摘 要

借用美国ＮＩ公司开发的LabVIEW软件提供的虚拟仪器为开发平台，设计一款可以实现同步声音信号的采集，回放，声音比较处理等功能的软件．利用LabVIEW软件相应的声音写入模块存储模块，读取模块，波形函数处理对比等模块来实现对音频信号的采集功能、存储功能、信号时域频域分析等功能，并且实时显示波形函数进行对比分析得到歌声的分数评价。

关键词：LabVIEW；信号处理；波形分析 ；歌声评价

Abstract

Using the virtual instrument provided by LabVIEW software developed by Ni company as the development platform, this paper designs a software which can realize the functions of synchronous sound signal acquisition, playback, sound comparison processing, etc Can, signal time-domain frequency-domain analysis and other functions, and real-time display waveform function for comparative analysis to get score evaluation of songs.

Key words: LabVIEW; signal processing; waveform analysis; Song evaluation

目录

1. 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2 国内外发展趋势 2

1.3 本文的主要内容及工作安排 3

2. 虚拟仪器软件介绍 4

2.1 虚拟仪器与传统仪器的区别 4

2.2 LabVIEW软件的使用 4

2.3 LabVIEW软件在处理信号时的优势 9

2.4 信号分析处理的方法 9

3. 声音信号采集与分析软件的结构框图 11

3.1 程序设计构思分析 11

3.2 数据采集与存储界面 11

3.3 波形回放 12

3.4 数据分析 12

4. 基于LabVIEW的仿真结果 14

4.1 运行前的参数设定 14

4.2 运行实时歌声录音评价 15

4.3 运行音乐回放对比 16

5. 结论 18

6. 参考文献 19

7. 致谢 20

绪论

本文充分利用了LabVIEW软件设计了一款可以实现歌声信号采集与歌声评价的系统，可以比较全面地对声音信号进行采集和数据分析评价。因为LabVIEW软件使用的是图形化控件编程。所以使用起来操作简单、不存在成本，而且LabVIEW这款软件还与传统仪器拥有基本相同的可操作性和真实性。

课题研究背景

21 世纪科技中的三大核心包括仪器技术、计算机通信技术和网络技术，它们是信息技术的主要构成部分^[1]。在电路和测控领域中面临的问题随着现代化信息科学技术发展的不断发展，现如今己经变得十分困难，而且因为传统仪器因为价格昂贵以及普适性太低，使得在传统的仪器在信号采集和信号分析时显得越来越鸡肋。在现代的科研实验中我们经常发现，就是在设计出新的测控电路图纸时，现代的仪器设施却因为跟不上时代的需求而难以运用到实际生活中，在浪费大量时间在传统实验仪器上而得不到较好的结果。但是现在，我们有了一种能够很方便解决这一困难问题的解决方案，那就是使用"虚拟仪器"，，"虚拟仪器"是基于计算机平台而开发出的一款可以实现与传统仪器相同功能的软件。虚拟仪器利用计算机来模拟信号分析可以较为方便的完美解决这类问题。

而这次实验，我们将利用LabVIEW这款虚拟仪器软件。因为LabVIEW软件使用的是图形化控件编程。所以使用起来操作简单、不存在成本，而且LabVIEW这款软件还与传统仪器拥有基本相同的可操作性和真实性。此外LabVIEW的图形编程因为其自带的丰富的函数库，使用图形编程进行编程工作，而不是类似c ，java等传统计算机语言使用那些并不直观的代码语言，而现在由于LabVIEW软件的出现计算机编程变得越来越为简单实用。

随着测试仪器发展，计算机技术与测试仪器的技术相结合，随之而出现的虚拟化仪器技术也就是诸如LabVIEW这类软件的使用逐渐成为了测试仪器技术中至关重要的组成元素。随着虚拟仪器技术的出现，彻底改变了学校实验教学中因为使用了传统仪器而滞后于信息时代的现状。因为在学校实验室，如果想紧跟科学技术的发展需要用户不断更新教学与实验设备等硬件设施，但是传统仪器受限于使用寿命，定制造价等问题无法及时实现升级换代。但是LabVIEW软件基于计算机模拟的信号采集和信号分析功能则可以很好的解决这个问题。虚拟仪器在科学研究中最大的优势在于其开放性和扩展性，虚拟仪器几乎可以替代传统仪器的所有功能并扩展其应用功能，这些都是虚拟仪器的价值的体现。以上种种优点无不说明了LabVIEW软件在信号分析领域得到广泛应用。

国内外发展趋势

21世纪科技中的三大核心包括仪器技术、计算机通信技术以及网络技术，它们是信息技术构成部分。许多发达国家像美国就从1980就开始大力发展虚拟仪器应用技术，美国国家仪器公司就率先开始发展虚拟仪器技术。与此同时其他的也开始竞相发展相关技术。到1990年，虚拟仪器的技术日渐成熟，NI公司开始进行虚拟仪器的推广活动知道现在。自从信息技术的飞速发展，以及虚拟仪器概念的提出以来， 直到今天，由于现代计算机技术、网络技术和测量技术的融合，巨大的变革压力来到了传统仪器之上。

