基于RLS算法的多麦克风降噪(保证正确)

学号：课程设计题目基于RLS算法的多麦克风降噪学院信息工程学院专业通信工程班级1201姓名指导教师刘新华2015年7月3日《信息处理课群综合训练与设计》任务书学生姓名：专业班级：通信1201指导教师：刘新华工作单位：信息学院题目:基于RLS算法的多麦克风降噪初始条件：Matlab软件、信号与系统、通信处理等要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）设计任务：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。设计的要求：（1）阅读参考资料和文献，明晰算法的计算过程，理解RLS算法基本过程；（2）主麦克风录制的语音信号是RLSprimsp.wav，参考麦克风录制的参考噪声是RLSrefns.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。参考书：[1]刘泉,《信号与系统》,高等教育出版社,2006年。[2]刘泉,《数字信号处理》,电子工业出版社,2008年。[3]EdwardW.Kamen,BonnieS.Heck编,《信号与系统基础——应用Web和MATLAB（第二版）》，科学出版社，2002年。时间安排：1、理论讲解，老师布置课程设计题目，学生根据选题开始查找资料；2、课程设计时间为2周。（1）理解相关技术原理，确定技术方案，时间2天；（2）选择仿真工具，进行仿真设计与分析，时间6天；（3）总结结果，完成课程设计报告，时间2天。指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要............................................................IAbstract.......................................................II1绪论..........................................................11.1绪论....................................................11.2任务与要求..............................................22信号处理基本原理..............................................32.1自适应滤波器组成........................................32.2自适应干扰抵消原理......................................32.3自适应滤波原理..........................................42.4RLS算法基本原理........................................53方案设计......................................................73.1最小二乘算法RLS算法实现................................73.2RLS算法程序程序设计....................................94RLS算法滤波方案实现.........................................114.1信号的获取.............................................114.2读取语音文件...........................................114.3RLS算法实现............................................114.4提取语音信号...........................................125仿真结果与分析...............................................155.1原始音频信号...........................................155.2麦克风主语音信号.......................................165.3噪声语音信号...........................................175.4降噪后语音信号.........................................185.5信号处理分析...........................................195.5.1原始语音信号与主语音信号分析.....................195.5.2主语音信号与降噪后语音信号分析...................205.5.3原始语音信号与降噪后语音信号分析.................216总结.........................................................22参考文献.......................................................23附录源程序....................................................24武汉理工大学《信息处理课群综合训练与设计》报告I摘要本次课程设计题目为基于RLS算法的多麦克风降噪，要求使用MATLAB软件，运用自适应滤波中的RLS算法实现麦克风降噪。MATLAB即矩阵实验室，是一个可视化的计算程序，被广泛的运用在科学计算领域，包括数值计算、数据拟合图形图像处理、系统模拟仿真功能。除具备卓越的数值计算能力用外，它还提供了专业水平的符号计算，文字处理，可视化建模仿真和实时控制等功能。在了解RLS算法的原理后，选择了一段音频文件，并利用它产生随机噪声，将噪声和源文件叠加作为受噪声污染的语音信号，而随机噪声则作为参考麦克风语音信号，通过MATLAB编程实现语音增强的目标，利用RLS算法对语音信号进行降噪，得到清晰的语音信号。关键词：MATLAB，自适应滤波，RLS算法，麦克风降噪武汉理工大学《信息处理课群综合训练与设计》报告IIAbstractThecurriculumdesigntopicfornoisereductionbasedonRLSalgorithmmicrophone,requirestheuseofMATLABsoftware,theRLSadaptivekalmanfilteringalgorithmmicrophonenoisereduction.MATLABmatrixlab,isavisualcalculationprogram,hasbeenwidelyusedinthefieldofscientificcomputing,includingnumericalcalculation,datafittingofimageprocessing,systemsimulationfunction.Besidesexcellentabilityinnumericalcalculationwith,italsoprovidesaprofessionallevelofsymboliccomputation,wordprocessing,visualmodelingsimulationandreal-timecontrol,andotherfunctions.AfterknowingtheprincipleofRLSalgorithm,choseanaudiofile,anduseittoproducerandomnoise,thenoiseandthesuperpositionofthesourcefileasspeechsignalpollutedbynoise,andrandomnoiseisusedasareferencemicrophonevoicesignal,throughtheMATLABprogrammingtorealizethegoalofspeechenhancement,RLSalgorithmisusedtoanalysethespeechsignalde-noising,getclearspeechsignal.Keywords:MATLAB,adaptivefilter,RLSalgorithm,microphonenoisereduction武汉理工大学《信息处理课群综合训练与设计》报告11绪论1.1绪论自适应噪声滤波是指从信号被噪声干扰所淹没的环境中检测和提取有用信号，而自适应抵消是以噪声干扰为处理对象，将它们抑制掉或进行非常大的衰减，以提高信号传递和接收的信噪比质量。自适应滤波处理技术可以用来检测平稳的和非平稳的随机信号。自适应数字系统具有很强的自学习、自跟踪能力和算法的简单易实现性，它在噪声信号的检测增强，噪声干扰的抵消，波形编码的线性预测，雷达声纳系统的阵列处理和波束形成，通信系统的自适应分割，以及未知系统的自适应参数辨识等方面获得了广泛的应用。例如，在工业生产过程中，由于生产环境的影响，许多静电或电磁场会对控制器输入给定信号造成干扰，产生信号噪声，导致操作精度下降甚至输入错误信号，加快执行机构的磨损，严重时造成生产事故，后果不堪设想，这就需要设计一个自适应信号处理系统来过滤噪声干扰。再如水下侦察系统中发射器与接收器靠得很近，但为了探测水下远程潜艇等目标，发射信号的功率很强，就会串扰到接收器中，因此所接收的远程目标的反射波就淹没在串扰信号中，大大妨碍了对目标定位距离的测量，这时也必须采用干扰抵消措施。所以，自适应噪声干扰抵消技术有着重要的应用。通过本次课程设计，我们可以加强对信号处理的理解，学会查寻资料﹑方案比较，以及设计算法等。灵活运用所学信号与系统、数字信号处理等信息处理知识，分析和解决工程技术问题，将理论知识与应用实际结合起来。本次课程设计的题目为基于RLS的多麦克风语音降噪，主要是对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。武汉理工大学《信息处理课群综合训练与设计》报告21.2任务与要求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。要求：（1）阅读参考资料和文献，明晰算法的计算过程，理解RLS算法基本过程；（2）主麦克风录制的语音信号是RLSprimsp.wav，参考麦克风录制的参考噪声是RLSrefns.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。武汉理工大学《信息处理课群综合训练与设计》报告32信号处理基本原理2.1自适应滤波器组成自适应滤波器通常由两部分组成，其一是滤波子系统，根据它所要处理的功能而往往有不同的结构形式。另一是自适应算法部分，用来调整滤波子系统结构的参数，或滤波系数。在自适应调整滤波系数的过程中，有不同的准则和算法。算法是指调节自适应滤波系数的步骤，以达到在所描述准则下的误差最小化。自适应滤波器含有两个过程，即自适应过程与滤波过程。前一过程的基本目标是调节滤波系数θ(k)，使有意义的目标函数或代价函数F(·)最小化，滤波器输出信号y(n)逐步逼近所期望的参考信号d(n)，由两者之间的估计误差e(n)驱动某种算法对滤波(权)系数进行调整，使滤波器处于最佳工作状态以实现滤波过程。但是，由于目标函数F(·)是输入信号x(k)、参