許凡

摘要：利用計(jì)算機(jī)聲卡作為聲音信號(hào)采集的硬件，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于LabVIEW和聲卡的聲音信號(hào)采集與識(shí)別系統(tǒng)，它可以通過(guò)電腦上的聲卡采集樣本和待測(cè)聲音信號(hào)，并對(duì)采集的信號(hào)加以存儲(chǔ)和顯示波形，能夠存儲(chǔ)的信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，最終能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)聲音信號(hào)的識(shí)別。

關(guān)鍵詞：聲卡;LabVIEW;聲音采集

引言

聲音識(shí)別系統(tǒng)是利用PC聲卡對(duì)聲音進(jìn)行采集。在LabVIEW中對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)和重載，并對(duì)聲音信號(hào)處理后提取關(guān)鍵參量進(jìn)行比對(duì)。比對(duì)結(jié)果比較準(zhǔn)確，可以判斷錄入聲音的相似性，實(shí)現(xiàn)聲音識(shí)別功能。系統(tǒng)具有成本低，交互性高，便捷的優(yōu)點(diǎn)，具有一定的應(yīng)用前景。系統(tǒng)的核心是聲音匹配。識(shí)別過(guò)程中對(duì)錄入的聲音的基礎(chǔ)特征有配對(duì)要求。這需要對(duì)聲音的音頻有準(zhǔn)確的記錄和配對(duì)。但是這可以是聲音密碼鎖的一大好處，習(xí)慣的語(yǔ)速總是難以被人模仿的，因而其可靠性得以提高。在采樣與配對(duì)的過(guò)程中，聲音的分析是關(guān)鍵，在轉(zhuǎn)換過(guò)程中無(wú)法避免出現(xiàn)的失真需要盡量的減少，否則聲音密碼鎖的精確度將受到很大的限制。而所提供的硬件在這方面可能不能實(shí)現(xiàn)的很好，只能盡量做到精確，減小失真度。

1、硬件設(shè)計(jì)

筆記本電腦一般使用耳麥二合一接口，沒(méi)有Line?in，因此我們只采集聲音信號(hào)。首先對(duì)聲卡進(jìn)行設(shè)置，將聲卡的采樣率設(shè)為44100Hz，通道形式設(shè)為雙聲道，采樣位數(shù)設(shè)為16 bit。

2、軟件設(shè)計(jì)

2.1按鈕模塊

在前面板生成一個(gè)“開(kāi)始錄音”按鈕，只有當(dāng)單擊按鈕時(shí)，才開(kāi)始準(zhǔn)備錄制聲音。

算法實(shí)現(xiàn)為：外層為While循環(huán)，將出錯(cuò)信息和“開(kāi)始錄音”按鈕取“或”，作為循環(huán)停止的條件。這樣，在單擊“開(kāi)始錄音”按鈕之前，程序一直處于執(zhí)行這一循環(huán)狀態(tài)，即等待錄制命令的下達(dá);當(dāng)單擊“開(kāi)始錄音”按鈕之后（或有出錯(cuò)信息），程序?qū)⑻鲞@一循環(huán)，開(kāi)始進(jìn)入到后面的錄制環(huán)節(jié)。

2.2等待模塊

在單擊“開(kāi)始錄音”按鈕后，程序進(jìn)入這一模塊。此模塊的功能是：當(dāng)用戶還沒(méi)有發(fā)出聲音時(shí)，系統(tǒng)不會(huì)將聲音錄入;只有當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到的聲音信號(hào)幅值超過(guò)一個(gè)設(shè)定閾值后，才開(kāi)始對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行采集。這一模塊的作用是避免系統(tǒng)對(duì)聲音的錯(cuò)誤記錄。

算法實(shí)現(xiàn)為：外層為While循環(huán)，每循環(huán)一次，就將聲卡采集的信號(hào)用“提取單頻信息”模塊提取波形的主頻率的幅值進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)幅值高于設(shè)定的門(mén)限（15）時(shí)，退出While循環(huán)，進(jìn)入后面的錄制程序模塊。

2.3錄制模塊

當(dāng)有聲音信號(hào)輸入時(shí)，就進(jìn)行一次信號(hào)采集，然后等待下一次輸入，直到按下“停止”按鈕或者記夠6次。

算法實(shí)現(xiàn)為：用While循環(huán)對(duì)輸入的聲音信號(hào)進(jìn)行依次采樣，每次采集前都需要進(jìn)入等待模式，以防止聲音的錯(cuò)誤記錄。

2.4錄音保存

采集數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)發(fā)送到緩存，然后通過(guò)“寫(xiě)入波形文件”vi將來(lái)自波形或波形數(shù)組的數(shù)據(jù)寫(xiě)入dat文件。 通過(guò)這些vi便可以實(shí)現(xiàn)聲音信號(hào)的采集，并將其存儲(chǔ)為dat格式的文件。待測(cè)聲音的采集和保存和處理與樣本聲音的類(lèi)似。

2.5聲音識(shí)別模塊

聲音的比對(duì)和判斷是這個(gè)程序的核心內(nèi)容，所以也是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容。算法實(shí)現(xiàn)為：使用“取整”模塊對(duì)從“提取單頻信息”模塊中得到的樣本聲音和待測(cè)聲音的頻率序列取整數(shù)，再對(duì)取整后的兩個(gè)時(shí)間頻率序列序列做比較（設(shè)定一個(gè)樣本的誤差范圍，看待測(cè)時(shí)間序列值是否在該范圍內(nèi)），幅值的比較和頻率的類(lèi)似，最后通過(guò)指示燈顯示比對(duì)結(jié)果。若待測(cè)聲音頻率和幅度序列均在設(shè)定的樣本聲音誤差范圍內(nèi)，則相應(yīng)的燈響應(yīng)。當(dāng)所有元素均在閾值范圍內(nèi)時(shí)，表示聲音完全匹配。程序如下圖所示：

結(jié)論

結(jié)果有三種情況，分別是：匹配、不完全匹配、不匹配。兩個(gè)聲音的頻率的差值小于等于50，為匹配，兩個(gè)聲音的幅值的差值小于等于0.01為匹配，然后這兩個(gè)的值相與，指示燈的顯示即為最終結(jié)果。本文用LahVIEW軟件設(shè)計(jì)的聲音識(shí)別系統(tǒng)，經(jīng)仿真測(cè)試結(jié)果表明，具有一定的實(shí)用性為進(jìn)一步提高系統(tǒng)的識(shí)別的準(zhǔn)確性，硬件方面可進(jìn)步提高聲卡的性能參數(shù)軟件方面可對(duì)信號(hào)分析群分的程序進(jìn)一步優(yōu)化。

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