基于labview的声音信号采集处理系统学位论文
学号：14110712912
毕业设计
题目：基于LABVIEW的声音信号采集处理系统
作者刘根届别2015
学院物理与电子学院专业电子科学与技术指导老师周峰职称讲师
完成时间2015.05
摘要
LABVIEW虚拟仪器结合了图形化编程方式的高性能与灵活性以及专为测试、测量与自动化控制应用设计的高端性能与配置功能。并且为数据采集、仪器控制、测量分析与数据显示等各种应用提供必要的开发工具。
本文采用了一款图形化的编程工具LABVIEW，结合笔记本电脑自带的声卡，设计了一个基于LABVIEW的语音信号采集处理系统。在该系统中，通过设置声卡函数、谱分析函数以及输入输出端口就可以得到信号的滤波、频谱和功率谱等参数，并对声卡采集到的波形信号进行实时显示，最后通过SineGen声音信号发生器对该系统进行实验测试。
关键词：语音信号；声卡；信号分析；数据采集
Abstract
LABVIEW virtual instrument is a combination of graphical programming method of high performance and flexibility, and specially designed for test, measurement and automation control application of high performance and the configuration function. And for the analysis of data acquisition, instrument control, measurement and data display a variety of applications such as provide the necessary development tools.
This paper adopted a LABVIEW graphical programming tools, combined with the notebook computer with sound card, designed a speech signal collection and processing system based on LABVIEW. In the system, by setting the sound card function and spectrum analysis function and input/output port can be parameters such as signal filtering, spectrum and power spectrum, and the sound card to real-time display of waveform signal collected, finally through SineGen voice signal generator to test the system.
Key words: speech signal; audio card; signal analysis; datacollection
目录
第一章绪论 (1)
1.1声音信号采集处理系统的研究目的和意义 (1)
1.2 声音信号采集处理系统的特点及应用 (1)
1.3国内外对本课题的研究 (2)
1.4本论文研究的主要内容 (2)
第二章声音信号采集系统 (4)
2.1 声音信号采集系统结构 (4)
2.1.1声音信号采集系统总体框图 (4)
2.1.2录音系统设计流程 (4)
2.1.3声卡设置流程 (4)
2.2声卡的介绍 (5)
2.2.1声卡的基本知识 (5)
2.2.2声卡的工作原理 (6)
2.3 LABVIEW的介绍 (6)
2.3.1LABVIEW的概述 (6)
2.3.2 LABVIEW的组成 (7)
第三章基于LABVIEW的采集系统程序设计方案 (8)
3.1 LABVIEW程序结构图 (8)
3.2 LABVIEW提供的关于声卡操作的函数 (8)
3.3 LABVIEW程序模块组成 (9)
3.3.1编写波形显示 (9)
3.3.2文件自动存储 (11)
3.3.3文件手动存储 (11)
3.3.4信号回放与分析 (12)
第四章实验结果测试与分析 (13)
4.1 声音信号采集系统 (13)
4.2 声音信号采集系统仿真结果 (13)
4.3 系统测试与分析 (14)
第五章总结与展望 (17)
参考文献 (18)
致谢 (19)
第一章绪论
1.1声音信号采集处理系统的研究目的和意义
语音信号的处理是利用语音信号进行科学研究、工程应用的重要一环。而对语音信号用怎样的方式进行处理则是本课题研究的的关键所在。在LABVIEW编程软件的基础上，对语音信号进行采集、存储、分析。LABVIEW（Laboratory Virtual Instrument English Workbench）是由NI（National Instrument）公司研发的一种工业标准的图形化程序开发环境，它是一种带有图形控制流结构的数据流模式（Data Flow Mode）。LABVIEW提供了与传统仪器（如万用表、示波器）在外观上类似的控件，便于简单快速的创建交互界面（用户界面在LABVIEW中被称为前面板）。使用连线和图标，通过图形化编程对用户界面上的对象进行控制。这就是图形化源代码，又称G代码。LABVIEW的图形化源代码在某种程度上类似于流程图，因此又被称作程序框图代码。LABVIEW大大简化了编程的复杂而繁琐的过程，被广大院校和各科研究机构实验室采用。
本系统采用虚拟仪器技术，利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量的应用。通过灵活高效的软件创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能力能方便提供全方位的系统集成，与传统仪器相比具有性能高、拓展性强、开发时间少和无缝集成等优点。并且在以虚拟的软件系统为平台的建设过程中，可以运用最普通计算机上的声卡对语音进行信号采集，不仅使方案的可行性变得简单易行，而且很大幅度地降低了方案实施的成本。
1.2 声音信号采集处理系统的特点及应用
本课题所研究的语音信号的采集和分析系统是在PC技术的基础上进行开发，因此完全继承了以现成即用的PC技术为主导的最新商业技术的优点，包括功能卓越的处理器和文件I/O，使用户在数据高速导入软盘的同时就能实时地进行复杂的信号分析。而而基于LABVIEW的信号采集和分析系统刚好是标准的数据采集和仪器控制软件，以其强大的数据采集，数据分析和仪器控制功能在测试、测量与自动化控制系统领域中应用广泛。LABVIEW虚拟软件平台为所有的I/O设备提供了标准的接口，如数据采集、视觉、运动和分布式I/O等，用户只需将其和测量硬件进行连接，就可以方便的完成数据采集，数据存储等各种任务，从而可以方便快捷的创建一个交互式、用户自定义的系统控制界面，使语音信号的采集更加符合用户习惯。
1.3国内外对本课题的研究
1、国外发展现状
