音频信号分析仪的设计

本文以单片机为基础,利用离散傅里叶变换(DFT)对音频信号进行频谱分析。系统主要由音频信号放大、A/D转换、频谱分析、结果显示等部分组成。频谱频率分辨率为20Hz,频谱测量频率范围为20Hz～10000Hz。     

FFT与IFFT频域信号处理研究

本文根据快速傅里叶变换(FFT)将时域信号变换到频域以及逆快速傅里叶变换(IFFT)将频域信号变换回时域的特点,对使用FFT将时域信号变换至频域,在频域上对信号进行相应处理,再使用IFFT变换回时域,获得所需处理效果的这一频域信号处理方式进行了深入研究。对使用FFT与IFFT组合完成诸如滤波,定量增益滤波,频段搬移,频谱复制等进行了针对性的分析以及测试,并提出了一种应用于音频处理领域的数字频域矩阵,可以大大方便音频信号在频域上的处理甚至能够直观地进行音频制作。所有的这些算法皆使用了音频进行验证,并且对每一次处理前后的音频的语谱图和频率谱进行了分析对比。结果显示,使用FFT与IFFT频域处理方式可以较好地完成多种信号处理功能,由于其原理简单,因此极大地方便了复杂信号的处理。     

基于DSP的音频信号采集处理系统设计

研究了基于DSP的音频信号处理系统,分析了TI公司的信号处理器TMS320VC5402与音频模拟芯片TLV320AIC23(以下简称AIC23)的结构特点,描述了两者之间的多通道缓冲串口的硬件连接,对滤波算法进行了MATLAB仿真,并给出了相关DSP软件设计,实现了一个完整的音频信号数字化处理系统,可以对模拟音频信号进行采集、滤波、回放.     

无线音频传感器网络中低能耗数据采集方法研究

计算、存储空间、电能等资源极其有限的无线传感器网络节点,难以实现宽带音频、视频、图像等信号的采集和大流量采样数据的无线传输.针对此问题,结合压缩感知理论,提出了一种基于随机采样的音频信号采集方案.该方案中音频采集节点直接对模拟的音频信号进行低速随机采样,并将少量的低速采样得到的采样值传输至用户端,复杂的信号重建过程和信号分析在用户端完成.在单纯随机采样的基础上,提出了加性的随机采样时刻序列生成方法、推导了随机采样等效观测矩阵,并对随机采样等效观测矩阵的性能进行了仿真分析.仿真实验表明:该方案合理可行,以0.4倍奈奎斯特频率对音频信号采样时,信号重建误差低于0.02;以0.5倍奈奎斯特频率对音频信号采样时,信号重建误差低于0.01.在噪声模型下,该方案有一定抑制噪声功能.该方案在保证信号重建质量的前提下,能够大大降低节点数据采集与传输的能耗,从而有效解决无线音频传感器网络中由于数据量大造成的网络拥塞和大能耗问题.     

基于NMF的老电影音频背景噪声修复算法

老电影音频资料经过长时间的存储会出现音频纯度低、存在噪声等问题.利用非负矩阵分解(non-negative matrix factorization,NMF)算法对单声道音频中的背景噪声进行自动、快速检测和分离以去噪.对非噪声和噪声信号分别建立相应的模型,即前者使用正弦模型;后者的模型通过对老电影中先验噪声信号进行训练得到,然后使用一种条件受限的NMF算法对音频中的背景噪声进行分离.实验结果表明,该算法在去噪效果上要优于直接滤波等去噪算法.     

基于改进型BP神经网络的音频多分类

音频信号作为多媒体信息的重要载体之一, 为满足人们对信息知识的获取提供了有效途径.为了提高音频分类的精度,提出一种将音频信号的梅尔频率倒谱系数(Mel frequency cepstrum coefficient,MFCC)参数作为特征向量,采用基于改进型传输函数的误差反向传播神经(back propagation, BP)网络模型对6种音频进行分类.实验证明,该方法在音频分类精度方面性能良好,改进的传输函数具有收敛速度快的优点.相对于传统BP算法,该方法不仅缩短了训练时间,而且进一步提高了分类精度,其分类准确率达到90%以上.     

