现场录音中噪声去除

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。。。。。。。课程设计的名称是：现场录音中噪声去除目录一.课程设计任务...........................................................................................11.1设计目的.........................................................................................................................................11.2设计要求.........................................................................................................................................1二.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。2.5.1FIR滤波器................................................................................................错误!未定义书签。2.5.2IIR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。三.课程设计的步骤和结果.............................................................................53.1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四.课程设计总结.........................................................................................13哈尔滨工业大学（威海）课程设计报告-II-五.设计体会................................................................................................14六.参考文献................................................................................................15哈尔滨工业大学（威海）课程设计报告-1-一.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，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对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）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；哈尔滨工业大学（威海）课程设计报告-2-二.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中串入交流干扰，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哈尔滨工业大学（威海）课程设计报告-3-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IIRDF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。2.5.1FIR滤波器FIRDF的冲激响应h(k)是有限长的M阶FIRDF系统函数可表示为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,。2.5.2IIR滤波器IIR滤波器一般采用递归型的结构，传输函数为：根据设计理论，在MATLAB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-4-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)滤波器等，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）IIR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。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filter对信号进行滤波。哈尔滨工业大学（威海）课程设计报告-5-三.课程设计的步骤和结果3.1音频信号的采集3.1.1打