基于LabVIEW與聲卡的音頻信號采集系統(tǒng)與分析

1、 doi ：103969/jissn1671-1041201103025基于LabVIEW 與聲卡的音頻信號采集系統(tǒng)與分析張銀，呂列艷，楊恒，孟蘋蘋（西南石油大學電氣信息學院，成都610500）摘要：為了利用廉價的計算機聲卡進行音頻信號的采集，采用基于NI 公司圖形化編程語言的開放平臺LabVIEW ，完成對音頻范圍內的信號采集，并對采集到的信號進行時域和頻域頻譜分析。通過具體實驗表明：該系統(tǒng)能夠正確的采集聲卡設計性價比高，人機界面交互性好，操作方便。具有成本低，根據客戶需求功能擴充的特點。頻率范圍內的信號，關鍵詞：LabVIEW ；聲卡；音頻采集；信號分析中圖分類號：TH 7文獻標志碼：BA

2、cquisition system and analysis about audiosignal basedon LabVIEW and sound cardZHANG Yin ，LV Lie-yan ，YANG Heng ，MENG Ping-ping（School of Electrical Engineering and Information ，Southwest Petroleum University ，Chengdu 610500，China ）Abstract ：This paper introduces the design of acquisition system of

3、audio signal based on open platform LabVIEW of NI touse inexpensive sound card ，and achieve the acquisition within audio singnal ，and do the time-domain analysis and fre-quency-domain analysisExperiment result proved that this system can correctly acquire signal within the scope of sound card ，and i

4、t is cost-effective and has good human-computer interaction interface ，and easy to operateIt shows that thisand can be expanded according to customer demand system is low cost ，Key words ：LabVIEW ；sound card ；audio signal acquisition ；signal analysis0引言LabVIEW 是目前進行虛擬儀器開發(fā)的一個最佳平臺，是一個劃時代的圖形化編程系統(tǒng)，廣泛應用于

5、測試、數據采集與控制等領域。數據采集是信號分析與處理的關鍵環(huán)節(jié)，而聲可以方便的實現在音頻范圍卡作為一種特殊的數據采集卡，內信號的采集，而且價格低廉，實用性好。本文介紹在Lab-VIEW 環(huán)境下，基于聲卡的音頻信號采集，利用計算機聲卡代替價格昂貴的數據采集卡，并對采集到的信號進行分析。1沖區(qū)等。1）采樣頻率目前，普通聲卡的最高采樣頻率為441kHz ，有的達到48kHz 。一般采樣頻率分為4檔，2205kHz 、分別為441kHz 、1102kHz 、8kHz 。根據采樣定理，采樣頻率應為被測信號頻率的12倍以上，因此聲卡的采樣頻率決定了可以被測信號的頻率。2）采樣位數采樣位數即采樣值或取樣值，

6、是一個用來衡量聲卡對聲音的解析度的參數，即聲卡的分辨率。它的數值越大，解析度就越高，錄制或回放的聲音就越真實。在多媒體電腦中，一般聲卡是16位的。3）緩沖區(qū)為節(jié)省資源，計算機的CPU 采樣緩沖區(qū)的工作方式，聲卡的A /D或D /A都對某一緩沖區(qū)進行操作，待緩沖區(qū)數據操CPU 響應中斷信號進行處理。一般聲卡作完畢時產生中斷，的緩沖區(qū)長度為8kB ?；诼暱ǖ奶摂M儀器簡介隨著DSP 技術的不斷成熟和發(fā)展，計算機的聲卡已成為一個優(yōu)秀的數據采集卡，適合于采集頻率在2020000Hz 范圍內的音頻信號。一般聲卡由以下幾部分組成：聲音控制/處理芯片、功放芯片、聲音輸入/輸出端口等。聲音控制/處理芯A /D

7、轉換、D /A轉換、片是聲卡的核心，集成了采樣保持、音效處理等電路。利用聲卡作為數據采集卡，具有16位的量化精且價格低廉、兼容性好、性能穩(wěn)定、靈活通用，驅動程序的升級度，非常方便等優(yōu)點?；诼暱ǖ奶摂M儀器的框圖如圖1所示。2LabVIEW 簡介LabVIEW 的全稱實驗室虛擬儀器工程平臺，是一種基于G 語言的測試系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺，采用工程人員熟悉的術語、圖表用戶可通過定義等圖形化符號來代替常規(guī)基于文字的語言程序，和連接代表各種功能模塊的圖標，方便迅速地創(chuàng)建虛擬儀器。在LabVIEW 函數庫中，有專門的聲音子選板，集中在Sound VI 下，Sound Output 和文件。有三大模塊Sound

