專利名稱：人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備、人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方法和人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明例如涉及檢測(cè)并使用用戶的人體運(yùn)動(dòng)(body movement) 的設(shè)備、方法和程序，例如涉及步數(shù)計(jì)。
背景技術(shù)：
出于自我健康管理等的目的，利用步數(shù)計(jì)來(lái)掌握一個(gè)人自身的運(yùn) 動(dòng)量是很常見(jiàn)的。在許多傳統(tǒng)的步數(shù)計(jì)中，為了精確地對(duì)步數(shù)計(jì)數(shù)， 由于步數(shù)計(jì)的結(jié)構(gòu)，關(guān)于主要單元的安裝位置或安裝方向存在限制。 然而，近年來(lái)，為了進(jìn)一步提高可用性，提出了可以自由設(shè)置安裝位 置和安裝方向的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備。其中，提出了用于利用多軸加速 度傳感器執(zhí)行姿態(tài)估計(jì)并利用同一傳感器執(zhí)行人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的方法 和設(shè)備。這是有利的，因?yàn)榕c使用角度傳感器等來(lái)進(jìn)行姿態(tài)估計(jì)的方 法相比可以獲得低成本的實(shí)現(xiàn)方式。
例如，日本未實(shí)審專利申請(qǐng)/^布No. 2004-141669 z^開(kāi)了一種方 法，其中通過(guò)具有相互不同的檢測(cè)方向的多個(gè)人體運(yùn)動(dòng)傳感器來(lái)檢測(cè) 加速度，通過(guò)分析各個(gè)傳感器的信號(hào)模式來(lái)確定/選擇操作軸，并且通 過(guò)對(duì)操作軸的倌號(hào)分析來(lái)執(zhí)行行走檢測(cè)。此外，日本未實(shí)審專利申請(qǐng) 7>布No. 2005-140533公開(kāi)了一種方法，其中安裝了具有相互正交的 兩軸或三軸的加速度傳感器，根據(jù)各個(gè)軸的傳感器向量的組合向量來(lái) 估計(jì)人體運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方向，并且通過(guò)分析估計(jì)的運(yùn)動(dòng)方向上的信號(hào)分 量來(lái)檢測(cè)人體運(yùn)動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
然而，根據(jù)在日本未實(shí)審專利申請(qǐng)公布No. 2004-141669中公開(kāi)
的方法，由于從多個(gè)傳感器中只選擇一個(gè)適合于測(cè)量的傳感器作為操 作軸，因此存在要檢測(cè)的用戶的人體運(yùn)動(dòng)方向(運(yùn)動(dòng)方向)不與所選 的操作軸重合的情況，也就是說(shuō)，存在由于除行走以外的人體運(yùn)動(dòng)的 影響而妨礙步數(shù)的精確測(cè)量的可能性。此外，根據(jù)在日本未實(shí)審專利申請(qǐng)公布No. 2005-140533中公開(kāi)的方法，由于信號(hào)波形的本質(zhì)不凈皮 考慮在內(nèi)而只有信號(hào)強(qiáng)度被考慮為一個(gè)因素，所以存在除行走以外的 人體運(yùn)動(dòng)也被計(jì)數(shù)的可能性。這里，除行走以外的人體運(yùn)動(dòng)是指除了根據(jù)行走在用戶人體的垂 直方向上發(fā)生的動(dòng)作以外的動(dòng)作，并且可以想到各種動(dòng)作，例如在用 于測(cè)量用戶步數(shù)的步數(shù)計(jì)被用戶手持并且發(fā)生水平方向上的搖擺的 情況下的動(dòng)作，在例如用于測(cè)量用戶步數(shù)的步數(shù)計(jì)通過(guò)掛帶被懸掛在 用戶脖子上的情況下發(fā)生的鐘擺運(yùn)動(dòng)。因而，希望可以精確檢測(cè)僅僅是行走期間垂直方向上用戶的人體 運(yùn)動(dòng)并對(duì)其計(jì)數(shù)，而不受除行走以外的用戶的其他人體運(yùn)動(dòng)的影響， 從而可以精確測(cè)量用戶的步數(shù)。