基于声卡的音频信号采集与分析系统设计
基于声卡的语音信号采集系统设计
１、引言
数据采集是信号分析与处理的一个重要环节， 通常 由数据采集 卡完成 。 但是 ， 专用数据 采集 卡的价格一般 比较昂贵 。 随着 多媒体技 术 的发展 ， 声卡 已成 为多 媒体 计算机的标准配置 。 且大多数声卡具 有 与数 据采集 卡相当的信号滤 波 、 大及采样保持 、 数相 互转 放 模一 换等功 能 ， 具有 较高 的采样频 率与精度。 声卡可对 音频信号实现双 声道 １位、 ６ 高保真 的数据采集 ， 最高 采样率 可达４ ．ｋ 。 ４ １ Ｈｚ在满足测 量要求的前提下 ， 利用声卡进行Ａ／ 转换 ， Ｄ 话筒作为信号输入端 ， 实 现对声音 信号 的单、 双通道 采集任务 ， 从而节省成本 。 文实现 了一 本 种基于 声卡的信号 采集系统 ， 具有音频信 号采集 、 数据处理 、 Ｃ Ｐ Ｍ 波形显示及 播放功 能。
一
４ 采 样参 数 设 置 ． １
声卡 比 较特 殊 ， 采样 频 率 只有 １ ．２ ｋ 、 ２ ０ ｋ 、 ４． １ ０ ５ Ｈｚ ２ ． ５ ＨＺ ４ １ｋ 等几 个定值 ， Ｈｚ 支持 的 采样 位数 有 ８ 、 ６ 、 ４ 等 ， 位 １位 ２ 位 输入 声道 （ 即采样 通 道） 常为 单 、 声 道 ， 出声 道有 单 声道 、 声 通 双 输 双 道 、 声 道 等 ， 同 类 型 声 卡对 应 的 各 值 也 不 同 。 此 ， 进 行 参 四 不 因 在 数 设置 之前 ， 利用 ｗａ ｅｎ ｅ Ｄ ｖ ａ ｓ ｖ Ｉ Ｇ ｔ ｅ Ｃ ｐ 函数 获 取波 形输 入 设备 的性 能 ， 包括厂 商标 志 、 品标志 、 形输入 设备 的版本 号 ， 道 产 波 声 数， 所支持 的采 样频率 、 采样位 数等 ， 显示输 出 ， 并 然后根据 设备 的性 能及实 际的需 要 ， 声卡 的采样 位数 对 输入 声道 及信 号采样 频率 、 采样 长度 进行 设置 ． 些设 置是对 ＷＡＶＥ ＯＲＭＡＴＥ 这 Ｆ Ｘ数 据结 构进 行 。 ４２数 据 采 集 的 数 据 结 构 ． 信号 采集时 ， 需要考虑信 号 的采样 频率 、 采样 长度 、 采样位 数 等。 首先 ， 利用ＡＶ Ｆ ＲＭＡ Ｅ 数据结构对上述参数进行设置［ １ ＥＯ Ｔ Ｘ ２。 １ ３ 其次 ， ｎ ｏ 提供了丰富的波形数据缓冲区控制 函数 ， Ｗｉｄ ｗｓ 利用这些函 数能够在少量存储器的情 况下， 循环使用波形数据缓冲区。 对波形数 据缓冲区 的有效分配可按波形数据块结构ｗＡⅦ ＨＤＲ 要求进行 。 在使用低层的声音 函数对声 音进 行采集、 回放时 ， 声音是存放 在一 个内存数据缓冲区中的 ， 一 用户可 以用相应的消息 映射函数来处 理相应的过程 。 当收到ＭＭ— Ｍ— ｗＩ ＤＡＴ 消息时， Ａ 表明输入缓冲区数 据 已满 ， 主程 序采用双线程 ， 同时进行数据 的保存和 缓冲 区程序 的 交换 。 当得到ＭＭ Ｍ． Ｏ ＷＯ ＿ ＮＥ消息时 ， 明输 出缓冲区中数据为 Ｄ 表 空 ， 响应消息处理完采样数据 后， 在 继续 向输入 缓冲 区添加数据 。
基于LabVIEW和声卡的音频信号采集与分析系统设计
替传 统仪 器 的某 些 硬 件 ， 而 使 传统 仪 器 中 的一 从
些硬 件甚 至整 台 仪器 从 系统 中 消失 ， 由计 算 机 而 的软 件资 源来 完成 它们 的功能 。利 用计算 机设 计 实现 的虚 拟仪 器 与传 统 仪 器有 很 大 的差 别 ， 统 传 仪器 都有 固定 的功 能 ， 由仪 器生 产厂 商定 义 ， 而虚
置 。示波 器 的前 面 板 中包 含 实 时波 形 显 示 窗 口， 可 以显示 实时采 样 波形 和滤 波后 信号 波形 及加 窗
还 可随时 通过修 改计 算机 软件 ， 改变 仪器 的功 能 。 所 以说虚 拟仪 器是 未来仪 表仪 器发 展 的一个重 要
方 向 。
利 用 普 通 声 卡 作 为 数 据 采 集 卡 ， Ｌ ｂ 以 ａ— ＶＩ ｗ 作 为软 件 开 发平 台 ， 建 一套 音频 信 号 测 Ｅ 搭
第２ ４卷
第 ５期
大
