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基于LMS 算法的多麦克风降噪.pdf
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课程设计任务书
学生姓名: 专业班级:
指导教师: 工作单位:
信息工程学院
题 目
: 基于 LMS 算法的多麦克风降噪
初始条件
:
MATLAB 软件
数字信号处理基础知识
要求完成的主要任务
:
给定主麦克风录制的受噪声污染的语音信号和参考麦克风录制的噪声,实现语音增强
的目标,得到清晰的语音信号。
(1)阅读参考资料和文献,明晰算法的计算过程,理解 LMS 算法基本过程;
(2)主麦克风录制的语音信号是 LMSprimsp.wav,参考麦克风录制的参考噪声是
LMSrefns.wav.用 matlab 指令读取;
(3)根据算法编写相应的 MATLAB 程序;
(4)算法仿真收敛以后,得到增强的语音信号;
(5)用 matlab 指令回放增强后的语音信号;
(6)分别对增强前后的语音信号作频谱分析。
指导教师签名: 2012 年 月 日
系主任(或责任教师)签名: 2012 年 月 日
武汉理工大学《信息群处理课程设计》报告
摘要
随着社会工业生产的不断进步,各种噪声污染越来越严重。目前普遍采用的
模拟降噪方法已不能满足要求,未来的研究将朝着以数字信号处理器及相关算法
为技术支撑的数字降噪技术发展。滤波器设计在数字信号处理中占有极其重要的
地位, Matlab 功能强大、简单易学、编程效率高,深受广大科技工作者的欢迎。
特别是 Matlab 还具有信号分析工具箱,不需具备很强的编程能力,就可以很方便
地进行信号分析、处理和设计。利用 MATLAB 信号处理工具箱可以快速有效地设
计各种数字滤波器。在过去的几十年中,基于多麦克风的噪声消除问题一直是人
们关注的课题。而在众多算法中,基于 LMS 算法更新滤波器权值的广义旁瓣消除
器结构应用最为广泛。多麦克风降噪设计主要是通过自适应滤波器来实现的。文
中采用 LMS 算法在 MATLAB 中实现了自适应滤波器的设计与实现。在 MATLAB 中
建立了数字降噪系统模型,并且针对该模型利用 MATLAB 语言进行编程,仿真结
果表明此设计实现了对信号中混有的环境噪声进行降噪,并且效果远远高于模拟
降噪技术。
关键词:MATLAB, 语音增强,LMS 算法,多麦克风
I
武汉理工大学《信息群处理课程设计》报告
Abstract
With the social progress of industrial production, all kinds of noise pollution is
more and more serious. The current widespread use of the simulation of the noise
reduction method can not meet the requirement has, and further research will toward
to digital signal processor and related algorithm for technical support digital noise
reduction technology development.Filter design in digital signal processing plays an
extremely important role,. Matlab is powerful, easy to learn, programming efficiency,
which was welcomed by the majority of scientists. Matlab also has a particular signal
analysis toolbox, it need not have strong programming skills can be easily signal
analysis, processing and design. Using MATLAB Signal Processing Toolbox can
quickly and efficiently design a variety of digital filters. In the past few decades,
based on the noise of the microphone is always the people to pay attention to
eliminate the subject. And in numerous algorithm, LMS algorithm based on the
generalized update filter weight value side-lobe eliminate most widely used the
structure. More noise reduction design mainly through the microphone to realize
adaptive filter. This article apply LMS algorithm in MATLAB realize adaptive filter,
the design and implementation. In MATLAB established digital noise reduction
system model, and the model for use of MATLAB language programming, the
simulation results show that the designed to signal mix in some environmental noise
noise reduction, and the effect is far higher than analog noise reduction technology.
Keywords: MATLAB,Speech enhancement, LMS algorithm, microphone
II
武汉理工大学《信息群处理课程设计》报告
目录
摘要................................................................I
ABSTRACT...........................................................II
目录................................................................1
2 原始语音信号采集与处理 ............................................2
2.1 语音信号的采样理论依据 ........................................3
2.1.1 采样频率...................................................3
2.1.2 采样位数...................................................3
2.1.3 采样定理...................................................3
2.2 语音信号的采集 ................................................4
2.3 语音信号的时频分析 ............................................4
2.4 语音信号加噪与频谱分析 ........................................6
3 基于 LMS 自适应滤波器的设计 ........................................8
3.1 基本 LMS 算法 ..................................................8
3.2 自适应噪声抵消原理 ...........................................13
3.3 基于最小均方误差准则(LMS)的自适应噪声抵消 ....................15
3.4 LMS 算法程序 .................................................16
4 滤波并比较滤波前后信号的波形及频谱...............................18
4.1 验证所设计的自适应滤波器 .....................................18
4.2 对主麦克风音频信号滤波 .......................................21
4.2.1 程序流程图................................................21
4.2.2 LMS 自适应滤波............................................21
4.3 调试分析 .....................................................26
心得体会...........................................................27
参考文献...........................................................28
附录:源程序.......................................................29
1
武汉理工大学《信息群处理课程设计》报告
1 前言
多麦克风降噪是降噪技术的一个重要应用。我国的降噪技术研究始于 80 年
代初期,采用的手段主要有三种,其中的动态降噪技术(DNR)又可以分为模拟动
态降噪技术和数字动态降噪技术。目前国内外解决噪声问题最普遍的方法是采用
模拟动态降噪技术,数字降噪技术的研究尚处于初期阶段。数字降噪技术比模拟
降噪技术具有更大的优点。模拟降噪技术全采用硬件实施,修改和调试十分困难,
对元器件参数的变化也很敏感,技术指标受元器件的误差影响较大,降噪效果不
稳定,不利于产品的批量生产。而数字降噪技术由于采用计算机技术实现自适应
滤波,通过修改软件算法就可以达到不同的降噪效果,不用更改硬件结构,调试
和维修都非常方便;数字降噪技术采用自适应滤波技术,可以实时跟踪噪声的变
化进一步进行处理,因此降噪效果较好。另外,数字降噪技术抗干扰能力强,本
身具有自恢复能力,并且在整个音频带内降噪比较均衡,而模拟降噪技术偏重于
低频段,高频段效果较差。因此降噪技术未来的发展方向是数字降噪技术,以数
字信号处理(DSP)及其相关算法为技术支撑的数字降噪技术代表着当今降噪技术
的发展。目前市场上的麦克风降噪产品主要是模拟降噪,因此数字降噪的设计在
国内属于领先技术。多麦克风数字降噪的系统原理是通过麦克风装置直接检测出
噪声信号和音频信号的混合信号,然后将混合信号通过 DSP 数字降噪模块进行
噪声分离并产生降噪信号来抵消噪声,因此人耳就可以只听到较纯净的音频信号
而不受环境噪声的干扰。本文采用最小均方误差 (LMS)算法,实现了数字降噪
DSP 中消除噪声的模块自适应滤波器的设计,介绍了其在 MATLAB 中编程及
仿真输出,并通过程序实现了设计。
2
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