实验选修课 虚拟仪器设计与应用
实验报告
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电子信息类(实验班) 基础教育学院 2015年12月 实验选修课 虚拟仪器设计与应用
基于LabVIEW的 双声道语音录制系统
目录：
一、 二、 三、 四、 五、
设计任务 使用设备 任务分析 设计步骤 结论与展望
实验选修课 虚拟仪器设计与应用
实验摘要：
此次实验要求设计一套语音信号录制系统：PC机上的声卡作为音频信号采集硬件，使用者使用话筒录音，将声音信号由声卡输进计算机，然后由该系统采集音频信号，在最后程序结束以后将该音频文件保存为WAV文件存储到计算机中。
录音系统设计流程为：设置声卡的工作模式和参数，为声卡的正常工作做准备；启动声卡采集输入的信号，并将其数字化，转换成计算机能处理的数据；将声卡采集获得的新数据显示出来，并将它添加到原有信号的存在数组中；停止声卡采集任务，释放占用的系统资源、并将采集的数据按指定格式进行保存。声音质量为双声道；在开始采集前，操作者可根据实际需要，更改采样位数（8位和16位）；
关键字：多声道、采样位数可调、录音系统。
一、 设计任务
1.内容
设计一套语音信号录制系统，即将PC机上的声卡作为音频信号采集硬件，使用者使用话筒录音，将声音信号由声卡输进计算机，然后由该系统采集音频信号，在最后程序结束以后将该音频文件保存为Wav文件存储到计算机 。 2.要求：
a)声音质量为双声道；
b)在开始采集前，操作者可根据实际需要，更改采样位数（8位和16位）；
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c)按下”开始”按钮时，才开始采集声音；
d)在采集过程中，按下”暂定”按钮，暂定声音的采集，再次按下“暂定”按钮，继续采集声音。
e)按下“停止”按钮，停止采集声音，并弹出保存文件的对话框，保存成*.wav文件
f)在前面板上实时显示波形，并显示录音时间
二、 使用设备
硬件组成：计算机、声卡、话筒（MIC）
软件组成：数据采集程序、数据处理程序及数据存储程序
三、 任务分析
1、录音系统设计流程：
a) 配置声卡（设置声卡工作模式和参数,为声卡正常工作做准备。选择“声音输入设置”函数,在“声音格式”处创建“录音格式”输入控件,该控件为3元素簇,可以控制“声道”、“采样频率”、“采样位数”的输入。）→b)采集信号（启动声卡采集声音信号,实现录音、暂停、停止功能,并将声音信号转换成计算机能够识别和处理的数字信号,作为后续程序的数据来源。）—→c)数据处理（将声卡采集获得的新数据显示出来，并将它添加到原有信号的存在数组中）→d)关闭声卡（停止声卡采集任务，释放占用的系统资源。并将采集的数据按指定格式进行保存）
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信号处理
2、 数据采集程序：数据采集程序要实现的任务就是用软件控制
声卡采集输入的信号，并将其转换为数字信号（即我们常说的数据）提供给后续程序处理。它为后续程序提供了一个数据来源。
b)数据采集程序的流程：
数据采集程序实例：
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3、 数据处理程序：
任务：实时波形显示，并将它添加到已有信号的存在数组中。 a)因为是实时显示采集信号的波形，因此我们需要用Waveform Chart来实现；
b)将新信号添加到已有信号的数组中，可通过移位寄存器实现。 4、 数据保存程序：
任务：在最后程序结束以后，将该音频文件保存为Wav文件存到计算机 。（注：有已经建好的“录音保存.VI”，可在D:\\Program Files\\National Instrument\\Labview7.1\\example\\Sound\\Sound.llb中调用，具体具体路径由安装LABVIEW软件的盘确定。） 录音保存.VI：
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5、 局部变量
局部变量主要是解决数据和对象在同一VI程序中的复用问题 a) 创建局部变量
b) 设定局部变量状态（读操作和写操作）
c) 逻辑型控制量使用局部变量时，要求其机械动作必须设为
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Switch状态。
暂停按钮：采用case循环如下图：
四、设计步骤
1、创建前面板
上半部分选择“垂直平滑盒”，下半部分选择“上凸盒”（操作：
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新式→修饰→垂直平滑盒/上凸盒）。颜色设置为上天蓝色、下浅白色，具体请（按住shift右击鼠标调出工具模板→颜色工具→在需要改变颜色处右击鼠标选择所需颜色）。
2、设置声卡参数
建立SI CONFIG（All Functions→graphics&sound→sound→sound input→SI Config），设置声卡参数，建立如下框图
3、控制录音开始
选择while循环(All Functions→structures), 采样间隔设置为200ms(All Functions→Time&Dialog→wait until next ms multiple),在停止条件接线端创建“录音”输入控件,将其按钮动作设置为“释放时转换”,同时在前面板创建“工作状态”指示灯,显示
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“未录音”与“录音中”,在程序框图中将这个布尔按钮放在while循环外,与“录音”控件相连。建立SI Start，启动声卡，并将SI Config的task ID out与SI Start的task ID in通过while循环连接。如图：
4、建立while循环作为整体部分