此外，詳細(xì)考慮用戶的人體運(yùn)動(dòng)，在 某些情況下?tīng)顟B(tài)是靜止的，或者還存在從行走狀態(tài)到靜止?fàn)顟B(tài)的瞬時(shí) 狀態(tài)。此外，甚至在動(dòng)作狀態(tài)中也存在不同狀態(tài)，例如行走狀態(tài)和跑 步狀態(tài)。因而，如果可以精確掌握用戶的行走步調(diào)(行走速率或每單 位時(shí)間的步數(shù)(次數(shù)))，則可以精確掌握用戶的動(dòng)作狀態(tài)，這有助 于進(jìn)一 步精確測(cè)量步數(shù)等等?？紤]到以上因素，本發(fā)明的目的是使得可以精確檢測(cè)垂直方向上 用戶的人體運(yùn)動(dòng)(動(dòng)作)，而不受各種類型噪聲的影響，并且還可以 按需要精確檢測(cè)并使用用戶的人體運(yùn)動(dòng)(動(dòng)作)步調(diào)。為了解決上述問(wèn)題，根據(jù)權(quán)利要求1的本發(fā)明的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè) 備的特征在于包括加速度傳感器，被配置為安裝在用戶的人體上； 垂直分量提取裝置，用于從加速度傳感器的檢測(cè)輸出中提取加速 度的垂直分量；分離裝置，用于執(zhí)行將由垂直分量提取裝置提取的垂直分量分離
成高頻帶分量和低頻帶分量的分量分離操作；
檢測(cè)裝置，用于基于由分離裝置分離出的垂直分量的低頻帶分量 檢測(cè)峰位置候選；
識(shí)別裝置，用于在處于包括峰位置候選的預(yù)定范圍中的低頻帶分 量的能量和高頻帶分量的能量之間的比值小于預(yù)定值的情況下將由 所述檢測(cè)裝置檢測(cè)出的峰位置候選識(shí)別為峰位置候選；以及
人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置，用于根據(jù)由識(shí)別裝置識(shí)別出的峰位置候選來(lái) 檢測(cè)用戶的人體運(yùn)動(dòng)。
根據(jù)如權(quán)利要求1所述的本發(fā)明的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，通過(guò)垂直 分量提取裝置從來(lái)自加速度傳感器的檢測(cè)輸出中提取用戶的人體運(yùn) 動(dòng)的垂直分量。提取出的垂直分量被分離裝置分離為高頻帶分量和低 頻帶分量。通過(guò)分離獲得的低頻帶分量包括與用戶的人體運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng) 的分量，并且它被檢測(cè)裝置用來(lái)檢測(cè)人體運(yùn)動(dòng)的峰位置候選。
此外，對(duì)于包括檢測(cè)出的每個(gè)峰位置候選的每個(gè)預(yù)定范圍，獲得 高頻帶分量的能量對(duì)低頻帶分量的能量的比值。噪聲很可能混合到高 頻帶分量中。因而，在高頻帶分量的能量與低頻帶分量的能量之比小 于預(yù)定值的情況下，預(yù)定范圍中的峰位置候選被識(shí)別為峰位置。相反， 在高頻帶分量的能量與低頻帶分量的能量之比大于預(yù)定值的情況下， 預(yù)定范圍中的峰位置候選被從峰位置候選中排除。根據(jù)如上識(shí)別出的 峰位置候選，人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置檢測(cè)用戶的人體運(yùn)動(dòng)。
因此，可以準(zhǔn)確檢測(cè)垂直方向上用戶的人體運(yùn)動(dòng)，而不受噪聲等 的影響。
此外，該申請(qǐng)的根據(jù)權(quán)利要求2的本發(fā)明的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備是 根據(jù)權(quán)利要求1的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，其特征在于包括
判定裝置，用于定義比較對(duì)象的范圍并比較關(guān)于包括由識(shí)別裝置 識(shí)別出的每個(gè)峰位置候選的預(yù)定范圍的波形，并且在獲得匹配的情況 下判定所述峰位置候選是峰位置，
其中人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置根據(jù)判定裝置判定的峰位置檢測(cè)用戶的 人體運(yùn)動(dòng)。
根據(jù)如權(quán)利要求2所述的本發(fā)明的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，關(guān)于包括 由識(shí)別裝置識(shí)別出的每個(gè)峰位置候選的預(yù)定分段，定義用作一對(duì)的分 段并比較波形，并且在這兩個(gè)分段中的波形一致的情況下將參考對(duì)象 的峰位置候選判定為峰位置，并且在波形不一致的情況下將峰位置候 選從峰位置中排除。因此，排除了由于噪聲的混合而導(dǎo)致峰意外發(fā)生的情況，并且只 有真正與垂直方向上用戶的人體運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的峰位置被提取和識(shí)別出來(lái)，從而可以精確地檢測(cè)用戶的人體運(yùn)動(dòng)。此外，根據(jù)權(quán)利要求3的本發(fā)明的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備是根據(jù)權(quán)利 要求1或2的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，其特征在于包括間隔估計(jì)裝置，用于通過(guò)執(zhí)行關(guān)于時(shí)序模式的分析來(lái)估計(jì)腳步間隔，其中時(shí)序模式是由識(shí)別裝置識(shí)別出的多個(gè)峰位置候選形成的時(shí)序 模式或者由判定裝置判定的多個(gè)峰位置形成的時(shí)序模式；以及區(qū)分裝置，用于根據(jù)間隔估計(jì)裝置估計(jì)的腳步間隔區(qū)分至少三種 狀態(tài)"靜止"、"行走/跑步"和"未定義"，來(lái)作為用戶的動(dòng)作狀態(tài)。根據(jù)如權(quán)利要求3所述的本發(fā)明的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，間隔估計(jì) 裝置估計(jì)由識(shí)別裝置識(shí)別出的峰位置候選的腳步間隔(識(shí)別出的峰位 置候選之間的間隔)或者由判定裝置判定的峰位置的腳步間隔(判定 的峰位置之間的間隔)，并且基于所估計(jì)的腳步間隔，區(qū)分裝置區(qū)分 用戶的動(dòng)作狀態(tài)是"靜止"狀態(tài)、"行走/跑步"狀態(tài)、還是"未定義，，狀態(tài)。因此，可以精確掌握用戶的動(dòng)作狀態(tài)并根據(jù)用戶的動(dòng)作狀態(tài)控制 設(shè)備，并且還可以在用戶處于"行走/跑步，，狀態(tài)的情況下精確掌握腳步 間隔。此外，根據(jù)權(quán)利要求11的本發(fā)明的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備是根據(jù)權(quán) 利要求1的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，其特征在于加速度傳感器是多軸型加速度傳感器，并且垂直分量提取裝置根據(jù)作為來(lái)自多軸加速度傳感器的檢測(cè)輸出 的加速度向量計(jì)算重力加速度向量，并通過(guò)利用來(lái)自多軸加速度傳感 器的加速度向量和計(jì)算出的重力加速度向量執(zhí)行計(jì)算來(lái)提取出加速
度的垂直分量。
根據(jù)如權(quán)利要求11所述的本發(fā)明的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，垂直分
量提取裝置根據(jù)來(lái)自多軸加速度傳感器的檢測(cè)輸出(加速度向量)計(jì)
算重力加速度向量，并且通過(guò)利用來(lái)自多軸加速度傳感器的加速度向 量和計(jì)算出的重力加速度向量執(zhí)行計(jì)算來(lái)提取出加速度的垂直分量。
因此，無(wú)論多軸加速度傳感器在用戶人體上的安裝方式如何，都 可以邏輯地、精確地提取出其檢測(cè)輸出(加速度向量)的垂直分量。


圖1是用于說(shuō)明一個(gè)實(shí)施例的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備的基本配置的框圖。
圖2是用于說(shuō)明在使用三軸加速度傳感器的情況下加速度向量 an、重力加速度向量g和加速度向量an的垂直分量vn的示意圖。
圖3是用于說(shuō)明在使用三軸加速度傳感器的情況下、考慮到重力 加速度向量g的偏角而獲得加速度向量an的垂直分量vn的情況的示 意圖。
圖4是用于說(shuō)明在使用三軸加速度傳感器的情況下獲得加速度 向量an的水平分量hn的情況的示意圖。
圖5是用于說(shuō)明在使用兩軸加速度傳感器的情況下加速度向量 an、重力加速度向量g和加速度向量an的垂直分量vn的示意圖。
