基于声卡声音信号分析仪的设计

基于声卡声音信号仪的设计 1 ,2 2 2 2 2 2 2 曾 山 ,陆尧胜 ,王思华 ,刘海燕 ,张茂俊 ,代军弟 ,宋立国 ( )1. 暨南大学组织移植免疫中心 , 广东 广州 510632 ; 2. 暨南大学电子系 , 广东 广州 510632 [ 摘 要 ] 本文介绍声卡的声音信号分析仪的设计实现 , 重点介绍利用 N I 公司的 L a b V I E W 软件平台来实现声卡声音信号的采集 、分析和回放的 。 [ 关键词 ]虚拟仪器 ;L a b V I E W ;声音信号分析仪 ( ) [ 中图分类号 T H 772 + . 2文献标志码 A文章编号 1007 - 7510 200701 - 0017 - 02 De s in of a vo ice s ina l a na l zer ba se d on so un d ca r dggy 1 ,2 2 2 2 2 2 2Z E N G S h a n ,L U Yao - s h e n , W A N G Si - h ua ,L I U H ai - a n , Z H A N G M ao - u n ,D A I J u n - di , SO N G L i - uo g y j g ( 1. I n st i t u t e of Ti s s ue C hi n a ; T r a n sl a n t a t io n a n d I m m u no lo of J i n a n U ni ve r si t , Gua n z ho u Gua n do n 510532 ,p g y y gg g )2. D e velo m e n t of El e c t ro ni c E n i ne e ri n of J i n a n U ni ve r si t , Gua n z ho u Gua n do n 510632 , C hi n a p gg y gg g Abstra c t : T hi s ae r i n t ro d uce s a vo i ce si n al a n al ze r ba se d o n so u n d c a r d , m ai nl f o c u se s o n ho w t o co ll e c t , a n al ze , p p g yy ya n d l a ba c k t h e vo i ce si n al de ri ve d ba se d o n t h e so u n d c a r d , b u si n L a b V I E W sof t w a r e .p y g y g Ke wor ds : vi r t ual i n st r u m e n t a t io n ;L a b V I E W ; vo i ce si n al a n al ze ry g y 1 引言, 首先对声卡进行初始化 , 对声卡设置采样声在前面板中 ( ) 道 、频率 、位数 、缓冲区大小和设备号进行设置 , 程序中还提供 虚拟仪器 V i r t ual I n st r u m e n t a t io n 是基于个人电脑的 测控设备或系统 , 它通常由计算机 、测控电路模块和专门应用 () 了频谱分析 ,声音文件回放功能 图 1。 软件组成 。虚拟仪器与传统仪器都有信号采集 、信号处理和结 果表达这几部分组成 , 随着计算机技术的发展 , 尤其是数字信 号处理技术的进步 , 实现各种信号处理功能的软件算法越来越 快 , 可用软件代替硬件实现信号处理功能 。虚拟仪器是用户根 据自己定义 、自行组合和开发的 , 因而利用虚拟仪器来替代传 统的仪器设备后 ,用户将可大大提高工作效率或生产效率 。 而 L a b V I E W 是实验室虚拟仪器集成环境的简称 ,是美国 仪器 N I 公司创新软件产品 , 也是目前应用最广 、发展最快 、功 能最强的图形化软件开发集成环境 。本文就是在 L a b V I E W 环境下设计了一台声音信号分析仪 , 用来进行声音信号的采 集 、分析 、数据 、频谱分析 、声音文件回放等 ,并在窗口显示 器上显示的虚拟仪器 。 图 1 声卡的声音信号分析仪前面板图2 声卡的声音信号分析仪的实现 2. 1 系统软件设计方法 () 2. 3 方框图程序设计 图 2系统设计软件是基于 N I 公司的 L a b V I E W 软件设计的 , 2. 3. 1 信号采集和频谱分析 L a b V I E W 开发环境分为前面板和方框程序两部分 。前者是实 际仪器的虚拟面板 , 后者是程序的图形化源代码 。本文设计的 虚拟仪器具有对声音信号进行采集 , 对采集到的声音信号能够 在面板上显示 , 并且能够进行频谱分析 , 播放声音文件 , 且对采 集到的数据存储为 . W A V 文件 。 2. 