基于MATLAB的回音抵消器的設計

李丹鳳 方 倪 張修娟 胡安正

(湖北文理學院物理與電子工程學院 湖北 襄陽 441053)

基于MATLAB的回音抵消器的設計

李丹鳳 方 倪 張修娟 胡安正

(湖北文理學院物理與電子工程學院 湖北 襄陽 441053)

通訊技術的迅速發展迫切需要通訊設備的快速更新．比如語音通訊用戶對語音通訊質量的要求就越來越高，但在語音通話過程中，由于聲學回聲問題處理不當就會對通訊質量造成較大影響．為解決聲學回聲問題，通過MATLAB設計出一種回音抵消器，包括先合成回音，再利用逆系統法對回音進行消除，同時保留正常的語音信號，從而為解決語音通訊中由于聲學回聲問題引起的語音質量變差提供了一種解決方案．

MATLAB 回音抵消 逆系統 濾波

1 回音信號處理MATLAB介紹

在MATLAB中，利用Wavread對原始聲音信號采樣，設置采樣頻率，對原始信號的時域波形以及進行傅立葉變換后的幅值進行分析．通過卷積的思想使原始聲音信號與延遲衰減的聲音信號疊加在一起，合成有回音的聲音信號，接著對有回音的聲音信號進行分析．再利用逆系統法消除回音，得到最終的聲音信號與原始聲音信號進行對比，框架如圖1所示.

圖1 整體設計框圖

2 利用MATLAB合成與逆系統法處理回音信號

2.1 利用MATLAB對原始聲音信號文件進行分析

fs=8192;%采樣頻率

[x,fs]=wavread('huiyin1.wav');%提取原始聲音信號

sound(x,fs);%聽原始聲音

N=length(x);

subplot(2,1,1);plot(x(1:N));title('原始信號波形');

y=fft(x,N);%對原始信號進行傅立葉變化

subplot(2,1,2);plot(abs(y));title('原始信號幅值');

分析：通過FFT變換可以明顯的觀察到，原始波形的信號主要分布在2～5 kHz和50 kHz頻率左右．

圖2 原始信號的波形和傅里葉變化后的波形

2.2 回音的產生原理

在一個原始聲音脈沖后跟著一段衰減延遲后的原始聲音脈沖，在離散時間情況下，其單位脈沖響應可表示為

其中pk為衰減因子，δ為單位脈沖序列．假如原始聲音信號為x(n)，則實際聽到的聲音為Y(n)=x(n)*h(n);

[x,fs]=wavread('huiyin1.wav');%提取原始聲音信號

N=length(x);x1=x(1:N);

h=[1,zeros(1,8819),0.4];

y=conv(x1,h)；%原始聲音信號與延遲聲音信號的卷積

subplot(2,1,1);plot(y);title('含回音信號的波形');

y1=fft(y);%對回音信號進行傅立葉變化

subplot(2,1,2);plot(abs(y1));title('含回音信號的幅值');

sound(y,fs);%聽有回音信號

圖3 回音信號的波形和傅里葉變化后的波形

分析：通過FFT變換可以明顯地觀察到，有回音波形的信號主要分布在2～5 kHz和60 kHz頻率左右．與原始信號相比，高頻波形有明顯的延遲．

2.3 利用逆系統法對回音進行消除

2.3.1 逆系統法基本思想

若將回音系統的實現端對端地翻轉過來，并改變反饋信號的符號，就得到其逆系統從而消除仿真音樂信號x(n)中的回音，逆系統框圖如圖4所示.

圖4 逆系統框架結構圖

2.3.2 回音消除原理

在合成的回音信號中還原原始信號，以此達到消除回音的目的．設計一個逆系統g(n)=1/h(n)，利用卷積的方法，使單位脈沖g(n)滿足x(n)=y(n)*g(n)．

b=[1];a=[1,zeros(1,8819),0.4];n=[0:N];

K=impz(b,a,n);%離散時間系統單位脈沖響應A=conv(y,K);%脈沖與有回音的函數卷積去掉回音

subplot(2,1,1);plot(A);title('還原信號的波形');

y2=fft(A);%對恢復聲音信號進行傅立葉變化subplot(2,1,2);plot(abs(y2));title('還原信號的幅值');

sound(A,fs)；%聽恢復后聲音信號

圖5 還原信號的波形和傅里葉變化后的波形

分析：可以把本次設計的原始信號和消除后的信號進行比較，可以看出兩次的波形是一樣的，兩次的FFT變換后的波形圖也可以看出兩種情況下的頻率分布也是相匹配的，從而能反應出來此次的系統設計是非常合理的．

3 總結

本文首先利用MATLAB工具產生回音，然后通過逆系統法對回音進行消除，利用MATLAB工具對消除前和消除后的波形進行對比分析，通過觀察兩者之間的特點，可以很明顯地看出此次的系統設計是非常合理的，最后利用MATLAB工具對消除后的信號進行回放，可以聽出效果的改善是非常明顯的，可以很好地利用到實際生活中．

1 高西全，丁玉美.數字信號處理.西安：西安電子科技大學出版社，2008．08

2 李敏，編.MATLAB與信號與系統實驗指導書.2013

3 高成.MATLAB圖像處理與應用.北京：國防工業出版社，2007．04

4 董振海.精通MATLAB7編程與數據庫應用.北京：電子工業出版社，2007.09

李丹鳳(1995- )，女，在讀本科生.指導教師：胡安正(1965- )，男，博士，教授，主要研究方向為電子技術應用．

2017-01-02)