一種音頻信號(hào)車輛識(shí)別系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種音頻信號(hào)車輛識(shí)別系統(tǒng)，包括：信號(hào)采集系統(tǒng)、信號(hào)放大系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)和終端顯示系統(tǒng)，信號(hào)采集系統(tǒng)、信號(hào)放大系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)串聯(lián)連接后與終端顯示設(shè)備連接，信號(hào)采集系統(tǒng)布置于高速公路出入口附近。本系統(tǒng)的主要功能有：1、通過(guò)兩對(duì)信號(hào)采集系統(tǒng)，將汽車行駛時(shí)發(fā)出的特征音頻信號(hào)收錄；2、根據(jù)采集聲音信號(hào)的大小可改變放大器的增益系數(shù)，利于后續(xù)采樣；3、利用FFT算法得到音頻信號(hào)的頻譜等特征信息；4、結(jié)合AR建模，對(duì)車輛類型進(jìn)行分析。本發(fā)明能根據(jù)較易獲得的音頻信號(hào)進(jìn)行車輛類型的識(shí)別，從而用較簡(jiǎn)單的方法幫助交通管理人員獲得交通狀況信息，是一種簡(jiǎn)易有效的智能識(shí)別系統(tǒng)。
【專利說(shuō)明】一種音頻信號(hào)車輛識(shí)別系統(tǒng)
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明屬于音頻檢測(cè)領(lǐng)域，尤其是涉及到通過(guò)音頻信號(hào)分辨車輛類型。

【背景技術(shù)】
[0003]車輛自動(dòng)分類和識(shí)別是智能化交通的重要組成部分，磁頻率和視頻已被應(yīng)用到車型自動(dòng)識(shí)別中。利用車輛行駛過(guò)程中產(chǎn)生的音頻信號(hào)進(jìn)行交通控制和管理是一種全新方法，有很大的應(yīng)用前景。
[0004]基于對(duì)車輛聲頻信號(hào)建立的AR模型進(jìn)行預(yù)估，選取基于線性預(yù)測(cè)編碼(LPC)的倒譜(LPCC)系數(shù)作為車輛聲頻信號(hào)的特征進(jìn)行車輛類型分辨與識(shí)別，能夠簡(jiǎn)單而有效地完成車型自動(dòng)識(shí)別，對(duì)交通控制和管理十分有利。音頻分析儀作為此裝置的前端語(yǔ)音拾取及整形處理系統(tǒng)也顯得十分重要。音頻分析基于離散傅立葉變換原理，以單片機(jī)和可編程邏輯器件FPGA構(gòu)成的最小系統(tǒng)為控制核心，實(shí)現(xiàn)了音頻信號(hào)頻率成分分析并測(cè)量正弦信號(hào)失真度的功能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)問(wèn)題；提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、成本低，采集的數(shù)據(jù)易于處理和分析，能夠?qū)崟r(shí)通過(guò)音頻信號(hào)分辨車輛類型的一種音頻信號(hào)車輛識(shí)別系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種音頻信號(hào)車輛識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，包括:
信號(hào)采集系統(tǒng):布置于高速公路出入口附近，用于采集車輛聲頻信號(hào)，該信號(hào)采集系統(tǒng)成對(duì)出現(xiàn)，并布置在同一水平線上，所述的兩個(gè)信號(hào)采集系統(tǒng)相距10到20厘米；該信號(hào)采集系統(tǒng)為了獲取電壓峰峰值0.5mV?10V的輸入信號(hào)，包含有若干路衰減檔，每檔由用戶通過(guò)跳線帽進(jìn)行手動(dòng)選擇，以控制輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍；
信號(hào)放大系統(tǒng):接收信號(hào)采集系統(tǒng)所采集的車輛聲頻信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行放大，該信號(hào)放大系統(tǒng)采用多路復(fù)用方式實(shí)現(xiàn)多路放大選擇，包括至少兩級(jí)放大處理單元，所述每級(jí)放大處理單元包括多倍數(shù)放大電路；放大電路的通路選擇由繼電器組實(shí)現(xiàn)，未選擇通路時(shí)，系統(tǒng)默認(rèn)選擇第一路放大。
