本科毕业设计-基于labview的声音信号采集处理系统.doc
《本科毕业设计-基于labview的声音信号采集处理系统.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《本科毕业设计-基于labview的声音信号采集处理系统.doc(23页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、学号:14110712912毕业设计题 目:基于LABVIEW的声音信号采集处理系统作 者刘 根届 别2015学 院物理与电子学院专 业电子科学与技术指导老师周 峰职 称讲师完成时间2015.05毕业设计摘 要LABVIEW虚拟仪器结合了图形化编程方式的高性能与灵活性以及专为测试、测量与自动化控制应用设计的高端性能与配置功能。并且为数据采集、仪器控制、测量分析与数据显示等各种应用提供必要的开发工具。本文采用了一款图形化的编程工具LABVIEW,结合笔记本电脑自带的声卡,设计了一个基于LABVIEW的语音信号采集处理系统。在该系统中,通过设置声卡函数、谱分析函数以及输入输出端口就可以得到信号的滤
2、波、频谱和功率谱等参数,并对声卡采集到的波形信号进行实时显示,最后通过SineGen声音信号发生器对该系统进行实验测试。关键词:语音信号;声卡;信号分析;数据采集AbstractLABVIEW virtual instrument is a combination of graphical programming method of high performance and flexibility, and specially designed for test, measurement and automation control application of high performanc
3、e and the configuration function. And for the analysis of data acquisition, instrument control, measurement and data display a variety of applications such as provide the necessary development tools.This paper adopted a LABVIEW graphical programming tools, combined with the notebook computer with so
4、und card, designed a speech signal collection and processing system based on LABVIEW. In the system, by setting the sound card function and spectrum analysis function and input/output port can be parameters such as signal filtering, spectrum and power spectrum, and the sound card to real-time displa
5、y of waveform signal collected, finally through SineGen voice signal generator to test the system.Key words: speech signal; audio card; signal analysis; datacollection 目 录第一章 绪 论11.1声音信号采集处理系统的研究目的和意义11.2 声音信号采集处理系统的特点及应用11.3国内外对本课题的研究21.4本论文研究的主要内容2第二章 声音信号采集系统42.1 声音信号采集系统结构42.1.1声音信号采集系统总体框图42.1.
6、2录音系统设计流程42.1.3声卡设置流程42.2 声卡的介绍52.2.1声卡的基本知识52.2.2声卡的工作原理62.3 LABVIEW的介绍62.3.1LABVIEW的概述62.3.2 LABVIEW的组成7第三章 基于LABVIEW的采集系统程序设计方案83.1 LABVIEW程序结构图83.2 LABVIEW提供的关于声卡操作的函数83.3 LABVIEW程序模块组成93.3.1编写波形显示93.3.2文件自动存储113.3.3文件手动存储113.3.4信号回放与分析12第四章 实验结果测试与分析134.1 声音信号采集系统134.2 声音信号采集系统仿真结果134.3 系统测试与分析