LABVIEW在国外被广泛应用于各种行业，包括汽车、半导体、航空航天。交通运输、电信、生物医药等。无论在哪个行业，工程师与科学家们都可以使用LABVIEW创建功能强大的采集、测试、测量与自动控制系统。而作为一个重要研究方向的语音信号采集处理与分析领域，则经历了一段长时间的研究发展。然而语音信号的采集与分析处理的快速发展可以说是从1940年前后potter等人的可见语音和声码器开始的。到了20世纪60年代中期逐渐形成了一系列与数字信号处理相关的技术与方法，比如快速博里叶变换( FFT)，拉普拉斯变换，功率谱分析，数字滤波器等，都成为数字处理在语音信号方面的技术和理论基础。特别是随着计算机技术的飞速发展，虚拟仪器依靠其强大的处理能力被广泛应用于各个领域。
2、国内发展现状
计算机和仪器的密切结合是目前国内发展的一个重要方向。粗略的说，这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现了含嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机，以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。目前我国一些加工工艺复杂，对制造水平要求较高的高档台式仪器如频谱分析仪、数字示波器、逻辑分析仪等还主要依靠国外的进口，并且这些仪器在生产突破上有困难。工业界、学术界和研究实验室正在不断将一些先进的数字信号处理算法应用于虚拟仪器的设计，提供了传统台式仪器所不具备的功能，而且可以完全通过软件配置来实现集成各种功能的仪器设计。因此，目前研制一种操作方便、结构简单、对生产技术要求不高、费用低的仪器是非常有必要的。并且如何将先进的PC技术应用到仪器中以提高效率则成为测量、测控与自动化控制领域需要急需解决的问题。
1.4本论文研究的主要内容
本文首先对声卡数据采集进行总体设置;由于笔记本电脑自带声卡条件有限，所以本次设计采用单通道的数据采集方式。设计中主要掌握基于标准的图形化编程开发环境LABVIEW软件的使用;熟悉电脑声卡的使用，并进行各个虚拟示波器模块的设计;用图形化编程语言LABVIEW实现声卡的设置模块、采集模块、存储模块以及波形显示模块，其核心是数据采集程序的实现，最后对信号采集系统进行测试。
本章设计安排如下：
1、介绍了从数据采集角度下对声卡的工作原理、设置的认识，如何在硬件和
软件下实现要求。
2、基于声卡数据采集的总体设计方案。主要介绍以下几个方面的内容:声卡与
数据采集卡的选择，对软件开发环境和软件模块组成作出分析。
3、对LABVIEW图形化开发环境的介绍，包括LABVIEW的发展历程、简介和
LABVIEW的VI程序组成。
4、通过Sine Gen软件模拟声音信号发生器信号进行系统测试实验。包括信号
测试系统的组成和实验数据记录与分析
第二章声音信号采集系统
2.1 声音信号采集系统结构
2.1.1声音信号采集系统总体框图
如图2.1所示，这是最基本的信号采集流程图，通过传感器获取外界声音信号并转成相应的电信号，这些信号一般比较弱，并且常常伴有较强的噪声，需要经过调理电路的滤波和放大，声卡将这些信号进行采样，变成数字信号后送入计算机进行显示和存储，并且可以对存储的文件进行回放和频谱分析，同时还可以通过声卡对外输出。（对于前置的传感器和信号调理电路这里没有进行处理，采用的声卡就是普通PC上的声卡。）
声音信
号信
号
调
理
数
据
采
集
卡
数
据
处
理
虚
拟
仪
器
面
板图2.1声音信号采集系统总体框图
2.1.2录音系统设计流程
（1）设置声卡的工作模式和参数，为声卡的正常工作做准备。
（2）启动声卡采集输入的信号，并将其数字化，转换成计算机能处理的数据。
（3）将声卡采集获得的新数据显示出来，并将它添加到原有信号的存在数组中。
（4）停止声卡采集任务，释放占用的系统资源。并将采集的数据按指定格式进行保存。
配置声卡
采集信号
数据处理关闭声卡图2.2录音系统设计流程
2.1.3声卡设置流程
（1）数据采集程序要实现的任务就是用软件控制声卡采集输入的信号，并将其转换为数字信号（即我们常说的数据）提供给后续程序处理。它为后续程序提供了一个数据来源。
（2）数据采集程序的流程如下图。
声卡参
数设置启动声卡采集信号停止声卡关闭声卡
图2.3数据采集程序流程
2.2 声卡的介绍
2.2.1声卡的基本知识
声卡作为语音信号与计算机的连接接口，其主要功能就是语音信号经过DSP （数字信号处理）音效芯片的处理，进行模拟信号与数字信号的转换，因此，从其功能上来看，声卡可以最为数据采集卡来使用。LABVIEW 提供了专门用于声卡操作的基本函数，所以用声卡搭建数据采集系统非常方便。如图2.4为声卡的硬件结构图。
输入接口Line In 和Mic In 的区别在于后者可接入的信号比较弱，幅值为0.02V 到0.2V ，这个信号较易受干扰，常用Line In ，它可接入幅值不超过1.5V 的信号。这两个通道输入端口内部都有隔直电容，直流信号不能被接受。多数声卡在接入端把左右声道短接成一个通道，这种声卡单通道数据采集卡用。声卡一般为16位分辨率，声卡的采样率一般不能连续设置，只能是固定的几档。普通声卡的采样率一般都可以设置为8khz 、11.025khz 、22.05khz 、44.1khz 、48khz ，一些高级的声卡还可以设置96khz 、192khz 甚至更高。声卡内部也是A/D 和D/A ，所以可以作为采集卡和信号发生器来使用[4]。只是声卡本身不提供参考电压，如果要测量信号的绝对值，则需要自行进行电压标定。 Line In
MIDI In SPK Out
Wave Out
Mic In
A/D DSP D/A 波表MIDI 合成器
图2.4声卡的硬件结构
2.2.2声卡的工作原理
将模拟声信号送到声卡前置处理及A/D转换后变成数字信号，然后输入到缓冲区，再通过各种数字信号处理的方法对输入缓冲区的波形数据进行各种处理，完成声音滤波、消噪、音效处理等功能，最后把处理好的波形数据把保存到存储设备中，这就是声音信号的录制过程。相应的声音信号回放过程为:把处理好的数据送到波形输出缓冲区，再经由声卡的D/A进行数字信号与模拟信号的转换，将数字音频转换为模拟信号，经过功率放大，送到喇叭。如果将工程中所需采集的信号仿照声音信号输入，即可实现对信号的采集和存储，如图2.5所示。
图2.5声卡工作原理
2.3 LABVIEW的介绍
2.3.1LABVIEW的概述
LABVIEW是NI公司推出的一种图形化编程语言，其全称是Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench。LABVIEW的源程序完全是图形化框图，没有文本代码。在LABVIEW平台上编写的程序拓展名是VI。传统指令编程语言根据语句的含义和逻辑的先后顺序编译程序，但是LABVIEW软件则采用数据流的方式编程。后面板程序框图中节点之间的数据流向决定程序的逻辑与执行顺序。指令及表示的含义由图标表示，数据流由连线表示。
LABVIEW将一些功能进行了模块化处理，大大简化了程序结构和操作的复杂性，使之被广泛应用于各种行业，包括汽车、半导体、航空航天、交通运输、电信、生物医药等。无论在那个行业，工程师与科学家们都可以使用LABVIEW创建功能强大的测试、测量与自动化控制系统。
2.3.2 LABVIEW的组成
