基于时频谱图的脉冲噪声抑制方法

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1、振动与冲击第29卷第2期JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCKVol.29No.22010基于时频谱图的脉冲噪声抑制方法1212王旌阳,张潇,朱俊敏,吴粤北(1.上海交通大学计算机科学与工程系,上海200240;2.上海音乐学院音乐工程系,上海200031)摘要:从时频分析的角度,提出了一种新的音频信号脉冲噪声的处理方法。该方法基于被污染信号的时频谱图,通过区分纯净信号和脉冲噪声信号的频域特性与相关性来检测脉冲噪声。首次提出前后信息相关联的“限幅”噪声抑制方法,并利用带过滤系统的中值滤波方法分别对短时和暂态两种脉冲

2、噪声信号加以抑制和消除。和信噪比相比,还进一步提出了四个指标专门用于评价去除脉冲噪声方法的性能。基于这四个指标,分析了如何调整参数以获得更好的检测和修复性能,并用大量仿真实验证实了这种新方法的有效性。最后给出了系统仿真结果,并指出了该方法的应用前景。关键词:时频分析;脉冲噪声;时频谱图;中值滤波中图分类号:TN911.72文献标识码:A音频信号中,短时的、非连续的、幅度大的脉冲或声,而且检测和重建在同一个处理阶段内完成。贝叶噪声尖峰称为脉冲噪声。脉冲噪声是音频信号中破坏斯方法能较好地抑制脉冲噪声,但算法复杂,且需要预性最大的噪声

3、之一,它可由多种噪声源产生,如老唱片先估计噪声的统计特性。的划痕,唱片表面附着灰尘和颗粒,录音带的突然停止我们提出一种简单实用的脉冲噪声去除方法,基等。脉冲噪声按照持续时间的长短分为短时脉冲噪声于谱图对脉冲噪声进行检测,并采用一种改进的带阈和暂态脉冲噪声(或称为持续脉冲噪声)。值过滤系统的中值滤波对信号进行修复,即当检测到[1]传统的去除脉冲噪声方法是中值滤波方法,但的候选噪声信号满足一定的阈值条件后对其加以消是若直接对污染后的信号进行中值滤波会引起信号的除。针对暂态脉冲噪声,我们提出了一种基于前后信失真。文献[2]中提出了一种

4、基于决策的中值滤波方息相关联的限幅噪声抑制方法,使用一个限制门先把法,在进行中值滤波之前引入了检测步骤,降低了失真较宽的持续脉冲限制在一定范围内,再对其进行处理。[3～4]率。基于模型(AR或ARMA)的方法在前几年得该方法复杂度低,不需要提前进行预测和估计,对管到了广泛的研究,它将脉冲噪声的修复分成了两个阶乐、弦乐和键盘敲击乐等均可以取得令人满意的效果,段:检测和修复。图1给出了基于模型的脉冲噪声去对打击乐中的脉冲噪声也有一定的抑制作用,具有很除方法的框图。高的工程应用价值。在本文中,我们也把脉冲噪声的抑制分为检测和修复两个过

5、程。第1部分中建立了音频模型,在第2部分和第3部分我们将分别阐述这两个过程,其中2.3节和3.3节分别给出了检测和修复的评价指标。第4图1基于模型的脉冲噪声去除过程部分给出了仿真结果,并基于这四个性能指标对仿真[5]在检测方法方面,WLP在AR模型中引入了线性结果进行了详细的分析。第5部分是对全文的总结。预测技术,先对信号进行训练。文献[6]和文献[7]中1音频建模阐述了小波阈值和小波包去噪方法,文献[8]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,但音频信号可以用以下方法建模:是这三种方法都会引起原始信号音色的变化。小

6、波分y(k)=x(k)+d(k)[9]析方法可用于对和信号有关联的脉冲噪声进行检k=0,1,⋯,N-1(1)测。音频信号中广泛使用的信号修复方法包括AR插其中,N表示信号的样本点数,y(k)为带噪信号,x(k)[10][11][12]值,维纳插值方法,正弦模型插值和波形置换为纯净信号,d(k)表示脉冲噪声的幅度值。[13]方法等。如果R(k)表示重建后的信号,那么经过检测和修[14～15]去除脉冲噪声也可以通过贝叶斯框架来实复后的输出信号可以表示为:现,在贝叶斯方法中,模型被同时用于纯净信号和噪Output(k)=F(k)3R(

7、k)+(1-F(k))3y(k)(2)基金项目:上海市科委重大科技攻关项目(075115003)收稿日期:2009-01-06修改稿收到日期:2009-04-13其中,F(k)=1表示位置为k的样本被检测到含有脉第一作者王旌阳男,硕士生,1985年生冲噪声。下面将分别介绍检测和重建过程。150振动与冲击2010年第29卷关性(两窗口的相关性判断一般为差值或向量乘运2脉冲噪声的检测算),若相关性大于某一设置的很小的阈值,则可认为基于谱图的检测方法的步骤包括:(1)计算污染此窗口内不含脉冲噪声信号;否则认为该窗口中含有信号的谱图,(

8、2)在谱图上检测出含脉冲噪声的窗口脉冲噪声。并返回时域上的位置。③检测好带脉冲噪声的窗口之后,可以根据窗口211谱图变换方法,利用数学公式计算出检测到的信号在时域使用上面的定义,y(k)表示被噪声污染的信号,其上的位置。时频变换谱图系数可表示为一系列时频分解单元