数字信号处理音频FIR去噪（基于MATLAB GUI的开发）)

2024-04-08 15:47:28

数字信号处理音频FIR去噪（基于MATLAB GUI的开发）

1、内容简介
2、函数使用
3、实现功能
4、操作实例
5、窗函数对比
6、源代码

1、内容简介

利用MATLAB GUI设计平台，用窗函数法设计FIR数字滤波器，对所给出的含有噪声的声音信号进行数字滤波处理，得到降噪的声音信号，进行时域频域分析，同时分析不同窗函数的效果。

2、函数使用

读取.wav音频文件函数：audioread（）；（老版本为wavread）
MATLAB播放音乐函数：sound()；
MATLAB停止播放音乐：clear sound
写入.wav音频文件函数：audiowrite（）；（老版本为audiowrite）
加入白噪声：noise=(max(x(:,1))/5)*randn(x,2);
                      y=x+noise;
频谱分析：    fft（）；
                      fftshift（）；
Fir滤波：       fir1（n,Wn,ftype,window）；
窗函数选择：梯形窗boxcar
    三角窗triang
                      海明窗hamming
                      汉宁窗hanning
                      布莱克曼窗blackman
                      凯塞窗kaiser

3、实现功能

实现的功能有：

1、打开文件：选择路径打开wav格式的音频文件，自动生成音频的原始波形与频谱。

2、加入噪声：有两种噪声可以选择加入，一种是白噪声，其频率蔓延整个频谱；一种是特定频率的噪声，可通过输入频率加入单一频率的噪声。加入噪声后自动绘制加入噪声后的波形与频谱。

3、滤波处理：首先输入滤波器通/阻带的开始频率与截止频率（若为低/高通类型滤波，则只需输入开始频率；若为带通/阻类型，则开始与截止都要输入；输入频率值为真实频率值，可根据频谱图进行判断），之后选取窗函数和滤波类型，将会生成滤波处理后的波形与频谱。

4、音频播放/停止：可随时播放/停止原始、加噪、滤波处理后的音频。

5、图片导出：将波形、频谱图片一张张导出保存，可选的格式有jpg、png、bmp、eps。

6、保存文件：将加躁/滤波后的音频导出保存。

4、操作实例

选取音乐“卢本伟语音包”，转换为wav格式导入，得到结果如下

添加白噪声后，此时播放音频能听到显著杂音。而从原始信号的频谱来看，初始音频的频率主要集中在0-1000Hz，因此我们可以选用低通滤波器，阻带开始频率设为1000Hz，选用矩形窗进行滤波，得到结果如下：
由于白噪声遍布于整个频谱，对于噪声频谱于音频频谱的重叠部分，我们无法通过FIR滤波器进行滤除，依然会有小部分杂音存在。若噪声为特定单一频率的噪声，我们可以较好地将其去除。对于该音频添加5000Hz的特定频率，通过设计带阻滤波器，阻带范围为4500-5500Hz对其进行滤波，如下图所示：