基于声卡的虚拟音频信号采集与处理
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
数采与监测 文章编号：１００８－ ０５７０（２００７）１２－ １－ ００９８－ ０２
中 文 核 心 期 刊 《 微 计 算 机 信 息 》（ 测 控 自 动 化 ）２００７ 年 第 ２３ 卷 第 １２－１ 期
基于声卡的虚拟音频信号采集与处理
Ｖｉｒｔｕ ａ ｌ Ｖｏ ｌｕ ｍ ｅ Ｓ ｉｇ ｎ ａ ｌ Ａｃｑ ｕ ｉｓ ｉｔｉｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ａｎ ａ ｌｙｓ ｉｓ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｓ ｏ ｕ ｎ ｄ ｃａ ｒｄ
３ 结束语
本文作者创新点： 采用普通声卡代替商用数据采集卡， 以
ＬａｂＶＩＥＷ 软件为开发平台， 设计了一种 音频信号采集系 统 ， 整
个系统性价比高， 界面友好， 数据存储方便， 其个别性能指标甚
至优于市售数据采集卡， 而价格却比后者便宜的多。如果在 ＰＣ
机上配置多块声卡并行工作， 对软件稍加修改， 就可以实现对数
ｅｒｒｏｒ ｉｎ 和 ｅｒｒｏｒ ｏｕｔ 端口顺次连接， 可在程序运行中 某 一 个 函 数 发生错误时自动挂起， 弹出错误信息对话框， 在高亮度执行时， 会显示出错函数的图标并将出错信息依次向后传递， 后续函数 将不再进行任何操作， 直到程序最后做出相应的错误处理。
⑵信号分析 信号分析模块从采集模块获得数据后， 对全部数据进行时 域和频域分析并显示相应的时域图和频域图， 该系统主要使用 了 ＬａｂＶＩＥＷ 中的 Ｗｈｉｌｅ Ｌｏｏｐ 结构和 Ｃａｓｅ 结构来实现整个程序 的信号采集功能， 并且应用了 Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ 模块中的 Ｐｏｗｅｒ 函数对信号进行了功率谱分析。ＬａｂＶＩＥＷ 提供了大量的信号分 析功能， 如平滑功能、滤波器功能、加窗函数等， 对原始信号进行 平滑滤波处理可以消除高次谐波失真和噪声干扰， 提高信噪比。
技
术
１ 引言
音频是多媒体中的一种重要媒体， 目前， 用于音频分析的硬
创 件仪器有图形显示功能 较 差 、可 扩 展 性 差 等 缺 点 ， 因 此 ， 需 要 寻 求一种新的仪器设计技术， 虚拟仪器的思想， 就是在仪器设计
新 领域引入全新的设计理念， 采用全新的设计方法， 使得传统的 硬件仪器的固 有 局 限 得 到 完 全 的 克 服 。 虚 拟 仪 器 是 ８０ 年 代 提
ｓｏｒ， Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ： ｇａｓ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ．
（ ６２１０１０ 四 川 绵 阳 西 南 科 技 大 学 信 息 工 程 学 院 ） 郝 张 红
刘先勇 袁长迎 吴琼
（ ２２３８００ 江苏宿迁 宿迁学院 计算机科学与技术系） 吴琼 通讯地址：（ ６２１０１０ 四川绵阳西南科技大学东 ８Ａ６１５） 郝张红
数采与监测
图 ２ 声卡输入函数 一个 ＬａｂＶＩＥＷ 程序包括两部分： 程序前面板和框 图 程 序 。 前面板是模仿真实仪器的面板， 用于设置用户输入和显示程序 输 出 ， 输 入 量 称 为 控 制 （ Ｃｏｎｔｒｏｌｓ） ，输 出 量 称 为 显 示 （ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ） 。 本文设计的采集系统 的前面板分 ３ 个功能：声卡系统设置、示波 器和频谱分析仪， 如图 ３ 所示。每一个程序前面板都对应着一 段框图程序， 前面板中放置的对象在程序框图中有相应的对象， 框 图 程 序 如 图 ４ 所 示 。 