现场录音中噪声去除

1、报告里面可能还有一些细节错误，写的时候注意修改，还有需要补充的东西我在括号里标注了，自己补充。 oooooo课程设计的名称是：现场录音中噪声去除哈尔滨工业大学（威海）课程设计报告1 .课程设计任务11.1 设计目的11.2 设计要求12 .课程设计原理及设计方案12.1 语音信号的获取 错误！未定义书签。2.2 语音信号的频谱分析错误！未定义书签。2.4 污染信号的频谱分析错误！未定义书签。2.5 设计数字滤波器错误！未定义书签。2.5.1 fir滤波器错误！未定义书签。2.5.2 iir滤波器错误！未定义书签。2.6 对污染信号进行滤波 错误！未定义书签。3 .课程设计的步骤和结果53.1

2、音频信号的采集 53.1.1 打开本地文件 错误！未定义书签。3.2.2录制音频信号 错误！未定义书签。3.2滤波器设计63.2.1 设计fir滤波器 错误！未定义书签。3.2.2 设计iir滤波器 错误！未定义书签。3.2.3 四种滤波器的设计程序4 .课程设计总结135 .设计体会146 .参考文献15-ii -哈尔滨工业大学(威海)课程设计报告二课程设计任务1.1设计目的本课程设计的目的为：1、巩固和加深学生对数字信号处理的基本概念、基本原理、基本分析方法的 理解；要求学生综合运用数字信号处理的理论知识进行频谱分析和滤波器设 计，通过理论推导得出相应结论；2、培养学生根据设计题目的要求，

3、综合利用数字信号处理技术的能力，提高学生综合运用所学知识，解决实际工程技术问题的能力；要求利用matlab或labview作为编程工具进行计算机实现，加深对所学知识的理解，建立概念；3、通过课程设计，培养学生查阅文献、资料，独立解决实际问题的能力。4、使学生基本掌握以下内容：a、学会matlab的使用，掌握其程序设计方法。b、掌握在windows环境下语音信号采集的方法。c、掌握数字信号处理的基本概念、基本理论和基本方法.d、学会用matlab寸信号进行分析和处理。1.2设计要求1) 自己录制一段正常的声音文件，或者通过菜单选择的方式选择一段正常 声音文件3) 4) 显示原始信号的频谱图；5)

4、 选择适当的方法对干扰进行去除，比较不同处理方法的效果；6)(提高部分)选择实际受干扰信号，对信号进行频谱分析，确定干扰的频 率；根据干扰的特点采用不同的滤波器对信号进行处理；-3 -:.课程设计原理及设计方案在现场直播节目的录制过程中，经常会由于现场录制工作人员的操作不 当，会使mic中申入交流干扰，从而造成语音信号的采集过程中的噪声干扰。 语音降噪是针对噪声问题的一种有效的处理技术，它的目的就是为了消除噪声 的影响，提高语音清晰度、改善语音的质量。上世纪六十年代起人们就对语音 降噪处理进行了一系列的研究，数字滤波器、快速傅立叶变换等成为语音信号 处理的理论基石。根据傅立叶变换的性质可知，交

5、流（固频）噪声在频域上表 现为窄谱且是离散的，因此我们考虑用数字陷波器来滤除噪声。2.1 语音信号的获取2.1.1 打开本地文件在matlab平台下，利用wavread进行语音采集，得到语音的分辨率、采样 率以频率特性。2.1.2 录制音频利用wavrecord录制一段语音，时间为 5s左右，通过 wavread函数读取 波形文件，得到语音的分辨率、采样率以及包含语音数据的一维数组。2.2 语音信号的频谱分析画出语音信号的时域波形，利用函数fft对信号进行快速傅里叶变换，得到信号的频谱特性。2.3 根据分析结果选择相应的滤波器一共设计了 4种滤波器分别是高通，低通，带通，带阻。根据语音信号 的

