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测量总线与虚拟仪器期末综合设计报告设计题目声音采集处理分析仪班级测控13-2班姓名谢佳松学号38号指导老师田志波设计时间2016-2017学年第1学期成绩声音采集处理分析仪摘要：声音无时无刻不存在于我们身边，有的是没有用的噪声干扰，有的是携带有价值信息的的信号；例如言谈声音传递思想，电机噪声反映阻力等。对于不需要实时处理的声音，需要存储；对于不在同一空间的声音需要传输；对于受到干扰的声音，需要做滤波等处理。因此本次设计的声音采集处理分析仪是非常实用的，它利用电脑声卡实现声音采集，存储和复现，加噪滤波后模糊化的处理；完成频率谱、相位谱、功率谱，自相关性分析；以及音量控制，用户账户信息功能。（一） 系统硬件构架本设计所用到的系统硬件是电脑声卡。组成：数字信号处理芯片，AD和DA转换器，总线接口芯片等；原理：它可以实现模拟声音信号和数字信号之间的相互转化。采集声音是是将采样到的模拟声音信号AD转换成数字信号，然后存入磁盘中；播放声音是通过DA转换后放大输出。参数：采样率：指单位时间内对原始信号的采样次数；采样精度：将模拟信号用多少位的存储空间存储；失真度：处理后的信号与原始信号之间的差异；信噪比：有效信号与噪声信号之比；（二） 系统软件构架（1） 软件整体设计思想本设计采用平铺式顺序结构，用一个大循环来使顺序帧循环执行声音采集处理分析的过程，每个帧中有一个while循环，当需要进入下一功能模块或执行下一帧时按下相应按键。各顺序帧分别执行声音的实时采集，存储，回放声音及波形，加噪滤波，声音数分析，输出滤波后信号等功能。（2） 各个模块功能分析①声音实时采集和存储

a:声音配置输入及读取声音设置：配置每通道采样数为10000次，连续采样模式，采样率为22050S/s，通道数为2，精度为16bit;读取设置每通道采样数与配置输入一样；且二者都用输入设备作为ID号，系统默认为零；b:实时显示：采用直方图和波形图两种形式的，分别表示声音的趋势和实际声音的幅值；c:声音保存：通过case结构判断是否保存声音，并采用快捷VI以TDMS格式存储声音，同时显示文件保存路径；当保存按钮按下时，通过调用其属性节点，使输出“开始保存”的提示；②声音的复现a:配置声音输出配置每通道采样数为10000次，连续采样模式，采样率为22050S/s，通道数为2，精度为16bit;需要采集声音的设置一致；以输出设备作为ID号，系统默认为0；b:写入声音设置需要对内部的数据初始化，采用写入各元素为0的数组来实现;c:写入声音输出和音量调节采用一个音量调节控件和数字输入控件来完成；用读取测量文件的快捷vi将存储的数据送出到写入声音输出控件，实现声音播放，并通过波形图显示；③加入噪声和滤波存储a:设置均匀白噪声每通道采样数和采样率应该与采集到的声音一致，才可以实现信号相加；b:滤波器设置设置为带通滤波器，上限截止频率为200hz，下限截止频率为100hz，拓扑类型为贝塞尔型，阶数为11；c:滤波文件存储方式采用二进制文件存储方式，包括打开文件，写入文件，关闭文件三个函数，并设置存储路径；

④傅里叶频谱分析FFT函数可以分析信号的平均相位谱和和平局幅度谱，对函数的设置采用默认的参数，加入的信号的时域窗为海明窗；幅度R幅度R相位茸取测皇文|茸取测皇文|牛z信号以绝对值形式显示幅度值以孤度形式显示相位查看平均参数设置为加权模式；⑤功率谱自相关分析a:还是对复现的波形进行分析，利用快捷VI的频谱测量可得到功率谱，看到信号的能量分布情况b:自相关分析反映相邻信号之间的相互依赖关系程度，在因为自相关函数的输入为双精度浮点类型所以要使用动态数据类型进行数据转换；