框 图 程 序 用 ＬａｂＶＩＥＷ 图 形 编 程 语 言 编 写， 可以把它理解成 传 统 程 序 的 源 代 码 。 框 图 程 序 由 端 口 、节 点、图框和连线构 成 。 其 中 端 口 被 用 来 同 程 序 前 面 板 的 控 制 和 显示传递数据， 节点被用来实现函数和功能调用， 图框被用来 实现结构化程序控制命令， 而连线代表程序执行过程中的数据 流。根据 ＶＩ 结构化的特征， 把整个系统分为数据采集和信号分 析两个模块， 以友好的图形界面与用户进行交互。
（ １．西南科技大学；２． 宿迁学院） 郝 张 红 １ 刘 先 勇 １ 袁 长 迎 １ 吴 琼 １，２
ＨＡＯ ＺＨＡＮＧＨＯＮＧ ＬＩＵ ＸＩＡＮＹＯＮＧ ＹＵＡＮ ＣＨＡＮＧＹＩＮＧ ＷＵ ＱＩＯＮＧ
摘要：使 用 普 通 声 卡 代 替 商 用 数 据 采 集 卡 ， 以 ＬａｂＶＩＥＷ 软 件 为 开 发 平 台 ， 实 现 音 频 信 号 的 数 据 采 集 与 处 理 ， 该 系 统 能 够 采 集
声卡设计频率范围内的信号， 实现对音频信号时域分析和频谱分析功能。
关键词：声卡； ＬａｂＶＩＥＷ； 数据采集； 信号分析
中 图 分 类 号 ： Ｔ Ｎ９１１．６
文献标识码：Ａ
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ：Ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅ ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ ＤＡＱ ｃａｒｄ ｗｉｔｈ ｓｏｕｎｄ ｃａｒｄ， ｔｈｅ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｖｏｌｕｍｅ ｗａｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＬａｂＶＩＥＷ． Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｃｏｌｌｅｃｔ ｖｏｌｕｍｅ ｓｉｇｎａｌ ｗｉｔｈｉｎ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒａｎｇｅ ｃｏｒｒｅｃｔｌｙ， ｓｏ ｔｈａｔ ｖｏｌｕｍｅ ｓｉｇｎａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｃａｎ ｂｅ ｍａｄｅ ｉｎ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｏｍａｉｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ：ｓｏｕｎｄ ｃａｒ ｄ，ＬａｂＶＩＥＷ，ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，ｓｉｇｎａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ
显 示 功 能 ， 集 开 发 、调 试 、运 行 于 一 体 ， 摒 弃 了 传 统 开 发 工 具 的
复杂性， 为用户提供强大功能的同时还保证了系统灵活性， 成为
当今虚拟仪器开发最流行的一种语言。
２ 基于声卡数据采集的实现
数据采集系统的主要任务是将被测对象的各种参数做 Ａ／Ｄ 转换后送入计算机， 并对采到的信号做相应的处理。一般商用 的 １２ｂｉｔ 采样精度、采集频率为 ２００ＫＨｚ 的数据采集卡能够满足 多种应用， 但是其价格昂贵。而声卡是现今任何一台电脑的普 通 配 置 ， 而 且 声 卡 是 １６ 位 的 Ａ／Ｄ 转 换 精 度 ， 比 通 常 １２ 位 的 数 据采集卡精度要高很多， 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。由于 声卡是计算机的标准配置， 有成熟的驱动程序和操作系统配合， 因此无需考虑软硬件方面的兼容问题， 在跨操作系统平台时也 不存在程序的移植问题。
