一種音頻信號車輛識別系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種音頻信號車輛識別系統(tǒng)，包括：信號采集系統(tǒng)、信號放大系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)和終端顯示系統(tǒng)，信號采集系統(tǒng)、信號放大系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)串聯(lián)連接后與終端顯示設備連接，信號采集系統(tǒng)布置于高速公路出入口附近。本系統(tǒng)的主要功能有：1、通過兩對信號采集系統(tǒng)，將汽車行駛時發(fā)出的特征音頻信號收錄；2、根據(jù)采集聲音信號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算法得到音頻信號的頻譜等特征信息；4、結(jié)合AR建模，對車輛類型進行分析。本發(fā)明能根據(jù)較易獲得的音頻信號進行車輛類型的識別，從而用較簡單的方法幫助交通管理人員獲得交通狀況信息，是一種簡易有效的智能識別系統(tǒng)。
【專利說明】一種音頻信號車輛識別系統(tǒng)
[0001]
【技術(shù)領域】
[0002]本發(fā)明屬于音頻檢測領域，尤其是涉及到通過音頻信號分辨車輛類型。
【背景技術(shù)】
[0003]車輛自動分類和識別是智能化交通的重要組成部分，磁頻率和視頻已被應用到車型自動識別中。利用車輛行駛過程中產(chǎn)生的音頻信號進行交通控制和管理是一種全新方法，有很大的應用前景。
[0004]基于對車輛聲頻信號建立的AR模型進行預估，選取基于線性預測編碼(LPC)的倒譜(LPCC)系數(shù)作為車輛聲頻信號的特征進行車輛類型分辨與識別，能夠簡單而有效地完成車型自動識別，對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，以單片機和可編程邏輯器件FPGA構(gòu)成的最小系統(tǒng)為控制核心，實現(xiàn)了音頻信號頻率成分分析并測量正弦信號失真度的功能。
【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)問題；提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、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通過音頻信號分辨車輛類型的一種音頻信號車輛識別系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種音頻信號車輛識別系統(tǒng)，其特征在于，包括:
信號采集系統(tǒng):布置于高速公路出入口附近，用于采集車輛聲頻信號，該信號采集系統(tǒng)成對出現(xiàn)，并布置在同一水平線上，所述的兩個信號采集系統(tǒng)相距10到20厘米；該信號采集系統(tǒng)為了獲取電壓峰峰值0.5mV?10V的輸入信號，包含有若干路衰減檔，每檔由用戶通過跳線帽進行手動選擇，以控制輸入信號的動態(tài)范圍；
信號放大系統(tǒng):接收信號采集系統(tǒng)所采集的車輛聲頻信號，并對其進行放大，該信號放大系統(tǒng)采用多路復用方式實現(xiàn)多路放大選擇，包括至少兩級放大處理單元，所述每級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現(xiàn)，未選擇通路時，系統(tǒng)默認選擇第一路放大。
[0007]信號處理系統(tǒng):將放大的信號經(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對采集的音頻信號進行FFT變換，得到音頻信號頻譜。在FGPA總線上外掛一個EEPR0M，用于存取數(shù)據(jù)庫信息。數(shù)據(jù)庫中包含已經(jīng)準備好的各種車型對應的音頻信號頻譜。將采集的音頻信號的頻譜與數(shù)據(jù)庫中頻譜分別相乘求和，利用自相關最大原理找出和最大的一項，其對應的車型即為采集信號所對應的車型。