LABVIEW有很强大的功能，带有子程序库的通用程序设计系统，还有可拓展的函数库。它提供了串行设备控制、VXI总线控制还有一些用于GPIB的设备控制，还有一些附带应用程序模块，比如存储和显示，以及数据分析等。其专用的函数库非常强大，也很适合一些模块，这些模块可以用于测量测试，还有一些动态链接库中的函数，不过这些函数一般由用户自定义。因此LABVIEW才足以成为一个强大的开放的平台。而且它还直接支持DDE（Dynamic Data Exchange 动态数据交换机制）、SQL（Structured Query Language 结构化查询语言）还有一些网络协议，比如TCP，UDP等。再者。LABVIEW 还另外提供一些工具箱专门可以用于程序开发，一边在用户操作时，能方便地设置断点，动态执行程序，描述数据传输的过程形象而且直观，而且方便声卡进行工作，在一定的应用的范围内，数据的采集都能满足需求[1]。当我们采用笔记本便携式电脑时，那么就不用另外购买其他硬件设备就能够成为一套完整的测量系统，而且非常方便。现在声卡质量和性能也做的越来越来好，成本也变得低廉，因此，也是非常受用户欢迎的，在这种普及率越来越高的情况下，这样的测量方法非常适用于工程测量以及实验室试验测量，也值得推广。
LABVIEW主要包括前面板、后面板、图标端口、数据连线和VI等。前面板是图形化用户界面，用于设置输入值和观察值，可以模拟真实的仪器前面板。前面板由控制、指示、装饰三部分组成。每一个前面板都有一个程序框图与之对应，程序框图又叫后面板，是编写程序代码的地方。程序框图由节点、端口、数据连线组成。节点与节点之间、节点与前面板对象之间都是通过端口和数据线连接来传递数据的。数据连线是端口与端口之间数据传输的通道，它将数据从一个端口传送到另一个与之对应的端口中。数据连线中的数据是单身流动的，从源端口（输出端口）流向一个或多个目的端口（输入端口）。
第三章 基于LABVIEW 的采集系统程序设计方案
3.1 LABVIEW 程序结构图
先运行模块进行初始化，然后输入声音信号到声卡进行采集，将采集到的信号送到LABVIEW 模块中通过图形化界面显示出来，最后对信号进行频谱分析显示出来，如上图3.1所示。
模块初始
化信号输入声卡数据采集
LABVIEW
模块波形分析波形显示 图3.1 LABVIEW 程序结构图
3.2 LABVIEW 提供的关于声卡操作的函数
LABVIEW 提供了一系列使用Windows 底层函数编写的与声卡有关的函数。它们位于“函数→编程→图形与声音→声音”子面板中，如下图3.2所示。
图3.2声卡操作函数
声音操作函数子面板包括三大部分：声音输出操作函数、声音输入操作函数和声音文件操作函数。
（1）声音输出函数：声音输出函数如下图3.3所示，主要包括对声卡输出的一些控制，例如配置声音输出，将音频文件写入缓冲区，设置音量大小，启动/停止声音输出等。
图3.3声音输出函数
（2）声音输入函数：声音输入函数如下图3.4所示，主要包括对声卡输出的一些控制，例如配置声音输入，读取缓冲区中的音频数据，启动/停止声音输出。
图3.4声音输入函数
（3）声音文件操作函数：声音文件操作函数如下图3.5所示，主要包括对声音文件的操作，例如从文件读取声音，将声音文件写入文件等。
图3.5声音文件操作函
3.3LABVIEW程序模块组成
3.3.1编写波形显示子VI
子VI的调用可以使整个程序框图看上去更加简洁。在这里，把波形显示封装成一个子VI，能实现通道选择、滤波、频谱分析与波形显示等功能，波形显示前面板如下图3.6所示。
图3.6波形显示前面板
前面已经讲到，声卡有左右两个通道，他可以作为一种双通道数据采集卡使用，但这些数据在进入到电脑之后是以波形数组的形式出现的，两个通道混合在一起，通过分
离用“函数-Express-信号操作”中的“Split Signals.vi”实现。经过“拆分信号”以后，左右通道的信号已经分离，对每个通道的数据处理用“条件结构”实现[2]。
“读取声音输入”VI的输出数据是一个波形数据。这些数据包括t0、dt和Y，其中t0表示数据采集的当前时间，dt表示采样周期，即1/f，Y就是采集到的数据。对它进行某些处理（比如滤波）的时候要先进行类型转换，用“函数-Express-信号操作”中的“从动态数据转换”VI即可实现[3]。第一次把它放置到后面板上时，或者双击都可以打开它的配置对话框。这里选择“以为标题数组-单通道”或者“单一波形”都可以。
谱分析的实现比较容易，LABVIEW已经封装好了这些函数，我们只要对它进行相应的设置即可。进行谱分析是时候，有时候需要调整数据点数，可以通过“函数-编程-数组”中的“拆分一维数组”VI实现。在这里用“函数-信号处理-波形测量”中的“FFT功率谱密度”实现信号的功率谱分析，用“FFT频谱（幅度-相位）”VI实现对幅度-相位谱的分析，可以对处理结果的显示方式等进行设置。另外，对谱分析之前要用“函数-编程-波形”中的“创建波形”VI对数据进行重组，把它还原成一个波形数据。
“函数-信号处理-滤波器”中提供了许多常用的滤波器，这些VI使用非常简单。这里选择“Butterworth滤波器”，可以进行低通、高通、带通等方式滤波。要注意的是它的fs端口要连接数据的采样率，否则没有波形输出，另外在进行波形显示的时候，如果不对它进行波形重组，那么显示的横轴是数据点数。为了使显示比较符合我们的习惯，对滤波后的数据进行了波形重组，这样它显示的横轴是时间。另外，因为后面涉及对双通道数据的处理，在显示的时候为了能在一个波形图中显示出来，需要用“创建数组”VI 将两路波型数据组合在一起。这样就会出现一个问题：在对单通道的数据进行处理的时候只有一路波形数据。为了使数组类型匹配，在单通道显示的时候，将另一通道数据用一个空数组来代替。
至此，整个波形显示子VI的功能已经全部实现，程序框图如图3.7所示。
图3.7波形显示程序框图
3.3.2文件自动存储
声卡对数据采集主要通过“配置声音输入”、“读取声音文件”、“声音输入清零”三个VI实现。声音文件的存储主要通过“写入并打开声音文件”、“写入声音文件”、“关闭声音文件”三个子VI实现。
利用声卡进行数据采集之前，要先对声卡进行配置，这里的配置主要包括以下几点（1）设备ID号（0）
（2）每通道采样点数、采样率、通道数、每采样比特数（16）
进行连续采集的时候如果参数没有变，则不需要每次都对声卡进行配置，只要循环读取缓存中的数据即可。在进行数据存储之前要先打开一个声音文件，而写入完成之后则要将它关闭。
如果一段数据太长，会对后置处理造成麻烦，经常会因为计算机内存不够而不能完整的读出存储的数据。解决这个问题的方法就是对数据进行分割。那么针对这个问题我们可以在存储的时候把文件分割成一定长度的数据段，便于后置处理，即这里所说的文件自动存储[9]。对于自动存储，它的目标是实现指定文件长度，指定文件数目的数据采集与存储，用For循环实现[5]。整个程序代码如下图3.8所示，内层的For循环实现对单个文件长度的控制，循环次数=[采集时间×采样率÷每通道采样点数]+1，[]表示取整。要注意的是这里只是近似文件长度，并不是十分精确的，比如设置文件长度为5s，实际采到的信号长度可能是5s多一点[6]。在进行自动存储之前要先指定文件存放的路径、要保存的文件数目、每个文件的长度。主意，文件名不要加后缀，由程序自动添加序号和后缀。
图3.8文件自动存储程序框图
3.3.3文件手动存储
文件手动存储需要经过用户的操作才能进行一段文件的存储，它的存储长度需要用户控制。程序的编写与自动存储类似，将如上图的外层循环去掉，内层循环改成While 循环，对声卡参数的配置方式和波形显示方式不变[7]，程序框图如下图所示。在使用过