圖6A-D是用于說(shuō)明加速度數(shù)據(jù)(A )、加速度向量的長(zhǎng)度(B )、 垂直分量(C)和水平分量(D)的曲線圖的例子的示意圖。
圖7A-C示出在本實(shí)施例的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備被安裝在用戶的腰 部的情況下檢測(cè)到的加速度信號(hào)的曲線圖。
圖8A-C示出在本實(shí)施例的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備被放置在用戶的褲 子口袋中的情況下檢測(cè)到的加速度信號(hào)的曲線圖。
圖9是用于說(shuō)明用于獲得能量比值d的計(jì)算方法的示意圖。
圖10A-C示出在不規(guī)則信號(hào)被混合到由多軸加速度傳感器1檢 測(cè)到的加速度向量的垂直分量x(n)的低頻帶分量xl(n)中的情況下的
曲線圖。
圖ll是用于說(shuō)明用戶的動(dòng)作狀態(tài)的轉(zhuǎn)移的示意圖。
圖12A-B是示出在圖1所示的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備中根據(jù)加速度 傳感器1的檢測(cè)輸出來(lái)檢測(cè)腳步(確定出峰位置)的情況下的波形的 示意圖。
圖13是用于說(shuō)明用于計(jì)算參考步調(diào)Ps的公式的例子的示意圖。 圖14是用于說(shuō)明在"行走/跑步"狀態(tài)中發(fā)生峰位置的檢測(cè)遺漏的
情況的例子的示意圖。
圖15是用于說(shuō)明應(yīng)用本發(fā)明的實(shí)施例的步數(shù)計(jì)的框圖16是用于說(shuō)明垂直分量提取處理的流程圖。
圖17是用于說(shuō)明檢測(cè)并識(shí)別峰位置候選的處理的流程圖。
圖18是用于說(shuō)明從被識(shí)別為峰位置候選的位置中判定峰位置并
基于峰位置對(duì)用戶的步數(shù)計(jì)數(shù)的處理的流程圖。
圖19是用于說(shuō)明主要在開(kāi)頭附近防止計(jì)數(shù)遺漏的處理的流程圖。
圖20是用于說(shuō)明人體運(yùn)動(dòng)類型估計(jì)處理和步數(shù)計(jì)數(shù)處理的流程圖。
圖21是圖20之后的流程圖。
圖22是用于說(shuō)明應(yīng)用本發(fā)明的實(shí)施例的聲音播放設(shè)備200的框圖。
圖23是用于說(shuō)明在根據(jù)用戶的動(dòng)作狀態(tài)選擇適當(dāng)?shù)牟シ帕斜淼?情況下的處理的流程圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備、方法和程序的實(shí)施例。 [關(guān)于人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備的基本配置
圖1是用于說(shuō)明該實(shí)施例的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備的基本配置的框 圖。如圖l所示，該實(shí)施例的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備由加速度傳感器1、 垂直分量提取單元2、高頻帶/低頻帶分離單元3、峰檢測(cè)/確定處理單
元4和腳步位置分析單元5形成。
該實(shí)施例的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備通過(guò)佩戴在用戶的人體上而被使 用。加速度傳感器1在每個(gè)恒定時(shí)刻檢測(cè)與用戶的人體運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的 加速度，并將該檢測(cè)輸出提供給垂直分量提取單元2。根據(jù)來(lái)自加速 度傳感器1的檢測(cè)輸出，垂直分量提取單元2在用戶已執(zhí)行諸如行走
i的分量在內(nèi)的加速度^量的垂直分量，i將其提二給高頻帶/低頻帶 分離單元3。注意，由加速度傳感器l檢測(cè)得到的加速度向量的模擬/ 數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換可以在加速度傳感器1 一側(cè)執(zhí)行，可以在垂直分量 提取單元2 —側(cè)執(zhí)行，或者可以在加速度傳感器1和垂直分量提取單 元2之間執(zhí)行。