面对现代技术对传统技术的冲击威胁，越来越多的传统仪器厂商开始了新的变革包括美国国家仪器公司的多家仪器公司开始把研究重心放在研究虚拟仪器之上。如今越来越多的虚拟仪器软件被开发出来，而正是因为如此，我们才得以利用这些前人优秀的成果，来设计出各种各样优秀的产品。虚拟仪器的变革不仅对厂商来说拓宽了产品线，对使用者者来说更是如虎添翼，虚拟化仪器的使用不仅降低了生产开发的成本，而且显著提高的开发速率，降低了使用者的学习成本，使得像LabVIEW这类虚拟仪器产品得以广泛的运用。随着知识经验不断地累积，人们对于虚拟仪器的研究越来越深入，发展越来越迅速，虚拟仪器已经遍布我们生活，各行各业特别是信息电子等行业中，虚拟仪器软件已经成了不可或缺的一部分。特别是芯片行业，像PLD(Programmable Logic Device)由虚拟设备来取代实体设备，可以显著的降低其生产成本，采用了虚拟仪器，就能更加方便的更新生产模式，改变产品架构。虚拟仪器在逐渐将传统仪器淘汰的过程中，也在自我迭代更新，因为硬件设施的不断更新，虚拟软件也不断的在通过更新来兼容各种硬件设施。就目前而言，在万能的互联网上，只要需要搜索相关关键字便可以找到与硬件相兼容的软件设施。将硬件通过一根USB线就可以与电脑中的软件形成关联。数据就由硬件传输到计算机实时显示出来了，再经过一系列的数据分析，就能得到各种想要的结果。

不仅仅只在工厂企业中发挥着极大的作用，在各大高校也发展着相关技术的研究，就武汉理工大学而言就有开设虚拟仪器如LabVIEW的课程研究。以及NI公司设计的多功能数据采集卡，通过自主研发的数据采集装置，研究出具有采集分析及特征提取作用的脑电模型信号测量系统^[2]。中科院有以LabVIEW为平台设计出同步辐射实验系统，该系统展示出G语言对于其它编程语言而言有更加利于实验的持续发展性能，越来越多的大型综合实验实例也开发出基于LabVIEW的虚拟仪器技术并运用到教学教育，测试技术等课题之中^[3]。

本文的主要内容及工作安排

本文主要利用LabVIEW软件开发平台，通过使用电脑自带的声音采集卡来进行的关于声音数据信号的采集，分析，从而设计的一个基于Lab VIEW的歌声信号采集与数据分析系统，为了收集到歌声音频信号，我们需要一个作为收集歌声用的音频采集储存模块，还需要一个能够播放音频的音频信号播放模块，最后为了能合理的评价歌声，我们还需要一个声音信号对比模块。信号的采集部分是通过笔记本电脑自带的声卡来完成的，声卡设计一个运行简单的用于测量声音信号采集的系统，利用Lab VIEW软件、声卡硬件就可以做出一个简易的声音采集装置。声音的播放功能，相当于一个软件系统，用LabVIEW所带的各种声音函数模块就能轻松实现该功能。声音的评价对比部分，需要对采集到的音频信号做合理的数据分析。本试验主要是对频域信号分析主要包括幅值谱分析、相位谱分析和功率谱分析这三大部分的内容^[4]

虚拟仪器软件介绍

虚拟仪器与传统仪器的区别

虽然虚拟仪器是基于传统仪器开发的，在使用虚拟仪器是也会感叹与传统仪器的使用方式并无区别，当然这就是虚拟仪器的独特之处了，通过虚拟的软件来模拟真实的仪器，这样不仅更加智能，更加方便，也更加迅速，在生产开发成本上几乎能实现0成本。这些无不说明了虚拟仪器的优势之处。硬件平台和软件平台共同构建了整个虚拟仪器平台。在虚拟仪器，其主要的软件组件：I / O访问仪器驱动程序，VISA库和相关应用软件^[5]。虚拟仪器前面板的软件部分具有一个程序来实现程序的设计和功能的定义的功能。虚拟仪器的主要硬件部分是一台计算机和I / O接口硬件这两个内容。

LabVIEW软件的使用

LabVIEW翻译为实验室虚拟仪器工程工作台，是由美国NI公司开发的一款虚拟仪器平台软件。此软件与其他编程软件拥有者不同点，在于其软件本身是使用的是一种使用图形化的语言，创造者称其为Graphical Programing Language也就是大家常说的G语言。它包含多种控件，函数选板，工具选板和各种功能库便于用户设计相应的拥有强大的系统。与使用基于文本的程序代码的传统编程语言相比，例如C ，java或python是完全不同的^[15]。LabVIEW软件通过连接各种函数形成程序框图，使用这种语言编程时，不再需要编写程序代码^[6]。