CN104158599A - 一种去除工频干扰的装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种去除工频干扰的装置及其方法，该方法包括：对输入信号进行工频检测，获取输入信号的工频干扰存在累积量，并根据工频干扰存在累积量获取输入信号的工频干扰发生概率，根据工频干扰发生概率转换输入信号的工作状态，根据工作状态对输入信号进行干扰消除处理，以得到工频干扰抑制后的输出信号。通过上述技术方案，本发明具有鲁棒性高，能够有效地去除各类工频干扰。

Description

一种去除工频干扰的装置及其方法

技术领域

本发明涉及发电机技术领域，特别是涉及一种去除工频干扰的装置及其方法。

背景技术

工频干扰是由于用户设备中采集电路与供电电路等不能很好的共地，从而导致电源到采集电路形成有效压差，因此电力信号进入了采集电路，产生的干扰。工频干扰的核心频率是由电力设备的发电机决定的。

工频干扰的特点具有非常多样性，一般情况下工频干扰信号会存在一倍频、三倍频、五倍频等谐波干扰；有时核心频率缺失，只存在高次谐波的情况；有时工频谐波干扰会忽强忽弱；有时工频干扰会只在低频段出现，而有时又会布满整个频率；甚至有时候核心频率会由于用户设备问题而出现半频率。

目前，在心电信号肌体表面电信号的处理中经常会遇到去除工频干扰的问题，表面电信号的采样率只有200hz，只需要处理核心频率的干扰，利用简单的陷波器即可去除工频干扰。利用简单的陷波器难以处理更高采样率的信号，对于工频干扰时强时弱、核心频率漂移的情况则无法处理。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种去除工频干扰的装置及其方法，以解决无法去除各类工频干扰的问题。

第一方面提供一种去除工频干扰的方法，其包括以下步骤:接收输入信号，对输入信号进行工频检测，获取输入信号的工频干扰存在累积量，并根据工频干扰存在累积量获取输入信号的工频干扰发生概率；根据工频干扰发生概率转换输入信号的工作状态；根据工作状态对输入信号进行干扰消除处理，以得到工频干扰抑制后的输出信号。

结合第一方面的实现方式，在第一种可能的实现方式中，对输入信号进行工频检测，获取输入信号的工频干扰存在累积量，并根据工频干扰存在累积量获取输入信号的工频干扰发生概率包括：根据输入信号的采样率和预设的工频核心频率获得时域检测间隔；根据时域检测间隔计算得出至少两个的工频干扰能量；获取输入信号的工频干扰存在累积量；若连续M个工频干扰能量的总和大于预设的第一阈值，则M个工频干扰能量的总和与第一阈值的比例，并与工频干扰存在累积量相加，以更新输入信号的工频干扰存在累积量；将工频干扰存在累积量除于帧计数器的帧值，以得到输入信号的工频干扰发生概率；其中，M为大于1的整数。

结合第一方面至第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，根据工频干扰发生概率转换输入信号的工作状态包括：将工频干扰发生概率的最大值与预设的第二概率阈值进行比较，并根据前一帧的工作状态和比较结果转换当前帧的工作状态；其中，在K个工频干扰发生概率中，工频干扰发生概率的最大值为K个工频干扰发生概率中最大的值，在一个工频干扰发生概率中，工频干扰发生概率的最大值为工频干扰发生概率，K为大于1的整数；工作状态包括第一状态、第二状态、第三状态、第四状态以及第五状态，第一状态为工频干扰状态；第二状态为稳定频率的工频干扰状态；第三状态为发现干扰状态；第四状态为干扰频率变化状态；第五状态为干扰消失状态。

结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，将工频干扰发生概率的最大值与预设的第二概率阈值进行比较，并根据前一帧的工作状态和比较结果转换当前帧的工作状态包括：当前一帧的工作状态为第一状态时，若工频干扰发生概率的最大值小于第二概率阈值，则将当前帧的工作状态保持为第一状态；若工频干扰发生概率的最大值大于或等于第二概率阈值，则将当前帧的工作状态转换为第三状态。

结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，将工频干扰发生概率的最大值与预设的第二概率阈值进行比较，并根据前一帧的工作状态和比较结果转换当前帧的工作状态包括：当前一帧的工作状态为第二状态时，若工频干扰发生概率的最大值小于第一概率阈值，则将当前帧的工作状态转换为第五状态；若工频干扰发生概率的最大值大于或等于第一概率阈值，则将当前帧的工作状态保持为第二状态。

结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，将工频干扰发生概率的最大值与预设的第二概率阈值进行比较，并根据前一帧的工作状态和比较结果转换当前帧的工作状态包括：当前一帧的工作状态为第二状态时，若当前帧的工频干扰频率的最大值的序号与前一帧的工频干扰频率的最大值的序号相同，则将当前帧的工作状态保持为第二状态；若当前帧的工频干扰频率的最大值的序号与前一帧的工频干扰频率的最大值的序号不相同，则将当前帧的工作状态转换为第四状态。

结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，将工频干扰发生概率的最大值与预设的第二概率阈值进行比较，并根据前一帧的工作状态和比较结果转换当前帧的工作状态包括：当前一帧的工作状态为第三状态时，若渐入计数器的值为零，则将当前帧的工作状态转换为第二状态；若渐入计数器的值不为零，将当前帧的工作状态保持为第三状态，并将渐入计数器的值减一。