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音频编辑实验报告 姓名:戴俏波班级:机电1113班学号:11223064 一．实验内容及任务要求 1. 内容:学习audition的使用 2. 要求:广播剧的设计与制作 二．实验步骤 1、选好广播剧剧本《卖火柴的小女孩》 2、在多轨视图界面用Audition完成素材的录音,步骤如下: (1)执行【选项】|【Windows录音控制台】,打开【录音控制】对 话框,进行相关设置。 (2)设置完毕后关闭【录音控制】对话框。 (3)打开剧本。 (4)单击【传送器】面板中的【录音】按钮,并切换到剧本,使用麦克 风进行剧本表演。完毕后,再次单击【录音】按钮,结束声音的录制。 (5)单击【传送器】面板的【播放】按钮,试听录制的效果。 (6)执行【文件】|【另存为】命令,保存录制的音频文件 3、对录制的音频在编辑模式下进行处理 (1)删减空白音频波形 (2)增加间隔时间 (3)对音频进行降噪处理 (4)修复破音 (5)增大音频音量
(6)为声音添加混响效果 (7)对处理后的音频进行局部修整,或调整局部的音量大小,或去除局部的噪音,使得整个音频听起来更加与谐。 4、给录制的音频添加背景音乐 (1)在网上下载背景音乐《卖火柴的小女孩》与其她配合使用的音乐素材,如风声,铃铛声,马蹄声,马啸声。 (2)将音乐添加到第二个音轨上,配合录制的音频的情境适当删减音频的长度或增加音频的长度。 (3)适当减小背景音乐声音的大小,使得二者相匹配。 5、试听录制的音频与背景音乐一起的效果,根据视听效果局部修整音频。 6、将修改后的广播剧保存成mp3格式。 三.实验感悟 1、由于音频实验就是几周前完成的,开始不知道要写实验报告,所以就没有截屏,只简单地介绍了一下具体进行的音频编辑操作,请老师谅解。 2、在进行音频编辑操作时,只选中自己想编辑的区域进行编辑,不要全部选择。比方说用降噪器效果,如果将音频全部选中,则全部降噪,不能达到预想的效果。 3、录音时不要离话筒太近,也不要太大声,否则波形振幅过大,不容易编辑而且容易失真。录音时尽量保持周围无噪音。 4、要及时保存,否则很容易丢失音频。
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交通信号 控制系统（ATC）设计方案 x x x x有限责任公司
目录 1.概述 (1) 1.1系统简介 (1) 1.2设计原则 (2) 1.3系统设计依据及执行标准 (4) 2．总体设计方案 (6) 2.1控制系统总体功能 (6) 2.2通信系统总体结构 (6) 2.3通信系统主要优势 (8) 3.详细设计方案 (9) 3.1监测点设备 (9) 3.1.1设备功能描述 (9) 3.1.2监测点设备组成、结构及特点 (9) 3.2防雷保护及安全设计 (14) 3.3详细设备说明 (15) 3.3.1高清晰摄像机 (15) 3.3.2标清视频检测 (15) 3.3.3补光设备 (15) 3.3.4嵌入式存储 (15) 3.3.5 GOE210千兆工业以太网交换机 (15) 3.3.6 POE工业以太网光纤收发器 (17) 3.4系统典型配置清单 (18)
1.概述 城市发展交通智能信号灯，减少道路拥堵，最终达到智能化区域交通信号控制系统。智能交通信号灯迎合实现绿色经济的时代潮流，为了解决这个问题，提出智能交通信号灯及网络技术，会根据路口车辆多少，自动调节时间，可减少等候时间在75%以上，从而大大节省了人们的出行时间，减少了路口的无效等候，使出行更快捷。 在智能交通系统中，以往的常规摄像机是对所有通过该地点的机动车辆的车牌进行拍摄、记录与处理。由于受到图像采集设备分辨率的制约，图片仅能反映出车型、车身颜色、车牌号码等简单信息。公安执法部门对部分治安案件、交通肇事案件的取证要求上，希望能掌握更详细更清楚的资料，如驾驶员的面貌特征、车内驾驶室的情况、清晰的车辆信息、货车的装载情况。采用高清晰摄像机做前端采集，可以实现所抓拍的图像中用肉眼清楚地分辨：车辆的颜色、特征、车牌的号码、车牌颜色、司乘人员的面部特征。 如此一来智能化同时也带来了网络数据流量的剧增，对网络通信的可靠传输提出了更高的要求。工业以太网交换机在区域交通信号控制系统网络中稳定性、高可靠性、高安全性成为关键中的关键。 1.1系统简介 区域交通信号控制系统(ATC) 智能化区域交通信号控制系统采用百万像素的数字化网络摄像机（1600×1200 CCD传感器），一台摄像机覆盖两条车道，准确抓拍正常行驶、压线行驶、并行通过的车辆，并自动识别车牌号码，抓拍的车辆图片可清晰地显示车辆特征及前排司乘人员的面部特征。摄像机工作于外触发方式，通过视频分析、环形线圈或者窄波雷达检测通过车辆，在抓拍车辆的同时可获取车辆的行驶速度。两条车道共用一台高清数字摄像机的方式在保障系统性能的前提下，大大降低了系统成本。
音频信号分析与处理
实验三音频信号的分析与处理1 一、实验目的 1.掌握音频信号的采集以及运用Matlab软件实现音频回放的方 法； 2.掌握运用Matlab实现对音频信号的时域、频谱分析方法； 3.掌握运用Matlab设计RC滤波系统的方法； 4.掌握运用Matlab实现对加干扰后的音频信号的进行滤波处理 的方法； 5.锻炼学生运用所学知识独立分析问题解决问题的能力，培养学 生创新能力。 二、实验性质 设计性实验 三、实验任务 1.音频信号的采集 音频信号的采集可以通过Windows自带的录音机也可以用专用的录制软件录制一段音频信号（尽量保证无噪音、干扰小），也可以直接复制一段音频信号，但必须保证音频信号保存为.wav的文件。 2.音频信号的时域、频域分析 运用Matlab软件实现对音频信号的打开操作、时域分析和频域分析，并画出相应的图形（要求图形有标题），并打印在实验报告中（注意：把打印好的图形剪裁下来，粘贴到实验报告纸上）。 3.引入干扰信号 在原有的音频信号上，叠加一个频率为100KHz的正弦波干扰信号（幅度自定，可根据音频信号的情况而定）。 4.滤波系统的设计 运用Matlab实现RC滤波系统，要求加入干扰的音频信号经过RC滤波系统后，能够滤除100KHz的干扰信号，同时保留原有的音频信号，要求绘制出RC滤波系统的冲激响应波形，并分析其频谱。
% 音频信号分析与处理 %% 打开和读取音频文件 clear all; % 清除工作区缓存 [y, Fs] = audioread('jyly.wav'); % 读取音频文件 VoiceWav = y(300000 : 400000, 1); % 截取音频中的一段波形 clear y; % 清除缓存 hAudio = audioplayer(VoiceWav, Fs); % 将音频文件载入audioplayer SampleRate = get(hAudio, 'SampleRate'); % 获取音频文件的采样率KHz T = 1/SampleRate; % 计算每个点的时间，即采样周期SampLen = size(VoiceWav,1); % 单声道采样长度 %% 绘制时域分析图 hFig1 = figure('Units', 'normalized', 'Position', [0 0.05 0.49 0.85]); t = T: T: (SampLen* T); subplot(2, 1, 1); % 绘制音频波形 plot(t, VoiceWav); % 绘制波形 title('音频时域波形图'); axis([0, 2.3, -0.5, 0.5]); xlabel('时间(s)'); ylabel('幅值(V)'); % 显示标题 %% 傅里叶变换 subplot(2, 1, 2); % 绘制波形 myfft(VoiceWav, SampleRate, 'plot'); % 傅里叶变换 