[0007]信號(hào)處理系統(tǒng):將放大的信號(hào)經(jīng)12位串行接口、20KHz采樣率AD芯片ADS1286采樣后送至FPGA內(nèi)，利用FPGA對(duì)采集的音頻信號(hào)進(jìn)行FFT變換，得到音頻信號(hào)頻譜。在FGPA總線上外掛一個(gè)EEPR0M，用于存取數(shù)據(jù)庫(kù)信息。數(shù)據(jù)庫(kù)中包含已經(jīng)準(zhǔn)備好的各種車型對(duì)應(yīng)的音頻信號(hào)頻譜。將采集的音頻信號(hào)的頻譜與數(shù)據(jù)庫(kù)中頻譜分別相乘求和，利用自相關(guān)最大原理找出和最大的一項(xiàng)，其對(duì)應(yīng)的車型即為采集信號(hào)所對(duì)應(yīng)的車型。
[0008]終端顯示系統(tǒng):將信號(hào)處理系統(tǒng)最終得到的車型結(jié)果顯示在顯示屏上。
[0009]在上述的一種音頻信號(hào)車輛識(shí)別系統(tǒng)，信號(hào)放大系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大的倍數(shù)的選定由信號(hào)處理系統(tǒng)進(jìn)行，具體方法是:信號(hào)采集系統(tǒng)將信號(hào)發(fā)送給信號(hào)處理系統(tǒng)，經(jīng)12位串行接口、20KHz采樣率AD芯片ADS1286采樣后送至FPGA內(nèi)進(jìn)行處理，判斷輸入信號(hào)幅值范圍并選定放大倍數(shù)，其中，幅值范圍和對(duì)應(yīng)的放大倍數(shù)由用戶自行設(shè)定，然后FPGA將放大倍數(shù)的信號(hào)發(fā)送給信號(hào)放大系統(tǒng)，信號(hào)放大系統(tǒng)根據(jù)FPGA選定的放大倍數(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。
[0010]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):能用較為簡(jiǎn)單的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)公路車輛的識(shí)別，從而更方便的對(duì)道路交通進(jìn)行管理。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為本發(fā)明的裝置系統(tǒng)框圖。
[0012]圖2為本發(fā)明的信號(hào)采集電路圖。
[0013]圖3為本發(fā)明的信號(hào)預(yù)處理電路圖。
[0014]圖4為本發(fā)明的信號(hào)放大電路圖。
[0015]圖5為本發(fā)明的信號(hào)AD采樣電路圖。
[0016]圖6為本發(fā)明工作時(shí)的狀態(tài)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例來(lái)對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0018]參見(jiàn)附圖1，系統(tǒng)框圖包括信號(hào)采集、放大和處理三部分，信號(hào)采集包括拾音器采集音頻信號(hào)和對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，信號(hào)放大主要是為了測(cè)量幅度范圍更大的音頻信號(hào)，信號(hào)處理包括AD采樣、FFT運(yùn)算、相關(guān)運(yùn)算等，最終FPGA模塊在單片機(jī)模塊的控制下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，存儲(chǔ)，并利用FFT的算法計(jì)算出相應(yīng)特征值，并與已知車型進(jìn)行相關(guān)，進(jìn)而判斷信號(hào)的特征。
[0019]具體的工作模式如下:
信號(hào)采集系統(tǒng):布置于高速公路出入口附近，用于采集車輛聲頻信號(hào)，該信號(hào)采集系統(tǒng)成對(duì)出現(xiàn)，并布置在同一水平線上，所述的兩個(gè)信號(hào)采集系統(tǒng)相距10到20厘米；該信號(hào)采集系統(tǒng)為了獲取電壓峰峰值0.5mV?10V的輸入信號(hào)，包含有若干路衰減檔，每檔由用戶通過(guò)跳線帽進(jìn)行手動(dòng)選擇，以控制輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍；