向为光声法气体检测。
Ｂｉｏｇｒ ａｐｈｙ：Ｈａｏ Ｚｈａｎｇｈｏｎｇ（１９８１ － ）， ｆｅｍａｌｅ， ｐｏｓｔｇｒａｄｕａｔｅ ｍａｊｏｒ－
ｉｎｇ ｉｎ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ． Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ： ｓｉｇｎａｌ
ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ． Ｌｉｕ， Ｘｉａｎｙｏｎｇ（１９６５－ ）， ｍａｌｅ， ｐｒｏｆｅｓ－
图 １ 音频信号采集的系统框图 声 卡 一 般 有 Ｌｉｎｅ Ｉｎ 和 Ｍｉｃ Ｉｎ 两 个 信 号 输 入 插 孔 ， 声 音 传 感器（ 本文使用普通的麦克风） 信号可通过这两个插孔连接到声 卡。推荐使用 Ｌｉｎｅ Ｉｎ 输 入 端 ， 若 由 Ｍｉｃ Ｉｎ 输 入 ， 因 为 有 前 置 放 大器， 容易引入噪声且导致信号过负荷。 ２．２ 软件实现： 采 集 软 件 使 用 ＬａｂＶＩＥＷ， 它 提 供 了 声 卡 的 操 作 函 数 工 具 箱 Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ＞＞Ｇｒａｐｈｉｃｓ＆Ｓｏｕｎｄ＞＞Ｓｏｕｎｄ。 首 先 要 对 声 卡 参 数 进 行设置： ⑴采样频率 目前， 普通 声 卡 的 最 高 频 率 是 ４４．１ｋＨｚ， 一 般 采 样 频 率 分 为 ４ 档 ， 分 别 为 ４４．１ｋＨｚ， ２２．０５ｋＨｚ， １１．０２５ｋＨｚ， ８ｋＨｚ， 用 户 可 根 据 需要进行选择。根据采样定理， 采样频率应为被测信号频率的 ２ 倍以上。 ⑵采样位数 声卡有 ８ 位声卡、１６ 位声卡。位数越高， 在定域内能表示的 声波振幅的数目越多， 记录的音质就越高， 一般设定为 １６ 位。 ⑶缓冲区 一 般 声 卡 使 用 的 缓 冲 区 是 ８ＫＢ（ ８１９２ 字 节 ） ， 设 置 缓 冲 区 ， 可以较好地保证声卡与 ＣＰＵ 的协调工作。 设定好声卡的主 要 参 数 后 ， 在 利 用 声 卡 的 ＤＭＡ 方 式 进 行 数 据 采 集 。 在 ＬａｂＶＩＥＷ 环 境 中 ， 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， 这些函数集中在 Ｓｏｕｎｄ ＶＩ 下， 有两大模 块 Ｓｏｕｎｄ Ｉｎｐｕｔ 和 Ｓｏｕｎｄ Ｏｕｔｐｕｔ。Ｓｏｕｎｄ
出的新概念， 虚拟仪器的思想是利用计算机的强大资源使本来
需要硬件实现的技术软件化， 以便最大限度的降低系统成本，
增 强 系 统 功 能 和 灵 活 性 ＬａｂＶＩＥＷ 是 美 国 ＮＩ 公 司 于 １９８６ 年 推
出 的 一 种 图 形 化 编 程 语 言 ， 它 内 置 信 号 采 集 、测 量 分 析 与 数 据
郝张红： 硕士研究生 基金资助：国防基础预研项目（ 编号不公开）
Ｉｎｐｕｔ 模块如图 ２ 所示。声卡的参数设置由 Ｓｏｕｎｄ Ｉｎｐｕｔ 模 块 中 的 ＳＩ ＣＯＮＦＩＧ 函数完成。
－ ９８ － ３６０元 ／ 年 邮局订阅号： ８２－９４６
《现场总线技术应用 ２００Fra Baidu bibliotek例》
您的论文得到两院院士关注
图 ３ 信号采集系统的程序前面板
