消除工频干扰的方法和系统.pdf

本发明提供一种消除工频干扰的方法和系统，其中方法包括：将输入信号延时得到延时信号，并根据所述延时信号计算得到第一工频信号；将所述第一工频信号进行时频转换，并根据存储的纯工频干扰段的工频频域幅值，对时频转换后的第二工频信号进行幅值调整；将幅值调整后的第三工频信号进行频时转换，得到修正工频信号；将所述输入信号减去所述修正工频信号，得到输出信号。本发明实现了在消除工频干扰的同时，消除延时后的输入信号引起的回声。

权利要求书
1.  一种消除工频干扰的方法，其特征在于，包括：
将输入信号延时得到延时信号，并根据所述延时信号计算得到第一工频信号；
将所述第一工频信号进行时频转换，并根据存储的纯工频干扰段的工频频域幅值，对时频转换后的第二工频信号进行幅值调整；
将幅值调整后的第三工频信号进行频时转换，得到修正工频信号；
将所述输入信号减去所述修正工频信号，得到输出信号。

2.  根据权利要求1所述的消除工频干扰的方法，其特征在于，还包括：在所述对时频转换后的第二工频信号进行幅值调整之后，
进行相邻采样点间的平滑处理，得到所述第三工频信号；
所述将幅值调整后的第三工频信号进行频时转换，具体为：将所述平滑处理后的所述第三工频信号进行频时转换。

3.  根据权利要求1所述的消除工频干扰的方法，其特征在于，在所述将输入信号延时得到延时信号之后，根据所述延时信号计算得到第一工频信号之前，还包括：
检测所述延时信号是否仅包含第四工频信号；
在检测结果为是时，则确定所述延时信号处于所述纯工频干扰段，根据所述延时信号计算得到所述第四工频信号，并将所述第四工频信号进行时频转换，得到所述纯工频干扰段的工频频域幅值；存储所述纯工频干扰段的工频频域幅值。

4.  根据权利要求1-3任一所述的消除工频干扰的方法，其特征在于，所述将输入信号延时得到延时信号之前，还包括：
检测所述输入信号是否存在第五工频信号；
若存在，则获得所述第五工频信号的基频，并对所述基频进行频移跟踪，得到实时基频；
根据所述实时基频获得延时量，以根据所述延时量延时所述输入信号得到所述延时信号。

5.  根据权利要求4所述的消除工频干扰的方法，其特征在于，所述检测所述输入信号是否存在第五工频信号，包括：
将所述输入信号延时工频周期，所述工频周期为工频频率50HZ或60HZ对应的周期；
根据所述输入信号以及延时工频周期后的输入信号，计算所述输入信号的能量和周期残差能量；
若所述能量大于周期残差能量，则计算所述输入信号的能量差对数域均值；
返回执行所述将输入信号延时工频周期，所述输入信号为下一个输入信号，并得到所述下一个输入信号的能量差对数域均值，直至到达预设检测时间；
若在所述预设检测时间内，计算得到的多个所述能量差对数域均值均超过设定阈值，则判定所述输入信号存在所述第五工频信号，且所述第五工频信号的基频为所述工频周期对应的工频频率。

6.  根据权利要求4所述的消除工频干扰的方法，其特征在于，所述对所述基频进行频移跟踪，得到实时基频，包括：
根据所述第五工频信号的基频，从所述输入信号提取所述基频对应的工频基频信号；
利用相关法频移跟踪，对所述工频基频信号进行相关性处理，得到所述基频的频移值；
若所述频移值在预设范围内，则保持所述基频不变；否则，根据所述频移值计算得到所述实时基频。

7.  一种消除工频干扰的系统，其特征在于，包括：工频滤波模块，所述工频滤波模块包括：
滤波延时单元，用于将输入信号延时得到延时信号；
工频计算单元，用于根据所述延时信号计算得到第一工频信号；
工频修正单元，用于将所述第一工频信号进行时频转换，并根据存储的纯工频干扰段的工频频域幅值，对时频转换后的第二所述工频信号进行幅值调整；将幅值调整后的第三所述工频信号进行频时转换，得到修正工频信号；
滤波输出单元，用于将所述输入信号减去修正工频信号，得到输出信号。

8.  根据权利要求7所述的消除工频干扰的系统，其特征在于，所述工频修正单元，还用于在所述对时频转换后的第二工频信号进行幅值调整之后， 进行相邻采样点间的平滑处理，得到所述第三工频信号。

9.  根据权利要求7所述的消除工频干扰的系统，其特征在于，所述工频滤波模块，还包括：
幅值确定单元，用于在将输入信号延时得到延时信号之后，根据所述延时信号计算得到第一工频信号之前，检测所述延时信号是否仅包含第四工频信号；在检测结果为是时，则确定所述延时信号处于所述纯工频干扰段，根据所述延时信号计算得到所述第四工频信号，并将所述第四工频信号进行时频转换，得到所述纯工频干扰段的工频频域幅值；存储所述纯工频干扰段的工频频域幅值。

10.  根据权利要求7-9任一所述的消除工频干扰的系统，其特征在于，还包括：
工频检测模块，用于在将输入信号延时得到延时信号之前，检测所述输入信号是否存在第五工频信号；并在检测结果为存在工频信号时，获得所述第五工频信号的基频；
工频跟踪模块，用于对所述基频进行频移跟踪，得到实时基频；
所述工频滤波模块中的所述滤波延时单元，具体用于根据所述实时基频获得延时量，根据所述延时量延时所述输入信号得到所述延时信号。

