CN113257264A - 一种电力调度电话降噪的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力调度电话降噪的方法，包括：采集调度员的声音信号，对其逐帧进行快速傅里叶变换得到声音信号频谱；将频谱转换为极坐标，得到原声音信号的幅度谱和相位谱及相位信息，根据幅度谱的非语音段估计出噪声的幅度谱；用原声音信号的幅度谱减去估计的噪声幅度谱得到纯净的语音信号的幅度谱；利用原声音信号的相位代替纯净语音信号的相位，对纯净的语音信号的幅度谱及原声音信号的相位进行反傅里叶变换，得到增强的语音信号；利用自适应陷波器对其进行二次滤波，得到降噪后的声音信号。本发明可以提高语音的可懂度；更准确的对各变电站和供电所调度指令的严格执行进行监督；提高电力调度下令及汇报环节的效率和电力调度的准确性。

Description

一种电力调度电话降噪的方法

技术领域

本发明涉及声音降噪的技术领域，尤其涉及一种电力调度电话降噪的方法。

背景技术

电能作为工业生产和人们生活中必不可少的能源，相比于其他能源，电能具有清洁和廉价的优点，随着经济不断发展，人民的生活水平不断提高，人们对于电力的需求也愈来愈高，所以对于电力调度和输送供给提出了更加高的要求。

电力调度是为了保证电网安全稳定运行、对外可靠供电、各类电力生产工作有序进行而采用的一种有效的管理手段。电力调度的具体工作内容是依据各类信息采集设备反馈回来的数据信息，或监控人员提供的信息，结合电网实际运行参数，如电压、电流、频率、负荷等，综合考虑各项生产工作开展情况，对电网安全、经济运行状态进行判断，通过电话或自动系统发布操作指令，指挥现场操作人员或自动控制系统进行调整，如调整发电机出力、调整负荷分布、投切电容器、电抗器等，从而确保电网持续安全稳定运行。

可以看出电力调度在电力系统中处于非常重要地位，电力调度为电网正常运行的各个环节的电力负荷进行有效合理的分配，能够保证电网正常运行，使得电力资源得到合理分配。电力调度通信中心是保障电力调度通信的管理及运行职能单位，主要任务是确保电网调度指挥的正确指令下达并实施，调度通信保障系统是否健全和可靠是整个调度指挥中的首要问题。电力系统调度命令是指电力系统值班调度员按照规定的权限对其调度范围内的下一级调度机构值班调度员和发电厂、变电所值班人员下达的调度任务和指令。调度命令是保证电力系统安全、经济运行和提高电能质量所必需的重要手段，具有高度严肃性，发布命令者要对命令的正确性负责。调度电话是电力调度中非常重要的组成部分，电力公司之间使用调度电话进行各种信息和命令的上下传达，电力调度电话是为保证调度指令的及时、准确下达而设立的一套专门的电话网络，电力系统调度命令一般由值班调度员用规定的术语使用调度电话发布。调度电话是电力通信系统中最为重要的部分，在电力通信系统中的优先级最高，电力调度电话要求具备很高的可靠性，不仅在正常情况下，而且在恶劣的气候条件下和电力系统发生事故时，都要保证调度电话畅通以及通话质量。但是实际上通信系统往往会受到通信环境的影响，语音信号常常被各种噪声干扰，接收到的语音信号通常会伴有噪声，甚至在严重情况下被其完全淹没，降低了语音通信质量，极大地影响了电力调度下令及汇报环节的效率和电力调度的准确性。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明解决的技术问题是：现有技术方案语音可懂度低，电力调度下令及汇报环节的效率和电力调度的准确性低。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：采集调度员的声音信号，对所述声音信号逐帧进行快速傅里叶变换得到所述声音信号频谱；将所述频谱转换为极坐标，得到原声音信号的幅度谱和相位谱及所述原声音信号的相位信息，根据所述幅度谱的非语音段估计出噪声的幅度谱；用所述原声音信号的幅度谱减去估计的噪声幅度谱得到纯净的语音信号的幅度谱；利用所述原声音信号的相位代替纯净语音信号的相位，再对所述纯净的语音信号的幅度谱及所述原声音信号的相位进行反傅里叶变换，得到增强的语音信号；利用自适应陷波器对所述增强的语音信号进行二次滤波，得到降噪后的声音信号。

