基于ADPCM算法的汽車智能語音報警系統(tǒng)的設(shè)計

　　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輸入樣本的預(yù)測值，實際樣本值和預(yù)測值之間的差值總是最小。ADPCM編解碼器的輸入信號是G.711 PCM代碼，若采樣頻率為8 kHz，每個代碼為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，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：計算8位的二進制補碼的當(dāng)前采樣值Sc和上一預(yù)測采樣值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，定義一個結(jié)構(gòu)變量存儲預(yù)測采樣值Sp和量化步長q，并制定了兩個表：一個表為索引調(diào)整表，其輸入為差值量化編碼I，用于更新步長索引;另一個表為步長調(diào)整表，其輸入為步長索引，輸出為步長q。編碼時，首先用上一個采樣點的步長索引查步長調(diào)整表求出步長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)變量中原步長索引相加，產(chǎn)生新的步長索引，在下一個采樣值的編碼中使用。編碼器輸出I后，還需要重復(fù)進行與解碼完全一樣的計算過程，求出新的預(yù)測采樣值Sp。

　　解碼過程：首先通過步長索引查步長調(diào)整表得到量化步長，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)測值Sp。一起重建當(dāng)前語音信號Sc;最后利用Sp=Sc，更新預(yù)測值Sp，用I更新量化步長索引。

　　設(shè)計完成后，對ADPCM編解碼器進行仿真，仿真結(jié)果如圖6所示。AD_DataBus為編碼前輸入信號，采用Testbench產(chǎn)生。在編碼使能信號P1_7為“0”時，開始編碼，P1_7跳變到“1”時，編碼被屏蔽。此時解碼使能信號P1_4為“0”，開始解碼，P1_4跳變到“1”時，解碼被屏蔽?？梢钥闯鼍幋a前輸入信號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)計是正確可靠的。

　　4.2 單片機部分

　　單片機是整個系統(tǒng)的控制中心.負責(zé)檢測危險并判斷其類型以選擇播放相應(yīng)的報警信息。其工作流程如圖7所示。本文給出了采用3個按鍵代表3種危險的發(fā)生，供單片機檢測。

　　選擇常用的51系列單片機AT89C52，用C51語言編程可完成程序設(shè)計，實驗效果理想。

　　5 結(jié)束語

　　本系統(tǒng)設(shè)計是單片機與FPGA配合使用，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點。獲得理想效果，具有很強的實用性，同時還證明了采用可編程邏輯器件實現(xiàn)語音數(shù)字壓縮處理的高效性。實驗證明，本系統(tǒng)可以很好地再現(xiàn)錄入的報警語音，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警聲音。危急情況下，本系統(tǒng)會自動發(fā)出明確的報警提示，大大提高了駕駛的安全性。