一種音頻信號車輛識別系統(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)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(shè)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(shí)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(jìn)行分析。本發(fā)明專利技術(shù)能根據(jù)較易獲得的音頻信號進(jìn)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)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種音頻信號車輛識別系統(tǒng)
本專利技術(shù)屬于音頻檢測領(lǐng)域，尤其是涉及到通過音頻信號分辨車輛類型。
技術(shù)介紹
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(yīng)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(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。 基于對車輛聲頻信號建立的AR模型進(jìn)行預(yù)估，選取基于線性預(yù)測編碼(LPC)的倒譜(LPCC)系數(shù)作為車輛聲頻信號的特征進(jìn)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(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)了音頻信號頻率成分分析并測量正弦信號失真度的功能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)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(shí)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)。 本專利技術(shù)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(gè)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(jìn)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(jìn)行放大，該信號放大系統(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(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(jìn)行FFT變換，得到音頻信號頻譜。在FGPA總線上外掛一個(gè)EEPR0M，用于存取數(shù)據(jù)庫信息。數(shù)據(jù)庫中包含已經(jīng)準(zhǔn)備好的各種車型對應(yīng)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(guān)最大原理找出和最大的一項(xiàng)，其對應(yīng)的車型即為采集信號所對應(yīng)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。 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(jìn)行放大的倍數(shù)的選定由信號處理系統(tǒng)進(jìn)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(jìn)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(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(jìn)行放大。 本專利技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn):能用較為簡單的方法實(shí)現(xiàn)對公路車輛的識別，從而更方便的對道路交通進(jìn)行管理。 【附圖說明】 圖1為本專利技術(shù)的裝置系統(tǒng)框圖。 圖2為本專利技術(shù)的信號采集電路圖。 圖3為本專利技術(shù)的信號預(yù)處理電路圖。 圖4為本專利技術(shù)的信號放大電路圖。 圖5為本專利技術(shù)的信號AD采樣電路圖。 圖6為本專利技術(shù)工作時(shí)的狀態(tài)示意圖。 【具體實(shí)施方式】 以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例來對本專利技術(shù)做進(jìn)一步的說明。 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(jìn)行預(yù)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(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，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)而判斷信號的特征。 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(gè)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(jìn)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(jìn)行放大，該信號放大系統(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(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，信號放大系統(tǒng)對信號進(jìn)行放大的倍數(shù)的選定由信號處理系統(tǒng)進(jìn)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(jìn)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(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(jìn)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(jìn)行FFT變換，得到音頻信號頻譜。在FGPA總線上外掛一個(gè)EEPROM，用于存取數(shù)據(jù)庫信息。數(shù)據(jù)庫中包含已經(jīng)準(zhǔn)備好的各種車型對應(yīng)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(guān)最大原理找出和最大的一項(xiàng)，其對應(yīng)的車型即為采集信號所對應(yīng)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。 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(gè)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(shí)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。 參見附圖3，信號預(yù)處理模塊通過如圖所示電路圖完成。為盡可能地對信號進(jìn)行幅值拓寬處理，以獲取電壓峰峰值0.5mV^10V的輸入信號。因信號源輸出最小幅度峰峰值為50mV,此處分三路對信號進(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)行手動選擇，以控制輸入信號的動態(tài)范圍。 參見附圖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(shè)計(jì)了兩級放大處理。前級四路放大倍數(shù)分別為:，，20，200，后級設(shè)計(jì)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(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(shí)現(xiàn)通路選擇。 參見附圖5，信號處理中進(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，判斷輸入信號幅值范圍并選定放大倍數(shù)。 本專利技術(shù)裝置從車輛行駛過本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
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(gè)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(jìn)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(jìn)行放大，該信號放大系統(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(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(jìn)行FFT變換，得到音頻信號頻譜；在FGPA總線上外掛一個(gè)EEPROM，用于存取數(shù)據(jù)庫信息；數(shù)據(jù)庫中包含已經(jīng)準(zhǔn)備好的各種車型對應(yīng)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(guān)最大原理找出和最大的一項(xiàng)，其對應(yīng)的車型即為采集信號所對應(yīng)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。...

【技術(shù)特征摘要】
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(gè)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(jìn)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(jìn)行放大，該信號放大系統(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(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(jìn)行FFT變換，得...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：秦斯奇，龔心杰，陳小橋，
申請(專利權(quán))人：武漢大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：湖北;42