信號(hào)放大系統(tǒng):接收信號(hào)采集系統(tǒng)所采集的車輛聲頻信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行放大，該信號(hào)放大系統(tǒng)采用多路復(fù)用方式實(shí)現(xiàn)多路放大選擇，包括至少兩級(jí)放大處理單元，所述每級(jí)放大處理單元包括多倍數(shù)放大電路；放大電路的通路選擇由繼電器組實(shí)現(xiàn)，未選擇通路時(shí)，系統(tǒng)默認(rèn)選擇第一路放大，其中，信號(hào)放大系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大的倍數(shù)的選定由信號(hào)處理系統(tǒng)進(jìn)行，具體方法是:信號(hào)采集系統(tǒng)將信號(hào)發(fā)送給信號(hào)處理系統(tǒng)，經(jīng)12位串行接口、20KHz采樣率AD芯片ADS1286采樣后送至FPGA內(nèi)進(jìn)行處理，判斷輸入信號(hào)幅值范圍并選定放大倍數(shù)，其中，幅值范圍和對(duì)應(yīng)的放大倍數(shù)由用戶自行設(shè)定，然后FPGA將放大倍數(shù)的信號(hào)發(fā)送給信號(hào)放大系統(tǒng)，信號(hào)放大系統(tǒng)根據(jù)FPGA選定的放大倍數(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大；
信號(hào)處理系統(tǒng):將放大的信號(hào)經(jīng)12位串行接口、20KHz采樣率AD芯片ADS1286采樣后送至FPGA內(nèi)，利用FPGA對(duì)采集的音頻信號(hào)進(jìn)行FFT變換，得到音頻信號(hào)頻譜。在FGPA總線上外掛一個(gè)EEPROM，用于存取數(shù)據(jù)庫(kù)信息。數(shù)據(jù)庫(kù)中包含已經(jīng)準(zhǔn)備好的各種車型對(duì)應(yīng)的音頻信號(hào)頻譜。將采集的音頻信號(hào)的頻譜與數(shù)據(jù)庫(kù)中頻譜分別相乘求和，利用自相關(guān)最大原理找出和最大的一項(xiàng)，其對(duì)應(yīng)的車型即為采集信號(hào)所對(duì)應(yīng)的車型。
[0020]終端顯示系統(tǒng):將信號(hào)處理系統(tǒng)最終得到的車型結(jié)果顯示在顯示屏上。
[0021]參見(jiàn)附圖2，信號(hào)采集模塊通過(guò)如圖所示電路圖完成。采用駐極體話筒降噪電路，R1、R2、R3、R4、C1、C2、C3和Ql組成一個(gè)典型的共集放大電路，使話筒對(duì)于任意參數(shù)都滿足偏置要求。同時(shí)自舉電容C2的存在，可滿足話筒后級(jí)放大電路的所有匹配要求，極大地降低了噪音電平，具有一定的降噪功能。
[0022]參見(jiàn)附圖3，信號(hào)預(yù)處理模塊通過(guò)如圖所示電路圖完成。為盡可能地對(duì)信號(hào)進(jìn)行幅值拓寬處理，以獲取電壓峰峰值0.5mV^10V的輸入信號(hào)。因信號(hào)源輸出最小幅度峰峰值為50mV,此處分三路對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，第一檔不衰減，第二檔衰減10倍，第三檔衰減100倍，用跳線帽進(jìn)行手動(dòng)選擇，以控制輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。
[0023]參見(jiàn)附圖4，放大部分采用多路復(fù)用方式實(shí)現(xiàn)八路放大選擇。因后級(jí)采用ADS8505進(jìn)行采樣，采樣幅值范圍為-10疒10V，為保證峰峰值范圍在0.5mV?1V之內(nèi)的輸入信號(hào)的采樣精度，故需將信號(hào)調(diào)理至較為適中的值再采樣，故設(shè)計(jì)了兩級(jí)放大處理。前級(jí)四路放大倍數(shù)分別為:，，20，200，后級(jí)設(shè)計(jì)了兩路放大，放大倍數(shù)分別為:9和50。前后級(jí)聯(lián)之后，放大共8路。由于信號(hào)衰到較小值后AD采樣值不準(zhǔn)，故有一路衰減未用，實(shí)際工作只有7路，輸入0.5mV^10V的信號(hào)被調(diào)理至1.863V10V。放大電路的通路選擇由繼電器組實(shí)現(xiàn)，未選擇通路時(shí)，系統(tǒng)默認(rèn)選擇第一路放大，即放大1.896倍，由后級(jí)A/D采樣后送入FPGA判斷原輸入信號(hào)的幅值范圍，從而控制繼電器的通斷，實(shí)現(xiàn)通路選擇。
[0024]參見(jiàn)附圖5，信號(hào)處理中進(jìn)行AD采樣。經(jīng)12位串行接口、20KHz采樣率AD芯片ADS1286采樣后送至FPGA內(nèi)由程序進(jìn)行處理，判斷輸入信號(hào)幅值范圍并選定放大倍數(shù)。
