均为同相输入方式。
而且，所述的声音信号变换电路由双通道延伸放大电路和双通道检波电路组成，双通道延伸放大电路的输入端连接双通道前置放大电路的输出端，双通道延伸放大电路的输出端连接双通道检波电路的输入端，双通道检波电路的输出端连接双通道积分电路的输入端；双通道延伸放大电路是由两个运算放大器、电阻和电容组成的双通道放大电路且每个通道的运算放大器均为反相输入方式或均为同相输入方式，两个运算放大器的反相输入端跨接一电阻。
而且，所述的声音信号变换电路由双通道检波电路和双通道延伸直流放大电路组成，双通道检波电路的输入端连接双通道前置放大电路的输出端，双通道检波电路的输出端连接双通道延伸直流放大电路的输入端，双通道延伸直流放大电路的输出端连接双通道积分电路的输入端；双通道延伸直流放大电路是由两个运算放大器和电阻组成的双通道直流放大电路且每个通道的运算放大器均为同相输入方式，两个运算放大器中的每个运算放大器的信号输出端与另一个运算放大器的反向输入端均跨接一电阻。
而且，所述的声音信号变换电路由双通道延伸放大电路、双通道检波电路和双通道延伸直流放大电路组成，双通道延伸放大电路的输入端连接双通道前置放大电路的输出端，双通道延伸放大电路的输出端连接双通道检波电路的输入端，双通道检波电路的输出端连接双通道延伸直流放大电路的输入端，双通道延伸直流放大电路的输出端连接双通道积分电路的输入端；双通道延伸放大电路是由两个运算放大器、电阻和电容组成的双通道放大电路且每个通道的运算放大器均为反相输入方式或均为同相输入方式，两个运算放大器的信号输入端跨接一电阻，双通道延伸直流放大电路是由两个运算放大器和电阻组成的双通道直流放大电路且每个通道的运算放大器均为同相输入方式，两个运算放大器中的每个运算放大器的信号输出端与另一个运算放大器的反向输入端均跨接一电阻。
而且，所述的双通道检波电路是由电容、电阻和二极管组成的双通道二极管检波电路。
而且，所述的触发电路是由两个工作在高增益模式的运算放大器、电阻和或非门组成，两个运算放大器均为同相输入方式且二者的输出端连接或非门的输入端，或非门的输出端连接PTZ控制器的中断端口。
而且，所述的A/D转换电路中设置有两个A/D芯片，每个A/D芯片的输入端分别连接双通道积分电路的一路输出，每个A/D芯片的输出端分别连接PTZ控制器的输入/输出接口.
本发明的有益效果和优点：
1.本发明中声音信号变换电路有三种组成方式，分别是由双通道延伸放大电路和双通道检波电路依次连接组成或由双通道检波电路和双通道延伸直流放大电路依次连接组成或由双通道延伸放大电路、双通道检波电路和双通道延伸直流放大电路依次连接组成，三种电路组成方式均可以实现对声音采集单元输入的声音信号进行强度差别扩展和检波、滤波的目的。电路组合方式非常灵活，操作人员可根据现场环境的需求进行设计。
2.本发明电路中设置的触发电路根据声音信号的输入产生一触发信号，该触发信号触发PTZ控制器调用中断服务处理程序ISR，该ISR程序控制A/D转换电路的关断并进行输入数据的处理。触发电路的设置以及ISR程序对A/D转换电路的关断可有效的防止声音回波对声音采集的干扰。
3.本发明的双通道延伸放大电路和双通道延伸直流放大电路中设置的交叉反馈电阻有效的增强了两通道声音信号的强度差别，从而实现了模拟人耳收音的功能，而且经过强度差别扩展后的声音信号之间的虚拟距离已经比它们被声音采集单元采集时的物理距离扩展了几倍或者更大，大大方便了后续数据的处理，提高了整个装置的灵敏度。
4.本发明由声音采集单元、双通道前置放大电路、声音信号变换电路、双通道积分电路、A/D转换电路、触发电路和PTZ控制器依次连接组成，PTZ控制器内部存储的中断服务处理程序ISR处理由电路采集、整理的声音信号，并将处理后的数据反馈给PTZ控制器，由PTZ控制器驱动云台摄像机转动。它是一种软、硬结合的声音探测装置，不仅实现了云台摄像机对监控场所内的异常声响的自动响应，而且减少了监控人员的劳动强度，同时提高了监控的效果。
5.本发明实现了水平180°范围内进行声源追踪的目的，在此基础上可以采取多传感器、多通道电路、多重交叉反馈式和更复杂的算法实现在立体空间内的全方位声源追踪。
6.本发明选用的电器元件均为市售，成本低，体积小，适合于工业化生产，而且安装本装置的云台摄像机特别适用于对异常声响源或特定声响源自动响应的场所。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种自动追踪声源的云台摄像机，由云台摄像机及声音探测电路构成，其特征在于：声音探测电路由声音采集单元、双通道前置放大电路、声音信号变换电路、双通道积分电路、A/D转换电路、触发电路和PTZ控制器组成，声音采集单元的输出端连接双通道前置放大电路的输入端，双通道前置放大电路的输出端连接声音信号变换电路的输入端，声音信号变换电路的输出端连接双通道积分电路的输入端，双通道积分电路的一输出端连接A/D转换电路的输入端，A/D转换电路的输出端连接PTZ控制器的输入/输出接口，双通道积分电路的另一输出端还连接一触发电路的输入端，触发电路的输出端连接PTZ控制器的中断端口。