[0008]終端顯示系統(tǒng):將信號處理系統(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車輛識別系統(tǒng)，信號放大系統(tǒng)對信號進行放大的倍數(shù)的選定由信號處理系統(tǒng)進行，具體方法是:信號采集系統(tǒng)將信號發(fā)送給信號處理系統(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)進行處理，判斷輸入信號幅值范圍并選定放大倍數(shù)，其中，幅值范圍和對應的放大倍數(shù)由用戶自行設定，然后FPGA將放大倍數(shù)的信號發(fā)送給信號放大系統(tǒng)，信號放大系統(tǒng)根據(jù)FPGA選定的放大倍數(shù)對信號進行放大。
[0010]本發(fā)明具有如下優(yōu)點:能用較為簡單的方法實現(xiàn)對公路車輛的識別，從而更方便的對道路交通進行管理。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明的裝置系統(tǒng)框圖。
[0012]圖2為本發(fā)明的信號采集電路圖。
[0013]圖3為本發(fā)明的信號預處理電路圖。
[0014]圖4為本發(fā)明的信號放大電路圖。
[0015]圖5為本發(fā)明的信號AD采樣電路圖。
[0016]圖6為本發(fā)明工作時的狀態(tài)示意圖。
【具體實施方式】
[0017]以下結(jié)合附圖和具體實施例來對本發(fā)明做進一步的說明。
[0018]參見附圖1，系統(tǒng)框圖包括信號采集、放大和處理三部分，信號采集包括拾音器采集音頻信號和對音頻信號進行預處理，信號放大主要是為了測量幅度范圍更大的音頻信號，信號處理包括AD采樣、FFT運算、相關運算等，最終FPGA模塊在單片機模塊的控制下實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，存儲，并利用FFT的算法計算出相應特征值，并與已知車型進行相關，進而判斷信號的特征。
[0019]具體的工作模式如下:
信號采集系統(tǒng):布置于高速公路出入口附近，用于采集車輛聲頻信號，該信號采集系統(tǒng)成對出現(xiàn)，并布置在同一水平線上，所述的兩個信號采集系統(tǒng)相距10到20厘米；該信號采集系統(tǒng)為了獲取電壓峰峰值0.5mV?10V的輸入信號，包含有若干路衰減檔，每檔由用戶通過跳線帽進行手動選擇，以控制輸入信號的動態(tài)范圍；
信號放大系統(tǒng):接收信號采集系統(tǒng)所采集的車輛聲頻信號，并對其進行放大，該信號放大系統(tǒng)采用多路復用方式實現(xiàn)多路放大選擇，包括至少兩級放大處理單元，所述每級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現(xiàn)，未選擇通路時，系統(tǒng)默認選擇第一路放大，其中，信號放大系統(tǒng)對信號進行放大的倍數(shù)的選定由信號處理系統(tǒng)進行，具體方法是:信號采集系統(tǒng)將信號發(fā)送給信號處理系統(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)進行處理，判斷輸入信號幅值范圍并選定放大倍數(shù)，其中，幅值范圍和對應的放大倍數(shù)由用戶自行設定，然后FPGA將放大倍數(shù)的信號發(fā)送給信號放大系統(tǒng)，信號放大系統(tǒng)根據(jù)FPGA選定的放大倍數(shù)對信號進行放大；
信號處理系統(tǒng):將放大的信號經(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對采集的音頻信號進行FFT變換，得到音頻信號頻譜。在FGPA總線上外掛一個EEPROM，用于存取數(shù)據(jù)庫信息。數(shù)據(jù)庫中包含已經(jīng)準備好的各種車型對應的音頻信號頻譜。將采集的音頻信號的頻譜與數(shù)據(jù)庫中頻譜分別相乘求和，利用自相關最大原理找出和最大的一項，其對應的車型即為采集信號所對應的車型。
[0020]終端顯示系統(tǒng):將信號處理系統(tǒng)最終得到的車型結(jié)果顯示在顯示屏上。
[0021]參見附圖2，信號采集模塊通過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組成一個典型的共集放大電路，使話筒對于任意參數(shù)都滿足偏置要求。同時自舉電容C2的存在，可滿足話筒后級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]參見附圖3，信號預處理模塊通過如圖所示電路圖完成。為盡可能地對信號進行幅值拓寬處理，以獲取電壓峰峰值0.5mV^10V的輸入信號。因信號源輸出最小幅度峰峰值為50mV,此處分三路對信號進行處理，第一檔不衰減，第二檔衰減10倍，第三檔衰減100倍，用跳線帽進行手動選擇，以控制輸入信號的動態(tài)范圍。