高頻帶/低頻帶分離單元3將來(lái)自垂直分量提取單元2的加速度 向量的垂直分量分離為其中很可能混合有噪聲的高頻帶分量和包括 與垂直方向上的用戶的人體運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的分量的低頻帶分量，并將這 兩個(gè)分量中的每一個(gè)提供給峰檢測(cè)/確定處理單元4。峰檢測(cè)/確定處理 單元4是響應(yīng)于從高頻帶/低頻帶分離單元提供的加速度向量的垂直 分量的高頻帶分量和低頻帶分量執(zhí)行峰檢測(cè)并基于檢測(cè)到的峰執(zhí)行 人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的部件。
即，峰檢測(cè)/確定處理單元4基于提供自高頻帶/低頻帶分離單元 3的加速度向量的垂直分量的低頻帶分量檢測(cè)峰位置的候選，并且在 包括峰位置的候選的預(yù)定范圍中的高頻帶分量的能量與低頻帶分量 的能量之比小于預(yù)定值的情況下將該峰位置識(shí)別為垂直分量的峰位 置的候選。
如上所述使用高頻帶分量的能量與低頻帶分量的能量之比的原 因在于如后面將描述的，噪聲很可能疊加在高頻帶分量上，并且由 于噪聲的混合而產(chǎn)生的峰被去除。基于如上所述識(shí)別的峰位置候選， 可以以相對(duì)高的精度來(lái)檢測(cè)垂直方向上用戶的人體運(yùn)動(dòng)。但是，為了 以更高的精度來(lái)檢測(cè)垂直方向上用戶的人體運(yùn)動(dòng)，該實(shí)施例的人體運(yùn) 動(dòng)檢測(cè)設(shè)備的峰檢測(cè)/確定處理單元4還執(zhí)行波形匹配處理。
即，對(duì)于每個(gè)識(shí)別出的峰位置候選，峰檢測(cè)/確定處理單元4設(shè) 置包括該峰位置候選在內(nèi)的預(yù)定范圍，利用被設(shè)置為對(duì)象的每個(gè)預(yù)定 范圍中的波形來(lái)執(zhí)行與另 一預(yù)定范圍中的波形的匹配，并且在獲得匹 配的情況下確定在比較對(duì)象的波形中包括的峰位置候選是峰位置。如 上所述用于執(zhí)行匹配的原因在于，要可靠地檢測(cè)諸如行走或跑步之類 的用戶的周期性運(yùn)動(dòng)，并且如果包括不同峰位置候選的預(yù)定范圍的波 形是類似的，則可以確定峰位置候選是周期性發(fā)生的。如上所述確定的峰位置肯定是與垂直方向上用戶的人體運(yùn)動(dòng)相 對(duì)應(yīng)發(fā)生的峰位置，因此可以根據(jù)所確定的峰位置精確地檢測(cè)垂直方 向上用戶的人體運(yùn)動(dòng)。此外，在該實(shí)施例的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備中，提 供了腳步位置分析單元5。腳步位置分析單元5被配置為接收指示由峰檢測(cè)/確定處理單元 4確定的峰位置的信息并進(jìn)行分析，從而可以檢測(cè)到用戶行走或跑步 的人體運(yùn)動(dòng)步調(diào)(行走或跑步的節(jié)拍)。此外，如后面將詳細(xì)描述的， 允許根據(jù)所檢測(cè)的用戶的人體運(yùn)動(dòng)步調(diào)以不同方式執(zhí)行控制。注意，術(shù)語(yǔ)"步調(diào)，，指在重復(fù)同一事物或者定期執(zhí)行某項(xiàng)操作的情 況下的速率或次數(shù)。因而，術(shù)語(yǔ)"人體運(yùn)動(dòng)步調(diào)，，指人體運(yùn)動(dòng)的速率或 次數(shù)，并且在人體運(yùn)動(dòng)是行走時(shí)指行走的速率(行走速率)或每單位 時(shí)間的步數(shù)。此外，在本說(shuō)明書(shū)中，作為與"步調(diào)，，同義的術(shù)語(yǔ)，在某些情況下 也使用術(shù)語(yǔ)"節(jié)拍"。術(shù)語(yǔ)"節(jié)拍"原指在用于音樂(lè)演奏的音樂(lè)樂(lè)譜中指 定的速率(音樂(lè)片段的行進(jìn)速率)。因而，當(dāng)提到音樂(lè)片段的"播放 節(jié)拍"時(shí)，它是播放音樂(lè)數(shù)據(jù)時(shí)的速率，并且指每分鐘的拍子數(shù)(BPM: 每分鐘拍數(shù))。此外，當(dāng)提到用戶的"人體運(yùn)動(dòng)節(jié)拍(動(dòng)作節(jié)拍)"時(shí)，它是人 體運(yùn)動(dòng)(動(dòng)作)的速率，并且指每分鐘用戶的可計(jì)數(shù)最小動(dòng)作的單位 數(shù)( 一個(gè)動(dòng)作(人體運(yùn)動(dòng)))，例如，在用戶的人體運(yùn)動(dòng)(動(dòng)作)是 行走或跑步的情況下指每分鐘的步數(shù)，或者在動(dòng)作是跳躍的情況下指 每分鐘的跳躍次數(shù)。如上，關(guān)于用戶的人體運(yùn)動(dòng)(動(dòng)作)使用的術(shù)語(yǔ)