结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，将工频干扰发生概率的最大值与预设的第二概率阈值进行比较，并根据前一帧的工作状态和比较结果转换当前帧的工作状态包括：当前一帧的工作状态为第五状态时，若渐出计数器的值为零，则将当前帧的工作状态转换为第一状态；若渐出计数器的值不为零，将当前帧的工作状态保持为第五状态，并将渐出计数器的值减一。

结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，根据工作状态对输入信号进行处理，以得到工频干扰抑制后的输出信号包括：当工作状态为第一状态时，将输入信号直接输出，以得到输出信号；或当工作状态为第二状态时，将输入信号通过滤波器滤波后获得输出信号。

结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第九种可能的实现方式中，根据工作状态对输入信号进行处理，以得到工频干扰抑制后的输出信号包括：当工作状态为第三状态时，将输入信号通过滤波器滤波后获得参考输出信号，并对参考输出信号进行渐入处理获得输出信号；或当工作状态为第四状态时，将滤波器的滤波器系数切换到与工频干扰发生频率对应的滤波器系数后，对输入信号进行滤波后获得输出信号；或当工作状态为第五状态时，将输入信号通过滤波器滤波后获得参考输出信号，并对参考输出信号进行渐出处理获得输出信号。

第二方面提供一种去除工频干扰的装置，其包括：检测单元，用于接收输入信号，检测单元对输入信号进行工频检测，获取输入信号的工频干扰存在累积量，并根据工频干扰存在累积量获取输入信号的工频干扰发生概率；状态转换单元，用于根据工频干扰发生概率转换输入信号的工作状态；干扰消除单元，用于根据工作状态对输入信号进行干扰消除处理，以得到工频干扰抑制后的输出信号。

结合第二方面的实现方式，在第一种可能的实现方式中，检测单元包括帧计数器，检测单元具体用于：检测单元根据输入信号的采样率和预设的工频核心频率获得时域检测间隔；检测单元根据时域检测间隔计算得出至少两个的工频干扰能量；检测单元获取输入信号的工频干扰存在累积量；若连续M个工频干扰能量的总和大于预设的第一阈值，则检测单元根据M个工频干扰能量的总和与第一阈值的比例，并与工频干扰存在累积量相加，以更新输入信号的工频干扰存在累积量；检测单元将工频干扰存在累积量除于帧计数器的帧值，以得到输入信号的工频干扰发生概率；其中，M为大于1的整数。

结合第二方面至第二方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，状态转换单元将工频干扰发生概率的最大值与预设的第二概率阈值进行比较，并根据前一帧的工作状态和比较结果转换当前帧的工作状态；其中，在K个工频干扰发生概率中，工频干扰发生概率的最大值为K个工频干扰发生概率中最大的值，在一个工频干扰发生概率中，工频干扰发生概率的最大值为工频干扰发生概率，K为大于1的整数；工作状态包括第一状态、第二状态、第三状态、第四状态以及第五状态，第一状态为工频干扰状态；第二状态为稳定频率的工频干扰状态；第三状态为发现干扰状态；第四状态为干扰频率变化状态；第五状态为干扰消失状态。

结合第二方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，当前一帧的工作状态为第一状态时，若状态转换单元判断工频干扰发生概率的最大值小于第二概率阈值，则状态转换单元将当前帧的工作状态保持为第一状态；若状态转换单元判断工频干扰发生概率的最大值大于或等于第二概率阈值，则状态转换单元将当前帧的工作状态转换为第三状态。

结合第二方面的第二种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，当前一帧的工作状态为第二状态时，若状态转换单元判断工频干扰发生概率的最大值小于第一概率阈值，则状态转换单元将当前帧的工作状态转换为第五状态；若状态转换单元判断工频干扰发生概率的最大值大于或等于第一概率阈值，则状态转换单元将当前帧的工作状态保持为第二状态。

结合第二方面的第二种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，当前一帧的工作状态为第二状态时，若状态转换单元判断当前帧的工频干扰频率的最大值的序号与前一帧的工频干扰频率的最大值的序号相同，则状态转换单元将当前帧的工作状态保持为第二状态；若状态转换单元判断当前帧的工频干扰频率的最大值的序号与前一帧的工频干扰频率的最大值的序号不相同，则状态转换单元将当前帧的工作状态转换为第四状态。

结合第二方面的第二种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，状态转换单元包括渐入计数器，当前一帧的工作状态为第三状态时，若渐入计数器的值为零，则状态转换单元将当前帧的工作状态转换为第二状态；若渐入计数器的值不为零，状态转换单元将当前帧的工作状态保持为第三状态，并将渐入计数器的值减一。

结合第二方面的第二种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，状态转换单元包括渐出计数器，当前一帧的工作状态为第五状态时，若渐出计数器的值为零，则状态转换单元将当前帧的工作状态转换为第一状态；若渐出计数器的值不为零，状态转换单元将当前帧的工作状态保持为第五状态，并将渐出计数器的值减一。

结合第二方面的第二种可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，干扰消除单元包括滤波器，当状态转换单元输出的工作状态为第一状态时，干扰消除单元将输入信号直接输出，以得到输出信号；或当状态转换单元输出的工作状态为第二状态时，干扰消除单元将输入信号通过滤波器滤波后获得输出信号。