[0025]本發(fā)明裝置從車輛行駛過(guò)程中產(chǎn)生的音頻信號(hào)入手，通過(guò)對(duì)信號(hào)拾取、放大、頻域處理運(yùn)算，最后將顯示模塊的數(shù)據(jù)與所述的數(shù)據(jù)對(duì)比模塊相連接，將得到數(shù)據(jù)的頻譜與現(xiàn)存的車輛對(duì)應(yīng)音頻信號(hào)的頻譜做比較，利用所述的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模塊對(duì)各種類型的車輛數(shù)目進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。
[0026]本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書(shū)所定義的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種音頻信號(hào)車輛識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，包括: 信號(hào)采集系統(tǒng):布置于高速公路出入口附近，用于采集車輛聲頻信號(hào)，該信號(hào)采集系統(tǒng)成對(duì)出現(xiàn)，并布置在同一水平線上，所述的兩個(gè)信號(hào)采集系統(tǒng)相距10到20厘米；該信號(hào)采集系統(tǒng)為了獲取電壓峰峰值0.5mV?10V的輸入信號(hào)，包含有若干路衰減檔，每檔由用戶通過(guò)跳線帽進(jìn)行手動(dòng)選擇，以控制輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍； 信號(hào)放大系統(tǒng):接收信號(hào)采集系統(tǒng)所采集的車輛聲頻信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行放大，該信號(hào)放大系統(tǒng)采用多路復(fù)用方式實(shí)現(xiàn)多路放大選擇，包括至少兩級(jí)放大處理單元，所述每級(jí)放大處理單元包括多倍數(shù)放大電路；放大電路的通路選擇由繼電器組實(shí)現(xiàn)，未選擇通路時(shí)，系統(tǒng)默認(rèn)選擇第一路放大； 信號(hào)處理系統(tǒng):將放大的信號(hào)經(jīng)12位串行接口、20KHz采樣率AD芯片ADS1286采樣后送至FPGA內(nèi)，利用FPGA對(duì)采集的音頻信號(hào)進(jìn)行FFT變換，得到音頻信號(hào)頻譜；在FGPA總線上外掛一個(gè)EEPROM，用于存取數(shù)據(jù)庫(kù)信息；數(shù)據(jù)庫(kù)中包含已經(jīng)準(zhǔn)備好的各種車型對(duì)應(yīng)的音頻信號(hào)頻譜；將采集的音頻信號(hào)的頻譜與數(shù)據(jù)庫(kù)中頻譜分別相乘求和，利用自相關(guān)最大原理找出和最大的一項(xiàng)，其對(duì)應(yīng)的車型即為采集信號(hào)所對(duì)應(yīng)的車型； 終端顯示系統(tǒng):將信號(hào)處理系統(tǒng)最終得到的車型結(jié)果顯示在顯示屏上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種音頻信號(hào)車輛識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，信號(hào)放大系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大的倍數(shù)的選定由信號(hào)處理系統(tǒng)進(jìn)行，具體方法是:信號(hào)采集系統(tǒng)將信號(hào)發(fā)送給信號(hào)處理系統(tǒng)，經(jīng)12位串行接口、20KHz采樣率AD芯片ADS1286采樣后送至FPGA內(nèi)進(jìn)行處理，判斷輸入信號(hào)幅值范圍并選定放大倍數(shù)，其中，幅值范圍和對(duì)應(yīng)的放大倍數(shù)由用戶自行設(shè)定，然后FPGA將放大倍數(shù)的信號(hào)發(fā)送給信號(hào)放大系統(tǒng)，信號(hào)放大系統(tǒng)根據(jù)FPGA選定的放大倍數(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。
【文檔編號(hào)】G10L25/78GK104332162SQ201410684158
【公開(kāi)日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月25日
【發(fā)明者】秦斯奇, 龔心杰, 陳小橋 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)