基于A(yíng)DPCM算法的汽車(chē)智能語(yǔ)音報警系統設計

1前言

為了防止汽車(chē)發(fā)生交通事故，當汽車(chē)智能檢測裝置探測到前方有危險時(shí)，必須向駕駛員發(fā)出警告信息。語(yǔ)音報警向駕駛員明確提示危險，以便駕駛員能及時(shí)準確地采取措施。因此，本文提出數字語(yǔ)音處理技術(shù)，先將各種狀況的報警信息進(jìn)行數字化采集、存儲，遇到危險時(shí)，將判斷危險類(lèi)型并自動(dòng)選擇播放存儲的報警信息。由于語(yǔ)音信息量大，直接存儲需占用龐大的存儲空間，為此，本文采用FPGA實(shí)現ADPCM(Adaptive Differential Pulse CodeModulation，自適應差分脈沖編碼調制)編解碼器設計，對語(yǔ)音信息進(jìn)行壓縮存儲.從而使存儲信息量增大了一倍。

2 系統結構及原理

　　本系統設計是以單片機和FPGA為核心。單片機控制系統的工作狀態(tài)、啟動(dòng)錄放音并對錄放音時(shí)間進(jìn)行計時(shí)、顯示。FPGA對采集到的數據進(jìn)行壓縮、存儲、解壓。單片機與FPGA協(xié)調工作，提高了系統的工作效率和穩定性。系統結構如圖1所示。

　　首先，將所希望采集的各種報警聲音經(jīng)前向通道(話(huà)筒、差分放大器、濾波器、加法器)再由A/D轉換器轉換為數字信號并送人FPGA進(jìn)行ADPCM壓縮編碼處理，然后存儲到靜態(tài)存儲器SRAM中。遇到危險時(shí)，單片機對危險進(jìn)行判斷，控制FPGA將相應的語(yǔ)音數據從SRAM中取出并進(jìn)行解碼，然后送至8 位的D/A轉換器，轉換為模擬信號，再經(jīng)后向通道(濾波器、校正電路、功率放大器、揚聲器)復現報警聲音。

3 系統主要硬件設計

　　3.1 前置放大器

　　采用駐極體話(huà)筒采集語(yǔ)音信號，轉換其信號幅值為毫伏級的電信號，系統前級對其處理時(shí)，要盡可能提高放大器輸入端的信噪比，保證放大電路具有精確、穩定的增益。為此，本文設計了如圖2所示的檢測放大電路。該電路前級采用電壓跟隨器，利用輸入電阻為無(wú)窮大而輸出趨于零的特性，提供高輸入電阻，實(shí)現阻抗變換與隔離;后級采用差動(dòng)放大器，獲得較高的共模抑制比，增強電路抗干擾性。

　　電壓跟隨器由性能優(yōu)良的低噪聲音頻放大器NE5532構成，工作電壓為12 V，工作帶寬為10 MHz，特別適用于語(yǔ)音信息處理。差動(dòng)放大器采用AD620實(shí)現。AD620內部實(shí)際上是一個(gè)差分放大器，其失調電壓電流小，共模抑制比高，因此處理微弱信號時(shí)，也就是放大和消除噪聲方面具有優(yōu)異性能，其增益G=1+(49.4 kΩ/Rg)(Rg為接在1、8引腳之間的電阻)。調節電位器R1，使放大的信號幅值介于-2.5 V和2.5 V之間，便于A(yíng)/D轉換器采樣量化。

　　3.2 帶通濾波器

　　語(yǔ)音信號經(jīng)放大傳輸后容易拾取噪聲，因此在數據采集之前，需要通過(guò)帶通濾波器濾除掉帶外雜波。人的語(yǔ)音頻率范圍為300 Hz～3.4 kHz，故濾波器的通帶范圍應為300 Hz～3.4kHz。如此寬的頻帶，必須采用低通部分與高通部分相級聯(lián)的方式實(shí)現。

　　高通濾波器設計指標：通帶截止頻率fp=300Hz，通帶允許最大衰減αp≤3 dB;為消除工頻干擾，確定阻帶截止頻率fs=50 Hz，阻帶允許最小衰減as>40 dB。選用兩級二階Butterworth高通濾波器相級聯(lián)構成.仿真結果如圖3所示。