结合第二方面的第八种可能的实现方式，在第九种可能的实现方式中，当状态转换单元输出的工作状态为第三状态时，干扰消除单元将输入信号通过滤波器滤波后获得参考输出信号，并对参考输出信号进行渐入处理获得输出信号；或当状态转换单元输出的工作状态为第四状态时，干扰消除单元将滤波器的滤波器系数切换到与工频干扰发生频率对应的滤波器系数后，对输入信号进行滤波后获得输出信号；或当状态转换单元输出的工作状态为第五状态时，干扰消除单元将输入信号通过滤波器滤波后获得参考输出信号，并对参考输出信号进行渐出处理获得输出信号。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明通过对输入信号进行工频检测，获取输入信号的工频干扰存在累积量，并根据工频干扰存在累积量获取输入信号的工频干扰发生概率，根据工频干扰发生概率转换输入信号的工作状态，根据工作状态对输入信号进行干扰消除处理，以得到工频干扰抑制后的输出信号，具有鲁棒性高，能够有效地去除各类工频干扰。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1是本发明第一实施例的去除工频干扰装置的示意图；

图2是第一实施例中工频干扰状态机示意图；

图3是第一实施例中多状态工频干扰消除器示意图；

图4是第一实施例中双自适应滤波器示意图；

图5是本发明第三实施例的去除工频干扰装置的示意图；

图6是本发明第一实施例的去除工频干扰方法的流程图；

图7是本发明第二实施例的去除工频干扰方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅图1，图1是本发明第一实施例的去除工频干扰装置的示意图。本实施例所揭示的去除工频干扰的装置10包括：检测单元101、状态转换单元102以及干扰消除单元103。

在本实施例中，检测单元101接收输入信号，并用于对输入信号进行工频检测，获取输入信号的工频干扰存在累积量HC，并根据工频干扰存在累积量获取输入信号的工频干扰发生概率Prob（j）。状态转换单元102与检测单元101连接，以从检测单元101获取工频干扰发生概率Prob（j），并根据工频干扰发生概率Prob（j）转换输入信号的工作状态。干扰消除单元103与状态转换单元102连接，以从状态转换单元102获取状态转换单元102输出的工作状态，并根据工作状态对输入信号进行干扰消除处理，以得到工频干扰抑制后的输出信号。

区别于现有技术的情况，本实施例通过检测单元101对输入信号进行检测，得到工频干扰发生概率Prob（j），状态转换单元102根据工频干扰发生概率Prob（j）转换工作状态，干扰消除单元103根据工作状态对输入信号进行处理，得到工频干扰抑制后的输出信号，具有鲁棒性高，能够有效地去除各类工频干扰。

本发明还提供第二实施例的去除工频干扰装置，其在第一实施例所揭示的去除工频干扰装置10的基础上进行详细描述。本实施例所揭示的检测单元101首先预设待检测的工频核心频率，用户可以通过设定一个检测频率HummFreqs或则一组检测频率HummFreqs来预设待检测的工频核心频率。其中，在检测频率HummFreqs中还可以包括工频核心频率的半频率。在本实施例中，待检测的工频核心频率设为50Hz和60Hz，工频核心频率的半频率分别为25Hz和30Hz，则检测频率HummFreqs={25,50,30,60}，检测频率HummFreqs的个数为N=4。

在本实施例中，检测单元101根据输入信号的采样率SRATE和工频核心频率获得待检测的时域检测间隔TaoX。其中，工频核心频率为检测频率HummFreqs，采样率SRATE、检测频率HummFreqs以及时域检测间隔TaoX满足以下关系：

TaoX＝SRATE/HummFreqs            （1）

其中，采样率SRATE=8000，将HummFreqs={25,50,30,60}代入式（1）中，可得时域检测间隔，为了便于实现，若得到的时域检测间隔为非整数，则进行四舍五入，最终得到时域检测间隔TaoX={320,160,267,133}。

在本实施例中，检测单元101还根据输入信号的采样率SRATE和最小检测频率MIN-HF计算输入信号的最大时域检测间隔TAOMAX，满足以下关系：

TAOMAX＝SRATE/MIN-HF            （2）

其中，最小检测频率MIN-HF=25，并将采样率SRATE=8000代入式（2），可得最大时域检测间隔TAOMAX=320。在本发明的其他实施例中，本领域的普通技术人员也可以在得到的时域检测间隔TaoX中搜索最大值，即为最大时域检测间隔TAOMAX。

在本实施例中，检测单元101还包括更新缓存数据BuffDet。检测单元101对输入信号进行分帧处理，并根据每帧输入信号对缓存数据BuffDet进行更新。检测单元101根据最大时域检测间隔TAOMAX和缓存数据BuffDet计算得出最大时域检测间隔TAOMAX内的时域能量E0，满足以下关系：

$E0={\mathrm{\Σ}}_{i=0}^{\mathrm{TAOMAX}-1}\mathrm{BuffDet}\left(i\right)*\mathrm{BuffDet}\left(i\right)---\left(3\right)$

在本实施例中，检测单元101根据时域检测间隔TaoX计算得出至少两个工频干扰能量E即检测单元101根据时域能量E0、时域检测间隔TaoX以及最大时域检测间隔TAOMAX计算得出工频干扰能量E：

$\mathrm{Elev}\left(j\right)={\mathrm{\Σ}}_{i=0}^{\mathrm{TAOMAX}-1}(\mathrm{BuffDet}\left(i\right)-\mathrm{BuffDet}(i+\mathrm{TaoX}\left(j\right)))*---\left(4\right)$

$(\mathrm{BuffDet}\left(i\right)-\mathrm{BuffDet}(i+\mathrm{TaoX}\left(j\right)))$

