虚拟音频处理平台的研制 (毕业论文48页、15533字)
摘要：虚拟仪器具有硬件功能软件化、更新较快和经济实用等特点。Labview作为一种强大的虚拟仪器开发平台，广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，被视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。传统音频处理器件一般用频率计、示波器以及频谱仪等组合成为一套系统，但具有功能单一、高成本、中间环节多，各环节间接口匹配较为困难，使用麻烦且测量结果也不准确等缺点。利用LV设计得到的虚拟音频处理仪则可以仅通过普通的声卡实现对语音信号的分析与识别，并可以达到较为理想的效果。
Labview具有对声卡进行初始化的特点，利用这一点可以实现对语音信号的采集、重载以及分析功能；并且在Labview能够对Matlab脚本文件进行调用的背景下，充分结合两者的优势，利用矢量量化的方法和LBG 聚类算法实现了对小词汇、孤立词的识别，设定阈值以判断并且显示输入语音的人员是否为合法人员。

关键词：虚拟仪器；LABVIEW；语音分析；语音识别

 
The design of virtual volume analysis platform
Abstract： The virtual instrument has the software function of the hardware, fast upgrate, the economical and practical functions. Labview as a powerful virtual instrument development platform, has been widely accepted by industry, academic and research laboratories as a standard data acquisition and instrument control software. Traditional audio frequency devices always composed of Cymometer, Oscillograph and Spectral appearance, have the shortcoming of single functions, expensive, intermediate links are many, is comparatively difficult for the indirect mouth of every link to match, trouble to use and inaccurate. Utilize LV to design the virtual volume analysis can only through the ordinary sound to realize analysis fictitious, and can reach the result being satisfactory relatively.
After studied Labview’s function, and knew that the Labview has the function of INIT the sound card, so I studied to making use of it to acquisition , load again and analysis volume. Under the background of being able to carry out invoking on MATLAB script document in Labview, so tied the both advantage sufficiently. Through makes use of vector quantization method and LBG cluster-algorithm to made the identification about minor vocabulary , isolates the word have come true, and though set up threshold value to judge and demonstrate if the person who imports pronunciation is a legal personnel.

Key words:  Virtual instrument,  Labview,  Volume analysis，Volume Recognition

目    录

第1章  绪  论 1
1.1.   引言 1
1.2.  虚拟仪器技术 2
1.2.1  虚拟仪器概述 2
1.2.2  虚拟仪器的原理和特点 3
1.2.3  虚拟仪器的现状和发展 6
1.3  音频处理仪器 6
1.3.1  用途 6
1.3.2  现状 6
1.4  虚拟式音频处理平台研制的意义 7
第2章  系统整体设计 9
第3章  虚拟音频处理平台的搭建 11
3.1  声卡工作原理及其性能指标 11
3.2  labview简介 11
3.3  语音识别概述 13
3.3.1  语音识别的发展历史 13
3.3.2  说话人识别的难处 13
3.3.3  语音识别方法 14
3.4  系统平台搭建 14
3.4.1  数据采集与分析的系统设计 14
3.4.2  矢量量化的语音识别的系统设计 17
第4章 系统整体框架的实现 26
4.1  语音采集部分 26
4.2  数据保存部分 27
4.3  数据分析以及重载部分 29
4.4  语音识别部分 32
4.5  系统的整合 37
结    论 41
致    谢 42
参考文献 43

