音频信号采集及格式转换的研究与实现 (毕业设计49页、16850字)
摘要：音频信号采集技术在现今社会有非常广泛的应用，如在语音录放系统、网络语音通讯、生物医学信号处理等领域都有举足轻重的作用，而音频转换技术则在电视广播领域有着广泛的运用，是广播电视数字化的必然要求。本课题在硬件方面通过采用数据采集板将模拟信号数字化，并将转化的信号读入PC机，得到数据存入内存空间。软件部分运用Delphi语言进行面向对象的编程，完成对S48、PCM格式音频文件的识别和信息分析，调用Windows系统中的ACM函数实现两种格式间任意相互转换，同时源文件及目标文件可选，格式参数可选，转换进度可见。完成系统设计及实现后，对其进行测试，不断完善，最终使系统功能确切、性能稳定。

关键词：音频采集；格式转换；Delphi

Research and Implementation of Audio Signal Acquisition and Format Conversion
Abstract：The technology of audio signal acquisition in today has a very wide application, such as voice recording and playback system, the network voice communications and biomedical signal processing. Audio conversion technology in the broadcasting field has widespread application. It is an inevitable requirement in digital radio and television field. Analog signal will be digitized by using data acquisition board in hardware part of this subject. The signal will be transformed to PC, which will be deposited in data memory space. By using Delphi language for object-oriented programming, it can accomplish identification and analysis information of S48 and PCM audio format file. Calling Windows system to achieve the ACM function to converse between two arbitrary formats, meanwhile, the source and target document and parameters of the format are optional. Conversion progress can be seen real-time. After complement of system design and implement, it is tested and perfected the system performance to achieve stability and function precise.

Keyword：Audio acquisition, Format conversion, Delphi
 

目    录

第1章 绪  论 1
1.1 系统开发的背景 1
1.2 系统开发的意义及其需求分析 2
1.3 系统开发的主要内容 3
第2章 系统设计 4
2.1 开发工具的简介 4
2.1.1 Delphi的特点 4
2.1.2 主要控件及其属性介绍 5
2.2 背景技术 5
2.2.1 面向对象编程 5
2.2.2 ACM音频压缩管理器 6
2.3 系统方案 6
2.3.1 系统硬件部分 6
2.3.2 系统软件部分 7
2.3.3 开发步骤 7
第3章 硬件系统设计 9
3.1 系统硬件构成 9
3.2 数据采集板 10
3.2.1 数据采集板的技术指标 10
3.2.2 数据采集板的工作原理 11
3.3数据采集系统接口程序 14
第4章 软件设计及其实现 16
4.1 软件设计步骤 16
4.2 软件界面设计 17
4.3 文件单元设计及实现 18
4.3.1 文件的打开 18
4.3.2 文件的保存 19
4.3.3 文件的格式 19
4.3.4 文件读写单元设计及其实现 20
4.3.5 格式信息分析 21
4.4 音频格式转换 25
4.4.1 音频文件格式的生成 25
4.4.2 同种采样率的异种音频转换 26
4.4.3 不同格式不同采样率间的转换 27
4.5 转换进度信息 28
4.6 出错处理 30
第5章 系统测试 31
5.1 测试原则和步骤 31
5.2 测试结果 32
结  论 33
参考文献 35
附录1 36
附录2 42