11.  根据权利要求10所述的消除工频干扰的系统，其特征在于，所述工频检测模块，包括：
检测延时单元，用于将所述输入信号延时工频周期，所述工频周期为工频频率50HZ或60HZ对应的周期；
能量计算单元，用于根据所述输入信号以及延时工频周期后的输入信号，计算所述输入信号的能量和周期残差能量，若所述能量大于所述周期残差能量，则计算所述输入信号的能量差对数域均值；
干扰判断单元，用于在预设检测时间内，计算得到的多个所述能量差对数域均值均超过设定阈值时，则判定所述输入信号存在所述第五工频信号；
基频确定单元，用于在所述输入信号存在所述第五工频信号时，确定所述第五工频信号的基频为所述工频周期对应的工频频率。

12.  根据权利要求11所述的消除工频干扰的系统，其特征在于，所述工频跟踪模块，包括：
基频信号提取单元，用于根据所述工频检测模块中的基频确定单元确定的所述第五工频信号的基频，从所述输入信号提取所述基频对应的工频基频信号；
相关频移跟踪单元，用于利用相关法频移跟踪，对所述工频基频信号进行相关性处理，得到所述基频的频移值；
实时基频更新单元，用于在所述频移值在预设范围内时，保持所述基频不变；否则，根据所述频移值计算得到所述实时基频。

说明书消除工频干扰的方法和系统
技术领域
本发明涉及音频处理技术，尤其涉及一种消除工频干扰的方法和系统。
背景技术
电子设备工作过程中经常会引入各种干扰和噪声，其中最常见的就是工频干扰。工频干扰是由于交流电网工频电磁场分布、供电变压器接地方式、热地底技术的采用等原因而引入的工频信号产生的干扰，工频干扰将使得音源信号引入“嘟嘟”响的电流声，严重影响耳听感受。因此，必须消除工频干扰，才能改善音频效果。
现有技术中，存在采用数字梳状滤波器消除工频干扰的方式，该梳状滤波器通常会将输入信号(该输入信号是音频信号)进行延时处理后计算工频信号，再在输入信号的基础上减去该工频信号，即得到消除工频干扰后输出的音频信号。但是，由于梳状滤波器是根据延时后的输入信号计算工频信号的，所以计算出来的工频信号其实是带有延时后的输入信号的，也导致输出的音频信号中带有回声，影响音频效果。
发明内容
本发明提供一种消除工频干扰的方法和系统，以使得在消除工频干扰的同时，消除延时后的输入信号引起的回声。
本发明的第一方面是提供一种消除工频干扰的方法，包括：
将输入信号延时得到延时信号，并根据所述延时信号计算得到第一工频信号；
将所述第一工频信号进行时频转换，并根据存储的纯工频干扰段的工频频域幅值，对时频转换后的第二工频信号进行幅值调整；
将幅值调整后的第三工频信号进行频时转换，得到修正工频信号；
将所述输入信号减去所述修正工频信号，得到输出信号。
结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，还包括：在所述对时频转换后的第二工频信号进行幅值调整之后，进行相邻采样点间的平滑处理，得到所述第三工频信号；所述将幅值调整后的第三工频信号进行频时转换，具体为：将所述平滑处理后的所述第三工频信号进行频时转换。
结合第一方面，在第二种可能的实现方式中，在所述将输入信号延时得到延时信号之后，根据所述延时信号计算得到第一工频信号之前，还包括：检测所述延时信号是否仅包含第四工频信号；在检测结果为是时，则确定所述延时信号处于所述纯工频干扰段，根据所述延时信号计算得到所述第四工频信号，并将所述第四工频信号进行时频转换，得到所述纯工频干扰段的工频频域幅值；存储所述纯工频干扰段的工频频域幅值。
结合第一方面、或第一方面的第一种可能的实现方式、或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，所述将输入信号延时得到延时信号之前，还包括：检测所述输入信号是否存在第五工频信号；若存在，则获得所述第五工频信号的基频，并对所述基频进行频移跟踪，得到实时基频；根据所述实时基频获得延时量，以根据所述延时量延时所述输入信号得到所述延时信号。
结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述检测所述输入信号是否存在第五工频信号，包括：将所述输入信号延时工频周期，所述工频周期为工频频率50HZ或60HZ对应的周期；根据所述输入信号以及延时工频周期后的输入信号，计算所述输入信号的能量和周期残差能量；若所述能量大于周期残差能量，则计算所述输入信号的能量差对数域均值；返回执行所述将输入信号延时工频周期，所述输入信号为下一个输入信号，并得到所述下一个输入信号的能量差对数域均值，直至到达预设检测时间；若在所述预设检测时间内，计算得到的多个所述能量差对数域均值均超过设定阈值，则判定所述输入信号存在所述第五工频信号，且所述第五工频信号的基频为所述工频周期对应的工频频率。
