实验四回声估计和回声消除.docx

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1、实验报告实验课程：数字信号处理实验开课时间：20232023学年秋季学期实验名称：回声估计和回声消除实验时间：2023年11月声日星期三学院：物理与电子信息学院年级：班级：182学号：姓名:一一、实验预习实验目的要求掌握利用信号分析和系统设计的基本原理进行回声估计和回声抑制的基本原理和基本方法。实验仪器用具装有MatIab的计算机一台实验原理在此研究从一段语音信号中消除回声的问题。利用MAT1AB命令1oadmt1b取得语音信号xk。然后用命令X=O1t1b将语音数据存在X向量中。含有回声的语音信号yk的数学模型可表示成：yk=xk+axkn(a1)式中，xk是未被污损的语音信号，yk是由xk

2、叠加回声信号ox伙-词组成，回声信号axk-n是延时n个时刻且在幅度上减小到a倍的xk。这可以表示一个人正在房间的一头说话，音经过房内传输，又从远处的墙壁反射回来形成回声。因为回声是从墙壁反射回来的声音，因而时间上存在一定延时。又因为语音被墙壁部分吸收,因此幅度上存在一定衰减。为简化分析,不考虑多次反射或其他的回声源。回声估计目标是估计回声信号axbn中的延时n和衰减a,主要是从时域通过信号的相关分析进行参数估计；回声消除的目标是抑制含有回声的语音信号yk中回声从而提取xk,一般是从频域通过设计逆系统进行回声消除。实验方法步骤：(1)打开MAT1AB软件(2)根据题目要求编写程序(3)运行程序

3、(4)分析实验结果(5)关闭计算机注意事项：(1)在使用MAT1AB时应注意中英输入法的切换，在中文输入法输入程序时得到的程序是错误的；(2)MAT1AB中两个信号相乘表示为X.*u,中间有个,同样两个信号相除也是如此；(3)使用MAT1AB编写程序时，应新建一个IT1文件，而不是直接在Comandante窗口下编写程序；在使用MAT1AB编程时，应该养成良好的编写习惯。注意事项：(4)对于实验电脑要爱惜，遵守实验的规则。(5)程序运行前要检查程序是否正确。在使用mat1ab编程时，应该养成良好的编写习惯，新建一个f1ies编写。验法骤意项实方、步、注事一些快捷键的使用，能提高编程效率。He1

4、p能查询到不懂使用的函数使用方法，比如这个用到的fft和fftshift等函数。在MAT1AB信号处理工具箱中，提供了随机信号要功率谱估计的各段函数。(1)periodogram函数可以实现周期图法的功率谱估计，起吊用格式为IPxx,F=PERIODOGRAM(x,WINDOW,NFFT,Fs)其中：X为进行功率谱估计的输入有限长序列；WINDOW用于制定采用的窗函数，默认值为矩形窗(boxcar),窗函数的长度等于输入序列X的长度；NFFT为DFT的点数，一般取大于输入序列X的长度，默认值为256；FS是绘制功率谱曲线的抽样频率，默认值为1；Pxx为功率谱估计值；F为Pxx值所对应的频率点。

5、(2)We1Ch-Bar1ett平均周期图法可以利用PSD函数实现，其调用格式为Pxx,F=PSD(x,NFFT,Fs,WINDOW,NOVER1AP)其中：参数X,NFFT,FS用法同PeriOdograIn函数：WINDOW用于指定采用的窗函数，默认值为harming窗；NoVER1AP指定分段重叠的样函数。如果使用boxcar窗且NoVER1AP=0,则可得到BarIett法的平均周期图。如果NOVER1APGength(x)/2,则可得到重叠50%的We1Ch法平均周期图。(3)We1Ch法还可以利用PWeICh函数实现，其调用格式为Pxx,F=PWE1CH(x,WINDOW,NOVE

6、R1AP,NFFT,Fs)PWeICh函数PSD函数进行功率谱估计的方法是一样的，只是参数设置略有不同。(4)IeVinSOn函数可以实现1-D递推算法求解AR模型参数及白噪声系列的方差，其调用格式为A=1evinson(R,order)其中：ORDER为AR模型的阶数；R为观察系列的自相关函数；返回值A即为白噪声系列的方差和AR模型参数。(5) aryu1e函数也可以实现1-D递推算法，他与Ievinson函数的区别仅在于输入参数不同，其调用格式为A,E,K=ARBURG(x,ORDER)其中：X为观测序列；E为预测误差；K为反射系数；(6) BUrg算法可以利用函数arburg实现，其调用

7、格式为A,E,K=ARBURG(x,ORDER)其中的参数与函数aryu1e相同。实验现象及实验数据记录1.研究回声估计和回声消除的问题：(1)利用X=Ioadmt1b命令获得一段语音信号xk解：c1c;c1ear;c1osea111oadmt1bN=4001;n=2000;a=0.5;Y1=fft(mt1b);figure;p1ot(mt1b)tit1e(时域波形)figure;p1ot(abs(fftshift(Y1)tit1e(,频域波形)(2)利用yh=xk+axk-n模型,获得混有回声的声音信号yko解：c1c;c1ear;c1osea111oadmt1bN=4001;n=2000;

8、a=0.5;S1=zeros(1,6000);fori=1:4000S1(i)=mt1b(i);endfori=1:4000S1(i+n)=S1(i+n)+a*S1(i);endY2=fft(SI);tit1e(,时域有回声的信号)p1ot(S1)tit1e(,频域有回声的信号)p1ot(Y2)(3)利用相关函数估计回声的延迟时间n和幅度a,说明误差的原因。解：c1c;c1ear;c1osea111oadmt1bN=4001;n=2000;a=0.5;S1=zeros(1,6000);fori=1:4000S1(i)=mt1b(i);endfori=1:4000S1(i+n)=S1(i+n)+

9、a*S1(i);endx,d=xcorr(SI,SI);figure;tit1e(相关函数估计)p1ot(d,x)1 -e1c；c1ear：c1oma112 -1oadBt1b3 -S4001:4 -n2000:9-aO.5;6- Sizeros)*i(i);12- end13- -dJxcorr(Si.SI);14- -figure：15- tit1C4RXrt*Mif)16- -p1otdx)(4)根据估计的参数,设计一个逆系统以消除回声。解：c1c;c1ear;c1osea111oadmt1bN=4001;n=2000;a=0.5;S1=zeros(1,6000);fori=1:4000

10、S1(i)=mt1b(i);endfori=1:4000S1(i+n)=S1(i+n)+a*S1(i);endb=1;a=1,zeros(1,1999),0.5;y3=fi1ter(b,a,SI);Y3=fft(y3);figure;p1ot(y3)tit1e(,时域逆系统)figure;p1ot(Y3)tit1e(,频域逆系统)StA1OID.UMMVMtUbVcMJK,UBaa*A。峪一A田3日占口1g-iQ”0Sqff1f1tIt1122Cei1O二、实验内容数理验分结验处实果总实据及结析本试验中信号的产生、提取均用MAT1AB编程实现。实验中遇到的各种问题，要善于利用周边的资源去解决，实在解决不了的就去问老师。问题讨论1 .如何提高回声估计的精度？答：加大延时和回声信号的幅度。2 .如果含有回声的信号中还含有噪声,应如何进行回声估计和回声消除？答：在频域上进行增强语音信号。3回声估计和回声消除技术的研究现状是什么？答：随着消除回声技术的发展。当前回声消除研究的重点。已由“电路回声”的消除，转向了声学回声。实验成绩评定指导老师签名：年月日