图 ４ 信号采集系统的部分框图程序 ⑴数据采集 数据采集模块根据用户自己设置的声音格式从声卡获得数 据。采集到的数据及其频谱特性以直观的图形方式呈现于用户 面前。数据采集过程分为三步：初始化配置声卡； 采样； 释放声 卡 ， 由 图 ２ 中 ＬａｂＶＩＥＷ 提 供 的 ＳＩ ＣＯＮＦＩＧ 函 数 、ＳＩ ＳＴＡＲＴ 函 数、ＳＩ ＲＥＡＤ 函数、ＳＩ ＳＴＯＰ 函数和 ＳＩ ＣＬＥＡＲ 函数完成。图 ３ 中 的波形是通过麦克风采集的某女歌手歌曲中的一段， 可以通过 ＬａｂＶＩＥＷ 波形显示器自带的功能对波形进行观察和测量。该模 块还提供保存所有或部分数据以及转到信号分析模块的功能。 利 用 ＬａｂＶＩＥＷ 的 自 动 错 误 处 理 功 能 ， 将 主 要 函 数 节 点 的
计算机信息，２１（１），２００５
作 者 简 介： 郝 张 红 （ １９８１－ ） ， 女 ， 汉 族 ， 河 北 邢 台 人 ， 西 南 科 技 大
学通信与信息系统专业， 硕士研究生， 研究方向为信号采集与
处 理；刘 先 勇 （ １９６５－ ） ， 男 ， 汉 族 ， 四 川 三 台 人 ， 教 授 ， 主 要 研 究 方
新 ［２］ 温红艳，高静涛．基于 ＰＣ 声卡的虚拟示波器的开发实现［Ｊ］．武
汉工业学院学报，２４（１），２００５，３３－ ３５
［３］ 周爱军，马海瑞．基于声卡的 ＬａｂＶＩＥＷ 数据采集与分析系统
设计［Ｊ］．微计算机信息，２１（９－ １），２００５，１０８－ １１０
［４］ 魏晨阳，朱健强．基于 ＬａｂＶＩＥＷ 和声卡的数据采集系统［Ｊ］．微
２．１ 硬件实现： 声卡的基本工作流程为：输入时， 麦克风获取的音频信号通 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 脉冲编码调制的方式送到 Ｄ／Ａ 转换器， 变成模拟的音频信 号， 进而通过功率放大器送到音箱等设备转换为声波。采集音 频信号的系统框图：
技 据 的 多 通 道 采 集 。 在 声 卡 性 能 越 来 越 好 、成 本 越 来 越 低 、普 及 率
越来越高的情况下， 使用这种方法可以在实验室内很方便的采
集语音信号， 并对其进行分析和处理来实现语音识别。 参考文献
术
创 ［１］ 王晓峰．基于虚拟仪器结构的虚拟式音频分析仪设计［Ｄ］．重
庆大学，２００２
中 文 核 心 期 刊 《 微 计 算 机 信 息 》（ 测 控 自 动 化 ）２００７ 年 第 ２３ 卷 第 １２－１ 期
基于声卡的虚拟音频信号采集与处理
Ｖｉｒｔｕ ａ ｌ Ｖｏ ｌｕ ｍ ｅ Ｓ ｉｇ ｎ ａ ｌ Ａｃｑ ｕ ｉｓ ｉｔｉｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ａｎ ａ ｌｙｓ ｉｓ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｓ ｏ ｕ ｎ ｄ ｃａ ｒｄ
３ 结束语
本文作者创新点： 采用普通声卡代替商用数据采集卡， 以
ＬａｂＶＩＥＷ 软件为开发平台， 设计了一种 音频信号采集系 统 ， 整
个系统性价比高， 界面友好， 数据存储方便， 其个别性能指标甚
至优于市售数据采集卡， 而价格却比后者便宜的多。如果在 ＰＣ
机上配置多块声卡并行工作， 对软件稍加修改， 就可以实现对数
ｅｒｒｏｒ ｉｎ 和 ｅｒｒｏｒ ｏｕｔ 端口顺次连接， 可在程序运行中 某 一 个 函 数 发生错误时自动挂起， 弹出错误信息对话框， 在高亮度执行时， 会显示出错函数的图标并将出错信息依次向后传递， 后续函数 将不再进行任何操作， 直到程序最后做出相应的错误处理。
⑵信号分析 信号分析模块从采集模块获得数据后， 对全部数据进行时 域和频域分析并显示相应的时域图和频域图， 该系统主要使用 了 ＬａｂＶＩＥＷ 中的 Ｗｈｉｌｅ Ｌｏｏｐ 结构和 Ｃａｓｅ 结构来实现整个程序 的信号采集功能， 并且应用了 Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ 模块中的 Ｐｏｗｅｒ 函数对信号进行了功率谱分析。ＬａｂＶＩＥＷ 提供了大量的信号分 析功能， 如平滑功能、滤波器功能、加窗函数等， 对原始信号进行 平滑滤波处理可以消除高次谐波失真和噪声干扰， 提高信噪比。
