基于時頻譜圖的脈沖噪聲抑制方法

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1、振動與沖擊第29卷第2期JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCKVol.29No.22010基于時頻譜圖的脈沖噪聲抑制方法1212王旌陽,張瀟,朱俊敏,吳粵北(1.上海交通大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程系,上海200240;2.上海音樂學(xué)院音樂工程系,上海200031)摘要:從時頻分析的角度,提出了一種新的音頻信號脈沖噪聲的處理方法。該方法基于被污染信號的時頻譜圖,通過區(qū)分純凈信號和脈沖噪聲信號的頻域特性與相關(guān)性來檢測脈沖噪聲。首次提出前后信息相關(guān)聯(lián)的“限幅”噪聲抑制方法,并利用帶過濾系統(tǒng)的中值濾波方法分別對短時和暫態(tài)兩種脈沖

2、噪聲信號加以抑制和消除。和信噪比相比,還進(jìn)一步提出了四個指標(biāo)專門用于評價去除脈沖噪聲方法的性能?；谶@四個指標(biāo),分析了如何調(diào)整參數(shù)以獲得更好的檢測和修復(fù)性能,并用大量仿真實驗證實了這種新方法的有效性。最后給出了系統(tǒng)仿真結(jié)果,并指出了該方法的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞:時頻分析;脈沖噪聲;時頻譜圖;中值濾波中圖分類號:TN911.72文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A音頻信號中,短時的、非連續(xù)的、幅度大的脈沖或聲,而且檢測和重建在同一個處理階段內(nèi)完成。貝葉噪聲尖峰稱為脈沖噪聲。脈沖噪聲是音頻信號中破壞斯方法能較好地抑制脈沖噪聲,但算法復(fù)雜,且需要預(yù)性最大的噪聲

3、之一,它可由多種噪聲源產(chǎn)生,如老唱片先估計噪聲的統(tǒng)計特性。的劃痕,唱片表面附著灰塵和顆粒,錄音帶的突然停止我們提出一種簡單實用的脈沖噪聲去除方法,基等。脈沖噪聲按照持續(xù)時間的長短分為短時脈沖噪聲于譜圖對脈沖噪聲進(jìn)行檢測,并采用一種改進(jìn)的帶閾和暫態(tài)脈沖噪聲(或稱為持續(xù)脈沖噪聲)。值過濾系統(tǒng)的中值濾波對信號進(jìn)行修復(fù),即當(dāng)檢測到[1]傳統(tǒng)的去除脈沖噪聲方法是中值濾波方法,但的候選噪聲信號滿足一定的閾值條件后對其加以消是若直接對污染后的信號進(jìn)行中值濾波會引起信號的除。針對暫態(tài)脈沖噪聲,我們提出了一種基于前后信失真。文獻(xiàn)[2]中提出了一種

4、基于決策的中值濾波方息相關(guān)聯(lián)的限幅噪聲抑制方法,使用一個限制門先把法,在進(jìn)行中值濾波之前引入了檢測步驟,降低了失真較寬的持續(xù)脈沖限制在一定范圍內(nèi),再對其進(jìn)行處理。[3～4]率?；谀Ｐ?AR或ARMA)的方法在前幾年得該方法復(fù)雜度低,不需要提前進(jìn)行預(yù)測和估計,對管到了廣泛的研究,它將脈沖噪聲的修復(fù)分成了兩個階樂、弦樂和鍵盤敲擊樂等均可以取得令人滿意的效果,段:檢測和修復(fù)。圖1給出了基于模型的脈沖噪聲去對打擊樂中的脈沖噪聲也有一定的抑制作用,具有很除方法的框圖。高的工程應(yīng)用價值。在本文中,我們也把脈沖噪聲的抑制分為檢測和修復(fù)兩個過

5、程。第1部分中建立了音頻模型,在第2部分和第3部分我們將分別闡述這兩個過程,其中2.3節(jié)和3.3節(jié)分別給出了檢測和修復(fù)的評價指標(biāo)。第4圖1基于模型的脈沖噪聲去除過程部分給出了仿真結(jié)果,并基于這四個性能指標(biāo)對仿真[5]在檢測方法方面,WLP在AR模型中引入了線性結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)的分析。第5部分是對全文的總結(jié)。預(yù)測技術(shù),先對信號進(jìn)行訓(xùn)練。文獻(xiàn)[6]和文獻(xiàn)[7]中1音頻建模闡述了小波閾值和小波包去噪方法,文獻(xiàn)[8]中提出了一種基于小波變換模極大值的脈沖噪聲去除方法,但音頻信號可以用以下方法建模:是這三種方法都會引起原始信號音色的變化。小

6、波分y(k)=x(k)+d(k)[9]析方法可用于對和信號有關(guān)聯(lián)的脈沖噪聲進(jìn)行檢k=0,1,?,N-1(1)測。音頻信號中廣泛使用的信號修復(fù)方法包括AR插其中,N表示信號的樣本點數(shù),y(k)為帶噪信號,x(k)[10][11][12]值,維納插值方法,正弦模型插值和波形置換為純凈信號,d(k)表示脈沖噪聲的幅度值。[13]方法等。如果R(k)表示重建后的信號,那么經(jīng)過檢測和修[14～15]去除脈沖噪聲也可以通過貝葉斯框架來實復(fù)后的輸出信號可以表示為:現(xiàn),在貝葉斯方法中,模型被同時用于純凈信號和噪Output(k)=F(k)3R(

7、k)+(1-F(k))3y(k)(2)基金項目:上海市科委重大科技攻關(guān)項目(075115003)收稿日期:2009-01-06修改稿收到日期:2009-04-13其中,F(k)=1表示位置為k的樣本被檢測到含有脈第一作者王旌陽男,碩士生,1985年生沖噪聲。下面將分別介紹檢測和重建過程。150振動與沖擊2010年第29卷關(guān)性(兩窗口的相關(guān)性判斷一般為差值或向量乘運2脈沖噪聲的檢測算),若相關(guān)性大于某一設(shè)置的很小的閾值,則可認(rèn)為基于譜圖的檢測方法的步驟包括:(1)計算污染此窗口內(nèi)不含脈沖噪聲信號;否則認(rèn)為該窗口中含有信號的譜圖,(

8、2)在譜圖上檢測出含脈沖噪聲的窗口脈沖噪聲。并返回時域上的位置。③檢測好帶脈沖噪聲的窗口之后,可以根據(jù)窗口211譜圖變換方法,利用數(shù)學(xué)公式計算出檢測到的信號在時域使用上面的定義,y(k)表示被噪聲污染的信號,其上的位置。時頻變換譜圖系數(shù)可表示為一系列時頻分解單元