作为本发明所述的电力调度电话降噪的方法的一种优选方案，其中：所述声音信号包括，定义采集到的声音信号是平稳的：

y(n)＝x(n)+r(n)

其中，r(n)表示噪声，所述噪声是变化比较缓慢的加性噪声且与语音信号x(n)是相互独立的。

作为本发明所述的电力调度电话降噪的方法的一种优选方案，其中：所述频谱包括，对所述声音信号逐帧进行快速傅里叶变换，即所述声音信号从时域转换到频域从而得到其频谱为：

Y(w)＝X(w)+R(w)

其中，X(w)表示频域的语音信号，R(w)表示频域的噪声信号。

作为本发明所述的电力调度电话降噪的方法的一种优选方案，其中：将所述频谱转换为极坐标的形式，所述形式包括，

Y(w)＝|Y(w)|e^j∠Y(w)

其中，Y(w)表示所述声音信号的幅度谱，∠Y(w)表示所述声音信号的相位谱。

作为本发明所述的电力调度电话降噪的方法的一种优选方案，其中：所述纯净的语音信号的幅度谱包括，用所述原声音信号的幅度谱减去估计的噪声幅度谱得到所述纯净的语音信号的幅度谱：

|X(w)|＝|Y(w)|-|R(w)|。

作为本发明所述的电力调度电话降噪的方法的一种优选方案，其中：所述增强的语音信号包括，

X(w)＝|X(w)|e^j∠Y(w)

x(n)＝F^-1[X(w)]

其中，e^j∠Y(w)表示原声音信号的相位，F表示傅里叶变换，F^-1反傅里叶变换。

作为本发明所述的电力调度电话降噪的方法的一种优选方案，其中：所述利用自适应陷波器对所述增强的语音信号进行二次滤波包括，根据量化频率点估计出信号频率的偏离程度，对信号进行频移，然后进行频域滤波，对频域滤波后的信号进行反快速傅里叶变换重构时域信号。

作为本发明所述的电力调度电话降噪的方法的一种优选方案，其中：还包括，利用Kalman滤波策略进一步对信号进行二次滤波。

本发明的有益效果：可以提高语音的可懂度；可以更准确的对各变电站和供电所调度指令的严格执行进行监督；可以提高电力调度下令及汇报环节的效率和电力调度的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明一个实施例提供的一种电力调度电话降噪的方法的基本流程示意图；

图2为本发明一个实施例提供的一种电力调度电话降噪的方法的另一个基本流程示意图；

图3为本发明一个实施例提供的一种电力调度电话降噪的方法的改进的自适应陷波器结构示意图；

图4为本发明一个实施例提供的一种电力调度电话降噪的方法的带噪声的语音信号示意图；

图5为本发明一个实施例提供的一种电力调度电话降噪的方法的传统方法实验结果示意图；

图6为本发明一个实施例提供的一种电力调度电话降噪的方法的实验结果示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

为满足供电有限公司电力调度及安全生产的需要，更好地分析电力生产进行的情况，同时对各变电站和供电所调度指令的严格执行进行监督，严肃调度纪律，从制度上要求电力调度电话必须进行录音，使重要的调度生产联系电话录音能够保存起来，但是，大多数情况下，通信系统的输入端很少能直接收到纯净的原始语音，更多的是被背景噪声干扰后的含噪语音。背景噪声极大地干扰了语音通信的质量，降低了语音的清晰度和可懂性，从而无法准确的对各变电站和供电所调度指令的严格执行进行监督。为了尽可能的提高语音的可懂度，本发明提出一种电力调度电话降噪的方法。

