關(guān)于NI LabVIEW中的高級內(nèi)置分析和信號處理的分析和介紹

原始數(shù)據(jù)不總能即刻傳遞有用信息。通常，用戶必須變換信號、去除噪聲干擾、糾正因設(shè)備故障損壞的數(shù)據(jù)或補(bǔ)償環(huán)境影響（如：溫度與濕度）。為此，信號處理，作為對信號的分析、解釋和操作，是幾乎各類工程應(yīng)用中的基本需求。借助LabVIEW軟件完整的分析功能，無需浪費(fèi)時(shí)間移動不相容工具之間的數(shù)據(jù)，無需編寫自己的分析規(guī)程，就能處理各類信號。

自由選擇最適合分析的方法
用戶可選用多種方式將分析納入配有LabVIEW的應(yīng)用中。通常，用戶希望將最適合的決策方式作為分析結(jié)果。

借助在線分析, 加快決策
在線分析表明：數(shù)據(jù)接受相同應(yīng)用程序的分析和采集。若應(yīng)用程序可根據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)的特征監(jiān)測信號并改變行為，用戶就需要在采集數(shù)據(jù)時(shí)加以分析。通過測量和分析信號的某些方面，用戶能讓應(yīng)用適合某些情況并啟用合適的執(zhí)行參數(shù)——可以將數(shù)據(jù)保存至磁盤或提高采樣率。盡管這只是一個(gè)范例，但有數(shù)千種應(yīng)用程序都需要一定的智能（根據(jù)不同的條件作出相應(yīng)決定的能力）；適應(yīng)性也是必需的，只能將分析算法添加到應(yīng)用程序中才有實(shí)現(xiàn)的可能。

通常，作出決定基于數(shù)據(jù)自動化。這意味著：邏輯被構(gòu)建至應(yīng)用程序，以處理某些行為。例如，當(dāng)溫度越過閾值或振動水平過高時(shí)，工廠監(jiān)控系統(tǒng)會點(diǎn)亮1個(gè)LED來給出提示。然而，并非所有基于采獲數(shù)據(jù)的決定都是自動作出的。為確定系統(tǒng)是否按預(yù)期運(yùn)行，用戶往往必須監(jiān)測執(zhí)行。您不應(yīng)記錄數(shù)據(jù)、從文件或數(shù)據(jù)庫中提取數(shù)據(jù)，再對它進(jìn)行離線分析只為發(fā)現(xiàn)采集中的問題，而應(yīng)在采集數(shù)據(jù)時(shí)辨識問題。這些時(shí)候，應(yīng)用程序必須處理采獲的數(shù)據(jù)，再用一種最適用的方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、簡化、規(guī)范化和顯示。LabVIEW中對話的內(nèi)置套件，可令創(chuàng)建的應(yīng)用程序向操作人員或用戶提供選件。例如，若溫度過高，對話可以敦促操作人員采用指定操作，然后按“確定(OK)”或“繼續(xù)(Continue)”按鈕，繼續(xù)應(yīng)用程序。

無論決策是由內(nèi)置邏輯還是人類用戶做出，LabVIEW均提供分析和數(shù)學(xué)規(guī)程，從而完美結(jié)合數(shù)據(jù)采集函數(shù)和顯示功能。這讓它們可能被輕松構(gòu)建至各類應(yīng)用程序；用戶無需按照各色工具的需要繁瑣地為數(shù)據(jù)賦予不同格式。此外，LabVIEW提供用于逐點(diǎn)執(zhí)行的分析規(guī)程；這些規(guī)程的設(shè)計(jì)可專門滿足實(shí)時(shí)應(yīng)用程序中在線分析的需求。

逐點(diǎn)分析帶來更貼近輸入信號的智能
逐點(diǎn)分析是在線分析的子集；其結(jié)果在單個(gè)而非一組樣本獲取后計(jì)算得到。在處理能提供高速、確定單點(diǎn)數(shù)據(jù)采集的控制過程中，此類分析是必要的。逐點(diǎn)的方法簡化了設(shè)計(jì)、實(shí)施和測試過程，因?yàn)閼?yīng)用程序流和應(yīng)用程序所監(jiān)視和控制的真實(shí)世界中的自然流動十分相似。