学物ຫໍສະໝຸດ 理实验 Ｖｏ ． ４ Ｎｏ ５ １２ ． ０ｃ ．２ １ ｔ Ｏ１
２１ ０ １年 ｌ Ｏ月
ＰＨ ＹＳ ＣＡＩ ＸＰＥＲＩ ＥＮＴ ０Ｆ Ｃ Ｉ Ｅ Ｍ ０ＬＬＥ ＧＥ
文 章 编 号 ： ｏ ７２ ３ （ ０ １ ０ —０ ６０ ｌ ｏ — ９ ４ ２ １ ） ５０ ７ — ３
信号 采集 领域 更是 被视 为一 个标 准的数 据采集 和 仪器 控 制 软 件 。美 国 的 许 多 大 学 已 经 将 Ｌ ｂ ａ—
ＶＩ Ｗ 作 为必 须 的 教学 内容 ， 为工 程 师素 质 培 Ｅ 成 养 的一个 方 面＿ 。 ４ ］ 大部 分虚 拟仪 器都 是基 于数 据采 集 卡 ， ＮＩ 如 公 司 的 Ｅ 系列 数 据 采 集 卡 、 华 的 数 据 采 集 卡 研 等 ， 些卡 价 格 均 比较 昂贵 。在 采样 频 率 要 求 不 这 高 的情 况 下 ， 普 通 的 计算 机 声 卡 代 替商 用 数 据 用
基于声卡的音频信号分析仪的设计
基于声卡的音频信号分析仪的设计————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：2an基于声卡的音频信号分析仪的设计摘要本文主要介绍如何用普通的计算机声卡代替商用数据采集卡，利用声卡的DSP技术和LabVIEW的多线程技术实现音频信号的数据采集，开发基于PC机声卡的虚拟音频信号分析仪.该系统能够正确采集声卡设计频率范围内的信号，实现音频信号时域分析和频谱分析功能.关键词声卡数据采集信号分析LabVIEW- I -A general audio classifier based on human perception motivated modelAbstractThe audio channel conveys rich clues for content—based multimedia indexing。
Interesting audio analysis includes, besides widely known speech recognition and speaker identification problems，speech/music segmentation, speaker gender detection，special effect recognition such as gun shots or car pursuit, and so on。
All these problems can be considered as an audio classification problem which needs to generate a label from low audio signal analysis。
While most audio analysis techniques in the literature are problem specific，we propose in this paper a general framework for audio classification。
声卡数据采集系统设计方式分析
来 考虑 控制器 的与声 卡 的性 能指标 以及接 口配置等 各方面 的硬
件 配置 。 （ １ ）声 卡与控制器 的性能指标 ，无 论是板载声卡还 是独立
声 卡都 包括 了晶振，Ａ Ｄ Ｄ Ａ 转 换芯片和 数字信 号处理芯片 以 及 其 他 辅助 电路 ，所 以它才 能够 作为数据 采集 卡。声卡 位数 ，采 集 频 率， 缓冲区， 基准 电压 ， 频率响应几个指标决定 了声卡 的性 能。 在 控制 器方面 ，除非特 别高精 度 的数据 采集 与测试 。大部分 的
果 的真实性 ，我们 需要声卡 的某些特效 。
３ 系统 软件 开发 技术 研 究 以下是最 常用 的三种信 号采集 软件 开发方法 ，这几 种方法 都 是在 Ｗ ｉ ｎ ｄ ｏ ｗ ｓ系统 环境 下运 行 的。 （ １ ）基于 Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ的声 卡
编程 技术具 有这几 种方法 中最强大 的数据 分析和 处理 的功能 ，
