基于MATLAB回波信号产生与消除

摘 要

MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。 MATLAB语言具备高效、可及推理能力强等特点,在数值计算方法、图形功能、用户界面设计编程手段和工具等方面有着重要的应用，随着MATLAB应用领域不断扩大，使其成为一种影响大、流行广的科学计算语言。

本次设计主要把原有WAV格式的声音文件通过MATLAB软件转换成声音文件。同时利用MATLAB产生原信号的延时衰减的回波信号附加到原信号形成回波信号。使用xcorr函数对延时和衰减进行估计。并对反射物的距离进行估计。

关键词：MATLAB；数字信号处理；回波 ；频谱分析；滤波器；xcorr函数

正 文

1 设计目的和要求

1.1 已知技术参数和设计要求

本毕业设计要求用MATLAB语言编程实现回波信号的产生与消除。

1.2 具体要求

(1)利用声音信号x产生带有回声的声音文件y。

(2)从带有回声的文件y中消除回声。

(3)从y中估计反射物的距离。

2.设计原理

采集语音：采集一段语音，绘制其时域波形，对此音频信号用FFT作谱分析。

加入回声：对采集的语音进行处理，加入一段回声，并绘制其时域波形，对其进行FFT频谱分析，绘制频谱图。

从带有回声的声音信号中恢复原信号：设计合适的滤波器，对带有回声的声音信号进行滤波，恢复原信号。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。

从带有回声的声音信号中估计反射物的距离：采用相关分析法从带有回声的声音信号中估计反射物的距离。

3.设计内容

(1)语音采集

读取本地音频文件LoopyMusic.wav

(2)原始信号的时域波形，FFT频谱分析

[x,fs,bits] = wavread('LoopyMusic');

x=x(:,1);

x=x(1:16000);

figure(1);

subplot(3,1,1);

plot(x); grid on;

xlabel('时间'); ylabel('幅值'); title('原始信号时域波形');

subplot(3,1,2);

wx=fft(x);

plot(abs(wx)); grid on;

xlabel('频率'); ylabel('幅值'); title('幅频特性');

subplot(3,1,3);

plot(angle(wx)); grid on;

xlabel('频率'); ylabel('相位') ;title('相频特性');

(3)加入回声

N=36000;

y=[x;zeros(N,1)]+0.5*[zeros(N,1);x];

wavwrite(y,'加回声后的信号');

figure(2);

subplot(3,1,1);

plot(y); grid on;

xlabel('时间'); ylabel('幅值'); title('加回声后信号时域波形');

subplot(3,1,2);

wy=fft(y);

plot(abs(wy)); grid on;

xlabel('频率'); ylabel('幅值'); title('幅频特性');

subplot(3,1,3);

plot(angle(wy)); grid on;

xlabel('频率'); ylabel('相位') ;title('相频特性');

(4) 加回声后信号的时域波形，FFT频谱分析

r=xcorr(y);

figure(3);

plot(r);

grid on;

title('y的自相关函数');

[u,v]=max(r);

r1=r;

r1(v-5000:v+5000,1)=0;

[u1,v1]=max(r1);

N=v-v1;

title(N);

N

for k=1:2

t(k)=(-1)^k*y(36000*(k-1)+1,1);

end

roots(t)

(5) 从带有回声的声音信号中恢复原信号且估计反射物的距离

a=[1,zeros(1,35999),0.5];

b=[1];

x1=filter(b,a,y);

wavwrite(x1,'恢复后的信号')

figure(4);

subplot(3,1,1);

plot(x1); grid on;

xlabel('时间'); ylabel('幅值'); title('恢复后的信号时域波形');

subplot(3,1,2);

wx1=fft(x1);

plot(abs(wx1)); grid on;

xlabel('频率'); ylabel('幅值'); title('幅频特性');

subplot(3,1,3);

plot(angle(