论文-105-计算机录音信号实时频谱分析程序设计.docVIP

计算机录音信号实时频谱分析程序设计 目 录 一、引言 1 二、声音获取设计 1 (一) 声音的基本信息 1 (二) 声音信号的数字化 2 1．模拟信号与数字信号 2 2．采样和量化 2 3．声音数字化的质量标准 3 4．声音文件的基本格式 4 (三) 声卡的基本信息 4 1．主要功能 4 2．工作过程 4 (四) 录音程序设计 5 1．总程序流程 2．声卡数据流程 3．编程三、频谱分析设计 8 (一) DFT及FFT算法描述 8 (二) FFT实现频谱分析 9 1．数据准备 9 2．用FFT计算频谱 9 3．参数的选择 9 (三) 算法程序流程图 10 四、调试说明 10 (一). 调试举例 10 (二). 调试小结 11 五、总结 11 致谢 11 参考文献 11 附录一 程序代码 12 附录二 外文文献翻译 18 评阅书 量化评分标准 成绩评定表 过程检查情况记录 计算机录音信号实时频谱分析程序设计 摘 要 针对选题要求设计录音信号实时频谱分析程序，给出了音频及声卡的所需的基本知识参考，并对频谱分析所需的快速傅立叶变换给与了说明，并有演示程序。运行和测试结果表明：该程序设计基本符合要求，可以实现实时频谱分析功能。 关键词 录音，声卡，数字音频，频谱分析，快速傅立叶变换 一．引言 声卡是多媒体计算机系统中最基本的组成部分，是实现声波/数字信号相互转换的硬件电路。要把声音信号存储到计算机中去，必须把连续变化的波形信号（即模拟信号）转换成数字信号。但使用计算机声频设备进行语音或音乐的录音，不可避免地会混入噪音信号，影响信息的准确性。通过对录音信号的频谱分析，可以确定噪音的频率范围，从而借助其它方法加以消除。频谱分析通常采用对信号的傅立叶变换求出，而在录音过程中频谱的实时分析，则需要对信号的快速傅里叶变换（FFT）。傅立叶频谱分析是语音信号频谱分析中广泛应用的一种方法。这是以复指数函数为基函数的正交变换，它在理论上很完善，计算上很方便，是最基本，最重要的方法。由于计算工作量太大，在进行录音过程的实时分析时通常采用快速傅式变换算法，大大减少了计算量，使传统的数学分析和高效的计算机运算很好的结合起来。这样就可以清楚声音信号的频谱，方便清楚滤除噪声的部分，提高声音信号的质量和准确性，从而获得正确的信息。 声音是人们在日常生活中的主要交流手段，因此声音信号处理在现代信息社会中占有重要地位。随着数字音频处理技术在实际生活中的应用的不断发展，声音比其他形式的交互方式具有更多的优势，因此这项技术已经越来越贴近人们的生活。所以，对录音信号进行必要的频谱分析从而对其进行噪声滤除处理有着很重要的意义。 本设计的目的就是：在对声音信号进行录制的基础上利用FFT进行频谱分析，以便对需要进行滤除噪声的工作提供直观的信息，从而获得更准确，更有效的声音信息。整个设计由两部分组成：由声卡获取声音信息和对获取中的声音信息进行频谱分析。两者的组合具有实时的分析效果，实现同步处理的功能。本设计的总体流程如图1： 二．声音获取设计 (一).声音的基本信息 1. 人们在接收外界信息以及与他人进行交流时，大约20%是通过听觉实现的，所以音频是多媒体计算机技术中一种不可缺少的媒体。声音是由物体振动引发的一种物理现象。在多媒体技术中，人们通常将处理的声音媒体分成三类： ①.波形声音：计算机可以将任何声音信号通过采样，量化将其数字化并在必要的时候将声音信息还原。 ②.语音：人的说话声不仅是一种波形声音，而且还通过语气，语速，语调携带着比文本更加丰富的信息。语音往往利用专门的软件抽取，所以作为一种特殊的媒体单独研究。 ③.音乐：音乐是一种符号化了的声音。这种符号就是乐谱，乐谱则是转变为符号媒体形式的声音。 2.从听觉角度讲，声音媒体具有三个要素：音调，音强，音色 ①.音调：与声音的频率有关，频率越快，音调就越高。所谓声音的频率是指每秒钟声音信号变化的次数，用Hz表示。但是并不是所有频率发出的声音信号都能够被人们感觉到[5] 。如图2所示： 人的听觉范围大约为20~20000赫兹，这个频率范围内的信号被称为音频或者声音。多媒体技术主要研究的是这部分音频信息的使用，比如采集信号时可以滤掉语音频率范围之外的噪音。通过对人类听觉特性的研究发现，人对声音频率的感觉表现为音调的高低，且当声音的频率按指数规律上升时，音调的感觉线性升高。 ②.音强：又称为响度，它取决于声音的振幅，振幅越大越响亮。 ③.音色：是由于波形和泛音的不同所产生的一个声音属性。 (二).声音信号的数字化 1. 模拟信号与数字信号 声音的质量与声音的频率范围有关，频率范围越宽，声音的质量就越好。声音是一种基于时间的媒体，由于时间性，声音数据