采用DSP与小波变换实现声信号单目标识别

    0 引言

    地面目标识别是近年来备受关注的研究方向,其中的典型问题就是利用声学信号对目标声信号进行分类,由于人们对声探测、复合声探测技术的重视,使其得到了较快发展,并取得了很多成果。但从目来看,国内的研究主要集中在理论研究和计算机仿真等方面,对系统的硬件化、实用化、小型化以及识别的实时性方面做得不够。

    本文以TMS320F2812[1](以下简称F2812)为核心设计了声信号采集、处理、特征提取与识别的软、硬件系统,运用小波理论以及模式识别方法对典型车辆目标的声信号进行了特征提取和识别。

    本系统在野外硬土地环境中对典型车辆(主要是吉普车)和人员目标进行了声信号采集试验,本试验主要在50m范围进行,通过实验验证,本系统能够很好地实现声信号的采集、处理、特征提取与识别。

    1 基于F2812的声目标识别系统

    1.1 系统组成

    系统设计的主要目的是为了能够迅速、准确地提取声信号的主要特征并对声信号进行判断识别。经过研究和分析,本系统采用F2812作为核心处理器件,采用具有16位分辨率的ADC(ADS8364)作为A/D转换器组成系统的主要硬件部分[2],同时利用F2812的SCI口与计算机进行串行通信。整个系统的结构框图如图1所示。

    1.2 系统实现

    1.2.1 系统和变量初始化

    系统运作前必须进行必要的初始化。其中F2812的工作主要是合理分配其地址空间、禁止全局中断以及设置等待状态等;SCI口的初始化包括工作模式的选择、时钟频率的选择以及激活传输和接收端口等;A/D转换器的初始化主要包括选择模拟量输入通道、设置掉电及转换模式、自检电压的选择等。

    地址空间分配好之后就要进行必要的变量初始化,包括变量的定义、输入变量个数、Daubechies小波系数、小波变换层数等。

    1.2.2 数据的采集与存储

    A/D8364的数据读出可采用直接地址读方式、FIFO读方式、循环读方式,因此可以与F2812的接口至少有3种互连方案。本采集系统选择直接地址读方式,由XA[3B0]作为变换结果寄存器低位地址。另外,F2812的地址总线和数据总线是分开的,在一个机器周期内同时完成数据的寻址与传输,只需用一个循环语句和一个输入语句就可在N个机器周期内将所需的数字信号输入数据存储区。

    1.2.3 信号的去均值与归一化

    为了防止在以后的信号处理计算过程中出现溢出,信号采集后需要进行去均值与归一化处理[3-4],这样可以有效地限制信号的幅值,并且将信号统一到同一数量级,有助于特征提取与目标识别。去均值与归一化处理的计算见下式: