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1、音频信号噪声处理共13页音频信号噪声(zoshng)处理一、实验(shyn)目的1.熟练掌握滤波器的基本原理2 . 熟悉(shx)滤波器的应用3. 进一步掌握(zhngw)FIR滤波器的不同设计方法4. 学习matlab中滤波器设计工具fdatool的使用二、实验原理若想对于信号噪声的处理有更好的掌握，需要熟知以下的基本理论和原理：调制和解调：调制就是用基带信号去控制载波信号的某个或几个参量的变化，将信息荷载在其上形成已调信号传输，而解调是调制的反过程，通过具体的方法从已调信号的参量变化中将恢复原始的基带信号。 调制的种类很多，分类方法也不一致。按调制信号的形式可分为模拟调制和数字调制。用模拟

2、信号调制称为模拟调制；用数据或数字信号调制称为数字调制。按被调信号的种类可分为脉冲调制、正弦波调制和强度调制(如对非相干光调制)等。调制的载波分别是脉冲，正弦波和光波等。正弦波调制有幅度调制、频率调制和相位调制三种基本方式，后两者合称为角度调制。此外还有一些变异的调制，如单边带调幅、残留边带调幅等。脉冲调制也可以按类似的方法分类。此外还有复合调制和多重调制等。不同的调制方式有不同的特点和性能。 解调是从携带消息的已调信号中恢复消息的过程。在各种信息传输或处理系统中，发送端用所欲传送的消息对载波进行调制，产生携带这一消息的信号。接收端必须恢复所传送的消息才能加以利用，这就是解调。 解调是调制的逆

3、过程。调制方式不同，解调方法也不一样。与调制的分类相对应，解调可分为正弦波解调（有时也称为连续波解调）和脉冲波解调。正弦波解调还可再分为幅度解调、频率解调和相位解调。同样，脉冲波解调也可分为脉冲幅度解调、脉冲相位解调、脉冲宽度解调和脉冲编码解调等。对于多重调制需要配以多重解调。 解调的方式有正弦波幅度解调、正弦波角度解调和共振解调技术。FDAtool：FDATool(Filter Design and Analysis Tool)是MATLAB信号处理工具箱提供的一种综合、简便的图形用户工具。通过该工具提供的先进可视化滤波器集成设计环境，用户可以方便地设计几乎所有的常规滤波器，包括FIR和II

4、R 的各种设计方法。上图为FDATool设计(shj)界面。用户可根据需要设计各种滤波器。三、实验(shyn)内容待处理信号(xnho)：wav格式(g shi)音频信号二维数据采样率44.1kHz音频信号主要集中在03.4KHz范围频谱如下图： 频谱图分为以下四个部分：有效音频信号、单频干扰、带外噪声、白噪声对于这种情况，我们可以使用不同的滤波器，根据情况逐步分离处理出原音频信号。1.通过FFT得到原始信号频谱2.消除(xioch)单频干扰根据(gnj)上一小节频谱分析的结果，可以编写一个Matlab小程序(chngx)计算幅度最大频率的位置（maxFind.m）。程序(chngx)读入经过

5、FFT变换的原始波形，计算频率谱幅度最大的频率点，得到max_f=1049Hz。这里我们使用等波纹带阻滤波器，其设计参数如下图：Fs=44100HzFpass1=900HzFstop1=1000HzFstop2=1100HzFpass2=1200HzApass1=1dBAstop=50dBApass2=1dB其时域响应(xingyng)如下图所示：音频信号经过等波纹带阻滤波器后所得到的频域响应(xingyng)如下图所示：从图中可以看到，单频噪声(zoshng)已经被滤除。3.消除(xioch)带外噪声和白噪声因为(yn wi)乐音一般都在03.4kHz之间，所以低通滤波器所需参数(cnsh)