结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述对所述基频进行频移跟踪，得到实时基频，包括：根据所述第五工频信号的基频，从所述输入信号提取所述基频对应的工频基频信号；利用相关法频移跟踪，对所述工频基频信号进行相关性处理，得到所述基频的频移值； 若所述频移值在预设范围内，则保持所述基频不变；否则，根据所述频移值计算得到所述实时基频。
本发明的第二方面是提供一种消除工频干扰的系统，包括：工频滤波模块，所述工频滤波模块包括：
滤波延时单元，用于将输入信号延时得到延时信号；
工频计算单元，用于根据所述延时信号计算得到第一工频信号；
工频修正单元，用于将所述第一工频信号进行时频转换，并根据存储的纯工频干扰段的工频频域幅值，对时频转换后的第二所述工频信号进行幅值调整；将幅值调整后的第三所述工频信号进行频时转换，得到修正工频信号；
滤波输出单元，用于将所述输入信号减去修正工频信号，得到输出信号。
结合第二方面，在第一种可能的实现方式中，所述工频修正单元，还用于在所述对时频转换后的第二工频信号进行幅值调整之后，进行相邻采样点间的平滑处理，得到所述第三工频信号。
结合第二方面，在第二种可能的实现方式中，所述工频滤波模块，还包括：幅值确定单元，用于在将输入信号延时得到延时信号之后，根据所述延时信号计算得到第一工频信号之前，检测所述延时信号是否仅包含第四工频信号；在检测结果为是时，则确定所述延时信号处于所述纯工频干扰段，根据所述延时信号计算得到所述第四工频信号，并将所述第四工频信号进行时频转换，得到所述纯工频干扰段的工频频域幅值；存储所述纯工频干扰段的工频频域幅值。
结合第二方面、或第二方面的第一种可能的实现方式、或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，还包括：工频检测模块，用于在将输入信号延时得到延时信号之前，检测所述输入信号是否存在第五工频信号；并在检测结果为存在工频信号时，获得所述第五工频信号的基频；工频跟踪模块，用于对所述基频进行频移跟踪，得到实时基频；所述工频滤波模块中的所述滤波延时单元，具体用于根据所述实时基频获得延时量，根据所述延时量延时所述输入信号得到所述延时信号。
结合第二方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述工频检测模块，包括：检测延时单元，用于将所述输入信号延时工频周期，所述工频周期为工频频率50HZ或60HZ对应的周期；能量计算单元，用 于根据所述输入信号以及延时工频周期后的输入信号，计算所述输入信号的能量和周期残差能量，若所述能量大于所述周期残差能量，则计算所述输入信号的能量差对数域均值；干扰判断单元，用于在预设检测时间内，计算得到的多个所述能量差对数域均值均超过设定阈值时，则判定所述输入信号存在所述第五工频信号；基频确定单元，用于在所述输入信号存在所述第五工频信号时，确定所述第五工频信号的基频为所述工频周期对应的工频频率。
结合第二方面的第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述工频跟踪模块，包括：基频信号提取单元，用于根据所述工频检测模块中的基频确定单元确定的所述第五工频信号的基频，从所述输入信号提取所述基频对应的工频基频信号；相关频移跟踪单元，用于利用相关法频移跟踪，对所述工频基频信号进行相关性处理，得到所述基频的频移值；实时基频更新单元，用于在所述频移值在预设范围内时，保持所述基频不变；否则，根据所述频移值计算得到所述实时基频。
本发明提供的消除工频干扰的方法和系统的技术效果是：通过将工频信号进行时频转换，并根据纯工频干扰段的工频频域幅值，对时频转换后的工频信号进行幅值调整，消除了工频信号中的语音信号，从而实现了在消除工频干扰的同时，消除延时后的输入信号引起的回声。
附图说明
图1为本发明消除工频干扰的方法一实施例的流程示意图；
图2为本发明消除工频干扰的方法另一实施例的流程示意图；
图3为本发明消除工频干扰的方法另一实施例中的工频检测流程图；
图4为本发明消除工频干扰的方法另一实施例中的相关频移跟踪示意图；
图5为本发明消除工频干扰的方法另一实施例中的梳状滤波器处理流程图；
图6为本发明消除工频干扰的方法另一实施例中的工频修正处理流程图；
图7为本发明消除工频干扰的系统一实施例的结构示意图；
图8为本发明消除工频干扰的系统另一实施例的结构示意图。
具体实施方式
实施例一
本发明实施例的消除工频干扰的方法是对梳状滤波器的处理流程进行的改进，图1为本发明消除工频干扰的方法一实施例的流程示意图，如图1所示，该方法包括：
101、将输入信号延时得到延时信号，并根据延时信号计算得到第一工频信号；
其中，梳状滤波器在接收到输入信号后，会对该输入信号进行延时处理；延时后的输入信号可以称为延时信号。本实施例中，输入信号为音频信号。
所述的第一工频信号即是在输入信号中存在的工频干扰信号，梳状滤波器的目的就是将该第一工频信号从输入信号中过滤掉，以消除工频干扰。
