Abtastsynchronisation zur kohärenten digitalen Signalverarbeitung in akustischen Sensornetzwerken

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Gerald Enzner
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Bild- und Sprachverarbeitung, Computergraphik und Visualisierung, Human Computer Interaction, Ubiquitous und Wearable Computing
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 282835863

Mit dem Aufkommen von Smart-Home-Technologien sind akustische Sensornetzwerke (ASN) von einer Nischenanwendung zum Bestandteil von Alltagsanwendungen geworden. In einem ASN sind die Sensorknoten jedoch nicht von sich aus synchronisiert, da die unabhängigen Oszillatoren der Knoten einen unvermeidlichen Abtastratenversatz (engl. sampling rate offset, SRO) mit sich bringen. Bereits kleinste SROs wirken sich sehr nachteilig in Audioanwendungen aus, wie beispielsweise beim Beamforming oder bei der Quellenlokalisation, wenn diese mehrere Sensorknoten mit einbeziehen. Über einen längeren Zeitraum hinweg akkumulieren sich kleine SROs zu erheblichen Signalverzögerungen, die schlussendlich zu vollständig asynchronen Audio-Streams führen. Abtastratensynchronisation ist daher eine Kernaufgabe für die Signalverarbeitung in ASNs.In dieser Projektverlängerung im Rahmen der Forschungsgruppe (FG) "Akustische Sensornetzwerke" sehen wir in der Dynamik, die mit dem Smart-Home-Szenario einhergeht, gleichermaßen Herausforderung und Chance. In Übereinstimmung mit den überspannenden Zielen der FG betrachten wir die Zuverlässigkeit der geschätzten SROs, um anzuzeigen, inwieweit sich eine bestimmte akustische Szene für die weiterführende Signalverarbeitung eignet. Mit verschiedenen paarweisen Schätzungen, die über die Zeit gewonnen werden, können wir dann die SRO-Informationen auf Basis ihrer Zuverlässigkeiten zusammenführen, um somit eine stabile Langzeitsynchronisation zu ermöglichen. Darüber hinaus erweitern wir das Synchronisationskonzept von zwei Sensoren auf eine beliebige Anzahl von Senosren innerhalb eines Smart Homes, indem wir die Informationsfusion auch über das Netzwerk hinweg anwenden. Die innerhalb der FG zu entwickelnde 'Acoustic Map' dient dabei als Schnittstelle, um Synchronisation für die anderen Teilprojekte der FG bereitzustellen, und erlaubt es ebenfalls, Informationen auf höherer Abstraktionseben auszunutzen, um die Synchronisation zu erleichtern.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2457: Akustische Sensornetze
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Walter Kellermann