而且，所述的声音采集单元是两个以水平180°夹角设置的声音传感器组成。
而且，所述的双通道前置放大电路是由两个运算放大器、电阻和电容组成的双通道放大电路且每个通道的运算放大器均为反相输入方式，或均为同相输入方式。
而且，所述的声音信号变换电路由双通道延伸放大电路和双通道检波电路组成，双通道延伸放大电路的输入端连接双通道前置放大电路的输出端，双通道延伸放大电路的输出端连接双通道检波电路的输入端，双通道检波电路的输出端连接双通道积分电路的输入端；双通道延伸放大电路是由两个运算放大器、电阻和电容组成的双通道放大电路且每个通道的运算放大器均为反相输入方式或均为同相输入方式，两个运算放大器的反相输入端跨接一电阻。
而且，所述的声音信号变换电路由双通道检波电路和双通道延伸直流放大电路组成，双通道检波电路的输入端连接双通道前置放大电路的输出端，双通道检波电路的输出端连接双通道延伸直流放大电路的输入端，双通道延伸直流放大电路的输出端连接双通道积分电路的输入端；双通道延伸直流放大电路是由两个运算放大器和电阻组成的双通道直流放大电路且每个通道的运算放大器均为同相输入方式，两个运算放大器中的每个运算放大器的信号输出端与另一个运算放大器的反向输入端均跨接一电阻。
而且，所述的声音信号变换电路由双通道延伸放大电路、双通道检波电路和双通道延伸直流放大电路组成，双通道延伸放大电路的输入端连接双通道前置放大电路的输出端，双通道延伸放大电路的输出端连接双通道检波电路的输入端，双通道检波电路的输出端连接双通道延伸直流放大电路的输入端，双通道延伸直流放大电路的输出端连接双通道积分电路的输入端；双通道延伸放大电路是由两个运算放大器、电阻和电容组成的双通道放大电路且每个通道的运算放大器均为反相输入方式或均为同相输入方式，两个运算放大器的信号输入端跨接一电阻，双通道延伸直流放大电路是由两个运算放大器和电阻组成的双通道直流放大电路且每个通道的运算放大器均为同相输入方式，两个运算放大器中的每个运算放大器的信号输出端与另一个运算放大器的反向输入端均跨接一电阻。
而且，所述的双通道检波电路是由电容、电阻和二极管组成的双通道二极管检波电路。
而且，所述的触发电路是由两个工作在高增益模式的运算放大器、电阻和或非门组成，两个运算放大器均为同相输入方式且二者的输出端连接或非门的输入端，或非门的输出端连接PTZ控制器的中断端口。
而且，所述的A/D转换电路中设置有两个A/D芯片，每个A/D芯片的输入端分别连接双通道积分电路的一路输出，每个A/D芯片的输出端分别连接PTZ控制器的输入/输出接口.
本发明的有益效果和优点：
1.本发明中声音信号变换电路有三种组成方式，分别是由双通道延伸放大电路和双通道检波电路依次连接组成或由双通道检波电路和双通道延伸直流放大电路依次连接组成或由双通道延伸放大电路、双通道检波电路和双通道延伸直流放大电路依次连接组成，三种电路组成方式均可以实现对声音采集单元输入的声音信号进行强度差别扩展和检波、滤波的目的。电路组合方式非常灵活，操作人员可根据现场环境的需求进行设计。
2.本发明电路中设置的触发电路根据声音信号的输入产生一触发信号，该触发信号触发PTZ控制器调用中断服务处理程序ISR，该ISR程序控制A/D转换电路的关断并进行输入数据的处理。触发电路的设置以及ISR程序对A/D转换电路的关断可有效的防止声音回波对声音采集的干扰。
3.本发明的双通道延伸放大电路和双通道延伸直流放大电路中设置的交叉反馈电阻有效的增强了两通道声音信号的强度差别，从而实现了模拟人耳收音的功能，而且经过强度差别扩展后的声音信号之间的虚拟距离已经比它们被声音采集单元采集时的物理距离扩展了几倍或者更大，大大方便了后续数据的处理，提高了整个装置的灵敏度。
4.本发明由声音采集单元、双通道前置放大电路、声音信号变换电路、双通道积分电路、A/D转换电路、触发电路和PTZ控制器依次连接组成，PTZ控制器内部存储的中断服务处理程序ISR处理由电路采集、整理的声音信号，并将处理后的数据反馈给PTZ控制器，由PTZ控制器驱动云台摄像机转动。它是一种软、硬结合的声音探测装置，不仅实现了云台摄像机对监控场所内的异常声响的自动响应，而且减少了监控人员的劳动强度，同时提高了监控的效果。
5.本发明实现了水平180°范围内进行声源追踪的目的，在此基础上可以采取多传感器、多通道电路、多重交叉反馈式和更复杂的算法实现在立体空间内的全方位声源追踪。
