一种音频信号车辆识别系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种音频信号车辆识别系统，包括：信号采集系统、信号放大系统、信号处理系统和终端显示系统，信号采集系统、信号放大系统、信号处理系统串联连接后与终端显示设备连接，信号采集系统布置于高速公路出入口附近。本系统的主要功能有：1、通过两对信号采集系统，将汽车行驶时发出的特征音频信号收录；2、根据采集声音信号的大小可改变放大器的增益系数，利于后续采样；3、利用FFT算法得到音频信号的频谱等特征信息；4、结合AR建模，对车辆类型进行分析。本发明能根据较易获得的音频信号进行车辆类型的识别，从而用较简单的方法帮助交通管理人员获得交通状况信息，是一种简易有效的智能识别系统。
【专利说明】一种音频信号车辆识别系统
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明属于音频检测领域，尤其是涉及到通过音频信号分辨车辆类型。
【背景技术】
[0003]车辆自动分类和识别是智能化交通的重要组成部分，磁频率和视频已被应用到车型自动识别中。利用车辆行驶过程中产生的音频信号进行交通控制和管理是一种全新方法，有很大的应用前景。
[0004]基于对车辆声频信号建立的AR模型进行预估，选取基于线性预测编码(LPC)的倒谱(LPCC)系数作为车辆声频信号的特征进行车辆类型分辨与识别，能够简单而有效地完成车型自动识别，对交通控制和管理十分有利。音频分析仪作为此装置的前端语音拾取及整形处理系统也显得十分重要。音频分析基于离散傅立叶变换原理，以单片机和可编程逻辑器件FPGA构成的最小系统为控制核心，实现了音频信号频率成分分析并测量正弦信号失真度的功能。
【发明内容】
[0005]本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种结构简单、操作方便、成本低，采集的数据易于处理和分析，能够实时通过音频信号分辨车辆类型的一种音频信号车辆识别系统。
[0006]本发明所采用的技术方案是:
一种音频信号车辆识别系统，其特征在于，包括:
信号采集系统:布置于高速公路出入口附近，用于采集车辆声频信号，该信号采集系统成对出现，并布置在同一水平线上，所述的两个信号采集系统相距10到20厘米；该信号采集系统为了获取电压峰峰值0.5mV?10V的输入信号，包含有若干路衰减档，每档由用户通过跳线帽进行手动选择，以控制输入信号的动态范围；
信号放大系统:接收信号采集系统所采集的车辆声频信号，并对其进行放大，该信号放大系统采用多路复用方式实现多路放大选择，包括至少两级放大处理单元，所述每级放大处理单元包括多倍数放大电路；放大电路的通路选择由继电器组实现，未选择通路时，系统默认选择第一路放大。
[0007]信号处理系统:将放大的信号经12位串行接口、20KHz采样率AD芯片ADS1286采样后送至FPGA内，利用FPGA对采集的音频信号进行FFT变换，得到音频信号频谱。在FGPA总线上外挂一个EEPR0M，用于存取数据库信息。数据库中包含已经准备好的各种车型对应的音频信号频谱。将采集的音频信号的频谱与数据库中频谱分别相乘求和，利用自相关最大原理找出和最大的一项，其对应的车型即为采集信号所对应的车型。
[0008]终端显示系统:将信号处理系统最终得到的车型结果显示在显示屏上。
[0009]在上述的一种音频信号车辆识别系统，信号放大系统对信号进行放大的倍数的选定由信号处理系统进行，具体方法是:信号采集系统将信号发送给信号处理系统，经12位串行接口、20KHz采样率AD芯片ADS1286采样后送至FPGA内进行处理，判断输入信号幅值范围并选定放大倍数，其中，幅值范围和对应的放大倍数由用户自行设定，然后FPGA将放大倍数的信号发送给信号放大系统，信号放大系统根据FPGA选定的放大倍数对信号进行放大。
[0010]本发明具有如下优点:能用较为简单的方法实现对公路车辆的识别，从而更方便的对道路交通进行管理。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明的装置系统框图。
[0012]图2为本发明的信号采集电路图。
[0013]图3为本发明的信号预处理电路图。
[0014]图4为本发明的信号放大电路图。
[0015]图5为本发明的信号AD采样电路图。
[0016]图6为本发明工作时的状态示意图。
【具体实施方式】
[0017]以下结合附图和具体实施例来对本发明做进一步的说明。
[0018]参见附图1，系统框图包括信号采集、放大和处理三部分，信号采集包括拾音器采集音频信号和对音频信号进行预处理，信号放大主要是为了测量幅度范围更大的音频信号，信号处理包括AD采样、FFT运算、相关运算等，最终FPGA模块在单片机模块的控制下实现数据的采集，存储，并利用FFT的算法计算出相应特征值，并与已知车型进行相关，进而判断信号的特征。
[0019]具体的工作模式如下:
信号采集系统:布置于高速公路出入口附近，用于采集车辆声频信号，该信号采集系统成对出现，并布置在同一水平线上，所述的两个信号采集系统相距10到20厘米；该信号采集系统为了获取电压峰峰值0.5mV?10V的输入信号，包含有若干路衰减档，每档由用户通过跳线帽进行手动选择，以控制输入信号的动态范围；