需要在声 卡输入 插孔和被 测信 号之 间配置一个 衰减器 ，用来将
有 些输入 信号过 高的 电平 衰减 至所使用 声卡能 够允许 的输入 电 平 。要将输入端跨接 声卡 的电容部分才 能完成直流信 号的测量 、
在 一些要 求 比较 高的声 卡信号 采集 的情 况下 ，为 了保证 测量 结
计算机技术
声 卡数据采集 系统设计 方式分析
杨 曦
成都 市 田家 炳 中学
摘要：在音频信号采集技术的发展下，计算机声卡技术 日 新 月异，可以完成一定音频 范围的数据信号采集以及处理。随着技术 的成熟，声卡数据采集 系统已经在各类领域 中得到 了 广泛 的使用，可以准确测量 出震动、噪声等物理信号的 变化。本文主要 针对 声 卡 的数据 采 集 系统 的设 计措 施进 行 分析 。 关键字：声卡 数据 采集 系统 设 计方 式 分析
基于LabVIEW和声卡的音频信号采集、分析系统设计
基于LabVIEW和声卡的音频信号采集、分析系统设计作者：卢泽宇亓夫军石娇来源：《科技与创新》2016年第04期摘要：利用LabVIEW软件，并结合计算机声卡设计了一款操作简单、通用性较强的音频信号采集、分析系统。
借助该系统完成了在音频范围内的信号采集工作，并在时域、频域内对频谱进行了具体分析。
该系统投入使用后，具备数据采集、在线分析和离线分析等功能，实用性较高。
关键词：LabVIEW；声卡；音频信号；信噪比中图分类号：TP391.42 文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2016.04.058随着科学技术水平的提升，虚拟技术得到了广泛应用。
LabVIEW是当前开发虚拟仪器的平台之一，而声卡是一种特殊的数据卡，主要用于收集音频信号，将此二者结合运用，可创建音频信号的采集、分析系统。
1 音频信号采集、分析系统的具体设计1.1 硬件设计在硬件设计方面，主要运用了笔记本电脑的声卡。
声卡一般分为Mic In和Line In信号输入接口。
通过Mic In输入时，会受到前置放大器的影响，易引入噪声信号，导致整个信号进入过负荷状态；通过Line In输入时，具有噪声干扰较小的优势，且动态化特性良好。
对于声卡而言，采样频率最高能达到96 kHz，采样位数可达16位和32位，每路输入信号的最高频率通常被控制在22.05 kHz。
16位数字系统的信噪比能达到96 dB，与专业的数据采集设备相比，具备一定的优势。
1.2 软件设计在软件设计方面，将LabVIEW软件作为基础性平台，可以循环模式搭建总体框架。
循环模式作为生产数据的基本循环体系，可有效处理数据。
在数据音频信号的传播过程中，如果处理速度慢于生产数据的速度，则数据会存储在列队函数所创建的缓冲区中。
当数据处理能力无法满足处理要求时，则会调用缓冲区中的数据，最终将提供新的生产元素，确保生产与需求同步。
此外，在软件平台的设计中，音频信号的采集、分析系统具备同时处理多任务的能力。
构建基于声卡的数据采集与分析系统
构建基于声卡的数据采集与分析系统构建基于声卡的数据采集与分析系统本章详细介绍了基于声卡的数据采集与分析系统的设计与实现，包括声卡的硬件结构及特性、⽂件存储、数据回放等等。
通过本章的学习，读者可以根据⾃⼰的需要，对例程进⾏适当修改后，轻松搭建⼀套实⽤的数据采集与分析系统。
本章各节内容要点如下：【本章重点】声卡的硬件结构与特性基于声卡的数据采集软件常⽤的信号时、频分析⽅法与实现声⾳⽂件的存储与回放界⾯修饰与软件调试15.1 声卡的硬件结构与特性声卡作为语⾳信号与计算机的能⽤接⼝，其主要功能就是经过DSP（数字信号处理）⾳效芯⽚的处理，进⾏模拟信号与数字信号的转换，因此，从其功能上来看，声卡可以作为数据采集卡来使⽤。
⼀般的声卡价格⽐较低廉，⽽且LabVIEW中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。
15.1.1 声卡的基本参数作为⼀种数据采集设备，最主要的是采样位数和采样率两个参数。
⽬前市场上主流声卡是16位的，相对⼤多数采集卡12位的分辨率来讲，这⽅⾯声卡的性能⽐较⾼。
但是作为⼀种⾳频处理设备，声卡的采样率不是很⾼，普通声卡的采样率分为4档：44.1kHz、22.05kHz、11.025kHz、8kHz。
