历史音频噪声检测与消除方法技术

历史音频噪声检测与消除方法。现有的历史音频噪声消除方法复杂度较高且依赖于对模型系数预测的准确性，算法复杂，效率低，且需要预先估计噪声的统计特性。本发明专利技术方法包括：（１）声音建模：声音信号可以用以下方法描述：ｙ（ｋ）＝ｘ（ｋ）＋ｊ（ｋ）＊ｄ（ｋ），（２）短时傅立叶变换和谱图：使用一个随时间滑动的分析窗对非平稳信号进行加窗截断将非平稳信号分解成一系列近似平稳的短时信号，然后用傅立叶变换分析各短时平稳信号的频谱；（３）脉冲噪声检测；（４）脉冲噪声检测性能分析；（５）信号的修复与重建；（６）实验结果与分析。本发明专利技术用于去除音频资料中的脉冲噪声。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及噪声检测与去除方法。
技术介绍
音频降噪是指从带噪声音信号中提取出尽可能纯净的原始声音信号。音频信号 中，短时的、非连续的、幅度大的脉冲或噪声尖峰称为脉冲噪声。脉冲噪声可由多种噪声源 产生，如老唱片的划痕，唱片表面附着灰尘和颗粒，录音带的突然停止以及唱片表面的非规 则变化等。脉冲噪声按照持续时间的长短分为短时脉冲噪声和暂态脉冲噪声(或称为持续 脉冲噪声)。传统的信号分析与处理工具是傅立叶变换，但傅立叶变换无法给出信号的频谱 随时间变化的规律。近年时频联合分析方法得到了发展，它将时域和频域用一个二维域联 合表示。此方法分为线性和非线性两种，线性时频变换有短时傅立叶变换(简记为STFT)、 小波变换(Wavelet Transformation)和戈勃(Gabor)展开等。维格纳分布(Wigner-Ville， 简记为WVD)是一种重要的非线性时频表示方法。文献《基于短时傅立叶变换谱图的非平稳 信号时延估计方法》(《探测与控制学报》)指出，短时傅立叶变换的能量分布具有比维格纳 分布图更好的能量集中特性。《一种改进的小波变换阈值去噪方法》(《通信学报》彭玉华)中阐述了小波变换阈 值去噪方法，.《基于小波变换模极大值的脉冲噪声去除方法》(《山东理工大学学报》(自 然科学版)潘金凤)中提出了一种基于小波变换模极大值的脉冲噪声去除方法，但是这两 种方法都会引起原始信号音色的变化。也有使用一种基于AR模型的线性预测方法进行脉 冲噪声抑制，此方法需要对信号进行训练，复杂度较高且依赖于对模型系数预测的准确性。 用贝叶斯方法能较好地抑制此类噪声，但算法复杂，效率低，且需要预先估计噪声的统计特 性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，简单实用的，当检测到 的候选噪声信号满足一定的阈值条件后才用中值滤波对其加以消除。针对暂态脉冲噪声， 本专利技术提供了一种基于前后信息相关联的带通噪声抑制方法，使用一个限制带先把较宽的 持续脉冲限制在一定范围内，再对其进行处理。该方法速度快，不需要提前进行预测和估 计，而且经实验证明该方法可以取得令人满意的效果。上述的目的通过以下的技术方案实现，该方法包括如下步骤(1)声音建模声音信号可以用以下方法描述y(k) =x(k)+j(k)*d(k)，其中， y(k)为被污染的带噪信号，x(k)为纯净信号，j(k) * d(k)为噪声部分，其中j(k)为标志 位，表示此处是否出现脉冲噪声，d(k)表示脉冲噪声的幅度值；(2)短时傅立叶变换和谱图使用一个随时间滑动的分析窗对非平稳信号进行加 窗截断将非平稳信号分解成一系列近似平稳的短时信号，然后用傅立叶变换分析各短时平稳信号的频谱；(3)脉冲噪声检测；(4)脉冲噪声检测性能分析；(5)信号的修复与重建；(6)实验结果与分析。所述的，所述的脉冲噪声的检测包括(1)对带噪 信号进行短时傅立叶变换，(2)在频率域上应用选择标准检测出含脉冲噪声的窗口，(3)根 据时频联合域(η，ω)返回信号在时域上的位置。所述的，所述的脉冲噪声检测性能分析包括利 用有效检测率(Efficient Detection Percentage，简记为EDP)和检测成功率(Right Detection Percentage，简记为RDP)，作为脉冲噪声检测过程的性能评价指标。其中，EDP 表示检测的精确度；RDP反映检测的准确性，获得最大的RDP是算法的首要目标。EDP越大， 则冗余度越小，RDP越大，检测越准确，检测性能越好，对后面的修复和重建越有利。二者是 有内在联系的，RDP的基数是信号中的脉冲噪声总数，在选定处理对象后它是个确定值，因 此为了提高RDP必须放宽检测标准，使更多的噪声信号落在所检测的窗口中，从而会降低 EDP。