当E0＞Elev（j）+TAOMAX时，

E（j）＝10*log10（（E0-Elev（j））/TAOMAX）             （5）

当E0≤Elev（j）+TAOMAX时，E（j）=0；其中，j=0,1……，N-1。

在本实施例中，检测单元101预设第一阈值，将连续M个工频干扰能量EX的总和与第一阈值进行比较，若连续M个工频干扰能量EX的总和大于第一阈值，则检测单元101根据M个工频干扰能量的总和与第一阈值的比例，并与工频干扰存在累积量相加，以更新输入信号的工频干扰存在累积量HC，其中，连续M个工频干扰能量EX为缓存的连续M帧工频干扰能量E。检测单元101更新输入信号的工频干扰存在累积量HC满足以下关系：

HC（j）＝HC（j）+（1+Tpp（j））                （6）

其中，Tpp（j）满足：

$\mathrm{Tpp}\left(j\right)=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=0}^{M-1}\mathrm{EX}\left[j\right]\left[i\right]}{A}---\left(7\right)$

其中，Tpp（j）为M个工频干扰能量的总和与第一阈值的比例，EX为检测单元101中连续M个工频干扰能量，M为大于1的正整数。当Tpp（j）>1时，Tpp（j）=1。

在本实施例中，检测单元101将工频干扰存在累积量HC除于帧计数器的帧值，以得到输入信号的工频干扰发生概率Prob（j），满足以下关系：

$\mathrm{Proc}\left(j\right)=\frac{\mathrm{HC}\left(j\right)}{L}---\left(8\right)$

其中，L为帧计算器的值。

在本实施例中，状态转换单元102包括渐入计数器Fade_In_Counter和渐出计数器Fade_Out_Counter。状态转换单元102将工频干扰发生概率的最大值Prob（ih）与预设的第二概率阈值PTHRESH进行比较，并根据前一帧的工作状态和比较结果转换当前帧的工作状态。其中，h为工频干扰频率序号。在K个工频干扰发生概率中，工频干扰发生概率的最大值为K个工频干扰发生概率中最大的值，在一个工频干扰发生概率中，工频干扰发生概率的最大值为工频干扰发生概率，K为大于1的整数。工作状态包括第一状态1、第二状态2、第三状态3、第四状态4以及第五状态5。其中，第一状态1为无工频干扰状态，第二状态2为稳定频率的工频干扰状态，第三状态3为发现干扰状态，第四状态4为干扰频率变化状态，第五状态5为干扰消失状态。

在本实施例中，如图2所示，当前一帧的工作状态为第一状态1时，若状态转换单元102判断工频干扰发生概率的最大值Prob（ih）小于第二概率阈值PTHRESH，则状态转换单元102将当前帧的工作状态保持为第一状态1。若状态转换单元102判断工频干扰发生概率的最大值Prob（ih）大于或等于第二概率阈值PTHRESH，则状态转换单元102将当前帧的工作状态转换为第三状态3，并将渐入计数器Fade_In_Counter的值设置为渐入长度Fade_In_Len。

在本实施例中，当前一帧的工作状态为第二状态2时，若状态转换单元102判断工频干扰发生概率的最大值Prob（ih）小于第二概率阈值PTHRESH，则状态转换单元102将当前帧的工作状态转换为第五状态5，并将渐出计数器Fade_Out_Counter的值设置为渐出长度Fade_Out_Len。若状态转换单元102判断工频干扰发生概率的最大值Prob（ih）大于或等于第二概率阈值PTHRESH，则状态转换单元102将当前帧的工作状态保持为第二状态2。

在本实施例中，当前一帧的工作状态为第二状态2时，若状态转换单元102判断当前帧的工频干扰频率的最大值的序号ih与前一帧的工频干扰频率的最大值的序号ih相同，则状态转换单元102将当前帧的工作状态保持为第二状态2；若状态转换单元102判断当前帧的工频干扰频率的最大值的序号ih与前一帧的工频干扰频率的最大值的序号ih不相同，则状态转换单元102将当前帧的工作状态转换为第四状态4，并更新前一帧的工频干扰频率序号ih为当前帧工频干扰发生概率的最大值Prob（ih）所对应的工频干扰频率序号ih。

在本实施例中，当前一帧的工作状态为第三状态3时，状态转换单元102检测渐入计数器Fade_In_Counter的值。若渐入计数器Fade_In_Counter的值为零，状态转换单元102将当前帧的工作状态转换为第二状态2；若渐入计数器Fade_In_Counter的值不为零，状态转换单元102将当前帧的工作状态保持为第三状态3，并将渐入计数器Fade_In_Counter的值减1，即，Fade_In_Counter=Fade_In_Counter-1。

在本实施例中，当前一帧的工作状态为第五状态5时，状态转换单元102检测渐出计数器Fade_Out_Counter的值。若渐出计数器Fade_Out_Counter的值为零，状态转换单元102将当前帧的工作状态转换为第一状态1。若渐出计数器Fade_Out_Counter的值不为零，状态转换单元102将当前帧的工作状态保持为第五状态5，并将渐出计数器Fade_Out_Counter的值减1，Fade_Out_Counter=Fade_Out_Counter-1。

在本实施例中，干扰消除单元103根据状态转换单元102输出的工作状态对输入信号进行干扰消除处理，以得到工频干扰抑制后的输出信号，干扰消除单元103包括滤波器。如图3所示，当状态转换单元102输出第一状态1时，干扰消除单元103将输入信号直接输出，以得到输出信号。