6.本发明选用的电器元件均为市售，成本低，体积小，适合于工业化生产，而且安装本装置的云台摄像机特别适用于对异常声响源或特定声响源自动响应的场所。
附图说明
图1为本发明实施例1的电路方框图。
图2为本发明实施例1的电路原理图。
图3为本发明PTZ控制器中断服务处理程序ISR的工作流程图。
图4为本发明实施例2的电路方框图。
图5为本发明实施例3的电路方框图。
图2为本发明实施例1的电路原理图。
图3为本发明PTZ控制器中断服务处理程序ISR的工作流程图。
图4为本发明实施例2的电路方框图。
图5为本发明实施例3的电路方框图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
本实施例中声音探测电路的声音信号变换电路有三种电路连接组成方式：
1.由双通道延伸放大电路、双通道检波电路和双通道延伸直流放大电路依次连接组成(见图1)；
2.由双通道延伸放大电路和双通道检波电路依次连接组成(见图4)；
3.由双通道检波电路和双通道延伸直流放大电路依次连接组成(见图5)。
上述三种电路连接组成方式分别以实施例1、实施例2和实施例3进行描述。
实施例1，如图1所示。
一种自动追踪声源的云台摄像机，其声音探测电路由声音采集单元、双通道前置放大电路、声音信号变换电路、双通道积分电路、A/D转换电路、触发电路和PTZ控制器组成，本实施例中的声音信号变换电路(如图1虚线部分)由双通道延伸放大电路、双通道检波电路和双通道延伸直流放大电路组成。各个电路的连接关系是：声音采集单元的输出端连接双通道前置放大电路的输入端，双通道前置放大电路的输出端连接双通道延伸放大电路的输入端，双通道延伸放大电路的输出端连接双通道检波电路的输入端，双通道检波电路的输出端连接双通道延伸直流放大电路的输入端，双通道延伸直流放大电路的输出端连接双通道积分电路的输入端，双通道积分电路的输出端连接A/D转换电路的输入端，A/D转换电路的输出端连接PTZ控制器的专用接口，双通道积分电路的输出端还连接一触发电路的输入端，触发电路的输出端连接PTZ控制器的中断端口。
本实施例中声音探测电路的原理图如图2所示：
声音采集单元可以由两个以水平180°夹角设置的声音传感器组成，本实施例中声音采集单元由第一话筒SEN1和第二话筒SEN2组成，该两个话筒是具有单指向特性的驻极体话筒。两个话筒分别安装在云台摄像机固定基座的两侧，其水平夹角为180°，在水平180°范围内均能够跟踪声音目标，从而形成了一个两通道的声音采集单元。为提高两通道的声音信号分离度以及降低杂散噪声的影响，宜采用具有单指向特性的驻极体话筒作为声音采集单元，同时两个话筒在电气连接时应保证二者接收的声音信号之间的相位相同。
双通道前置放大电路由第一运算放大器OPA1、第二运算放大器OPA2、电阻和电容组成的两个完全一样的各运算放大器为反相输入方式的放大电路，当然，它们也可以被设计成同相输入方式的放大电路，二者的效果是完全一样的。两运算放大器分别以声音采集单元的输出电信号作为它们的输入信号。第一电容C1和第二电容C2为各自的输入耦合电容；第一电阻R1、第二电阻R2为各自的输入电阻；第三电阻R3、第四电阻R4为各自的反馈电阻，改变电阻R3/R1、R2/R4的值可以调整放大器的增益；第七电阻R7、第八电阻R8为各自的直流负载；第六电阻R6、第五电阻R5串联在电源VDD和地之间，其结点的分压值提供两个运算放大器的直流工作电压，以满足单电源供电交流放大器的要求。声音采集单元的两通道输出信号分别被双通道前置放大电路放大后经第一运算放大器OPA1和第二运算放大器OPA2的输出端输出至声音信号变换电路的输入端。
双通道延伸放大电路由第三运算放大器OPA3、第四运算放大器OPA4、电阻和电容组成的两个完全一样的各运算放大器为反相输入方式的放大电路，当然，它们也可以被设计成同相输入方式的放大电路，二者的效果是完全一样的。两运算放大器分别以双通道前置放大器的输出信号作为它们的输入信号。第三电容C3和第四电容C4为各自的输入耦合电容；第九电阻R9、第十电阻R10为各自的输入电阻；第十一电阻R11、第十二电阻R12为各自的反馈电阻，改变电阻R11/R9、R12/R10的值可以调整放大器的增益；第十六电阻R16、第十七电阻R17为各自的直流负载；第十五电阻R15、第十四电阻R14串联在电源VDD和地之间，其结点的分压值提供两个运算放大器的直流工作电压，以满足单电源供电交流放大器的要求。双通道前置放大电路的两通道输出信号分别被双通道延伸放大电路放大后经第三运算放大器OPA3和第四运算放大器OPA4的输出端输出至双通道检波电路输入端。无论第三运算放大器OPA3和第四运算放大器OPA4均为同相输入方式或均为反相输入方式，在两个运算放大器的反相端均跨接第十三电阻R13，本实施例中在两个运算放大器均为反相输入方式，第十三电阻R13跨接在两个运算放大器的反相端之间，这是一个交叉反馈电阻，因此第三运算放大器OPA3和第四运算放大器OPA4的增益不仅与电阻R11/R9、R12/R10的值有关，还与第十三电阻R13有关，第十三电阻R13的引入，使输出信号较大的通道“压抑”了输出信号小的通道增益，这种“压抑”起到了扩展两个通道之间信号强度差别的作用。
