周城旭，王冬霞，曹玉東，曹洪奎

數(shù)字信號(hào)處理虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

周城旭，王冬霞，曹玉東，曹洪奎

（遼寧工業(yè)大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001）

給出了一種數(shù)字信號(hào)處理虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)云端做實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用LabVIEW模塊化編程設(shè)計(jì)，包括信號(hào)采集模塊、時(shí)頻域分析模塊、濾波器設(shè)計(jì)模塊和應(yīng)用擴(kuò)展模塊4個(gè)部分。信號(hào)采集模塊可實(shí)現(xiàn)單通道和多通道(麥克風(fēng)陣列)實(shí)時(shí)信號(hào)采集；時(shí)頻域分析模塊對(duì)信號(hào)采集模塊輸出的信號(hào)進(jìn)行時(shí)、頻域分析；濾波器設(shè)計(jì)模塊通過(guò)調(diào)整輸入最優(yōu)參數(shù)設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)采集模塊輸出的帶噪信號(hào)實(shí)時(shí)濾波；應(yīng)用擴(kuò)展模塊以語(yǔ)音應(yīng)用為主，可實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音端點(diǎn)檢測(cè)和麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音信號(hào)增強(qiáng)等功能。該虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)將數(shù)字信號(hào)處理課程中各個(gè)晦澀難懂的知識(shí)點(diǎn)具體化，利用語(yǔ)音信號(hào)處理的實(shí)際案例，實(shí)時(shí)直觀展示實(shí)際信號(hào)從采集、分析到處理的全過(guò)程。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)既可以用于教師的線上課堂講解，也可用學(xué)生線下自主學(xué)習(xí)，進(jìn)一步激發(fā)師生教學(xué)興趣。

LabVIEW；實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；麥克風(fēng)陣列；MATLAB

數(shù)字信號(hào)處理(DSP)課程是電子通信相關(guān)專業(yè)學(xué)生的必修專業(yè)課，語(yǔ)音和圖像信號(hào)處理、模式識(shí)別、人工智能等領(lǐng)域都包含該門課程的理論和方法，是一門理論公式繁多、晦澀難懂，與工程實(shí)踐緊密相連的課程[1]。在教學(xué)過(guò)程中，教師在短暫的課堂時(shí)間內(nèi)很難透徹地講解這些既抽象又復(fù)雜的理論及概念，如線性和圓周卷積、快速傅里葉變換算法和數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)等。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)學(xué)生能夠直接地虛擬仿真分析數(shù)字信號(hào)處理課程中復(fù)雜抽象的知識(shí)點(diǎn)，各個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K包含了學(xué)生需要掌握的重要知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生可以對(duì)每個(gè)零散的章節(jié)整合理解掌握，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效率。

該虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)思想采用案例教學(xué)法，包含數(shù)字信號(hào)處理課程中的教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)，數(shù)字信號(hào)處理的重要應(yīng)用就是語(yǔ)音信號(hào)處理，由于語(yǔ)音是人機(jī)溝通最便捷的方式，所以被廣泛應(yīng)用在人工智能等當(dāng)今的熱門領(lǐng)域[2]。但是實(shí)際的語(yǔ)音處理系統(tǒng)價(jià)格昂貴、算法操作復(fù)雜，且僅能用于特定語(yǔ)音信號(hào)處理情況。該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)模擬出了真實(shí)的語(yǔ)音信號(hào)處理情境，其中包括用于采集的硬件和圖形化G語(yǔ)言LabVIEW等軟件，學(xué)生可以模擬出真實(shí)的語(yǔ)音信號(hào)處理系統(tǒng)[3]。并對(duì)數(shù)字信號(hào)處理課程中的零散知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行整合，利用圖形化編程語(yǔ)言LabVIEW與MATLAB語(yǔ)言共同模擬語(yǔ)音處理系統(tǒng)的真實(shí)環(huán)境，將抽象的理論要點(diǎn)轉(zhuǎn)換成直觀的模擬真實(shí)情景，使學(xué)生在語(yǔ)音信號(hào)處理操作實(shí)踐中逐步掌握理論原理，提高實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效果[4]。它具有可編程、可擴(kuò)展，不受時(shí)間、地點(diǎn)、物理設(shè)備的限制和安全性能高等優(yōu)點(diǎn)，有效地克服了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的固有缺陷，學(xué)生通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以將理論與實(shí)際相結(jié)合，自主學(xué)習(xí)、解決問題和工程實(shí)踐能力均得到提高[5]。