因为要实时显示并记录信号，因此采用while循环，并通过移位寄存器来实现将新信号添加的已有信号的数组中（移位寄存器使用：在while图框右击鼠标，选择Add Shift Register）。在前面板显示录音时间（All Functions→Time&Dialog→format date/time string）。
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5、暂停设置
创建case structure，设置逻辑型控制量。
a 、当逻辑值为真时，在case内部建立SI Stop和SI Start，两个函数之间建立while循环，延迟时间设为100ms，建立“暂定”的局部变量（创建局部变量：在逻辑控制量上右击→creat→local variable）与while的“停止”相连，并将其设为continue if ture(右击鼠标进行选择)。将SI Stop和SI Start的输出与输入经过whilel连接。将SI Stop的输入经过case图框与SI Config的输出相连。
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b 、当逻辑值为假时false:不对信号做处理。
6、停止设置
创建case循环和逻辑控制量，ture时创建SI Stop，false时直接通过
7、信号的输出
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声音数据的读取要用到“声音输入读取”函数来实现,其输出是双声道8位还是16位则由输入控件“声音格式”决定。由于输入控件“声音格式”是一个3元素的簇,因此要用到“按名称解除捆绑”函数,并将解除捆绑后的“采样位数”作为case条件结构的输入值。创建字符串常量,用文本显示控件显示声道的不同,默认是双声道8位。选择“波形图表”来实现声音波形的实时显示,将“声音输入读取”函数的“立体声8位/16位”输出端接到“波形图表”上,并将“波形图表”属性中的“外观”改成“2曲线显示”,便可实现数据的实时显示。将新信号添加到已有信号的数组中,可通过“移位寄存器”来实现,将“读取声音输入”函数的输出数组和录制过程while循环的移位寄存器数组连接成一个数组,再连回移位寄存器,便可将新信号不断地添加到已有信号数组中，具体操作如下：
建立cases tructure,使用簇分解函数将录音模式的三个量分解，选择其中的采样位数作为判断的输入，
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a 、若输入为\bit\，则使用Si Read，输出端口为stereo 8-bit，建立Waveform Chart，与输出端口相连。同时显示使前面板字符串“双声道8位”（All Functions→String→String Constant→输入“双声道8位”→建立显示量）。b 、若判断为\，则输出端口为stereo 16-bit，字符串显示“双声道16位”。
8、while的终止判断
将Si Read的错误输出用簇分解函数分解，选择其中的staus与停止逻辑控制量进行“与”判断，然后与while的停止连接。 9、关闭声卡：整个声音采集、数据处理过程使用while循环来控制,循环条件为“停止”按钮和“错误输出状态”的或运算值,即当按动“停止”按钮或出现错误时,声卡采集任务立即停止。在这个while循环外面用“声音输入清零”函数实现声音输入清零,释放所占用的系统资源。在while外部建立Si Clear,关闭声卡。
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10、录音保存
在外部建立case structure，判断条件为采样位数，当位数为“8 bit”时，使用录音保存子VI，在while内部使用簇合并将Si Read与移位寄存器的一端合成后输入到录音保存VI的stereo8位输入端，创建录音格式的局部变量，并与录音保存VI的输出端相连接。当位数为“16 bit”，合成簇与录音保存VI的stereo16位输入端相连接，输出端仍与录音格式的局部变量相连。
11、波形显示
选择属性（properties），曲线显示设置为2（appearance→plots shown）,X轴设置为时间（format and precision）,plot0设置为白
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色线状，plot1设为红色线状。填充至0。
12、面板填写信息及颜色调整 While循环整体框图程序如下：
12.前面板：
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13.录音保存：
五 、结论与展望
结论：本设计满足所需要求。录音系统将PC机上的声卡作为音频信号采集硬件，使用者使用话筒录音，将声音信号由声卡输进计算机，然后由该系统采集音频信号。当程序运行后，按下“开始录音”
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键后程序开始录音；按下“暂停”后声音的录制暂停，再次按“暂停”声音的录制继续；按下“停止”后声音录制结束，同时将弹出保存文件的对话框，文件*.wav格式保存。
声音质量为双声道；在开始采集前，操作者可根据实际需要，更改采样位数（8位和16位）；前面板上显示录音时间，同时显示录音状态和采样位数；前面板同时以不同颜色分开显示两个声道的波形。
不足及改进方法：
1. 程序框图中并没有关于mono声道的部分，因而当用户忽视这一点时有可能会出现不可预知的BUG或其他错误。使用者可通过对声道框右键—属性—编辑项中禁用mono即可避免。 2. 对于1条中的问题可加入单声道模块解决
3. 由于程序原因，有时采样的音质还不够完美，可以提高采样位数，采样频率或加入优化模块来实现。
北京理工大学虚拟仪器报告 - 图文