[0023]參見附圖4，放大部分采用多路復用方式實現(xiàn)八路放大選擇。因后級采用ADS8505進行采樣，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)的輸入信號的采樣精度，故需將信號調(diào)理至較為適中的值再采樣，故設計了兩級放大處理。前級四路放大倍數(shù)分別為:，，20，200，后級設計了兩路放大，放大倍數(shù)分別為:9和50。前后級聯(lián)之后，放大共8路。由于信號衰到較小值后AD采樣值不準，故有一路衰減未用，實際工作只有7路，輸入0.5mV^10V的信號被調(diào)理至1.863V10V。放大電路的通路選擇由繼電器組實現(xiàn)，未選擇通路時，系統(tǒng)默認選擇第一路放大，即放大1.896倍，由后級A/D采樣后送入FPGA判斷原輸入信號的幅值范圍，從而控制繼電器的通斷，實現(xiàn)通路選擇。
[0024]參見附圖5，信號處理中進行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)由程序進行處理，判斷輸入信號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程中產(chǎn)生的音頻信號入手，通過對信號拾取、放大、頻域處理運算，最后將顯示模塊的數(shù)據(jù)與所述的數(shù)據(jù)對比模塊相連接，將得到數(shù)據(jù)的頻譜與現(xiàn)存的車輛對應音頻信號的頻譜做比較，利用所述的數(shù)據(jù)統(tǒng)計模塊對各種類型的車輛數(shù)目進行統(tǒng)計。
[0026]本發(fā)明所屬【技術(shù)領域】的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種音頻信號車輛識別系統(tǒng)，其特征在于，包括: 信號采集系統(tǒng):布置于高速公路出入口附近，用于采集車輛聲頻信號，該信號采集系統(tǒng)成對出現(xiàn)，并布置在同一水平線上，所述的兩個信號采集系統(tǒng)相距10到20厘米；該信號采集系統(tǒng)為了獲取電壓峰峰值0.5mV?10V的輸入信號，包含有若干路衰減檔，每檔由用戶通過跳線帽進行手動選擇，以控制輸入信號的動態(tài)范圍； 信號放大系統(tǒng):接收信號采集系統(tǒng)所采集的車輛聲頻信號，并對其進行放大，該信號放大系統(tǒng)采用多路復用方式實現(xiàn)多路放大選擇，包括至少兩級放大處理單元，所述每級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現(xiàn)，未選擇通路時，系統(tǒng)默認選擇第一路放大； 信號處理系統(tǒng):將放大的信號經(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對采集的音頻信號進行FFT變換，得到音頻信號頻譜；在FGPA總線上外掛一個EEPROM，用于存取數(shù)據(jù)庫信息；數(shù)據(jù)庫中包含已經(jīng)準備好的各種車型對應的音頻信號頻譜；將采集的音頻信號的頻譜與數(shù)據(jù)庫中頻譜分別相乘求和，利用自相關最大原理找出和最大的一項，其對應的車型即為采集信號所對應的車型； 終端顯示系統(tǒng):將信號處理系統(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車輛識別系統(tǒng)，其特征在于，信號放大系統(tǒng)對信號進行放大的倍數(shù)的選定由信號處理系統(tǒng)進行，具體方法是:信號采集系統(tǒng)將信號發(fā)送給信號處理系統(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)進行處理，判斷輸入信號幅值范圍并選定放大倍數(shù)，其中，幅值范圍和對應的放大倍數(shù)由用戶自行設定，然后FPGA將放大倍數(shù)的信號發(fā)送給信號放大系統(tǒng)，信號放大系統(tǒng)根據(jù)FPGA選定的放大倍數(shù)對信號進行放大。
【文檔編號】G10L25/78GK104332162SQ201410684158
【公開日】2015年2月4日 申請日期: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 申請人:武漢大學