"步調(diào)，，和術(shù)語(yǔ)"節(jié)拍"在本說(shuō)明書(shū)中被用作基本同義的術(shù)語(yǔ)。 [關(guān)于人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備的各個(gè)部件的功能和操作
下面將更詳細(xì)描述構(gòu)成該實(shí)施例的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備的各個(gè)部件的功能和操作。[關(guān)于加速度傳感器11首先，將描述加速度傳感器l。本發(fā)明的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備使得 可以基于來(lái)自被配置為安裝在用戶人體上的加速度傳感器l的檢測(cè)輸運(yùn)動(dòng):作為加速度;感器i，可以;吏用一軸，(^軸)型或;軸型，例 如兩軸型或三軸型。在一軸加速度傳感器被用作加速度傳感器i的情況下，為了能夠 檢測(cè)垂直方向上用戶的人體運(yùn)動(dòng)，對(duì)安裝位置和安裝方向施加一定程 度的限制。存在這樣一種可能性，其中根據(jù)安裝位置在不同于垂直方 向的方向上的影響被放大，例如，在一軸加速度傳感器被安裝在臂、 腿等上的情況下，可以察覺(jué)到臂或腿的擺動(dòng)的影響被放大。因而，在一軸加速度傳感器被用作加速度傳感器i的情況下，為 了盡可能精確地檢測(cè)在與用戶的行走或跑步相對(duì)應(yīng)的垂直方向上的 人體運(yùn)動(dòng)，例如進(jìn)行這樣的限制，即一軸加速度傳感器必須被安裝在 用戶的腰部，以使得加速度的檢測(cè)方向變?yōu)榇怪狈较?。然而，在遵?這種限制的情況下，來(lái)自 一軸加速度傳感器的檢測(cè)輸出可以被用作加 速度的垂直分量。在這種情況下， 一軸加速度傳感器自身具有與垂直分量提取單元2相同的功能。相反，利用由相互正交的軸構(gòu)成的兩軸或三軸加速度傳感器作為 加速度傳感器1，可以對(duì)加速度傳感器1的安裝位置和安裝方向賦予 靈活性。然而，在多軸加速度傳感器被用作加速度傳感器1的情況下， 有必要從多軸檢測(cè)輸出中提取垂直分量。例如，在本實(shí)施例的人體運(yùn) 動(dòng)檢測(cè)設(shè)備中，三軸加速度傳感器被用作加速度傳感器1。因而，在加速度傳感器l的后級(jí)提供了垂直分量提取單元2。 [關(guān)于垂直分量提取單元2]1 垂直分量提取單元2執(zhí)行以下處理(1)利用來(lái)自多軸加速度 傳感器1的檢測(cè)輸出來(lái)估計(jì)其重力場(chǎng)中的重力加速度向量，以及(2) 基于重力加速度向量的估計(jì)結(jié)果，從加速度傳感器1的同一檢測(cè)輸出 中提取出垂直方向上的信號(hào)分量。通過(guò)全面地利用上述來(lái)自多軸加速度傳感器1的關(guān)于所有軸的 檢測(cè)輸出來(lái)提取垂直分量，沒(méi)有必要估計(jì)操作軸，從而可以精確地檢 測(cè)垂直方向上用戶的運(yùn)動(dòng)，而不受加速度傳感器1相對(duì)于用戶的安裝 位置和安裝方向的影響。這里，將具體描述三軸加速度傳感器被用作加速度傳感器1的情 況。假定加速度傳感器1具有三個(gè)軸X軸、Y軸和Z軸，并且從加 速度傳感器1獲得的在某一時(shí)刻n的加速度向量由axn ( X軸分量)、 ayn (Y軸分量)和azn ( Z軸分量)表示，如圖2中的式(1-1)所 示。從如圖2中的式(1-1)所示的加速度向量(加速度向量的數(shù)據(jù)序 列)估計(jì)重力加速度向量g，并且還檢測(cè)人體運(yùn)動(dòng)。具體而言，關(guān)于重力加速度向量g的估計(jì)，更簡(jiǎn)單的說(shuō)，存在這 樣一種方法，其中計(jì)算加速度向量an的各個(gè)軸的移動(dòng)平均值，并且 其平均向量被用作重力加速度向量g。在這種情況下，為了減少可歸 因于人體運(yùn)動(dòng)的信號(hào)分量的影響，希望利用足夠長(zhǎng)的分段來(lái)執(zhí)行移動(dòng) 平均的計(jì)算。此外，可以使用這樣一種方法，其中通過(guò)利用最小二乘 法等分析加速度向量an的各個(gè)軸的值來(lái)計(jì)算重力加速度向量g。