需要说明的是，所述的第一工频信号、以及在后续的各实施例中提到的第二工频信号、第三工频信号、第四工频信号等，实际上都是工频信号，本发明实施例只是为了更好的区分工频信号在对应不同的处理之后的状态，而采用第一、第二、第三等加以区分。例如，对某个工频信号进行时频转换的前后，是两种不同的工频信号，一个是时域内的信号，另一个是频域内的信号，可以用第一、第二进行区分；又例如，对某个工频信号进行幅值调整的前后，也是两种不同的工频信号，这两种工频信号的幅值不同，也可以进行区分。在后续的实施例中出现上述的工频信号不同的名称时不再详述。
102、将所述第一工频信号进行时频转换；
例如，可以利用离散傅里叶变换，对第一工频信号进行时域到频域的转换。
103、根据存储的纯工频干扰段的工频频域幅值，对时频转换后的第二工频信号进行幅值调整；
其中，所述的纯工频干扰段指的是，输入信号中只有工频信号，而不含有语音；因为，根据音频信号的特点，语音通常都不是连续的，有一段时间有语音，可能另一段时间就没有语音，所以，就会出现在某段时间内没有语音而只有工频信号的状态；本实施例就将这种只有工频信号的状态称为纯工频干扰段(实际实施中，纯工频干扰段也包含有部分背景噪声，但该背景噪声由于后续会进行平滑等后处理，所以对去工频影响不大)。
所述的纯工频干扰段的工频频域幅值，也是在确定输入信号处于纯工频干扰段时，将输入信号进行时频转换后，得到的工频频域幅值。需要说明的 是，这里存储的纯工频干扰段的工频频域幅值，通常是一周期工频频域幅值，例如，工频信号通常是正弦波形式，一周期工频频域幅值也就是该正弦波中的完整一个周期的频域幅值。
本实施例中，根据纯工频干扰段的工频频域幅值，对第二工频信号进行幅值调整，所述的幅值调整指的是，将第二工频信号的当前时刻所在的一周期工频频域幅值与纯工频干扰段的工频频域幅值成比例调整，从波形上看，就类似于当前时刻的第二工频信号的波形与纯工频干扰段的工频波形近似相同，只是有可能幅值有所不同。
如果第一工频信号中包含有语音信号等高频信号，即延时处理后的输入信号，就可能导致第二工频信号的波形形状不规则，幅值有所变化，比如出现某些突起或者凹进等；而根据纯工频干扰段的工频频域幅值进行调整后，得到第三工频信号，就可以恢复第二工频信号应有的波形形状，剔除其中的语音信号，使得第三工频信号尽可能的纯净，不会加载有语音信号，从而就可以在输出信号中消除回声。
104、将幅值调整后的第三工频信号进行频时转换，得到修正工频信号；
其中，经过上述幅值调整处理后，得到第三工频信息，就可以将该第三工频信号进行频时转换，得到修正工频信号，该修正工频信号就是去除了语音信号的纯净的工频信号。
105、将所述输入信号减去所述修正工频信号，得到输出信号。
其中，梳状滤波器在得到修正工频信号后，将该修正工频信号从输入信号中去除，就消除了工频干扰。
本实施例的消除工频干扰的方法，通过将工频信号进行时频转换，并根据纯工频干扰段的工频频域幅值，对时频转换后的工频信号进行幅值调整，消除了工频信号中的语音信号，从而实现了在消除工频干扰的同时，消除延时后的输入信号引起的回声。
实施例二
实施例一中所述的方法，是对梳状滤波器在工频滤波阶段的处理流程进行的改进，本实施例的消除工频干扰的方法，在实施例一的基础上，增加了工频滤波阶段之前的工频检测、工频跟踪流程，以进一步提高对输入信号是否存在工频干扰的检测准确性，以避免误处理；并且，获得更精确的工频基 频，以克服工频电网非稳定性引起的基频漂移，提高工频干扰的消除效果。
图2为本发明消除工频干扰的方法另一实施例的流程示意图，该图2示出了本实施例方法的整体流程，该方法是由消除工频干扰的系统执行的。输入信号在输入该系统之后，系统将依次对该输入信号执行工频检测、工频跟踪以及工频滤波三个流程阶段的处理，最终得到输出信号。其中，
工频检测：主要是检测输入信号中是否存在工频信号即是否存在工频干扰，可以将该工频检测是否存在的工频信号称为第五工频信号；如果不存在工频干扰(图2中的“0”表示不存在工频干扰)，则输入信号不做任何处理，直接输出，即得到输出信号；否则，如果存在工频干扰(图2中的“1”表示存在工频干扰)，则该工频检测阶段还会获取该第五工频信号的基频，并将该基频值发送至工频跟踪阶段，根据该基频进行工频跟踪；
工频跟踪：主要是对工频检测阶段得到的基频进行实时跟踪，以应对电网非稳定性引起的基频漂移现象，在基频偏移较大时，对基频进行更新获取实时基频；
工频滤波：根据工频跟踪阶段确定的实时基频，获得延时量；并根据该延时量对输入信号进行延时得到延时信号，根据延时计算第一工频信号，将工频信号从输入信号中去除，就完成了对输入信号中的工频干扰的消除，得到输出信号。本实施例中，在工频滤波阶段是采用梳状滤波器对工频干扰进行滤除的。
下面将依照处理流程的顺序，分别对上述的工频检测、工频跟踪以及工频滤波三个流程阶段的处理做详细说明：
工频检测：
工频基频是由发电机决定的，目前只有两个基频标准：50HZ和60HZ；本实施例的工频检测阶段的主要目的是，检测输入信号中是否存在工频信号，如果存在，则还要确定该工频信号的基频是50HZ还是60HZ。
