基于LabVIEW和声卡的音频信号采集、分析系统设计

2016-03-16 09:18卢泽宇亓夫军石娇
科技与创新 2016年4期
关键词:声卡信噪比

卢泽宇+亓夫军+石娇

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/j.cnki.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。

1.3 数据库设计

数据库是系统设计的基础。本次设计主要采用LabSQL设计数据库。在LabVIEW软件中运用该数据库十分便捷,工作人员无需深入了解ActiveX技术和SQL语言,只需要明确相关概念和设计要求即可。

2 音频信号采集、分析系统的实现

2.1 音频信号的采集

利用LabVIEW中声音信号的相关函数节点可采集音频信号。系统在采集音频信号的过程中,会重新配置声卡,包括声卡信号的保存路径、采样和声卡释放等。具体步骤如下:①充分调用声音输入函数,配置声卡并开始采集数据,将采样率设置为44.1 kHz,通道数设置为2,采样位数设置为16位,音频信号的模式设置为连续采样,并将缓存设置为每个通道10 000个样本。②打开声音文件,设定完成音频采样数据的保存路径;采样结束后,可通过播放器播放soundtest文件,程序进入while循环,开始连续采样;充分运用读取声音输入函数,从缓存中读取数据,并将样本数量设定为22 050.③调用声音清零函数,停止音频采集工作,并对缓存数据进行清零处理,避免系统内存被占用。

2.2 音频信号的分析

运用LabVIEW中函数选板信号处理模块中的波形测量模块,并提取单频信息节点,可对采集到的音频信号进行频域范围内的功率谱分析、时域内的单频分析。LabVIEW软件对信号的频域分析主要是对信号进行FFT分析。此外,还可运用LabVIEW软件强大的信号处理能力,对采集到的音频信号进行时域内的分析,并可充分运用数字滤波消除音频失真、噪声干扰等问题,从而提升信噪比。

3 音频信号采集、分析系统的测试

为了测试基于LabVIEW软件、声卡的音频信号采集、分析系统的性能,进行了具体的系统测试分析。采用该系统采集了一段音频,并对音频的输出形态、信号波形进行了分析。由分析结果可见,采集得到的音频信号由多个频率构成,且在整个音频信号中,频率主要集中在200~1 000 Hz、5 000 Hz和5 600 Hz处。在具体测试过程中,该系统可准确地检测音频信号的频率、幅度和相位等,运用LabVIEW波形显示器可显示音频信号的波形,并最终显示在功率谱中。因此,该系统在音频信号的检测中具有较高的准确性。

4 结束语

综上所述,以LabVIEW软件为开发平台,运用计算机声卡开发的操作简单、具备良好的人机交互的音频数据采集、分析系统的可靠性较高、检测结果较为准确,具有广阔的市场前景。

参考文献

[1]周南权,全晓莉.基于LabVIEW和声卡的音频分析仪设计[J].实验技术与管理,2012,10(08).

[2]董斌,齐列锋,贺恒,等.基于LabVIEW音频信号采集与分析系统设计[J].内江科技,2015,4(09).

〔编辑:张思楠〕

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