对于少数专业的声卡，采样率能达到96kHz或者更⾼的192kHz等。
另外，声卡对20Hz~20kHz的⾳频信号有⽐较好的响应，⽽对这个频率范围之外的信号有很强的衰减，对于测试来讲，信号的频率最好在50Hz~10kHz范围之内。
15.1.2 声卡的硬件接⼝对于不同的声卡，其硬件接⼝有所不同，⼀般声卡有4~5个对外接⼝，Wave Out(Line Out)和SPK Out是输出接⼝，Wave Out输出的是没有经过放⼤的信号，SPK Out输出的是经过功率放⼤器放⼤后的信号，可直接接到扬声器上。
Mic In和Line In是输⼊接⼝，两者的区别在于，后者只能接⼊较弱的信号，幅值⼤约为0.02V~0.2V，这个信号较易受⼲扰，在作数据采集时常⽤Line In，它可接⼊幅值约不超过1.5V的信号。
基于声卡的数据采集与分析系统的研究的论文全文
摘要声卡是个人电脑中不可缺少的一部分，同时也是一个很好的A／D、D／A卡。
Matlab是一个数据分析和处理功能非常强大的工程实用软件。
将二者相结合构造了一个虚拟动态数据分析仪，可实现双通道实时波形显示、信号谱分析和传递函数分析等功能。
在Matlab环境下，为了方便对采集信号的常规动态分析，利用Matlab中的图形用户接口工具箱，构造了一个类似Windows的图形操作界面。
通过该图形窗口即可实现一个虚拟的动态数据分析仪。
本文利用MATLAB实现了对数据的采集以及信号的分析，得到了相应的频谱图。
在MTALAB的窗口以傅里叶变换为基础，进行了相关分析，并用此构建的虚拟动态数据分析仪实现了对模拟转子的动平衡的分析。
关键词：声卡；数据采集； Matlab；信号分析；动平衡。
AbstractSound card is an indispensable part of the pc, It is also a good A / D, D / A cards. Matlab is a data analysis and processing functions very powerful utility software engineering. Combining the two will cons('All Acquired Data truct a virtual dynamic data analysis instrument, can achieve real-time dual-channel waveform display, signal spectral analysis and transf('All Acquired Data sis, and other functions. In M('All Acquired Data atlab environment, in order to facilitate the acquisition of conventional dynamic signal analysis, the use of Matlab in the graphical user interface toolkit, can easily co('All Acquired Data pectrum. MTALAB in the window under the rotor balancing analysis.Key words:Sound card; Data Acquisition; matlab; Signal Analysis；Balancing目录第一章序言 (4)1.课题的背景 (4)2.本课题主要设计内容 (5)第二章基于声卡和MATLAB的数据采集 (6)1.声卡的介绍 (6)2.MATLAB概述 (7)3.MATLAB数据采集的实现 (8)第三章基于MATLAB的数据分析 (14)1.信号的频域分析 (14)2.离散傅立叶变换…………………………………………………………….16.3.DFT的实现与FFT的算法 (17)4.用MATLAB对采集的数据实现FFT (20)第四章信号的相关分析的实现及应用 (23)1.相关分析 (23)2.相关分析的计算与实现 (25)3..应用MTALAB实现信号相关分析 (25)4.相关分析在刚性转子动平衡中的应用 (26)结论 (31)谢辞 (32)参考文献 (33)附录1 (34)附录2 (35)附录3 (39)附录4 (42)附录5 (43)附录6 (44)第一章序言1. 课题的背景数据采集系统是将特定的物理信号真实地进行记录，以供人们进一步分析研究的电子系统。
