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C#實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音預(yù)處理：降噪、靜音檢測(cè)、自動(dòng)增益（附Demo源碼）

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2025年7月4日 10:27 本文熱度 122

無(wú)論是在音視頻錄制系統(tǒng)，還是音視頻通話系統(tǒng)、或視頻會(huì)議系統(tǒng)中，對(duì)從麥克風(fēng)采集到的說(shuō)話的聲音數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，都是是非常必要的。

語(yǔ)音數(shù)據(jù)預(yù)處理主要包括：降噪（Noise Reduction）、靜音檢測(cè)（Silence Detection/VAD）、自動(dòng)增益（Automatic Gain Control, AGC）。

一. 語(yǔ)音預(yù)處理的作用

　我們先解釋一下，降噪、靜音檢測(cè)、自動(dòng)增益，這些語(yǔ)音預(yù)處理分別起什么作用。

（1）降噪

降噪，用于消除背景噪聲，比如馬路車流聲、環(huán)境雜音等，以保留清晰的說(shuō)話人聲。

更高級(jí)的，結(jié)合AI模型訓(xùn)練，還可以消除電腦的風(fēng)扇聲、鍵盤敲擊聲等等。

（2）靜音檢測(cè)

靜音檢測(cè)，又稱為語(yǔ)音活動(dòng)檢測(cè)，用于識(shí)別音頻流中的靜音片段（沒(méi)有講話人聲），這樣可以簡(jiǎn)化后續(xù)的編碼等環(huán)節(jié)，并可以節(jié)省傳遞所需要的帶寬。

（3）自動(dòng)增益

自動(dòng)增益，用于動(dòng)態(tài)調(diào)整說(shuō)話聲音的音量，使輸出電平保持穩(wěn)定，以避免講話的聲音忽大忽小。

二. 實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音預(yù)處理

接下來(lái)，我們使用C#實(shí)現(xiàn)一個(gè)Demo，這個(gè)Demo將從麥克風(fēng)采集聲音數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行語(yǔ)音預(yù)處理，并且將處理后的聲音數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)播放出來(lái)。Demo的運(yùn)行效果如下圖所示：

Demo 功能很簡(jiǎn)單，那我們來(lái)具體看看代碼是如何實(shí)現(xiàn)的。

1. 創(chuàng)建采集器、預(yù)處理器、播放器

麥克風(fēng)聲音數(shù)據(jù)采樣率我們選擇16K、單聲道。

WaveSampleRate sr = WaveSampleRate.S16k;
int channelCount = 1;
//創(chuàng)建語(yǔ)音預(yù)處理器，開(kāi)啟降噪、自動(dòng)增益、靜音檢測(cè)
this.voicePreprocessor = CapturerFactory.CreateVoicePreprocessor(sr, channelCount, true ,true);
//創(chuàng)建麥克風(fēng)采集器
this.microphoneCapturer = CapturerFactory.CreateMicrophoneCapturer(int.Parse(this.textBox_mic.Text), sr);
this.microphoneCapturer.AudioCaptured += new ESBasic.CbGeneric<byte[]>(microphoneCapturer_AudioCaptured);
//創(chuàng)建聲音播放器
this.audioPlayer = PlayerFactory.CreateAudioPlayer(int.Parse(this.textBox_speaker.Text), (int)sr, channelCount, 16, 2);                
this.microphoneCapturer.Start();

　　CreateVoicePreprocessor 方法的最后兩個(gè)參數(shù)可以指定在降噪的同時(shí)，是否開(kāi)啟靜音檢測(cè)和自動(dòng)增益功能。

2. 預(yù)處理語(yǔ)音數(shù)據(jù)

語(yǔ)音預(yù)處理器每次處理10ms的聲音數(shù)據(jù)，而現(xiàn)在的麥克風(fēng)采集器每次采集的是20ms的PCM數(shù)據(jù)，所以，我們將其拆成兩個(gè)10ms數(shù)據(jù)，再提交給預(yù)處理器處理。

void microphoneCapturer_AudioCaptured(byte[] audioData)
{
    if (this.checkBox_enabled.Checked)
    {
        //麥克風(fēng)每次采集20ms數(shù)據(jù)，降噪器每次處理10ms數(shù)據(jù)。
        byte[] frame10ms1 = new byte[audioData.Length / 2];
        byte[] frame10ms2 = new byte[audioData.Length / 2];
        Buffer.BlockCopy(audioData, 0, frame10ms1, 0, frame10ms1.Length);
        Buffer.BlockCopy(audioData, frame10ms1.Length, frame10ms2, 0, frame10ms2.Length);
        this.HandleData(frame10ms1);
        this.HandleData(frame10ms2);
        return;
    }
    this.audioPlayer.Play(audioData);
}

（1）通過(guò)一個(gè)CheckBox勾選框來(lái)實(shí)時(shí)控制是否啟用語(yǔ)音預(yù)處理，這樣在測(cè)試時(shí)，就可以很方便的對(duì)比體驗(yàn)開(kāi)啟了語(yǔ)音預(yù)處理的效果。

（2）調(diào)用IVoicePreprocessor 的 Process 方法，就可以完成一幀語(yǔ)音數(shù)據(jù)（10ms）的預(yù)處理。如下所示：

private void HandleData(byte[] frame10ms)
{
    byte[] res = this.voicePreprocessor.Process(frame10ms);            
    if (res == null) //靜音幀
    {
        ++this.silenceFrameCountTotal;
        this.audioPlayer.Play(this.voicePreprocessor.SlienceFrame);
    }
    else
    {
        this.audioPlayer.Play(res);
    }
}

　　如果Process 方法返回的是null，表示檢測(cè)到該幀是靜音幀，于是，將內(nèi)置的10ms靜音幀 SlienceFrame 提交給播放器去播放。

3. 統(tǒng)計(jì)靜音幀數(shù)量

　　一個(gè)語(yǔ)音幀是10ms，那么1秒鐘就有100個(gè)語(yǔ)音幀，程序中，我們統(tǒng)計(jì)了上一秒出現(xiàn)了多少個(gè)靜音幀，并在UI左下方顯示出來(lái)。

private volatile int silenceFrameCountTotal = 0;
private volatile int silenceFrameCountPre = 0;
private void timer1_Tick(object sender, EventArgs e)
{
    int delt = this.silenceFrameCountTotal - this.silenceFrameCountPre;
    this.silenceFrameCountPre = this.silenceFrameCountTotal;
    //顯示上一秒靜音幀數(shù)量。
    this.label_silenceFrameCount.Text = delt.ToString();
}