基于matlab回波的產生與消除課程設計

1、<p><b>　　信號與系統(tǒng)課程設計</b></p><p>　　課程名稱：信號與系統(tǒng)</p><p>　　題目名稱：回波的產生與消除系統(tǒng)設計</p><p>　　學 院：…………</p><p>　　專業(yè)班級：………. </p><p>　　學 號：…….

2、 </p><p>　　學生姓名：……. </p><p><b>　　指導教師：……..</b></p><p>　　201.年12月23日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　MATLAB語言具備高效、可及推理

3、能力強等特點,是目前工程界流行最廣泛的科學計算語言。</p><p>　　信號與系統(tǒng)是一門理論與實踐緊密結合的課程。MATLAB強大的運算和圖形顯示功能，可使信號與系統(tǒng)上機實驗效率大大提高。特別是它的頻譜分析和濾波器分析與設計功能很強，使數(shù)字信號處理工作變得十分簡單，直觀。本實驗就是運用MATLAB對聲音信號進行分析與濾波，并估計反射物距離。</p><p>　　關鍵詞：MATLAB；聲音

4、信號；回波產生，回波消除，估計反射物距離，頻譜分析；濾波器。</p><p><b>　　一.設計要求</b></p><p>　　(1) 利用聲音信號x產生帶有回聲的聲音信號y。</p><p>　　(2) 從帶有回聲的信號y中消除回聲。</p><p>　　(3) 從y中估計反射物的距離</p><

5、;p>　　二. 設計內容和步驟</p><p><b>　　理論依據(jù)</b></p><p>　　根據(jù)設計要求分析系統(tǒng)功能，掌握設計中所需理論（采樣頻率、采樣位數(shù)的概念，采樣定理；回聲信號，卷積，相關分析；時域信號的FFT分析；數(shù)字濾波器設計原理和方法）。</p><p><b>　　聲音信號x的產生：</b><

6、;/p><p>　　聲音信號x，既可以從現(xiàn)成的聲音文件（.wav）中獲??；也可以利用MATLAB錄音命令現(xiàn)行錄制（可自行設置采樣頻率等錄音參數(shù)）。</p><p>　　我們直接利用現(xiàn)成的聲音文件（login.wav），繪制其時域波形，對此音頻信號用FFT作譜分析并播放。</p><p>　　聲音信號x的產生程序與圖形分析如下：</p><p>　

7、　[x,fs]=wavread('login');</p><p>　　figure(1);</p><p>　　subplot(3,1,1);</p><p>　　plot(x(1:40000));</p><p>　　title('原始信號');</p><p><b>　

8、　y=fft(x);</b></p><p>　　subplot(3,1,2);</p><p>　　plot(abs(y));</p><p>　　title('幅值');</p><p>　　subplot(3,1,3);</p><p>　　plot(angle(y));</p&

9、gt;<p>　　title('相位');</p><p>　　sound(x,fs);</p><p><b>　　圖1</b></p><p>　　帶回聲的聲音信號y產生：</p><p>　　在已有聲音信號x的基礎上產生帶回聲的聲音信號，可以表達為在原信號的基礎上疊加其延時衰減的分量。

10、假設只有一個回聲的情況下，可簡化其模型為：</p><p>　　y(n)=x(n)+ax(n-N) （式1）</p><p>　　a為反射系數(shù)；N為延遲時間。利用此原理我們進行編程實現(xiàn)：</p><p>　　(1) 在我們編程實現(xiàn)回波產生的基礎上，再繪制其時域波形，對其進行FFT頻譜分析，繪制頻譜圖并播放。</p>

11、<p>　　(2) 分別改變反射系數(shù)a和延遲時間N的大小，播放產生的回聲信號y，分析反射系數(shù)a和延遲時間N對原始聲音的影響。</p><p>　　(3) 按照以上思路，當有兩個、三個或更多回聲,我門這兒討論三個回聲時的情況</p><p>　　(1)我們編程實現(xiàn)了一個回聲信號的聲音信號y，程序與圖形分析如下（并播放）：</p><p>　　此處，N=

12、, a=0.7</p><p>　　[x,fs]=wavread('login');</p><p>　　x1=x(1:40000);</p><p>　　x2=x(1:40000);</p><p>　　x1=[x1',zeros(1,18000)];</p><p>　　x2=[zeros(

13、1,18000),0.7*x2'];</p><p><b>　　y=x1+x2;</b></p><p>　　figure(2);</p><p>　　subplot(3,1,1);</p><p>　　plot(y(1:58000));</p><p>　　title('回聲&

14、#39;);</p><p>　　y1=fft(y);</p><p>　　subplot(3,1,2);</p><p>　　plot(abs(y1));</p><p>　　title('幅值');</p><p>　　subplot(3,1,3);</p><p>　　pl

15、ot(angle(y1));</p><p>　　title('相位');</p><p>　　sound(y,fs);</p><p><b>　　圖2</b></p><p>　　(2)保持N不變，改變a大小分析聲音信號并播放：我們取N= , a從0.1到1：</p><p&g

16、t;　　觀察每個情況下聲音信號的變化：回聲信號的強度隨著a的增大而變大</p><p>　　保持a不變，改變N大小分析聲音信號并播放：我們取a=0.7，N從 10000 到 50000</p><p>　　觀察每個情況下聲音信號的變化：N的值不能太大也不能太小，當N大于40000或小于180000時將當N在18000到40000這個范圍內取值時，隨著N 的增大回聲與原來的聲音信號之間的