在本实施例中，当状态转换单元102输出第二状态2时，干扰消除单元103将输入信号通过滤波器滤波后获得输出信号。

在本实施例中，当状态转换单元102输出第三状态3时，干扰消除单元103将输入信号通过滤波器滤波后获得参考输出信号Out_Temp，并对参考输出信号进行渐入处理获得输出信号OUT，满足以下关系：

OUT(i)＝in(i)*fade_fac(i)+Out_Temp(i)*(1-fade_fac(i))       （9）

其中，in(i)为输入信号，i=0,1,…,FRAME-1，FRAME为检测单元101设定每帧输入信号的帧长，fade_fac(i)为预先设定的渐入或渐出因子。

在本实施例中，当状态转换单元102输出第四状态4时，干扰消除单元103将滤波器的滤波器系数切换到与工频干扰发生频率对应的滤波器系数后，对输入信号进行滤波后获得输出信号。

在本实施例中，当状态转换单元102输出第五状态时，干扰消除单元103将输入信号通过滤波器滤波后获得参考输出信号Out_Temp，并对参考输出信号Out_Temp进行渐出处理获得输出信号OUT，满足以下关系：

OUT(i)＝Out_Temp(i)*fade_fac(i)+in(i)*(1-fade_fac(i))       （10）

以下详细说明本实施例所揭示的干扰消除单元103的双自适应滤波器的工作原理。如图4所示，滤波器包括自适应滤波器401、自适应步长更新单元402以及自适应滤波系数更新单元403，其中，自适应滤波器401的长度为L，自适应滤波器401的系数为hn（w），w=0,1，……，L-1，满足以下关系：

h_n+1(w)＝h_n(w)+Mu(n)*Out_Temp(n)*in(n-w)           （11）

其中， $\mathrm{Out}\_\mathrm{Temp}\left(n\right)=\mathrm{in}\left(n\right)-\underset{w=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{h}_n\left(w\right)*\mathrm{in}(n-w)---\left(12\right)$

$\mathrm{Mu}\left(n\right)=\frac{{10}^{-\mathrm{step}\left(n\right)}}{\mathrm{in}\left(n\right)*\mathrm{in}\left(n\right)}---\left(13\right)$

自适应步长step(n)的计算满足以下关系：

step(n)＝A-B*(humrat(n)-C)/D               （14）

其中，humrat(n)＝FG*humtat(n-1)+(1-FG)*ehum(n)        （15）

$\mathrm{ehum}\left(n\right)=\left\{\begin{array}{ccc}\frac{e_{\mathrm{in}}-e_{\mathrm{out}}+1}{e_{\mathrm{in}}+1}& \mathrm{if}& e_{\mathrm{in}}>e_{\mathrm{out}}\\ E& \mathrm{if}& e_{\mathrm{in}}>e_{\mathrm{out}}\end{array}\right.---\left(16\right)$

$e_{\mathrm{in}}=\underset{i=0}{\overset{\mathrm{FRAME}-1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{in}\left(i\right)*\mathrm{in}\left(i\right)---\left(17\right)$

$e_{\mathrm{out}}=\underset{i=0}{\overset{\mathrm{FRAME}-1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Out}\_\mathrm{Temp}\left(i\right)*\mathrm{Out}\_\mathrm{Temp}\left(i\right)---\left(18\right)$

其中，n=0,1,…,FRAME-1；A,B,C,D,E,FG均为常数，在本实施例中，A=2，B=3，C=0.8，D=0.7，E=0.01、FG=0.5。

本发明还提供第三实施例的去除工频干扰装置。如图5所示，本实施例所揭示的去除工频干扰的装置50包括：检测器501、状态转换器502以及干扰消除器503。

在本实施例中，检测器501接收输入信号，并用于对输入信号进行工频检测，获取输入信号的工频干扰存在累积量HC，并根据工频干扰存在累积量获取输入信号的工频干扰发生概率Prob（j）。状态转换器502与检测器501连接，以从检测器501获取工频干扰发生概率Prob（j），并根据工频干扰发生概率Prob（j）转换输入信号的工作状态。干扰消除器503与状态转换器502连接，以从状态转换器502获取状态转换器502输出的工作状态，并根据工作状态对输入信号进行干扰消除处理，以得到工频干扰抑制后的输出信号。

在本实施例中，检测器501优选为低复杂度鲁棒的工频检测器，状态转换器502优选为工频干扰的状态机，干扰消除器503优选为多状态工频干扰的消除器。

本发明还提供第一实施例的去除工频干扰的方法，其在第一实施例所揭示的去除工频干扰装置10的基础上进行详细描述。如图6所示，本实施例所揭示的去除工频干扰的方法包括以下步骤：

步骤S1：接收输入信号，对输入信号进行工频检测，获取输入信号的工频干扰存在累积量HC，并根据工频干扰存在累积量获取输入信号的工频干扰发生概率Prob（j）。

步骤S2：根据工频干扰发生概率Prob（j）转换输入信号的工作状态。

步骤S3：根据工作状态对输入信号进行干扰消除处理，以得到工频干扰抑制后的输出信号。

区别于现有技术的情况，本实施例通过对输入信号进行工频检测，获取输入信号的工频干扰存在累积量HC，并根据工频干扰存在累积量获取输入信号的工频干扰发生概率Prob（j），根据工频干扰发生概率Prob（j）转换输入信号的工作状态，根据工作状态对输入信号进行干扰消除处理，以得到工频干扰抑制后的输出信号，具有鲁棒性高，能够有效地去除各类工频干扰。

