基于中值濾波法的語音降噪

畢東生+劉瑾+王前+朱陸旭+和家慧

摘要：本文提出基于中值濾波法的語音降噪方法，能夠有效地對語音信號進行降噪處理。通過設計GUI界面使降噪效果顯示的更加形象客觀。圖形結果表明，基于中值濾波法能夠很好地實現語音信號的降噪。

關鍵詞：中值濾波法；語音降噪；GUI界面

隨著社會的發展，語音音頻等信號包含越來越多的信息，能夠讓人們知曉一定的不確定性，是能夠讓人們獲知解惑的。因此，本文提出基于中值濾波法的一種有效的語音降噪方法。

1.原始語音信號的采集

首先錄制一段語音信號，再將語音信號的文件的格式進行轉換，得到.wav文件[1]。在MATLAB軟件的命令窗口，輸入命令“y=wavrecord（m，Fs，ch）”運行后，語音信號將會生成一個文件名為y的語音文件，并且會以.wav的語音文件格式存儲在MATLAB的工作空間里。本文中的語音信號，通過MATLAB中的wavread函數讀入，并通過sound函數進行播放。

2.原始語音信號的加噪

可以疊加在原始語音信號上的噪聲有兩種，一種是單頻噪聲，另一種是高斯白噪聲。高斯白噪聲其瞬時值服從高斯分布。功率譜密度服從均勻分布[2]。本文采用的噪聲即為加性高斯白噪聲。利用MATLAB工具箱產生高斯白噪聲方法如下：

（1）WGN產生高斯白噪聲。y=wgn（m，n，p，imp，state）表示重置RANDN。

（2） AWGN對采樣信號進行加噪y=awgn（x，SNR）可以加噪于采集的信號上。y=awgn（x，SNR，SIGPOWER，STATE）將RANDN的狀態重置。

（3）本設計采用了randn函數產生高斯分布序列。randn函數的調用如下：randn（n）或rand（n）表示生成0到1之間的n階隨機數方陣。

本文中用于產生噪聲的的相關函數是Noise=0.1*randn（len，1），通過MATLAB軟件可以作出原始語音信號的時域波形以及頻域波形，如圖1所示，并且圖2表示加噪后的特征圖形。

3.中值濾波法的語音降噪設計

中值濾波是非線性平滑技術的一種，用于語音信號的降噪，并且去噪效果較好，它的主要功能是將每一個樣本點的值設置為該點領域內的所有樣本點的中值，從而消除單一的噪聲點。中值濾波在其濾除噪聲的同時，既能夠保護好信號的邊緣，又能使之保持清晰。其實質是最小絕對誤差準則下濾波的最優化狀態。調用函數y = medfilt1（x，n）。可以把n階一維中值濾波器應用到矢量x上。這樣就起到了濾除噪聲的作用。圖3表示的是采用中值濾波法進行消除噪聲的處理，所得到的波形和頻譜圖。

4.GUI界面的設計及降噪結果分析

通過對比中值濾波后的時域波形和頻域頻譜圖，設計出GUI界面如圖4所示。

圖4 中值濾波界面

由分析可知降噪后的語音信號波形和采樣的語音信號波形基本一致，即起到了很好的降噪效果。基于MATLAB計算信號功率與噪聲功率的比值，即中值濾波的信噪比為6.6572，也證明信號功率遠遠大于噪聲功率，即降噪效果很好。

5.總結語

根據中值濾波法的基本原理，結合中值函數對疊加了噪聲的語音信號進行處理，從時域和頻域分別對比處理前后的波形和頻譜，計算出信噪比和設計GUI界面，直觀的顯示出降噪效果，故而中值濾波法能夠很好的實現語音信號的降噪。

參考文獻：

[1] 張文. 基于MATLAB的語音信號的濾波與實現[J]. 山西：電子技術，2008，P22-P28

[2]虞貴財，邵玉斌，肖笛. 產生高斯白噪聲的研究與實現[J]. 電子科技，2006，（11）：16-18+22.

通信作者：張培玲endprint