摘 要： 基于麥克風(fēng)陣列的時(shí)延估計(jì)聲源定位方法是基于聲音的相位信息的，所以保證聲音的相位信息不失真，才能得到正確的聲源定位結(jié)果。為了實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、以較高的精度同步采集聲源信號(hào)，進(jìn)行后續(xù)聲源定位研究。在此對LabVIEW驅(qū)動(dòng)普通數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行了研究，針對北京雙諾公司生產(chǎn)的MP420數(shù)據(jù)采集卡，成功地實(shí)現(xiàn)了可供LabVIEW 直接調(diào)用的動(dòng)態(tài)庫的編制與調(diào)用，并結(jié)合LY?901LS拾音器開發(fā)出了一套性價(jià)比較高的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)操作簡單，使用戶更精確、方便地完成對語音數(shù)據(jù)的采集。

關(guān)鍵詞： LabVIEW； MP420； LY?901LS拾音器； 多路同步； 語音信號(hào)采集

中圖分類號(hào)： TN919?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）02?0114?03

0 引 言

基于麥克風(fēng)陣列的聲源定位技術(shù)是指利用一組按一定幾何結(jié)構(gòu)擺放的多路麥克風(fēng)拾取聲音信號(hào)，通過對拾取的多路信號(hào)進(jìn)行分析和處理，得到一個(gè)或多個(gè)聲源的位置信息。近年來，基于麥克風(fēng)陣列的聲源定位技術(shù)快速發(fā)展，在多媒體系統(tǒng)，移動(dòng)機(jī)器人，視頻會(huì)議系統(tǒng)等方面有廣泛的應(yīng)用。

該系統(tǒng)是通過對聲源信號(hào)的處理分析來完成定位功能。因此，采集外界語音數(shù)據(jù)成為麥克風(fēng)陣列定位系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。所謂數(shù)據(jù)采集就是將要獲取的信息通過傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并通過信號(hào)調(diào)理、采樣、量化、編碼和傳輸?shù)炔襟E，最后送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行處理、分析、存儲(chǔ)和顯示[1]，以進(jìn)行后續(xù)的研究。

本文基于“硬件的軟件化”思想[2]，在對信號(hào)分析、虛擬儀器技術(shù)和數(shù)據(jù)采集卡的實(shí)用性進(jìn)行理論分析的基礎(chǔ)上，利用虛擬儀器專用語言LabVIEW開發(fā)環(huán)境，采用數(shù)據(jù)采集卡和LabVIEW的多通道技術(shù)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的數(shù)據(jù)采集、信號(hào)分析和信號(hào)存儲(chǔ)等多種功能[3]。

1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

圖1所示為基于麥克風(fēng)陣列聲源定位的系統(tǒng)。

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2 所示。系統(tǒng)主要包括：麥克風(fēng)，多路數(shù)據(jù)采集卡，PC 機(jī)。

麥克風(fēng)采用LY?901LS拾音器，數(shù)據(jù)采集卡采用北京雙諾測控技術(shù)有限公司推出的MP420。MP420是一款USB 2.0總線12位的中速采集模塊，具有16路模擬輸入、開關(guān)量16路輸入/16路輸出。采用USB 2.0總線，支持即插即用、實(shí)時(shí)采集。

2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)程序框圖設(shè)計(jì)

LabVIEW是NI推出的一種基于“圖形”方式的集成化程序開發(fā)環(huán)境，是目前國際上首推并應(yīng)用最廣的數(shù)據(jù)采集和控制開發(fā)環(huán)境之一，主要應(yīng)用于儀器控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示等領(lǐng)域，并適用于多種不同的操作系統(tǒng)平臺(tái)[4]。

本文在LabVIEW環(huán)境下編寫程序，驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)采集卡完成語音數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)工作。在該系統(tǒng)中，硬件解決信號(hào)的輸入和輸出，軟件可以方便地修改儀器系統(tǒng)的功能，以適應(yīng)不同使用者的需要。其中硬件的核心是數(shù)據(jù)采集卡。