参照图1～3，为本发明的一个实施例，提供了一种电力调度电话降噪的方法，包括：

S1：采集调度员的声音信号，对声音信号逐帧进行快速傅里叶变换得到声音信号频谱；需要说明的是，

声音信号包括，

定义采集到的声音信号是平稳的：

y(n)＝x(n)+r(n)

其中，r(n)表示噪声，噪声是变化比较缓慢的加性噪声且与语音信号x(n)是相互独立的。

进一步的，声音信号频谱包括，

对采集到的声音信号逐帧进行快速傅里叶变换，即将声音信号从时域转换到频域从而得到其频谱为：

Y(w)＝X(w)+R(w)

其中，X(w)表示频域的语音信号，R(w)表示频域的噪声信号。

S2：将频谱转换为极坐标，得到原声音信号的幅度谱和相位谱及原声音信号的相位信息，根据幅度谱的非语音段估计出噪声的幅度谱；需要说明的是，

将傅里叶变换得到的频谱转换为极坐标的形式，可以得到声音信号的幅度谱和相位谱，从中可以得到原声音信号的相位信息，其形式包括，

Y(w)＝|Y(w)|e^j∠Y(w)

其中，Y(w)表示声音信号的幅度谱，∠Y(w)表示声音信号的相位谱。

S3：用原声音信号的幅度谱减去估计的噪声幅度谱得到纯净的语音信号的幅度谱；需要说明的是，

纯净的语音信号的幅度谱包括，

用原声音信号的幅度谱减去估计的噪声幅度谱得到纯净的语音信号的幅度谱：

|X(w)|＝|Y(w)|-|R(w)|

其中，纯净语音信号的幅度谱就是去过噪声的声音信号，但是没有相位信息，将纯净语音信号的幅度谱加上原来声音信号的相位信息，就可以得到一个完整的声音信号。

S4：利用原声音信号的相位代替纯净语音信号的相位，再对纯净的语音信号的幅度谱及原声音信号的相位进行反傅里叶变换，得到增强的语音信号；需要说明的是，

考虑到人耳对语音相位特性的不敏感，可以直接将原声音信号的相位代替纯净语音信号的相位，再对其进行反傅里叶变换，即可得到增强的语音信号；

其中，增强的语音信号包括，

X(w)＝|X(w)|e^j∠Y(w)

x(n)＝F^-1[X(w)]

其中，e^j∠Y(w)表示原声音信号的相位，F表示傅里叶变换，F^-1反傅里叶变换。

S5：利用自适应陷波器对增强的语音信号进行二次滤波，得到降噪后的声音信号；需要说明的是，

由于以上的步骤会对负值有非线性处理，会导致信号在有些频率上产生小的、独立的峰值，这转换到时域上来时会成多频音，也就是音乐噪声，因此将得到的增强后的语音信号通过一个自适应陷波器，陷波器顾名思义就是对特定频率的信号有着很强的衰减的滤波器，根据人讲话的声音频率的的特性，由于人讲话的声音频域集中在一个区域，而噪声均匀分布在频域的各个部分，因此可以将基于傅里叶变换窄带信号频域降噪算法融入到自适应算法中。

如图3所示，为改进的自适应陷波器结构图，利用该自适应陷波器对增强的语音信号进行二次滤波包括，

根据量化频率点估计出信号频率的偏离程度，对信号进行频移，然后进行频域滤波，对频域滤波后的信号进行反快速傅里叶变换重构时域信号，即可有效的抑制信号频域外的噪声，最终获得信号的降噪效果，为防止信号因突然噪声而引起的位置解算突变，利用Kalman滤波策略进一步对信号进行二次滤波，即可以将人声频率之外的声音信号减去得到最终降噪后的信号。

本发明方法利用频谱法对语音信号进行降噪，利用改进的自适应陷波器对降噪后的语音信号进行二次滤波，可以提高语音的可懂度和电力调度下令及汇报环节的效率和电力调度的准确性。