7、14第五章 总结与展望17参考文献18致谢19II第一章 绪 论1.1声音信号采集处理系统的研究目的和意义 语音信号的处理是利用语音信号进行科学研究、工程应用的重要一环。而对语音信号用怎样的方式进行处理则是本课题研究的的关键所在。在LABVIEW编程软件的基础上,对语音信号进行采集、存储、分析。LABVIEW(Laboratory Virtual Instrument English Workbench)是由NI(National Instrument)公司研发的一种工业标准的图形化程序开发环境,它是一种带有图形控制流结构的数据流模式(Data Flow Mode)。LABVIEW提供了与传统
8、仪器(如万用表、示波器)在外观上类似的控件,便于简单快速的创建交互界面(用户界面在LABVIEW中被称为前面板)。使用连线和图标,通过图形化编程对用户界面上的对象进行控制。这就是图形化源代码,又称G代码。LABVIEW的图形化源代码在某种程度上类似于流程图,因此又被称作程序框图代码。LABVIEW大大简化了编程的复杂而繁琐的过程,被广大院校和各科研究机构实验室采用。 本系统采用虚拟仪器技术,利用高性能的模块化硬件,结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量的应用。通过灵活高效的软件创建完全自定义的用户界面,模块化的硬件能力能方便提供全方位的系统集成,与传统仪器相比具有性能高 、拓展性强、开发时间少
9、和无缝集成等优点。并且在以虚拟的软件系统为平台的建设过程中,可以运用最普通计算机上的声卡对语音进行信号采集,不仅使方案的可行性变得简单易行,而且很大幅度地降低了方案实施的成本。1.2 声音信号采集处理系统的特点及应用本课题所研究的语音信号的采集和分析系统是在PC技术的基础上进行开发,因此完全继承了以现成即用的PC技术为主导的最新商业技术的优点,包括功能卓越的处理器和文件I/O,使用户在数据高速导入软盘的同时就能实时地进行复杂的信号分析。而而基于LABVIEW的信号采集和分析系统刚好是标准的数据采集和仪器控制软件,以其强大的数据采集,数据分析和仪器控制功能在测试、测量与自动化控制系统领域中应用广
10、泛。LABVIEW虚拟软件平台为所有的I/O设备提供了标准的接口,如数据采集、视觉、运动和分布式I/O等,用户只需将其和测量硬件进行连接,就可以方便的完成数据采集,数据存储等各种任务,从而可以方便快捷的创建一个交互式、用户自定义的系统控制界面,使语音信号的采集更加符合用户习惯。1.3国内外对本课题的研究1、 国外发展现状 LABVIEW在国外被广泛应用于各种行业,包括汽车、半导体、航空航天。交通运输、电信、生物医药等。无论在哪个行业,工程师与科学家们都可以使用LABVIEW创建功能强大的采集、测试、测量与自动控制系统。而作为一个重要研究方向的语音信号采集处理与分析领域,则经历了一段长时间的研究
11、发展。然而语音信号的采集与分析处理的快速发展可以说是从1940年前后potter等人的可见语音和声码器开始的。到了20世纪60年代中期逐渐形成了一系列与数字信号处理相关的技术与方法,比如快速博里叶变换( FFT),拉普拉斯变换,功率谱分析,数字滤波器等,都成为数字处理在语音信号方面的技术和理论基础。特别是随着计算机技术的飞速发展,虚拟仪器依靠其强大的处理能力被广泛应用于各个领域。2、国内发展现状计算机和仪器的密切结合是目前国内发展的一个重要方向。粗略的说,这种结合有两种方式,一种是将计算机装入仪器,其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及体积的日趋缩小,这类仪器功能也越来
12、越强大,目前已经出现了含嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机,以通用的计算机硬件及操作系统为依托,实现各种仪器功能。目前我国一些加工工艺复杂,对制造水平要求较高的高档台式仪器如频谱分析仪、数字示波器、逻辑分析仪等还主要依靠国外的进口,并且这些仪器在生产突破上有困难。工业界、学术界和研究实验室正在不断将一些先进的数字信号处理算法应用于虚拟仪器的设计,提供了传统台式仪器所不具备的功能,而且可以完全通过软件配置来实现集成各种功能的仪器设计。因此,目前研制一种操作方便、结构简单、对生产技术要求不高、费用低的仪器是非常有必要的。并且如何将先进的PC技术应用到仪器中以提高效率则成为测量、测控与自
13、动化控制领域需要急需解决的问题。1.4本论文研究的主要内容本文首先对声卡数据采集进行总体设置;由于笔记本电脑自带声卡条件有限,所以本次设计采用单通道的数据采集方式。设计中主要掌握基于标准的图形化编程开发环境LABVIEW软件的使用;熟悉电脑声卡的使用,并进行各个虚拟示波器模块的设计;用图形化编程语言LABVIEW实现声卡的设置模块、采集模块、存储模块以及波形显示模块,其核心是数据采集程序的实现,最后对信号采集系统进行测试。本章设计安排如下:1、 介绍了从数据采集角度下对声卡的工作原理、设置的认识,如何在硬件和 软件下实现要求。2、 基于声卡数据采集的总体设计方案。主要介绍以下几个方面的内容:声