基于声卡的数据采集系统设计
基于声卡的数据采集系统设计1 引言数据采集是信号分析与处理的一个重要环节，在许多工业控制与生产状态监控中，都需要对各种物理量进行数据采集与分析。
一般的计算机数据采集系统包括传感器、信号调理器、数据采集卡和控制软件等。
其中数据采集卡的主要技术指标包括位数(即采样分辨率)、转换速度等。
在实际测量中，需要根据被测量的精度、信号频率范围等具体要求，选购数据采集卡。
然而，在满足一定条件下，人们并不一定需要通过购买数据采集卡完成数据采集，而可以利用计算机上的声卡实现数据采集任务。
该文主要研究了利用声卡实现数据采集的方法，通过实验研究了数据采集的精度及频率响应问题，为确定这种方法的应用范围提供了依据，文中叙述了利用LabVIEW软件实现数据采集的编程方法。
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，将该数字信号转换为模拟信号输出。
声卡的基本工作流程为：输入时，麦克风或线路输入(Line In)获取的音频信号通过A/D转换器转换成数字信号，送到计算机进行播放、录音等各种处理；输出时，计算机通过总线将数字化的声音信号以PCM(脉冲编码调制)方式送到D/A转换器，变成模拟的音频信号，进而通过功率放大器或线路输出(Line Out)送到音箱等设备转换为声波，人耳侦测到环境空气压力的改变，大脑将其解释为声音。
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)和总谐波失真(THD)等，主要介绍如下：(1) 复音数量代表了声卡能够同时发出多少种声音。
复音数越大，音色就越好，播放声音时可以听到的声部越多、越细腻。
(2) 采样频率每秒采集声音样本的数量。
采样频率越高，记录的声音波形就越准确，保真度就越高，但采样数据量相应变大，要求的存储空间也越多。
构建基于声卡的数据采集与分析系统
构建基于声卡的数据采集与分析系统本章详细介绍了基于声卡的数据采集与分析系统的设计与实现，包括声卡的硬件结构及特性、文件存储、数据回放等等。
通过本章的学习，读者可以根据自己的需要，对例程进行适当修改后，轻松搭建一套实用的数据采集与分析系统。
本章各节内容要点如下：【本章重点】∙声卡的硬件结构与特性∙基于声卡的数据采集软件∙常用的信号时、频分析方法与实现∙声音文件的存储与回放∙界面修饰与软件调试15.1 声卡的硬件结构与特性声卡作为语音信号与计算机的能用接口，其主要功能就是经过DSP（数字信号处理）音效芯片的处理，进行模拟信号与数字信号的转换，因此，从其功能上来看，声卡可以作为数据采集卡来使用。
一般的声卡价格比较低廉，而且LabVIEW中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。
15.1.1 声卡的基本参数作为一种数据采集设备，最主要的是采样位数和采样率两个参数。
目前市场上主流声卡是16位的，相对大多数采集卡12位的分辨率来讲，这方面声卡的性能比较高。
但是作为一种音频处理设备，声卡的采样率不是很高，普通声卡的采样率分为4档：44.1kHz、22.05kHz、11.025kHz、8kHz。
对于少数专业的声卡，采样率能达到96kHz或者更高的192kHz等。
另外，声卡对20Hz~20kHz的音频信号有比较好的响应，而对这个频率范围之外的信号有很强的衰减，对于测试来讲，信号的频率最好在50Hz~10kHz范围之内。
15.1.2 声卡的硬件接口对于不同的声卡，其硬件接口有所不同，一般声卡有4~5个对外接口，Wave Out(Line Out)和SPK Out是输出接口，Wave Out输出的是没有经过放大的信号，SPK Out输出的是经过功率放大器放大后的信号，可直接接到扬声器上。
Mic In和Line In是输入接口，两者的区别在于，后者只能接入较弱的信号，幅值大约为0.02V~0.2V，这个信号较易受干扰，在作数据采集时常用Line In，它可接入幅值约不超过1.5V的信号。