令利用加速度向量an估計(jì)重力加速度向量g的結(jié)果由gx ( X軸 分量)、gy(Y軸分量)和gz(Z軸分量)表示，如圖2中的式(1-2) 所示。在這種情況下，通過(guò)圖2中的式(1-3)所示的計(jì)算可以獲得加 速度向量an的垂直分量vn。即，如圖2中的式(1-3 )所示，通過(guò)將 重力加速度向量g和加速度向量an的內(nèi)積的結(jié)果除以重力加速度向 量g的絕對(duì)值(大小)，可以獲得加速度向量an的垂直分量vn。如上，通過(guò)根據(jù)由三軸加速度傳感器1檢測(cè)到的加速度向量an 和從加速度傳感器獲得的重力加速度向量g進(jìn)行計(jì)算，可以更精確地 獲得垂直分量vn。即，本發(fā)明是基于這樣一個(gè)概念作出的通過(guò)全面
地使用來(lái)自三軸加速度傳感器1的檢測(cè)輸出并且通過(guò)數(shù)值計(jì)算僅從其 分離出垂直分量，可以精確地檢測(cè)垂直方向上用戶的人體運(yùn)動(dòng)。
此外，通過(guò)獲得三維空間中重力加速度向量g的偏角并旋轉(zhuǎn)加速
度向量an，也可以執(zhí)行類似的計(jì)算。即，當(dāng)關(guān)于重力加速度向量g 的偏角9和小如圖3中的式(2-1)和(2-2)所示時(shí)，通過(guò)圖3中的式 (2-3)計(jì)算出的a，xn是加速度向量an的垂直分量，并且a，xn與垂 直分量vn —致。此外，向量a，yn和向量a，zn的內(nèi)積是加速度向量 an投影到以重力加速度向量g為法向向量的平面上的正交投影。
即，由于可以執(zhí)行將通過(guò)來(lái)自三軸加速度傳感器1的檢測(cè)輸出獲 得的加速度向量an分量分離為垂直分量和水平分量的操作，因此也 可以與垂直分量一樣通過(guò)分析水平分量來(lái)檢測(cè)水平方向上的人體運(yùn) 動(dòng)。具體而言，水平向量的長(zhǎng)度hn可以通過(guò)圖4中的式(3-1)或圖 4中的式(3-2)獲得。
在如上使用考慮到重力加速度向量的偏角的計(jì)算式的情況下，可 以獲得相對(duì)較簡(jiǎn)單但是也很精確的垂直方向和水平方向上用戶的人 體運(yùn)動(dòng)。
注意，盡管這里給出的描述是關(guān)于三軸加速度傳感器l被用作例 子的情況，但是這并不是對(duì)其的限制。本發(fā)明的基本概念可以與使用 三軸加速度傳感器的情況類似地應(yīng)用于使用兩軸加速度傳感器的情 況。
即，與使用三軸加速度傳感器的情況類似地，令由兩軸加速度傳 感器檢測(cè)到的加速度向量an和重力加速度向量g表示為圖5中的式 (4-1)(加速度向量)和圖5中的式(4-2)(重力加速度向量)， 則可以根據(jù)圖2中的式(1-3)來(lái)計(jì)算垂直分量。
此外，令重力加速度向量g的偏角e表示為圖5中的式(4-3)， 則可以根據(jù)圖5中的式(4-4)執(zhí)行將加速度向量an分量分離為垂直 分量a，xn和與其垂直的水平分量a，yn的操作，并且a，xn與垂直分量 vn —致。
如上，根據(jù)圖5中所示的式子和圖2中所示的式(1-3)，即使
在使用兩軸加速度傳感器的情況下，也可以精確地檢測(cè)垂直方向上用
戶的人體運(yùn)動(dòng)。此外，在重力加速度向量g的偏角e被考慮在內(nèi)的情 況下，還可以精確地檢測(cè)水平方向上用戶的人體運(yùn)動(dòng)。
圖6A-D以曲線圖的形式示出獲得的加速度數(shù)據(jù)和在加速度數(shù)據(jù) 根據(jù)上述本發(fā)明的基本概念被分離成分量的情況下獲得的數(shù)據(jù)，其中 加速度數(shù)據(jù)是在用戶執(zhí)行諸如行走之類的運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，在50 Hz的采 樣頻率下由被配置為安裝在用戶上的三軸加速度傳感器在四秒期間 獲得的。在圖6A-D中，水平軸是時(shí)間(毫秒)，垂直軸是重力加速 度(G)。此外，同樣在后面將描述的圖7A-C、圖8A-C、圖IOA-C、 圖12A-B和圖14中，水平軸是時(shí)間(毫秒)，垂直軸是重力加速度 (G)。
即，圖6A是來(lái)自三軸加速度傳感器的加速度數(shù)據(jù)的曲線圖，圖 6B是由三軸加速度數(shù)據(jù)計(jì)算出的加速度向量的長(zhǎng)度(大小)的曲線 圖，圖6C是通過(guò)利用圖2至4描述的方法由三軸加速度數(shù)據(jù)計(jì)算得 到的垂直分量的曲線圖。此外，圖6D是通過(guò)利用圖2至4描述的方 法由三軸加速度數(shù)據(jù)計(jì)算得到的水平分量的曲線圖。