2 前面板的设计 图 2 声卡的声音信号分析仪方框图程序 收稿日期 : 2006 - 05 - 30修回日期 : 2006 - 11 - 13 22 卷 1 期 ? 2007. 1 1?7 ? 研究论著 医疗设备信息 ) (( L a b V i e w 把声卡的声道分为 mo no 单声道和 st e r eoE ve n t St r uc t u r e 结构 ,给出 3 个不同的选择方式 图采用 () ) 立体声两种 。若用单声道采样 ,左右声道信号都相同 ,且幅值 3, 分别为“文件 、播放 、退出”功能 , 选择所要播放存储的声音 为原信号的 1/ 2 ; 用立体声采样 , 左右声道互不干扰 , 可以采集 文件 , 可对声音信号文件进行回放 、分析 , 且信号信息在前面板 两路不同的信号 , 而且幅值与原信号相同 。声卡的采样频率分 上显示 。 为 8000 Hz 、11025 Hz 、22050 Hz 和 44100 Hz 四种 , 应根据具体 情况要求选择频率 。S I St a r t . vi 用于声卡开始采集外部数据 , 采集到的数据会被暂存到缓冲区中 , 这一过程无需程序干预 , 3 结束语 由声卡硬件 D M A 直接完成 , 保证了采集过程的连续性 。当声 卡开始采集到外部数据时 , 声卡先将采集到的数据送到缓冲 本文利用虚拟仪器技术实现了声卡的声音信号的采集 、分区 , S I Re a d . vi 函数负责将缓冲区的数据整块读出来 , 然后放 析和回放 , 取得了较好的成效 , 作为应用最广的数据采集和控 入内存中的用户数组 。通过实验我们可以知道 , 数据块的大小 制开发环境之一的 L a b V I E W 软件 ,有着重要的作用 。 是缓冲区的一半 , 这一部分主要对采集到的数据进行频谱分 析 , 在频谱分析之前加入 B u t t e r w o r t h Fil t e r . vi , 目的是对原 始信号进行平滑滤波处理 , 以消除高次谐波失真和噪声干扰 , [ 参考文献 ]提高信噪比 ,在程序结束后进行声音文件存储 。 1 杨乐平 ,李海涛 ,杨磊 . L a b vi e w 程序设计与应用M . 北2. 3. 2 声音文件回放 京 :电子工业出版社 , 2004. 2 邓焱 ,王磊 ,等 . L a b vi e w 7. 1 测试技术与仪器应用M .北 京 :机械工业出版社 ,2004. 3 侯国屏 ,等 . L a b vi e w 7. 1 编程与虚拟仪器设计M .北京 : 清华大学出版社 ,2005. 4 王红超 ,等 . 基于 P C 的虚拟仪器技术J . 计量与测试技 ( ) 术 ,2005 6: 32. 史学涛 ,等 . 基于 L a b V I E W 实现的 H ID 数据采集设备 5 ( ) 应用程序J . 医疗设备信息 ,2005 6: 9 - 10. 蔡坤 ,等 . 基于虚拟仪器的胎儿心电图仪的研制J . 医疗 6 ( ) ? 卫生装备 ,2003 12: 19 - 21. 图 3 声音文件回放方框图程序 () 上接第 62 页 链管理可以减少中间不必要的浪费 , 例如 , 如果信息能在临床 , 在市场上赢取共同的成功 。环节的减少也为供应链伙伴关系 和供应商之间直接传送 , 供货商则可以自动补货或安排生产和 上每个节点制定合理库存提供了依据 。 库存 , 医院可以减少库存和运输 , 省去订货手续 。由此可见 , 多 [ 参考文献 ] 方合作是构筑供应链管理的重要步骤 。下图引用的是北京易佰 1 卢光泽 、霍国庆 、周丹 . 医院信息化的任务和作用研究J .( ) 医疗 100m e d的一体化供应链管理模型 。 ( ) 华东经济管理 ,2004 2: 117 - 120. 周丹 . 临床过程理论与实践 - 医用高值消耗品物流封闭 2 式管理M .北京 :海潮出版社 ,2004. 3 日 ]汤浅和夫 ;门峰 译 . I T 物流M .上海 :文汇出版社 , 2002. () (4 斯蒂芬 . 哈格 美等 . 管理时代的管理信息系统 第二 ) 版M .北京 :机械工业出版社 ,2000. 图 6 构造一体化供应链模式 5 ,等 . 谈医疗耗材库房的网络化管理J . 医疗设备赵艳琼 ( ) 在图 6 中我们可以看到 , 相比较现存的供应模式 , 改造后 信息 ,2005 7: 51. 的模式令中间环节得到简化 。合作伙伴关系取代了传统的买卖 陈平 ,等 . 高价值医用消耗品在医院手术室的仓储式管理 6 双方矛盾关系 。在传统的采购中 ,双方为了各自的利益 ,常常不 ( ) J . 医疗设备信息 ,2006 2: 49 - 50. 向对方透露该给和需求信息 , 力求通过对信息的掌握和封闭占 苏红森 ,等 . 浅谈医用耗材采供一体化管理J . 医疗卫生 7 据谈判的主动 。如今更多的是双方彼此选择 , 建立互利的合作 ( ) 装备 ,2005 7: 41.?