圖1. 基于數(shù)組的分析較之逐點(diǎn)分析

借助精簡式逐點(diǎn)分析，采集和分析過程能夠趨近控制點(diǎn)，因?yàn)椴杉蜎Q策之間的延遲被最大程度縮減了。如需進(jìn)一步縮減這類采集延時(shí)，可將分析部署至現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)芯片、數(shù)字信號處理(DSP)芯片、嵌入式控制器、專用CPU、ASIC。

將強(qiáng)大的算法與規(guī)程添加至應(yīng)用程序后，您能減少猜測并創(chuàng)建智能處理，從而在運(yùn)行時(shí)分析結(jié)果、提高效率并且反復(fù)地將實(shí)驗(yàn)或處理性能與輸入變量相關(guān)聯(lián)。

通過離線分析查看數(shù)據(jù)
采用分析規(guī)程時(shí)，在線分析不總是正確的方法。若用戶無需在采集數(shù)據(jù)時(shí)做決定，可選擇進(jìn)行離線分析。通常，離線分析應(yīng)用的目的是：通過多個(gè)數(shù)據(jù)集的相互關(guān)聯(lián)，識別變量的成因和影響。由于此類分析在數(shù)據(jù)采集后做出，用戶不受數(shù)據(jù)采集的定時(shí)和內(nèi)存限制；進(jìn)行此類分析只需獲得足夠用的計(jì)算資源。這為分析提供了幾項(xiàng)優(yōu)勢。首先，離線分析提供強(qiáng)大許多的數(shù)據(jù)交互性，令您能夠真正探究原始數(shù)據(jù)和分析實(shí)現(xiàn)結(jié)果。直方圖、趨勢分析和曲線擬合都是常見的離線分析任務(wù)。另外，考慮到處理大數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)時(shí)，信號處理算法所耗用的大量時(shí)間，在線采集的瓶頸不再是關(guān)注的焦點(diǎn)。

在LabVIEW中保存并調(diào)回適合更多分析的數(shù)據(jù)
分析采集范疇外被采獲的數(shù)據(jù)通常需要用戶將數(shù)據(jù)傳輸至文件，無論它具有二進(jìn)制、文本還是自定義格式。LabVIEW兼容各類標(biāo)準(zhǔn)文件格式，但DataPlugins擴(kuò)展了LabVIEW的數(shù)據(jù)文件支持能力。用戶可使用DataPlugins來描述各類自定義文件格式并告訴LabVIEW如何詮釋包含存儲數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)文件。將信號處理應(yīng)用于采集到的數(shù)據(jù)，無論是從硬件設(shè)備實(shí)時(shí)采集還是直接打開文件獲取數(shù)據(jù)，流程都是一樣的。

數(shù)據(jù)便攜性確保您永不觸及盲端
使用LabVIEW時(shí)，用戶無需脫離LabVIEW環(huán)境，就能解決更多的應(yīng)用問題。有時(shí)用戶仍需將數(shù)據(jù)帶入另一個(gè)工具，在公司內(nèi)進(jìn)行離線分析或推廣。例如：遷移Microsoft Excel等程序，要先將采集的數(shù)據(jù)保存至格式可被Excel理解的文件，再在Excel中打開該數(shù)據(jù)。通常，詮釋格式化和不同應(yīng)用程序之間文件兼容性差異的必要步驟，對您而言只是另一項(xiàng)開發(fā)者需承擔(dān)的任務(wù)。所幸，LabVIEW有助通過內(nèi)置和附加工具，簡化這些通常累贅的步驟。LabVIEW提供的內(nèi)置函數(shù)，既能將數(shù)據(jù)直接傳輸至Microsoft Excel從而將數(shù)據(jù)保存為兼容格式，也能通過LabVIEW報(bào)告生成工具包幫助用戶自動創(chuàng)建源自采集和分析代碼的報(bào)告。如需對數(shù)據(jù)加強(qiáng)交互式分析，LabVIEW可很好地配合NI DIAdem數(shù)據(jù)管理和交互式分析軟件。

通過保存僅需數(shù)據(jù)節(jié)省時(shí)間
想在屏幕上查看數(shù)據(jù)，單憑數(shù)據(jù)的采集和處理往往是不夠的。您有時(shí)需要保存采集的數(shù)據(jù)以備今后參考；在硬盤和數(shù)據(jù)庫中存儲數(shù)百或數(shù)千兆字節(jié)的數(shù)據(jù)也并不稀奇。應(yīng)用程序運(yùn)行了一次乃至上百次后，用戶繼而可以提取信息以便作出決定、比較結(jié)果、對過程做適當(dāng)?shù)男薷?，直到獲得滿意的結(jié)果。

