基于虚拟仪器技术的语音信号分析仪的设计研究
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摘要
本文基于“硬件的软件化”思想，在对信号分析、虚拟仪器技术和声卡的实用性进行理论分析的基础上，利用虚拟仪器专用语言Labwindows／CVI开发环境，设计了基于虚拟仪器技术的语音信号分析仪。
该系统主要包括硬件电路设计和软件程序设计两部分。硬件电路包括拾音器、信号调理电路和应用声卡实现的数据采集电路。软件部分采用模块化设计，包括软面板的设计和信号分析模块设计。信号分析部分又由5个子模块来实现：数据采集模块、数据读取模块、数据处理模块、数据存储模块和结果显示模块。在基本硬件电路实现的基础上，语音信号分析仪通过软件程序实现了信号分析的各项功能。该系统中，软件程序对整个仪器的功能实现起到关键性作用，程序越完善，仪器实现的功能就越强，这充分体现了虚拟仪器“软件就是仪器”的设计思想。该项研究具有语音信号分析仪的软升级、系统的自适应、窗口的显示直观醒目、联调的优化以及操作简便等特点。适用于音频检测系统的信号分析与处理。
This article designed a kind of voice analyzer by using Labwindows/CVI based on the theoretical analysis of digital signal processing theories, virtual instrument technology and sound card application.
This voice analyzer system includes two parts: hardware and software. Hardware consists of microphone, signal processing circuit and data collection circuit which is realized through sound card. Software uses modular programming and consists of virtual panel design and signal processing program which includes data collection module, reading data module, data processing module, data storing module and result showing module. The instrument realized all kind of signal analysis functions through software based on just simple hardware circuit. The software is very important to the whole system, and the more sophisticated the program is, the stronger the instrument is. All this embodies the idea that "software is instrument". This study has many strongpoints such as soft-upgrade, system self-adapting, windows visual showing, on-line debug optimization and so on. So this system is applicable to analyze and deal with signal in audio detecting system.
该系统主要包括硬件电路设计和软件程序设计两部分。硬件电路包括拾音器、信号调理电路和应用声卡实现的数据采集电路。软件部分采用模块化设计，包括软面板的设计和信号分析模块设计。信号分析部分又由5个子模块来实现：数据采集模块、数据读取模块、数据处理模块、数据存储模块和结果显示模块。在基本硬件电路实现的基础上，语音信号分析仪通过软件程序实现了信号分析的各项功能。该系统中，软件程序对整个仪器的功能实现起到关键性作用，程序越完善，仪器实现的功能就越强，这充分体现了虚拟仪器“软件就是仪器”的设计思想。该项研究具有语音信号分析仪的软升级、系统的自适应、窗口的显示直观醒目、联调的优化以及操作简便等特点。适用于音频检测系统的信号分析与处理。
This article designed a kind of voice analyzer by using Labwindows/CVI based on the theoretical analysis of digital signal processing theories, virtual instrument technology and sound card application.
This voice analyzer system includes two parts: hardware and software. Hardware consists of microphone, signal processing circuit and data collection circuit which is realized through sound card. Software uses modular programming and consists of virtual panel design and signal processing program which includes data collection module, reading data module, data processing module, data storing module and result showing module. The instrument realized all kind of signal analysis functions through software based on just simple hardware circuit. The software is very important to the whole system, and the more sophisticated the program is, the stronger the instrument is. All this embodies the idea that "software is instrument". This study has many strongpoints such as soft-upgrade, system self-adapting, windows visual showing, on-line debug optimization and so on. So this system is applicable to analyze and deal with signal in audio detecting system.
