【導讀】聲卡作為數(shù)據(jù)采集卡具有價格低廉、開發(fā)容易和系統(tǒng)靈活等優(yōu)點。本文詳細介紹了系統(tǒng)?？閿?shù)據(jù)采集卡,以MATLAB為開發(fā)平臺設(shè)計了數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)。和靈活度高的優(yōu)點。用MATLAB語言編制了相應(yīng)軟件,實現(xiàn)了該系統(tǒng)。交互工作界面,操作方便,并且可以根據(jù)用戶的需求進行功能擴充。最后給出了應(yīng)用該系統(tǒng)采。數(shù)據(jù)也稱觀測值，是實驗、測量、觀察、調(diào)查等的結(jié)果，常以數(shù)量的形式給出。數(shù)據(jù)采集技術(shù)廣泛。數(shù)據(jù)測量方法有接觸式和非接觸式，檢測元件多種多樣。和元件，都以不影響被測對象狀態(tài)和測量環(huán)境為前提，以保證數(shù)據(jù)的正確性。技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)采集技術(shù)也呈現(xiàn)出速度更高、通道更多、數(shù)據(jù)量更大的發(fā)展態(tài)勢?；蛳鄳?yīng)的信號處理系統(tǒng)，根據(jù)不同的需要進行相應(yīng)的計算和處理。目前常用的是具有ISA總線、PCI總。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的好壞將直接影響自動測試。以保證現(xiàn)場設(shè)備的正常工作。數(shù)據(jù)分析可幫助人們作出判斷，以便采取適當行動。制定合適的生產(chǎn)及銷售計劃。生產(chǎn)過程的高度自動化。

　　

【正文】 據(jù)采集部分直接獲取數(shù)據(jù) ,還需實現(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分別進行頻譜、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 ,如圖 42所示。在研究蛋殼破損自動檢測過程中 ,通過對所采集的蛋殼聲音信號進行頻譜分析 ,找出區(qū)分損殼蛋與好殼蛋的特征變量 ,從而實現(xiàn)蛋殼破損的自動檢測。對所采集的聲音信號進行頻譜分析的程序為 : ...% 獲取采樣數(shù)據(jù) Px=abs(fft(data,512)) 2/512。% 對所采集的數(shù)據(jù)進行傅立葉變換 px=Px(1:256)。 s=60+10*log10(px)。 ...% 其它功能 圖 42 聲音信號的采集與頻譜分析 系統(tǒng)界面設(shè)計 利用 MATLAB軟件中 GUI模塊進行設(shè)計 ,在 MATLAB中可以方便地設(shè)計出基于對話框的圖形用戶界面 ,它提供了諸如編輯框、按鈕、滾動條等圖形對象 ,通過對這些圖形對象的有機組合 ,再對相應(yīng)的圖形對象編寫程序 ,就可以設(shè)計出界面友好、操作方便的系統(tǒng)軟件。圖 42所示為聲音信號采集與頻譜分析系統(tǒng)的運行界面 ,還可再根據(jù)實際需要進行擴展。 建立基于聲卡和 MATLAB的信號采集與分析系統(tǒng) ,能夠?qū)崿F(xiàn)信號采集、設(shè)備控制、數(shù)據(jù)分析以及結(jié)果顯示等功能。實踐證明該系統(tǒng)具有精度高、實時性好、性價比高、人機界面友好、升級修改簡單等優(yōu)點。在進行項目研究過程中 ,常常需要進行多次實驗 ,采集大量的數(shù)據(jù) ,并且要求對數(shù)據(jù)能實時地進行分析處理 ,該系統(tǒng)能很好地滿足這種研究需要。此外 ,這一系統(tǒng)還可以擴展應(yīng)用到其他相關(guān)的領(lǐng)域中 ,如在語音識別工作中可以用該系統(tǒng)采集語音信號并且加入語音處理的相關(guān)分析等。因此 ,該系統(tǒng)不僅具有良好的實用性 ,還可為其他的相關(guān)研究提供理論和應(yīng)用基礎(chǔ)。 