[發明專利]一種基于改進MFCC和K近鄰的變壓器故障聲音識別方法

在審

• 申請號: 202010475216.9
• 申請日: 2020-05-29
• 公開（公告）號: CN111723683A
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 陳洪崗;王劭菁;孫漢文;劉君華;曹培;李喆
• 申請（專利權）人: 國網上海市電力公司;上海交通大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/62;G06Q10/06;G06Q50/06;G01H17/00
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

1.一種基于改進MFCC和K近鄰的變壓器故障聲音識別方法，其特征在于：該方法包括如下步驟：

步驟1：通過Z-score標準化對采樣音頻進行標準化預處理；

步驟2：提取MFCC特征參數矩陣；

步驟3：通過PCA進行數據降維，減少特征數；

步驟4：沿時軸做平均；

步驟5：利用K近鄰算法識別改進的MFCC特征向量得到識別結果。

2.根據權利要求1所述的基于改進MFCC和K近鄰的變壓器故障聲音識別方法，其特征在于：所述的步驟2：提取MFCC特征參數矩陣，具體包括：

步驟2.1：將音頻信號通過高通濾波器，進行高頻預加重，突出高頻共振峰，高通濾波器的傳遞函數H(z)如下

H(z)＝1-μz^-1,0.9＜μ＜1.0 (1)

式中，z是z變換后的信號，μ為每一幀的均值；

步驟2.2：進行內部分幀加窗處理，對每一幀通過快速傅里葉變換，得到音頻各短時片段的頻譜，對其取模的平方后即為功率譜；

步驟2.3：將功率譜通過三角濾波器組，三角濾波器組的傳遞函數H_m(z)如下：

式中，f(m)表示第m個三角濾波器的中心頻率，z是z變換后的信號；

步驟2.4：對濾波器組輸出的取對數并進行離散余弦變換得到MFCC系數矩陣A，其縱軸指示時間，橫軸指示頻率，各元素分別代表對應時間點的頻譜能量，公式如下：

。

3.根據權利要求1所述的基于改進MFCC和K近鄰的變壓器故障聲音識別方法，其特征在于：所述的步驟3：通過PCA進行數據降維，具體步驟如下：

步驟3.1：對于MFCC系數A，將A各元素減去所在行列的列平均值后計算協方差矩陣C，公式如下：

步驟3.2：找出協方差矩C的所有特征向量，并從大到小排列，

E＝[e₁ e₂...e_n] (5)

步驟3.3：取E^T的前k行構成矩陣P，(P*A^T)^T就是降至k維后的MFCC特征參數矩陣，其形狀為m*k。

4.根據權利要求1所述的基于改進MFCC和K近鄰的變壓器故障聲音識別方法，其特征在于：所述的步驟4沿時軸做平均，具體是將MFCC特征參數矩陣沿縱軸方向做平均，化為特征向量,形狀1*k。