基于声卡的音频信号频谱仪的研究

摘要

随着计算机技术日新月异的发展和信号处理理论的完善,原本复杂容易受到干扰的模拟信号可以通过转化为数字信号进行处理。声音信号就是其应用的典型例子,数字信号处理就是音频分析的理论基础,而将信号数字化则是数字信号处理的前提条件,本文所介绍的音频分析就是将数字音频信号作为信号的分析对象,通过时域和频域的分析得到相关的分析参数。
　　人类能够听见的频率范围大约是在20HZ至20KHZ,其中我们的语音室分布在了300HZ至3400HZ左右,声音经过模拟设备保存和播放呈现模拟音频的形态,将模拟信号在通过数字化就成为了数字音频,随着声卡技术的发展,现在计算机所配备的声卡,在音频的频率采集范围已经具有不低于专业采集卡的性能,这为我们生成低成本的音频分析仪提供了一种思路。
　　NI公司开发的图形化编辑语言 LabVIEW,对虚拟仪器的开发起到了绝对的推进作用,将虚拟仪器与计算机相结合,通过软件开发就能实现仪器的测试测量功能,LabVIEW语言提供丰富的应用接口和模块化的数字处理方法,用户可以很清楚的操作仪器的硬件,实时地对所要测试的数据进行各种分析和处理。
　　本文所设计的音频分析系统主要包括三部分:信号的采集和保存,信号分析,信号处理。数据采集程序根据用户设置的声音格式从声卡对语音信号进行采集。数据采集过程分为三步:初始化/配置声卡、信号采样及释放声卡。用户可以通过波形显示窗口直接对采集到的原始信号进行观察;采集到的信号还被送到信号测量及分析模块进行测量和分析处理。
　　本文采用 LabView平台的虚拟仪器技术和声卡的 DSP技术,设计了一个具有较高采样精度、中等采样频率的基于普通计算机声卡的虚拟音频信号分析系统。如果在 PC上配置多块声卡并行,只需稍加修改,就可构成一个多通道音频信号采集及测量分析系统。采用本文方法设计的系统性价比高,通用性强,可推广到语音识别、噪声监测等多种工程测量及实验室应用,具有较好的实用性。本文创新:提出了基于 LabView平台和普通计算机声卡的音频信号采集、分析方案,并对实际音频信号测量中的误差问题给出了相应的解决方法。该方案不仅可以用于实验室环境下的音频信号分析,还可以进一步推广到工业中的音频信号检测及智能信号分析系统。

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第一章 绪论

1.1 传统仪器仪表的虚拟化

1.2 虚拟仪器技术

1.3 国内外的研究现状

1.4 虚拟仪器的应用

1.5 虚拟仪器的未来趋势

1.6 研究的主要内容

1.7 课题的研究目标

第二章 虚拟音频分析仪的系统结构

2.1 硬件结构

2.2 软件结构

2.3 数字信号处理

第三章 系统需求分析

3.1 项目背景

3.2 音频分析系统业务流程分析

3.3 功能需求

3.4 数据模型

3.5系统E-R图

第四章 系统设计与实现

4.1 系统硬件的实现

4.2 系统软件的实现

第五章 系统测试与结果分析

5.1 测试仪器

5.2 指标测试

5.3 系统误差分析

5.4 信号产生及测试

5.5 时域分析测试

5.6频域分析测试

总结

致谢

参考文献