超级计算机 噪音,加权噪声

在通信技术中,除了有用信号外,其他一切无用信号通称为噪声。

噪声是一种客观存在的现象。在多路电话信号和电视信号的传输中,不可避免地要产生并传输噪声。在一般情况下,这些噪声的频谱基本上是均匀连续分布的。

中文名

加权噪声外文名

weighted noise

应用学科

通信科技

加权噪声定义

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语音

加权噪声来源

在通信技术中,除了传输的有用信号外,其他一切无用信号通称为噪声。

通常噪声的来源主要是操作系统的内核监控线程(Daemons)、时钟中断以及外部中断的影响,在大规模并行系统中还包括集群或分布式系统的管理软件、监控软件(包括心跳信号等)’因此如何设法消除或减小操作系统产生的噪声也是操作系统优化的重要研究内容。当前的研究主要集中在周期性噪声对高性能计算性能上的影响方面。美国洛斯阿拉莫斯实验室的Fabrizio Petrini、Darren J,Kerbyson等对ASCI Q超级计算机上的周期性噪声来源和发生频率等进行了统计,如表所示。他们针对这些噪声对ASCI O的系统软件做出了相应的改变,主要有:

1)找出共约十个对计算过程没有用处的多余后台Daemon,如envmod,lpd和niff等,将其从所有节点上移除;

2)将RMS监测Daemon的监测频率由每30秒一次降低到每60秒一次;

3)将若干个TrueCluster Daemon从每个子机群的1号和2号节点上移动到0号节点上,以将主要噪声限制在该节点上。通过以上手段消除噪声后,在使用4096个CPU进行SAGE测试时,每个循环周期的计算速度比未消除噪声影响前有高达一倍的提升。

加权噪声Linux系统噪声

在Linux系统中,噪声的来源主要是内核中的守护线程和时钟中断。当前Linux内核发展有越来越多的将硬件资源管理交给内核线程来完成这样一种趋势,虽然这种做法对内核代码的可维护性有很大的帮助,同时也会显著增加系统的噪声。在United Linux1.0使用的2.4.19版本Linux内核中,产生噪声的内核线程主要有:1)migration thread,2)ksoflirqd,3)kswapd,4)kupdated,5)bdflush,6)keventd

加权噪声加权噪声功率谱估计算法

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语音

加权噪声应用性

加权噪声功率谱估计算法( 简称 WN 算法) 能快速跟踪噪声变化,采用该算法使增强后的语音具有较高的语音质量。

加权噪声步骤

(1)信噪比( 简称 SNR) 估计;

(2)通过估计出的信噪比结合加权因子函数从而得到加权因子;

(3)将带噪语音信号与加权因子相乘得到加权值并求平均得到估计出的噪声功率谱。

加权噪声内容

用 x(t) 和 d(t) 分别表示纯净语音和不相关的加性噪声,观测到的带噪语音信号为 y(t) 为,进行短时离散傅利叶变换后得到:Y(n,k) = X(n,k) + D(n,k)。

其中 n 和 k 分别表示时间帧序号和频率点序号。

WN 噪声功率谱估计算法首先从信噪比( 简称 SNR) 估计开始,通过估计出的信噪比结合加权因子函数从而得到加权因子,将带噪语音信号与加权因子相乘得到加权值并求平均得到估计出的噪声功率谱。

信噪比61291b9114db3ee15fc8de2901a3b39b.svg ( n, k) 的估计是由第 n 帧带噪语音的功率谱68eecdab697ad0d8b04a2832725bd803.svg 和前一帧估计得到的噪声功率25f48ed0d592adf4440b3882f79c1b4c.svg 计算得到:

9f5746b21a9ffd47614cf28fa8710902.svg

计算加权因子的非线性函数

d3faf2efceeaeeadf8b432bf957f2b3f.png

式中,555336695fe1305eafc685c96ceb945f.svgd0dcd239c89dceea7c5ad24c595860d6.svg73e28b6c34840f35bf0ca17770683953.svg 是函数参数。将带噪语音信 号乘以加权因子得到加权带噪语音:

5bfe592feb71304c638f344a9464bf7b.svg

对计算得到的在窗口长度为863ae7dba7baadd7b954f6282dd38be9.svg 内的加权带噪语音求平均,进而得到估计的噪声功率谱:

429c4f215cd47d1e54fcc06573cd60e6.png式中 Ψ(Z(n,k) ) 表示 Z(n,k) 中非零元素的个数trace{· } 是对数组中对角元素求和的操作。

由于 Z(n,k) 是一个行向量,所以trace{ Z(n,k) } 就是对简单的对该向量中的非零元素求和。

Z(n,k) 计算如下:

6dd0c418363a09c4d72a238585c0a331.png

上式是根据前面估计出的信噪比对 Z(n,k) 进行更新。Z(n,k) 的长度一定,也就是求均值的窗长度不变,当所估计出的信噪比小于某个阀值时,认为该帧的噪声影响明显,则 Z(n,k) 求均值的窗需要更新一次,从而得到新的噪声估计值。

1162837b6f015ce6c065a5313f7f9507.png

加权噪声改进

在带噪语音信号中,噪声变化相对于语音更平稳一些,而 WN 算法在语音剧烈变化的区域会出现噪声过估计,对噪声的平滑有助于降低噪声的过估计。

鉴于这个原因,我们在 WN 估计算法的基础上提出了改进算法。

1c46e5db33b92f88bc44aa0c5deafbc6.png

在初始几帧一般都是噪声,对初始几帧进行平均,其中 Tinit 表示初始帧的大小。[1]

加权噪声噪声加权评价制

这种评价制评价干扰水平采用的指标是电话谐波波形因数(THFF)。

215a63860279b4496b1e701ad253ec97.png

加权系数

这是一个无量钢的量,其定义为THFF=等效400Hz的干扰电压/电力系统的供电电压。

上式中电力系统的供电电压即指规定的额定电压,等效干扰电压是指当以400Hz的电压加在电力线路上,它在附近电话线上产生的干扰影响与电力线基波和谐波电压共同作用产生的干扰效应相同。

THFF的电压计算公式为:f8e9ccd196ed93f7706e031d06526e6c.svg

47f4c19266ddca9c9813a9891b3af670.svg为输电线路电压有效值;dcf17d9355480e7343bb7f1168475b3b.svg为频率为53c328bff063b9f4d73eadd6588c6794.svg的第h次谐波电压;A/400为折算系数;8b8689e659f0b22db109ea458e1eb4ce.svg/400为噪声加权系数。

噪声电压的有效值为1897b19879c325270a3b3142822e40dd.svg

dcf17d9355480e7343bb7f1168475b3b.svg是电话线上频率为8b8689e659f0b22db109ea458e1eb4ce.svg的纵向或横向电压的有效值。

CCITT导则中建议电话回路上总噪声加权电动势(即开路电压)的有效值不超过1 mV。当测量噪声电压时,可以在电话线路端部连接一个阻值等于线路特征阻抗(约为600 Q)的电阻,测量此电阻上的噪声电压。按规定,终端电阻的加权噪声电压应该低干0.5 mV。[2]

词条图册

更多图册

参考资料

1.

改进型加权噪声功率谱估计算法

.中国知网[引用日期2017-01-19]

2.

任子晖.煤矿电网谐波分析与治理:中国矿业大学出版社,2003-11:61

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