基于聲卡的音頻信號分析儀的設(shè)計(編輯修改稿)
2025-07-24 20:38 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 方波頻譜分析結(jié)果第2章 軟件設(shè)計與實現(xiàn) 程序流程圖本系統(tǒng)的要求是PC機聲卡可以成為一個優(yōu)秀的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng), 它同時具有A/D和D/A轉(zhuǎn)換功能, 不僅價格低廉, 而且兼容性好、性能穩(wěn)定、靈活通用, 驅(qū)動程序升級方便。同時一般聲卡16位的A/D轉(zhuǎn)換精度, 比通常12位A/D卡的精度高, 對于許多工程測量和科學實驗來說都是足夠高的, 其價格卻比普通數(shù)據(jù)采集卡便宜得多。本文就是利用普通聲卡作數(shù)據(jù)采集卡, 以LabVIEW軟件為開發(fā)平臺, 設(shè)計了一種低成本高性能音頻信號分析儀, 該分析儀具有波形顯示功能和頻譜分析功能, 即具有示波器和頻譜分析儀的基本功能。，以本系統(tǒng)程序流程圖如圖 2 所示：信號調(diào)理與幅度檢測FPGA聲卡音頻信號單片機A/D 圖2 程序流程圖聲卡作為語音信號與計算機的通用接口, 其主要功能就是將所獲取的模擬音頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號, 經(jīng)過DSP音效芯片的處理, 將該數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號輸出。聲卡的基本工作流程為:輸入時, 麥克風或線路輸人獲取的音頻信號通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號, 送到計算機進行播放、錄音等各種處理輸出時, 計算機通過總線將數(shù)轉(zhuǎn)換器, 變成模擬的音頻信號, 進而通過功率放大器或線路輸出送到音箱等設(shè)備轉(zhuǎn)換為聲波字化的聲音信號以PCM(脈沖編碼調(diào)制)方式送到D/A轉(zhuǎn)換器, 變成模擬的音頻信號, 進而通過功率放大器或線路輸出送到音箱等設(shè)備轉(zhuǎn)換為聲波。為了用聲卡采集數(shù)據(jù)必須先設(shè)定聲卡的主要技術(shù)參數(shù)。 采樣頻率 目前, , 一般采樣頻率分為4檔, , ，8kHz。根據(jù)采樣定理, 采樣頻率應為被測信號頻率的2倍以上。 采樣位數(shù) 將聲音從模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號的二進制位數(shù)（bit）。按位數(shù)分聲卡有8位聲卡、16位聲卡。位數(shù)越高, 在定域內(nèi)能表示的聲波振幅的數(shù)目越多, 記錄的音質(zhì)也就越高。例如, 16位聲卡把音頻信號的大小分為=65536個量化等級來實施上述轉(zhuǎn)換。所以一般設(shè)定為16位。 一般聲卡使用的緩沖區(qū)為8KB（8192）字節(jié), 這是由于對x86系列處理器而言, 在保護模式下, 內(nèi)存以8KB為單位被分成了很多頁, 對內(nèi)存的任何訪問都是按頁進行的。CPU保證在讀寫8KB長度的內(nèi)存緩沖區(qū)時, 速度足夠快, 并且不會被其他外來事件打斷。設(shè)置8192字節(jié)或其整倍數(shù)大小的緩沖區(qū), 可以較好地保證聲卡與CPU的協(xié)調(diào)工作。在設(shè)定了聲卡的主要參數(shù)后, 在利用聲卡的DMA方式進行數(shù)據(jù)采集。在LabVIEW環(huán)境中, LabVIEW提供了一系列使用Windows底層函數(shù)編寫的與聲卡有關(guān)的函數(shù), 這些函數(shù)集中在Sound VI下, 有兩大模塊Sound Input和Sound Output如Sound Input模塊中SI Config、SI Start、SI Read、SI Stop、SI Clear函數(shù), 如圖 3 。 圖 3 聲卡輸入模塊聲卡的數(shù)據(jù)采集流程如圖 4 所示。圖 4 聲卡的數(shù)據(jù)采集流程 軟件設(shè)計基于聲卡的虛擬音頻分析儀利用聲卡采集數(shù)據(jù), 利用LabVIEW軟件編程實現(xiàn)參數(shù)設(shè)置, 信號采集、處理和信號回放等功能。一個LabVIEW程序包括兩部分：前面板和圖形代碼。 前面板的設(shè)計 程序前面板是模仿真實儀器的面板, 用于設(shè)置用戶輸人和顯示程序輸出。本文設(shè)計的虛擬音頻信號分析儀的前面板分3個功能示波器、頻譜分析儀和系統(tǒng)設(shè)置, 如圖5所示。示波器的前面板中包含實時波形顯示窗口, 可以顯示實時采樣波形和濾波后信號波形及加窗后信號波形。系統(tǒng)設(shè)置可以設(shè)置聲卡的采樣頻率和采樣位數(shù), 同時可以設(shè)置緩沖區(qū)的容量。頻譜分析儀面板中, 采用FFT算法完成自功率譜分析。通過圖形窗口的選擇、單位的選擇、坐標顯示模式的選擇等參數(shù)設(shè)置, 顯示信號的自功率譜。還可以顯示頻譜分析測量的音頻信號的最大值和信號基頻。可以說系統(tǒng)設(shè)置面板是系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)的設(shè)置說明和使用說明。圖 5 虛擬音頻信號分析系統(tǒng)前面板 圖形代碼結(jié)構(gòu)設(shè)計 虛擬音頻信號分析儀的框圖程序和前面板是對應的, 前面板中放置的對象在程序框圖中有相應的對象, 框圖程序如圖6。根據(jù)VI結(jié)構(gòu)化的特征, 把整個系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集和信號分析兩個模塊, 以友好的圖形界面與用戶進行交互。圖 6音頻信號分析系統(tǒng)框圖程序 數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集模塊根據(jù)用戶設(shè)置的聲音格式從聲卡獲得數(shù)據(jù)。采集到的數(shù)據(jù)及其頻譜特性以直觀的圖形方式呈現(xiàn)于用戶面前。該模塊還提供保存所有或部分數(shù)據(jù)以及轉(zhuǎn)到信號分析模塊的功能。由于PCM波形音頻格式輸出的信號質(zhì)量最好, 所以本文使用該格式對信號進行數(shù)字化處理。數(shù)據(jù)采集過程分為3步：初始化/配置聲卡；采樣；釋放聲卡。本文根據(jù)主流聲卡的性能指標, , 采樣位數(shù)為16位, 采樣方式為單聲道, 這樣采樣的波形穩(wěn)定, 而且干擾小。聲卡對外部信號的采樣在起始部分會有幾十個不穩(wěn)定的數(shù)據(jù), 所以無特殊要求時忽
規(guī)章制度相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1