6、可设计为：Fs=44100HzFpass=3400HzFstop=3500HzApass=1dBAstop=50dB返回一个748阶的滤波器，其时域响应如下图：滤波后的频谱图如下：可以看到带外噪声和白噪声都被较好的滤了出去，得到(d do)的信号就是原来的音频信号。保存(bocn)为wav文件之后用播放器听，已经没有单频噪声和带外干扰，信号(xnho)的处理过程较为成功。4.使用(shyng)窗函数设计低通滤波器并比较性能根据要求，滤波器阻带衰减大于50dB，则只有Hamming窗、Blackman窗和Kaiser窗满足条件，由上面的设计可知滤波器阶数为748。（1）Hamming窗设计参数如

7、下图：Fs=44100HzFc=3450Hz时域响应(xingyng)如下图：滤波(lb)后频谱图如下：可见(kjin)Hamming窗比较好的恢复了原始(yunsh)音频信号。（2）Blackman窗设计(shj)参数如下：Fs=44100HzFc=3450Hz时域响应(xingyng)如下图：滤波(lb)后频谱图如下：可见(kjin)Blackman窗也比较好的恢复(huf)了原始音频信号。（3）Kaiser窗设计参数(cnsh)如下：Bata=5.658(因为(yn wi)50dB的Beta值可能效果没有这个好，就改为60dB的Beta了)Fs=44100HzFc=3450Hz时域响应如

8、下图：滤波后的频域响应(xingyng)如下图：可见(kjin)Kaiser窗也比较好的恢复了原始音频(ynpn)信号。（4）三种(sn zhn)窗函数的比较通过三种窗函数(hnsh)设计出的滤波器都能较好的恢复原始音频信号，这在使用播放器播放时，用耳朵是比较难分辨的，但三种窗函数的性能还是有所差别。Hamming窗设计(shj)的滤波器阻带(z di)前段增益较大(jio d)；Blackman窗设计的滤波器过渡带增益很大，阻带前段增益也很大，但对于高频的衰减非常好；Kaiser窗设计的滤波器过渡带和阻带的衰减都比较不错。三种窗函数的差别主要体现在过渡带和阻带的参数上，虽然有所差异，但都有较

9、好的滤波性能。5.解调噪声解调噪声需使用带通滤波器对相应频段进行滤波，设计参数如下：Fs=44100HzFstop1=5900HzFpass1=6000HzFpass2=10000HzFstop2=10100HzAstop1=80dBApass=1dBAstop2=80dB滤波后得到的噪声频谱如下图：采用相干解调和幅度放大(fngd)后得到的频谱如下：可还原出另一个(y )噪音极大音乐。四、实验(shyn)讨论本次声音信号噪声处理实验虽然代码量不是很大，内容也不复杂，但整个设计和处理的过程非常有意义，以前虽然早就接触调制解调和滤波等知识，但只限于书本，通过这次作业的整个设计流程能够了解和掌握信

10、号处理的一些基础知识，对不同滤波器的参数(cnsh)和性能等等也有更多了解，尤其是能够大致掌握FDATool的使用，可以(ky)为以后的学习做许多铺垫。另：由于输出的音频文件比较(bjio)多，容量也比较大，就不提交音频文件了。提交内容包括代码和报告内容摘要（1）音频信号噪声处理实验目的熟练掌握滤波器的基本原理2 . 熟悉滤波器的应用3. 进一步掌握FIR滤波器的不同设计方法4. 学习matlab中滤波器设计工具fdatool的使用二、实验原理若想对于信号噪声的处理有更好的掌握，需要熟知以下的基本理论和原理：调制和解调：调制就是用基带信号去控制载波信号的某个或几个参量的变化，将信息荷载在其上形成已调信号传输，而解调是调制的反过程，通过具体的方法从已调信号的参量变化中将恢复原始的基带信号（2）不同的调制方式有不同的特点和性能（3）程序读入经过FFT变换的原始波形，计算频率谱幅度最大的频率点，得到max_f=1049Hz