6、频谱选择合适的滤波器滤波。2.4 设计数字滤波器数字陷波陷波器是指当带阻滤波器的阻带变得很窄时候的一种特殊滤波 器，它能够滤除信号中特定的一个或几个干扰频率成分，而使得有用的频率成 分不受影响或衰减损伤最小化。因此在设计陷波滤波器时，陷波频率点应该与 干扰频率点接近并保证陷波频率点处的衰减值足够大以实现对干扰频率的干净 陷波和对有用频率成分的最大保护。数字滤波器从功能上分类，可分为低通、高通、带通、带阻滤波器。根据 数字滤波器单脉冲响应的时域特性可将数字滤波器分为两种,即iir无限长脉冲响应数字滤波器和 fir有限长脉冲响应数字滤波器，其中 fir具有突出的 优点是系统总是稳定的、非递归的、易

7、于实现严格的线性相位、允许设计多通 带(或多阻带)滤波器。因此，它在高保真的信号处理，如数字音频、图像处 理、数据传输、生物医学等领域得到广泛应用。但与 iir df相比，在满足同样 的阻带衰减的情况下需要较高的阶数。滤波器阶数越高将占用更多的计算机运 行时间。2.5.1 fir 滤波器fir df的冲激响应h ( k)是有限长的m阶f ir df系统函数可表示为h (z) = e h f ,设计方法主要有窗函数法、频率采样法和等波纹最佳逼近法等。fir窗函数法的思想是一般是先给定所要求的滤波器的频率响应hd(ejw),要求设计一个fir滤波器的频率响应h( ejw)来逼近hd( ejw).设

8、计是 在时域进行的，首先由傅立叶变换导出hd( n),因此hd( n) 一定是无限长的序 列，而h( n)是有限长的，即要用有限长的h( n)来逼近无限长的hd( n),最有 效的方法是截断hd ( n),或者说用一个有限长的窗口函数 w( n)来截取hd( n), 即：h( n) = hd( n) w( n),因而窗函数的形状及长度的选择就很关键了.在matlab 中常用的窗函数有矩形窗，hanning窗，hamming窗，blackman窗,kaiser窗等,。2.5.2 iir 滤波器iir滤波器一般采用递归型的结构，传输函数为：a/nu-b)二小得口尸) j-i根据设计理论，在 mat

9、lab环境下设计iir数字滤波器主要有四种方 哈尔滨工业大学（威海）课程设计报告法：一是典型设计法；二是完全设计法；三是最优设计法；四是工具设计法。iir滤波器设计思想是：利用已有的模拟滤波器设计理论，首先根据设计 指标设计一个合适的模拟滤波器，然后再通过脉冲响应不变法或双线性变换 法，完成从模拟到数字的变换。常用的模拟滤波器有巴特沃斯(butterworth)滤波器、切比雪夫(chebyshev)滤波器、椭圆(ellipse)滤波器、贝塞尔(bessel港 波器等，这些滤波器各有特点，供不同设计要求选用iir数字陷波器具有如下几个特点：(1) iir数字陷波器冲激响应是无限长的。(2) ii

10、r数字陷波器的系统函数在有限 z平面上存在极点。(3) iir数字陷波器在结构上是递归的，这表示在结构上存在输出到输 入反馈。iir数字陷波器相对与fir数字陷波器来说更容易实现，在相同条件下，设计iir数字陷波器所需要的参数比设计fir数字陷波器所需要的参数更少。而又由于完全设计法程序简单，我们在这里利用完全设计法设计iir数字陷波器。利用iir数字陷波器将带噪信号中的固频噪声成分进行滤波处 理，从而达到语音降噪的目的。图2-3 r 数字陷波痛的给,他国2.6对污染信号进行滤波比较滤波器的性能，然后对语音信号滤波，fir滤波器利用函数filter对信号进行滤波，iir滤波器利用函数filte

11、r对信号进行滤波。三.课程设计的步骤和结果3.1 音频信号的采集3.1.1 打开本地文件; clc；close all学读取声汽信号xljf 5j nbitsj-wavteadc 录音,wav,);也读声音文件 x=xl(:t1);n=length rs);n=oik-l;x=fft (x);学读入音频傅里叶变换xl=abs (x);fs=l*fs;f=n/n*fs;评点数转板成蹶率figured);subplot(211);plot (nx);t it lec原始声音信号)；ylabekt )；xlabelcr);subplot (2j lj 2);plot (n,x) ; %画出原始声音信