1 虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

1.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)的總體框圖

考慮到“數(shù)字信號(hào)處理”課程中所有重要的概念和原理，利用LabVIEW與MATLAB混合編程、設(shè)計(jì)搭建了數(shù)字信號(hào)處理虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包括信號(hào)采集模塊、時(shí)頻域分析模塊、濾波器設(shè)計(jì)模塊以及擴(kuò)展應(yīng)用模塊4個(gè)部分。其中，共包含17個(gè)選項(xiàng)卡，分別利用仿真信號(hào)和實(shí)際語(yǔ)音信號(hào)在不同域進(jìn)行分析和處理，如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖

1.2 信號(hào)采集模塊

信號(hào)采集模塊，為了使學(xué)生深入理解奈奎斯特采樣定理，以及如何設(shè)置采樣頻率，從而進(jìn)行實(shí)時(shí)的語(yǔ)音信號(hào)采集，前面板利用LabVIEW圖形化編程語(yǔ)言設(shè)計(jì)主要參數(shù)輸入，包括錄音時(shí)間、采樣位數(shù)、采樣頻率和聲卡通道等，如圖2所示。通過(guò)虛擬示波器顯示采集到的不同語(yǔ)音信號(hào)波形圖并播放，直觀感受單通道語(yǔ)音信號(hào)和麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音信號(hào)的不同。

奈奎斯特采樣定理：若x()是頻帶寬度有限的信號(hào)(帶限信號(hào))，若想抽樣后的信號(hào)能夠不失真地還原出原信號(hào)，則必須抽樣頻率f大于或等于信號(hào)最高頻率分量f的2倍，或者說(shuō)信號(hào)的最高頻率不得大于折疊頻率f/2，即：

圖2 信號(hào)的采集與存儲(chǔ)

f≥2f(1)

后面板編程框圖，語(yǔ)音信號(hào)的采集分為采集、存儲(chǔ)和播放等環(huán)節(jié)。所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中，利用語(yǔ)音輸入安裝節(jié)點(diǎn)設(shè)置錄入語(yǔ)音的參數(shù)，連接語(yǔ)音讀取節(jié)點(diǎn)，輸出波形文件。TDMS寫入節(jié)點(diǎn)設(shè)置語(yǔ)音文件的存儲(chǔ)路徑和存儲(chǔ)格式。聲音輸入安裝節(jié)點(diǎn)連接聲音寫入節(jié)點(diǎn)播放聲音和調(diào)節(jié)音量。利用if條件結(jié)構(gòu)框圖，控制采集的開始和停止，套用while循環(huán)結(jié)構(gòu)框圖連續(xù)采集語(yǔ)音信號(hào)，如圖3所示。

圖3 信號(hào)采集編程框圖

1.3 時(shí)頻域分析模塊

為了使學(xué)生深入理解時(shí)移、時(shí)域卷積等數(shù)字信號(hào)時(shí)域運(yùn)算和分析過(guò)程，仿真真實(shí)環(huán)境，隨時(shí)調(diào)節(jié)不同參數(shù)及信號(hào)類型，采用傅里葉變換進(jìn)行頻域分析，觀察不同類別信號(hào)的頻率分布特性。前面板利用游標(biāo)卡尺控件調(diào)節(jié)信號(hào)的頻率和相位，文本下拉列表控件選擇相應(yīng)波形，設(shè)置4個(gè)虛擬示波器顯示時(shí)域信號(hào)和相應(yīng)的幅度譜、相位譜和功率譜，簡(jiǎn)潔清晰，界面友好，如圖4所示。

圖4 仿真信號(hào)的頻譜分析

在“數(shù)字信號(hào)處理”課程中，考慮到學(xué)生需要掌握典型信號(hào)的產(chǎn)生，所以在LabVIEW后面板中調(diào)用仿真信號(hào)生成器，生成所需要的正弦波、方波等仿真波形，if條件結(jié)構(gòu)框圖選擇波形和相應(yīng)的頻譜和相位，然后調(diào)用頻譜測(cè)量?jī)x得到數(shù)字信號(hào)的頻域特性，利用while循環(huán)結(jié)構(gòu)框圖使整個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)持續(xù)運(yùn)行，如圖5所示。