基于声卡和Matlab的信号采集与分析系统设计
象编写程序 , 就可以设计出界面友好、 操作方便的系 统软件。图 2 所示为声音信号采集与频谱分析系统 的运行界面 , 还可再根据实际需要进行扩展。
2007 年第 1 期 文章编号 : 1006 2475( 2007) 01 0085 03
计 算 机 与 现 代 化 JISUANJI YU XIANDAIHUA
总第 137 期
基于声卡和 Matlab 的信号采集与分析系统设计
陈家焱, 陈冬娇, 董晓峰
( 东华理工学院 , 江西 南昌 330013) 摘要 : 利用声卡的 AD/ DA 转换功能和 M atlab 强大 的数 据处理 功能 , 本 文设计 了一 个声音 信号 采集 与分析 系统 , 它 能实 时、 高效地完成声音信号的采集 、 分析与处理工作 。 该系统不 仅具有良 好的实用 性 , 还可为 其他相关 研究提 供理论 和应 用基础 。 关键词 : 声音信号 ; 采集 ; 分析处理 中图分类号 : TP374. 2 文献标识码 : A
[ 3]
:
sound= analoginput ( winsound ) ; % winsound! 为声 卡的 驱
2. 2
数据采集
启动设备对象 , 控制声卡开始采集数据, 采集过 程中可以向声卡发送控制命令 , 如暂停采集、 退出采 集等。采集到的数据被暂时存放在计算机的内存中, 理论上可采集的最大数据量是由计算机的内存量所 决定的。同时, Matlab 能 够记录 采集设 备的硬 件属 性、 采集的启动时刻、 采集时间、 采样频率及采样通道 等信息, 如果采集过程中出现了错误 , 则出错的时刻、 错误产生的来源等信息也都会被记录下来供后续工 作参考。需要注意的是, 执行完一次数据采集工作后 应删除设备对象 , 将内存中的数据存储在硬盘上之后 释放数据存储所占用的内存空间, 以备下一次采集能 有足够的内存空间存储新的数据。声音信号采集的 实现程序为 :
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选定 的数据长度 ， 进行信号时域参数 、 功率谱 、 和幅
度 相位谱 的测 量 。其 中 信 号 参 数 测 量 包 括 周 期 平
［ ］ 何光宏 ， ２ 陶纯匡． 虚拟现实、 虚拟仪器及其对大学物
理实验 室 建 设 的影 响 Ｅ Ｉ大 学 物 理 实 验 ， ０ ３ １ Ｊ． ２０ ，６
（ ）： ７２ ． ２ １ －１
均幅值 ， 周期 均方根 ， 峰峰值 等信 号参数 等测 量。 幅度相位谱可 以显示信号的幅度 、 相位和频率分布 范围。功率谱则可 以用来分析信号的频域信息。
［ － 郝张红 ， 先勇等． 于声卡 的音频信 号采集 与处理 ３１ 刘 基
［］ 微计算机信息 ，０ ７２ ０ （ ３ ：８９ ． Ｊ． ２ ０ ，０ ７ ２ ） ９— ９
电 子 测 斌
Ｊｎ ｏ９ ａ．Ｏ ２
Ｎｏ． ２
基 于声 卡 的音 频 信 号 采 集 与分 析 系统 设 计
曲喜 强 ， 刘 哲
（ 中北大学信息与通信工程 学院 太原 ００５） ３０１
摘
要： 声卡作 为数据采集卡具有 价格低廉 、 开发容易和系统灵活等优点 。本文详细介绍 了系统的开发背景 ， 软件
Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｏ ｎ ａ ｄ ｙ ｒ ｓ Ｓ ｕ ｄ ｃ ｒ ；Ｄａ ａ Ａｃ ｕ ｓｔ ｎ；Ｌａ ＶＩ ｔ ｑ ｉｉ ｏ ｉ ｂ ＥＷ
通过不同软件编程 ， 就可 以实现多个仪器 的功 能。
０ 引
言
采用 虚 拟 仪 器 技 术 ， 仅 可 以大 大 节 约经 费 ， 可 不 还 以提 高 实验教 学水 平 ［ 为 高校 实 验 室 建设 提 供 一 ， 条 可行 的途径 ［ 。 ２ Ｊ 目前大部 分虚 拟 仪 器都 是 基 于 数 据采 集 卡 ， 如
我 国高 校 的大规 模 扩招 ， 验 室建 设 经 费短 缺 的情 实
况下 ， 使用这种方法具有很好 的应用前景 。
参 考文 献
［１ 裘伟廷． ］ 基于 Ｌ ｂ ￣ｆ 的虚拟 仪器和虚拟 实验 ｒ］ ａ ＶＩ ｌ －． ｊ