双通道检波电路是由第五电容C5、第十八电阻R18和第六电容C6、第十九电阻R19组成的输入耦合电路和第一二极管D1、第二二极管D2一同组成的双通道二极管检波电路，双通道延伸放大电路的两通道输出信号经两输入耦合电路分别送到第一二极管D1、第二二极管D2进行检波，使两通道交流声音信号成为代表声音强度的两通道直流信号，然后经第七电容C7、第八电容C8进行平滑滤波后分别从第一二极管D1、第二二极管D2的阴极输出至双通道延伸直流放大电路。
双通道延伸直流放大电路由第五运算放大器OPA5、第六运算放大器OPA6和电阻组成，两运算放大器的两通道均为同相输入方式。第二十电阻R20、第二十一电阻R21为两运算放大器的输入电阻，它们的一端连接输入信号，另一端分别与第五运算放大器OPA5、第六运算放大器OPA6的同相输入端相连；第五运算放大器OPA5、第六运算放大器OPA6的反相输入端通过第二十二电阻R22、第二十三电阻R23接地；第二十六电阻R26、第二十七电阻R27分别为第五运算放大器OPA5、第六运算放大器OPA6的反馈电阻，电阻R24/R20、R25/R21的值和两只交差反馈电阻第二十八电阻R28和第二十九电阻R29共同决定两运算放大器的总直流增益；第二十八电阻R28跨接在第五运算放大器OPA5的输出端和第六运算放大器OPA6的反相输入端之间，第二十九电阻R29跨接在第六运算放大器OPA6的输出端和第五运算放大器OPA5的反相输入端之间，第二十八电阻R28和第二十九电阻R29将本通道输出的一部分送到另一通道的反相输入端，其原理与实施例1中的双通道延伸放大电路中的第十三电阻R13相似，只是第二十八电阻R28、第二十九电阻R29还可以根据增益和延伸程度的要求分别调整取值；第二十四电阻R24、第二十五电阻R25的一端分别与各自的运算放大器连接，另一端接地，为各自的放大器建立一个零工作点。双通道延伸直流放大电路将代表声音强度的两通道直流信号进行信号强度的扩展，然后分别经第五运算放大器OPA5、第六运算放大器OPA6的输出端输出至双通道积分电路。
双通道积分电路由第三十电阻R30、第十电容C10和第三十一电阻R31、第九电容C9组成，双通道积分电路的两通道接收到的双通道检波电路的两通道输出信号经积分平滑处理后由第三十电阻R30和第十电容C10、第三十一电阻R31和第九电容C9的结点处输出。
双通道积分电路的两通道直流输出信号分别作为触发电路和A/D转换电路的输入信号，其中一路经第三十二电阻R32和三十四电阻R34输入至触发电路，触发电路由第七运算放大器OPA7、第八运算放大器OPA8、电阻和或非门组成，两运算放大器均为同相输入方式，它们可以工作在饱和状态，即它们被设计成高增益模式，这由电阻R36/R33、R37/R35的值决定。两运算放大器的输入端没有信号时(没有声音被探测到时)，两运算放大器的输出均为零，由于这两通道输出信号是第一或非门NOR1的输入信号，所以第一或非门NOR1的输出为逻辑1，一旦双通道检波电路有输出信号(有声音被探测到时)时，经过双通道积分电路处理后的信号中任意一路信号幅度满足运算放大器的饱和要求，则这个运算放大器的输出立刻变为高电平，第一或非门NOR1的输出立刻变低为逻辑0(假定低电平为中断触发信号，高电平也可以，由设计人员设定)，PTZ控制器(PTZ在安防监控技术领域是Pan/Tilt/Zoom简写，代表云台全方位——上、下、左、右的移动及镜头变倍、变焦控制)的中断端口接收到由第一或非门NOR1输出的低电平中断触发信号后调用相应的中断服务处理程序。触发电路中由运算放大器和电阻组成的信号放大电路部分可采用施密特触发电路，施密特触发电路的输出端连接或非门的输入端。
双通道积分电路的另一路输出信号则作为A/D转换电路的输入信号，A/D转换电路中的第一A/D芯片ADC1、第二A/D芯片ADC2的信号输出端和控制信号输入端连接PTZ控制器的专用接口，当触发电路将低电平中断信号输入至PTZ控制器后，PTZ控制器调用相应的中断服务处理程序并通过控制信号线向A/D转换电路发出转换命令，第一A/D芯片ADC1、第二A/D芯片ADC2将双通道积分电路输出的信号进行转换后输入至PTZ控制器进行信号处理。第一A/D芯片ADC1、第二A/D芯片ADC2可以根据系统精度的需要选择合适的分辨率，它可以并行输出的，也可以是串行输出的，某些PTZ控制器具有多通道的ADC，这时候可以不必外加ADC电路，直接利用这些资源。