為了使學(xué)生可以對(duì)所采集的實(shí)際語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，理論與實(shí)際相結(jié)合，提高其學(xué)習(xí)興趣，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)處理設(shè)計(jì)了仿真信號(hào)頻譜分析選項(xiàng)卡，同時(shí)設(shè)置了語(yǔ)音信號(hào)頻譜分析選項(xiàng)卡。利用TDMS讀取節(jié)點(diǎn)可以選取不同的語(yǔ)音信號(hào)，虛擬仿真實(shí)際的語(yǔ)音信號(hào)頻譜分析，包括傳感器采集到的純凈或帶噪語(yǔ)音信號(hào)、加噪后的語(yǔ)音信號(hào)以及單純的噪聲信號(hào)的頻譜，為之后濾波器設(shè)計(jì)參數(shù)選擇提供依據(jù)。

圖5 仿真信號(hào)頻譜分析的程序框圖

1.4 濾波器設(shè)計(jì)模塊

學(xué)生需要通過(guò)頻譜分析，選擇合適的濾波器類型，設(shè)計(jì)了典型濾波器選項(xiàng)卡。正弦波節(jié)點(diǎn)生成仿真波形，利用幾種經(jīng)典濾波器巴特沃斯濾波器、切比雪夫?yàn)V波器、橢圓濾波器和中值濾波器節(jié)點(diǎn)生成濾波之后的波形進(jìn)行分析比較，生動(dòng)形象地深入理解不同種類的濾波器特性。虛擬仿真真實(shí)環(huán)境，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定濾波器的初始值，通過(guò)前面板的文本下拉列表控件和游標(biāo)卡尺控件設(shè)置相應(yīng)參數(shù)。

考慮到濾波器設(shè)計(jì)是“數(shù)字信號(hào)處理”課程中的重點(diǎn)內(nèi)容，所以設(shè)置IIR/FIR濾波器設(shè)計(jì)選項(xiàng)卡，通過(guò)wav文件讀取節(jié)點(diǎn)調(diào)用語(yǔ)音庫(kù)中的實(shí)際語(yǔ)音信號(hào)，分析頻譜特性，設(shè)置不同參數(shù)，虛擬仿真實(shí)際的語(yǔ)音信號(hào)處理系統(tǒng)，設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器。在LabVIEW后面板中調(diào)用數(shù)字濾波器圖形化編程框圖，連接輸入端濾波器類型、截止頻率、衰減等濾波器設(shè)計(jì)參數(shù)，捆綁成簇的形式，輸出端為利用時(shí)頻域分析模塊生成的所設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的頻譜特性，如圖6所示。

圖6 數(shù)字濾波器的程序框圖

1.5 應(yīng)用擴(kuò)展模塊

為了滿足不同學(xué)生的研究需求，分析理解語(yǔ)音信號(hào)的基本時(shí)域特性，進(jìn)行語(yǔ)音信號(hào)的端點(diǎn)檢測(cè)。由于語(yǔ)音信號(hào)的短時(shí)平穩(wěn)性，所以需要對(duì)所接收到的信號(hào)進(jìn)行分幀處理，所以設(shè)計(jì)分幀選項(xiàng)卡。

設(shè)語(yǔ)音波形時(shí)域信號(hào)為()，加窗分幀處理后得到的第幀語(yǔ)音信號(hào)為x()，則x()滿足下式：

式中：=0, 1, 2, …；為幀長(zhǎng)；為幀移長(zhǎng)度。

根據(jù)實(shí)際情況，擴(kuò)展設(shè)計(jì)不同的波束形成算法進(jìn)行麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音信號(hào)增強(qiáng)，以延時(shí)求和波束形成算法為例。

設(shè)等距線陣有個(gè)陣元，入設(shè)信號(hào)為窄帶信號(hào)，這時(shí)陣列的輸出可表示為：

若空間只有一個(gè)來(lái)自方向的信號(hào)，方向矢量()的表示形式與權(quán)矢量相同。則有：

應(yīng)用擴(kuò)展模塊設(shè)計(jì)是將LabVIEW和MATLAB相結(jié)合，因?yàn)榇蠖鄶?shù)波束形成算法相對(duì)復(fù)雜，單純利用數(shù)據(jù)流形式的LabVIEW編程運(yùn)算速率慢，無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)輸出結(jié)果。LabVIEW中包含MATLAB調(diào)用節(jié)點(diǎn)，具有兼容性，可以不啟用MATLAB軟件，直接運(yùn)行MATLAB代碼[6]，如圖7所示。