盲目存儲所有采集的數(shù)據(jù)，使累積大量數(shù)據(jù)相對容易，以至其變得無法管理。借助快速數(shù)據(jù)采集卡和足量的通道數(shù)，只需數(shù)毫秒就能獲取數(shù)千個(gè)值[NI PCI-6115 S系列數(shù)據(jù)采集(DAQ)卡每秒采集超過57 MB的原始數(shù)據(jù)]。搞清所有數(shù)據(jù)的意義并不是一項(xiàng)瑣碎的任務(wù)。工程師和科學(xué)家一般會提出報(bào)告，創(chuàng)建圖形，并最終用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來證實(shí)任何評估和結(jié)論。缺乏正確的工具，任務(wù)艱巨的同時(shí)，還導(dǎo)致效率下降。

借助LabVIEW，在將數(shù)據(jù)存儲到磁盤前，可先輕松執(zhí)行重要的數(shù)據(jù)壓縮和規(guī)范化，這樣在提取已保存的數(shù)據(jù)做進(jìn)一步分析或預(yù)覽時(shí)，就顯得更容易。重采樣、平均和數(shù)學(xué)變換，如：快速傅立葉變換(FFT)，可將大量原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為更有用的結(jié)果以便記錄和今后參考。

全面、可靠的功能
將分析與數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)顯示結(jié)合在單個(gè)應(yīng)用程序中，這在大多數(shù)軟件開發(fā)環(huán)境中不可能實(shí)現(xiàn)。典型的軟件包可以是：缺乏信號處理庫的通用編程語言、只執(zhí)行單個(gè)任務(wù)（即采集）的專項(xiàng)即用型(turnkey)應(yīng)用，就是結(jié)合對硬件和實(shí)際信號有限支持的數(shù)值分析工具。很少能夠滿足測量系統(tǒng)的全部需求（如：分析），這迫使您花時(shí)間傳輸工具之間的數(shù)據(jù)并在中間數(shù)據(jù)格式間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。有別于僅為數(shù)據(jù)采集或信號處理設(shè)計(jì)的軟件開發(fā)工具，LabVIEW從開發(fā)時(shí)就提供完全集成的解決方案，幫助用戶在單一環(huán)境中同時(shí)采集并分析數(shù)據(jù)。

圖2. 顯示采集、分析并運(yùn)用ExpressVI記錄至文件的單個(gè)VI

作為一類針對工程應(yīng)用的工具，LabVIEW圖形化編程及其擴(kuò)展的整套信號處理和測量函數(shù)，極大簡化了測量和在線分析應(yīng)用程序的開發(fā)。LabVIEW用戶可將這些函數(shù)集成到應(yīng)用程序中，進(jìn)行智能測量并更快地獲取數(shù)據(jù)。

內(nèi)置函數(shù)的擴(kuò)展程序庫
LabVIEW包含超過850個(gè)內(nèi)置信號處理、分析和數(shù)學(xué)函數(shù)，可簡化多類應(yīng)用程序的開發(fā)。此類函數(shù)的范疇從高級且基于配置的助手延伸至低層次程序塊，便于您通過結(jié)合完全定制算法。使用這些范圍寬廣的函數(shù)，令您能在需要時(shí)靈活應(yīng)用必要的算法。

使用Express VI來交互式配置分析
基于配置的Express VI能夠最為簡單地將在線測量分析和信號處理加入LabVIEW應(yīng)用。將Express VI添加至程序框圖時(shí)，顯示的對話有助您配置自己需要進(jìn)行的分析。這降低了將分析和信號處理算法添加至應(yīng)用造成的難度。眾多的信號分析Express VI，既為LabVIEW開發(fā)提供配置方法，也包含LabVIEW的許多低層次信號處理功能。

圖3. 信號分析選板展現(xiàn)適合信號處理的廣泛Express VI

借助Express VI，用戶在交互地查看各類分析算法設(shè)置時(shí)，可立即看到配置對話中的結(jié)果。例如，幅值和電平測量Express VI執(zhí)行多類電平測量，如：直流、均方根、最大和最小峰、峰-峰計(jì)算、周期平均和周期均方根。

