c语言对wav语音谱减法降噪例子

时间: 2023-10-26 11:17:55 浏览: 44
下面是一个简单的C语言例子,演示如何使用谱减法对WAV语音进行降噪。 ``` #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <math.h> #define PI 3.14159265358979323846 // WAV文件头结构体 typedef struct wav_header { char riff[4]; // RIFF标志 unsigned int size; // 文件大小 char wave[4]; // WAVE标志 char fmt[4]; // fmt标志 unsigned int fmt_size; // fmt块大小 unsigned short format; // 格式类型 unsigned short channels; // 声道数 unsigned int sample_rate;// 采样率 unsigned int byte_rate; // 每秒传输字节数 unsigned short block_align; // 数据块对齐 unsigned short bits_per_sample; // 每个采样的位数 char data[4]; // 数据标志 unsigned int data_size; // 数据大小 } wav_header; // 加载WAV文件 int load_wav(char* filename, short** data, int* size, int* channels, int* sample_rate) { FILE* fp = fopen(filename, "rb"); if (!fp) { printf("Error: cannot open file '%s'!\n", filename); return -1; } wav_header header; fread(&header, sizeof(wav_header), 1, fp); if (header.fmt_size != 16) { printf("Error: fmt size is not 16!\n"); fclose(fp); return -1; } if (header.format != 1) { printf("Error: format is not PCM!\n"); fclose(fp); return -1; } if (header.bits_per_sample != 16) { printf("Error: bits per sample is not 16!\n"); fclose(fp); return -1; } if (header.data_size % 2 != 0) { printf("Error: data size is not even!\n"); fclose(fp); return -1; } int num_samples = header.data_size / 2; short* samples = (short*)malloc(num_samples * sizeof(short)); fread(samples, sizeof(short), num_samples, fp); *data = samples; *size = num_samples; *channels = header.channels; *sample_rate = header.sample_rate; fclose(fp); return 0; } // 保存WAV文件 int save_wav(char* filename, short* data, int size, int channels, int sample_rate) { FILE* fp = fopen(filename, "wb"); if (!fp) { printf("Error: cannot create file '%s'!\n", filename); return -1; } wav_header header; header.riff[0] = 'R'; header.riff[1] = 'I'; header.riff[2] = 'F'; header.riff[3] = 'F'; header.size = size * channels * 2 + sizeof(wav_header) - 8; header.wave[0] = 'W'; header.wave[1] = 'A'; header.wave[2] = 'V'; header.wave[3] = 'E'; header.fmt[0] = 'f'; header.fmt[1] = 'm'; header.fmt[2] = 't'; header.fmt[3] = ' '; header.fmt_size = 16; header.format = 1; header.channels = channels; header.sample_rate = sample_rate; header.byte_rate = sample_rate * channels * 2; header.block_align = channels * 2; header.bits_per_sample = 16; header.data[0] = 'd'; header.data[1] = 'a'; header.data[2] = 't'; header.data[3] = 'a'; header.data_size = size * channels * 2; fwrite(&header, sizeof(wav_header), 1, fp); fwrite(data, sizeof(short), size * channels, fp); fclose(fp); return 0; } // 计算FFT void fft(short* data, int size) { int i, j, k, n; double xr, xi, tr, ti, ur, ui, sr, si; n = size / 2; j = n / 2; for (i = 1; i < n - 1; i++) { if (i < j) { tr = data[j * 2]; data[j * 2] = data[i * 2]; data[i * 2] = tr; ti = data[j * 2 + 1]; data[j * 2 + 1] = data[i * 2 + 1]; data[i * 2 + 1] = ti; } k = n; while (k <= j) { j -= k; k /= 2; } j += k; } for (i = 0; i < log2(n); i++) { k = 1 << i; ur = 1; ui = 0; sr = cos(PI / k); si = -sin(PI / k); for (j = 0; j < k; j++) { for (n = j; n < size; n += 2 * k) { xr = data[n]; xi = data[n + 1]; tr = xr * ur - xi * ui; ti = xr * ui + xi * ur; data[n] = xr - tr; data[n + 1] = xi - ti; data[n + k * 2] = tr; data[n + k * 2 + 1] = ti; } xr = ur; ur = xr * sr - ui * si; ui = xr * si + ui * sr; } } } // 谱减法降噪 void spectral_subtraction(short* data, int size, int sample_rate) { int i, j, k, n; double* magnitude = (double*)malloc(size * sizeof(double)); double* noise = (double*)malloc(size * sizeof(double)); double* power = (double*)malloc(size * sizeof(double)); double* threshold = (double*)malloc(size * sizeof(double)); for (i = 0; i < size; i++) { magnitude[i] = sqrt(data[i * 2] * data[i * 2] + data[i * 2 + 1] * data[i * 2 + 1]); power[i] = magnitude[i] * magnitude[i]; } fft(data, size); for (i = 0; i < size; i++) { magnitude[i] = sqrt(data[i * 2] * data[i * 2] + data[i * 2 + 1] * data[i * 2 + 1]); power[i] = magnitude[i] * magnitude[i]; } for (i = 0; i < size; i++) { noise[i] = power[i]; } for (j = 1; j < 10; j++) { fft(noise, size); for (i = 0; i < size; i++) { magnitude[i] = sqrt(noise[i * 2] * noise[i * 2] + noise[i * 2 + 1] * noise[i * 2 + 1]); power[i] = magnitude[i] * magnitude[i]; } for (i = 0; i < size; i++) { noise[i] = power[i]; } } for (i = 0; i < size; i++) { threshold[i] = noise[i] * 2; } for (i = 0; i < size; i++) { if (power[i] < threshold[i]) { power[i] = 0; } } for (i = 0; i < size; i++) { magnitude[i] = sqrt(power[i]); } for (i = 0; i < size; i++) { data[i * 2] = magnitude[i] * cos(atan2(data[i * 2 + 1], data[i * 2])); data[i * 2 + 1] = magnitude[i] * sin(atan2(data[i * 2 + 1], data[i * 2])); } fft(data, size); for (i = 0; i < size; i++) { data[i * 2] /= size; data[i * 2 + 1] /= size; } free(magnitude); free(noise); free(power); free(threshold); } int main(int argc, char* argv[]) { if (argc < 3) { printf("Usage: %s <input_file> <output_file>\n", argv[0]); return -1; } char* input_file = argv[1]; char* output_file = argv[2]; short* data; int size, channels, sample_rate; if (load_wav(input_file, &data, &size, &channels, &sample_rate) != 0) { return -1; } spectral_subtraction(data, size, sample_rate); if (save_wav(output_file, data, size, channels, sample_rate) != 0) { return -1; } free(data); return 0; } ``` 这个例子中,我们首先定义了一个WAV文件头结构体,并定义了一个`load_wav`函数和一个`save_wav`函数,用来加载和保存WAV文件。然后我们定义了一个`fft`函数,用来计算FFT。最后,我们定义了一个`spectral_subtraction`函数,用来进行谱减法降噪。 在`spectral_subtraction`函数中,我们首先计算音频信号的功率谱,并进行FFT变换。然后我们计算噪声信号的功率谱,通过多次FFT变换得到一个比较准确的噪声功率谱。接着,我们计算一个阈值,如果信号功率谱低于阈值,则把信号功率谱设为0。最后,我们根据降噪后的信号功率谱计算出降噪后的信号,并进行IFFT变换,得到降噪后的音频信号。 使用该例子时,需要指定输入WAV文件和输出WAV文件的文件名作为程序的两个参数。

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