回声信号的产生与消除

数字信号处理课程设计

回声信号的产生与消除

姓名张针海

学号 ******** 专业电子信息工程

指导教师樊玲

年级 10级电信2班

日期 2013 .5 . 25

【摘要】本课程是利用Windows下的录音机，录制一段自己不小于10s的语音，然后在Matlab 软件平台下，利用函数wavread对语音信号进行采样，并记录采样频率和采样点数。在抽样信号的基础上，通过采样后的的信号与原信号实现一次及多次延迟、叠加产生回波信号，再使用Matlab绘出有回声及无回声语音信号的时域波形和频谱图。再分别用频率抽样法设计的FIR滤波器和冲激相应不变法设计设计的IIR滤波器消除回声，并记录滤波器的频域响应，再绘制滤波后信号的时域波形和频谱，并对前后信号进行对比，分析信号的变化。

[关键词] 录音 matlab 采样滤波抽样

[Abstract] this course is to use a tape recorder to record voice under Windows, a section of their own not less than 10s, then in Matlab software platform, sampling of the speech signal using the function wavread, and record the sampling frequency and sampling points. Based on the sampling signal, through its implementation of single and multiple superposition delay, echo, and use Matlab to draw the echo and echo free speech signal time-domain waveform and spectrum. FIR filter respectively by frequency sampling design method and impulse corresponding invariant IIR filter design to eliminate echo, and record the response of the filter in frequency domain, and then draw the time-domain waveform and spectrum of the filtered signal, and compared before and after the signal, analysis of signal changes

目录

1 设计目的及要求 (3)

1.1设计回音目的及要求 (3)

1.2设计滤波器目的及要求 (3)

1.2.1 FIR滤波器 (3)

1. 2. 2 巴特沃兹滤波器 (3)

1. 2. 3 距离估计要求 (4)

2 设计原理 (4)

3设计内容 (4)

3．1语音采集........ (4)

3. 2信号分析 (4)

3．3制作回音 (5)

3.4设计滤波器及滤波 (8)

3. 4. 1 设计FIR滤波器及滤波 (8)

3.4.1.1单回声的滤波 (8)

3. 4.2设计巴特沃兹滤波器及滤波 (12)

3.4.2.1设计巴特沃斯数字低通滤波器 (12)

3．5估算距离 (13)

3.5.1通过理论计算法 (13)

3.5.2程序返回测量法 (14)

4总结 (15)

5、参考文献 (16)

1 设计目的及要求

1.1设计回音目的及要求

现代通信中回波是影响通信质量的噪声，本课程设计是在matble库元件中搜索一段不小于10s的录音，再利用函数wavread对语音信号进行采样，并自身实现一次及多次延迟、叠加产生回波信号，再使用Matlab绘出有回声及无回声语音信号的时域波形和频谱图。在此过程中必须灵活运用matlab中 wavread函数对信号进行采样，同时加深对声频信号中噪声的认识。

1.2设计滤波器目的及要求

1.2.1 FIR滤波器

FIR滤波器是有限长冲激响应滤波器，它是通信，语音与图象处理模式识别及频谱分析等应用中一种基本的处理部件。他可以满足滤波器幅度和相位特性的严格要求避免模拟滤波器无法克服的电压漂移，温度漂移和噪声等问题。数字滤波器的作用是滤除信号中某一部分频率分量。信号经过滤波处理。就是相当于信号频谱与滤波响应相乘的结果。时域上看就是信号与滤波器的冲激响应卷积的结果。有限长冲激响应滤波器可以保证任何幅频特性的同时具有严格的相频特性，同时其单位冲激响是有限的。没有输入到输出的反馈，是稳定的系统。

1. 2. 2 巴特沃兹滤波器

欲消除回声，则需设计滤波器，绘出滤波器的频域响应，绘出滤波后信号的时域波形和频谱，并对滤波前后的信号进行对比，分析信号的变化，理想低通滤波器的一个非因果

系统，如果允许低通滤波器的通带和阻带之间有一定的过渡带，且通带和阻带允许有一定的衰减，我们就可以用物理可实现的系统去逼近理想低通滤波器的频率特性，从而获得较好的滤波效果；巴特沃兹滤波器就是工程中常用的频率响应逼近理想低通滤波器的物理可实现系统，还原出原有音频信号。

1. 2. 3 距离估计要求

从信号y中估计反射物的距离，即回声延迟的时间，可理解为估算原有信号中的N值。也就是，估测y(n)中的原始声音信号x(n)与其延时衰减分量kx(n-N)的相关联的程度。

2 设计原理

语音采集：通过搜索在pc机的中matble库函数中chimes.wav，绘制其时域波形，对此音频信号用FFT作谱分析。

制作回音：利用MATLAB软件中的wavread函数进行采样分析得到的源噪声，通过叠加到原始语音

信号中，模仿语音信号被污染，并对其进行频谱分析；

消除回音：设计FIR和IIR数字滤波器的滤波器，对带有回声的声音信号进行滤波，恢复出原始信号。绘制所设计滤波器的幅频和相频特性，及滤波后的信号的

时域波形和频谱图，分析滤波后信号的时域和频域特征，回放语音信号。

估算距离：计算信号y中估计反射物的距离，可理解为估计延时序列中的N值。即估计y(n)中的原始声音信号x(n)与其延时衰减分量kx(n-N)的相关联的程度；

相关是指两个确定信号或两个随机信号之间的相互关系，对于随机信号，信

号一般是不确定的，但是通过对它的规律进行统计，它们的相关函数往往是

确定的，故在随机信号处理中，可以用相关函数来描述一个平稳随机信号的

统计特性，因而可通过相关分析法估算反射物的距离。

3设计内容

3．1语音采集

读取本地matble库中的自带的文件chimes.Wav。

3. 2信号分析

在matbal中绘制其时域波形，利用wavread()函数将其提取出来绘制其时域波形对此音频信号用FFT作谱分析，用plot()函数绘制其图形。

%声音信号的提取

fs=22050;

[x,fs,Nbits]=wavread('D:\chimes.wav'); %把语音信号进行加载入Matlab仿真软件平台中wavplay(x,fs);% 回放语音信号。或者sound(x,fs)

figure(1);

N=length(x);%求语音信号的长度

subplot(3,1,1);