本实施例中，声音信号变换电路由双通道延伸放大电路、双通道检波电路和双通道延伸直流放大电路组成(见虚线框内所示)，首先双通道延伸放大电路将双通道前置放大电路的两通道输出信号进行强度差别上的扩展，然后经过双通道检波电路对扩展后的信号平滑滤波成代表声音强度的两通道直流信号，该两通道直流信号的强度差别进一步被双通道延伸直流放大电路扩展后输出至双通道积分电路，经过上述过程后，两通道的声音强度信号被调理成适于A/D转换电路的信号，同时两个声音信号之间的虚拟距离已经比它们被声音采集单元采集时的物理距离扩展了几倍或者更大，更便于PTZ控制器对其进行处理。
PTZ控制器内存储有前台主程序和具有较高优先级的中断服务处理程序ISR，前台主程序主要控制云台摄像机的日常动作，而中断服务处理程序ISR正常时处于后台等待状态，当PTZ控制器收到触发电路的触发信号后唤醒中断服务处理程序ISR并完成一次声音采集和处理的过程，中断服务处理程序ISR执行完毕后重新回到后台，PTZ控制器恢复前台主程序。
中断服务处理程序ISR的工作流程如图3所示：
1.关中断，保护现场；
2.启动A/D转换电路中的第一A/D芯片ADC1、第二A/D芯片ADC2并等待转换结束；
3.第一A/D芯片ADC1、第二A/D芯片ADC2的转换结果被读出并放入PTZ控制器的寄存器或RAM中，转换结果读出后关闭第一A/D芯片ADC1、第二A/D芯片ADC2，以使反射声不被采样；
4.两通道声音数据进行除运算；
5.按照除运算的结果进行查表，将除运算的结果换算成表中存储的云台摄像机对应的水平角度信息；
6.该水平角度信息被PTZ控制器读取后驱动云台摄像机逼近这个水平角度，完成了一次声源追踪；
7.动作完成后PTZ控制器开中断，恢复现场。
本实施例的工作原理是：
两只话筒分别安装在云台摄像机固定基座的两侧，其水平夹角为180°，形成了一个两通道的声音采集单元；当有声音出现时，两只话筒便有与声音对应的电信号输出，当声源位置与两话筒的位置不对称时，两话筒的输出信号有微小差别；两话筒的输出信号经双通道前置放大电路放大后送入可以扩展这种差别的双通道延伸放大电路，双通道延伸放大电路除了对两通道信号具有适当增益外，还通过交叉反馈方式将信号的强度差别进行扩展；双通道检波电路将经放大并扩展的两个声音信号检波并平滑滤波成代表两个声音强度的直流信号；这个两通道的声音强度信号被送到双通道延伸直流放大器，它将代表声音强度的直流信号放大并调理成适于A/D转换电路输入的信号，也通过交叉反馈的方式将两通道的声音强度进一步扩展，此时两个声音信号之间的虚拟距离已经比它们被声音采集单元采集时的物理距离扩展了几倍或者更大；在大厅的实用环境中，当一个声音出现时，主声波会在大厅内多次反射，其强度几乎与主声波相同，使话筒根本不知道声音来自何方，因而后续的处理就变得毫无意义。为了保证到达A/D转换电路的信号只有主声波信号，而没有反射声信号，双通道积分电路的一路输出信号输送至触发电路，该触发电路的输出可以触发PTZ控制器的一个中断，该中断触发后PTZ控制器立即响应并调用中断服务处理程序ISR，并启动A/D转换电路，读出转换后的声音强度数字信号，然后立即停止A/D转换电路。由于声波的传播速度与电信号和计算机处理速度相比要慢的多，所以A/D转换电路第一次采样的数据一定是主声波信息，这是屏蔽反射声波的机理；PTZ控制器对两通道的代表声音强度的数字信号进行除运算，其结果被用于查表以求出声音位置相对于两话筒的角度信息，进而驱动云台摄像机向声源位置逼近。
本发明中声音探测电路使用的运算放大器可以选用通用的低噪声放大器，但其开环增益尽可能高，其封装形式可以是单运放、双运放或四运放。而且选用的电阻器最好是精度优于1％的。
PTZ控制器中存储的信号除运算与水平夹角的对照表中的数据信息是事先计算并存储的数据。
本发明中声音探测电路的供电由云台主电源提供。
本发明提出一种可以在水平180°范围内进行声音探测的云台摄像机，在此装置的基础上还可以采取多传感器、多通道电路、多重交叉反馈式和更复杂的算法实现在立体空间内的全方位声源追踪。
实施例2，如图4所示。
实施例2与实施例1不同点在于实施例2中的声音信号变换电路(如图4中虚线部分)由双通道延伸放大电路和双通道检波电路组成，双通道延伸放大电路的输入端连接双通道前置放大电路的输出端，双通道延伸放大电路的输出端连接双通道检波电路的输入端，双通道检波电路的输出端连接双通道积分电路的输入端。
