基于ADPCM算法的汽车智能语音报警系统的设计

汽车电子网 基于ADPCM算法的汽车智能语音报警系统的设计。

1 前言

为了防止汽车发生交通事故,当汽车智能检测装置探测到前方有危险时,必须向驾驶员发出警告信息。语音报警向驾驶员明确提示危险,以便驾驶员能及时准确地采取措施。因此,本文提出数字语音处理技术,先将各种状况的报警信息进行数字化采集、存储,遇到危险时,将判断危险类型并自动选择播放存储的报警信息。由于语音信息量大,直接存储需占用庞大的存储空间,为此,本文采用FPGA实现ADPCM(Adaptive Differential Pulse CodeModulation,自适应差分脉冲编码调制)编解码器设计,对语音信息进行压缩存储.从而使存储信息量增大了一倍。

2 系统结构及原理

本系统设计是以单片机和FPGA为核心。单片机控制系统的工作状态、启动录放音并对录放音时间进行计时、显示。FPGA对采集到的数据进行压缩、存储、解压。单片机与FPGA协调工作,提高了系统的工作效率和稳定性。系统结构如图1所示。

首先,将所希望采集的各种报警声音经前向通道(话筒、差分放大器、滤波器、加法器)再由A/D转换器转换为数字信号并送人FPGA进行ADPCM压缩编码处理,然后存储到静态存储器SRAM中。遇到危险时,单片机对危险进行判断,控制FPGA将相应的语音数据从SRAM中取出并进行解码,然后送至8 位的D/A转换器,转换为模拟信号,再经后向通道(滤波器、校正电路、功率放大器、扬声器)复现报警声音。

3 系统主要硬件设计

3.1 前置放大器

采用驻极体话筒采集语音信号,转换其信号幅值为毫伏级的电信号,系统前级对其处理时,要尽可能提高放大器输入端的信噪比,保证放大电路具有精确、稳定的增益。为此,本文设计了如图2所示的检测放大电路。该电路前级采用电压跟随器,利用输入电阻为无穷大而输出趋于零的特性,提供高输入电阻,实现阻抗变换与隔离;后级采用差动放大器,获得较高的共模抑制比,增强电路抗干扰性。

电压跟随器由性能优良的低噪声音频放大器NE5532构成,工作电压为12 V,工作带宽为10 MHz,特别适用于语音信息处理。差动放大器采用AD620实现。AD620内部实际上是一个差分放大器,其失调电压电流小,共模抑制比高,因此处理微弱信号时,也就是放大和消除噪声方面具有优异性能,其增益G=1+(49.4 kΩ/Rg)(Rg为接在1、8引脚之间的电阻)。调节电位器R1,使放大的信号幅值介于-2.5 V和2.5 V之间,便于A/D转换器采样量化。

3.2 带通滤波器

语音信号经放大传输后容易拾取噪声,因此在数据采集之前,需要通过带通滤波器滤除掉带外杂波。人的语音频率范围为300 Hz～3.4 kHz,故滤波器的通带范围应为300 Hz～3.4kHz。如此宽的频带,必须采用低通部分与高通部分相级联的方式实现。

高通滤波器设计指标:通带截止频率fp=300Hz,通带允许最大衰减αp≤3 dB;为消除工频干扰,确定阻带截止频率fs=50 Hz,阻带允许最小衰减as>40 dB。选用两级二阶Butterworth高通滤波器相级联构成.仿真结果如图3所示。

低通滤波器的设计指标为:通带截止频率fp=3 400 Hz,通带允许最大衰减αp≤3 dB;为抑制采样混叠失真,确定阻带截止频率fs=4 000 Hz,阻带允许最小衰减as≥40 dB。由于椭圆滤波器可以获得较其他滤波器窄的过渡带宽,故适用该系统设计。利用滤波器辅助设计软件Filter Wiz Pro获得五阶椭圆低通滤波器电路如图4、仿真结果如图5所示。

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