title('单声道频谱振幅'); % 显示标题 xlabel('Frequency (Hz)'); ylabel('|Y(f)|'); play(hAudio); % 播放添加噪声前的声音 pause(3); %% 引入100KHz的噪声干扰 t = (0: SampLen-1)* T; noise = sin(2 * pi * 10000 * t); % 噪声频率100Khz，幅值-1V到+1V hFig2 = figure('Units', 'normalized', 'Position', [0.5 0.05 0.5 0.85]); subplot(2, 1, 1); % 绘制波形 plot(t(1: 1000), noise(1: 1000)); title('100KHz噪声信号'); % 显示标题 noiseVoice = VoiceWav+ noise'; % 将噪声加到声音里面 hAudio = audioplayer(noiseVoice, Fs); % 将音频文件载入audioplayer subplot(2, 1, 2); % 绘制波形 [fftNoiseVoice, f] = myfft(noiseVoice, SampleRate, 'plot'); title('音乐和噪声频谱'); % 显示标题 play(hAudio); % 播放添加噪声后的声音 pause(3);
labview声音采集系统
虚拟仪器技术 姓名：史昌波 学号：2131391 指导教师：孙来军 院系(部所)：电子工程学院专业：控制工程
目录 1、前言 (3) 2、声卡的硬件结构和特性 (3) 2．1声卡的作用和特点 (3) 2．2声卡的构造 (5) 3、LABVIEW中与声卡相关的函数节点 (5) 4、LABVIEW程序设计 (6) 4．1程序原理 (6) 4．2程序结构 (7) 4．3结果分析 (9) 5、结束语 (9) 6、参考文献 (10)
基于声卡的数据采集与分析 1、前言 虚拟仪器技术是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。在虚拟仪器系统中，硬件解决信号的输入和输出，软件可以方便地修改仪器系统的功能，以适应不同使用者的需要。其中硬件的核心是数据采集卡。目前市售的数据采集卡价格与性能基本成正比，一般比较昂贵1。 随着DSP(数字信号处理)技术走向成熟，计算机声卡可以成为一个优秀的数据采集系统，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，驱动程序升级方便，在实验室中，如果测量对象的频率在音频范围，而且对指标没有太高的要求，就可以考虑使用声卡取代常规的DAQ设备。而且LABVIEW中提供了专门用于声卡操作的函数节点，所以用声卡搭建数据采集系统是非常方便的2。 2、声卡的硬件结构和特性 2．1声卡的作用和特点 声卡的主要功能就是经过DSP（数字信号处理）音效芯片的处理，进行模拟音频信号的与数字信号的转换，在实际中，除了音频信号以外，很多信号都在音频范围内，比如机械量信号，某些载波信号等，当我们对这些信号进行采集时，使用声卡作为采集卡是一种很好的解决方案。 声卡的功能主要是录制与播放，编辑与合成处理，MIDI接口三个部分3。 （1）录制与播放
音频技术实验报告
实验编号：四川师大《声音媒体技术》实验报告 2017年11月5日计算机科学学院级班实验名称：声音信号的编辑处理 姓名：学号：指导老师：实验成绩: 实验录音系统的连接和使用 一．实验目的及要求 （1）掌握录音系统的连接方法； （2）熟悉录音系统相应设备的功能，并熟练使用； （3）掌握录音系统功率匹配、阻抗匹配的原理； 二．实验内容 （1）利用阻抗匹配、功率匹配原理，实现录音系统连接； （2）熟练掌握阻抗匹配、功率匹配实现录音系统连接的工作原理； （3）熟悉录音系统各类设备的操作使用； 三．实验主要流程、步骤（该部分如不够填写，请另加附页） 1.利用阻抗匹配、功率匹配原理，实现录音系统连接。 （1）老师介绍调音台的各输入与输出端子的功能，以及其控制按钮的名称和作用。 （2）用转换头将电容式话筒连接到调音台，电容式话筒的插头插在1和2路录音孔中，（遵循阻抗匹配原理，一定要注意传输线的特性阻抗与所接负载阻抗的大小相等且相位相同，即传输线的输入端或输出端处于阻抗匹配状态）； （3）再把监听耳机的插头插在监听插口。 （4）把调音台的输出端用连接线与电脑的主机连接，给电脑传送音频信号，（遵循阻抗匹配原理，电脑的功率要和传输线的输出功率匹配）； （5）最后连接电源线 （6）MONITOR是总监听音量旋钮，调节该通路在监听线路中的音量大小。.通过调节HIGH、MIDDLE、LOW三段均衡器旋钮来调节声音大小打开电脑进行调试，测试录音能否正常工作。 2.熟练掌握阻抗匹配、功率匹配实现录音系统连接的工作原理。 （1）阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗相适配，得到最大功率输出的一种工作状态，阻抗匹配则传输功率大，内阻等于负载时，输出功率最大，此时阻抗匹配。 （2）设备输出功率要与负载阻抗一致。 3.熟悉录音系统各类设备的操作使用。 （1）POWER ON是调音台开关，当 ON 的一边被按下时，调音台便接通电源； （2）MIC是麦克风输入接口，LINE是高电平输入接口，MONITOR是监听输出接口； （3）电容式话筒的敏感度及其高，在录制声音史应该对准说话的人； （4）在调音台每一路输入通道上都有一组均衡旋钮，HIGH是高频，MID是中频，LOW是低频，高中低频率旋钮向左（顺时针）旋时，对应的频段就会得到提升，反之衰减。 四.实验结果的分析与评价（该部分如不够填写，请另加附页 1.阻抗匹配的方法有两种，一种是改变阻抗力，另一种是调整传输线的长度。 2.调音台可对输入的不同电平不同阻抗的音源信号进行放大、衰减、动态调整等，用附 带的均衡器对信号各频段进行处理，调整各通道信号的混合比例后，对各通道进行分配并送至各个接收端，控制现场扩声信号及录制信号。 3.调音台的输入信号大体上分为低阻话筒信号输入和高阻线路信号输入两种。 4.调音台输入插口基本可以分为3种：TRS，XLR，RCA。
信息采集系统解决方案
信息采集系统解决方案
信息采集系统解决方案 1系统概述 信息采集是信息服务的基础，为信息处理和发布工作提供数据来源支持。信息数据来源的丰富性、准确性、实时性、覆盖度等指标是信息服务的关键一环，对信息服务质量的影响至关重要。针对交通流信息数据，包括流量、速度、密度等，目前主要是基于微波、视频、地磁等固定车辆检测器以及浮动车等移动式车辆检测器进行采集，各种采集方式都存在响应的利弊。针对车驾管以及出入境数据，包括车辆信息、驾驶人信息、出入境办证进度信息等，主要是通过和公安相关的数据库进行对接，此类信息将在信息分析处理系统进行详细介绍。 针对目前交通信息来源的多样性以及今后服务质量水平发展对信息来源种类扩展要求，需要建设一套统一的，具备良好兼容性和前瞻性的交通信息统一接入接口。一方面，本期项目的各种交通信息来源可以使用该接口进行数据接入，另一方面，当新的或第三方的交通信息来源需要加入到本系统中来时，可以使用该接口进行数据接入，不需要再次投入资源进行额外开发。 统一接入接口建成后，根据各种数据来源系统的网络环境、系统技术特性和交通流信息数据特点，开发相应的交通信息数据对接程序，逐一完成微波采集系统、浮动车分析系统、人工采集等来源的交通信息数据采集接入。 2系统架构及功能介绍 2.1统一接入接口 统一接入接口的建设的关键任务包括接口技术规范制定、路网路段编码规则约定及交通信息数据结构约定等多个方面。
