C# 验证代码以在特定 SNR 下播放 2 个音轨

Posted 2023-02-25

【中文标题】C# 验证代码以在特定 SNR 下播放 2 个音轨

【英文标题】：C# Verify Code for playing 2 audio tracks at specific SNR

【发布时间】：2015-03-19 09:33:11

【问题描述】：

我有两个 WAV 音轨，我想分别以 +10、+8、+6、+4 和 0db 的 SNR 播放它们

SNR 公式 (db) = 20 log(rms of signal / rms of noise)

为此，我需要使用 C# 语言计算和设置我的音轨的 SNR。多亏了人们，我终于想出了这个解决方案，并希望对其进行验证。

这是我所做的：

    public void play(int required_snr)
    
        WaveFileReader signal = new WaveFileReader(@"E:\signal.wav"),
                            noise = new WaveFileReader(@"E:\noise.wav");

        int signal_length = (int)signal.Length, noise_length = (int)noise.Length, i;

        byte[] signal_sample = new byte[signal_length], noise_sample = new byte[noise_length];

        int signal_read = signal.Read(signal_sample, 0, signal_length) / 2, noise_read = noise.Read(noise_sample, 0, noise_length) / 2;

        float[] sample_arr = new float[signal_read], noise_arr = new float[noise_read];
        float sum = 0;

        for (i = 0; i < sample_arr.Length; i++)
        
            sample_arr[i] = (float)BitConverter.ToInt16(signal_sample, i * 2) / 32768f;
            sum += (sample_arr[i] * sample_arr[i]);
        

        float rms_signal = (float)Math.Sqrt((sum / sample_arr.Length));

        sum = 0;

        for (i = 0; i < noise_arr.Length; i++)
        
            noise_arr[i] = (float)BitConverter.ToInt16(noise_sample, i * 2) / 32768f;
            sum += (noise_arr[i] * noise_arr[i]);
        

        float rms_noise = (float)Math.Sqrt((sum / noise_arr.Length));

        float snr_db = (float)Math.Round(20 * Math.Log10(rms_signal / rms_noise), 1);

        float factor = (float)Math.Pow(10, (required_snr - snr_db) / 20);

        rms_noise = 0;

        for (i = 0; i < noise_arr.Length; i++)
        
            noise_arr[i] = noise_arr[i] / factor;

            rms_noise += (noise_arr[i] * noise_arr[i]);
        

        rms_noise = (float)Math.Sqrt((rms_noise / noise_arr.Length));
        snr_db = (float)Math.Round(20 * Math.Log10(rms_signal / rms_noise), 1);

        using (WaveFileWriter writer = new WaveFileWriter(@"E:\aw4.wav", noise.WaveFormat))
        
            for (i = 0; i < noise_arr.Length; i++)
                writer.WriteSample(noise_arr[i]);
        

        WaveFileReader reader = new WaveFileReader(@"E:\aw4.wav");
        WaveOut waveOut = new WaveOut();
        waveOut.Init(reader);
        waveOut.Play();

        WaveFileReader si = new WaveFileReader(@"E:\signal.wav");
        WaveOut o = new WaveOut();
        o.Init(si);
        o.Play();
    

这段代码正确吗？ 我是 DSP 的菜鸟，所以我不知道。 但我确实听到并感觉到噪音水平的变化，随着我将所需的 SNR 从 10 降低到 0，这种变化会增加。

【问题讨论】：

与其投票否决，你能告诉我解决方案吗？

我想设置 SNR..你发布的链接不相关

你在第二个循环之前错过了noise_rms = 0。

谢谢，但这并没有改变任何东西...... :(

(byte)(noise_samples[i] / factor); 中的演员阵容是假的。样本是 not 字节。顺便说一句：WAV 文件的格式是什么（样本大小、采样率、通道数等）？

【参考方案1】：

您想要生成具有定义的信噪比 (SNR) 的音频信号。这意味着您有 两个 音频信号，一个是 signal 另一个是 noise。

以下所有操作都可以通过直接样本 (int) 操作、将样本乘以一个因子或将两个样本相加来完成。

首先，您必须测量两个信号的 RMS（均方根）电平。这是（顾名思义）所有平方样本均值的 Thre 根，表示为分贝值：

 db = 20*Log10(amplitude)

假设您有一个 30 dB 的信号和一个 20 dB 的噪声，您将获得 30-20 = 10dB 的 SNR。

如果您需要更好的 SNR，您必须放大信号或减弱噪声。

您通过将所有样本与一个常数因子相乘来进行放大。 （注意不要超载，即生成的样本对于允许的整数范围来说太大了）

factor = exp10(db/20);

最后，您将两个信号相加以得到具有所需 SNR 的组合信号。

---

编辑

信噪比可以通过两种方式计算：

snr1 = 20 * log10(rms_signal / rms_noise)

或使用对数（分贝）值：

snr2 = db_signal - db_noise

这两个是等价的。

这里是从两个音轨产生具有定义 SNR 的混合信号的更详细步骤。

方法1线性计算

计算两个信号的线性均方根：

rms := sqrt ( sum(x*x) / num(x) )

x 是音轨的所有样本（通常是 int16）。

6 dB 的 SNR 相当于 exp10(6/20) = 2.0 的线性比率

因此，如果您发现两个信号的平均幅度 (rms) 均为 160，则您必须将 signal 乘以 2 或除以 noise由两个。这将导致两个 rms 值分别为 160 和 80，从而为您提供 2.0（线性）或 6.0 dB 的预期 SNR。

方法2对数计算

首先按上述方法计算线性均方根（结果信号 = 160，噪声 = 160）

此 rms 值的第二个计算分贝，导致信号 = 40 dB 噪声 = 40 dB

所以现在的SNR是40-40 = 0dB，两部分功率一样。

要达到 6dB 的 SNR，您必须将噪声分量降低 6dB。

这样做所需的因子是 exp10(6.0/20.0) = 2.0

因此，您必须将噪声信号除以 2.0。

这将为噪声信号提供 80 的线性 rms。

所以最后你有一个 SNR = 20.0 * log10(160/80) = 6.0

---

编辑

修改噪声信号后，你要混合信号和噪声：

for(...)  mix[i] = signal[i] + noise[i];

这将产生具有所需 SNR 的噪声信号。

【讨论】：

这里的 factor = exp10(db/20) 公式中，db 是我需要的 db 吗？

如果您发现信噪比为 10dB 并且想要 6dB 之一，那么您必须将其中一个信号修改 4dB。那么这个公式的 db=4

我有以下代码获取 rms 和 rms db： WaveFileReader readertest = new WaveFileReader(@"E:\MARK\Audio Tracks\Volume.wav"); int bytesnumber = (int)readertest.Length;字节[] buf = 新字节[字节数]； readertest.Read(buf, 0, bytesnumber);双倍总和 = 0; foreach (int i in buf) sum += i * i;双均值 = sum / (buf.Length*1.0);双有效值 = Math.Sqrt(mean);双 rmsdb = 20 * Math.Log10(rms);

看起来不错。注意 sum 中的溢出（sum 变得如此之大，以至于 sum+i 不再有任何区别）。你得到合理的结果了吗？

我不确定 db 部分中的 rms 是否是 20*math.log10(rms) ？你写了 20*Mat.log10(amplitude)