12、号的假里叶笠换axis ( 0, coooqj -1500t 1500);titlm原始声音信号的博里叶变换,)ylabelcr);xlabel(jij);figure(3);subplot(211);plot (n,xl);先画出原始声音信号的傅里叶费换axis(0f 20000, 0, 3000);mtlt原始声音信号的幅度请dylabelcr );xlabel。m );3.1.2录制音频信号用由群缴率案录音时间%文字提示舟智作命令%录制语音信号 黑文字提示将暂得命令%借放语音信号先录音程序fs=8000;fprintf (j 按ent er建录音j t iixe);pause;fprin

13、tf (录音中；x=vavrecord (tiuie*fs7 fs,j double );fprintf c录音结束);fprizrtf c按ehtur键回演录音);pause;wavplayfsj fs);wavwr it e fs, f:祟程设计sound. va-）;为存精语音信号yl= vawreadcf: 课程设计 sound, vav , 3423 20050);subplot (2j lj i);plot (yl);tit 遽除无效点后的语音信号,)v=f ilter bzj az, yl)subplot (2j 1? 2);plot (w);title滤出无效电前的语音信号d3

14、.2 滤波器设计错误！未定义书签。3.2.1 设计fir滤波器 （设计步骤见课本，自己补充）3.2.2 设计iir滤波器（设计步骤见课本，自己补充）3.2.3 四种滤波器的设计程序-5 -哈尔滨工业大学（威海）课程设计报告%低通波波器(双线性)wp=o. 2*pi;ws=o. 4*pi;ap=o. 75;as=20 ;|ip=2/t*tan(wp/2);,求模嘏原t=l；%型速波器参数ws=2/t*tantws/2);n, vc|=buttordbilinear (bs, as, 1/1)岛莪线性变换法借换到数字避波器的系统函数 hjl=freqs(bsj as);h.t=freaz (bz.

15、az);占高通波波器设计设计资料 http:/wenku. baidu. con/1 ink?ur 1=fqxhs6zc0_ruzl-ku62ay%butterorth模拇低通遽波器原型设计u=0：0,01：2;为设定频率点皈ii-l:4 定义循环，产生不同阶数的曲线sx1w1 ii case 1=2;2,n=5;3j n= 10;4, n=30;sad lj pj k.=buttap1n);蚯局用butt模楸低通恚液器原型函数口 止zp2tf (即p/i; %将零点极点增益形式转换为传递函数形式xh.wmreqs电唐通；咐好指定的频率点给出频率响应 jh2=(abs(h), -2;讲算撅高通

16、滤波器设计m=0：1:5000;fi以士心 ii5 bn=2;短短2j n=5;3i n=10;艰asn=30;蜀 p,khbutt 驾)fn);_1瓦 al=zp2tf (zjp, 以；ibt, atlp2hp (b,20q+2*pi;*由低通原型通波器转摭为截止频率为。0取的高通滤波器!ht; -(w0 r2)/ (b*wr2);normwcl=(vc1b 2)-(wo?)/，b*vc1);nomvc abs tnormwrs) n0riiwr=ab (norjiwr2)else noabs(normri) endnormal;国将指标转换成归一化模拟低通波波器的指标n=but t ord

17、 (normvcj nomvrj &), asj s) ; k设计归一化的模狙低通遽波器阶数m和3db截止频率 blp, alp=butt er (n, normvc, s );电计真相应的模拟滤波器系统函数g p 1bbp, abpl=lp2bp(blpj alp,wo, b) ; 心模报域频率变换，将，；p变摸成植姒带通澹装器h(s b, akbilinmar tbrp, abp, 0. 5) ; t用低线性变换法将h，占！持摭成数字帚通:虑波器h z w=linspace (0, 2*pij 500);h=f reqz (bj a, 5 ;3.3 滤波器滤波clear ; clc ; c

