学号：***********毕业设计(论文)题目: 基于LabVIEW的语音信号分析系统的设计作者贾邦稳届别2015 届院别信息与通信工程学院专业电子信息工程指导教师彭仕玉职称副教授完成时间2015 年 5 月摘要虚拟仪器与传统仪器相比，实现了仪器的智能化、模块化、多样化等功能，体现出多功能、低成本等操作优点，应用前景广阔。
随着计算机的出现及计算机技术的快速发展，语音信号处理技术更是得到了飞速发展，得到了广泛的应用，如语音合成技术、语音压缩编码和语音识别技术。
本设计利用虚拟仪器软件平台LabVIEW 设计了一个语音信号分析系统。
先介绍了四种采集语音信号的方法，并选择采用录音机录制的方法采集语音信号，然后设计基于LabVIEW的时域信号的FFT分析模块，接着设计截止频率为3000Hz的Butterworth低通滤波器对语音信号进行滤波去噪，最后根据以上设计进行语音信号的时频分析、特性分析等。
关键词：虚拟仪器；LabVIEW；语音信号；时频分析；数字滤波器AbstractCompared with traditional instruments, virtual instruments achieve the intelligent, modularity, diversity and other functions of the instrument, and reflect the operating advantages, such as multi-purpose, low cost, etc. So it has broad application prospect. With the advent of computers and the rapid development of computer technology, speech signal processing technology has been develop rapidly, and used widely, such as speech synthesis technology, speech coding and speech recognition technology.This design projects a speech signal analysis system based on the virtual instrument software platform LabVIEW. The first step is to introduce the methods of four kinds of voice signal acquisition, and select the method of recording voice signal by recorder . The second step is to design FFT analysis of time-domain signals which based on LabVIEW. Then design Butterworth low pass filter to realize the filtration of speech signals which cutoff frequency is 3000hz. Finally it is to achieve time-frequency analysis and characteristic analysis according to the the above designs.Key words：Virtual instruments；LabVIEW；Speech signal；time-frequency analysis；digital filter.目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)第1章绪论 (1)1.1 虚拟仪器概述 (1)1.2 语音信号处理的发展及应用 (2)1.3 本课题研究任务及章节安排 (4)第2章系统设计方案 (5)2.1系统基本概述 (5)2.2系统总体实现 (5)2.3系统框图 (7)第3章语音信号的采集 (8)3.1 语音信号的采集方法 (8)3.2 声卡的相关介绍及参数设置 (10)3.2.1 LabVIEW中的相关声卡函数 (10)3.2.2声卡的参数及设置 (11)3.3 读取历史语音信号的设计 (14)第4章基于LabVIEW的语音信号分析的实现 (15)4.1语音信号的时域分析 (15)4.1.1语音信号的预处理 (15)4.1.2语音信号的短时能量和短时平均幅度函数 (17)4.1.3语音信号的短时自相关函数和短时平均幅度差函数 (18)4.2语音信号的频域分析 (18)4.3滤波器的设计及滤波实现 (20)4.4语音信号的综合实现 (23)4.4.1语音分析系统的整体设计 (23)4.4.2语音信号的时频分析 (24)第5章总结 (25)参考文献 (26)致谢 (27)附录 (28)第1章绪论1.1 虚拟仪器概述1986年美国NI公司最先提出“虚拟仪器”。
其利用应用程序将功能化模块与通用计算机结合在一起，用户能通过计算机强大的在线帮助功能和数据处理存储图形环境，建成图形化界面的虚拟仪器软面板，存储和显示仪器的控制数据分析，使传统仪器的使用方式进行变换，增强仪器的功能、提高仪器的使用效率，从而大幅度降低仪器的成本，同时让用户能根据自己的需求设计仪器的功能。
