基于labview开发平台的声音信号采集及处理系统设计

目 录
摘 要 I
Abstract I
目 录 III
第1章 绪 论 1
1.1 引言 1
1.2 声音信号处理的发展及应用 2
1.3 本课题研究任务及章节安排 3
第2章 系统设计方案 4
2.1系统基本概述 4
2.2系统总体实现 5
2.3系统框图 6
第3章 声音信号的采集 7
3.1 声音信号的采集方法 7
3.2 声卡的相关介绍及参数设置 9
3.2.1 LabVIEW中的相关声卡函数 9
3.2.2声卡的参数及设置 11
3.3 读取历史声音信号的设计 13
第4章 基于LabVIEW的声音信号分析的实现 14
4.1声音信号的时域分析 14
4.1.1声音信号的预处理 14
4.1.2声音信号的短时能量和短时平均幅度函数 16
4.1.3声音信号的短时自相关函数和短时平均幅度差函数 17
4.2声音信号的频域分析 17
4.3滤波器的设计及滤波实现 19
4.4声音信号的综合实现 22
4.4.1声音分析系统的整体设计 22
4.4.2声音信号的时频分析 23
第5章 总结 24
参考文献 25
致 谢 26
附 录 27
1.3 本课题研究任务及章节安排
本课题研究的主要任务是设计基于LabVIEW的声音信号采集及处理系统。声音信号采集及处理系统包括时域分析和频域分析，声音信号的时域参数包括短时能量、短时过零率、短时自相关函数和短时平均幅度差函数等。声音信号的频域分析包括声音信号的频谱、功率谱、倒频谱、频谱网络分析等频谱特性进行分析。但是本设计只进行了频谱分析。首先需要了解LabVIEW平台以及掌握LabVIEW的编程基础，在此基础上再设计相应的声音信号采集、声音信号时频分析、声音信号的滤波去噪处理等模块，用于进行声音信号的时频分析、特性分析等。
本文共分为5个部分进行论述：第一章为绪论部分，介绍了虚拟仪器和声音信号处理的发展和应用；第二章为系统的设计方案，交代了整体思路和设计流程；第三章主要介绍了声音信号的采集与声卡的相关知识；第四章介绍声音信号的处理分析，包括时域、频域分析、滤波分析；最后是总结，对本设计的一些不足之处进行总结，并提出进一步的研究方向。
第2章 系统设计方案
2.1系统基本概述
本系统的设计思路如下：先设计基于计算机自带声卡和LabVIEW 的声音信号的采集模块；然后设计时域信号的快速傅氏变换模块、声音信号的滤波去噪模块，对于滤波处理模块设计了巴特沃斯低通滤波器进行滤波去噪；最后根据各个模块来进行声音信号的时域分析、频谱分析、特性分析。利用LabVIEW编程出声音信号采集及处理系统的前面板图和程序流程图，搭建基于LabVIEW开发平台的上述信号处理模块。
第4章 基于LabVIEW的声音信号分析的实现
声音信号是一种非平稳的时变信号，它携带着各种信息，具有短时平稳性，因而在整个声音分析过程中将采用“短时分析技术”。也就是将声音信号分段分析，一段也就是一“帧”，然后再对其特征参数进行分析，得出的整体声音信号就是将各个帧的特征参数叠加成一个整体特征参数时间序列。分析声音信号的时候，可根据参数性质的不同，对声音信号进行时域分析、频域分析、倒频域分析等。对声音信号而言，非常重要的感知特性反映在功率谱中，而相位变化只起着很小的作用，故虽然时域分析方法具有其简单、独特的优点，但相对而言，频域分析更重要。
声音信号在频域内，它的频率范围通常集中在300~3400Hz。对声音信号进行采集一般情况下取采样频率为8kHz即可，就可以得到离散的声音信号。采样频率越高，获得的声音文件质量越好，占用磁(光)盘的空间也就越大。
4.1声音信号的时域分析
声音信号的时域分析就是分析和提取声音信号的时域参数，声音信号本身就是时域信号，故直接利用声音信号的时域波形。声音信号的时域参数包括短时能量、短时过零率、短时自相关函数和短时平均幅度差函数等。
4.1.1声音信号的预处理
在进行分析之前，还要对声音信号的数字化、声音信号的预处理（包括预加重、加窗和分帧等）等相关技术进行了解。由于电脑自带的声卡已经将所记录到的模拟信号（声音）转换为数字信号，故声音信号已为数字信号，可直接进行预处理。首先是预加重，然后进行加窗分帧处理，一般每秒的帧数约为33_{100帧。前一帧和后一帧的交叠不分称为帧移，帧移与帧长的比值一般为0}1/2。分帧是用可移动的有限长度窗口进行加权。