語音信號分析處 理系統(tǒng)一般由聲電傳感器 (麥克風 ) 、數(shù)據(jù)采集卡、處理器 (計算機 ) 、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)采集電路和計算機接口電路 ,并同時提供驅(qū)動程序 ,產(chǎn)品和種類繁多 ,性能價格各異 ,價格一般都比較貴。PC 機的聲卡本身就是一個廉價同時又非常優(yōu)秀的語音信號采集系統(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 ,能夠滿足語音信號采集分析要求。 5 應(yīng)用設(shè)計 一、 對聲卡產(chǎn)生的模擬 輸入對象 (AI) 進行操作 聲卡是 MATLAB數(shù)據(jù)采集工具箱所支持的一種硬件，用聲卡完成一個簡單的數(shù)據(jù)采集過程，麥克風就成了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的傳感器． 1)創(chuàng)建設(shè)備對象，這里創(chuàng)建的是一個聲卡 AI設(shè)備對象，硬件設(shè)備標示符為 2． ai=analoginput(‘winsound’,2) ； 2)給設(shè)備對象添加通道，這里添加 1個通道． addchannel(ai,1)； 3)設(shè)定設(shè)備屬性值，控制數(shù)據(jù)采集． freq=8 000； ＼采樣頻率 8 000 Hz set(AI， SampleRate． freq) duration=2； ＼采樣時間 2 s set(AI， SamplesPerTrigger,duration*freq)； 4)數(shù)據(jù)采集及結(jié)果處理．在這里首先將所采集到的數(shù)據(jù)進行快速傅立葉變換，然后轉(zhuǎn)化成分貝，并顯示結(jié)果的實數(shù)部分． start(ai)； data=getdata(ai)； fftdata= abs(fft(data))； mag =20*logl0(fftdata)； mag= mag(1： end／ 2)； 5)清除內(nèi)存中的設(shè)備對象． delete(ai)； clear ai； 圖 51 采樣過程中沒有對麥克風講話 圖 52 采樣過程中對麥克風講話 結(jié)果分析：圖 51是在采樣過程中打開麥克風，但是沒有對麥克風講話的結(jié)果 (對不同品牌、質(zhì)量的聲卡，結(jié)果可能有所不同 )，圖 52是在采樣的過程中對麥克風講話的結(jié)果．可以看出，講話與否 (傳感器感受端的變化 )改變了所采集到的數(shù)據(jù)的結(jié)果． 二、 直接利用 MATLAB數(shù)據(jù)采集箱中提供的函數(shù)命令進行采集 一般的采樣過程是對聲卡產(chǎn)生的模擬輸入對象 (AI) 進行操作的 ,由于 計算機 配置和模擬通道的運用使得數(shù)據(jù)采集過程顯得煩瑣難以理解 ,有時還不易獲得采樣數(shù)據(jù)。實驗過程發(fā)現(xiàn)一種更為簡單實用的方法可以進行數(shù)據(jù)采集。在闡述之前 ,首先介紹一下 MATLAB數(shù)據(jù)采集箱中的幾條有關(guān)命令 : wavrecord : wavrecord 利用 Windows 音頻輸入設(shè)備記錄聲音 ,其調(diào)用形式為 :wavrecord (n ,fs ,ch) 。利用 Windows音頻輸入設(shè)備記錄 n個音頻采樣 , 頻率為 fs Hz ,通道數(shù)為 ch。采樣值返回到一個大小為 n*ch 的矩陣中。缺省時 ,fs = 11025 ,ch = 1。 waveplay: waveplay 利用 Windows音頻輸出設(shè)備播放聲音 ,其調(diào)用形為 :waveplay(y ,fs) 。以采樣頻率 fs向 Windows 音頻設(shè)備發(fā)送向量信號。標準的音頻采樣率有 :8000、 1102 22050 和 44100Hz。 wavread :wavread 用于讀取 Microsoft 的擴展名為 “.wav” 的聲音文件。