本实施例，是通过对输入信号进行周期残差能量计算，来判断是否存在工频干扰的；可以预先设置一能量差对数域均值的设定阈值，在连续的一段时间内(即预设检测时间内)计算多次能量差对数域均值，如果在该预设检测时间内，多次计算得到的能量差对数域均值都超过了该设定阈值，则判定为工频干扰存在；否则工频干扰不存在；因为例如对于某些类似工频信号的 音乐信号，其频率不会长时间稳定在工频信号所在的频率范围，所以，通过跟踪上述输入信号的能量差对数域均值的周期稳定性的变化，可以减少误判的发生。
具体的，参见图3，图3为本发明消除工频干扰的方法另一实施例中的工频检测流程图，该检测过程包括：
301、接收输入信号；例如，该输入信号为音频信号；
其中，在接收到输入信号后，将分别执行302和303；
302、计算输入信号的能量E0；
其中，可以是计算L长度的输入信号的能量E0，该L长度在本实施例中例如可以是一个工频周期T的输入信号。
303、将输入信号延时工频周期T；
其中，如果输入信号是x(n)，延时工频周期T后为x(n-T)。所述的x(n)表示其中一个抽样的输入信号，例如，抽取了100个输入信号，即进行了100次抽样，则x(1)、x(2)......x(100)分别表示这100个输入信号。
所述的工频周期是工频频率50HZ或60HZ对应的周期；如前边所述的，目前的工频基频即工频频率只有50HZ或者60HZ，如果存在工频干扰，本实施例要确定到底是50HZ还是60HZ，所以，本实施例实际是同时计算50HZ、60HZ的工频信号对应的周期残差能量的，也就是，本步骤303中，将输入信号分别延时50HZ的工频周期、以及60HZ的工频周期，得到两个延时后的输入信号。假设将输入信号x(n)延时50HZ的工频周期T1后，得到延时信号x(n-T1)，将输入信号x(n)延时60HZ的工频周期T2后，得到的延时信号是x(n-T2)。
304、计算输入信号的周期残差能量E1；
其中，周期残差能量的计算，实际上是将输入信号、与303中延时后的输入信号中的对应抽样点的幅值进行相减，比如通过图3中所示的减法器G1相减，再计算对应相减后的平方，最后计算各抽样点的进行上述平方之后的平方和得到周期残差能量E1。
同上，本步骤中也需要分别计算对应50HZ、60HZ的周期残差能量；例如，将输入信号与延时信号x(n-T1)相减得到的是对应50HZ的周期残差能量E150，将输入信号与延时信号x(n-T2)相减得到的是对应60HZ的周期残差能 量E160。
305、判断输入信号的能量E0是否大于周期残差能量E1；
如果E0不大于E1(图3中的“0”表示判断结果为否)，则得到输入信号的能量差对数域均值(Par Energy，简称：PE)为0，不做后续处理；
如果E0大于E1(图3中的“1”表示判断结果为是)，则继续执行306。
同理，本步骤中也需要分别比较50HZ、60HZ对应的E0和E1，例如比较E0与E150，以及比较E0与E160。
306、计算输入信号的能量差对数域均值PE＝10*lg10((E0-E1)/L。
其中，得到的能量差对数域均值PE包括分别对应50HZ、60HZ的PE。
此外，本实施例的消除工频干扰的方法，在对音频信号进行工频干扰的消除时，是采取抽样处理的方式，例如，每间隔时间t进行一次抽样，得到一次输入信号，进行本实施例所述方法的信号处理；所以，在上述的步骤中，是对其中一次抽样的处理，比如是对某个周期信号的处理，如302中提到的，是对L长度(可以是一个工频周期T)的输入信号。如果要检测该音频信号是否存在工频干扰，根据前面所述的工频干扰的周期稳定性原理，本实施例将跟踪一段时间的能量差对数域均值，例如可以连续计算4个周期，来判断该输入信号是否稳定。所以，如图3所示，返回执行301，执行下一个输入信号的处理，并最终得到下一个输入信号的能量差对数域均值PE。然后，再返回执行301，直至到达预设检测时间，该预设检测时间是能够判断信号是否满足周期稳定性的一段时间，例如所述的可以是连续计算4个工频周期。
307、在到达预设检测时间时，判断计算得到的多个能量差对数域均值PE是否均超过设定阈值；
如果判断结果为是(图3中的分支1)，则表明该输入信号具有周期稳定性，因为例如如果是对于某些类似工频的音乐信号，其频率不会长时间稳定在工频干扰所在的范围，计算得到的能量差对数域均值也不会在一段时间内始终超过设定阈值的，所以确定该输入信号中存在工频干扰，即输入信号存在所述第五工频信号，继续执行308。否则，如果判断结果为否(图3中的分支0)，则表明该输入信号不存在工频干扰。所述的设定阈值在具体实施中可以根据经验设定。
当输入信号不存在工频干扰时，可以参见图2，图2中的分支“0”表示 不存在工频干扰，输入信号将不再继续执行工频跟踪阶段的流程，因为该输入信号中不存在工频干扰，所以不需要执行后续的工频跟踪、工频滤波，直接输出即可；当输入信号存在工频干扰时，图2中的分支“1”表示存在工频干扰，输入信号才继续执行工频跟踪阶段的处理。
308、确定输入信号中存在的第五工频信号的基频；
其中，所述的第五工频信号的基频就是所述工频周期对应的工频频率。
