基于声卡的双通道实时信号采集处理系统设计
韩红帮1，解永刚2，张恒云3，杨亚彪1，李海雁1
（1.昆明学院现代教育技术中心，云南昆明650214；2.昆明学院资产管理与设备处，云南昆明650214；
3.昆明学院化学科学与技术系，云南昆明650214）
摘要：采用声卡代替商用数据采集卡，利用VisualC++软件编程技术，设计了基于声卡的双通道实时信号采集处理系
统，该系统能够实现25kHz范围内双路信号的实时采集、实时分析，所采集数据的存储和网络发送等功能，系统实用
性较强，可广泛应用于各高校实验室及实时语音信号处理等领域。
关键词：声卡；信号采集；信号处理；系统设计
中图分类号：TP274.2文献标识码：A文章编号：1674－6236（2013）02-0001-03
Designofdouble-channelreal-timesignalcollectinganddisposalsystem
basedonsoundcard
HANHong-bang1，XIEYong-gang2，ZHANGHeng-yun3，YANGYa-biao1，LIHai-yan1
（1.TheCenterofModernEducationTechnology，KunmingUniversity，Kunming650214，China；
2.OfficeofAssetandEquipmentManagement，KunmingUniversity，Kunming650214，China；
3.TheDepartmentofChemistry，KunmingUniversity，Kunming650214，China）
Abstract:Thisarticleaimsatthedesignofdouble-channelreal-timesignalcollectinganddisposalsystembasedon
soundcardbymeansofreplacingcommercialdatacollectingcardwithsoundcard，withtheapplicationofVisualC++
softwareprogrammingtechnology.Thissystemiscapableofthereal-timecollecting，analysis，storageandonline
transmittingofthedouble-channelsignalswithintherangeof25kHz.Andtheauthorbelievesthatthissystemisofhigh
practicalapplicabilitywhichensuresitsfulluseinuniversitylaboratoriesandothercertainfieldslikereal-timevoice
signaldeposal.
Keywords:soundcard；signalcollecting；signaldisposal；systemdesign
收稿日期：2012-09-22稿件编号：201209163
基金项目：云南省教育厅科学研究基金项目（2011Y238）
作者简介：韩红帮（1977—），男，云南曲靖人，硕士，实验师。研究方向：现代教育技术。在高校教学和科研实践工作中，常常需要对一些信号进
行采集分析处理，但由于经费不足等原因许多实验室无相应
仪器设备，或者存在设备数量较少，功能单一等问题，不能很
好地满足教学实验和科研实践要求。要实现信号采集，就需
要数据采集卡的支持，而市场上数据采集卡价格比较昂贵，
不可能在实验室中普遍配置使用。
目前声卡已成为多媒体计算机的一个标准配置，它是一
个非常优秀的音频信号采集系统，其最高采样率可达192
kHz，量化精度可选择8比特、16比特和24比特，支持双通道
模式，能够无失真采集25kHz以下信号。在采样频率要求不
高的情况下，可以利用计算机声卡作为数据采集卡，利用计
算机CPU作为信号处理器，通过软件编程实现常规信号实时
采集分析处理[1]。
本文设计的系统不仅能满足教学工作和科研实践要求，
还能根据不同应用需求灵活方便的添加信号处理软件模块，
实现采集信号的实时处理。1系统硬件结构
声卡一般有MicIn和LineIn两个输入插孔，待采集信号
可以通过这两个插孔输入到声卡。两个插口的区别是：1）MicIn
接口有前置放大器，容易引入噪声且会导致信号过负荷，而
LineIn接口噪声干扰小且动态特性良好；2）MicIn接口有4kHz
的前置低通滤波器，仅适合话筒信号输入，而LineIn接口前置
低通滤波器带宽范围为25kHz，实用信号范围更广。声卡用作
数据采集卡时一般选择Linein口为信号输入接口[2－3]。在本文系
统中待采集信号分别以左右声道方式同时从Linein口输入。
2系统软件编程技术
声卡作为数字采集卡使用，首先必须对其编程控制并连
续不断的获取AD采样数据。其软件编程接口有几种可供选
择，首先，声卡是一种多媒体设备，可以用MCI（MediaControl
Interface）命令来控制声卡，MCI提供了一组与设备无关的控
制命令，是一种访问多媒体设备的高层次方法。但是该方法电子设计工程ElectronicDesignEngineering第21卷Vol.21第2期No.22013年1月Jan.2013