圖4. 配置窗口, 面向幅值和電平測量Express VI

類似的，濾波器Express VI提供的工具能夠配置低通、高通、帶通和帶阻等數(shù)字濾波器。針對該Express VI的配置對話可通過控制交互地配置濾波器設(shè)置，如：高和低截止頻率、針對有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器的抽頭數(shù)、針對無限脈沖響應(yīng)(IIR)濾波器（Butterworth、Chebyshev、反Chebyshev、橢圓和Bessel)的拓?fù)溥x擇、階次選擇。

圖5. 配置窗口, 面向?yàn)V波器Express VI

分析數(shù)據(jù)中的一項(xiàng)普遍挑戰(zhàn)是：處理多個(gè)擁有不同采樣率卻須接受關(guān)聯(lián)的信號。然而，用戶能夠使用對齊和重采樣Express VI采集2個(gè)或多個(gè)信號，并通過工具對憑不同采樣率和采集參數(shù)采獲的信號進(jìn)行對齊和重采樣。該Express VI提供的工具，可選擇采集類型、對齊間隔、重采樣特性（最小dt、用戶自定義dt或基于參考信號）。

圖6. 配置窗口, 面向?qū)R和重采樣Express VI

LabVIEW還包含Express VI來實(shí)現(xiàn)以下高級功能:

頻譜測量

失真測量

單頻測量

幅值和電平測量

信號的時(shí)間與瞬態(tài)特性測量

曲線擬合

統(tǒng)計(jì)

卷積和相關(guān)

仿真信號

信號掩區(qū)和邊界

對齊和重采樣

借助可靠的分析函數(shù)節(jié)省時(shí)間
LabVIEW還包含一個(gè)完整的低電平信號分析函數(shù)庫，可執(zhí)行特定分析任務(wù)。這些VI被歸為兩大類：信號處理和數(shù)學(xué)。信號處理庫中的函數(shù)適合：濾波、信號生成、信號分析、變換、波形調(diào)理、波形生成、波形測量、加窗。僅在濾波VI子集中，就有面向Bessel、Butterworth、Chebyshev、橢圓、FIR加窗、反Chebyshev等內(nèi)容的濾波VI。數(shù)學(xué)庫中的函數(shù)適合不同方程、曲線擬合、幾何、積分、插值、線性代數(shù)、優(yōu)化、多項(xiàng)式、概率和統(tǒng)計(jì)。

低電平信號分析庫的一個(gè)范例是頻譜分析庫（如圖7所示）。

圖7. 頻譜分析選板

該選板內(nèi)的一項(xiàng)常用VI是自功率譜VI，可計(jì)算時(shí)域信號的單邊且經(jīng)縮放的自功率譜。用戶無須從頭開發(fā)功率譜代碼，就能立即使用該VI并能節(jié)省大量時(shí)間。如圖8所示：如需查看或編輯包含自功率譜等VI的代碼，用戶可雙擊其程序框圖圖標(biāo)以訪問對應(yīng)的程序框圖，從而立刻查看源代碼。

圖8. 自動功率譜VI程序框圖

這些分析庫擁有20年的可靠使用歷史；NI繼續(xù)向圖形數(shù)學(xué)和信號處理庫集中注資，并且加入新型函數(shù)以及單核與多核性能。

在LabVIEW中結(jié)合數(shù)學(xué)方法和自然基于文本的數(shù)學(xué)
使用LabVIEW的用戶在開發(fā)算法、分析結(jié)果或處理信號時(shí)，可自由選擇偏愛的語法用于分析。雖然LabVIEW是大眾熟知的針對圖形化編程語言的開發(fā)環(huán)境，它卻還通過針對.m文件的本地編譯器，提供面向數(shù)學(xué)的文本編程。這款LabVIEW MathScript編譯器，使用.m文件腳本語法并且納入800多種針對數(shù)學(xué)、信號處理、分析和控制的常用函數(shù)。

LabVIEW MathScript RT模塊是針對LabVIEW的附加工具，通過將LabVIEW MathScript編譯器與2個(gè)接口一同安裝來執(zhí)行自定義.m文件。

通過MathScript窗口交互地查看數(shù)據(jù)
LabVIEW MathScript窗口提供的交互界面有助用戶下載、保存、設(shè)計(jì)和執(zhí)行自身的.m文件。它的設(shè)計(jì)適合概念探索；為此，用戶既能使用命令行界面一次一個(gè)地輸入命令，也能在簡單的文本編輯器窗口中構(gòu)建批處理腳本。圖9展現(xiàn)了LabVIEW MathScript窗口；用戶可通過選擇工具?MathScript窗口，由LabVIEW菜單進(jìn)行訪問。