信号放大系统:接收信号采集系统所采集的车辆声频信号，并对其进行放大，该信号放大系统采用多路复用方式实现多路放大选择，包括至少两级放大处理单元，所述每级放大处理单元包括多倍数放大电路；放大电路的通路选择由继电器组实现，未选择通路时，系统默认选择第一路放大，其中，信号放大系统对信号进行放大的倍数的选定由信号处理系统进行，具体方法是:信号采集系统将信号发送给信号处理系统，经12位串行接口、20KHz采样率AD芯片ADS1286采样后送至FPGA内进行处理，判断输入信号幅值范围并选定放大倍数，其中，幅值范围和对应的放大倍数由用户自行设定，然后FPGA将放大倍数的信号发送给信号放大系统，信号放大系统根据FPGA选定的放大倍数对信号进行放大；
信号处理系统:将放大的信号经12位串行接口、20KHz采样率AD芯片ADS1286采样后送至FPGA内，利用FPGA对采集的音频信号进行FFT变换，得到音频信号频谱。在FGPA总线上外挂一个EEPROM，用于存取数据库信息。数据库中包含已经准备好的各种车型对应的音频信号频谱。将采集的音频信号的频谱与数据库中频谱分别相乘求和，利用自相关最大原理找出和最大的一项，其对应的车型即为采集信号所对应的车型。
[0020]终端显示系统:将信号处理系统最终得到的车型结果显示在显示屏上。
[0021]参见附图2，信号采集模块通过如图所示电路图完成。采用驻极体话筒降噪电路，R1、R2、R3、R4、C1、C2、C3和Ql组成一个典型的共集放大电路，使话筒对于任意参数都满足偏置要求。同时自举电容C2的存在，可满足话筒后级放大电路的所有匹配要求，极大地降低了噪音电平，具有一定的降噪功能。
[0022]参见附图3，信号预处理模块通过如图所示电路图完成。为尽可能地对信号进行幅值拓宽处理，以获取电压峰峰值0.5mV^10V的输入信号。因信号源输出最小幅度峰峰值为50mV,此处分三路对信号进行处理，第一档不衰减，第二档衰减10倍，第三档衰减100倍，用跳线帽进行手动选择，以控制输入信号的动态范围。
[0023]参见附图4，放大部分采用多路复用方式实现八路放大选择。因后级采用ADS8505进行采样，采样幅值范围为-10疒10V，为保证峰峰值范围在0.5mV?1V之内的输入信号的采样精度，故需将信号调理至较为适中的值再采样，故设计了两级放大处理。前级四路放大倍数分别为:，，20，200，后级设计了两路放大，放大倍数分别为:9和50。前后级联之后，放大共8路。由于信号衰到较小值后AD采样值不准，故有一路衰减未用，实际工作只有7路，输入0.5mV^10V的信号被调理至1.863V10V。放大电路的通路选择由继电器组实现，未选择通路时，系统默认选择第一路放大，即放大1.896倍，由后级A/D采样后送入FPGA判断原输入信号的幅值范围，从而控制继电器的通断，实现通路选择。
[0024]参见附图5，信号处理中进行AD采样。经12位串行接口、20KHz采样率AD芯片ADS1286采样后送至FPGA内由程序进行处理，判断输入信号幅值范围并选定放大倍数。
[0025]本发明装置从车辆行驶过程中产生的音频信号入手，通过对信号拾取、放大、频域处理运算，最后将显示模块的数据与所述的数据对比模块相连接，将得到数据的频谱与现存的车辆对应音频信号的频谱做比较，利用所述的数据统计模块对各种类型的车辆数目进行统计。
[0026]本发明所属【技术领域】的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
【权利要求】
1.一种音频信号车辆识别系统，其特征在于，包括: 信号采集系统:布置于高速公路出入口附近，用于采集车辆声频信号，该信号采集系统成对出现，并布置在同一水平线上，所述的两个信号采集系统相距10到20厘米；该信号采集系统为了获取电压峰峰值0.5mV?10V的输入信号，包含有若干路衰减档，每档由用户通过跳线帽进行手动选择，以控制输入信号的动态范围； 信号放大系统:接收信号采集系统所采集的车辆声频信号，并对其进行放大，该信号放大系统采用多路复用方式实现多路放大选择，包括至少两级放大处理单元，所述每级放大处理单元包括多倍数放大电路；放大电路的通路选择由继电器组实现，未选择通路时，系统默认选择第一路放大； 信号处理系统:将放大的信号经12位串行接口、20KHz采样率AD芯片ADS1286采样后送至FPGA内，利用FPGA对采集的音频信号进行FFT变换，得到音频信号频谱；在FGPA总线上外挂一个EEPROM，用于存取数据库信息；数据库中包含已经准备好的各种车型对应的音频信号频谱；将采集的音频信号的频谱与数据库中频谱分别相乘求和，利用自相关最大原理找出和最大的一项，其对应的车型即为采集信号所对应的车型； 终端显示系统:将信号处理系统最终得到的车型结果显示在显示屏上。
2.根据权利要求1所述的一种音频信号车辆识别系统，其特征在于，信号放大系统对信号进行放大的倍数的选定由信号处理系统进行，具体方法是:信号采集系统将信号发送给信号处理系统，经12位串行接口、20KHz采样率AD芯片ADS1286采样后送至FPGA内进行处理，判断输入信号幅值范围并选定放大倍数，其中，幅值范围和对应的放大倍数由用户自行设定，然后FPGA将放大倍数的信号发送给信号放大系统，信号放大系统根据FPGA选定的放大倍数对信号进行放大。
【文档编号】G10L25/78GK104332162SQ201410684158
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月25日 优先权日:2014年11月25日
【发明者】秦斯奇, 龚心杰, 陈小桥 申请人:武汉大学