基于labview的虚拟音频数据采集系统的分析与设计

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1、942计算机技术与应用进展·2007∗基于LabVIEW的虚拟音频数据采集系统的分析与设计刘延华1合肥工业大学计算机信息学院，安徽合肥2300092安徽师范大学教育科学学院，安徽芜湖241000摘要：利用声卡DSP技术和LabVIEW多线程技术，提出了一种在LabVIEW平台下设计开发基于声卡的数据采集与分析系统的廉价方案。该系统在LabVIEW环境中实现了音频信号的采集分析及数据存储及重载，具有实现简单、界面友好、性能稳定可靠等优点。可推广到语音识别、环境噪声监测和实验测量等多种领域，应用前景比较广阔。关键词:声卡数据采集信号分析LabVIEW1前言伴随着DSP(数字信号

2、处理)技术不断走向成熟，PC声卡逐步成为一个成熟的数据采集系统，它同时具有A/D和D/A转换功能，不仅价格低廉，而且兼容性好、性能稳定、灵活通用。声卡采用的是DMA(直接内存读取)方式传送数据，充分发挥了DSP芯片的性能，极大地降低了CPU占用率。一般声卡16位的A/D转换精度，比通常12位A/D卡的精度高，对于许多工程测量和科学实验来说已能满足需要。如果利用声卡作为数据采集设备，可以组成一个低成本高性能的数据采集与分析系统。当然，它只适合采集音频域的信号，即输入信号频率必须处于20~20000Hz的音频范围内。如果需要处理直流或缓变信号，[1]则需要其他技术的配合。本文的

3、系统设计将信号频率的范围限定在20~20000Hz范围内。2声卡工作原理声音的本质是一种波，表现为振幅、频率、相位等物理量的连续性变化。声卡作为语音信号与计算机的通用接口，其主要功能就是实现模拟信号和数字信号之间的转换，即将所获取的模拟音频信号转换为数字信号，经过DSP音效芯片的处理，再将该数字信号转换为模拟信号输出。衡量声卡的技术指标包括复音数量、采样频率、采样位数(即量化精度)、声道数、信噪比(SNR)和总谐[2]波失真(THD)等参数。目前一般的声卡最高采样频率可达96KHz；采样位数可达16位甚至32位；声道数为2，即立体声双声道，可同时采集两路信号，需要时还可选用

4、多路输入的高档声卡或配置多块声卡；每路输入信号的最高频率可达22.05KHz，输出16位的数字音频信号，信噪比可达96dB。3系统功能设计3.1硬件实现声卡一般有LineIn和MicIn两个信号输入插孔，声音传感器信号可通过这两个插孔连接到声卡。若∗基金项目：安徽师范大学2006年教学研究项目（项目编号：XJJYB200614）。作者简介：刘延华（1970—），男，安徽芜湖人，实验师，合肥工业大学在读研究生，安徽师范大学教育科学学院教师。848基于LabVIEW的虚拟音频数据采集系统的分析与设计943由MicIn输入，由于有前置放大器，容易引入噪声且会导致信号过负荷，故推荐

5、使用LineIn，其噪声干扰小且动态特性良好。声卡测量信号的引入应采用音频电缆或屏蔽电缆以降低噪声干扰。若输入信号电平高于声卡所规定的最大输入电平，则应在声卡输入插孔和被测信号之间配置一个衰减器，将被测信号衰减至不大于声卡最大允许输入电平。LabVIEW对声音采集的设置默认于其所处的操作系统，本文使用的是最普通的声卡，对于高级的声卡采集信号时，要注意关闭如混响之类的一些特效，避免影响测量结果的真实性。3.2系统设计根据VI结构化的特征，把整个系统分为声卡设置、[3]数据采集和信号分析三个模块，以友好的图形界面与用户进行交互。3.2.1声卡设置模块在进行数据采集之前，首先需要

6、对声卡参数，如设备ID（对由多块声卡组成的多通道数据采集系统，ID的设置是必须的）、采样模式（连续采样/有限采样）、每图1声卡设置面板通道采样数（512/1024/2048/8196）、采样率、通道数（单通道/双通道）以及比特率（8位/16位）进行设置，其界面如图1所示，对应的程序框图如图2所示。图2声卡设置模块程序框图3.2.2数据采集模块数据采集模块的功能是根据用户设置的声音格式从声卡获得数据，采集的数据以直观的图形方式呈现于用户面前，并对所采集的数据进行实时保存。数据采集过程分为三步：①初始化/配置声卡；②采样；③释放声卡。图3为数据采集面板，图4为数据采集部分框图程

7、序。3.2.3信号分析模块LabVIEW把声卡的声道分为mono8-bit(单声道8位)、mono16-bit(单声道16位)、stereo8-bit(立体声8位)和stereo16-bit(立体声16位)。若用`单声道采样，左右声道信号都相同，而且幅值为原信号的1/2；用立体声采样，左右声道互不干扰，可以采集两路不同的信号，而且幅值与原信号相同。声卡的采样频率分为8000Hz、11025Hz、22050Hz和44100Hz，应根据具体情况采用合适的频率。849944计算机技术与应用进展·2007信号分析模块从采集