【正文】 用領(lǐng)域是一種很好的選擇?！　?系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 　　MATLAB提供了一個(gè)數(shù)據(jù)采集工具箱(Data Acquisition Toolbox),在該數(shù)據(jù)采集工具箱中,有一整套的命令和函數(shù),可用來(lái)直接控制與PC機(jī)兼容的數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,因此,利用MATLAB的這一工具箱便可進(jìn)行聲音信號(hào)的采集。然后在MATLAB中直接調(diào)用頻譜分析函數(shù)、功率譜分析函數(shù)或數(shù)值分析函數(shù)等,就可以將采集到的聲音信號(hào)分別進(jìn)行頻譜、功率譜分析等多種譜分析。因此,在MATLAB中可以很容易地實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集與分析處理工作。　　　　　　　　　　　　　圖41系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的總體框圖 　　從系統(tǒng)框圖上看,整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,而且數(shù)據(jù)的后續(xù)分析方便,不需要再進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移,而直接在MATLAB軟件中完成分析處理工作。在該系統(tǒng)中,從硬件上來(lái)講,只需必要的信號(hào)預(yù)處理電路和一臺(tái)普通的多媒體計(jì)算機(jī)(或筆記本電腦)即可。從軟件上來(lái)講,則只需使用本文中所編制的程序,便可從聲卡獲取數(shù)據(jù)并保存為文件,然后再可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。　　 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì) 　　本系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析兩大部分組成,數(shù)據(jù)采集部分是實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集功能,根據(jù)用戶選擇的采樣頻率和預(yù)設(shè)的采樣樣本數(shù)從聲卡獲得用戶需要的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析部分主要實(shí)現(xiàn)以下功能:(1)從信號(hào)采集部分獲取數(shù)據(jù),或者從數(shù)據(jù)文件讀取數(shù)據(jù)。(2)實(shí)現(xiàn)將采集到的聲音信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析,畫出頻譜圖以圖形方式很直觀地反映出信號(hào)特征。(3)保存數(shù)據(jù),包括保存所有數(shù)據(jù)和部分?jǐn)?shù)據(jù)的功能,同時(shí)保存對(duì)應(yīng)的頻譜數(shù)據(jù)。(4)顯示聲音信號(hào)數(shù)據(jù)的時(shí)域圖和頻譜圖。(5)其他功能。根據(jù)不同的需要,還可以進(jìn)行修改,以選擇合適的實(shí)驗(yàn)方案?！　?系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 　　聲音信號(hào)采集功能的實(shí)現(xiàn)是由MATLAB控制計(jì)算機(jī)聲卡將傳感器得到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中。而信號(hào)分析功能是將采集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)、頻域分析和各項(xiàng)數(shù)值分析等。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括系統(tǒng)的硬件配置、編制程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集、編制程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)分析及系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)四部分?！　?聲音信號(hào)采集的硬件配置 　　將聲卡插入計(jì)算機(jī)的PCI插槽,安裝好相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序后,將聲音傳感器設(shè)備與聲卡的模擬輸入端連接起來(lái),這就構(gòu)建了聲音采集的硬件設(shè)備,需要注意的是對(duì)聲音傳感器的選擇,應(yīng)選擇音頻專用電纜或屏蔽電纜以減小噪聲信號(hào)的引入,最好能選擇單向性聲音傳感器。在MATLAB的信號(hào)采集工具箱中有專門為聲卡生成一個(gè)操作對(duì)象的函數(shù),初始化該操作對(duì)象即能建立MATLAB與聲卡的通信,并為已創(chuàng)建的聲卡設(shè)備對(duì)象增加數(shù)據(jù)采集通道和觸發(fā)方式。若缺省設(shè)置則系統(tǒng)采用一個(gè)數(shù)據(jù)通道、手動(dòng)觸發(fā)方式啟動(dòng)工作。進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí),根據(jù)所配置的聲卡的工作特性和信號(hào)分析的設(shè)計(jì)要求,可設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)來(lái)控制聲卡在數(shù)據(jù)采集時(shí)的行為,如采樣頻率、采樣時(shí)間、預(yù)計(jì)模擬信號(hào)的輸入/輸出范圍、采樣的出發(fā)方式,采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)等。另外需要注意的一點(diǎn)是采樣頻率是由聲卡的物理特性決定的,、事件觸發(fā)和手動(dòng)觸發(fā)三種方式來(lái)啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集工作。聲音信號(hào)采集硬件配置的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程:　　sound=analoginput(‘winsound’)。