17、時間間隔越</p><p>　?。?)有三個回聲的信號y的產生程序與圖形分析如下：</p><p>　　[x,fs]=wavread('login');</p><p>　　x1=x(1:40000);</p><p>　　x2=x(1:40000);</p><p>　　x3=x(1:40000);&

18、lt;/p><p>　　x4=x(1:40000);</p><p>　　x1=[x1',zeros(1,18000)];</p><p>　　x2=[zeros(1,6000),0.7*x2',zeros(1,12000)];</p><p>　　x3=[zeros(1,12000),0.4*x3',zeros(1,60

19、00)];</p><p>　　x4=[zeros(1,18000),0.1*x4'];</p><p>　　y=x1+x2+x3+x4;</p><p>　　figure(2);</p><p>　　subplot(3,1,1);</p><p>　　plot(y(1:58000));</p>

20、<p>　　title('回聲');</p><p>　　y1=fft(y);</p><p>　　subplot(3,1,2);</p><p>　　plot(abs(y1));</p><p>　　title('幅值');</p><p>　　subplot(3,1,3);

21、</p><p>　　plot(angle(y1));</p><p>　　title('相位');</p><p>　　sound(y,fs);</p><p><b>　　圖3</b></p><p>　　3.從帶有回聲的聲音信號中恢復原信號</p><p&

22、gt;　　設計合適的濾波器，對帶有回聲的聲音信號進行濾波，恢復原信號。繪制所設計濾波器的幅頻和相頻特性，及濾波后的信號的時域波形和頻譜圖。</p><p>　　我們這兒就只討論有三個回聲的情況：</p><p>　　恢復信號程序與圖形分析如下：</p><p><b>　　b=1;</b></p><p>　　a=zer

23、os(1,18000);</p><p><b>　　a(1)=1;</b></p><p>　　a(6001)=0.7;</p><p>　　a(12001)=0.4;</p><p>　　a(18001)=0.1;</p><p>　　z1=filter(b,a,y);</p>

24、<p>　　z2=fft(z1,1024);</p><p>　　figure(3);</p><p>　　subplot(3,1,1);</p><p>　　plot(abs(z2));</p><p>　　title('濾波幅值 ');</p><p>　　subplot(3,1,2);&

25、lt;/p><p>　　plot(angle(z2));</p><p>　　title('濾波相位');</p><p>　　subplot(3,1,3);</p><p>　　plot(z1(1:40000));</p><p>　　title('濾波信號');</p>&

26、lt;p>　　sound(z1,fs);</p><p><b>　　圖4</b></p><p>　　4.從帶有回聲的聲音信號中估計反射物的距離</p><p>　　采用相關分析法從帶有回聲的聲音信號中估計反射物的距離</p><p>　　我們這兒也是從三個回聲的情況下考慮的：</p><p&

27、gt;<b>　　程序如下:</b></p><p>　　h=xcorr(y);</p><p>　　figure(4);</p><p>　　subplot(5,1,1)</p><p>　　plot(abs(h));</p><p>　　title('最值 ');</p&

28、gt;<p>　　h1=h(56000:60000);</p><p>　　[r1,t1]=max(h1');</p><p>　　t1=t1+56000;</p><p>　　subplot(5,1,2);</p><p><b>　　plot(h1);</b></p><p&

29、gt;　　title('點1');</p><p>　　h2=h(62000:66000);</p><p>　　[r2,t2]=max(h2);</p><p>　　t2=t2+62000-t1;</p><p>　　subplot(5,1,3);</p><p><b>　　plot(h2

30、);</b></p><p>　　title('點2');</p><p>　　h3=h(68000:72000);</p><p>　　[r3,t3]=max(h3);</p><p>　　t3=t3+68000-t1;</p><p>　　subplot(5,1,4);</p>

31、;<p><b>　　plot(h3);</b></p><p>　　title('點3');</p><p>　　h4=h(74000:78000);</p><p>　　[r4,t4]=max(h4);</p><p>　　t4=t4+74000-t1;</p><p

32、>　　subplot(5,1,5);</p><p><b>　　plot(h4);</b></p><p>　　title('點4');</p><p>　　t=[t2,t3,t4]</p><p>　　通過編程計算出三個延時的結果如下所示：</p><p>　　t=[t2

33、,t3,t4]</p><p><b>　　t =</b></p><p>　　6000 12000 18000</p><p><b>　　L=V·n/f</b></p><p><b>　　三、參考文獻</b></p><

34、;p>　　[1] 高西全、丁玉美編著《數(shù)字信號處理》西安:西安電子科技大學出版社，2008.</p><p>　　[2] 丁玉美、高西全編著《數(shù)字信號處理學習指導》西安：西安電子科技大學出版社，2001.</p><p>　　[3] 鄭君里等編《信號與系統(tǒng)》北京:高等教育出版社，2000. </p><p>　　[4] 羅軍輝等編著《MATLAB7.0在數(shù)字信

35、號處理中的應用》北京：機械工業(yè)出版社，2005. </p><p>　　[5] 陳懷琛等編著《MATLAB及在電子信息課中的應用》北京：電子工業(yè)出版社，2002.</p><p><b>　　四、總結</b></p><p>　　這次的課程設計是我第一次真正自己認真參與的一次實踐，在做的過程中遇到了很多問題，尤其是怎樣把書本上學到的東西真正的用