虚拟仪器以传统仪器为基础，继承发展了其所有的优点，而且还超越了前者。
虚拟仪器在计算机中引入了传统仪器的显示和硬件数据处理，并用软件进行处理。
虚拟仪器作为一个全新的概念，虚拟仪器是仪器技术和计算机的结晶，其也是计算机和测试技术深层次结合的产物。
虚伪仪器相较于传统仪器打破了其“万能”功能概念，将计算机技术运用到极致，特别强调“软件即仪器”.还可以利用LabVIEW、Agilent VEE等虚拟仪器软件开发平台来开发。
在某种程序上软件能做到传统仪器不可能实现的一些硬件测试功能，例如，可以实现用户自己定义仪器或系统的功能、规模，虚拟仪器的功能软件的模块化和开放性，让组建系统变得更加灵活简单。
虚拟仪器具有强大的功能，比如信号分析、数据处理等，还有友好的人机界面。
特别地，用户不必花费大量钱财投资于多台不同功能的仪器，编程用户可以根据需要对各个功能和面板进行扩展和自定义。
用户还可以修改程序实现对不同环境的测量、通过网络实现仪器的远程调试和控制，以节省资源。
常见的虚拟仪器有双踪示波器和频谱分析仪、多踪信号示波器、双踪仪器库、多踪X-Y轨迹仪、传递函数（频响特性）分析仪、多踪频谱分析仪等。
虚拟仪器系统是由计算机、应用软件和仪器硬件三大要素构成的。
计算机与仪器硬件又称为VI的通用仪器硬件平台。
虚拟仪器的主要特点有：扩展性强、性能高、智能化程度高、灵活性好、界面友好、兼容性、开发时间少。
虚拟仪器与传统仪器相比，实现了仪器的智能化、模块化、多样化等功能，体现出多功能、低成本等操作优点。
具有更广泛的应用范围，在工业上的应用有羟基镍在线检查系统、输油泵机组在线监测系统、信号分析系统、桥墩位移监控系统、发电机组在线监测诊断系统、锅炉供热自动控制系统等。
因此它成为仪器行业发展的一个重要方向，并受到许多国家仪器行业的重视。
世界上最早开发和应用虚拟仪器的公司是National Instruments公司。
20世纪70年代，杰姆特鲁查德和杰夫柯德斯凯为美国海军研制了一种基于计算机的声呐测试仪，其可以再计算机的控制下完成指定指令的测试工作，毕竟是第一次开发虚拟仪器，成本与开发周期都不太理想。
后来他们二人在多次研发、总结经验后，尝试功能模块化处理，从而使程序结构和操作的复杂性大大简化。
1986年5月NI公司推出了LabVIEW Beta版本，同年10月推出了LABVIEW 1.0正式版。
这些软件先是运行在Macintosh平台上，后来出现了Windows 3.0操作系统，操作性能更加良好。
科学技术迅猛发展的今天，在自动测试、仪器控制和数据采集等领域无一例外不应用到虚拟仪器技术，测试系统和仪器控制的设计方法与实现技术也因为虚拟仪器技术而发生了深刻的变化。
测试与测量技术发展的重要标志也渐渐趋向“软件即仪器”。
作为新兴的测控仪器，用户可以对虚拟仪器进行充分的想象并发挥，根据自己的实际需要设计符合开发要求的仪器系统。
虚拟仪器具有先进的性能和广泛的应用前景吸引着许多国际知厂商如HP公司、PC仪器公司、Racal公司等先后开始研发虚拟仪器。
常见的虚拟仪器开发软件是NI公司提供的LabVIEW和LabWindowa/CVI两种。
LabWindowa/CVI是NI公司推出的一种基于C语音的虚拟仪器开发平台十分适合于开发面向测控领域的基于Windows的图形化应用软件。
其以ANSIC和扩展集为编程语言，含有丰富的标准库函数，如RS232、GPIB、VISA、数据分析和TCP协议函数库等，可以进行测量、控制、数据传输及处理等。
本设计主要采用LabVIEW。
LabVIEW由NI 公司推出，是一种图形化编程语言，与传统的文本编辑语言中的子程序或函数相似，虚拟仪器就是用LabVIEW开发的软件，其操作界面与现实中的仪器几乎没有什么差别，但功能却比现实中的传统仪器更强大。
LabVIEW的全称是Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，其源程序完全是图形化框图，没有文本代码，称图形化源代码为G代码。
在LabVIEW平台上编写的程序拓展名是VI。
LabVIEW还包括大量工具和函数、大量的控件，用来进行数据采集、分析、显示与存储等操作。
不仅如此还提供了许多接口，方便与DDL、Visua Basic、MATLAB等多种软件相互调用，大大拓展了其功能。
它附带的扩展库函数，还能在自身配备的工具不能完成一些任务时，调用专业的数据采集和处理工具包扩展库进行强大的专业分析。
它也具有强大的仪器驱动库可以和多种仪器连接。
软件LabVIEW能编出功能强大、界面美观的程序，其编程语言简单形象，可以让初学者很容易学习、掌握，也能够很快地掌握各类编程技巧。
作为编程者你可以在编程过程中，直接找到所需控件然后拖动至程序框图中，再一一对应进行连线，便可以进行数据的传送了，避免了很多复杂的公式运算、程序调用及传递参数，十分简便。
LabVIEW经过快速发展，自问世至今已被大多数人所认同。
它已然成为当今测控领域的潮流热点，代表着未来虚拟仪器的发展方向。
1.2 语音信号处理的发展及应用语音是人类相互交流和通信最方便快捷的手段，也是获取信息的重要来源和利用信息的重要手段。