[发明专利]一种基于频谱带信噪比的电网频率估计方法

说明书

本发明提出了一种基于频谱带信噪比的电网频率估计方法，具体步骤为：首先确定信号的标准频率值(nominal)；接着进行短时傅里叶变换，从频谱中分别提取标准频率值的多次谐波频谱带；然后计算每个频谱带的信噪比作为权重；最后按权重将这些频谱带进行加权组合，对组合频谱中功率谱密度最大的点进行二次插值提取电网频率。本发明具有更好的准确性和鲁棒性能，且对于从音频信号中提取微弱电网频率信号更加有效。

技术领域

本发明属于信号提取技术领域，具体是一种基于频谱带信噪比的电网频率估计方法。

背景技术

随着数字化时代的来临，以数字化形式存储的多媒体信号可以轻而易举地被修改且不被发现。近年来，电网频率逐渐成为多媒体鉴定的一个重要工具。电网频率是配电网的电源频率，全世界各地的电网都有自己的标准电网频率，在北美地区它的标准值是60Hz，在世界其他大部分地区标准值是50Hz。瞬时电网频率通常在其标准频率值附近波动，这是由于电网中的负载变化和控制机制。任何在电网中录制的音频或视频记录，无论是否直接连接到电源，都被该电网的电网频率信号所影响。由于电网的互连性质，在同一时间同一电网的所有位置，这些变化趋势几乎相同，电网频率是配电网络的一个识别标志，可以通过在电网活动附近所录制的多媒体信号获取。多种基于电网频率信号的法院应用兴起，使得对于提取电网频率的研究更有价值。

目前的电网频率提取方法主要分为含参法和无参法，含参法结果虽准确，计算过程却很复杂，不多加考虑。无参法主要有FFT法、二次插值法、基于频谱图法等。FFT法是对一帧信号作L点FFT变换，取最大幅值对应的频率作为电网频率。虽然计算简单，但结果不够精确，并且只适用于从干净的交流电信号中提取电网频率。二次插值法是基于傅里叶变换的方法，进行傅里叶变换后，在能量最大值的点b_max处使用二次插值，以此来增加频率准确度。

二次插值法比起FFT法更精确，但同样不适用于音频信号。当前的基于频谱图法只利用单纯的一个频谱带，从标准频率值50Hz/60Hz周围的一个频谱带或是一个高次谐波频谱带中提取电网频率，但是电网频率信号不仅在标准频率值附近出现，还存在于它的高次谐波中，所以只使用一个频谱带来提取电网频率不够准确。但是此类方法适用于交流电信号和音频信号。

发明内容

本发明提出了一种基于频谱带信噪比的电网频率估计方法，解决现有电网频率估计方法计算量大、不适用于音频信号，准确性低的问题。

实现本发明的技术解决方案为：一种基于频谱带信噪比的电网频率估计方法，具体步骤为：

步骤1、将输入的交流电信号或音频信号分成若干个时长为T₁分钟的样本；

步骤2、根据各高次谐波频谱带的能量总和确定每个样本的标准频率值；

步骤3、将每个样本分成若干个时长为T₂秒的帧；

步骤4、对每一帧进行N点短时傅里叶变换得到频谱，从频谱中分别提取标准频率值的M个频谱带；

步骤5、分别计算每个频谱带的信噪比，并对各个频谱带的信噪比做归一化处理后作为各个频谱带的权重；

步骤6、将M个频谱带压缩成相同带宽的频谱带，根据权重将压缩后的频谱带进行加权组合，构成组合频谱带；

步骤7、对组合频谱带中功率谱密度最大的点进行二次插值，计算出电网频率。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

(1)不是利用单一频谱带，而是基于多个谐波频谱带提取电网频率，得到的电网频率更加准确；(2)适用于交流电信号和音频信号；(3)计算量相对较小，计算过程简单快速；(4)保证准确性的同时，还具备很好的鲁棒性。

下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。

附图说明