基于遗传算法优化匹配追踪的自然环境声音分类

针对自然环境中各种背景噪声下的声音事件识别问题,提出一种基于遗传匹配追踪算法将自然环境音频信号稀疏表示进行分类的方法.首先,利用匹配追踪(MP)算法稀疏表示信号的主体结构,以消除噪声影响,其中利用采用精英策略的遗传算法(GA)优化MP的分解重构速度;接着,提取MFCCs作为音频信号的特征参数;最后,使用分类器支持向量机(SVM)和高斯混合模型(GMM)对4大类19种声音进行分类与比较,分类效果明显优于未进行稀疏表示的声音信号.实验表明,SVM模型分类效果优于GMM,提出的方法对实地采集的自然环境音频信号能有效识别.     

可视对讲系统的载波调制和频分复用技术

为了解决传统可视对讲系统的视频和音频信号易受干扰、系统稳定性差和联网复杂等问题,提出用振幅平衡调制、频率调制和FSK(Frequency Shift Key)调制等方法,分别将可视对讲系统的视频、音频和数据等信号调制到不同的高频载波.并利用以专用载波滤波器为基础的频分复用网络,实现了可视对讲系统的直流电源、图像载波、语音载波、数据载波等信号在一条同轴线上远距离双向传输,提高了图像画质、语音音质和系统的可靠性,并应用于楼宇可视对讲系统产品中,运行结果表明,可视图像的画质和对讲语音的音质均优于传统可视对讲系统.     

基于FPGA的音频信号分析仪

本系统基于FPGA为控制核心,DSP为运算核心,以放大器和模数转换器（A／D）作为信号的输入级,实现输入音频信号频率的分析,可以测量正弦信号的失真度,并将信号总功率、频率分量的频率值和功率值等信息实时在液晶显示屏上显示。     

基于 FPGA 的微弱信号检测与实现技术

研究了杜芬混沌振子(Duffing chaos oscillator)微弱信号检测算法及其现场可编程门阵列(field programmable gate arrays,FPGA)实现技术.根据杜芬系统在混沌和大周期2种状态下相图的明显区别,运用基于相图分割的信号检测方法,在FPGA上实现了杜芬混沌算法与系统状态判别方法的结合.根据并行运算与流水线原理,对杜芬方程的结构进行调整.采用递推数列的方法计算正弦值,以便节约存储空间.使用VHDL硬件语言设计了杜芬阵子系统中核心的四阶龙格库塔(fourth order Runge Kutta algorithm,RK4)模块和状态检测模块,在vivado集成开发环境下仿真验证了设计的正确性.通过改变策动力的频率,系统可以检测各种频率的微弱正弦信号.经判断,该系统可实现对与系统信号同频率信号的检测.     

基于盲源分离理论和人类听觉掩蔽效应的数字音频水印方法

将盲源分离理论应用于数字音频水印技术,以达到在宿主信号未知的情况下分离出嵌入水印信号的目的;把生成混沌序列的初始值和宿主信号的时、频掩蔽信号作为密钥信息,生成嵌入水印信号,充分保证了水印检测的安全性;引入人类听觉系统(human auditory system,HAS)掩蔽效应的概念,使嵌入水印信号完全自适应于宿主信号,以提高算法的鲁棒性.实验结果表明,嵌入水印的音频信号没有明显的听觉失真,满足了音频水印不可听性的要求;经过低通滤波、重采样、添加噪声、剪切和mp3压缩等攻击后,嵌入水印信号和分离出的水印信号之间的相关函数较进行频域和时域掩蔽作用之前,具有更加明显的二值分布特征,算法的鲁棒性明显优于掩蔽作用之前;同时,该方法无需外加同步信息,就可以取得良好的同步效果.     

基于多分辨率分析和改进离散余弦变换的音频水印算法

提出了一种基于多分辨率分析的音频水印算法.首先通过对音频信号进行小波分解得到信号的时变低频分量,然后通过扩频和改进离散余弦变换将水印信息分散嵌入低频分量;最后通过误差修正获得较高的水印提取准确率.该算法增大了水印信号的嵌入量,在保证水印安全性和隐蔽性的同时,对常见的信号处理还具有较好的鲁棒性.     