本发明还提供第二实施例的去除工频干扰的方法，其在第一实施例所揭示的去除工频干扰的方法的基础上进行详细描述。如图7所示，在本实施例中，步骤S1包括以下步骤：

步骤701：根据输入信号的采样率SRATE和预设的待检测工频核心频率获得时域检测间隔TaoX。其中，工频核心频率可以设定为一个检测频率HummFreqs也可以设定为一组检测频率HummFreqs，在检测频率HummFreqs中还可以包含常见工频核心频率的半频率。

步骤702：根据时域检测间隔TaoX计算得出至少两个工频干扰能量E。

步骤703：将缓存多个帧的工频干扰能量EX与预设的第一阈值进行比较。

步骤704：获取输入信号的工频干扰存在累积量，若连续M个工频干扰能量的总和大于预设的第一阈值，则M个工频干扰能量的总和与第一阈值的比例，并与工频干扰存在累积量相加，以更新输入信号的工频干扰存在累积量HC。其中，连续M个工频干扰能量EX为缓存的连续M帧工频干扰能量E。

步骤705：将工频干扰存在累积量HC除于帧计数器的帧值L，以得到输入信号的工频干扰发生概率Prob（j）。

在步骤702中，对输入信号进行分帧处理，并根据每帧的输入信号对缓存数据BuffDet进行更新。根据输入信号的采样率SRATE和最小检测频率MIN_HF获得输入信号的最大时域检测间隔TAOMAX。也可以在得到的时域检测间隔TaoX中搜索最大值，即为最大时域检测间隔。根据最大时域检测间隔TAOMAX和缓存数据BuffDet计算得出最大时域检测间隔内的时域能量E0。根据最大时域检测间隔内的时域能量E0、时域检测间隔TaoX以及最大时域检测间隔TAOMAX计算得出工频干扰能量E。

在步骤S2中，将工频干扰发生概率Prob（j）的最大值与预设的第一概率阈值PTHRESH进行比较，并根据前一帧的工作状态转换和比较结果转换当前帧的工作状态。工作状态包括第一状态、第二状态、第三状态、第四状态以及第五状态。其中，第一状态为工频干扰状态；第二状态为稳定频率的工频干扰状态；第三状态为发现干扰状态；第四状态为干扰频率变化状态；第五状态为干扰消失状态。

当前一帧的工作状态为第一状态1时，若工频干扰发生概率Prob（j）的最大值小于第二概率阈值PTHRESH，则将当前帧的工作状态保持为第一状态1。若工频干扰发生概率Prob（j）的最大值大于或等于第二概率阈值PTHRESH，则将当前帧的工作状态转换为第三状态3，并且将渐入计数器Fade_In_Counter的值设置为渐入长度Fade_In_Len。

当前一帧的工作状态为第二状态2时，若工频干扰发生概率Prob（j）的最大值小于第二概率阈值PTHRESH，则将当前帧的工作状态转换为第五状态5，并且将渐出计数器Fade_Out_Counter的值设置为渐出长度Fade_Out_Len。若工频干扰发生概率Prob（j）的最大值大于或等于第二概率阈值PTHRESH，则将当前帧的工作状态保持为第二状态2。

当前一帧的工作状态为第二状态2时，若当前帧的工频干扰频率的最大值的序号ih与前一帧的工频干扰频率的最大值的序号ih相同，则将当前帧的工作状态保持为第二状态2。若当前帧的工频干扰频率的最大值的序号ih与前一帧的工频干扰频率的最大值的序号ih不相同，则将当前帧的工作状态转换为第四状态4，并更新前一帧的工频干扰频率序号ih为当前帧工频干扰发生概率Prob（j）的最大值所对应的工频干扰频率序号ih。

当前一帧的工作状态为第三状态3时，检测渐入计数器Fade_In_Counter的值，若渐入计数器Fade_In_Counter的值为零，则将当前帧的工作状态转换为第二状态2。若渐入计数器Fade_In_Counter的值不为零，保持为第三状态，并将渐入计数器Fade_In_Counter的值减1。

当状态转换单元102的前一帧的工作状态为第五状态5时，检测渐出计数器Fade_Out_Counter的值，若渐出计数器Fade_Out_Counter的值为零，则将当前帧的工作状态转换为第一状态。若渐出计数器Fade_Out_Counter的值不为零，保持为第五状态5，并将渐出计数器Fade_Out_Counter的值减1。

在步骤S3中，当状态转换单元102输出为第一状态1时，将输入信号直接输出，以得到输出信号。当状态转换单元102为第二状态2时，将输入信号通过滤波器滤波后获得输出信号。当状态转换单元102输出为第三状态3时，将输入信号通过滤波器滤波后获得参考输出信号Out_Temp，并对参考输出信号Out_Temp进行渐入处理获得输出信号。当状态转换单元102输出为第四状态4时，将滤波器的滤波器系数切换到与工频干扰发生频率对应的滤波器系数后，对输入信号进行滤波后获得输出信号。当状态转换单元102输出为第五状态5时，将输入信号通过滤波器滤波后获得参考输出信号Out_Temp，并对参考输出信号Out_Temp进行渐出处理获得输出信号。