实施例3，如图5所示。
实施例3与实施例1不同点在于实施例3中的声音信号变换电路由双通道检波电路和双通道延伸直流放大电路组成(如图5虚线部分)，双通道检波电路的输入端连接双通道前置放大电路的输出端，双通道检波电路的输出端连接双通道延伸直流放大电路的输入端，双通道延伸直流放大电路的输出端连接双通道积分电路的输入端。
本实施例中声音探测电路的声音信号变换电路有三种电路连接组成方式：
1.由双通道延伸放大电路、双通道检波电路和双通道延伸直流放大电路依次连接组成(见图1)；
2.由双通道延伸放大电路和双通道检波电路依次连接组成(见图4)；
3.由双通道检波电路和双通道延伸直流放大电路依次连接组成(见图5)。
上述三种电路连接组成方式分别以实施例1、实施例2和实施例3进行描述。
实施例1，如图1所示。
一种自动追踪声源的云台摄像机，其声音探测电路由声音采集单元、双通道前置放大电路、声音信号变换电路、双通道积分电路、A/D转换电路、触发电路和PTZ控制器组成，本实施例中的声音信号变换电路(如图1虚线部分)由双通道延伸放大电路、双通道检波电路和双通道延伸直流放大电路组成。各个电路的连接关系是：声音采集单元的输出端连接双通道前置放大电路的输入端，双通道前置放大电路的输出端连接双通道延伸放大电路的输入端，双通道延伸放大电路的输出端连接双通道检波电路的输入端，双通道检波电路的输出端连接双通道延伸直流放大电路的输入端，双通道延伸直流放大电路的输出端连接双通道积分电路的输入端，双通道积分电路的输出端连接A/D转换电路的输入端，A/D转换电路的输出端连接PTZ控制器的专用接口，双通道积分电路的输出端还连接一触发电路的输入端，触发电路的输出端连接PTZ控制器的中断端口。
本实施例中声音探测电路的原理图如图2所示：
声音采集单元可以由两个以水平180°夹角设置的声音传感器组成，本实施例中声音采集单元由第一话筒SEN1和第二话筒SEN2组成，该两个话筒是具有单指向特性的驻极体话筒。两个话筒分别安装在云台摄像机固定基座的两侧，其水平夹角为180°，在水平180°范围内均能够跟踪声音目标，从而形成了一个两通道的声音采集单元。为提高两通道的声音信号分离度以及降低杂散噪声的影响，宜采用具有单指向特性的驻极体话筒作为声音采集单元，同时两个话筒在电气连接时应保证二者接收的声音信号之间的相位相同。
双通道前置放大电路由第一运算放大器OPA1、第二运算放大器OPA2、电阻和电容组成的两个完全一样的各运算放大器为反相输入方式的放大电路，当然，它们也可以被设计成同相输入方式的放大电路，二者的效果是完全一样的。两运算放大器分别以声音采集单元的输出电信号作为它们的输入信号。第一电容C1和第二电容C2为各自的输入耦合电容；第一电阻R1、第二电阻R2为各自的输入电阻；第三电阻R3、第四电阻R4为各自的反馈电阻，改变电阻R3/R1、R2/R4的值可以调整放大器的增益；第七电阻R7、第八电阻R8为各自的直流负载；第六电阻R6、第五电阻R5串联在电源VDD和地之间，其结点的分压值提供两个运算放大器的直流工作电压，以满足单电源供电交流放大器的要求。声音采集单元的两通道输出信号分别被双通道前置放大电路放大后经第一运算放大器OPA1和第二运算放大器OPA2的输出端输出至声音信号变换电路的输入端。
双通道延伸放大电路由第三运算放大器OPA3、第四运算放大器OPA4、电阻和电容组成的两个完全一样的各运算放大器为反相输入方式的放大电路，当然，它们也可以被设计成同相输入方式的放大电路，二者的效果是完全一样的。两运算放大器分别以双通道前置放大器的输出信号作为它们的输入信号。第三电容C3和第四电容C4为各自的输入耦合电容；第九电阻R9、第十电阻R10为各自的输入电阻；第十一电阻R11、第十二电阻R12为各自的反馈电阻，改变电阻R11/R9、R12/R10的值可以调整放大器的增益；第十六电阻R16、第十七电阻R17为各自的直流负载；第十五电阻R15、第十四电阻R14串联在电源VDD和地之间，其结点的分压值提供两个运算放大器的直流工作电压，以满足单电源供电交流放大器的要求。双通道前置放大电路的两通道输出信号分别被双通道延伸放大电路放大后经第三运算放大器OPA3和第四运算放大器OPA4的输出端输出至双通道检波电路输入端。无论第三运算放大器OPA3和第四运算放大器OPA4均为同相输入方式或均为反相输入方式，在两个运算放大器的反相端均跨接第十三电阻R13，本实施例中在两个运算放大器均为反相输入方式，第十三电阻R13跨接在两个运算放大器的反相端之间，这是一个交叉反馈电阻，因此第三运算放大器OPA3和第四运算放大器OPA4的增益不仅与电阻R11/R9、R12/R10的值有关，还与第十三电阻R13有关，第十三电阻R13的引入，使输出信号较大的通道“压抑”了输出信号小的通道增益，这种“压抑”起到了扩展两个通道之间信号强度差别的作用。