所述的，所述的信号的修复与重建包括(1)中值滤波及其改进，采取措施保留那些检测到的、但非脉冲噪声的声音的细 节，改进了中值滤波，增加了一个可调系数的阈值过滤系统以减少信号的误检与失真，即当 信号的采样值与窗口的中值相差大于某个阈值时才用中值代替采样值；(2)信号修复的实现，利用声音信号在时域上的连续性，将相邻的两个窗口进行比 较，用前面没有被噪声信号污染过的纯净信号来修复后面的带噪声音，利用前一窗口纯净 信号的均值及最大值、最小值信息来设置一个带通限制器，让带噪信号窗口通过此限制器， 幅值在这个限制器范围内的信号将被保留，在此范围外的信号将被此限制器的边界取代；(3)脉冲噪声修复性能分析。有益效果1.首次利用信号的短时傅立叶变换后的谱图对脉冲噪声加以检测，这种方法基于 脉冲噪声的检测，采用新的宽脉冲限制方法和改进的中值滤波方法对两种脉冲噪声加以了 抑制和消除。根据纯净信号与脉冲噪声在频率域上的不同特点对这两种信号加以区分，首 先根据这两种信号在不同频率上的能量不同，通过调整参数，筛选出可能的脉冲噪声点；再 利用这两种信号的相关性的不同检测出脉冲噪声，并用短时傅立叶变换将信号从频域对应 到时域上。2.提出了四个指标用于衡量检测和修复方法的性能。在噪声检测方面，把有效 检测率(Efficient Detection Percentage，简记为 EDP)和检测成功率(RightDetection Percentage，简记为RDP)作为脉冲噪声检测过程的性能评价指标。其中，EDP表示检测的 精确度；RDP反映检测的准确性，EDP和RDP越大越好。在噪声信号修复方面，，把误修率 (False Reconstruction Percen-tage,简记为 FRP)禾口漏修率(Missing Reconstruction Percentage，简记为MRP)作为评价指标。其中，有效修复用脉冲噪声前后两个纯净信号的 平均值与修复后的幅度值之差来刻画。FRP和MRP越小表示修复质量越高。这四个指标可4以反映检测和修复的有效性和正确性，同样适合于其他脉冲噪声的检测与修复方法。3.改进中值滤波以减小信号修复中的FRP。该方法能够有效地消除脉冲噪声，并 且保留了原始信号的更多细节，对各种不同密度的脉冲噪声均能取得令人满意的结果，易 于工程实现。但在使用中也需要注意以下问题，如音频信号中有用的冲击脉冲信息有可能 被错误地指示成脉冲噪声，比如某些打击音等，这些点和脉冲噪声的时域频域特性非常相 似，按照音乐特性这些信号应该保留。4.针对暂态脉冲噪声提出了一种带通抑制方法。本专利技术提出了一种基于前后信息 相关联的带通噪声抑制方法，其核心思想是利用声音信号在时域上的连续性，将相邻的两 个窗口进行比较，用前面没有被噪声信号污染过的纯净信号来修复后面的带噪声音，利用 前一窗口纯净信号的均值及最大值、最小值信息来设置一个带通限制器，让带噪信号窗口 通过此限制器，幅值在这个限制器范围内的信号将被保留，在此范围外的信号将被此限制 器的边界取代。该方法可有效抑制持续时间较长的脉冲噪声。附图说明图1 (a)带噪信号在窗口长度为4时的短时傅立叶变换后结果；(b)带噪信号在窗 口长度为16时的短时傅立叶变换后结果；(c)带噪信号在窗口长度为64时的短时傅立叶 变换后结果；(d)带噪信号在窗口长度为128时的短时傅立叶变换后结果。图2信号变换过程窗口变换示意图。图3带通示意图。图4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种历史音频噪声检测与消除方法，其特征是：该方法包括如下步骤：（１）声音建模：声音信号可以用以下方法描述：ｙ（ｋ）＝ｘ（ｋ）＋ｊ（ｋ）＊ｄ（ｋ），其中，ｙ（ｋ）为被污染的带噪信号，ｘ（ｋ）为纯净信号，ｊ（ｋ）＊ｄ（ｋ）为噪声部分，其中ｊ（ｋ）为标志位，表示此处是否出现脉冲噪声，ｄ（ｋ）表示脉冲噪声的幅度值；（２）短时傅立叶变换和谱图：使用一个随时间滑动的分析窗对非平稳信号进行加窗截断将非平稳信号分解成一系列近似平稳的短时信号，然后用傅立叶变换分析各短时平稳信号的频谱；（３）脉冲噪声检测；（４）脉冲噪声检测性能分析；（５）信号的修复与重建；（６）实验结果与分析。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张潇，吴粤北，董笑菊，朱俊敏，王旌阳，袁征，
申请(专利权)人：上海音乐学院，上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]