 
第1章 绪  论
1.1 系统开发的背景
国家广电总局正式颁布的标准GY/T 168-2001中制定的BWF格式标准以MUSICAM格式为基础，完全支持当前使用的S48格式，BWF还提供接口兼容各种未来可能发展的编码方式，所以现在可以放心地用S48格式来建设音频资料库。S48格式已经成为广播音频工作站和自动化播出工作站的标准格式，它具有优秀的声音质量又满足了广播音频编辑的精度要求，合成速度一流，为编辑主持人制作节目节省了大量时间。S48格式比WAV格式节省了近6倍的存储空间，增加了音频文件的存储容量，提高了在网络中的拷贝（传播）速度，也就降低了网络流量，为播出网络的安全和维护提供了方便[1]。我们刚刚向数字化时代迈进，我们对数字音频技术的认识还尚肤浅，处于不断摸索、不断学习的过程。
PCM脉码调制数字音频格式是70年代末发展起来的，记录媒体之一的CD，80年代初由飞利浦和索尼公司共同推出。PCM的音频格式也被DVD-A所采用，它支持立体声和5.1环绕声，1999年由DVD讨论会发布和推出的。PCM编码的WAV文件是音质最好的格式，Windows平台下，所有音频软件都能够提供对它的支持。Windows提供的WinAPI有不少函数可以直接播放WAV。因此，在开发多媒体软件时，往往大量采用WAV，用作事件声效和背景音乐。PCM编码的WAV可以达到相同采样率和采样大小条件下的最好音质。因此，也被大量用于音频编辑、非线性编辑等领域。特点：音质非常好，被大量软件所支持。适用于：多媒体开发、保存音乐和音效素材。
这样来说，音频格式S48与PCM的转换格式变得更加重要。在电台的日常工作中常常需要在WAV格式和S48格式之间来回的转换。例如，自动化播出音频文件格式为S48，但是节目制作经常采用CD抓轨软件来引用CD音乐，这样可以节省许多时间，而抓轨软件的格式通常都是WAV格式的；S48格式的编辑精度只有24ms，编辑软件也不支持降噪、EQ等常用的软件效果器，所以有些高标准的精品节目有必要先用CoolEdit、sam2496等音频制作软件录制成WAV格式，再经过软件效果器仔细处理后再转换回S48格式播出；至于把S48格式转换为WAV格式最典型的应用就是把制作完成的播出节目刻录成CD以便与外界交流[2]。
1.2 系统开发的意义及其需求分析
在电视和广播的节目制作中，编辑精度和多代复制的质量是用户关心的首要问题，在此基础上，希望码率更低。MP2（MPEG-1 layer 2）声音压缩格式由于其适当的复杂程度和优秀的声音质量，以及高质量的压缩和高效率的编辑性能正在数字演播室、DAB、DVB 等数字节目的制作、交换、存储、传送中得到广泛应用，成为数字音频工作站和自动播出领域内事实上的标准。
在广播电视系统里用到的 MP2 格式中，S48又是最常见的一种。S48 音频格式一般指比特率为 256kb/s，采样频率为48KHZ的MP2格式。国家广电总局正式颁布的标准 GY/T 168—2001中制定的 BWF 格式标准以MUSICAM格式为基础，完全支持当前使用的S48格式，BWF 还提供接口兼容未来可能发展的编码方式，这意味着现在用S48格式建设的音频资料库可以长期稳定地使用下去。在广电的编辑和播出环节广泛使用到的MP2，却常常需要由其他格式的音频转换而来或转换成别的格式，例如，自动化播出音频文件为MP2，但节目制作时经常采用CD抓轨来引用CD音乐，这样得到的素材通常是WAV格式，需要转换为MP2才能播出；而把MP2格式转换为WAV最典型的应用之一就是把制作完成的节目刻录成CD以便保存或交流。若能快捷地实现两种格式间的任意转换，将会给现阶段节目素材的编辑、上传和下载带来很多方便[3]。
音频格式S48和PCM的转换在广播电视领域上面广泛使用，首先使我在音频格式转换上面有了一定的了解和研究，知道了广播电台音频格式S48的一些背景，以及为什么要进行格式转换。而且在研究过程中间使我收获很多有意义的经验，比如在查阅资料环节，根据关键词的搜索，可以得到相关连接的很多文章，这是在以前没有具备的能力。使我掌握基于Windows平台下基本编程方法和ACM处理流程，不同的方法具有不同的压缩比和还原音质，编码的格式和算法也各不相同；了解广播电视领域常用音频格式(S48、PCM)编码方法和关键参数；掌握Delphi平台下的软件设计和开发；掌握基本的音频信号处理技术和压缩基本算法；使自己具备一定的信号处理算法的实际编程能力。由于在研究中将使用强大的Delphi语言，所以我们必须在对该语言一无所知的情况下面进行自学，并且实现编程，这对我们来说既是困难也是挑战。我们将利用电子技术、信号处理、软件工程方面的基本方法与能力来解决问题，使我们有着具备理论联系实际的能力。

1.3 系统开发的主要内容
首先完成用数据采集板对信号的采集。然后完成对S48、PCM格式音频文件的识别和信息分析。最后实现两种格式间任意相互转换；码率、采样率等参数可选；转换过程准确可见；源文件及目标文件可选；再完成美观、易操作的软件界面。