18、lose all中读取声音信号先xl f sjnbits=wavreadc 录音;常读声音文件 x=x 1(:,1);n=length(3c);n= 0:11-1;x= ff+ (x)；另读入音频博里叶变换 fs=l+fs;i-l/fs：f=n/ws; %.苴数转揄成频率figure(1);subplot (211);plot (llj x);title。原始声音信号d;ylabelct )：xlabel(j i*);subplot i, 2);plot5,x);制画出原始声音信号的博里叶变换axis(0, 70000,-1500, 1500dtitlec原始声音信号的傅里叶变换qylabel

19、c y);xlabelc xj);figure(2);subplot(211);plot tabs(fft(x);axis(0, 70000, 0, 2000);tit工1,原始声音信号的幅度谱,)-9 -哈尔滨工业大学(威海)课程设计报告ylabel ( y*)：xlabel cxj);缶低通强波器的设计fpl=1200；fsl=1500；%设定低通避波器通芾截止频至却况带截止师蕈 wpl=2*fpl/fs; wsl=2*fsl/fs;rp=l;as=100;国bplfllip(jrd(pl*sb rp, as) ; %计算低通逆装器阶数和通常边界频率 cb, a=ellip (ki, rp

20、, asj wpl); %计箕低通速波器系统函数系数 yfilterce.a.x);舟滤被器软件实现 yl=abs(fft (yl) ; %低通避波器设计与输出figure subplot 1, 1);t=n*t;plot (tfyl);titlec激波后的音频信号)；ilabelc a );ylabel ();subplot (2, l 2);plot (f j abs(fft (yl);axis( 0,2500,圾 2000);titlm。遽近后的幅度谱)；ilabel c x);ylabel cd;根据原始声音的频谱图，仅通过低通滤波器来达到滤波效果。3.4 处理结果-# -哈尔滨工业大

21、学（威海）课程设计报告10.5y 0-0.5-11000y 0-100020001500y 10005000原始声音信号00.53.545x 1011.522.53x原始声音信号的傅里叶变换-13 -0125674x 100.5滤波后的音频信号-0.57xy 0yx哈尔滨工业大学(威海)课程设计报告四.课程设计总结本次课程设计要求我们根据设计题目的要求，综合运用数字信号处理的理 论知识进行频谱分析和滤波器设计，并通过理论推导得出相应结论；最终达到 巩固和加深我们对数字信号处理的基本概念、基本原理、基本分析方法的理 解，提高运用所学知识，解决实际工程技术问题的能力的目的。在本次的课程设计中，我的

22、课题名称是现场录音中语音信号的干扰去除。主要任务可分为二部分：语音采集，噪声滤除。语音采集部分采用了两种方法：录制音频( wavrecord)和使用本地文件 (wavread)：这部分的难点是采样频率的选择和读取，因为这同样关乎到以后 程序中的播放问题。噪声干扰部分本来是考虑出了周频交流噪声，要多加几种噪声，丰富程序 内容，噪声程序很简单，但是这直接导致了后来滤波器设计的难度，因为周频 交流噪声的滤除需要陷波滤波器，而高斯白噪声则需要带通滤波器，随机噪声 又需要具体问题具体分析。所以最后只考虑了最基本的交流信号。噪声滤除部分是本次课题的重点及难点。滤波器的实现由于matlab的强大的函数功能，

23、并不是很难。其中最令人头疼的是如何恰当的选取滤波器参 数，从而实现滤波器的最佳设计。这其中，碰到诸多问题：陷波滤波器的中心 频率不等于噪声中心频率，查找后发现采样频率应该大于等于二倍的信号最高 频率，而之前程序确实令它们两个相等。还有 w和f之间的换算也势必需要 注意的。最好是归一化一下，免得在加 pi和减pi之间徘徊不定。-# -哈尔滨工业大学（威海）课程设计报告五.设计体会通过本次课程设计，本人不仅对 matlab的使用有了更进一步的了解和掌 握，而且对其强大的信号处理功能有了更深的认识。当然，对数字信号处理的 设计原理和方法也有了更深刻的体会和认识，巩固了所学知识，加强了对知识 的理解。由于课程设计是一个需要理论联系实际，把所学的理论基础借助相关 软件实现具体功能的过程，要求我