2.1.1接口技术规范 一方面由于本系统接入的交通信息数据来源多样，开发语言和系统运行的环境均存在差异，不具备统一的技术特性；另一方面，考虑到以后可能需要接入更多新的或第三方的信息系统作为数据来源，应当选择较成熟和通用的接口实现技术作为本项目的交通流信息采集统一接入接口实现技术。 根据目前信息系统建设的行业现状，选择Web Service和TCP/UDP Socket 作为数据传输接口的实现技术是较优的选择。Web Service和TCP/UDP Socket 具有实时性强、通用性强、应用广泛、技术支持资源丰富等优势，可以实现跨硬件平台、跨操作系统、跨开发语言的数据传输和信息交换。 项目实施时需要根据现有的信息采集系统的技术特点来具体分析，以选定采用Web Service或TCP/UDP Socket作为接口实现技术，必要时可以两种方式并举，提供高兼容度的接口形式。 为了保护接入接口及其数据传输的安全性，避免恶意攻击访问，避免恶意数据窃取，可以使用身份认证、加密传输等技术来加以保证。 统一数据采集接口的工作流程可以如下进行：
基于MATLAB的语音信号采集与处理
工程设计论文 题目：基于MATLAB的语音信号采集与处理 姓名： 班级： 学号： 指导老师：
一.选题背景 1、实践意义： 语音信号是一种非平稳的时变信号，它携带着各种信息。在语音编码、语音合成、语音识别和语音增强等语音处理中无一例外需要提取语音中包含的各种信息。语音信号分析的目的就在于方便有效地提取并表示语音信号所携带的信息。所以理解并掌握语音信号的时域和频域特性是非常重要的。 通过语音相互传递信息是人类最重要的基本功能之一.语言是人类特有的功能.声音是人类常用工具,是相互传递信息的最重要的手段.虽然,人可以通过多种手段获得外界信息,但最重要,最精细的信息源只有语言,图像和文字三种.与用声音传递信息相比,显然用视觉和文字相互传递信息,其效果要差得多.这是因为语音中除包含实际发音容的话言信息外,还包括发音者是谁及喜怒哀乐等各种信息.所以,语音是人类最重要,最有效,最常用和最方便的交换信息的形式.另一方面,语言和语音与人的智力活动密切相关,与文化和社会的进步紧密相连,它具有最大的信息容量和最高的智能水平。 语音信号处理是研究用数字信号处理技术对语音信号进行处理的一门学科,处理的目的是用于得到某些参数以便高效传输或存储;或者是用于某种应用,如人工合成出语音,辨识出讲话者,识别出讲话容,进行语音增强等. 语音信号处理是一门新兴的学科,同时又是综合性的多学科领域,
是一门涉及面很广的交叉学科.虽然从事达一领域研究的人员主要来自信息处理及计算机等学科.但是它与语音学,语言学,声学,认知科学,生理学,心理学及数理统计等许多学科也有非常密切的联系. 语音信号处理是许多信息领域应用的核心技术之一,是目前发展最为迅速的信息科学研究领域中的一个.语音处理是目前极为活跃和热门的研究领域,其研究涉及一系列前沿科研课题,巳处于迅速发展之中;其研究成果具有重要的学术及应用价值. 数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数值计算的方法对信号进行采集、抽样、变换、综合、估值与识别等加工处理，借以达到提取信息和便于应用的目的。它在语音、雷达、图像、系统控制、通信、航空航天、生物医学等众多领域都获得了极其广泛的应用。具有灵活、精确、抗干扰强、度快等优点。 数字滤波器, 是数字信号处理中及其重要的一部分。随着信息时代和数字技术的发展，受到人们越来越多的重视。数字滤波器可以通过数值运算实现滤波，所以数字滤波器处理精度高、稳定、体积小、重量轻、灵活不存在阻抗匹配问题，可以实现模拟滤波器无法实现的特殊功能。数字滤波器种类很多，根据其实现的网络结构或者其冲激响应函数的时域特性，可分为两种，即有限冲激响应( FIR，Finite Impulse Response)滤波器和无限冲激响应( IIR，Infinite Impulse Response)滤波器。 FIR滤波器结构上主要是非递归结构，没有输出到输入的反馈，系统函数H (z)在处收敛，极点全部在z = 0处（因果系统），因而只能
振动信号的采集与预处理
振动信号的采集与预处理 几乎所有的物理现象都可看作是信号，但这里我们特指动态振动信号。 振动信号采集与一般性模拟信号采集虽有共同之处，但存在的差异更多，因此，在采集振动信号时应注意以下几点： 1. 振动信号采集模式取决于机组当时的工作状态，如稳态、瞬态等； 2. 变转速运行设备的振动信号采集在有条件时应采取同步整周期采集； 3. 所有工作状态下振动信号采集均应符合采样定理。 对信号预处理具有特定要求是振动信号本身的特性所致。信号预处理的功能在一定程度上说是影响后续信号分析的重要因素。预处理方法的选择也要注意以下条件： 1. 在涉及相位计算或显示时尽量不采用抗混滤波； 2. 在计算频谱时采用低通抗混滤波； 3. 在处理瞬态过程中1X矢量、2X矢量的快速处理时采用矢量滤波。 上述第3条是保障瞬态过程符合采样定理的基本条件。在瞬态振动信号采集时，机组转速变化率较高，若依靠采集动态信号（一般需要若干周期）通过后处理获得1X和2X矢量数据，除了效率低下以外，计算机（服务器）资源利用率也不高，且无法做到高分辨分析数据。机组瞬态特征（以波德图、极坐标图和三维频谱图等型式表示）是固有的，当组成这些图谱的数据间隔过大（分辨率过低）时，除许多微小的变化无法表达出来，也会得出误差很大的分析结论，影响故障诊断的准确度。一般来说，三维频谱图要求数据的组数（△rpm分辨率）较少，太多了反而影响对图形的正确识别；但对前面两种分析图谱，则要求较高的分辨率。目前公认的方式是每采集10组静态数据采集1组动态数据，可很好地解决不同图谱对数据分辨率的要求差异。 影响振动信号采集精度的因素包括采集方式、采样频率、量化精度三个因素，采样方式不同，采集信号的精度不同，其中以同步整周期采集为最佳方式；采样频率受制于信号最高频率；量化精度取决于A/D转换的位数，一般采用12位，部分系统采用16位甚至24位。 振动信号的采样过程，严格来说应包含几个方面： 1. 信号适调 由于目前采用的数据采集系统是一种数字化系统，所采用的A/D芯片对信号输入量程有严格限制，为了保证信号转换具有较高的信噪比，信号进入A/D以前，均需进行信号适调。适调包括大信号的衰减处理和弱信号的放大处理，或者对一些直流信号进行偏置处理，使其满足A/D输入量程要求。 2. A/D转换
音频功率放大器实验报告
一、实验目的 1）了解音频功率放大器的电路组成，多级放大器级联的特点与性能； 2）学会通过综合运用所学知识，设计符合要求的电路，分析并解决设计过程中遇到的问题，掌握设计的基本过程与分析方法； 3）学会使用Multisim、Pspice等软件对电路进行仿真测试，学会Altium Designer使用进行PCB制版，最后焊接做成实物，学会对实际功放的测试调试方法，达到理想的效果。 4）培养设计开发过程中分析处理问题的能力、团队合作的能力。 二、实验要求 1）设计要求 设计并制作一个音频功率放大电路（电路形式不限），负载为扬声器，阻抗8Ω。要求直流稳压电源供电，多级电压、功率放大，所设计的电路满足以下基本指标： （1）频带宽度50Hz～20kHz，输出波形基本不失真； （2）电路输出功率大于8W； （3）输入阻抗：≥10kΩ； （4）放大倍数：≥40dB； （5）具有音调控制功能：低音100Hz处有±12dB的调节范围，高音10kHz 处有±12dB的调节范围； （6）所设计的电路具有一定的抗干扰能力； （7）具有合适频响宽度、保真度要好、动态特性好。 发挥部分： （1）增加电路输出短路保护功能； （2）尽量提高放大器效率； （3）尽量降低放大器电源电压； （4）采用交流220V，50Hz电源供电。 2）实物要求 正确理解有关要求，完成系统设计，具体要求如下： （1）画出电路原理图； （2）确定元器件及元件参数； （3）进行电路模拟仿真； （4）SCH文件生成与打印输出；