综上所述，本发明通过对输入信号进行工频检测，获取输入信号的工频干扰存在累积量，并根据工频干扰存在累积量获取输入信号的工频干扰发生概率，根据工频干扰发生概率转换输入信号的工作状态，根据工作状态对输入信号进行干扰消除处理，以得到工频干扰抑制后的输出信号，具有鲁棒性高，能够有效地去除各类工频干扰。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (20)

1.一种去除工频干扰的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

接收输入信号，对所述输入信号进行工频检测，获取所述输入信号的工频干扰存在累积量，并根据所述工频干扰存在累积量获取所述输入信号的工频干扰发生概率；

根据所述工频干扰发生概率转换所述输入信号的工作状态；

根据所述工作状态对所述输入信号进行干扰消除处理，以得到工频干扰抑制后的输出信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述输入信号进行工频检测，获取所述输入信号的工频干扰存在累积量，并根据所述工频干扰存在累积量获取所述输入信号的工频干扰发生概率包括：

根据所述输入信号的采样率和预设的工频核心频率获得时域检测间隔；

根据所述时域检测间隔计算得出至少两个的工频干扰能量；

获取所述输入信号的工频干扰存在累积量；

若连续M个所述工频干扰能量的总和大于预设的第一阈值，则M个所述工频干扰能量的总和与所述第一阈值的比例，并与所述工频干扰存在累积量相加，以更新所述输入信号的工频干扰存在累积量；

将所述工频干扰存在累积量除于帧计数器的帧值，以得到所述输入信号的工频干扰发生概率；其中，M为大于1的整数。

3.根据权利要求1-2任意之一所述的方法，其特征在于，所述根据所述工频干扰发生概率转换所述输入信号的工作状态包括：

将所述工频干扰发生概率的最大值与预设的第二概率阈值进行比较，并根据前一帧的工作状态和所述比较结果转换当前帧的工作状态；

其中，在K个所述工频干扰发生概率中，所述工频干扰发生概率的最大值为所述K个工频干扰发生概率中最大的值，在一个所述工频干扰发生概率中，所述工频干扰发生概率的最大值为所述工频干扰发生概率，K为大于1的整数；所述工作状态包括第一状态、第二状态、第三状态、第四状态以及第五状态，所述第一状态为工频干扰状态；所述第二状态为稳定频率的工频干扰状态；所述第三状态为发现干扰状态；所述第四状态为干扰频率变化状态；所述第五状态为干扰消失状态。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将所述工频干扰发生概率的最大值与预设的第二概率阈值进行比较，并根据前一帧的工作状态和所述比较结果转换当前帧的工作状态包括：

当所述前一帧的工作状态为所述第一状态时，若所述工频干扰发生概率的最大值小于所述第二概率阈值，则将所述当前帧的工作状态保持为所述第一状态；若所述工频干扰发生概率的最大值大于或等于所述第二概率阈值，则将所述当前帧的工作状态转换为所述第三状态。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将所述工频干扰发生概率的最大值与预设的第二概率阈值进行比较，并根据前一帧的工作状态和所述比较结果转换当前帧的工作状态包括：

当所述前一帧的工作状态为所述第二状态时，若所述工频干扰发生概率的最大值小于所述第一概率阈值，则将所述当前帧的工作状态转换为所述第五状态；若所述工频干扰发生概率的最大值大于或等于所述第一概率阈值，则将所述当前帧的工作状态保持为所述第二状态。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将所述工频干扰发生概率的最大值与预设的第二概率阈值进行比较，并根据前一帧的工作状态和所述比较结果转换当前帧的工作状态包括：

当所述前一帧的工作状态为所述第二状态时，若当前帧的所述工频干扰频率的最大值的序号与前一帧的所述工频干扰频率的最大值的序号相同，则将所述当前帧的工作状态保持为所述第二状态；若当前帧的所述工频干扰频率的最大值的序号与前一帧的所述工频干扰频率的最大值的序号不相同，则将所述当前帧的工作状态转换为所述第四状态。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将所述工频干扰发生概率的最大值与预设的第二概率阈值进行比较，并根据前一帧的工作状态和所述比较结果转换当前帧的工作状态包括：

当所述前一帧的工作状态为所述第三状态时，若渐入计数器的值为零，则将所述当前帧的工作状态转换为所述第二状态；若渐入计数器的值不为零，将所述当前帧的工作状态保持为所述第三状态，并将所述渐入计数器的值减一。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将所述工频干扰发生概率的最大值与预设的第二概率阈值进行比较，并根据前一帧的工作状态和所述比较结果转换当前帧的工作状态包括：

当所述前一帧的工作状态为所述第五状态时，若渐出计数器的值为零，则将所述当前帧的工作状态转换为所述第一状态；若所述渐出计数器的值不为零，将所述当前帧的工作状态保持为所述第五状态，并将所述渐出计数器的值减一。

9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述工作状态对所述输入信号进行处理，以得到工频干扰抑制后的输出信号包括：

当所述工作状态为所述第一状态时，将所述输入信号直接输出，以得到所述输出信号；

或当所述工作状态为所述第二状态时，将所述输入信号通过滤波器滤波后获得所述输出信号。

10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述工作状态对所述输入信号进行处理，以得到工频干扰抑制后的输出信号包括：