圖9. LabVIEW MathScript窗口適合與自定義.m文件交互

LabVIEW MathScript窗口以圖形和文本等各種形式提供即時(shí)反饋。用戶可選用各類繪圖命令來生成源自LabVIEW MathScript窗口的圖形，類似圖10所示。

圖10. 通過LabVIEW MathScript生成的繪圖窗口范例

用戶可利用MathScript生成以下多種圖:

欄 (二維和三維)

等高線 (二維和三維)

誤差棒

羽狀圖

網(wǎng)格

餅

極坐標(biāo)

散點(diǎn)

曲面

樹形

瀑布

這些繪圖功能有助可視化顯示數(shù)據(jù)的結(jié)果，從而確定分析規(guī)程的輸出。

查看使用MathScript交互式窗口進(jìn)行算法開發(fā)的更多信息。

通過LabVIEW圖形化代碼和MathScript節(jié)點(diǎn), 嵌套自定義.m文件

采用腳本節(jié)點(diǎn)接口，還可以將文本編程與傳統(tǒng)的LabVIEW圖形化編程相結(jié)合。腳本節(jié)點(diǎn)是LabVIEW程序框圖上大小可變的文本輸入?yún)^(qū)域，可被添加至圖形化程序。通過MathScript節(jié)點(diǎn)，用戶可在VI的運(yùn)行時(shí)執(zhí)行過程中執(zhí)行腳本。數(shù)據(jù)進(jìn)入節(jié)點(diǎn)的左側(cè)邊界，在順序執(zhí)行腳本時(shí)被使用或修改，再通過節(jié)點(diǎn)右側(cè)邊界上的輸出變量退出節(jié)點(diǎn)。

圖11. MathScript節(jié)點(diǎn)通過圖形化G代碼, 在線放置自定義.m文件代碼

用戶能夠進(jìn)行腳本的分類、復(fù)制和粘貼，或者將它們從文件中導(dǎo)出。借助MathScript節(jié)點(diǎn)，即便不通過LabVIEW MathScript開發(fā)自定義.m文件，也能重復(fù)使用它們，進(jìn)而將基于文本的數(shù)學(xué)編程與圖形化LabVIEW環(huán)境中的數(shù)據(jù)采集內(nèi)聯(lián)。

借助LabVIEW MathScript和LabVIEW圖形化編程，用戶能夠選擇最適合的語法；此類語法往往由2部分組成。腳本方面，請參考頗受歡迎的教材——由Sanjit Mitra編著的數(shù)字信號處理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(MATLAB版)。它先生成1個(gè)測試信號，再將移動平均濾波器應(yīng)用于該信號。

% Simulation of an M-point Moving Average Filter
% Generate the input signal
n = 0:100;
s1 = cos(2*pi*0.05*n); % A low-frequency sinusoid
s2 = cos(2*pi*0.47*n); % A high frequency sinusoid
x = s1+s2;
% Implementation of the moving average filter
M = input('Desired length of the filter = ');
num = ones(1,M);
y = filter(num,1,x)/M;
% Display the input and output signals
clf;
subplot(2,2,1);
plot(n, s1);
axis([0, 100, -2, 2]);
xlabel('Time index n'); ylabel('Amplitude');
title('Signal #1');
subplot(2,2,2);
plot(n, s2);
axis([0, 100, -2, 2]);
xlabel('Time index n'); ylabel('Amplitude');
title('Signal #2');
subplot(2,2,3);
plot(n, x);
axis([0, 100, -2, 2]);
xlabel('Time index n'); ylabel('Amplitude');
title('Input Signal');
subplot(2,2,4);
plot(n, y);
axis([0, 100, -2, 2]);
xlabel('Time index n'); ylabel('Amplitude');
title('Output Signal');
axis;

該腳本生成2個(gè)正弦信號、將它們加在一起，再將移動平均濾波器用于2個(gè)組分的和上。圖10是由該腳本生成的圖表。LabVIEW MathScript窗口提供的界面，可在運(yùn)行時(shí)與腳本交互。然而，該圖表與LabVIEW圖形化編程范例結(jié)合后，可極佳地實(shí)現(xiàn)腳本自動化，令您能夠?qū)崟r(shí)地與輸入?yún)?shù)進(jìn)行交互。

