山东建筑大学基于MATLAB的信号分析与处理课程设计

山东建筑大学

课程设计说明书

题目：基于MA TLAB的回波信号的产生与消除课程：数字信号处理课程设计

院（部）：信息与电气工程学院

专业：电子信息工程

班级：电信102班

学生姓名：刘正军

学号：2010081283

指导教师：杨红娟

完成日期：2013年1月

目录

目录 (2)

1 设计要求 (1)

1.1 已知技术参数和设计要求 (1)

1.2 具体要求 (1)

2设计原理 (1)

2.1 设计的理论依据 (1)

2.1.1 相关函数两个本质特性 (2)

2.2方案设计 (2)

3.设计内容和步骤 (2)

3.1 信号的采集 (2)

3.2回声信号的产生 (3)

3.3 从带有回声的声音信号中恢复原信号 (5)

3.4从带有回声的声音信号中估计反射物的距离 (7)

4 个人心得 (9)

摘要

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：MA TLAB；数字信号处理；频谱分析；滤波器。

正文

1 设计要求

1.1 已知技术参数和设计要求

本课程设计要求用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

2.1 设计的理论依据

根据设计要求分析系统功能，掌握设计中所需理论（采样频率、采样位数的概念，采样定理：回声信号，相关性分析；数字滤波器设计原理和方法）。

采样频率：采样频率，也称为采样速度或者采样率，定义了每秒从连续信号中提取并成离散信号的采样个数

采样位数：即采样值或取样值，用来衡量声音波动变化的参数，是指声卡在采集和播放声音文件时所使用数字声音信号的二进制位数

采样定理：在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率fs.max大于信号中最高频率fmax的 2 倍时(fs.max>=2fmax)，采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息，一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的5～10 倍；采样定理又称奈奎斯特定理。

相关函数：X(t)为随机过程，a(t)=EX(t)为期望，则相关函数定义为：B(s,t)=E(X(s)-a(t))(X(t)-a(t)) 若 X(t)=Y(t)+i*Z(t)，Y,Z 为实过程，则称X(t)为复随机过程，相关函数定义为： B(s,t)=E(X(s)-a(t))(X(t)-a(t))（后一个括号取共轭）

2.1.1 相关函数两个本质特性

（1）共轭对称：B(s,t)=B(t,s)的共轭

（2）非负定：对任意的 n>=1，t1……tn 属于 T,n 个复数 Z1,Z2……，Zn ，有()01,≥∑-k j k n

jk j Z Z t t B

（3）熟悉 MATLAB 的编程语言。

2.2方案设计

（1）语音信号采集：使用现成的“*.wav ”格式的声音信号，11khz 采样。

（2）声音信号的读取：使用 MATLAB 中的 wavread()函数读取，记录信号，采样率 fs 。

（3）带回波信号的产生：利用 MATLAB 中的基本矩阵计算产生原始信号的延迟以及只有一个衰减延迟的回波信号附加到原信号上形成回波信号。

(4)参数估计：使用 MATLAB 中的 xcorr 函数求取信号的自相关，并基于此对延迟量 N 和衰减系数进行估计。

(5)回波消除：使用 MATLAB 中的 filter ，根据估计的参数进行滤波。

(6)估计反射物的距离：根据求出的延迟量 N ，对反射物的距离进行估计。

3.设计内容和步骤

3.1 信号的采集

录制一段音频（如歌曲，说话声等），用MATLAB 函数wavread()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()函数绘制其图像。

信号采集程序如下：

%声音信号的提取

[x,fs]=wavread('ok.wav'); %读取信号

figure(1); %新窗口

subplot(3,1,1); %3行1列排列 第一个图

plot(x(1:4000)); %画出 信号

title('原始信号'); %绘图区标题

y=fft(x); %做FFT（快速离散傅里叶变换）

subplot(3,1,2); %3行 1列排列第2个图

plot(abs(y)); %画出abs(y)

title('幅值'); %绘图区标题

subplot(3,1,3) %3行 1列排列第3个图

plot(angle(y)); %画出angle（y）

title('相位'); %绘图区标题

Sound(x,fs); %矩阵转换成声音信号

其波形图3-1：

图3-1

3.2回声信号的产生

在录制信号基础上产生带有回声的声音信号并绘制其时域波形，对其进行