圖7 麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音信號(hào)處理程序框圖

該綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)不僅可應(yīng)用于語(yǔ)音信號(hào)增強(qiáng)，也可對(duì)語(yǔ)音信號(hào)識(shí)別、聲源定位等領(lǐng)域擴(kuò)展設(shè)計(jì)。適用于本科生競(jìng)賽和研究生算法研究，調(diào)用經(jīng)典算法的MATLAB程序，可以適用于虛擬仿真用于人工智能等領(lǐng)域的麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音信號(hào)處理系統(tǒng)。

2 虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)

數(shù)字信號(hào)處理虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)利用案例式設(shè)計(jì)方法，真實(shí)還原實(shí)際的語(yǔ)音信號(hào)處理系統(tǒng)，包括采集、時(shí)頻域分析、數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)、語(yǔ)音信號(hào)增強(qiáng)4個(gè)部分。語(yǔ)音信號(hào)利用單通道和多通道(麥克風(fēng)陣列)進(jìn)行采集，本文采用6個(gè)距離2 cm的麥克風(fēng)組成的線性均勻陣列連接PXI設(shè)備采集麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音信號(hào)。

2.1 語(yǔ)音信號(hào)采集及顯示

信號(hào)采集模塊中的語(yǔ)音信號(hào)采集選項(xiàng)卡采集語(yǔ)音信號(hào)，選擇合適的物理通道，設(shè)置采樣頻率和采樣點(diǎn)，需要滿足奈奎斯特采樣定理。在實(shí)驗(yàn)室中，用于語(yǔ)音信號(hào)實(shí)時(shí)采集的設(shè)備是美國(guó)NI公司的PXI設(shè)備，包括單通道和多通道(麥克風(fēng)陣列)語(yǔ)音信號(hào)采集。存儲(chǔ)成LabVIEW中的數(shù)據(jù)格式TDMS文件，保存在本地電腦里。學(xué)生也可以利用筆記本、手機(jī)等錄音設(shè)備，自行設(shè)置采樣頻譜，在會(huì)議、車載和其他實(shí)際場(chǎng)景錄制實(shí)際的語(yǔ)音信號(hào)。語(yǔ)音信號(hào)波形顯示選項(xiàng)卡分別顯示和實(shí)時(shí)播放采集到的單通道語(yǔ)音信號(hào)波形以及麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音信號(hào)波形。點(diǎn)擊開始按鈕，可以聽到語(yǔ)音文件并通過(guò)虛擬仿真示波器觀察單通道或麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音信號(hào)的波形，如圖8所示。

圖8 語(yǔ)音信號(hào)的顯示

2.2 語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)頻域分析

應(yīng)用擴(kuò)展模塊中包括語(yǔ)音特性分析和語(yǔ)音端點(diǎn)檢測(cè)選項(xiàng)卡，語(yǔ)音預(yù)處理，即初始的端點(diǎn)檢測(cè)則利用短時(shí)能量和短時(shí)過(guò)零率，如圖9所示。

圖9 語(yǔ)音信號(hào)的端點(diǎn)檢測(cè)

觀察短時(shí)能量和短時(shí)過(guò)零率的波形圖，從380幀到1 000幀之間是語(yǔ)音信號(hào)，因?yàn)檎Z(yǔ)音段的能量較高，靜音段的能量較低，而短時(shí)過(guò)量率的幅值正好相反。當(dāng)然，這種幅值的高低僅是相對(duì)而言，并沒有精確的閾值設(shè)定[6-7]。

為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)濾波器的有效性，需要引入加噪語(yǔ)音信號(hào)，所以在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中增設(shè)了濾波器設(shè)計(jì)模塊中的語(yǔ)音信號(hào)加噪選項(xiàng)卡，在噪聲選擇工具欄里面選擇50 Hz的工頻干擾，點(diǎn)擊開始按鈕。實(shí)現(xiàn)將噪聲混入信號(hào)源中，利用虛擬示波器可以分別觀察純凈語(yǔ)音信號(hào)和加噪語(yǔ)音信號(hào)。時(shí)頻域分析模塊中的語(yǔ)音信號(hào)頻譜分析選項(xiàng)卡，加入背景噪聲后的語(yǔ)音信號(hào)幅頻特性，對(duì)其進(jìn)行頻域特性分析，如圖10所示。觀察語(yǔ)音信號(hào)的主要頻率范圍，噪聲信號(hào)的頻率為50 Hz，為后續(xù)濾波器設(shè)計(jì)提供理論支撐。