技
术
１ 引言
音频是多媒体中的一种重要媒体， 目前， 用于音频分析的硬
创 件仪器有图形显示功能 较 差 、可 扩 展 性 差 等 缺 点 ， 因 此 ， 需 要 寻 求一种新的仪器设计技术， 虚拟仪器的思想， 就是在仪器设计
新 领域引入全新的设计理念， 采用全新的设计方法， 使得传统的 硬件仪器的固 有 局 限 得 到 完 全 的 克 服 。 虚 拟 仪 器 是 ８０ 年 代 提
ｓｏｒ， Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ： ｇａｓ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ．
（ ６２１０１０ 四 川 绵 阳 西 南 科 技 大 学 信 息 工 程 学 院 ） 郝 张 红
刘先勇 袁长迎 吴琼
（ ２２３８００ 江苏宿迁 宿迁学院 计算机科学与技术系） 吴琼 通讯地址：（ ６２１０１０ 四川绵阳西南科技大学东 ８Ａ６１５） 郝张红
数采与监测
图 ２ 声卡输入函数 一个 ＬａｂＶＩＥＷ 程序包括两部分： 程序前面板和框 图 程 序 。 前面板是模仿真实仪器的面板， 用于设置用户输入和显示程序 输 出 ， 输 入 量 称 为 控 制 （ Ｃｏｎｔｒｏｌｓ） ，输 出 量 称 为 显 示 （ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ） 。 本文设计的采集系统 的前面板分 ３ 个功能：声卡系统设置、示波 器和频谱分析仪， 如图 ３ 所示。每一个程序前面板都对应着一 段框图程序， 前面板中放置的对象在程序框图中有相应的对象， 框 图 程 序 如 图 ４ 所 示 。 框 图 程 序 用 ＬａｂＶＩＥＷ 图 形 编 程 语 言 编 写， 可以把它理解成 传 统 程 序 的 源 代 码 。 框 图 程 序 由 端 口 、节 点、图框和连线构 成 。 其 中 端 口 被 用 来 同 程 序 前 面 板 的 控 制 和 显示传递数据， 节点被用来实现函数和功能调用， 图框被用来 实现结构化程序控制命令， 而连线代表程序执行过程中的数据 流。根据 ＶＩ 结构化的特征， 把整个系统分为数据采集和信号分 析两个模块， 以友好的图形界面与用户进行交互。
（ １．西南科技大学；２． 宿迁学院） 郝 张 红 １ 刘 先 勇 １ 袁 长 迎 １ 吴 琼 １，２
ＨＡＯ ＺＨＡＮＧＨＯＮＧ ＬＩＵ ＸＩＡＮＹＯＮＧ ＹＵＡＮ ＣＨＡＮＧＹＩＮＧ ＷＵ ＱＩＯＮＧ
摘要：使 用 普 通 声 卡 代 替 商 用 数 据 采 集 卡 ， 以 ＬａｂＶＩＥＷ 软 件 为 开 发 平 台 ， 实 现 音 频 信 号 的 数 据 采 集 与 处 理 ， 该 系 统 能 够 采 集
声卡设计频率范围内的信号， 实现对音频信号时域分析和频谱分析功能。
关键词：声卡； ＬａｂＶＩＥＷ； 数据采集； 信号分析
中 图 分 类 号 ： Ｔ Ｎ９１１．６
文献标识码：Ａ
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ：Ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅ ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ ＤＡＱ ｃａｒｄ ｗｉｔｈ ｓｏｕｎｄ ｃａｒｄ， ｔｈｅ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｖｏｌｕｍｅ ｗａｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＬａｂＶＩＥＷ． Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｃｏｌｌｅｃｔ ｖｏｌｕｍｅ ｓｉｇｎａｌ ｗｉｔｈｉｎ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒａｎｇｅ ｃｏｒｒｅｃｔｌｙ， ｓｏ ｔｈａｔ ｖｏｌｕｍｅ ｓｉｇｎａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｃａｎ ｂｅ ｍａｄｅ ｉｎ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｏｍａｉｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ：ｓｏｕｎｄ ｃａｒ ｄ，ＬａｂＶＩＥＷ，ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，ｓｉｇｎａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ
显 示 功 能 ， 集 开 发 、调 试 、运 行 于 一 体 ， 摒 弃 了 传 统 开 发 工 具 的
复杂性， 为用户提供强大功能的同时还保证了系统灵活性， 成为
当今虚拟仪器开发最流行的一种语言。
２ 基于声卡数据采集的实现
数据采集系统的主要任务是将被测对象的各种参数做 Ａ／Ｄ 转换后送入计算机， 并对采到的信号做相应的处理。一般商用 的 １２ｂｉｔ 采样精度、采集频率为 ２００ＫＨｚ 的数据采集卡能够满足 多种应用， 但是其价格昂贵。而声卡是现今任何一台电脑的普 通 配 置 ， 而 且 声 卡 是 １６ 位 的 Ａ／Ｄ 转 换 精 度 ， 比 通 常 １２ 位 的 数 据采集卡精度要高很多， 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。由于 声卡是计算机的标准配置， 有成熟的驱动程序和操作系统配合， 因此无需考虑软硬件方面的兼容问题， 在跨操作系统平台时也 不存在程序的移植问题。
向为光声法气体检测。
Ｂｉｏｇｒ ａｐｈｙ：Ｈａｏ Ｚｈａｎｇｈｏｎｇ（１９８１ － ）， ｆｅｍａｌｅ， ｐｏｓｔｇｒａｄｕａｔｅ ｍａｊｏｒ－
ｉｎｇ ｉｎ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ． Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ： ｓｉｇｎａｌ
ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ． Ｌｉｕ， Ｘｉａｎｙｏｎｇ（１９６５－ ）， ｍａｌｅ， ｐｒｏｆｅｓ－
图 １ 音频信号采集的系统框图 声 卡 一 般 有 Ｌｉｎｅ Ｉｎ 和 Ｍｉｃ Ｉｎ 两 个 信 号 输 入 插 孔 ， 声 音 传 感器（ 本文使用普通的麦克风） 信号可通过这两个插孔连接到声 卡。推荐使用 Ｌｉｎｅ Ｉｎ 输 入 端 ， 若 由 Ｍｉｃ Ｉｎ 输 入 ， 因 为 有 前 置 放 大器， 容易引入噪声且导致信号过负荷。 ２．２ 软件实现： 采 集 软 件 使 用 ＬａｂＶＩＥＷ， 它 提 供 了 声 卡 的 操 作 函 数 工 具 箱 Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ＞＞Ｇｒａｐｈｉｃｓ＆Ｓｏｕｎｄ＞＞Ｓｏｕｎｄ。 首 先 要 对 声 卡 参 数 进 行设置： ⑴采样频率 目前， 普通 声 卡 的 最 高 频 率 是 ４４．１ｋＨｚ， 一 般 采 样 频 率 分 为 ４ 档 ， 分 别 为 ４４．１ｋＨｚ， ２２．０５ｋＨｚ， １１．０２５ｋＨｚ， ８ｋＨｚ， 用 户 可 根 据 需要进行选择。根据采样定理， 采样频率应为被测信号频率的 ２ 倍以上。 ⑵采样位数 声卡有 ８ 位声卡、１６ 位声卡。