其調(diào)用形式為 : y = wavread (file) 。其作用是從字符串 file 所指的文件路徑讀取 wave 文件 ,將讀取的采樣數(shù)據(jù)送到 y 中。 Y的取值范圍 : [ 1 ,1 ] 。 sound:音頻信號是以向量的形式表示聲音采樣的。 sound 函數(shù)用于將向量轉(zhuǎn)換為聲音 ,其調(diào)用形式為 :sound (y ,fs) ,作用是向揚聲器送出向量 y 中的音頻信號 (采樣頻率為 fs) 。 應(yīng)用上述所講到的 MATLAB數(shù)據(jù)采集箱提供的函數(shù)進行一次簡單的語音信號的采集實驗。記錄 5 秒鐘的 8 位音頻語音信號并回放之 , 采樣頻率設(shè)為 11025Hz。 ﹥﹥ fs = 11025 。 \ 設(shè)置采樣頻率 ﹥﹥ y1 = wavrecord (5*fs ,fs ,‘uint8’) 。 \ 進行無語音采集 ﹥﹥ plot (y1) 。 ﹥﹥ y2 =wavrecord (5*fs ,fs ,‘uint8’) 。 \ 開始采集 8位語音信號 ,時間為 5s ﹥﹥ plot (y2) 。 ﹥﹥ wavplay(y2 ,fs) 。 \ 回放所采集的語音 ﹥﹥ sound (y2 ,fs) 。 ﹥﹥ y1 =fft (y2) 。 \ 做信號的 fft 變換 ﹥﹥ plot (y2) 。 圖 53 無聲音信號輸 入波形 圖 54 有聲音信號輸入波形 圖 55 聲音信號傅里葉變換 圖形分析：用戶可以變換采樣頻率及采樣時間 ,也可以不同的頻率回放語音。感受不同函數(shù)在相同的頻率下回放的語音信號是否一致。此例進行的是實時回放 ,若要事后回放則可用wavread 函數(shù)。從程序 語言 及實現(xiàn)上可看出此方法簡便了許多 ,而且實驗結(jié)果與傳統(tǒng)方法得到的實驗結(jié)果完全一致。圖 53 為在采樣過程中打開麥 克風 ,但是沒有對麥克風講話的結(jié)果 (對不同品牌、質(zhì)量的聲卡 ,結(jié)果可能不同 ) ,從圖上可以看到除開始采樣的極短一段時間內(nèi)有個信號接收過程產(chǎn)生階躍外 ,其余時間內(nèi)波形都在很小的范圍內(nèi)平穩(wěn)的波動。圖 54 是采樣過程中對麥克風講話的結(jié)果 ,可以看出 ,講話 (傳感器端接收到信號 )改變了采集的數(shù)據(jù)的結(jié)果。從圖 54 中看出波形發(fā)生了很大的變化 ,波形隨聲音信號的高低強弱而發(fā)生變化 ,可知計算機已經(jīng)通過麥克風接收到了語音信號 ,說明信號采集工作成功。圖 55 為對采集到的信號進行的快速傅立葉變換所得到的圖形。 上面介紹的基于聲卡和 MATLAB的語音數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ,具有實現(xiàn)簡單、性價比和靈活度高的特點。經(jīng)實例分析證明 ,利用該系統(tǒng)可實現(xiàn)在線連續(xù)采集語音信號并進行分析和處理。 應(yīng)用前文所述的 MATLAB 數(shù)據(jù)采集工具箱提供的命令函數(shù)和系統(tǒng) 環(huán)境 為 Windows98 的 計算機 上的板 載聲卡進行簡單數(shù)據(jù)采集。記錄 5s的 16 bit音頻語音信號并回放 , 采樣頻率設(shè)為 11025 Hz。 fs=11025 %設(shè)置采樣頻率 y1=wavrecord( 5*fs, fs, ‘unit16’) %進行無語音采集 plot( y1) %畫出所采集到的信號的波形 y2=wavrecord( 5*fs, fs, ‘unit16’) %進行語音采集 wavplay( y1, fs) sound( y2, fs) %回放所采集的語音 圖 56是用 MATLAB的 DAQ工具箱中的命令函數(shù)的方法采集數(shù)據(jù) , 采樣過程中傳聲器無語音輸入；圖 57是用創(chuàng)建聲卡設(shè)備對象的方法采集數(shù)據(jù) , 采樣過程中傳聲器有語音輸入。 圖 56 傳聲器無語音輸入 圖 57 傳聲器有語音輸入