圖12. 程序框圖范例將基于文本的數(shù)學(xué)與LabVIEW中的G代碼集成

圖12 展現(xiàn)了如何使用MathScript節(jié)點(diǎn)將腳本集成至LabVIEW程序框圖。腳本經(jīng)過2項(xiàng)修改:

輸入?yún)?shù)flow、fhigh和M使用前面板輸入控件接受控制。

腳本的最后23行用于生成圖表。它們被刪除；這些圖通過標(biāo)準(zhǔn)的LabVIEW圖形接受配置。

圖13. 前面板范例, 將LabVIEW用戶界面組件和基于文本的數(shù)學(xué)集成

借助該LabVIEW前面板，用戶可控制生成的正弦信號的低頻率和高頻率以及滑動平均濾波器接受使用時(shí)的長度。當(dāng)LabVIEW VI運(yùn)行時(shí)，用戶可改變這些值并且輕松視覺化顯示分析規(guī)程的輸出和它如何受輸入值改變的影響。將LabVIEW VI的交互性投入基于文本的腳本的通用流程，被稱為算法實(shí)現(xiàn)。

驗(yàn)證算法
面向LabVIEW的內(nèi)置規(guī)程擴(kuò)展程序庫，會同執(zhí)行這些例程的選件，可節(jié)省大量的開發(fā)時(shí)間。由于National Instruments開發(fā)并測試這些例程已超過20年，用戶無需花過多時(shí)間驗(yàn)證例程是否正確。在許多缺乏此類內(nèi)置庫的通用編程語言中，用戶不僅要從頭構(gòu)建例程，還要驗(yàn)證輸出是否正確。

輕松定制規(guī)程
面向LabVIEW的內(nèi)置規(guī)程擴(kuò)展程序庫，讓用戶能夠使用預(yù)定義算法，如：那些在Express VI中的部分。然而，底層庫還讓用戶有機(jī)會定制這些最符合應(yīng)用要求的規(guī)程。無論是選擇逐點(diǎn)操作，還是處理復(fù)雜數(shù)據(jù)，用戶均能輕松制定這些規(guī)程，以優(yōu)化實(shí)現(xiàn)自身目標(biāo)的的內(nèi)置庫。

通過信號生成功能簡化開發(fā)
為測試或原型目的生成數(shù)據(jù)，往往是一項(xiàng)被忽視的編程語言功能。用戶可用LabVIEW生成各類信號，在VI中代表實(shí)際信號。

圖14. LabVIEW中的信號生成函數(shù)選板

這些函數(shù)，如圖14所示，令用戶能夠通過仿真源自硬件的輸入，靈活開發(fā)應(yīng)用程序，無需做時(shí)而較累贅的硬件設(shè)置。該函數(shù)有利于大多數(shù)項(xiàng)目的測試與原型，它往往極易替代現(xiàn)有硬件。

通用信號的生成也以Express VI形式呈現(xiàn)。仿真信號Express VI，如圖15所示，既能生成正弦波、方波、三角波、鋸齒波和直流信號，也能獲得仿真任意信號 Express VI的補(bǔ)充，繼而用于定義信號分量。

圖15. 配置窗口面向仿真信號Express VI

通過附加工具擴(kuò)展分析
LabVIEW信號處理、分析和數(shù)學(xué)庫的設(shè)計(jì)，適合科學(xué)與工程領(lǐng)域內(nèi)的通用應(yīng)用程序。除了這些內(nèi)置分析庫，用戶還能使用附加工具包和模塊來削減開發(fā)時(shí)間，以滿足特定應(yīng)用或產(chǎn)業(yè)中的專項(xiàng)需求。在自定義應(yīng)用程序中使用該工具包的組件后，您不再過多依賴開發(fā)更多垂直應(yīng)用[如：高級數(shù)字信號處理、聲音和振動測量、階次分析、圖像處理、比例積分微分(PID)控制、仿真]時(shí)通常需要的特定技能。

高級信號處理
LabVIEW高級信號處理工具包提供專為高級數(shù)字信號處理(DSP)設(shè)計(jì)的函數(shù)。它們被分為三大類：聯(lián)合時(shí)頻分析、小波分析、超分辨率頻譜分析。此外，工具包提供的圖形化工具有助交互式設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器。