 
第1章  绪  论
1.1.   引言　
音频是多媒体中的一种重要媒体，我们能够听见的音频信号的频率范围大约是 20Hz到20kHz。其中语音大约分布在300Hz—4kHz之内，而音乐和其他自然声响是全范围分布的。声音经过模拟设备记录或再生，成为模拟音频，再经数字化成为数字音频。这里所说的音频分析就是以数字音频信号为分析对象，以数字信号处理的各种理论为分析手段，提取信号在时域、频域内一系列特性的过程。　
各种特定频率范围的音频分析有各自不同的应用领域。如对于300—4kHz之间的语音信号的分析主要应用于语音识别，其用途是确定语音内容或判断说话者的身份。而对于20—20kHz之间的全范围的语音信号分析则可以用来衡量各类音频设备的性能。所谓音频设备就是将实际的声音拾取到将声音播放出来的全部过程中需要用到的各类电子设备，例如话筒、功率放大器、扬声器等。　
衡量音频设备的主要技术指标有频率响应特性、谐波失真、信噪比、动态范围等等。目前市场上已经出现了可用于测量音频设备的各类分析仪器，例如失真度分析器、频谱分析仪、频率计数器、交流电压表、直流电压表、音频示波器等。
这些基于各种功能电路的机架式硬件仪器使用简便、测量精度较高，前已经获得了广泛的应用。但是经过分析不难发现，这些用于音频分析的硬件仪器有许多自身难以克服的固有缺陷，主要表现如下： 　
1、功能较为单一。每种仪器都只有少数几种功能，要进行一次完整的测量必须人工整合数种不同的仪器，这显然给使用者带来了一定的困难。　
2、图形显示功能较差。在对音频设备进行音频测量分析时，需要用到大量的曲线、图表，传统的硬件仪器虽然能够提供一定的时域波形显示及频谱显示功能，但读数困难，图形的可操作性差，难以满足用户的要求。存储打印功能不强，音频测量中会产生大量测量数据和分析结果，对于这些有价值的数据，传统的硬件仪器难以提供方便的存储功能。 　
3、可扩展性差，仪器功能不能灵活增减。用户购置的硬件仪器一旦过时，难以升级，只能购置新的仪器。价格昂贵，用户难以承受。进行一次完整的音频测量及分析至少需要用到低失真音频信号源、交直流电压表、频率计、示波器、失真度测量仪、频谱分析仪等多种硬件仪器，购买整套的测试系统花费极大。
据此有必要寻求一种新的仪器设计技术，这种技术能够针对传统仪器的缺点加以改进。虚拟仪器的思想，就是在仪器设计领域引入全新的设计理念，采用全新的设计方法，使得传统的硬件仪器的固有局限得到完全的克服。采用虚拟仪器技术设计出来的音频分析仪器就是虚拟式音频分析仪。 　
1.2.   虚拟仪器技术
1.2.1  虚拟仪器概述[ ]　
现代计算机技术和信息技术的迅猛发展，引起了测量仪器和测试技术的巨大变革。传统的测量仪器和测试技术已经不能满足人们日益增长的需要，测量仪器出现了从模拟化到数字化再到智能化的一系列转变，各种新的思想观念不断涌现，为古老的测量测试行业注入了新的活力。观念的进步主要表现在以下一些方面：
1、硬件功能软件化　
随着微电子技术的发展，微处理器的速度越来越快，价格越来越低，已被广泛应用于仪器仪表中，使得一些实时性要求很高，原本由硬件完成的功能，可以通过软件来实现。甚至许多原来用硬件电路难以解决或根本无法解决的问题，也可以采用软件技术很好地加以解决。数字信号处理技术的发展和高速数字信号处理器的广泛采用，极大地增强了仪器的信号处理能力。数字滤波、FFT、相关、卷积等是信号处理的常用方法，其共同特点是，算法的主要运算都是由迭代式的乘和加组成，这些运算如果在通用微机上用软件完成，运算时间较长，而数字信号处理器通过硬件完成上述乘、加运算，大大提高了仪器性能，推动了数字信号处理技术在仪器仪表领域的广泛应用。 　
2、仪器功能集成化 模块化
大规模集成电路LSI技术发展到今天，集成电路的密度越来越高，体积越来越小。内部结构越来越复杂。功能也越来越强大，从而大大提高了每个模块进而整个仪器系统的集成度。模块化功能是现代仪器仪表的一个鲜明的特征，它使得仪器更加灵活，仪器的组成更加简洁，比如在需要增加某种测试功能时，只需增加少量的模块化功能硬件，再调用相应的软件来使用此硬件即可。 　
3、仪器参数修改实时化
随着各种现场可编程器件和在线编程技术的发展，仪器仪表的参数甚至结构不必在设计时就确定，而是可以在仪器使用的现场实时置入和动态修改，从而使仪器仪表更灵活地适应现场的实际测试环境。
4、仪器硬件平台通用化
现代仪器仪表强调软件的作用，选配一个或几个带共性的基本仪器硬件来组成一个通用硬件平台，通过调用不同的软件来扩展或组成各种功能的仪器或系统。一台仪器或一个仪器系统大致可分解为三个部分：1)数据的采集；2)数据的分析与处理；3)存储、显示或输出。传统的仪器是由厂家将上述三类功能部件根据仪器功能按固定的方式组建，一般一种仪器只有一种或数种功能。而现代仪器则是将具有上述一种或多种功能的通用硬件模块组合起来，通过编制不同的软件来构成任何一种仪器。 　
上述的四个特征是对现代仪器技术发展的要求。其中，硬件功能软件化作为核心特征直接保证了其它特征的实现。虚拟仪器的思想正是以硬件功能软件化为基础，倡导“软件就是仪器”的思想。按照虚拟仪器的设计方法，一套完整的虚拟仪器被抽象为各个功能模块，然后将软件技术中的模块化概念运用到功能模块的实现中来，极大地提高各功能模块乃至整个系统的开发效率，由于具备了功能软件模块化的特征，因此也保证了系统高度的灵活性和开放性，不仅如此，软件设计的灵活性同时也保证了虚拟仪器参数标定与修改实时化的顺利实现，而虚拟仪器所依托的个人电脑通用平台更是硬件平台通用化的直接体现。由此可见虚拟仪器的出现顺应了硬件功能软件化的发展趋势，虚拟仪器技术必将成为仪器设计实现的主流技术。