一种变压器工况识别声纹特征提取方法、装置及介质与流程

本发明涉及声纹识别，并且更具体地，涉及一种变压器工况识别声纹特征提取方法、装置及介质。

背景技术：

1、变压器声纹监测技术是变压器在线监测的新热点，该技术通过在变压器装设声学传感器，利用计算设备对传感器采集声信号进行分析处理和特征提取，随后利用提取的声纹特征对变压器进行状态识别和故障监测。现有主流方案主要由语音识别领域的语音声纹识别技术迁移而来，主要采用语谱图、对数梅尔谱、梅尔倒谱系数等语音识别领域的特征作为变压器工况识别用的声纹特征。

2、变压器的声信号主要来源于变压器铁芯和绕组间由磁致伸缩效应产生的周期性振动，该振动产生的声信号呈现以电网工频频率基频及其倍频为主的振动信号，信号特点和语音信号相比存在显著差别；与此同时，语音识别用的语料信号通常较为纯净，用于变压器工况识别的声信号通常需要在变电站环境采集，环境干扰的影响不可避免。

3、现有的声纹提取方法脱胎于语音识别，识别采用的主要声纹特征是针对语音信号特点设计，在语音场景中性能较好，但并未针对变压器声信号特征和适用场景进行优化设计。其中，语谱图(也叫声谱图)主要适用于短时平稳信号，但对于平稳信号来说，存在大量的冗余数据，且未考虑环境底噪干扰；语音声纹识别中的对数梅尔谱和梅尔倒谱系数按照采用若干滤波器组进行梅尔频带划分，划分的频带面向人耳听音特点进行设计，但每个滤波器子带数量有限，且每个子带可能包含多组变压器振动相关谐波频点，造成提取信号中关于变压器振动生成声信号中的关键性信息缺失。与此同时，语音识别前处理中常用的谱减处理声谱图实现去除环境噪声的平稳成分，然而，变压器振动信号和环境干扰声信号中平稳成分均为平稳信号，该方法也无法处理去除平稳环境噪声中的平稳成分造成的干扰。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种变压器工况识别声纹特征提取方法、装置及介质。

2、根据本发明的一个方面，提供了一种变压器工况识别声纹特征提取方法，包括：

3、采用多帧加窗平均法获取采集的变压器附近的声信号的功率谱；

4、根据功率谱获取代表稳定环境噪声成分的稳态趋势谱；

5、基于电网工频提取功率谱的谐波谱；

6、将谐波谱减去谱趋势，获取变压器振动声纹的去趋势谐波谱；

7、根据去趋势谐波谱，确定是否为变压器声纹特征。

8、可选地，功率谱的计算公式为：

9、

10、其中，g为功率谱，xn为每一帧声信号，winn为每一帧声信号对应的窗函数，p为每帧声信号的功率谱，n为声信号的帧数。

11、可选地，根据功率谱获取代表稳定环境噪声成分的稳态趋势谱，包括：

12、将功率谱进行中值滤波获取代表稳态环境噪声成分的稳态趋势谱，其中稳态趋势谱的计算公式为：

13、

14、其中，z为稳态趋势谱，gw_sort为每一奇数长度为w的滑动窗口内周期图法功率谱数据点按照由小到大排序，取其排序后的点处数据。

15、可选地，谐波谱的提取公式为：

16、

17、其中，g50*n为功率谱中所有50hz的倍频，组成谐波谱x50，n为声信号的帧数。

18、可选地，去趋势谐波谱的计算公式为：

19、c＝x50-z50

20、其中，c为去趋势谐波谱，x50为谐波谱，z50为稳态趋势谱的50hz所有倍频点。

21、可选地，根据去趋势谐波谱，确定是否为变压器声纹特征，包括：

22、将去趋势谐波谱进行归一化处理，获取去趋势后的谐波能量占比；

23、根据谐波能量占比是否存在变压器特征，确定谐波能量占比是否为变压器声纹特征。

24、可选地，谐波能量占比的计算公式为：

25、

26、其中，q为谐波能量占比，c为去趋势谐波谱，∑c为去趋势谐波谱总能量。

27、根据本发明的另一个方面，提供了一种变压器工况识别声纹特征提取装置，包括：

28、第一获取模块，用于采用多帧加窗平均法获取采集的变压器附近的声信号的功率谱；

29、第二获取模块，用于根据功率谱获取代表稳定环境噪声成分的稳态趋势谱；

30、提取模块，用于基于电网工频提取功率谱的谐波谱；

31、第三获取模块，用于将谐波谱减去谱趋势，获取变压器振动声纹的去趋势谐波谱；

32、确定模块，用于根据去趋势谐波谱，确定是否为变压器声纹特征。

33、根据本发明的又一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行本发明上述任一方面所述的方法。

34、根据本发明的又一个方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：处理器；用于存储所述处理器可执行指令的存储器；所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述指令以实现本发明上述任一方面所述的方法。

35、从而，本申请提取声信号功率谱中属于变压器振动生成声信号的谐波谱成分，并通过中值滤波去除环境中的稳态噪声基地干扰，最后对提取出的谐波谱成分进行能量归一化。该方法可有效去除环境信号干扰和受采集传感器灵敏度和音量增益，特征数据量低、可靠性高。

技术特征：

1.一种变压器工况识别声纹特征提取方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述功率谱的计算公式为：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述功率谱获取代表稳定环境噪声成分的稳态趋势谱，包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述谐波谱的提取公式为：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述去趋势谐波谱的计算公式为：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述去趋势谐波谱，确定是否为变压器声纹特征，包括：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述谐波能量占比的计算公式为：

8.一种变压器工况识别声纹特征提取装置，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，确定模块，包括：

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行上述权利要求1-7任一所述的方法。

11.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：

技术总结本发明公开了一种变压器工况识别声纹特征提取方法、装置及介质。其中，方法包括：采用多帧加窗平均法获取采集的变压器附近的声信号的功率谱；根据功率谱获取代表稳定环境噪声成分的稳态趋势谱；基于电网工频提取功率谱的谐波谱；将谐波谱减去谱趋势，获取变压器振动声纹的去趋势谐波谱；根据去趋势谐波谱，确定是否为变压器声纹特征。技术研发人员：程涣超,王一林,赵晓宇,黄毅伟,史超,涂万里,赵义焜,唐勇,谭瑞娟,张耀,王朝华,杜君莉,寇晓适,夏大伟,赵永峰,李超受保护的技术使用者：中国电力科学研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/4/17