实施例2

参照图4～6为本发明另一个实施例，为对本方法中采用的技术效果加以验证说明，本实施例采用传统技术方案与本发明方法进行对比测试，以科学论证的手段对比试验结果，以验证本方法所具有的真实效果。

传统的技术方案：语音的可懂度以及准确性、效率都比较低。为验证本方法相对传统方法具有较高效率、准确性及可懂度。本实施例中将采用传统频谱降噪法和本方法分别对采集到声音信号的噪声大小进行实时测量对比。测试环境：在仿真平台模拟传输带有噪声的语音信号，分别利用传统方法和本发明方法，开启自动化测试设备并运用MATLB软件编程实现两种方法的仿真测试，根据实验结果得到仿真数据，实验结果如图4～6所示。

如图4，为输入的带有噪声的原始声音信号，利用两种方法进行实验，传统方法的实验结果如图5所示，本发明方法的实验结果如图6所示，从图中可以看出本发明方法降低了通话时的噪声，通过减小通话时的噪声提高了通话时声音信号获取的效率与准确度。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种电力调度电话降噪的方法，其特性在于，包括：

采集调度员的声音信号，对所述声音信号逐帧进行快速傅里叶变换得到所述声音信号频谱；

将所述频谱转换为极坐标，得到原声音信号的幅度谱和相位谱及所述原声音信号的相位信息，根据所述幅度谱的非语音段估计出噪声的幅度谱；

用所述原声音信号的幅度谱减去估计的噪声幅度谱得到纯净的语音信号的幅度谱；

利用所述原声音信号的相位代替纯净语音信号的相位，再对所述纯净的语音信号的幅度谱及所述原声音信号的相位进行反傅里叶变换，得到增强的语音信号；

利用自适应陷波器对所述增强的语音信号进行二次滤波，得到降噪后的声音信号。

2.如权利要求1所述的电力调度电话降噪的方法，其特征在于：所述声音信号包括，

定义采集到的声音信号是平稳的：

y(n)＝x(n)+r(n)

其中，r(n)表示噪声，所述噪声是变化比较缓慢的加性噪声且与语音信号x(n)是相互独立的。

3.如权利要求1或2所述的电力调度电话降噪的方法，其特征在于：所述频谱包括，

对所述声音信号逐帧进行快速傅里叶变换，即所述声音信号从时域转换到频域从而得到其频谱为：

Y(w)＝X(w)+R(w)

其中，X(w)表示频域的语音信号，R(w)表示频域的噪声信号。

4.如权利要求3所述的电力调度电话降噪的方法，其特征在于：将所述频谱转换为极坐标的形式，所述形式包括，

Y(w)＝|Y(w)|e^j∠Y(w)

其中，Y(w)表示所述声音信号的幅度谱，∠Y(w)表示所述声音信号的相位谱。

5.如权利要求4所述的电力调度电话降噪的方法，其特征在于：所述纯净的语音信号的幅度谱包括，

用所述原声音信号的幅度谱减去估计的噪声幅度谱得到所述纯净的语音信号的幅度谱：

|X(w)|＝|Y(w)|-|R(w)|。

6.如权利要求5所述的电力调度电话降噪的方法，其特征在于：所述增强的语音信号包括，

X(w)＝|X(w)|e^j∠Y(w)

x(n)＝F^-1[X(w)]

其中，e^j∠Y(w)表示原声音信号的相位，F表示傅里叶变换，F^-1反傅里叶变换。

7.如权利要求6所述的电力调度电话降噪的方法，其特征在于：所述利用自适应陷波器对所述增强的语音信号进行二次滤波包括，

根据量化频率点估计出信号频率的偏离程度，对信号进行频移，然后进行频域滤波，对频域滤波后的信号进行反快速傅里叶变换重构时域信号。

8.如权利要求7所述的电力调度电话降噪的方法，其特征在于：还包括，

利用Kalman滤波策略进一步对信号进行二次滤波。

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