当所述工作状态为所述第三状态时，将所述输入信号通过滤波器滤波后获得参考输出信号，并对所述参考输出信号进行渐入处理获得所述输出信号；

或当所述工作状态为所述第四状态时，将滤波器的滤波器系数切换到与所述工频干扰发生频率对应的滤波器系数后，对所述输入信号进行滤波后获得所述输出信号；

或当所述工作状态为所述第五状态时，将所述输入信号通过所述滤波器滤波后获得所述参考输出信号，并对所述参考输出信号进行渐出处理获得所述输出信号。

11.一种去除工频干扰的装置，其特征在于，包括：

检测单元，用于接收输入信号，所述检测单元对所述输入信号进行工频检测，获取所述输入信号的工频干扰存在累积量，并根据所述工频干扰存在累积量获取所述输入信号的工频干扰发生概率；

状态转换单元，用于根据所述工频干扰发生概率转换所述输入信号的工作状态；

干扰消除单元，用于根据所述工作状态对所述输入信号进行干扰消除处理，以得到工频干扰抑制后的输出信号。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述检测单元包括帧计数器，所述检测单元具体用于：

所述检测单元根据所述输入信号的采样率和预设的工频核心频率获得时域检测间隔；

所述检测单元根据所述时域检测间隔计算得出至少两个的工频干扰能量；

所述检测单元获取所述输入信号的工频干扰存在累积量；

若连续M个所述工频干扰能量的总和大于预设的第一阈值，则所述检测单元根据M个所述工频干扰能量的总和与所述第一阈值的比例，并与所述工频干扰存在累积量相加，以更新所述输入信号的工频干扰存在累积量；

所述检测单元将所述工频干扰存在累积量除于所述帧计数器的帧值，以得到所述输入信号的工频干扰发生概率；其中，M为大于1的整数。

13.根据权利要求10-11任意之一所述的装置，其特征在于，所述状态转换单元将所述工频干扰发生概率的最大值与预设的第二概率阈值进行比较，并根据前一帧的工作状态和所述比较结果转换当前帧的工作状态；其中，在K个所述工频干扰发生概率中，所述工频干扰发生概率的最大值为所述K个工频干扰发生概率中最大的值，在一个所述工频干扰发生概率中，所述工频干扰发生概率的最大值为所述工频干扰发生概率，K为大于1的整数；所述工作状态包括第一状态、第二状态、第三状态、第四状态以及第五状态，所述第一状态为工频干扰状态；所述第二状态为稳定频率的工频干扰状态；所述第三状态为发现干扰状态；所述第四状态为干扰频率变化状态；所述第五状态为干扰消失状态。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，当所述前一帧的工作状态为所述第一状态时，若所述状态转换单元判断所述工频干扰发生概率的最大值小于所述第二概率阈值，则所述状态转换单元将所述当前帧的工作状态保持为所述第一状态；若所述状态转换单元判断所述工频干扰发生概率的最大值大于或等于所述第二概率阈值，则所述状态转换单元将所述当前帧的工作状态转换为所述第三状态。

15.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，当所述前一帧的工作状态为所述第二状态时，若所述状态转换单元判断所述工频干扰发生概率的最大值小于所述第一概率阈值，则所述状态转换单元将所述当前帧的工作状态转换为所述第五状态；若所述状态转换单元判断所述工频干扰发生概率的最大值大于或等于所述第一概率阈值，则所述状态转换单元将所述当前帧的工作状态保持为所述第二状态。

16.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，当所述前一帧的工作状态为所述第二状态时，若所述状态转换单元判断当前帧的所述工频干扰频率的最大值的序号与前一帧的所述工频干扰频率的最大值的序号相同，则所述状态转换单元将所述当前帧的工作状态保持为所述第二状态；若所述状态转换单元判断当前帧的所述工频干扰频率的最大值的序号与前一帧的所述工频干扰频率的最大值的序号不相同，则所述状态转换单元将所述当前帧的工作状态转换为所述第四状态。

17.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述状态转换单元包括渐入计数器，当所述前一帧的工作状态为所述第三状态时，若所述渐入计数器的值为零，则所述状态转换单元将所述当前帧的工作状态转换为所述第二状态；若渐入计数器的值不为零，所述状态转换单元将所述当前帧的工作状态保持为所述第三状态，并将所述渐入计数器的值减一。

18.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述状态转换单元包括渐出计数器，当所述前一帧的工作状态为所述第五状态时，若所述渐出计数器的值为零，则所述状态转换单元将所述当前帧的工作状态转换为所述第一状态；若所述渐出计数器的值不为零，所述状态转换单元将所述当前帧的工作状态保持为所述第五状态，并将所述渐出计数器的值减一。

19.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述干扰消除单元包括滤波器，当所述状态转换单元输出的工作状态为所述第一状态时，所述干扰消除单元将所述输入信号直接输出，以得到所述输出信号；

或当所述状态转换单元输出的工作状态为所述第二状态时，所述干扰消除单元将所述输入信号通过所述滤波器滤波后获得所述输出信号。

20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，当所述状态转换单元输出的工作状态为所述第三状态时，所述干扰消除单元将所述输入信号通过所述滤波器滤波后获得参考输出信号，并对所述参考输出信号进行渐入处理获得所述输出信号；

或当所述状态转换单元输出的工作状态为所述第四状态时，所述干扰消除单元将所述滤波器的滤波器系数切换到与所述工频干扰发生频率对应的滤波器系数后，对所述输入信号进行滤波后获得所述输出信号；

或当所述状态转换单元输出的工作状态为所述第五状态时，所述干扰消除单元将所述输入信号通过所述滤波器滤波后获得所述参考输出信号，并对所述参考输出信号进行渐出处理获得所述输出信号。