14、卡与数据采集卡的选择,对软件开发环境和软件模块组成作出分析。3、 对LABVIEW图形化开发环境的介绍,包括LABVIEW的发展历程、简介和 LABVIEW的VI程序组成。4、通过Sine Gen软件模拟声音信号发生器信号进行系统测试实验。包括信号测试系统的组成和实验数据记录与分析 第二章 声音信号采集系统2.1 声音信号采集系统结构 2.1.1声音信号采集系统总体框图 如图2.1所示,这是最基本的信号采集流程图,通过传感器获取外界声音信号并转成相应的电信号,这些信号一般比较弱,并且常常伴有较强的噪声,需要经过调理电路的滤波和放大,声卡将这些信号进行采样,变成数字信号后送入计算机进行显示和存储
15、,并且可以对存储的文件进行回放和频谱分析,同时还可以通过声卡对外输出。(对于前置的传感器和信号调理电路这里没有进行处理,采用的声卡就是普通PC上的声卡。)图2.1声音信号采集系统总体框图2.1.2录音系统设计流程(1)设置声卡的工作模式和参数,为声卡的正常工作做准备。(2)启动声卡采集输入的信号,并将其数字化,转换成计算机能处理的数据。(3)将声卡采集获得的新数据显示出来,并将它添加到原有信号的存在数组中。(4)停止声卡采集任务,释放占用的系统资源。并将采集的数据按指定格式进行保存。图2.2录音系统设计流程2.1.3声卡设置流程(1) 数据采集程序要实现的任务就是用软件控制声卡采集输入的信号,
16、并 将其转换为数字信号(即我们常说的数据)提供给后续程序处理。它为后续程序提供了一个数据来源。(2)数据采集程序的流程如下图。图2.3数据采集程序流程2.2 声卡的介绍2.2.1声卡的基本知识声卡作为语音信号与计算机的连接接口,其主要功能就是语音信号经过DSP(数字信号处理)音效芯片的处理,进行模拟信号与数字信号的转换,因此,从其功能上来看,声卡可以最为数据采集卡来使用。LABVIEW提供了专门用于声卡操作的基本函数,所以用声卡搭建数据采集系统非常方便。如图2.4为声卡的硬件结构图。输入接口Line In和Mic In的区别在于后者可接入的信号比较弱,幅值为0.02V到0.2V,这个信号较易受
17、干扰,常用Line In,它可接入幅值不超过1.5V的信号。这两个通道输入端口内部都有隔直电容,直流信号不能被接受。多数声卡在接入端把左右声道短接成一个通道,这种声卡单通道数据采集卡用。声卡一般为16位分辨率,声卡的采样率一般不能连续设置,只能是固定的几档。普通声卡的采样率一般都可以设置为8khz、11.025khz、22.05khz、44.1khz、48khz,一些高级的声卡还可以设置96khz、192khz甚至更高。声卡内部也是A/D和D/A,所以可以作为采集卡和信号发生器来使用4。只是声卡本身不提供参考电压,如果要测量信号的绝对值,则需要自行进行电压标定。图2.4声卡的硬件结构2.2.2
18、声卡的工作原理将模拟声信号送到声卡前置处理及A/D转换后变成数字信号,然后输入到缓冲区,再通过各种数字信号处理的方法对输入缓冲区的波形数据进行各种处理,完成声音滤波、消噪、音效处理等功能,最后把处理好的波形数据把保存到存储设备中,这就是声音信号的录制过程。相应的声音信号回放过程为:把处理好的数据送到波形输出缓冲区,再经由声卡的D/A进行数字信号与模拟信号的转换,将数字音频转换为模拟信号,经过功率放大,送到喇叭。如果将工程中所需采集的信号仿照声音信号输入,即可实现对信号的采集和存储,如图2.5所示。图2.5声卡工作原理2.3 LABVIEW的介绍2.3.1LABVIEW的概述 LABVIEW是N
19、I公司推出的一种图形化编程语言,其全称是Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench。LABVIEW的源程序完全是图形化框图,没有文本代码。在 LABVIEW平台上编写的程序拓展名是VI。传统指令编程语言根据语句的含义和逻辑的先后顺序编译程序,但是 LABVIEW软件则采用数据流的方式编程。后面板程序框图中节点之间的数据流向决定程序的逻辑与执行顺序。指令及表示的含义由图标表示,数据流由连线表示。 LABVIEW将一些功能进行了模块化处理,大大简化了程序结构和操作的复杂性,使之被广泛应用于各种行业,包括汽车、半导体、航空航天、交通运输、电
20、信、生物医药等。无论在那个行业,工程师与科学家们都可以使用 LABVIEW创建功能强大的测试、测量与自动化控制系统。2.3.2 LABVIEW的组成 LABVIEW有很强大的功能,带有子程序库的通用程序设计系统,还有可拓展的函数库。它提供了串行设备控制、VXI总线控制还有一些用于GPIB的设备控制,还有一些附带应用程序模块,比如存储和显示,以及数据分析等。其专用的函数库非常强大,也很适合一些模块,这些模块可以用于测量测试,还有一些动态链接库中的函数,不过这些函数一般由用户自定义。因此LABVIEW才足以成为一个强大的开放的平台。而且它还直接支持DDE(Dynamic Data Exchange
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 本科 毕业设计 基于 labview 声音 信号 采集 处理 系统
限制150内