基于LabVIEW的音频水印系统

用LabVIEW软件实现了在语音信号中嵌入文本信息水印．系统由水印嵌入和水印提取2部分组成．语音信号由麦克风输入，水印信息由LabVIEW支持的文本框输入，嵌入水印信息的音频信号以．WaV文件形式保存，通过水印提取系统可将嵌入音频信号内的保密文本信息还原．利用LabVIEW实现了既有嵌入程序又有提取程序的完整音频水印系统．     

跨平台音频信号分析仪设计

针对传统音频分析设备存在的问题,基于模块化设计思想,在LabVIEW开发环境下,依据PC机普通声卡进行信号的采集与分析,设计了音频信号分析仪。为保证音频分析仪在不同环境中使用,又开发了脱离LabVIEW环境的音频信号分析引导程序,使音频信号分析仪能够跨平台操作。经过在不同操作系统上的测试表明,该音频分析仪具有可扩展性好、适应性强、成本低廉、准确度高等优点。     

振幅调制-非线性调频信号测量声场的脉冲响应

提出采用振幅调制-非线性调频（AM-NLFM）信号测量声场的脉冲响应，AM—NLFM信号基于相位驻留原理的调制方法．该信号在测量声场脉冲响应时，具有良好的抗系统非线性失真和时变影响的能力，可以降低非周期傅里叶变换时的频谱泄漏，且可以根据任意频谱调制而能保持很低的波峰因数．实测表明该信号可以有效提高脉冲响应测量的速度与精度．该信号也可用于电声系统传递函数的测量中．     

FMCW雷达物位系统的算法设计

文中针对雷达物位计中差拍信号中心频率计算不准确的问题进行研究.首先使用窗函数法对差拍信号进行截取和滤波,减小频率泄漏和噪声的影响.其次,通过快速傅里叶变换从频谱中粗略的得到目标的相对位置.最后,利用谱估计的改进法对频谱进行细化处理,在不增加过多计算量的基础上实现了测距精度的提高.仿真结果表明测量精度比传统的直接FFT法提高了500倍左右,满足了物位计的技术标准,保证了系统的距离测量精度.     

用C542 KDSK实现信号倒谱计算

倒谱是频谱的再次分析,它对具有多成分边频的频谱图分析甚为有效。利用专作数字信号处理的DSP来实现倒谱计算,可设计出实时、高精度的倒谱分析系统。用C542DSK板实现原始数据采集和对数据进行倒谱运算,用TC3．0实现PC机与DSK板相互通信及计算结果的波形显示。本实验的研究结果可直接用于智能仪器的开发与制造。     

FFT频谱分析在微震信号识别中的应用

 为识别采场大爆破信号与岩石破裂大震级微震信号,运用MATLAB 的快速傅里叶变换(FFT)频谱分析,对采场大爆破信号和大震级微震信号的功率谱和幅频特性进行分析,并对比两者能量在频带上的分布差异。研究表明,大震级微震信号频带分布较宽,且在30～50 Hz 达到了最大幅值,采场大爆破信号频带更窄、幅值更大、且一般在10 Hz 就能达到最大幅值。由于爆破释放的能量较大且释放的非常快,采场大爆破信号能量大多分布在0～30 Hz 的低频区域,大震级微震信号的能量大多分布于30～50 Hz 区域。利用信号特性实现对两种信号快速有效的辨识,为后期微震监测对地压风险区域的预测预报提供了准确的数据支撑。     

新型多通道并行宽带数字雷达侦察接收机设计

针对现代雷达侦察接收机对ADC高采样率要求的难题,给出一种新的信号采集系统方案。利用多个低速率ADC并行采样,通过自适应波束形成算法对信号的频谱进行恢复,从而获取完整的信号频域信息。根据雷达侦察接收机的实际工作条件以及对实时性要求,对频谱恢复算法进行了性能优化和参数计算,并对算法进行了仿真。算法仿真结果和雷达信号处理机硬件测试结果表明,能够有效地提高侦察接收机的带宽,并且得到较好的频谱分析结果,能够广泛的应用于宽带数字雷达侦察接收机系统中。     

基于二阶差分的音频重采样盲取证

音频信号在拼接、重压缩、变速变调、伪装高质量音频等篡改操作中, 经常伴随着重采样的操作. 因此, 检测重采样是音频取证的重要方面. 提出采用二阶差分的方法来检测重采样音频, 从理论上证明了重采样的音频信号经过二阶差分处理后, 频谱上会呈现出明显的离散尖峰, 该方法也适用于常见的非线性插值情况. 运用该特点设计了重采样的自动检测方案, 研究了离散尖峰与音频时长、音频内容、音频格式的相关性. 大量实验结果表明, 该方法能够简单、快速、有效地检测重采样音频.