基于虚拟仪器结构的会议音频检测系统设计

摘要

举行多媒体会议过程中，声音中断、产生噪声、出现啸叫等突发状况时有发生，有时候专业设备维护人员也不容易找到故障产生的原因，这对会议正常有效的进行造成了较大的阻碍。针对此情况，在参考国内外音频测量仪器技术基础上，结合所学的数字信号处理、信号检测、虚拟仪器、计算机基础等技术，设计一种基于虚拟仪器结构的会议音频检测系统。目的在于为设备维护人员提供一个能在会前对设备进行各项性能指标检测、会中进行实时监测，可记录、存储、报告故障点信息以确保能及时发现故障点并解决问题的设备维护助手。
　　首先，在大量收集国内外虚拟仪器和智能检测设备技术相关资料的基础上，分析了目前多媒体会议系统存在的不足，以会议系统中不时出现的声音中断、突发噪声和啸叫等情况为研究对象和突破口，提出基于虚拟仪器结构的会议音频检测系统的设计思想——根据虚拟仪器结构模型，利用硬件实现被测信号的获取，软件实现音频信号检测、监测、显示功能，检测内容可根据用户具体要求改动而无需修改硬件，同时将软件部分的数据采集分析存储端与显示端分开，通过一个显示客户端与多个信号采集分析端连接，实现一人同时对多个会议室设备进行实时监测。这种设计结构大大提高了系统的灵活性和系统检测效率，同时又节约了硬件成本和人力资源。
　　其次，对系统的基础理论进行了研究，这些理论主要包括数字信号分析理论、数字音频设备相关理论两个方面。数字信号分析理论方面:主要对短时傅立叶变换进行了分析和研究，指出了其在算法上存在运算量大的难点，提出采用短时快速傅立叶变换算法来实现信号的时频变换，该方法大大降低了算法复杂度，但存在频谱泄漏和栅栏效应两个问题，针对这两个问题提出选用合适的窗函数截取时域信号来改善。数字音频设备相关理论方面:分析了数字音频技术的优势，对音频设备常用性能指标进行了特点分析、检测方式研究和算法优化，另外还提出了两个音频设备在线监测的参数即中断检测和啸叫检测，并对其检测算法进行了分析和研究。
　　接着，对会议音频检测系统进行了总体设计，在对系统进行功能需求和非功能需求分析之后，提出了采用虚拟仪器结构模型设计系统。将系统分为客户端、信号采集分析端、发声块以及信号接入块四部分，指出了各部分的功能，分析了系统的特点，并对系统的硬件组成进行了设计，对系统核心部分即软件部分的开发环境进行了介绍。
　　然后，根据系统设计的总体要求，提出了系统核心部分——信号采集分析端的设计思路与编程实现方法，采用模块化的设计方式，将其分成信号采集模块、算法分析模块、通信控制模块、数据存储模块四个模块。信号采集模块利用音频处理机的声卡采集音频信号，利用Win API函数编程实现。算法分析模块通过编写Algorithm类实现SFFT算法、音频设备性能指标检测算法和音频在线监测参数算法。通信控制模块实现信号采集分析端与声源箱、客户端的通信控制。数据存储模块实现设备检测和在线监测结果数据的存储。
　　最后，提出了系统人机交互部分——客户端的设计，将客户端的设计按系统运行逻辑分为初始化配置、设备检测、在线监测、数据记录查询、故障查询、仪器配置、联网测试七大模块，详细阐述了各模块的具体实现方案。
　　在理论研究和系统设计完成后对系统运行界面进行了展示，并对设备检测结果和在线监测结果进行了验证，表明系统能够正常运行，设备检测和在线监测的结果正确可靠，根据系统提供的检测结果能够对设备状态做出正确的判断，根据故障显示的结果能够准确定位到设备出错点。最后证明系统能够有效协助设备人员对会议音频设备进行检测和监测，保障会议期间设备工作正常和会议有效进行，达到预期目标。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 研究背景及意义

1．2 研究内容现状

1．3 课题主要内容

1．4 论文组织结构

第2章 课题理论研究

2．1 数字信号处理理论介绍

2．1．1 短时傅里叶变换算法研究

2．1．2 常用窗函数及其特点分析

2．2 音频信号参数及其特点分析

2．2．1 数字音频技术及其优势

2．2．2 音频设备性能指标研究

2．3 音频监测参数及其特点分析

2．3．1 中断检测

2．3．2 啸叫检测

2．4 本章小结

第3章 系统需求分析与总体设计

3．1 功能需求分析

3．2 非功能需求分析

3．3 虚拟仪器结构模型介绍

3．4 系统总体结构设计

3．5 系统特点分析

3．6 系统设备组成

3．7 开发工具VS2010介绍

3．8 本章小结

第4章 信号采集分析端程序设计

4．1 信号采集分析端程序设计概述

4．2 软件结构设计

4．3 信号采集模块实现

4．4 算法分析模块实现

4．5 通信控制模块实现

4．6 数据存储模块实现

4．6．1 数据库的选取

4．6．2 数据库设计

4．6．3 原始音频数据的存储

4．7 本章小结

第5章 客户端程序设计

5．1 客户端程序设计概述

5．2 初始化配置实现

5．3 设备检测功能实现

5．4 在线监测功能实现

5．5 查询功能实现

5．6 仪器配置功能实现

5．7 联网测试功能实现

5．8 本章小结

第6章 实验结果分析

6．1 系统运行界面展示

6．2 设备检测实验结果分析

6．3 在线监测实验结果分析

6．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果