例如，如果对应将输入信号延时50HZ的工频周期T1的情况，最终得到该50HZ对应的PE在预设检测时间内均超过设定阈值，则可以确定输入信号中存在的工频信号的基频就是50HZ；同理，如果60HZ对应的PE在预设检测时间内均超过设定阈值，则可以确定输入信号中存在的工频信号的基频就是60HZ。通常检测结果只有一种基频，不会两种基频均满足条件的。
通过上述的工频检测阶段，已经确定了输入信号中是否存在第五工频信号，并且，如果存在，也已经确定了该第五工频信号的基频；之后，输入信号将进入下一个阶段即工频跟踪阶段。
需要说明的是，假设在消除工频干扰的系统中，对输入信号执行工频检测阶段处理的是工频检测模块，执行工频跟踪阶段处理的是工频跟踪模块，执行工频滤波阶段处理的是工频滤波模块(该功率滤波模块可以是梳状滤波器)，那么输入信号在执行完工频检测阶段处理后，将直接进入工频跟踪模块(在工频检测阶段时执行的303步骤所述的延时处理只是在该检测阶段所采取的处理，进入工频跟踪模块的仍然是输入信号x(n))。
工频跟踪：
本工频跟踪阶段处理的主要目的如下：在后边的功率滤波阶段，本实施例是采用梳状滤波器进行处理的，梳状滤波器通常需要对输入信号进行延时后，再根据延时信号计算得到工频信号，而对输入信号的延时量是根据工频基频确定的，比如工频检测模块确定的工频基频(50HZ或60HZ)。但是，具体实施中，可能会由于发电机工作稳定性不会特别理想、电网负载变化等导致频率漂移，所以，实际应用中可能碰到非标准基频的工频信号，如果仍然按照标准的工频基频(50HZ或60HZ)进行滤波，工频干扰的消除效果可能变差。基于此，本实施例为了提高工频干扰的消除效果，通过该工频跟踪阶段，检测频率漂移量，并获取实时基频，以使得基频更加精确，这样将实 时基频发送至梳状滤波器(即工频滤波模块)，梳状滤波器就可以根据该实时基频确定延时量，也使得工频干扰的消除更加精确。
其中，输入信号在初次进入该消除工频干扰的系统后，经过工频检测模块，直接发送至工频跟踪模块；并且，工频检测模块在初次确定该输入信号中存在工频干扰时，会将确定的工频基频发送至工频跟踪模块，并告知工频跟踪模块该输入信号中存在工频干扰；工频跟踪模块会进行本实施例的基频跟踪处理。在后面抽样的输入信号进入该消除工频干扰的系统后，由于是同一种输入信号(只是对应的抽样时间不同)，工频检测模块将不再告知工频跟踪模块工频基频，也就是说该输入信号必定一直是这种基频，不需要每次检测都通知工频跟踪模块了。
具体的，本实施例在工频跟踪阶段进行两部分的处理：工频基频信号的提取、以及相关法频移跟踪处理；分别说明如下：
工频基频信号的提取：本实施例的工频跟踪模块，使用了陷波器，该陷波器可以根据工频检测模块发送的工频基频，从接收的输入信号中提取工频基频信号，以在后面的相关法频移跟踪处理阶段对该提取的工频基频信号做相关性处理，计算出基频偏移量(也可以称为频移值)。
陷波器的传递函数如下：
H(Z)=1+α*Z-1+*Z-21+α*p*Z-1+p2*Z-2,0<p<1...(1)]]>
其中，为了获得尽可能稳定的工频基频信号，使陷波器足够陡峭，上述公式(1)中的系数a按如下取值：
α＝-2*cos(2*pi*f/Fs)......(2)
在公式(2)中，f为需要陷波器进行陷波处理的目标基频例如是工频检测模块发送的工频基频、Fs为输入信号的抽样频率。
根据以上的陷波器传递函数，可以得到陷波器的具体实现公式是：
y(n)＝x(n)+α*x(n-1)+*x(n-2)-α*p*y(n-1)-p2*x(n-2)
.........(3)
根据上述的公式(3)，可以得到工频基频信号如下：
z(n)＝-(α*x(n-1)+*x(n-2)-α*p*y(n-1)-p2*x(n-2))............(4)
上述的公式(3)和(4)中的n表示各抽样信号；根据上述的各公式，陷波器就可以从输入信号中提取工频基频信号。
相关法频移跟踪处理：该相关法频移跟踪处理的实现过程主要是，参见图4，图4为本发明消除工频干扰的方法另一实施例中的相关频移跟踪示意图。本实施例设定的相关距离为L＝10T，T为工频周期；取当前处理的输入信号所在的位置Z1的前后两个周期的工频基频信号(即图4中所示的S1)，以及过去距离L位置Z2的前后两个周期的工频基频信号(即图4中所示的S2)；将工频基频信号S2进行5样点偏移相关计算。这里的5样点偏移相关计算可以按照常规的相关法频移跟踪的计算方式处理，具体的计算方式不再详述。
主要是将工频基频信号S2分别向左右两个方向以一个抽样点间距逐个计算，每移动一个抽样点间距，就将移动后的工频基频信号与工频基频信号S1进行对应抽样点的幅值相乘，得到这两个信号的相关值。将工频基频信号S2最大向左移动5个抽样点，向右也最大移动5个抽样点，得到最大的相关值对应的工频基频信号所在的位置，也即是最大的相关值对应的工频基频信号与Z2的偏移值，例如，工频基频信号相对于Z2向左偏移了5个抽样点，即图4中所示的S3所指的工频基频信号。