现代科学仪器 ，０ ２ ２ ０ （ ） ２—３ ２ ０ ，０ ２ ３ ：０２ ．
［ ］ 赵贤凌 ， ４ 田启 川等． 卡在虚拟仪 器采集 系统 中的应 声 用Ｉ ］ 科 技 情 报 检 索 与 开 发 ， ０ ８ ２ ０ （ ） １ ６ －． Ｊ ２０ ，０８ ８ ：４－
仪器开发工具 ， 主要用于数据 的采集 、 分析、 处理 和 表达 ， 总线接 口、 Ｘ 仪 器以及 Ｇ Ｉ Ｖ Ｉ ＰＢ与 串 口仪器
的驱动 程序 编 制 和 虚 拟 仪 器 驱 动 。它 与 Ｃ、 ａｃｌ Ｐ ｓａ
后续的处理和用户查看 ， 本模块还具备了数据保存
的功 能 。
等传统编程语言有着诸多相似之处 ， 如相似的数据
结构和特点 ， 系统地分析 了数据采集硬件和软件设 计技术 ， 此基础上 以声 卡为数据采 集卡 ， Ｌ ｂ Ｅ 为开发 在 以 ａＶＩＷ 平 台设计 了音频信号采集与分析 系统 。该系统 具有界面友好 ， 维护简单等优点 。系统不但可 以实现对音频信号进 行采集 ， 还可以对采集 的信号进行分析 和保存 。用户可以根据需要改变系统的功能 ， 具有很好的教学 实验效果 。 关键词 ： 声卡 ； 据采 集 ； ａ Ｖ Ｅ 数 Ｌ ｂ Ｉ Ｗ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｃｏ ａ ｅ ｔ ｈ ａａ ａ ｑ ｉｉｉｎ ｃ ｒ ， ｔ ｅ ｓ ｕ ｄ ｃ ｒ ａ ｈ ｏｌｗ ｉｇ ｍｅ ｉｓ ｓｒ ｃ ： ｍｐ ｒ ｄ ｗｉｈ ｔ ｅ ｄ ｔ ｃ ｕ ｓｔｏ ａ ｄ ｈ ｏ ｎ ａ ｄ ｈ ｓ ｔ ｅ ｆ ｌ ｏ ｎ ｒｔ ： ｌｗ－ ｒｃ ，ｅ ｓ － ｅ ｅｏ ｉｇ ａ ｄ ｆ ｘ ｂｅ ｓ ｓ ｅ ． Ｉ ｈｓ ｐ ｐ ｒ ｈ ｅ ｉ ｎ ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｆｈ ｒ — ｏ ｐ ｉｅ ａ ｙ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｎ ｌ ｉｌ－ｙ ｔｍ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ，ｔ ｅ ｄ ｓｇ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ａ ｄ ｗａ ｅａ ｄ ｓ ｆｗａ ｅｈ ｓ ｂ ｅ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ｉ ｅａｌ ｎ ｌ ｄｎ ｈ ａ ｋ ｒ ｕ ｄ，ｔ ｅ ｓｒ ｃｕ ｅ Ｏｎ ｒ ｎ ｏ ｔ ｒ ａ ｅ ｎ ｉｔｏ ｕ ｅ ｎ ｄ ｔｉ，ｉ ｃｕ ｉ ｇ ｔ ｅ ｂ ｃ ｇ ｏ ｎ ｈ ｔ ｕ ｔ ｒ ． ｔ ｉ ａ ｅ ｈ ｏ ｎ ａｄ ａ ｄ Ｌ ｂ Ｅ ａ ｅ ｎ ｕ ｅ ｏ ｄ ｖ ｌ ｐ ｔ ｅａ ｄｏ ｓｇ ａ ｃ ｕ ｓｔ ｎ ｈ ｓｂ ｓ 。ｔ ｅｓ ｕ ｄ ｃ ｒ ｎ ａ ＶＩ Ｗ ｈ ｓｂ ｅ ｓ ｄ ｔ ｅ ｅｏ ｈ ｕ ｉ ｉｎ １ａ ｑ ｉｉｉ ｏ ａ ｄ ａ ａｙ ｉ ｙ ｔｍ ，ｗｈ ｃ ａ ｅｕ ｅ ｏ ａ ｑ ｉｅａ ｄ ａ ａｙ ｅｔ ｅａ ｄｏ ｓｇ ａ．Ｔｈ ｙ ｔ ｍ ａ ｎ ｎ ｌｓｓｓ ｓｅ ｉｈ ｃ ｎ ｂ ｓ ｄ ｔ ｃ ｕｒ ｎ ｎ ｌｚ ｈ ｕ ｉ ｉｎ １ ｅｓ ｓｅ ｈ ｓ
１ 硬件设计
声卡一般有 Ｌｎ ｎ和 Ｍｉ Ｉ ｉ Ｉ ｅ ｃ ｎ两个信号输人 插孔 ， 号可通 过这两个插 孔连接 到声卡 。若 由 信
Ｍｉ Ｉ 输 入 ， ｅｎ 由于有 前 置 放 大 器 ， 易 引入 噪声 且 容 会 导致信 号 过 负荷 ， 而使 用 Ｌｎ ｎ其 噪声 干扰 小 ｉｅＩ， 且 动态特 性 良好 。因此 本 文 用 麦 克 风 作 为 声 音 传 感器 ， 过 Ｌｎ ｎ插孔 输入 。 通 ｉｅＩ
数模转 换 器 （ ）Ａ Ｃ用 于 采 集 音 频信 号 ， ＡＣ ，Ｄ Ｄ 用 于重现这些数 字声音 ， 转换率 达到 ４．ＫＨｚ＇引。 ４ １ ￣４ 。，
波形显示 ， 另一路则用于文件存储。当按下停止按