8、 Input ，提供聲卡相關的函數節(jié)點，這些函數節(jié)點都是使用windows 底層函數編寫的，直接與聲卡驅動聯(lián)系，可以實現對聲卡的快：/wwweiccomcn圖1虛擬儀器框圖計算機聲卡的主要技術參數包括采樣頻率、采樣位數、緩72EICVol182011No3 速訪問和操作，具有比較高的執(zhí)行性能。Cheby-數字濾波，如利用Butterworth 濾波器，域內其他分析，shev 濾波器等，進行平滑濾波處理，可以消除高次諧波失真和提高信噪比。噪聲干擾，3基于聲卡的音頻信號采集系統(tǒng)實現利用labVIEW 中與聲音信號相關的函數節(jié)點，可以實現對音頻信號的采集。聲卡具有MIC 和LINE IN 兩個信號輸

9、入端，其中MIC 輸入端有高增益放大器，會使信號產生較大失2因此在數據采集時選用LINE IN 作為信號輸入端。其真，采樣頻率為44. 1kHz ，輸入音頻信號的幅值不超過1V ，對于超過1V 的信號可衰減后輸入，適合多種場合的需要。本文設計的采集系統(tǒng)的前面板如圖2所示。主要包括三部分，聲卡系統(tǒng)設置、聲音信號及功率譜波形，單頻信息，路徑選擇。前面板中放置的對象在程序框圖中都有對應的對象，框圖程序如圖3所示。5聲卡采集系統(tǒng)測試與分析為測試本聲卡采集系統(tǒng)性能，通過麥克風采集某男歌手歌曲中的一段進行測試，從聲音信號波形圖中可以看出，采集從對應的功率譜圖形得到的該段聲音信號由多個頻率組成，5000Hz

10、 、5600Hz 處。中可看出，該頻率集中在2001000Hz 、可以直觀看到監(jiān)測到的頻率，幅度和相位。利用LabVIEW 波形顯示器自帶的功能對采集到的波形進行顯示，并進行功率譜顯示。圖4為采集到的該男歌手聲音信號的頻譜圖。圖2信號采集系統(tǒng)的程序前面板圖4采集系統(tǒng)測試信號6結束語圖3信號采集系統(tǒng)的框圖程序音頻信號采集過程分為初始化配置聲卡、設置聲音信號采樣、釋放聲卡。首先調用配置聲音輸入函數保存路徑、（Sound Input Configurevi ）配置聲卡并開始進行數據采集。采樣率設置為441kHz ，通道數為2，采樣位數設置為16位，采緩存大小設置為每通道10000個樣本。樣模式為連續(xù)

11、采樣，并調用寫入并打開聲音文件（Sound File Write Openvi ）設置采集到的音頻信號保存路徑，在采集結束后，可以用播放器播放采集到的soundtest 文件，程序進入while 循環(huán)，進行連續(xù)采樣。調用讀取聲音輸入函數（Sound Input Readvi ）從緩存中讀取數據，設置每次從每個通道中讀取樣本數22050。最后，調用聲音輸入清零函數（Sound Input Clearvi ）停止采集并進3-4。行清除緩存和占用的內存等操作本文利用普通的計算機聲卡代替價格昂貴的商用數據采集卡對音頻范圍內的信號進行采集，基于LabVIEW 開發(fā)系設計了一個簡單的數據采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)能

12、夠正確采集聲統(tǒng)，卡設計頻率范圍內的信號，并可以實現基本的測量功能和頻譜分析功能。另外，靈活性強。用戶不僅可以進行實時監(jiān)視和控制操作，還可以把數據保存到硬盤，供以后分析使用。在CPU 足夠快的條件下，還可以實時處理數據動態(tài)顯示波形的頻域圖。頻譜、總之，運用廉價的聲卡，在LabVIEW 環(huán)境下構成的具有較高采樣精度，中等采樣頻率的數據采集系統(tǒng)，可以很方便進行語音信號采集，并對其進行處理和分析。參考文獻1郝張紅，劉先勇，袁世迎，等基于聲卡的虛擬音頻信號采集微計算機信息，2007，23（121）：98-99與處理J 2蔣帥鋒，施展，鮑恝，等基于聲卡的數據采集系統(tǒng)設計J 2005，26（8）：47-49

13、儀器儀表學報，3劉剛，王立香，張連俊，等LabVIEW820中文版編程及應用M 北京：電子工業(yè)出版社，20084李江全，劉恩博登虛擬儀器數據采集與串口通信測控應用M 北京：人民郵電出版社，2010實戰(zhàn)5ZHAO Xian-lingThe virtual Instrument based on LabVIEW andJ ，International Conference on Measuring Technology Sound Card and Mechatronics Automation ，20096張桐，陳國順，王正林精通LabVIEW 程序設計M 北京：2008電子工業(yè)出版社，），作者簡介：張銀（1987-女，碩士研究生，研究方向為單片機數據采），女，碩士研究生，研究方向為虛擬集和石油儀器研究；呂列艷（1987-儀器和單片機的數據采集系統(tǒng)設計及儀器測試。01-14收稿日期：2011-4音頻信號