上述得到的偏移5个抽样点是L长度即10个工频周期的偏移量，再据此计算得到平均一个周期的偏移样点；如果一个周期平均偏移不到一个样点，则表明工频基频较为稳定，保持原基频值不变即可，这里的原基频即公式(2)中的f所指代的基频，相当于目标基频；如果工频基频不稳定，一个周期平均偏移较大，则需要对原基频进行更新，更新的方法是，比如，假设一个周期平均向左偏移了2个抽样点，而原来的一周期工频基频信号包含4个抽样点，则将工频基频信号更改为一周期包含6个抽样点(相当于增加2个抽样点，如果向右偏移，则去掉两个抽样点)，这样由于抽样频率是一定的，所以一周期的工频基频信号对应的时间将增加，工频基频信号的基频将减小，可以计算得到新的工频基频，即实时基频。
根据上面所述的原理，向左偏移的2个抽样点可以称为工频基频的频移值，若所述频移值在预设范围内(比如频移不到一个抽样点)，则保持所述基频不变；否则，根据所述频移值计算得到所述实时基频。本实施例的相关 法频移跟踪，在工频基频不稳定，频偏较大时，可以自适应调整跟踪速度，即可以相应调小相关距离L。
在对下一次的输入信号进行工频跟踪处理时，例如对下一帧的音频信号进行处理时，工频跟踪模块会将当前处理帧得到的实时基频作为下一次跟踪的基频，也就是作为公式(2)中的f，当前处理帧的实时基频将成为下一处理帧时陷波器要提取的工频基频信号对应的基频。采用本实施例的方法，对工频基频的获得精度高达0.04HZ，将大大提高后续的工频滤波阶段中根据该工频基频消除工频干扰的效果。
工频滤波：
工频滤波阶段将根据工频跟踪阶段得到的实时基频，进行工频信号的消除处理。本实施例的工频滤波模块采用的是梳状滤波器，图5为本发明消除工频干扰的方法另一实施例中的梳状滤波器处理流程图，如图5所示，梳状滤波器在本实施例改进之前的原有的工频滤波原理主要是，在接收到输入信号x(n)之后，先将该x(n)进行延时，得到延时信号x(n-T)，再根据该延时信号x(n-T)计算得到工频信号z(n)，最后从输入信号x(n)中减去计算得到的工频信号z(n)就得到滤波输出信号y(n)。
本实施例中，主要是考虑到由于是根据延时信号x(n-T)计算工频信号，所以得到的工频信号z(n)其实是带有延时后的输入信号信息的，即存在回声；本实施例的改进主要是消除工频信号z(n)中的回声，使得计算的工频信号尽可能的纯净。参见图5，在根据延时信号x(n-T)计算得到工频信号z(n)后，增加了工频修正的处理阶段，该工频修正的主要目的就是消除工频信号z(n)中的回声信息，得到修正工频信号z’(n)，从输入信号x(n)中减去该修正工频信号z’(n)，得到滤波输出信号y’(n)，该y’(n)中不含有回声。
下面对该梳状滤波器的处理流程做详细说明：
该梳状滤波器的传递函数是：
H(Z)=1-b1*Z-T-b2*Z-T+11-α1*p*Z-T-α2*p*Z-T+1,0<α1,α2,b1,b2<1...(5)]]>
其中，T为延时量，是工频基频周期(即工频周期)，是根据T＝Fs/f计算，取整数；系数α1、α2、b1、b2根据T＝Fs/f的余数进行设定；Fs是抽样频 率，f是工频基频；系数p：0＜p＜1。
根据上述的传递函数，可以得到梳状滤波器的处理实现方程如下：
y(n)＝x(n)-b1*x(n-T)-b2*x(n-T+1)+α1*p*y(n-T)+α2*p*x(n-T+1)
.........(6)
根据上述公式(6)可以得到该梳状滤波器计算工频信号的方程为：
z(n)＝b1*x(n-T)+b2*x(n-T+1)-α1*p*y(n-T)-α2*p*x(n-T+1)...(7)
根据公式(7)，梳状滤波器就可以根据延时信号计算得到工频信号z(n)。接着，对工频信号z(n)进行修正处理得到修正工频信号z’(n)，该修正处理的详细过程可以参见图6，图6为本发明消除工频干扰的方法另一实施例中的工频修正处理流程图。
参见图6所示，在将输入信号延时T后，在根据延时信号x(n-T)计算工频信号z(n)之前，检测x(n-T)是否仅包含工频信号，即可以进行语音活动检测(Voice Activation Detection，简称：VAD)，通过该检测可以判断出延时信号x(n-T)中是否包含语音。假设VAD检测的两个分支中，0表示含语音，
1表示纯干扰即不含语音仅包含工频信号，可以将该工频信号称为第四工频信号。当检测结果为1时，表明是纯干扰状态即延时信号处于纯工频干扰段；此时，继续根据该延时信号x(n-T)计算得到第四工频信号z(n)，并将第四工频信号z(n)进行时频转换得到Z(n)，此时可以得到纯工频干扰段的工频频域幅值，保存该频域幅值即可。所述保存的频域幅值是当前时刻即当前处理帧的一周期工频频域幅值，是保存的工频信号的完整一个周期的幅值。
之后，只要接收到输入信号，在将输入信号延时后，都会对延时信号x(n-T)进行上述的VAD检测；在每个纯工频干扰段，如果工频频域发生变化的话，都要对之前保存的频域幅值进行更新。而如果VAD的检测结果为0，表明含有语音，不是纯工频干扰段，则不做处理，继续保持存储的频域幅值不变。
