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《基于dsp的音频信号分析仪设计_张家田》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、2009年1月西安石油大学学报(自然科学版)Jan.2009第24卷第1期JournalofXicanShiyouUniversity(NaturalScienceEdition)Vol.24No.1文章编号:1673-064X(2009)01-0085-03基于DSP的音频信号分析仪设计DesignoftheaudiosignalanalyzerbasedonDSP张家田,封川川,严正国(西安石油大学光电油气测井与检测教育部重点实验室,陕西西安710065)摘要:音频分析系统在众多领域均有广泛的应用,此系统以TI的DSP芯片TMS320F2812作
2、为控制和运算的核心,实现对频率范围在20Hz~10kHz的音频信号进行成分分析.利用快速傅立叶变换(FFT)算法得到音频信号的频谱,对其进行分析和计算处理;使用点阵式液晶屏(LCD)显示音频信号的总功率、各分量频率、失真度、周期等.通过测试,该音频信号分析仪使用简便直观、精确度高,只要接到信号源,即可观察信号的多种指标.关键词:音频信号分析仪;FFT;DSP;失真度分析中图分类号:TN911.6文献标识码:A音频信号分析是语音通信、语音识别、语音合模拟量采集成数字量送入控制芯片,再由控制芯片成、语音增强等技术的前提与基础.而音频分析仪就对数据进行FF
3、T得到信号的频谱,再经一系列处是一套辅助人们更方便进行音频信号处理的系统.理,采用键盘控制及LCD显示相应结果.例如,对于300Hz~4kHz之间的语音信号的分析若采用单片机作为中心控制芯片,可具有控制主要应用于语音识别,其用途是确定语音内容或判灵活简单、成本低的优点,但是因音频信号处理需要断说话者的身份等,能否优质完成功能,取决于语音大量的数据处理运算,尤其是FFT,需要很高的运信号分析的正确性和准确性.音频分析利用时域分算速度和存储空间,普通单片机受到晶振和内部结析、频域分析、失真分析等方法,通过测量各类音频构的限制难以保证在规定的时间内采集到足
4、够的数参数来评价音频系统的性能.音频分析是以数字音据.而采用DSP作为控制芯片,DSP内部带有乘法频信号为分析对象,以数字信号处理为分析手段,提器、累加器,采用流水线工作方式以及并行结构,多取信号在时域、频域内的一系列特性的过程,在频域总线,速度快,并配有适合数字信号处理的指令等,图中信号的某些特性变得很明显.本文利用了频域其中还包括一些专用器件,能够实现实时处理.本系[1]分析方法的优点,实现对一般语音信号幅度、基音频统采用TMS320F2812作为信号控制和运算的核率等特征信息的实时提取.心,通过12位ADC进行采集.1系统设计音频信号分析仪系统
5、框图如图1所示,音频信号由输入端进入调理电路,经过滤波,并将待测信号幅度调理到适合A/D采样的范围,用A/D转换将图1音频信号分析仪设计框图收稿日期:2008-08-20作者简介:张家田(1963-),男,教授,硕士,主要从事测试计量技术及仪器学科的研究.)86)西安石油大学学报(自然科学版)信号的失真度定义为所有谐波能量之和比上基波能2信号分析与计算量的结果的平方根.当信号中的干扰远小于各次谐2.1音频信号分析波的总能量时,失真度可由公式(4)计算得出(此设对音频信号频率成分的分析,先对输入信号以计取5次谐波),即m采样频率fs采样N点(N=2),
6、进行快速傅立叶P2+P3+P4+P5THD=@100%,(4)变化得到其频谱.假设,对某一含有3个频率分量的P1[2]基波功率P信号进行FFT,可以很直观地分析出各频率值,1可由频谱幅值U1求得,即P1=2并且经过计算可得各频率成分的功率和信号总功U1/R.同理,高次谐波功率P2,P3,P4,P5分别为2222率,如图2所示.U2/R,U3/R,U4/R,U5/R,其中,U2,U3,U4,U5为各次谐波的幅值.因此式(4)可写成THD=2222U2/R+U3/R+U4/R+U5/R2@100%.U1/R(5)所以只要对采集到的信号进行FFT,求出基波
7、以及各次谐波的幅值,带入公式(5),就可以计算出该信号的失真度.假设某单一的正弦波(带有高阶谐波),经过采样、FFT后得到它的频谱图如图3所示.图2时域和频域曲线图其中峰值对应的频率fi为信号的分量频率,即fi=Ki(i=0,1,2,3,,).(1)频率fi的功率2Pi=Ui/R,(R=508)(i=0,1,2,3,,).(2)信号的总功率P=P1+P2+P3+,(i=0,1,2,3,,).(3)[3-4]在分析频率分辨率时,在已知信号的最高图3失真时域和频域曲线图频率fc(即谱分析范围)时,为了避免在FFT运算中2.3周期信号检测发生频率混叠现象,
8、要求采样速率fs满足fs>2fc.在经过采样、FFT后得到的频谱中加上一个动由谱分辨率F=fs/N,如果保持