圖10 語(yǔ)音信號(hào)的頻譜

2.3 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)

濾波器設(shè)計(jì)模塊中的經(jīng)典濾波器選項(xiàng)卡，設(shè)置仿真波形參數(shù)，點(diǎn)擊開始按鈕，分析特性，根據(jù)實(shí)際要求選取最有效的濾波器類型。通過(guò)觀察和分析頻譜圖，輸入合適的濾波器初始值，得到濾波器的最優(yōu)效果。濾波器選項(xiàng)卡，可以看到參數(shù)設(shè)置界面。設(shè)定衰減，需要調(diào)節(jié)截止頻率，使得濾波器可以保留語(yǔ)音信號(hào)頻譜，濾除噪聲所在的頻段。通過(guò)濾波器的頻譜圖顯示的濾波器特性，結(jié)合帶噪語(yǔ)音信號(hào)中純凈語(yǔ)音信號(hào)和噪聲信號(hào)的頻譜圖分析結(jié)果，觀察所設(shè)計(jì)的濾波器能否達(dá)到預(yù)想的濾波效果，如圖11所示。

濾波器設(shè)計(jì)模塊中的單通道語(yǔ)音信號(hào)增強(qiáng)選項(xiàng)卡，輸入所設(shè)計(jì)的最優(yōu)濾波器參數(shù)，分別為通帶和阻帶截止頻率48、52 Hz，最大衰減和最小衰減1、60 dB。實(shí)時(shí)播放處理前后的語(yǔ)音文件，從聽覺上直觀感受濾波的效果，觀察分析處理前后語(yǔ)音信號(hào)的波形圖和頻譜圖，結(jié)果如圖12所示。

圖11 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)

圖12 單通道語(yǔ)音信號(hào)增強(qiáng)

理想情況下，濾波后信號(hào)的頻譜應(yīng)該沒有噪聲的頻譜成分。但若噪聲信號(hào)的頻譜和聲音信號(hào)頻率相差較小，則有可能噪聲不能全部被濾除干凈。觀察濾波后波形圖，可以看出所設(shè)計(jì)的數(shù)字濾波器有效地濾除了50 Hz的工頻干擾。

應(yīng)用擴(kuò)展模塊中的麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音增強(qiáng)選項(xiàng)卡，調(diào)用相應(yīng)的波束形成算法，對(duì)麥克風(fēng)陣列接收到的含有隨機(jī)噪聲的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行增強(qiáng)[8-12]，如圖13所示。對(duì)含有噪聲的語(yǔ)音信號(hào)和通過(guò)波束形成算法增強(qiáng)后的語(yǔ)音信號(hào)，觀察得出，噪聲信號(hào)的幅值明顯降低。

圖13 麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音信號(hào)增強(qiáng)

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的麥克風(fēng)陣列增強(qiáng)模塊中的波束形成方法根據(jù)實(shí)際需要可以隨意改變。本文實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包括固定波束形成算法和自適應(yīng)波束形成算法。

3 結(jié)束語(yǔ)

目前，該平臺(tái)已廣泛應(yīng)用于本校電子、通信學(xué)生課程教學(xué)，由于不受場(chǎng)地制約和設(shè)備限制，學(xué)生無(wú)需購(gòu)買價(jià)格昂貴的語(yǔ)音信號(hào)處理系統(tǒng)，通過(guò)自主學(xué)習(xí)即可開發(fā)該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的語(yǔ)音信號(hào)處理算法，提高了學(xué)生自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的能力。本校的本科生和研究生均已利用該平臺(tái)參加競(jìng)賽活動(dòng)和課題研究，取得了一定突破成果，學(xué)生的自主創(chuàng)新能力得到極大提升。以“多點(diǎn)結(jié)合、層次分明”的設(shè)計(jì)思路搭建數(shù)字信號(hào)處理虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)結(jié)合了零散的理論知識(shí)、傳統(tǒng)的MATLAB編程實(shí)驗(yàn)、語(yǔ)音信號(hào)處理的工程實(shí)際應(yīng)用；采用模塊化編程、案例式設(shè)計(jì)，將該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分解為基礎(chǔ)部分、綜合部分、實(shí)踐部分和創(chuàng)新部分，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的工程實(shí)踐創(chuàng)新能力。

[1] 蔣留兵, 車?yán)? 李德明. LabVIEW在“數(shù)字信號(hào)處理”虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探索[J]. 工業(yè)和信息化教育, 2018(4): 65-71.