引文
1．何岭松，设备故障诊断中信号的时—频分析理论与技术研究，华中理工大学博士学位论文，1993，6，1-11
2．北京普源精电科技有限公司，虚拟仪器概述
3．王红茹，虚拟仪器----仪器发展的新阶段，国外电子测量技术，1998年第1期
4．[美]J．R．拉宾纳，R．W．谢弗，语音信号处理，科学出版社，1983
5．易克初，田斌，付强，语音信号处理，国防工业出版社，2001．6
6．杜凯，语音信号共振峰的 LPC 分析，哈尔滨师范大学自然科学学报，第14卷，第2期，49-52
7．李向吉，刘承玺，王秉均，语音识别中的语音信号特征提取及分析，天津通信技术，1996年第6期，1-6
8．马明，张焱，王建宇，黄同志，对语音识别中短时自关特征的研究，电脑开发与此应用，第10卷，第1期，2-4
9．李青霞，任焱，虚拟仪器综述，现代科学仪器，1999年第4期，10-12
10．徐春红，一种虚拟仪器的实现，2001年3月9日
11．程虎，虚拟仪器的现状和发展趋势，现代科学仪器，1999年第4期，6-9
12．代俊光，陈光禹，基于VXI总线的高速多通道数据采集虚拟仪器系统，国外电子测量技术，1999年第1期，13-15
13. John A. Masciola, Gerald K. Morgan, Geoffey L Templetion. A software for mixed signal functional testing. IEEE ITC' 94, 1994
14. James J. Truchard. Software technology for automated measurements. IEEE Instruments and Measurement Tech, Conference, 1989
15. National Instruments, Labwindows/CVI standard libraries reference manual, 1994
16. VXIbus Interface Software, National Instruments Corporation, 1997
17．屠良尧，李海涛，数字信号处理与 VXI 自动化测试技术，国防工业出版社，2001．8
18. Brown R G. Introduction to Random Signal Analysis and Kalman Filtering. New York:John Wiley & Sons, 1983
19. Levan N, Systems & Signals. New York: Optimization Software, Publications Division, 1983
20. Young T. Linear Systems and Digital Signal Processing. Englewood Cliffs: Prentice Hall, 1986
21. Ramirez R W. The FFT Fundamentals and Concepts Englewood Cliffs: Tektronix, 1985
22. Brigham E O. The Fast Fourier Transform and Its Applications. Englewood Cliffs: Prentice Hall, 1988
23．白凤山，铁勇，多功能虚拟示波器的研究与实现，电测与仪表，总第38卷第424期，2001年第4期，36-38
24．刘立，陈淑珍，基于虚拟仪器技术的语音信号分析仪的实现，现代科学仪器，1999，4 27-29
25．吴庆州，声卡在检测低频信号中的应用，沈阳师范学院学报(自然科学板)，1999年3期，1999．7 25-27
26．任永川，吴镇扬，王卫斌，双缓冲区技术在数字音频实时处理中的应用，电声技术，1999．5 37-39
27．严国荣，薛重德，一种基于声卡和 MATLAB 的信号采集和分析的方法，淮海工学院学报，第10卷，第1期，2001．3 11-14
28．谢小平，利用声卡采集生物医学信号，电子技术，2000年9期，44-46
29．吴炜煜，多媒体系统软件及应用没计，电子工业出版社，1996．12
30．黄荣怀，樊磊，多媒体程序设计，北京师范大学出版社，1996．1
31．周长发，多媒体计算机的数字音频技术，电子工业出版社，
32．钟玉琢，多媒体技术，清华大学出版社
33．[美]Ben Ezzell Jim Blaney 著，邱仲潘等译，Windows98 高级开发指南，电子工业出版社，1999．9
34．陈敏健，任汝学，刘艳梅，虚拟仪器软面板设计，自动化与仪器仪表，1999年第5期(总第85期)28-30
35．朱宏辉，佟力，一种实用的虚拟仪器软面板设计技术，自动化与仪器仪表，2000年第5期(总第91期)
36．杨乐平，吕英军，虚拟数字示波器的设计与实现，电子技术应用，2000年第7期，28-30
37．张凤均等，LabWindows／CVI 开发入门和进阶，北京航空航天大学出版社，2001．8
38．刘君华等，虚拟仪器编程语言教程，电子工业出版社，2001．8
39．张易知，肖啸，张喜斌，卫跃春等，虚拟仪器的设计与实现，西安电子科技大学出版社，2002．1
40．懂邵平，陈世耕，王洋，数字信号处理基础，哈尔滨工业大学出版社，1998．1
41．北京中科泛华测控技术有限公司，LabWindows／CVI基础教程
2．北京普源精电科技有限公司，虚拟仪器概述
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30．黄荣怀，樊磊，多媒体程序设计，北京师范大学出版社，1996．1
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