双通道检波电路是由第五电容C5、第十八电阻R18和第六电容C6、第十九电阻R19组成的输入耦合电路和第一二极管D1、第二二极管D2一同组成的双通道二极管检波电路，双通道延伸放大电路的两通道输出信号经两输入耦合电路分别送到第一二极管D1、第二二极管D2进行检波，使两通道交流声音信号成为代表声音强度的两通道直流信号，然后经第七电容C7、第八电容C8进行平滑滤波后分别从第一二极管D1、第二二极管D2的阴极输出至双通道延伸直流放大电路。
双通道延伸直流放大电路由第五运算放大器OPA5、第六运算放大器OPA6和电阻组成，两运算放大器的两通道均为同相输入方式。第二十电阻R20、第二十一电阻R21为两运算放大器的输入电阻，它们的一端连接输入信号，另一端分别与第五运算放大器OPA5、第六运算放大器OPA6的同相输入端相连；第五运算放大器OPA5、第六运算放大器OPA6的反相输入端通过第二十二电阻R22、第二十三电阻R23接地；第二十六电阻R26、第二十七电阻R27分别为第五运算放大器OPA5、第六运算放大器OPA6的反馈电阻，电阻R24/R20、R25/R21的值和两只交差反馈电阻第二十八电阻R28和第二十九电阻R29共同决定两运算放大器的总直流增益；第二十八电阻R28跨接在第五运算放大器OPA5的输出端和第六运算放大器OPA6的反相输入端之间，第二十九电阻R29跨接在第六运算放大器OPA6的输出端和第五运算放大器OPA5的反相输入端之间，第二十八电阻R28和第二十九电阻R29将本通道输出的一部分送到另一通道的反相输入端，其原理与实施例1中的双通道延伸放大电路中的第十三电阻R13相似，只是第二十八电阻R28、第二十九电阻R29还可以根据增益和延伸程度的要求分别调整取值；第二十四电阻R24、第二十五电阻R25的一端分别与各自的运算放大器连接，另一端接地，为各自的放大器建立一个零工作点。双通道延伸直流放大电路将代表声音强度的两通道直流信号进行信号强度的扩展，然后分别经第五运算放大器OPA5、第六运算放大器OPA6的输出端输出至双通道积分电路。
双通道积分电路由第三十电阻R30、第十电容C10和第三十一电阻R31、第九电容C9组成，双通道积分电路的两通道接收到的双通道检波电路的两通道输出信号经积分平滑处理后由第三十电阻R30和第十电容C10、第三十一电阻R31和第九电容C9的结点处输出。
双通道积分电路的两通道直流输出信号分别作为触发电路和A/D转换电路的输入信号，其中一路经第三十二电阻R32和三十四电阻R34输入至触发电路，触发电路由第七运算放大器OPA7、第八运算放大器OPA8、电阻和或非门组成，两运算放大器均为同相输入方式，它们可以工作在饱和状态，即它们被设计成高增益模式，这由电阻R36/R33、R37/R35的值决定。两运算放大器的输入端没有信号时(没有声音被探测到时)，两运算放大器的输出均为零，由于这两通道输出信号是第一或非门NOR1的输入信号，所以第一或非门NOR1的输出为逻辑1，一旦双通道检波电路有输出信号(有声音被探测到时)时，经过双通道积分电路处理后的信号中任意一路信号幅度满足运算放大器的饱和要求，则这个运算放大器的输出立刻变为高电平，第一或非门NOR1的输出立刻变低为逻辑0(假定低电平为中断触发信号，高电平也可以，由设计人员设定)，PTZ控制器(PTZ在安防监控技术领域是Pan/Tilt/Zoom简写，代表云台全方位——上、下、左、右的移动及镜头变倍、变焦控制)的中断端口接收到由第一或非门NOR1输出的低电平中断触发信号后调用相应的中断服务处理程序。触发电路中由运算放大器和电阻组成的信号放大电路部分可采用施密特触发电路，施密特触发电路的输出端连接或非门的输入端。
双通道积分电路的另一路输出信号则作为A/D转换电路的输入信号，A/D转换电路中的第一A/D芯片ADC1、第二A/D芯片ADC2的信号输出端和控制信号输入端连接PTZ控制器的专用接口，当触发电路将低电平中断信号输入至PTZ控制器后，PTZ控制器调用相应的中断服务处理程序并通过控制信号线向A/D转换电路发出转换命令，第一A/D芯片ADC1、第二A/D芯片ADC2将双通道积分电路输出的信号进行转换后输入至PTZ控制器进行信号处理。第一A/D芯片ADC1、第二A/D芯片ADC2可以根据系统精度的需要选择合适的分辨率，它可以并行输出的，也可以是串行输出的，某些PTZ控制器具有多通道的ADC，这时候可以不必外加ADC电路，直接利用这些资源。