[2] 劉鑫, 金暄宏. 基于LabVIEW的語(yǔ)音信號(hào)處理[J]. 軟件導(dǎo)刊, 2017, 16(8): 65-71.

[3] 張曉寧, 許愛雪, 李娜. 虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)在《計(jì)算機(jī)組成原理》中的應(yīng)用探討[J]. 電子測(cè)試, 2018, (12): 121-123.

[4] 王志兵, 劉建國(guó), 歐陽(yáng)旻, 等. 基于虛實(shí)結(jié)合的《無(wú)線傳感器原理及應(yīng)用》實(shí)踐課程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 福建電腦, 2018, 32(10): 112-132.

[5] 彭光含, 劉長(zhǎng)青. 基于虛擬仿真的《電路分析》課程體系與MOOC教學(xué)融合模式[J]. 教育現(xiàn)代化, 2018, 5(28): 275-276.

[6] 周城旭, 王冬霞, 呂義, 等. LabVIEW陣列語(yǔ)音處理系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索, 2016, 35(9): 138-149.

[7] Ryutaro Sakanashi, Nobutaka Ono, Shigeki Miyabe, et al. Speech enhancement with ad-hoc microphone array using single source activity[C]. Proc APSIPA, 2013: 1-6.

[8] Souden M, Kinoshita K, Delcroix M, et al. Distributed microphone array processing for speech source separation with classi?er fusion[J]. Proc MLSP, 2012(10): 522-532.

[9] 王永良, 丁前軍. 自適應(yīng)陣列處理[M]. 北京: 清華大學(xué)出版社, 2009: 13-14.

[10] May L, Yang Y X, He Z Y. Theoretical and practical solutions for high-order super directivity of circular sensor array[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2013, 60(1): 203-209.

[11] Li Z, Wu W, Zhang Q. Speech enhancement using magnitude and phase spectrum compensation[C]. IEEE International Conference on Computer and Information Science, 2016: 1-4.

[12] Wu C, Hu H, Wang S. Wavelet speech enhancement based on robust principal component analysis[J]. Proceedings Inter Speech, 2017(1): 439-443.

Design of Comprehensive Experiment Platform for Digital Signal Processing on Virtual Simulation

ZHOU Cheng-xu, WANG Dong-xia, CAO Yu-dong, CAO Hong-kui

（School of Electronics & Information Engineering, Liaoning University of Technology, Jinzhou 121001, China）

At present, there is a comprehensive experiment platform for digital signal processing on virtual simulation for experimenting in the cloud. There are four parts including the acquisition module of signals, the analysis module on time-frequency domain, the filter design module, the practical extension module on the experiment platform which uses modular design on LabVIEW. On the acquisition module, the real-time signal acquisition of single channel and multi-channel (microphone array) can be realized; On the analysis module, the signals which are output from the signal acquisition module are analyzed on time-frequency domain; On the filter design module, the digital filter is designed by adjusting the optimal input parameters to realize the real-time filtering of the noisy signal output from the signal acquisition module. On the practical extension module mainly for speech application, the functions of speech endpoint detection and speech enhancement on microphone array can be realized. All difficult knowledge of the digital signal processing course is specified on the comprehensive experiment platform. The whole process of acquisition, analysis and processing is demonstrated vividly in real time by using the actual case of speech processing. The experiment platform can be used not only for teachers’ online explanation in class, but also for students’ offline in dependent learning.

LabVIEW; experiment platform; microphone array; MATLAB

TN911

A

1674-3261(2021)01-0005-06

10.15916/j.issn1674-3261.2021.01.002

2020-07-05

遼寧省科學(xué)事業(yè)公益研究基金（20170056）

周城旭(1987-)，女，遼寧錦州人，實(shí)驗(yàn)師，碩士。

責(zé)任編校：孫 林