音频文件降噪及python示例

操作系统 :Windows 10_x64

Python版本:3.9.2

noisereduce版本:3.0.2

从事音频相关工作,大概率会碰到降噪问题,今天整理下之前学习音频文件降噪的笔记,并提供Audacity和python示例。
我将从以下几个方面展开:

  • noisereduce库介绍
  • 使用Audacity进行降噪
  • 使用fft滤波降噪
  • 使用noisereduce进行降噪
  • 运行效果截图及视频
  • 配套资源下载

一、noisereduce库介绍

pypi地址:https://pypi.org/project/noisereduce/

GitHub地址:

https://github.com/timsainb/noisereduce

安装命令:

复制代码
pip install noisereduce

noisereduce库用于音频降噪,支持稳态降噪和非稳态降噪,大致介绍如下:

其中稳态降噪基于(并不完全是)Audacity的降噪算法,降噪Audacity效果可通过体验,对应的C++实现如下:

https://github.com/audacity/audacity/blob/master/src/effects/NoiseReduction.cpp

如果链接打不开,可从文末提供的渠道获取该文件。

Audacity的降噪算法需要两个输入:1) 带噪音的音频数据;2) 噪音特征音频数据;

其核心思路是通过fft在频域进行滤波处理并还原,具体实现建议阅读源码。

非稳定降噪算法是稳态降噪算法的扩展,但允许噪声门随时间变化。

二、噪音文件准备

Audacity版本:3.1.3

这里使用Audacity进行噪音文件的生成,如果不了解Audacity软件,可参考这篇文章:
https://www.cnblogs.com/MikeZhang/p/audacity2022022.html

1、生成鼓点音轨,模拟正常音频

这里使用鼓点模拟正常音频,具体如下:

2、生成噪音音轨

选择菜单"生成-》噪音"选项,这里选择"白噪音",振幅选择0.1:

3、合并音轨并导出文件

选中两个音轨,然后混音:

如果想直接使用导出的混音文件(mix1.wav),可从如下渠道获取:
关注微信公众号(聊聊博文,文末可扫码)后回复 20240720 获取。

三、降噪示例

这里首先描述下如何使用Audacity进行降噪,其中,Audacity降噪是完全操作层面的事情,不涉及编写代码;进一步的,会提供如何使用fft进行滤波降噪的示例,主要是模拟稳态降噪算法(并不完全是);最后,会提供如何使用noisereduce进行降噪的示例。

1、使用Audacity进行降噪

1) 选中噪音特征数据

2) 获取噪音特征数据

3) 选中需要降噪的原始音频,执行降噪操作

降噪后的效果如下:

使用Audacity进行降噪的过程及效果视频,可从如下渠道获取:
关注微信公众号(聊聊博文,文末可扫码)后回复 2024072001 获取。

2、使用fft滤波降噪

傅立叶变换是可逆的,在频域中对信号所做的任何更改都将在将其变换回时域时应用。可利用这一点来过滤音频并去除高频,进而实现降噪,当然该方法仅适用于高频噪音。

直接在频域进行过滤,大致流程如下:

1) 加载混音文件(mix1.wav),使用fft获取频域数据;

2) 加载噪音文件(noise1.wav),使用fft获取频域数据;

3) 在频域进行滤波;

4) 进行ifft逆变换;

5) 导出降噪后的文件;

示例如下(fftTest1.py):

完整源码可从如下渠道获取:
关注微信公众号(聊聊博文,文末可扫码)后回复 20240720 获取。
运行效果如下:

使用fft进行降噪的运行效果视频,可从如下渠道获取:
关注微信公众号(聊聊博文,文末可扫码)后回复 2024072002 获取。

3、使用noisereduce进行降噪

3.1 使用非标准降噪

直接使用noisereduce库进行操作,示例如下(nrTest1.py):

复制代码
from scipy.io import wavfile
import noisereduce as nr
# load data
rate, data = wavfile.read("mix1.wav")
# perform noise reduction
reduced_noise = nr.reduce_noise(y=data, sr=rate)
wavfile.write("clean_nr1.wav", rate, reduced_noise)

运行效果如下:

使用noisereduce库进行降噪的运行效果视频,可从如下渠道获取:
关注微信公众号(聊聊博文,文末可扫码)后回复 2024072003 获取。

3.2 使用标准降噪

也可以使用标准降噪,提取音频特征文件后过滤,示例如下:

复制代码
from scipy.io import wavfile
import noisereduce as nr
# load data
rate, data = wavfile.read("mix1.wav")
_, noise_data = wavfile.read("noise1.wav")
# perform noise reduction
reduced_noise = nr.reduce_noise(y=data, sr=rate,
y_noise =noise_data,
stationary = True, # this should be true
#sigmoid_slope_nonstationary = 50,

)
wavfile.write("clean_nr2.wav", rate, reduced_noise)

运行效果如下:

三、资源下载

本文涉及源码及相关文件,可以从如下途径获取:
关注微信公众号(聊聊博文,文末可扫码)后回复 20240720 获取。

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