（5）PCB文件生成与打印输出； （6）PCB版图制作与焊接； （7）电路调试及参数测量。 三、实验内容与原理 音频功率放大器是一种应用广泛、实用性强的电子音响设备，它主要应用于对弱音频信号的放大以及音频信号的传输增强和处理。按其构成可分为前置放大级、音调控制级和功率放大级三部分，如图1所示。 v 图1 音频功率放大器的组成框图 1）前置放大级 音频功率放大器的作用是将声音源输入的信号进行放大，然后输出驱动扬声器。声音源的种类有多种，如传声器（话筒）、电唱机、录音机（放音磁头）、CD 唱机及线路传输等，这些声音源的输出信号的电压差别很大，从零点几毫伏到几百毫伏。一般功率放大器的输入灵敏度是一定的，这些不同的声音源信号如果直接输入到功率放大器中的话，对于输入过低的信号，功率放大器输出功率不足，不能充分发挥功放的作用；假如输入信号的幅值过大，功率放大器的输出信号将严重过载失真，这样将失去了音频放大的意义。所以一个实用的音频功率放大系统必须设置前置放大器，以便使放大器适应不同的输入信号，或放大，或衰减，或进行阻抗变换，使其与功率放大器的输入灵敏度相匹配。另外在各种声音源中，除了信号的幅度差别外，它们的频率特性有的也不同，如电唱机输出信号和磁带放音的输出信号频率特性曲线呈上翘形，即低音被衰减，高音被提升。对于这样的输入信号，在进行功率放大器之前，需要进行频率补偿，使其频率特性曲线恢复到接近平坦的状态，即加入频率均衡网络放大器。 对于话筒和线路输入信号，一般只需将输入信号进行放大和衰减，不需要进行频率均衡。前置放大器的主要功能一是使话筒的输出阻抗与前置放大器的输入阻抗相匹配；二是使前置放大器的输出电压幅度与功率放大器的输入灵敏度相匹配。由于话筒输出信号非常微弱，一般只有100μV~几毫伏，所以前置放大器输入级的噪声对整个放大器的信噪比影响很大。前置放大器的输入级首先采用低噪声电路，对于由晶体管组成的分立元件组成的前置放大器，首先要选择低噪声的晶体管，另外还要设置合适的静态工作点。由于场效应管的噪声系数一般比晶体管小，而且它几乎与静态工作点无关，在要求高输入阻抗的前置放大器的情况下，
实验九 音频信号采集及处理
音频信号采集及处理程序代码及实验结果图： [voice,fs]=audioread('notify.wav');%声音读取 sound(voice,fs); %声音回放 n=length(voice);%计算长度 voice1=fft(voice,n); %快速傅里叶变换 figure(1);subplot(2,1,1);plot(voice); %绘出时域波 xlabel('t');ylabel('amp');%坐标名称 title('初始音频信号时域波形');grid on; subplot(2,1,2);plot(abs(fftshift(voice1))); %绘出原始音频信号频谱 title('初始音频信号频域波形'); xlabel('f');ylabel('amp');grid on; t=0:1/fs:(n-1)/fs; noise=0.05*sin(2*pi*100000*t');%100kHz正弦波噪声 s=voice+noise;%加噪后的音频信号 pause;sound(s,fs); %播放加噪的语音 n=length(s); S=fft(s,n);%计算频谱 figure(2);subplot(2,1,1)；plot(s);%画出加噪之后的音频信号时域波 形 title('加噪声后的音频信号时域波形')； xlabel('t');ylabel('amp');grid on; subplot(2,1,2)；plot(abs(fftshift(S)));%零频移到频谱中心后，绘制加噪 之后的音频信号频谱 xlabel('f');ylabel('amp'); title('加噪声后的音频信号频域波形');grid on; pause; rp=2; rs=80; Ft=8000;Fp=1000;Fs=1300; wp=2*pi*Fp/Ft; ws=2*pi*Fs/Ft; %求出待设计的模拟滤波器的边界频率 [n,wn]=buttord(wp,ws,rp,rs,'s'); %低通滤波器的阶数和截止频率 [b,a]=butter(n,wn,'s'); %S域频率响应的参数即：滤波器的传输函数 [bz,az]=bilinear(b,a,0.5); %利用双线性变换实现频率响应S域到Z域的变换 [h,w]=freqz(bz,az); figure(3);plot(w*fs/(2*pi),abs(h));%绘制IIR低通滤波器特性曲线 title('IIR低通滤波器特性曲线');grid on; z=filter(bz,az,s); %滤波 pause;sound(z,fs); %回放滤波后的信号 Z=fft(z); %滤波后的信号频谱 figure(4);subplot(2,2,2);plot(z);%绘制低通滤波后的音频信号时域
光纤声音采集系统
摘要：科技的发展带来许多电磁干扰或射频干扰的恶劣环境，要想解决电磁干扰问题的，必须从本质上改变麦克风的工作模式。文章提出了利用激光的传输频带宽、通信容量大和抗电磁干扰能力强等优点，研制一种基于光相位干涉的高灵敏度声音采集系统。光纤声音采集能够传送非常高的声音质量，适用于多种恶劣环境下的声音采集。 关键词：光纤声音采集、干涉型光纤传感器 引言： 麦克风在声场和电场中起着重要的沟通界面，它可将声音信号传至任何地方或者记忆装置。传统型的使用电磁场或静电场来产生动作，外部的强电磁场影响会阻绝这些装置的功能。本项目研制的光纤声音采集系统是一种新颖的声音信号传感器，在反射式强度型光纤传感器的原理基础上，利用激光来采集声音信号，由于它与传统的麦克风有着本质的区别，所以在使用方面具有很大的优越性。系统由非导磁材料制成，其主要工作本体是光，即使在强电磁场或高射频环境中也能正常工作。把光纤应用于麦克风，充分利用了光纤传感器体积小、结构简单、灵敏度高、抗电磁干扰且光纤本身低损耗、耐腐蚀、安全可靠等优良特性。 1、系统结构 本系统利用干涉型光纤传感器的原理，开发基于光相位干涉的高灵敏度声音采集系统，由光纤传感探头、光路系统、光信号调制解调器等部分组成。 干涉型光纤传感器通常将被测量转化为光信号的相位，因此，相位测量是该类型传感器信号处理的基本要求。若直接对相位进行测量，那么有两个问题将限制系统的性能：一是系统受到环境的干扰时被测相位会产生随机漂移，从而引入测量误差，此外，相位漂移还会导致信号衰减；二是直接测相意味着直流检测，信号处理易受电路直流漂移的影响。针对这两个问题引出了相位生成载波技术。相位生成载波调制是在被测信号带宽以外的某一频带之外引入大幅度的相位调制，被测信号则位于调制信号的边带上，这样就把外界干扰的影响转化为对调制信号的影响，且把被测信号频带与低频干扰频带分开，以利于后续的噪声分离。 