本实施例中，声音信号变换电路由双通道延伸放大电路、双通道检波电路和双通道延伸直流放大电路组成(见虚线框内所示)，首先双通道延伸放大电路将双通道前置放大电路的两通道输出信号进行强度差别上的扩展，然后经过双通道检波电路对扩展后的信号平滑滤波成代表声音强度的两通道直流信号，该两通道直流信号的强度差别进一步被双通道延伸直流放大电路扩展后输出至双通道积分电路，经过上述过程后，两通道的声音强度信号被调理成适于A/D转换电路的信号，同时两个声音信号之间的虚拟距离已经比它们被声音采集单元采集时的物理距离扩展了几倍或者更大，更便于PTZ控制器对其进行处理。
PTZ控制器内存储有前台主程序和具有较高优先级的中断服务处理程序ISR，前台主程序主要控制云台摄像机的日常动作，而中断服务处理程序ISR正常时处于后台等待状态，当PTZ控制器收到触发电路的触发信号后唤醒中断服务处理程序ISR并完成一次声音采集和处理的过程，中断服务处理程序ISR执行完毕后重新回到后台，PTZ控制器恢复前台主程序。
中断服务处理程序ISR的工作流程如图3所示：
1.关中断，保护现场；
2.启动A/D转换电路中的第一A/D芯片ADC1、第二A/D芯片ADC2并等待转换结束；
3.第一A/D芯片ADC1、第二A/D芯片ADC2的转换结果被读出并放入PTZ控制器的寄存器或RAM中，转换结果读出后关闭第一A/D芯片ADC1、第二A/D芯片ADC2，以使反射声不被采样；
4.两通道声音数据进行除运算；
5.按照除运算的结果进行查表，将除运算的结果换算成表中存储的云台摄像机对应的水平角度信息；
6.该水平角度信息被PTZ控制器读取后驱动云台摄像机逼近这个水平角度，完成了一次声源追踪；
7.动作完成后PTZ控制器开中断，恢复现场。
本实施例的工作原理是：
两只话筒分别安装在云台摄像机固定基座的两侧，其水平夹角为180°，形成了一个两通道的声音采集单元；当有声音出现时，两只话筒便有与声音对应的电信号输出，当声源位置与两话筒的位置不对称时，两话筒的输出信号有微小差别；两话筒的输出信号经双通道前置放大电路放大后送入可以扩展这种差别的双通道延伸放大电路，双通道延伸放大电路除了对两通道信号具有适当增益外，还通过交叉反馈方式将信号的强度差别进行扩展；双通道检波电路将经放大并扩展的两个声音信号检波并平滑滤波成代表两个声音强度的直流信号；这个两通道的声音强度信号被送到双通道延伸直流放大器，它将代表声音强度的直流信号放大并调理成适于A/D转换电路输入的信号，也通过交叉反馈的方式将两通道的声音强度进一步扩展，此时两个声音信号之间的虚拟距离已经比它们被声音采集单元采集时的物理距离扩展了几倍或者更大；在大厅的实用环境中，当一个声音出现时，主声波会在大厅内多次反射，其强度几乎与主声波相同，使话筒根本不知道声音来自何方，因而后续的处理就变得毫无意义。为了保证到达A/D转换电路的信号只有主声波信号，而没有反射声信号，双通道积分电路的一路输出信号输送至触发电路，该触发电路的输出可以触发PTZ控制器的一个中断，该中断触发后PTZ控制器立即响应并调用中断服务处理程序ISR，并启动A/D转换电路，读出转换后的声音强度数字信号，然后立即停止A/D转换电路。由于声波的传播速度与电信号和计算机处理速度相比要慢的多，所以A/D转换电路第一次采样的数据一定是主声波信息，这是屏蔽反射声波的机理；PTZ控制器对两通道的代表声音强度的数字信号进行除运算，其结果被用于查表以求出声音位置相对于两话筒的角度信息，进而驱动云台摄像机向声源位置逼近。
本发明中声音探测电路使用的运算放大器可以选用通用的低噪声放大器，但其开环增益尽可能高，其封装形式可以是单运放、双运放或四运放。而且选用的电阻器最好是精度优于1％的。
PTZ控制器中存储的信号除运算与水平夹角的对照表中的数据信息是事先计算并存储的数据。
本发明中声音探测电路的供电由云台主电源提供。
本发明提出一种可以在水平180°范围内进行声音探测的云台摄像机，在此装置的基础上还可以采取多传感器、多通道电路、多重交叉反馈式和更复杂的算法实现在立体空间内的全方位声源追踪。
实施例2，如图4所示。
实施例2与实施例1不同点在于实施例2中的声音信号变换电路(如图4中虚线部分)由双通道延伸放大电路和双通道检波电路组成，双通道延伸放大电路的输入端连接双通道前置放大电路的输出端，双通道延伸放大电路的输出端连接双通道检波电路的输入端，双通道检波电路的输出端连接双通道积分电路的输入端。
实施例3，如图5所示。
实施例3与实施例1不同点在于实施例3中的声音信号变换电路由双通道检波电路和双通道延伸直流放大电路组成(如图5虚线部分)，双通道检波电路的输入端连接双通道前置放大电路的输出端，双通道检波电路的输出端连接双通道延伸直流放大电路的输入端，双通道延伸直流放大电路的输出端连接双通道积分电路的输入端。