钮或 出现 异 常错 误 时 ， 卡停 止 采 集 ， 空 采集 数 声 清 据 ， 释放 相关 资源 。因此本 软件 分 成 了如 下 几个 并 模 块进 行设 计 。
Ｅ Ｅ Ｌ ＣＴＲ ＯＮＩ Ｅ Ｃ Ｔ ＳＴ
２ ｏ ． ｏ ９２
输入 和输 出 。声卡是 一个 非常优 秀 的音频 信号采 集
模式 和采样点数后 ， 启动声 卡开始采集 ， 获取的数
据通 过 ＤＭＡ 方 式存 至 指定 缓 冲 区 ， 后 一路 用 于 然
系统 ， 其数字信号处理器包括模数转换器 （ Ｄ ） Ａ ｃ 和
屯 ｉ 基！豇 ｉ
ＥＥ Ｌ ＣＴＲ０ＮＩ ＴＥ Ｔ Ｃ Ｓ
取有用信息开始的， 再对信号进行时域或者频域上 的分析 。为达到Байду номын сангаас一 目的 ， 本模块包含 了信号时域 参数的测量， 信号幅度相位谱 、 功率谱等参数。
本模 块 首先 读取 采集 的信号 波 形 ， 户 可 以根 用 据 自己的需 要 ， 择 需要 分析 数 据 长度 。根 据用 户 选
２ ２ 数 据 采集模 块 ．
图 １ 声 卡参 数配 置模块
２ 软件设计
Ｌ ｂ Ｅ 是一 种 基 于 Ｇ 语 言 的 图 形 化 虚 拟 ａＶＩＷ
数据采集模块根据用户设置的声 音格式从声 卡获得数据。Ｌ ｂ Ｉ Ｗ 下提供了声卡信号采集的 ａＶ Ｅ
函数 ， 因此 本模 块 直 接 调用 Ｌ ｂ Ｅ 的 函数 。整 ａＶＩ Ｗ 个 程 序采 用 ｗｈｌ 环 和 事 件 结 构 控 制 。为便 于 ｉ ｅ循
中 图分 类 号 ：１ ． ９１６ 文 献标 识码 ： Ａ
Ａｕ ｉ ｉ ｎａ ｃ ｉｉｉ ｎ ａ ｄ ａ ａ ｙ ｉ ｙ ｔ ｍ ｅ ｉ ａ ｅ ｎ ｏ ｎｄ ｃ ｒ ｄ ｏ ｓ ｇ ｌａ ｑｕ ｓｔｏ ｎ ｎ ｌ ｓｓ ｓ ｓ ｅ ｄ ｓｇ ｂ ｓ ｄ ｏ ｓ ｕ ａ ｄ ｎ
ｓ ｓｅ ｃ ｎ ｂ ｏ ｉｉｄ ｔｈ ｓｂ ｅ ｄｃ ｔ ｄ ｉ ｈ ｐ ｌ ａ ｉｎ ｔ ａ ｈ ｙ ｔｍ ａ ｒａ ｅ ｓ ｙ ｔｍ ａ ｅｍ ｄｆｅ ．Ｉ ａ ｅ ｎ ｉ ｉａｅ ｔ ｅａ ｐ ｉ ｔ ｈ ｔｔ ｅｓ ｓｅ ｈ ｓｇ ｅ ｔｓ ｎ ｅ ｎ ｎ ｃ ｏ ｉ ｅ ｃ ｉｇ ａ ｄｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｎ ｔ ａ ｈｎ ｎ ｘ ｅ ｉ ｎ ．
声 卡 的控制 ［。其 基 本 流 程 为设 置 一 采集 一 读 数 ６ ］
一
２３ 信 号分 析模块 ．
通常情况下， 在获取到一个信号后， 往往需要
对信号进行一系列的分析 ， 从而获得信号中所包含 的信息 。分析一个信号 ， 一般也是从输入信号中提
停止 。当设定好声卡的设备 Ｉ 音频格式、 Ｄ、 采样
在 最 新 版 Ｌ ｂ Ｅ ８ Ｏ 的 Ｇｒｐ ｉ ＆ ａＶＩ Ｗ ．２ ａｈｃ ｓ
图 ２ 数据采集前 面板
Ｓｕｄ ｏ ｎ 模块下 ， 提供 了声卡 的相关 Ｖ ｓ如 Ｓ ｏ — Ｉ， Ｉ ｎ Ｃ ｆ 、Ｉ ｔｒ、Ｉ ｅｄ Ｓ ｔｐ ， ｉ Ｓ ａｔＳ ａ 、Ｉ ｏ 等 借此 即可实现对 ｇ Ｓ Ｒ Ｓ
２ １ 声卡 配置 模块 ．
声卡已成为多媒体计算机 的一个标准配置 ， 利用声 卡进行采样与输 出， 就不需要 购买专门的采集卡可 以降低虚拟仪器 的开发成本， 且在音频范 围内可以 完全满足实验要求 。由于计算机在各个高校已经普 及， 采用声卡研制虚拟仪器能以很低 的成本、 在较短
的时间内更新 和 扩 充实 验 室设 备 ， 在全 新 的实验 平 台上开发综 合性和设计 性 的实验 。
图１ 为声 卡 参 数 配 置模 块 。用 户 可 以根 据 自 己的需 要对 采 样 频 率 、 集 方 式 等 参 数 进 行 设 计 ， 采
设置完毕后点击“ 设置完毕” 按钮 ， 即可完成音频信 号采集参数 的设 置 ， 本模 块默认设 置采样频 率为 ４ ． Ｈ ， ４ １ｋ ｚ采样位数为 １ 位 ， ６ 采样方式为单声道。
类 型 、 据 流控 制 结 构 、 序 调试 工 具 等 。与 传 统 数 程
编程语言最 大的区别是 Ｌ ｂ Ｉ Ｗ 使用 图形 语言 ａＶ Ｅ （ 即各种图标 、 图形符号 、 连线等） 以框 图的形式编 ，