项目研制的光纤声音采集系统，在对传统michelson干涉仪加以改进的基础上，通过构造由光纤耦合器和振动膜组成的动态michelson干涉光路，能够将外界声压对振膜的作用转化为对光路相位的调制，得到的干涉光信号直接光电转换后即可解调还原声音信号。在多种干涉型光纤传感器的解调方法中，相位生成载波解调技术（pgc）由于是一种无源解调技术，并具有高灵敏度、大动态范围和好的线性度而得到广泛的应用。 2、系统原理 2.1光纤传感探头原理： 激光器发出的激光经耦合器到达传输光纤，由光纤出射的光束照射到振动膜上，传输光纤出射端面m1与振动膜构成一个干涉腔，从两表面反射回的光进行干涉，干涉光再经耦合器由光电探测器接收，外界声音信号通过改变干涉腔的光纤出射端面m1和振动膜之间的距离对光相位进行调制。系统中半导体激光器发出的光源光频随输入的调制电流线性变化，振动膜采用硅微技术进行研制。 2.2解调原理： 光纤声音采集系统中的调制解调器是由光源，光电转换器，高增益微弱信号放大电路，背景噪声消除器等组成。 光源向光纤传感头发射一稳定的激光，传感头内的振动薄膜被周围声音振动信号带动，从而对发射到振动薄膜上的激光进行相位调制后再反射回去，被调制的激光在光路系统里发生干涉，形成携带微弱声音强度的激光信号，光电转换系统的探测器将此激光信号转换成电信号，再经高增益微弱信号放大，pgc解调，噪声滤除，后将解调后的电信号还原成声音信号输出。
交通信号控制系统解决实施方案
交通信号控制系统解决方案 1概述 交通信号控制系统，是智能交通系统（ITS）在交通管理工作中的基本应用，也是城市智能交通管控系统中最直接、最基础的应用系统。通过建设信号控制系统，实现信号路口联网远程控制、交通流量的采集、路口自适应控制、绿波协调控制以及区域的自适应控制，有效减少车辆的停车次数，节省旅行时间；后台实时调整信号配时，采取多时段控制方式，必要时，可通过智能交通管理中心人工干预，直接控制路口交通信号机执行指定相位，有效的疏导交通，减少行车延误，提高通行能力，缓解日益严峻的城区道路交通拥堵压力，提高城区交通综合管理能力，减少汽车尾气排放，美化环境，提升城区形象。 2系统结构设计 系统结构划分为3级：分别为中心控制级设备、区域控制级设备以及路口控制级设备。交通信号控制系统设备主要包括中心设备、前段设备和通信设备。
（1）中心控制级设备 中心控制级设备作用主要是： ?监控整个系统的运行。 ?协调区域控制级的运行。 ?具备区域控制级的所有功能。（2）区域控制级设备 区域控制级设备作用主要是： ?监控受控区域的运行。
?对路口交通信号进行协调控制。 ?对路口交通信号机的工作状态和故障情况进行监视。 ?通过人机回话对路口交通信号机进行人工干预。 ?监视和控制区域级外部设备的运行。 ?进行交通流量统计处理。 （3）路口控制级设备 路口控制级设备即信号机，其作用主要是： ?控制路口交通信号灯。 ?接收处理来自车辆检测器的交通流信息，并定时向区域计算机发送。 ?接收处理来自区域计算机的命令，并向区域计算机反馈工作状态和故障信息。 ?具有单点优化能力。 3系统功能设计 3.1基础功能 （1）区域自适应控制 系统以控制子区作为基本控制单元，综合考虑子区内的交通运行状态（如交通阻塞、交通拥挤、交通顺畅）、交叉口的关联性大小、交叉口的实际交通量，确定公共信号周期与相位差的决策模型，并运用智能优化算法实时优化子区协调控制配时参数，实现控制子区交叉口的协调控制功能。 系统的区域交叉口协调控制能够确保控制区域内的交通流时刻处于最佳运行状态，相邻交叉口之间协调方向的行驶车流可以获得尽可能不停顿的通行权，大大降低车辆在交叉口频繁加减速所产生的交通污染，减少区域交通总的车辆燃油
对语音信号进行分析及处理资料
一、设计目的 1.进一步巩固数字信号处理的基本概念、理论、分析方法和实现方法；使自身对信号的采集、处理、传输、显示和存储等有一个系统的掌握和理解； 2.增强应用Matlab语言编写数字信号处理的应用程序及分析、解决实际问题的能力； 3．培养自我学习的能力和对相关课程的兴趣； 二、设计过程 1、语音信号的采集 采样频率，也称为采样速度或者采样率，定义了每秒从连续信号中提取并组成离散信号的采样个数，它用赫兹（Hz）来表示。 采样位数可以理解为声卡处理声音的解析度。这个数值越大，解析度就越高，录制和回放的声音就越真实 采样定理又称奈奎斯特定理，在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率fs不小于信号中最高频率fm的2倍时，采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息，一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的5～10倍。 利用Windows下的录音机，录制了一段发出的声音，内容是“数字信号”，时间在3 s内。接着在D盘保存为WAV格式，然后在Matlab软件平台下．利用函数wavread对语音信号进行采样，并记录下了采样频率和采样点数，在这里我们还通过函数sound引入听到采样后自己所录的一段声音。 [x1,fs,bits]=wavread('E:\数字信号.wav'); %读取语音信号的数据，赋给变量x1，返回频率fs 44100Hz，比特率为16 。 2 、语音信号的频谱分析 （1）首先画出语音信号的时域波形； 程序段： x=x1(60001:1:120000); %截取原始信号60000个采样点
plot(x) %做截取原始信号的时域图形 title('原始语音采样后时域信号'); xlabel('时间轴 n'); ylabel('幅值 A'); （2）然后用函数fft 对语音号进行快速傅里叶变换，得到信号的频谱特性； y1=fft(x,6000); %对信号做N=6000点FFT 变换 figure(2) subplot(2,1,1),plot(k,abs(y1)); title('|X(k)|'); ylabel('幅度谱'); subplot(2,1,2),plot(k,angle(y1)); title('arg|X(k)|'); ylabel('相位谱'); （3）产生高斯白噪声，并且对噪声进行一定的衰减，然后把噪声加到信号中，再次对信号进行频谱特性分析，从而加深对频谱特性的理解； d=randn(1,60000); %产生高斯白噪声 d=d/100; %对噪声进行衰减 x2=x+d; %加入高斯白噪声 3、设计数字滤波器 (1)IIR 低通滤波器性能指标通带截止频Hz f c 1000=，阻带截止频率 Hz f st 1200=，通带最大衰减dB 11=δ，阻带最小衰减dB 1002=δ。 (2)FIR 低通滤波器性能指标通带截止频率Hz f c 1000=，阻带截止频率 Hz f st 1200=， 通带衰减1δ≤1dB ，阻带衰减 2δ≥ 100dB 。 （3）IIR 高通滤波器的设计指标，Hz f z 1000=，Hz f p 2000=，阻带最小衰减dB A s 30=，通带最大衰减dB A P 1=。 （4）（4）FIR 高通滤波器的设计指标，Hz f z 1000=，Hz f p 2000=，阻带最小衰减dB A s 50=，通带最大衰减dB A P 1=。 （5）用自己设计的各滤波器分别对采集的信号进行滤波，在Matlab 中，FIR 滤波器利用函数fftfilt 对信号进行滤波，IIR 滤波器利用函数filter 对信号进行滤波。比较滤波前后语音信号的波形及频谱，在一个窗口同时画出滤波前后