聯(lián)合時(shí)頻分析 (JTFA)
有別于常見的分析技術(shù)，聯(lián)合時(shí)頻分析(JTFA)規(guī)程可同步檢測時(shí)域和頻域中的信號。JTFA幾乎適合FFT涉及的各類應(yīng)用，如：生物醫(yī)學(xué)信號、雷達(dá)圖像處理、振動分析、機(jī)器測試、動態(tài)信號分析。然而，借助JTFA，您能通過同步分析時(shí)域和頻域獲得更多信息。

與經(jīng)典的傅立葉分析類似，JTFA包含2種主要方式：線性和二次方程式。線性算法包含：短時(shí)傅立葉變換(STFT)和Gabor展開（逆短時(shí)傅立葉變換）。LabVIEW用戶可利用這些線性變換，將信號從時(shí)域變換至聯(lián)合時(shí)頻域；反之亦然。這些規(guī)程極具降噪功效。二次型方法包含：自適應(yīng)譜、Choi-Williams分步、Cone-Shaped分步、基于Gabor Expansion的譜圖（也稱為Gabor譜圖）、基于STFT的時(shí)頻圖、Wigner-Ville分布?？蓱?yīng)用二次變換輕松查看信號的功率譜如何隨時(shí)間演進(jìn)。Gabor譜圖可在高分辨率和交期干擾之間取得最佳平衡。

小波
小波是較新的信號處理方式。小波變換幾乎總能作為一組濾波器，將一個(gè)信號分解為多個(gè)信號。它能分隔并保留這些子帶中一個(gè)或多個(gè)成分的信號特征。因此，運(yùn)用小波變換的一項(xiàng)最大優(yōu)勢是：用戶能夠輕松提取信號特征。多數(shù)情況下，小波變換在特性提取和降噪的表現(xiàn)上，優(yōu)于常規(guī)的FFT。由于小波變換能夠提取信號特征，因而被用于諸多針對數(shù)據(jù)壓縮、回聲探測、模式識別、邊緣檢測、消除、語音識別、紋理分析和圖像壓縮的應(yīng)用程序中。

基于模型的頻譜分析
用于頻譜分析的主要工具是：快速傅立葉變換(FFT)。對于高分辨率的譜而言，基于FFT的方式需要大量采樣數(shù)。然而，多數(shù)情況下，由于的確缺少數(shù)據(jù)，或者由于用戶需要確保信號的光譜特性不隨數(shù)據(jù)記錄的持續(xù)而變更，數(shù)據(jù)集是有限的。如果數(shù)據(jù)樣本的數(shù)量有限，用戶可使用基于模型的分析來確定光譜特性。憑借該技術(shù)，用戶可采用適當(dāng)?shù)男盘柲Ｐ筒⒋_定模型的系數(shù)。基于該模型，應(yīng)用可接著預(yù)測給定的有限數(shù)據(jù)集中的缺失點(diǎn)，從而獲得高分辨率的譜。此外，用戶可使用基于模型的方式，估計(jì)衰減正弦信號的幅值、相位、阻尼因子和頻率。超分辨率頻譜分析還適合生物醫(yī)學(xué)研究、經(jīng)濟(jì)、地球物理、噪聲、振動、語音分析等各類應(yīng)用。

數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)
數(shù)字濾波器的重要性毋庸置疑。數(shù)字濾波器，更通常的情況下，數(shù)字信號處理(DSP)算法按照離散時(shí)間系統(tǒng)分類。它們通常用于通用計(jì)算機(jī)上、專用DSP芯片上或FPGA芯片內(nèi)。憑借眾所周知的優(yōu)勢，數(shù)字濾波器通常用于替換典型模擬濾波器。LabVIEW數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)工具包的亮點(diǎn)包括：能對實(shí)時(shí)信號進(jìn)行實(shí)際濾波器測試、能自動生成LabVIEW和ANSI C代碼從而將DSP、FPGA或其他嵌入式系統(tǒng)作為目標(biāo)。

