專利名稱：一種通過小波陷波來降低突發(fā)噪音的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及噪音的降低方法，準(zhǔn)確地說是一種陷波濾波器和小波變換分析來降低噪音的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
通信設(shè)備對音頻的采集過程中，常常會包含有環(huán)境噪音，環(huán)境噪音和人的通話聲音會互相重疊，影響到通話的質(zhì)量。而在目前的音頻信號處理過程中，對于這些噪音是難以處理的，因為人所發(fā)出的語音，其頻段位于環(huán)境的噪音的頻段內(nèi)，要消除噪音，往往會把人的語音一起消除。目前，一個常用的降低噪音的方法是通過陷波濾波器(簡稱陷波器)進行特定頻率的降噪處理，如2004年《自動化與儀器儀表》雜志第4期所發(fā)表的“陷波濾波器的設(shè)計及其應(yīng)用” 一文，就是利用陷波濾波器去掉特定頻率噪音的方法，但是由于在通信中的音頻中包含大量的音頻信號和噪音信號，并不是一個單純的摻雜有特定頻率的音頻信號，因此，陷波濾波器只能去除部分，特別是對于高頻的噪音信號，無法達到滿意的處理結(jié)果。近年來，興起了小波變換分析方法，小波變換是空間(時間)和頻率的局部變換， 因而能有效地從信號中提取信息。通過伸縮和平移等運算功能可對函數(shù)或信號進行多尺度的細化分析，解決了 Fourier變換不能解決的許多困難問題。小波變換分析目前主要應(yīng)用于圖像處理中，將圖像分解為多層次的低頻分量和高頻分量，進行處理。但是小波算法的復(fù)雜成度很高，尚未見對于音頻處理，特別是噪音消除的具體應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
基于此，本發(fā)明的主要目的是提供一種通過小波陷波來降低突發(fā)噪音的系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)及方法結(jié)合陷波濾波器，能夠有效地抑制噪聲、恢復(fù)真實的音頻信號。本發(fā)明的另一個目的是提供一種通過小波陷波來降低突發(fā)噪音的系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)及方法實現(xiàn)簡單、處理效率高、成本低廉，便于應(yīng)用到各種場所的音頻處理中。為達到上述目的，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的
一種通過小波陷波來降低突發(fā)噪音的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括音頻采集模塊、陷波器、小波分析處理模塊，音頻采集模塊采集音頻信號，并將音頻信號傳輸給陷波器，陷波器對音頻信號進行陷波處理，濾掉工頻干擾，再將音頻信號傳輸給小波分析處理模塊，小波分析處理消除音頻信號中的高頻噪音，重構(gòu)音頻信號，再進行音頻輸出。所述系統(tǒng)，還包括帶通濾波器，帶通濾波器設(shè)置于小波分析處理模塊后，通過帶通濾波器對音頻信號進行平滑處理。所述帶通濾波器，包括低通濾波器和高通濾波器，通過低通濾波器去除音頻信號中的高頻分量，通過高通濾波器去除音頻信號中的低頻分量。所述系統(tǒng)，還包括增益模塊，增益模塊設(shè)置于帶通濾波器后，增益模塊會把處理后音頻信號的越限部分的音頻增益進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
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一種通過小波陷波來降低突發(fā)噪音的方法，其特征在于該方法包括如下步驟
1、輸入音頻信號，采集音頻信號輸入到陷波器；
2、陷波處理，陷波器將音頻信號陷波處理，濾掉工頻干擾；
3、小波分析處理，對音頻信號進行小波分解，選擇小波并確定分解層次為N，然后對小波分解的高頻系數(shù)進行門限閾值量化處理；最后根據(jù)小波分解的第N層低頻系數(shù)和經(jīng)過量化后的1 N層高頻系數(shù)進行小波重構(gòu)；
4、輸出。所述步驟2中，陷波處理是通過50Hz點阻濾波，過濾掉50Hz的干擾頻率。對固定的50Hz點阻濾波以外，對突發(fā)的異常頻率點進行分析和過濾。突發(fā)的異常頻率點的分析是通過對一段信號的頻率幅度進行分析，對信號的幅度做出趨勢預(yù)測范圍，如果超過這個趨勢預(yù)測范圍的頻率點就視為突發(fā)的異常頻率點。獲取到突發(fā)的異常頻率點后，對其進行點阻濾波，降低突發(fā)的異常頻率對信號的干擾。所述步驟3中，小波的分解層次N為3，便于對音頻信號的曲線進行準(zhǔn)確分析和重構(gòu)。一般在信號數(shù)據(jù)中有用信號通常表現(xiàn)為低頻信號或者一些比較平穩(wěn)的信號，噪音信號通常表現(xiàn)為高頻信號。所以要降噪需分離出高低頻率信號。對信號做3層小波分解第一層信號分解出第一層高頻分量和第一層低頻分量，再將第一層低頻分量進行小波分解，分解出第二層低頻分量和第二層高頻分量，再將第二層低頻分量進行小波分解，分解出第三層低頻分量和第是層高頻分量，噪音通常就包含在第一一第三層高頻分量(廣3層)中。可以用門限閾值量化處理然后對信號進行重構(gòu)，即可達到降噪的目的。所述步驟3中，所述門限閾值量化處理如下閾值的選擇分硬閾值和軟閾值兩種處理方式。軟閾值處理即把信號的絕對值與閾值進行比較，當(dāng)數(shù)據(jù)的絕對值小于或等于閾值時，令其為零，大于閾值的數(shù)據(jù)點則向零收縮，變?yōu)樵擖c值與閾值之差；對于硬閾值處理，是把信號的絕對值與閾值進行比較，小于或等于閾值的點變?yōu)榱悖笥陂撝档狞c不變。硬閾值法
