基于ADPCM算法的汽車智能語音報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　ADPCM是一種利用樣本間的高度相關(guān)性和量化階自適應(yīng)壓縮數(shù)據(jù)的波形編碼技術(shù)。ADPCM綜合了APCM的自適應(yīng)特性和DPCM的差分特性。它的核心思想是利用自適應(yīng)改變量化階的大小，即就是使用小的量化階編碼小的差值，使用大的量化階來編碼大的差值;使用過去的樣本值估算下一個(gè)輸入樣本的預(yù)測(cè)值，實(shí)際樣本值和預(yù)測(cè)值之間的差值總是最小。ADPCM編解碼器的輸入信號(hào)是G.711 PCM代碼，若采樣頻率為8 kHz，每個(gè)代碼為8位，則它的數(shù)據(jù)率為64 Kb/s，而ADPC M的輸出代碼是“自適應(yīng)量化器”的輸出，該輸出是4位的差分信號(hào)，它的采樣頻率仍是8 kHz，數(shù)據(jù)率為32 Kb/s，這樣就獲得了2：1的數(shù)據(jù)壓縮。

　　編碼過程：計(jì)算8位的二進(jìn)制補(bǔ)碼的當(dāng)前采樣值Sc和上一預(yù)測(cè)采樣值Sp之間的差值d，該差值經(jīng)量化編碼輸出4位ADPCM代碼I。在算法中，定義一個(gè)結(jié)構(gòu)變量存儲(chǔ)預(yù)測(cè)采樣值Sp和量化步長(zhǎng)q，并制定了兩個(gè)表：一個(gè)表為索引調(diào)整表，其輸入為差值量化編碼I，用于更新步長(zhǎng)索引;另一個(gè)表為步長(zhǎng)調(diào)整表，其輸入為步長(zhǎng)索引，輸出為步長(zhǎng)q。編碼時(shí)，首先用上一個(gè)采樣點(diǎn)的步長(zhǎng)索引查步長(zhǎng)調(diào)整表求出步長(zhǎng)q，然后根據(jù)下式來確定4位ADPCM編碼值I：

　　再將編碼值I作為索引調(diào)整表的輸入，查表輸出索引調(diào)整，并和結(jié)構(gòu)變量中原步長(zhǎng)索引相加，產(chǎn)生新的步長(zhǎng)索引，在下一個(gè)采樣值的編碼中使用。編碼器輸出I后，還需要重復(fù)進(jìn)行與解碼完全一樣的計(jì)算過程，求出新的預(yù)測(cè)采樣值Sp。

　　解碼過程：首先通過步長(zhǎng)索引查步長(zhǎng)調(diào)整表得到量化步長(zhǎng)，差值量化編碼I經(jīng)逆量化得到語音差值d，這是求I的逆過程;然后與前次預(yù)測(cè)值Sp。一起重建當(dāng)前語音信號(hào)Sc;最后利用Sp=Sc，更新預(yù)測(cè)值Sp，用I更新量化步長(zhǎng)索引。

　　設(shè)計(jì)完成后，對(duì)ADPCM編解碼器進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如圖6所示。AD_DataBus為編碼前輸入信號(hào)，采用Testbench產(chǎn)生。在編碼使能信號(hào)P1_7為“0”時(shí)，開始編碼，P1_7跳變到“1”時(shí)，編碼被屏蔽。此時(shí)解碼使能信號(hào)P1_4為“0”，開始解碼，P1_4跳變到“1”時(shí)，解碼被屏蔽?？梢钥闯鼍幋a前輸入信號(hào)AD_DataBus和解碼器輸出DA_DataBus基本符合要求。由于ADPCM算法本身是有損壓縮，可以確定本部分的設(shè)計(jì)是正確可靠的。

　　4.2 單片機(jī)部分

　　單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的控制中心.負(fù)責(zé)檢測(cè)危險(xiǎn)并判斷其類型以選擇播放相應(yīng)的報(bào)警信息。其工作流程如圖7所示。本文給出了采用3個(gè)按鍵代表3種危險(xiǎn)的發(fā)生，供單片機(jī)檢測(cè)。

　　選擇常用的51系列單片機(jī)AT89C52，用C51語言編程可完成程序設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)效果理想。

　　5 結(jié)束語

　　本系統(tǒng)設(shè)計(jì)是單片機(jī)與FPGA配合使用，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)。獲得理想效果，具有很強(qiáng)的實(shí)用性，同時(shí)還證明了采用可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)語音數(shù)字壓縮處理的高效性。實(shí)驗(yàn)證明，本系統(tǒng)可以很好地再現(xiàn)錄入的報(bào)警語音，具有較高的保真度。駕駛員可以根據(jù)自己的喜好隨意改變報(bào)警聲音。危急情況下，本系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出明確的報(bào)警提示，大大提高了駕駛的安全性。