2.1 數(shù)據(jù)采集程序

基于雙諾的MP420采集卡及儀器開發(fā)軟件LabVIEW開發(fā)出了一套性價(jià)比較高的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。開發(fā)出的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及波形顯示等功能。由于LabVIEW 的信號(hào)分析處理功能相當(dāng)強(qiáng)大，故可以隨時(shí)根據(jù)需要添加一些其他的功能。圖3 給出了MP420_AD.VI子程界面圖。在軟件運(yùn)行前，用戶先進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，包括起始/停止通道的選擇、A/D的輸入量程、采樣模式、采樣頻率的設(shè)定并啟A/D采樣。

MP420采用DAfifo（動(dòng)態(tài)異步緩存）接口，容量為1 MB，具有空（EF）、半滿（HF）、溢出（FF）、標(biāo)志，標(biāo)志為0時(shí)有效。采樣數(shù)據(jù)不斷地寫入FIFO中，GPIF接口與PC的BULK READ指令自動(dòng)保存FIFO中的數(shù)據(jù)不超過512 kB，當(dāng)發(fā)生用戶讀入數(shù)據(jù)操作時(shí)，GPIF接口自動(dòng)將FIFO中的所有數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中。如果用戶沒有及時(shí)讀出數(shù)據(jù)，F(xiàn)IFO將溢出，數(shù)據(jù)隊(duì)列順序會(huì)打亂（新進(jìn)入的數(shù)據(jù)將沖掉最先寫入的數(shù)據(jù)），因此用戶必須在下次調(diào)用前將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到另外的數(shù)組或硬盤中，以免下次調(diào)用覆蓋了以前的數(shù)據(jù)。如圖4所示，采集卡利用MP420_Read.VI完成了數(shù)據(jù)的及時(shí)讀取。

A/D采集到的12位轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)data范圍為0～4 095，需要通過相應(yīng)的電壓轉(zhuǎn)換公式轉(zhuǎn)換為電壓值，MP420的A/D輸入有3檔量程，分別為：

（1） 單極性，0～5 V；

[電壓=data×5 000.04 095.0 mV]

（2） 單極性，0～10 V；

[電壓=data×1 000.04 095.0 mV]

（3） 雙極性，-5～+5 V；

[電壓=data-2 048×5 000.02 048.0 mV]

如圖4中，采集到的A/D數(shù)據(jù)被抽取后，進(jìn)入紅色線圈內(nèi)進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，最后保存為電壓幅值。

2.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

數(shù)據(jù)從DAfifo被讀取出后，需要存儲(chǔ)在另外的數(shù)組或硬盤中，本文將讀取出的數(shù)據(jù)，以文本文件的形式保存，顯示數(shù)據(jù)保存路徑如圖5所示。

3 系統(tǒng)前面板設(shè)計(jì)

LabVIEW 提供了非常豐富的圖形界面來進(jìn)行前面板的設(shè)計(jì)。其中，波形圖表能非常清晰的顯示采集到的波形。圖6為采集系統(tǒng)的前面板設(shè)計(jì)。該界面形象、直觀的展示了采集參數(shù)的設(shè)置，采集數(shù)據(jù)的波形顯示，數(shù)據(jù)的保存路徑。

4 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建

本次實(shí)驗(yàn)在普通的實(shí)驗(yàn)室采用2個(gè)線陣排列的LY?901LS拾音器拾取聲音，通過MP420數(shù)據(jù)采集卡，將采集卡通過USB接口連接到PC機(jī)，以數(shù)字“5”的發(fā)音為信號(hào)，采用前面設(shè)計(jì)的采集程序，以16 kHz的采樣率采集2 s聲音信號(hào)，圖7為整個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建。 圖8為0通道的數(shù)據(jù)。

5 結(jié) 論

本文利用LabVIEW的圖形化編程環(huán)境，設(shè)計(jì)了一種基于LabVIEW的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其前面板設(shè)計(jì)更加直觀地展現(xiàn)了采集的全部參數(shù)設(shè)置，比以往的Visaul C++，Visaul Basic驅(qū)動(dòng)外界采集卡操作更加簡單，方便，易懂。實(shí)際的應(yīng)用表明，該系統(tǒng)能穩(wěn)定正確地采集數(shù)據(jù)。

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