基于ADPCM算法的汽车智能语音报警系统的设计

的样本值估算下一个输入样本的预测值，实际样本值和预测值之间的差值总是最校ADPCM编解码器的输入信号是G.711 PCM代码，若采样频率为8 kHz，每个代码为8位，则它的数据率为64 Kb／s，而ADPCM的输出代码是“自适应量化器”的输出，该输出是4位的差分信号，它的采样频率仍是8 kHz，数据率为32 Kb／s，这样就获得了2：1的数据压缩。

编码过程：计算8位的二进制补码的当前采样值Sc和上一预测采样值Sp之间的差值d，该差值经量化编码输出4位ADPCM代码I。在算法中，定义一个结构变量存储预测采样值Sp和量化步长q，并制定了两个表：一个表为索引调整表，其输入为差值量化编码I，用于更新步长索引；另一个表为步长调整表，其输入为步长索引，输出为步长q。编码时，首先用上一个采样点的步长索引查步长调整表求出步长q，然后根据下式来确定4位ADPCM编码值I：  


  
再将编码值I作为索引调整表的输入，查表输出索引调整，并和结构变量中原步长索引相加，产生新的步长索引，在下一个采样值的编码中使用。编码器输出I后，还需要重复进行与解码完全一样的计算过程，求出新的预测采样值Sp。

解码过程：首先通过步长索引查步长调整表得到量化步长，差值量化编码I经逆量化得到语音差值d，这是求I的逆过程；然后与前次预测值Sp。一起重建当前语音信号Sc；最后利用Sp=Sc，更新预测值Sp，用I更新量化步长索引。

设计完成后，对ADPCM编解码器进行仿真，仿真结果如图6所示。AD_DataBus为编码前输入信号，采用Testbench产生。在编码使能信号P1_7为“0”时，开始编码，P1_7跳变到“1”时，编码被屏蔽。此时解码使能信号P1_4为“0”，开始解码，P1_4跳变到“1”时，解码被屏蔽。可以看出编码前输入信号AD_DataBus和解码器输出DA_DataBus基本符合要求。由于ADPCM算法本身是有损压缩，可以确定本部分的设计是正确可靠的。  


  
4.2 单片机部分

单片机是整个系统的控制中心．负责检测危险并判断其类型以选择播放相应的报警信息。其工作流程如图7所示。本文给出了采用3个按键代表3种危险的发生，供单片机检测。  


  
选择常用的51系列单片机AT89C52，用C51语言编程可完成程序设计，实验效果理想。

5 结束语

本系统设计是单片机与FPGA配合使用，充分发挥各自的优点。获得理想效果，具有很强的实用性，同时还证明了采用可编程逻辑器件实现语音数字压缩处理的高效性。实验证明，本系统可以很好地再现录入的报警语音，具有较高的保真度。驾驶员可以根据自己的喜好随意改变报警声音。危急情况下，本系统会自动发出明确的报警提示，大大提高了驾驶的安全性。