位数越高， 在定域内能表示的 声波振幅的数目越多， 记录的音质就越高， 一般设定为 １６ 位。 ⑶缓冲区 一 般 声 卡 使 用 的 缓 冲 区 是 ８ＫＢ（ ８１９２ 字 节 ） ， 设 置 缓 冲 区 ， 可以较好地保证声卡与 ＣＰＵ 的协调工作。 设定好声卡的主 要 参 数 后 ， 在 利 用 声 卡 的 ＤＭＡ 方 式 进 行 数 据 采 集 。 在 ＬａｂＶＩＥＷ 环 境 中 ， 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， 这些函数集中在 Ｓｏｕｎｄ ＶＩ 下， 有两大模 块 Ｓｏｕｎｄ Ｉｎｐｕｔ 和 Ｓｏｕｎｄ Ｏｕｔｐｕｔ。Ｓｏｕｎｄ
出的新概念， 虚拟仪器的思想是利用计算机的强大资源使本来
需要硬件实现的技术软件化， 以便最大限度的降低系统成本，
增 强 系 统 功 能 和 灵 活 性 ＬａｂＶＩＥＷ 是 美 国 ＮＩ 公 司 于 １９８６ 年 推
出 的 一 种 图 形 化 编 程 语 言 ， 它 内 置 信 号 采 集 、测 量 分 析 与 数 据
郝张红： 硕士研究生 基金资助：国防基础预研项目（ 编号不公开）
Ｉｎｐｕｔ 模块如图 ２ 所示。声卡的参数设置由 Ｓｏｕｎｄ Ｉｎｐｕｔ 模 块 中 的 ＳＩ ＣＯＮＦＩＧ 函数完成。
－ ９８ － ３６０元 ／ 年 邮局订阅号： ８２－９４６
《现场总线技术应用 ２００Fra Baidu bibliotek例》
您的论文得到两院院士关注
图 ３ 信号采集系统的程序前面板
图 ４ 信号采集系统的部分框图程序 ⑴数据采集 数据采集模块根据用户自己设置的声音格式从声卡获得数 据。采集到的数据及其频谱特性以直观的图形方式呈现于用户 面前。数据采集过程分为三步：初始化配置声卡； 采样； 释放声 卡 ， 由 图 ２ 中 ＬａｂＶＩＥＷ 提 供 的 ＳＩ ＣＯＮＦＩＧ 函 数 、ＳＩ ＳＴＡＲＴ 函 数、ＳＩ ＲＥＡＤ 函数、ＳＩ ＳＴＯＰ 函数和 ＳＩ ＣＬＥＡＲ 函数完成。图 ３ 中 的波形是通过麦克风采集的某女歌手歌曲中的一段， 可以通过 ＬａｂＶＩＥＷ 波形显示器自带的功能对波形进行观察和测量。该模 块还提供保存所有或部分数据以及转到信号分析模块的功能。 利 用 ＬａｂＶＩＥＷ 的 自 动 错 误 处 理 功 能 ， 将 主 要 函 数 节 点 的
计算机信息，２１（１），２００５
作 者 简 介： 郝 张 红 （ １９８１－ ） ， 女 ， 汉 族 ， 河 北 邢 台 人 ， 西 南 科 技 大
学通信与信息系统专业， 硕士研究生， 研究方向为信号采集与
处 理；刘 先 勇 （ １９６５－ ） ， 男 ， 汉 族 ， 四 川 三 台 人 ， 教 授 ， 主 要 研 究 方
新 ［２］ 温红艳，高静涛．基于 ＰＣ 声卡的虚拟示波器的开发实现［Ｊ］．武
汉工业学院学报，２４（１），２００５，３３－ ３５
［３］ 周爱军，马海瑞．基于声卡的 ＬａｂＶＩＥＷ 数据采集与分析系统
设计［Ｊ］．微计算机信息，２１（９－ １），２００５，１０８－ １１０
［４］ 魏晨阳，朱健强．基于 ＬａｂＶＩＥＷ 和声卡的数据采集系统［Ｊ］．微
２．１ 硬件实现： 声卡的基本工作流程为：输入时， 麦克风获取的音频信号通 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 脉冲编码调制的方式送到 Ｄ／Ａ 转换器， 变成模拟的音频信 号， 进而通过功率放大器送到音箱等设备转换为声波。采集音 频信号的系统框图：
技 据 的 多 通 道 采 集 。 在 声 卡 性 能 越 来 越 好 、成 本 越 来 越 低 、普 及 率
越来越高的情况下， 使用这种方法可以在实验室内很方便的采
集语音信号， 并对其进行分析和处理来实现语音识别。 参考文献
术
创 ［１］ 王晓峰．基于虚拟仪器结构的虚拟式音频分析仪设计［Ｄ］．重
庆大学，２００２