⑥播放滤波后的波与复现声音声音输出配置相同，此模块可以通过读取二进制文件实现对滤波后声音的播放和波形显示；不同的是，关于音量的调节加入和键盘上下键控制的功能。⑦键盘控制音量a:事件结构等待本VI在当前帧范围内按键事件发生，因为上下按键的代码是72和80，如果向上的键按下，与71相减，得到1，该条件触发case结构，case结构中通过调用音量输入控件的属性节点，实现音量增加5的操作，从而增大音量；b:同理，向下键的功能实现方式；⑧调用节点通过调用功率谱波形图的节点，当停止复现的按钮按下，即程序执行到下一帧（显示功率谱）时，事件结构被触发，开始讲波形图中的数据导入% 中 SifFrtrafi m电芋蛰 樗it VJL+fiAl -I|x_3~ -Urrti-lujd〔功牢藩:，|0_jC i P ,E-Untried［功尊谱;・ 裁率-UntiiilEd1〔功*的 tfltt-UnH-led1［功岸函;，-07.0060 Q -K.&6043 D0037J4 -791972 0Q097J4 -73.651&』 D.G1M2T -75.G271 0.C1M27 -7ES410D29141 -79291& 0C29141 -77.B397& 0.03KI55 -aua&J 0.036355 -&2.317BDCIB^EB -762JD5 DCIBSEB -Tfi.EdlS5 DCDK2EZ -S3.1111 UCQE2EZ -Eil.EQaZ9 0.067996 -7913&4 0C&79@6 -T?.7g2&10 0.077705 -7Z671 0.07770P -72.D30B11 DCMTgm -81C39 g日T-42S -EC.335712 0Q97137 -74279& 009^137 ・73.网舶13 0.10665 T—g孙 <n06&5 •花.5214 |"Dftfi'ip&fiCy_51B361IPB 三|"到Excel表格中，便于数据分析整理;⑨密码设置（收尾呼应）a:使用提醒用户输入快捷VI,包含姓名和需要选项，和确定按钮作为用户的账户信息。用户完成姓名输入、学号输入以及按下确定按扭。b:将输入的学号和姓名与设置的（正确）信息进行比较，如果为真即“通过”指示灯变亮，并与第一帧的“保存声音”按钮和“停止保存（进入下一帧的条件）”相与后才可以时本仪器完整运行；c:如果是错误的信息，则进入一个while循环，不断地显示提示输入用户信息对话框，直到输入正确的信息才退出循环，在此期间通过调用“通过”指示灯的属性节点，使之一直处于熄灭状态。

（二） 运行效果和说明前面板的组成是由四个选项卡组成的，每一个选项卡为一个帧中程序的显示控件。（1）声音采集可看到声音波形信息听到实际声音，波形趋势直方图（2）用户信息输入（3）波形复现即滤波后效果201-5/12/1a^16/12/12可看到声音波形信息听到实际声音，波形趋势直方图（2）用户信息输入（3）波形复现即滤波后效果201-5/12/1a^16/12/12a:波形复现出来b:滤波后的可以明显的看到波形变疏了，说明100—200hz的的通带，拦截了很多高频噪声；c:相位谱显示的过于密集，但可以看出个频率分量的相位介于-pi—pi之间。d:幅值谱是一条十分陡峭的衰减曲线，说明信号中高频分量的比重很大；（4）功率谱和自相关函数兵嶙4 宇吐 n 耕方式福略它栏*I旦元治M 'i>wE辟•-nlitlM雨兰制A6 C D EI国里-Uniitled僚史F-Untitled（It 鞭座-U顽led1商率性程堕-侦机知J吐率探20-S7&2刑 0 -8S日日XC.DD9714.-79.1972 D.CO9714 -79.6515日C.01&427-766273 OC-19427 -75B41C.D251»41-78.2S15 D.O29141 -77.53376C.03K55-81993^1 0038855 -823178C.D4E5o8-76.2^195 D.C-4356E -75.5i43aC.05^82■861113 00532B2 -84BQ92gQ.D67936-7S1394 DM7996 -777925IDC.Q7T7C9■7Z571 O.OT77Q9 %。制11C.D67423■81039 D0Q7423 -303357C.09T13T-7A.Z795 0.^7137 -737B33oiteas-7S539 O1C6B5 -76321J1—_ 1 4 |Ivtarnpbmiy51696-1\ ；|^|a:功率谱密度从物理意义上来讲就是单位频率内的信号能量我们知道在时域中功率=功/时间，那么在频域功率=功/频率，功率谱密度曲线下面的面积就是这个信号的总能量，而信号的总能量是对所有幅值求平方和，从功率谱可以看出各个频率分量的能量分布十分均匀。b:自相关曲线显示，在中频段的自相关性较大，两端频率的自相关性较低。即对于中间的频率更容易预测下一个时间信号的幅值。(5)播放存储的滤波后的波形滤波后的波形频率降低了，说明滤波效果达到了，声音没有那么尖锐。实验心得在做这个实验过程中，曾经因为一个存储问题无法解决而纠结两天，总是出现文件已打开，文件已到结尾等问题。后来仔细看了帮助文档对函数和VI进行设置结合同学的帮助的已解决；刚开始想将全部程序写完再运行程序，但是后来发现这样实在太愚蠢了，因为问题出现的很多也很奇怪，根本无法解决，于是无奈的反复删减，不断调试，最后不得不从零开始搭建。发现这种步步为营的思想和方式确是将事情完整的做出来的保证，这种严谨的做事风格就像德国人找针一样；因为我没有在网上找例子，都是看“相关”范例，但是有的范例完全按照它的来搭都