% ‘winsound’為聲卡的驅(qū)動(dòng)程序　　channel=addchannel(sound,1)。% 添加通道為單聲道　　set(sound, ‘SampleRate’,44100)。% 設(shè)置采樣頻率為44100Hz　　set(sound, ‘SamplesPerTrigger’,22050)。% 　　set(sound, ‘TriggerType’, ‘manual’)。% 設(shè)置觸發(fā)方式為手工觸發(fā)　　...% 其它的相關(guān)設(shè)置 數(shù)據(jù)采集 　　啟動(dòng)設(shè)備對(duì)象,控制聲卡開始采集數(shù)據(jù),采集過(guò)程中可以向聲卡發(fā)送控制命令,如暫停采集、退出采集等。采集到的數(shù)據(jù)被暫時(shí)存放在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中,理論上可采集的最大數(shù)據(jù)量是由計(jì)算機(jī)的內(nèi)存量所決定的。同時(shí), MATLAB能夠記錄采集設(shè)備的硬件屬性、采集的啟動(dòng)時(shí)刻、采集時(shí)間、采樣頻率及采樣通道等信息,如果采集過(guò)程中出現(xiàn)了錯(cuò)誤,則出錯(cuò)的時(shí)刻、錯(cuò)誤產(chǎn)生的來(lái)源等信息也都會(huì)被記錄下來(lái)供后續(xù)工作參考。需要注意的是,執(zhí)行完一次數(shù)據(jù)采集工作后應(yīng)刪除設(shè)備對(duì)象,將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在硬盤上之后釋放數(shù)據(jù)存儲(chǔ)所占用的內(nèi)存空間,以備下一次采集能有足夠的內(nèi)存空間存儲(chǔ)新的數(shù)據(jù)，聲音信號(hào)采集的實(shí)現(xiàn)程序?yàn)?start(sound)。% 啟動(dòng)設(shè)備對(duì)象trytime=0。data=0。[data,time]=getdata(sound)。% 獲取采樣數(shù)據(jù)catchtime=0。data=0。disp(‘A timeout occurred’)。endstop(sound)。% 停止設(shè)備對(duì)象delete(sound)。% 刪除設(shè)備對(duì)象　　 數(shù)據(jù)分析 　　在設(shè)計(jì)該部分時(shí),不僅要求實(shí)現(xiàn)能從數(shù)據(jù)采集部分直接獲取數(shù)據(jù),還需實(shí)現(xiàn)能從文件中讀取以前所保持好的數(shù)據(jù)。之后,用戶可以根據(jù)實(shí)際研究的需要,在MATLAB中調(diào)用頻譜分析函數(shù)(periodogram等)、功率譜分析函數(shù)(psd等)或數(shù)值分析函數(shù)(fminbnd等),就可以將采集到的聲音信號(hào)分別進(jìn)行頻譜、功率譜分析等多種譜分析,并且可方便地將分析結(jié)果以圖形的形式顯示出來(lái),如圖42所示。在研究蛋殼破損自動(dòng)檢測(cè)過(guò)程中,通過(guò)對(duì)所采集的蛋殼聲音信號(hào)進(jìn)行頻譜分析,找出區(qū)分損殼蛋與好殼蛋的特征變量,從而實(shí)現(xiàn)蛋殼破損的自動(dòng)檢測(cè)。對(duì)所采集的聲音信號(hào)進(jìn)行頻譜分析的程序?yàn)?...% 獲取采樣數(shù)據(jù)Px=abs(fft(data,512)) 2/512。% 對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行傅立葉變換px=Px(1:256)。s=60+10*log10(px)。...% 其它功能　　　　　　　　　　　　　　　　　圖42 聲音信號(hào)的采集與頻譜分析　　 系統(tǒng)界面設(shè)計(jì) 　　利用MATLAB軟件中GUI模塊進(jìn)行設(shè)計(jì),在MATLAB中可以方便地設(shè)計(jì)出基于對(duì)話框的圖形用戶界面,它提供了諸如編輯框、按鈕、滾動(dòng)條等圖形對(duì)象,通過(guò)對(duì)這些圖形對(duì)象的有機(jī)組合,再對(duì)相應(yīng)的圖形對(duì)象編寫程序,就可以設(shè)計(jì)出界面友好、操作方便的系統(tǒng)軟件。圖42所示為聲音信號(hào)采集與頻譜分析系統(tǒng)的運(yùn)行界面,還可再根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行擴(kuò)展。　　建立基于聲卡和MATLAB的信號(hào)采集與分析系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)采集、設(shè)備控制、數(shù)據(jù)分析以及結(jié)果顯示等功能。實(shí)踐證明該系統(tǒng)具有精度高、實(shí)時(shí)性好、性價(jià)比高、人機(jī)界面友好、升級(jí)修改簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。在進(jìn)行項(xiàng)目研究過(guò)程中,常常需要進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn),采集大量的數(shù)據(jù),并且要求對(duì)數(shù)據(jù)能實(shí)時(shí)地進(jìn)行分析處理,該系統(tǒng)能很好地滿足這種研究需要。此外,這一系統(tǒng)還可以擴(kuò)展應(yīng)用到其他相關(guān)的領(lǐng)域中,如在語(yǔ)音識(shí)別工作中可以用該系統(tǒng)采集語(yǔ)音信號(hào)并且加入語(yǔ)音處理的相關(guān)分析等。因此,該系統(tǒng)不僅具有良好的實(shí)用性,還可為其他的相關(guān)研究提供理論和應(yīng)用基礎(chǔ)。 語(yǔ)音信號(hào)分析處理系統(tǒng)一般由聲電傳感器(麥克風(fēng)) 、數(shù)據(jù)采集卡、處理器(計(jì)算機(jī)) 、軟件系統(tǒng)等幾部分組成。商品數(shù)據(jù)采集卡(A/ D 板) 都包含了完整的數(shù)據(jù)采集電路和計(jì)算機(jī)接口電路,并同時(shí)提供驅(qū)動(dòng)程序,產(chǎn)品和種類繁多,性能價(jià)格各異,價(jià)格一般都比較貴。PC 機(jī)的聲卡本身就是一個(gè)廉價(jià)同時(shí)又非常優(yōu)秀的語(yǔ)音信號(hào)采集系統(tǒng),它采用直接內(nèi)存讀取方式傳輸數(shù)據(jù),極大地降低了CPU 的占用率。不僅如此,聲卡16 位的A/ D 轉(zhuǎn)換精度比普通16 位A/ D 卡要高,能夠滿足語(yǔ)音信號(hào)采集分析要求。