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(duì)語音信號(hào)進(jìn)行降噪處理。通過設(shè)計(jì)GUI界面使降噪效果顯示的更加形象客觀。圖形結(jié)果表明，基于中值濾波法能夠很好地實(shí)現(xiàn)語音信號(hào)的降噪。

關(guān)鍵詞：中值濾波法；語音降噪；GUI界面

隨著社會(huì)的發(fā)展，語音音頻等信號(hào)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(hào)的采集

首先錄制一段語音信號(hào)，再將語音信號(hào)的文件的格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到.wav文件[1]。在MATLAB軟件的命令窗口，輸入命令“y=wavrecord（m，F(xiàn)s，ch）”運(yùn)行后，語音信號(hào)將會(huì)生成一個(gè)文件名為y的語音文件，并且會(huì)以.wav的語音文件格式存儲(chǔ)在MATLAB的工作空間里。本文中的語音信號(hào)，通過MATLAB中的wavread函數(shù)讀入，并通過sound函數(shù)進(jìn)行播放。

2.原始語音信號(hào)的加噪

可以疊加在原始語音信號(hào)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(shí)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(chǎn)生高斯白噪聲方法如下：

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

（2） AWGN對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行加噪y=awgn（x，SNR）可以加噪于采集的信號(hào)上。y=awgn（x，SNR，SIGPOWER，STATE）將RANDN的狀態(tài)重置。

（3）本設(shè)計(jì)采用了randn函數(shù)產(chǎn)生高斯分布序列。randn函數(shù)的調(diào)用如下：randn（n）或rand（n）表示生成0到1之間的n階隨機(jī)數(shù)方陣。

本文中用于產(chǎn)生噪聲的的相關(guān)函數(shù)是Noise=0.1*randn（len，1），通過MATLAB軟件可以作出原始語音信號(hào)的時(shí)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(shè)計(jì)

中值濾波是非線性平滑技術(shù)的一種，用于語音信號(hào)的降噪，并且去噪效果較好，它的主要功能是將每一個(gè)樣本點(diǎn)的值設(shè)置為該點(diǎn)領(lǐng)域內(nèi)的所有樣本點(diǎn)的中值，從而消除單一的噪聲點(diǎn)。中值濾波在其濾除噪聲的同時(shí)，既能夠保護(hù)好信號(hào)的邊緣，又能使之保持清晰。其實(shí)質(zhì)是最小絕對(duì)誤差準(zhǔn)則下濾波的最優(yōu)化狀態(tài)。調(diào)用函數(shù)y = medfilt1（x，n）?？梢园裯階一維中值濾波器應(yīng)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(jìn)行消除噪聲的處理，所得到的波形和頻譜圖。

4.GUI界面的設(shè)計(jì)及降噪結(jié)果分析

通過對(duì)比中值濾波后的時(shí)域波形和頻域頻譜圖，設(shè)計(jì)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(hào)波形和采樣的語音信號(hào)波形基本一致，即起到了很好的降噪效果。基于MATLAB計(jì)算信號(hào)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(hào)功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于噪聲功率，即降噪效果很好。

5.總結(jié)語

根據(jù)中值濾波法的基本原理，結(jié)合中值函數(shù)對(duì)疊加了噪聲的語音信號(hào)進(jìn)行處理，從時(shí)域和頻域分別對(duì)比處理前后的波形和頻譜，計(jì)算出信噪比和設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)語音信號(hào)的降噪。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張文. 基于MATLAB的語音信號(hào)的濾波與實(shí)現(xiàn)[J]. 山西：電子技術(shù)，2008，P22-P28

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

通信作者：張培玲endprint