摘 要

进入信息化时代，各种各样的信号充斥在身边，比如光波信号、电磁信号、音频信号、震动信号等。为了能充分利用这些信号，需要对这些信号有一个全面而深入的分析。所以本课题虚拟仪器技术和计算机声卡为物质基础，充分发挥计算机强大的数据处理功能，开发了一款数字信号分析系统。此系统用图形化G语言编写程序，实现了信号的基本运算、信号降采样、信号特征值的提取、信号的频谱分析、FIR加窗滤波器设计及实时处理音频信号等功能，该系统对于信号的分析有着重要的指导意义。

本文的特色有以下两点：

1. 利用计算机声卡采集数据，降低了设计成本。
2. 利用LabVIEW能设计出友好的人机交互界面，方便使用。
3. 对音频信号进行实时分析 ，处理效果明显。

关键词：虚拟仪器；信号分析；频谱分析；音频信号

Abstract

Into the information age, a variety of signals filled in the side, such as light signal, electromagnetic signals, audio signals, vibration signals. In order to take full advantage of these signals, there is a need for a comprehensive and in-depth analysis of these signals. Therefore, the virtual instrument technology and computer sound card for the material basis, give full play to the computer's powerful data processing functions, the development of a digital signal analysis system. This system uses the graphical G language to write the program, realized the basic operation of the signal, the signal down sampling, the signal eigenvalue extraction, the signal spectrum analysis, FIR window filter design and real-time processing audio signal and so on, the system for the signal Analysis has important guiding significance.

The characteristics of this article have the following two points:

(1)he use of computer sound card to collect data, reducing design costs.

(2)the use of LabVIEW to design a friendly human-computer interface, easy to use.

(3)the audio signal for real-time analysis, processing effect is obvious.

Key Words：Virtual instrument; signal analysis; spectrum analysis; audio signal

目录

1 绪论 1

1.1 课题研究的背景、目的及意义 1

1.2 课题的国内外研究现状 1

1.3.1 数字信号处理系统简介 2

1.3.2 方案总体设计 2

1.3.3 信号的产生方式 2

2 虚拟仪器与LabVIEW 3

2.1 虚拟仪器介绍 3

2.1.1 虚拟仪器的构成 3

2.1.2 虚拟仪器的特点 3

2.2 LabVIEW介绍 4

2.2.1 LabVIEW的发展历程 4

2.2.2 LabVIEW的编程环境 5

2.2.3 LbVIEW处理信号的优势 5

3 系统软件设计 5

3.1 登录系统 5

3.1.1 设计思路 6

3.1.2 设计方法 6

3.2 信号的基本运算 6

3.2.1 设计思路 6

3.2.2 设计原理 7

3.2.3 设计方法 7

3.3 信号特征值提取 8

3.3.1 设计思路 8

3.3.2 设计原理 8

3.3.3 设计方法 8

3.4 信号的抽样 9

3.4.1 设计思路 9

3.4.2 设计原理 9

3.4.3 设计方法 11

3.5 FIR加窗滤波器的设计 12

3.5.1 设计思路 12

3.5.2 设计原理 12

3.5.3 设计方法 13

3.6 频谱分析 14

3.6.1 设计思路 14

3.6.2 设计原理 14

3.6.3 设计方法 16

3.7 音频信号处理 16

3.7.1 设计思路 16

3.7.2 设计原理 16

3.7.3 设计方法 17

4 系统整体调试 18

4.1 系统登录 18

4.2 信号运算 18

4.3 信号特征值提取 19

4.4 信号的抽样 20

4.5 FIR加窗滤波器的设计 20

4.6 频谱分析 21

4.7 音频信号处理 21

4.7.1 磁盘音频信号处理 21

4.7.2 声卡采集音频信号处理 23

5 结论 24

参考文献 25

致谢 26

1 绪论

1.1 课题研究的背景、目的及意义

在我们日常生活中信号无处不在、比如电话语音、鸟鸣、无线WIFI信号、图像与视频、心脏跳动、汽车振动^[1]。通过这些信号，人们可以获得很多有用信号，如系统状态（如心脏状态、呼吸情况、发动机运行状态）、异常信息（如系统警报、异常、错误、故障），建立更多的社会联系方式，方便人们的生活。当人们在享受现代科技带来的便捷的时候，是否思考信号是怎样让我们的生活变得如此多姿多彩呢？这个过程涉及了许多技术原理，如信号的识别、降噪、调制、滤波等，这些环节就离不开信号的分析、处理了。近代，数字计算机的出现和大规模集成技术的高速发展，尤其是虚拟仪器技术的出现，为信号处理提供了强有力的手段。

本课题主要利用虚拟仪器软件平台LabVIEW设计一个信号分析处理系统，用来对信号进行相应的运算、提取特征值、采样、滤波、频谱分析等操作^[2]。目前国内对信号分析处理还是使用的传统仪器，而利用LabVIEW开发一款信号分析处理系统可以解决传统仪器功能单一、操作繁琐、费用昂贵、误差大精度不高的问题。