聲音與振動分析
NI分析軟件有助進(jìn)行許多常見聲音和振動分析應(yīng)用，如：音頻測試、聲音測量、環(huán)境噪音測試、振動分析以及噪聲、振動和聲振粗糙度(NVH)測量。 專業(yè)分析能力包含：符合ANSI和IEC的分?jǐn)?shù)倍頻程分析和功率譜縮放。此外，NI聲音和振動測量套件包含諸多適合音頻測量的函數(shù)，如：增益、相位、THD、IMD、動態(tài)范圍、相位線性、正弦掃頻分析。NI聲音與振動助手(Sound and Vibration Assistant)中易用、交互且基于配置的環(huán)境，適合分析和數(shù)據(jù)記錄。

函數(shù)包含：全程、1/3、1/6、1/12和1/24倍頻程；用戶定義的采樣頻率；用戶定義的譜帶數(shù)量；時(shí)域中的A、B和C加權(quán)；標(biāo)準(zhǔn)守則；指數(shù)平均（慢速、快速和自定義時(shí)間常數(shù)）；互功率譜；頻率響應(yīng)（H1、H2和H3）；相干；相干輸出功率。套件還提供其他視覺化工具（如：瀑布圖、色圖、倍頻程條線圖、倍頻程線圖），以便用戶輕松創(chuàng)建到LabVIEW應(yīng)用程序的前面板。

聲音和振動測量套件提供的庫，可創(chuàng)建基于LabVIEW具有階次分析功能的自定義測量和自動化應(yīng)用，如：階次跟蹤、階次提取和轉(zhuǎn)速表信號處理。

Gabor階次追蹤算法有助用戶借助循環(huán)或往復(fù)組件，分析源自機(jī)械系統(tǒng)的聲音、振動和其他動態(tài)信號。它提供聯(lián)合時(shí)頻域中靈活的有序能選擇。另外，用戶既能繪制與時(shí)間或rpm相對的單個(gè)階次（多階次），也能用階次提取工具將特定階次的信號分量與采獲的數(shù)據(jù)分離、用自動階次選擇工具來查找并指定最重要的階次、用自定義階次選擇進(jìn)行分析。

圖像處理
NI視覺開發(fā)模塊集合了面向廣泛編程語言（如：NI LabVIEW與Microsoft C++、Visual Basic、.NET）的圖像處理和機(jī)器視覺功能。通過這些功能，即可增強(qiáng)圖像、檢查顯像、定位特征、識別對象并測量部件。搭配程序庫的視覺開發(fā)模塊還包含NI視覺助手(Vision Assistant)和NI視覺采集軟件。

視覺開發(fā)模塊的特性如下:

數(shù)百種圖像處理功能, 包含模式與幾何匹配、OCR、條形碼閱讀器、目標(biāo)分類和顆粒分析

亞像素 (subpixel)精度, 降至像素的1/10和度數(shù) (degree)的1/10

通過視覺助手(Vision Assistant), 快速進(jìn)行應(yīng)用原型和代碼生成

驅(qū)動軟件適用于數(shù)千款相機(jī), 包含千兆以太網(wǎng)相機(jī)和IEEE 1394相機(jī)

RF
如今，復(fù)雜的RF系統(tǒng)需要快捷而靈活的測試平臺，實(shí)現(xiàn)從原型設(shè)計(jì)到制造過程的可靠測量。事實(shí)上，與傳統(tǒng)儀器相比，NI模塊化RF儀器通過結(jié)合多核(multicore)處理器、PCI Express等技術(shù)，將自身在自動化測試應(yīng)用中的測量速度提升了5至10倍。這款通信測試平臺的操作范圍從直流延伸到6.6 GHz，RF瞬時(shí)帶寬高達(dá)100 MHz。有效分析此類信號需要借助多個(gè)LabVIEW附加工具中的特定函數(shù)。

WLAN
NI無線LAN (WLAN)測量套件可借助業(yè)界領(lǐng)先的速度和精度，進(jìn)行常見的IEEE 802.11a/b/g測量。結(jié)合高性能的多核處理器，PXI Express無線局域網(wǎng)(WLAN)測量系統(tǒng)可完成絕大多數(shù)802.11測量，其執(zhí)行速度是傳統(tǒng)箱式儀器的5至10倍。此外，由于PXI Express RF儀器接受軟件自定義，用戶可使用相同儀器集合測試多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。因此，用戶可借助相同硬件，測試DVB-T、GPS、WiMAX、WCDMA、ZigBee、藍(lán)牙和其他許多標(biāo)準(zhǔn)。

NI提供的靈活軟件工具和模塊化RF儀器，適用于射頻識別(RFID)閱讀器與標(biāo)簽的仿真和測量。