如果将上述的VAD检测的部分称为分支F1，另一个分支F2则是工频修正的主过程，实际上，分支F1所做的VAD检测以及存储工频频域幅值，是在为分支F2服务，在分支F2中将根据分支F1中所存储的频域幅值，对工频信号进行幅值调整。此外，需要说明的是，在将输入信号延时得到延时信号x(n-T)后，分支F1和分支F2都将执行。
对于分支F2，在根据延时信号x(n-T)、以及上面所述的公式(7)计算得到第一工频信号z(n)后，对第一工频信号z(n)进行时频转换得到第二工频信号Z(n)，例如可以是利用离散傅里叶变换技术进行时频转换。然后，对时频转换后的第二工频信号Z(n)进行幅值调整，具体是根据之前存储的纯工频干扰段的工频频域幅值进行幅值调整，调整的原理是，将当前的第二工频信号Z(n)中的一周期工频频域幅值按照纯工频干扰段的工频频域幅值进行等比例调整，使得当前第二工频信号Z(n)中的波形与纯工频干扰段的工频波形一致，这样就可以使得第二工频信号尽可能的纯净，不会加载有语音信号的影响；幅值调整后的工频信号是Z’(n)，可以称为第三工频信号。其中，在进行幅值调整之后，还可以对调整后的第二工频信号进行相邻采样点间的平滑处理，得到所述第三工频信号，以使得语音信号的消除效果更好。
最后，将幅值调整后的第三工频信号Z’(n)进行频时转换，得到修正工频信号z’(n)。再结合图5，从输入信号x(n)中减去该修正工频信号z’(n)，就得到输出信号y’(n)。
通过将工频信号进行时频转换，并根据纯工频干扰段的工频频域幅值，对时频转换后的工频信号进行幅值调整，消除了工频信号中的语音信号，从而实现了在消除工频干扰的同时，消除延时后的输入信号引起的回声。
实施例三
图7为本发明消除工频干扰的系统一实施例的结构示意图，如图7所示，该系统中包括：工频滤波模块11；该工频滤波模块11包括：滤波延时单元111、工频计算单元112、工频修正单元113和滤波输出单元114；其中，
滤波延时单元111，用于将输入信号延时得到延时信号；
工频计算单元112，用于根据所述延时信号计算得到第一工频信号；
工频修正单元113，用于将所述第一工频信号进行时频转换，并根据存储的纯工频干扰段的工频频域幅值，对时频转换后的第二工频信号进行幅值调整；将幅值调整后的第三工频信号进行频时转换，得到修正工频信号；
滤波输出单元114，用于将输入信号减去修正工频信号，得到输出信号。
进一步的，工频修正单元113，还用于在所述对时频转换后的第二工频信号进行幅值调整之后，进行相邻采样点间的平滑处理，得到所述第三工频信号。
图8为本发明消除工频干扰的系统另一实施例的结构示意图，如图8所示，在图7所示结构的基础上，工频滤波模块11，还包括：幅值确定单元115；
该幅值确定单元115，用于在将输入信号延时得到延时信号之后，根据所述延时信号计算得到第一工频信号之前，检测所述延时信号是否仅包含第四工频信号；在检测结果为是时，则确定所述延时信号处于所述纯工频干扰段，根据所述延时信号计算得到所述第四工频信号，并将所述第四工频信号进行时频转换，得到所述纯工频干扰段的工频频域幅值；存储纯工频干扰段的工频频域幅值。
进一步的，该系统还包括：工频检测模块12和工频跟踪模块13；其中，
工频检测模块12，用于在将输入信号延时得到延时信号之前，检测所述输入信号是否存在第五工频信号；并在检测结果为存在工频信号时，获得所述第五工频信号的基频；
工频跟踪模块13，用于对所述基频进行频移跟踪，得到实时基频；
所述工频滤波模块中的所述滤波延时单元111，具体用于根据所述实时基频获得延时量，根据所述延时量延时所述输入信号得到所述延时信号。
进一步的，工频检测模块12，包括：检测延时单元121、能量计算单元122、干扰判断单元123和基频确定单元124；其中，
检测延时单元121，用于将所述输入信号延时工频周期，所述工频周期为工频频率50HZ或60HZ对应的周期；
能量计算单元122，用于根据所述输入信号以及延时工频周期后的输入信号，计算所述输入信号的能量和周期残差能量，若所述能量大于所述周期残差能量，则计算所述输入信号的能量差对数域均值；
干扰判断单元123，用于在预设检测时间内，计算得到的多个所述能量差对数域均值均超过设定阈值时，则判定所述输入信号存在所述第五工频信号；
基频确定单元124，用于在所述输入信号存在所述第五工频信号时，确定所述第五工频信号的基频为所述工频周期对应的工频频率。
进一步的，工频跟踪模块13，可以包括：基频信号提取单元131、相关频移跟踪单元132和实时基频更新单元133；其中，
基频信号提取单元131，用于根据所述工频检测模块中的基频确定单元 确定的所述第五工频信号的基频，从所述输入信号提取所述基频对应的工频基频信号；
相关频移跟踪单元132，用于利用相关法频移跟踪，对所述工频基频信号进行相关性处理，得到所述基频的频移值；
实时基频更新单元133，用于在所述频移值在预设范围内时，保持所述基频不变；否则，根据所述频移值计算得到所述实时基频。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。