權(quán)利要求
1.一種通過小波陷波來降低突發(fā)噪音的系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括音頻采集模塊、 陷波器、小波分析處理模塊，音頻采集模塊采集音頻信號，并將音頻信號傳輸給陷波器，陷波器對音頻信號進行陷波處理，濾掉工頻干擾，再將音頻信號傳輸給小波分析處理模塊，小波分析處理消除音頻信號中的高頻噪音，重構(gòu)音頻信號，再進行音頻輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的通過小波陷波來降低突發(fā)噪音的系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括帶通濾波器，帶通濾波器設(shè)置于小波分析處理模塊后，通過帶通濾波器對音頻信號進行平滑處理。
3.如權(quán)利要求2所述的通過小波陷波來降低突發(fā)噪音的系統(tǒng)，其特征在于所述帶通濾波器，包括低通濾波器和高通濾波器，分別通過低通濾波器去除音頻信號中的高頻分量，通過高通濾波器去除音頻信號中的低頻分量。
4.如權(quán)利要求1所述的通過小波陷波來降低突發(fā)噪音的系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)， 還包括增益模塊，增益模塊設(shè)置于帶通濾波器后，增益模塊會把處理后音頻信號的越限部分的音頻增益進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
5.一種通過小波陷波來降低突發(fā)噪音的方法，其特征在于該方法包括如下步驟1)、輸入音頻信號，采集音頻信號輸入到陷波器；2)、陷波處理，陷波器將音頻信號陷波處理，濾掉工頻干擾；3)、小波分析處理，對音頻信號進行小波分解，選擇小波并確定分解層次為N，然后對小波分解的高頻系數(shù)進行門限閾值量化處理；最后根據(jù)小波分解的第N層低頻系數(shù)和經(jīng)過量化后的1 N層高頻系數(shù)進行小波重構(gòu)；4)、輸出。
6.如權(quán)利要求5所述的通過小波陷波來降低突發(fā)噪音的方法，其特征在于所述步驟3) 中，小波的分解層次N為3，便于對音頻信號的曲線進行準(zhǔn)確分析和重構(gòu)。
7.如權(quán)利要求5所述的通過小波陷波來降低突發(fā)噪音的方法，其特征在于所述步驟3) 中，所述門限閾值量化處理如下通過閾值函數(shù)計算出的閥值并利用該閾值對從1到3的每一層高頻系數(shù)進行量化處理。
8.如權(quán)利要求5所述的通過小波陷波來降低突發(fā)噪音的方法，其特征在于所述的步驟 3)中，還包括對小波分析處理后的音頻信號進行平滑處理，平滑處理包括插值平滑和趨勢平滑，插值平滑是先對音頻信號進行分段處理，每段長度取為10M，最后一段不夠補零，再利用每段分析的主要峰值來重構(gòu)音頻曲線，最后使用線性插值算法來平滑波形；趨勢平滑， 是對音頻曲線取5點，進行五點直線滑動平均算法進行平滑；上述的峰值重構(gòu)音頻曲線是先獲取本段信號的所有峰值，然后對非峰值部分進行滑動平滑，即2個峰值之間有N個點和N點對應(yīng)的值1 (η=ΓΝ),通過1 和N計算出調(diào)整變量 Ft = (Fl+…+ )/N，然后在2個峰值之間通過變量Ft和2個峰值重建一個波谷。
9.如權(quán)利要求8所述的通過小波陷波來降低突發(fā)噪音的方法，其特征在于上述的平滑處理中，生成2路音頻信號，一路進行插值平滑處理，一路進行趨勢平滑處理；然后把2路插值平滑和趨勢平滑處理后的音頻曲線并合成1路音頻曲線進行輸出。
全文摘要
本發(fā)明是一種通過小波陷波來降低突發(fā)噪音的系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括音頻采集模塊、陷波器、小波分析處理模塊，音頻采集模塊采集音頻信號，并將音頻信號傳輸給陷波器，陷波器對音頻信號進行陷波處理，濾掉工頻干擾，再將音頻信號傳輸給小波分析處理模塊，小波分析處理消除音頻信號中的高頻噪音，重構(gòu)音頻信號，再進行音頻輸出。該系統(tǒng)及方法結(jié)合陷波濾波器，能夠有效地抑制噪聲、恢復(fù)真實的音頻信號。
文檔編號G10L21/02GK102176312SQ201110002359
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月7日
發(fā)明者蔡鎮(zhèn)濱, 馬平 申請人:蔡鎮(zhèn)濱, 馬平