基于LabVIEW的聲音識別

許凡

摘要：利用計(jì)算機(jī)聲卡作為聲音信號采集的硬件，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于LabVIEW和聲卡的聲音信號采集與識別系統(tǒng)，它可以通過電腦上的聲卡采集樣本和待測聲音信號，并對采集的信號加以存儲和顯示波形，能夠存儲的信號進(jìn)行識別，最終能夠?qū)崿F(xiàn)對聲音信號的識別。

關(guān)鍵詞：聲卡;LabVIEW;聲音采集

引言

聲音識別系統(tǒng)是利用PC聲卡對聲音進(jìn)行采集。在LabVIEW中對采集的信號進(jìn)行存儲和重載，并對聲音信號處理后提取關(guān)鍵參量進(jìn)行比對。比對結(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。識別過程中對錄入的聲音的基礎(chǔ)特征有配對要求。這需要對聲音的音頻有準(zhǔn)確的記錄和配對。但是這可以是聲音密碼鎖的一大好處，習(xí)慣的語速總是難以被人模仿的，因而其可靠性得以提高。在采樣與配對的過程中，聲音的分析是關(guān)鍵，在轉(zhuǎn)換過程中無法避免出現(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，沒有Line?in，因此我們只采集聲音信號。首先對聲卡進(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)“開始錄音”按鈕，只有當(dāng)單擊按鈕時(shí)，才開始準(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“開始錄音”按鈕取“或”，作為循環(huán)停止的條件。這樣，在單擊“開始錄音”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“開始錄音”按鈕之后（或有出錯(cuò)信息），程序?qū)⑻鲞@一循環(huán)，開始進(jìn)入到后面的錄制環(huán)節(jié)。

2.2等待模塊

在單擊“開始錄音”按鈕后，程序進(jìn)入這一模塊。此模塊的功能是：當(dāng)用戶還沒有發(fā)出聲音時(shí)，系統(tǒng)不會將聲音錄入;只有當(dāng)系統(tǒng)檢測到的聲音信號幅值超過一個(gè)設(shè)定閾值后，才開始對聲音信號進(jìn)行采集。這一模塊的作用是避免系統(tǒng)對聲音的錯(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。當(dāng)幅值高于設(shè)定的門限（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)有聲音信號輸入時(shí)，就進(jìn)行一次信號采集，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)對輸入的聲音信號進(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“寫入波形文件”vi將來自波形或波形數(shù)組的數(shù)據(jù)寫入dat文件。 通過這些vi便可以實(shí)現(xiàn)聲音信號的采集，并將其存儲為dat格式的文件。待測聲音的采集和保存和處理與樣本聲音的類似。

2.5聲音識別模塊

聲音的比對和判斷是這個(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”模塊對從“提取單頻信息”模塊中得到的樣本聲音和待測聲音的頻率序列取整數(shù)，再對取整后的兩個(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，看待測時(shí)間序列值是否在該范圍內(nèi)），幅值的比較和頻率的類似，最后通過指示燈顯示比對結(jié)果。若待測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)的聲音識別系統(tǒng)，經(jīng)仿真測試結(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)軟件方面可對信號分析群分的程序進(jìn)一步優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

[1]賀天柱，蘭羽.基于聲卡的監(jiān)控系統(tǒng)虛擬儀器設(shè)計(jì)[J].國外電子測量技術(shù)，2012，31（10）：58-60

[2]?楊陽，陳永明.聲紋識別技術(shù)及其應(yīng)[J].電聲技術(shù)，2007（2）