－1－《电子设计工程》2013年第2期
不够灵活，无法在录音的过程中访问内存中的采样数据，只
有在录音完成后通过访问录音文件才可以得到采样数据，另
外，声卡在采样过程中存取文件需要耗费时间，有可能造成
采样数据的断续，显然该方法不能满足信号实时采集的要
求。其次，Windows低级波形音频函数提供了对声卡最大灵活
性的操作，它允许在采样过程中实时访问内存中每个采样数
据，能很好地满足实时采集处理要求[4]。
2.1双路信号实时采集实现原理
实现声卡采集数据的实时性、连续性和可靠性是软件设
计的关键问题。本文软件系统中，通过直接调用Windows最
底层波形音频接口函数，实现声卡的编程控制，系统中采用
了多线程多缓冲技术，即声卡采集与数据处理使用不同的工
作线程，同时给声卡提供多个用于承载采集数据的缓冲区，
在同一时刻部分缓冲区供声卡采集线程装载数据的同时，另
外已经装满数据的缓冲区供数据处理线程处理，从而使得信
号采集和数据处理工作同时进行，有效保证了采集数据的连续性和信号处理的实时性[5－6]，其原理框图如图1所示。
2.2声卡软件编程
Windows以动态链接库Mmsystem.dll的形式提供低级波
形音频函数，用以控制声卡实现信号的正确采集，在软件编
程中采用面向对象的思想，将声卡实时采集功能封装成专门
的类CSoundIn，以下从代码的角度给出声卡采集模块的软件
实现过程[7]。
1）设置声卡基本参数。先定义WAVEFORMATEX结构
变量m_Format，设置声卡采样数据格式、采样率、采样位数、
通道数以及缓冲大小。具体代码为：
m_Format.wFormatTag=WAVE_FORMAT_PCM；//设置
采样的编码方式
m_BufferSize=9600；//设置缓冲区大小
SetBitsPerSample（16）；//设置采样位数
SetSamplesPerSecond（16000）；//采样率设置
SetNumberOfChannels（1）；//采样声道数设置
缓冲区设置不能太大也不能太小，太大时信号采集的实
时性受到影响，太小时采集的信号有可能来不及处理就被覆
盖了，从而导致数据不连续，起不到缓冲的作用。
2）打开声卡设备，添加数据缓冲区，开始数据采集，主要
代码如下：
boolCSoundIn::Start（）
{//基于回调函数的方式打开录制设备
mmReturn=::waveInOpen（&m_hRecord，WAVE_MAPPER，
&m_Format，
（DWORD）waveInProc，（DWORD）this，
CALLBACK_FUNCTION）；
if（mmReturn）returnFALSE；
else{
//准备并加入多个供录制的数据缓冲区
AddInputBufferToQueue（）；
//调用waveInStart（）开始录音
mmReturn=::waveInStart（m_hRecord）；
if（mmReturn）returnFALSE；
m_bRecording=true；
}
}
其中waveInOpen（&m_hRecord，WAVE_MAPPER，&m_Format，
（DWORD）waveInProc，（DWORD）this，CALLBACK_FUNCTION）
函数打开声卡采集线程；AddInputBufferToQueue（）函数通过
调用waveInPrepareHeader（m_hRecord，m_pHdr[i]，sizeof
（WAVEHDR））和waveInAddBuffer（m_hRecord，m_pHdr[i]，
sizeof（WAVEHDR））函数给声卡添加多个供存储数据的缓
冲区。
3）通过回调函数实时获取采集数据。从上一步的waveIn
Open（）函数具体参数可知，采用了回调函数的方式实时获取
声卡采样数据，当声卡缓冲队列中有装满数据的缓冲区时，
操作系统会自动调用回调函数waveInProc（）将装满数据的缓
冲区及时回调供用户线程实时分析处理，同时将提取数据后
的空缓冲区重新加入到采集缓冲队列中，继续循环使用。具
体代码为：
voidCSoundIn::waveInProc（HWAVEINhwi，UINTuMsg，
DWORD
dwInstance，DWORDdwParam1，DWORDdwParam2）
{
MMRESULTmmReturn=0；
CSoundIn*pSound=（CSoundIn*）dwInstance；
LPWAVEHDRpHdr=（LPWAVEHDR）dwParam1；
if（uMsg==MM_WIM_DATA）
{
//将录制好的数据缓冲回调到处理类中进行处理
pSound->DataFromSoundIn（（BOOLEAN*）pHdr->lpData，
//将缓冲重新加入缓冲队列中
pHdr->dwBufferLength，pSound->m_pOwner）；
mmReturn=::waveInAddBuffer（pSound->m_hRecord，
pHdr，sizeof（WAVEHDR））；
if（mmReturn）return；
}
}图1声卡实时采集原理框图Fig.1Schematicdiagramofsoundcardreal-timecollecting