此外，圖6A-D中所示的曲線圖示出了這樣一種情況在檢測(cè)加 速度數(shù)據(jù)時(shí)，在用戶主要在垂直方向上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，水平方向上 的運(yùn)動(dòng)在大約第80樣本、大約第IOO樣本和第170樣本處發(fā)生，并 且這作為噪聲分量存在。
然而，由于噪聲分量存在于水平分量中，因此通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的 基本概念執(zhí)行將加速度數(shù)據(jù)(加速度向量)分量分離為垂直分量(圖 6C)和水平分量(圖6D)的操作，可以從垂直分量中去除水平分量 的噪聲，從而理解可以精確地檢測(cè)垂直方向上用戶的人體運(yùn)動(dòng)。很明 顯，由于可以水平分量中去除垂直分量的噪聲，因此可以精確地檢測(cè) 水平方向上用戶的人體運(yùn)動(dòng)。即，通過(guò)分量分離，實(shí)現(xiàn)了噪聲消除的效果。
注意，盡管加速度向量的垂直分量在這里是通過(guò)計(jì)算提取的，但 這并不是對(duì)其的限制。例如，可以通過(guò)計(jì)算獲得每個(gè)軸的加速度向量
的長(zhǎng)度(大小)，并且具有最長(zhǎng)長(zhǎng)度的加速度向量可以被用作最佳反 映了用戶的人體運(yùn)動(dòng)的加速度向量的垂直分量，或者被估計(jì)為最佳反 映了用戶的人體運(yùn)動(dòng)的軸的檢測(cè)輸出(加速度向量)可以被用作垂直 分量。然而，在根據(jù)加速度向量的長(zhǎng)度識(shí)別垂直分量或者估計(jì)與垂直分 量相對(duì)應(yīng)的軸的情況下，存在對(duì)多軸加速度傳感器l相對(duì)于用戶的安 裝位置和安裝方向施加一定程度的限制的情況。然而，在如前所述的 通過(guò)計(jì)算提取出加速度向量的垂直分量的情況下，不對(duì)多軸加速度傳 感器l相對(duì)于用戶的安裝位置或安裝方向施加限制，從而可以提高人 體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備相對(duì)于用戶的安裝靈活性。[關(guān)于高頻帶/低頻帶分離單元3]接下來(lái)，將描述高頻帶/低頻帶分離單元3的功能和操作。如前 所述，令由垂直分量提取單元2提取的垂直分量vn由函數(shù)x(n)表示。 來(lái)自垂直分量提取單元2的加速度向量的垂直分量x(n)被提供給高頻 帶/低頻帶分離單元3。高頻帶/低頻帶分離單元3例如被配置為L(zhǎng)PF (低通濾波器)，并且其執(zhí)行對(duì)加速度向量的垂直分量x(n)的頻帶劃 分以將其分離為高頻帶分量xh(n)和低頻帶分量xl(n)。此時(shí)，希望作為L(zhǎng)PF的高頻帶/低頻帶分離單元3的特性使得包 括作為行走或跑步的加速度的主要分量的2 Hz至4 Hz是通帶。此外， 希望垂直分量x(n)、高頻帶分量xh(n)和低頻帶分量xl(n)是同相的。如上，將垂直分量x(n)分離為高頻帶分量xh(n)和低頻帶分量xl(n) 的原因在于如前所述，低頻帶分量xl(n)包括大量的根據(jù)垂直方向上 用戶的人體運(yùn)動(dòng)而改變的分量，并且噪聲分量很可能混合到高頻帶分 量xh(n)中。如上由高頻帶/低頻帶分離單元3分離出的高頻帶分量 xh(n)和低頻帶分量xl(n)被提供給峰檢測(cè)/確定處理單元4。[關(guān)于峰檢測(cè)/確定處理單元4的功能和操作如前所述，峰檢測(cè)/確定處理單元4基于加速度向量的垂直分量 x(n)的低頻帶分量xl(n)檢測(cè)峰位置候選，并且根據(jù)利用峰位置候選作 為基準(zhǔn)的每個(gè)預(yù)定范圍內(nèi)低頻帶分量的能量和高頻帶分量的能量之間的分量比來(lái)識(shí)別峰位置候選。
將描述如上使用低頻帶分量的能量和高頻帶分量的能量之間的
分量比的原因。圖7A-C和圖8A-C示出了在該實(shí)施例的人體運(yùn)動(dòng)檢
速度信號(hào)的曲線圖。具體而5^，— 圖7A-C》示出了在該實(shí)施例的人體運(yùn) 動(dòng)檢測(cè)設(shè)備被固定在用戶的腰部的情況下檢測(cè)到的加速度信號(hào)的曲 線圖。圖8A-C示出了在該實(shí)施例的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備被放置在用戶 的褲子口袋中的情況下檢測(cè)到的加速度信號(hào)的曲線圖。
在圖7A-C和圖8A-C中，在用戶行走的同時(shí)由三軸加速度傳感 器l檢測(cè)到的加速度信號(hào)是通過(guò)在50Hz下采樣測(cè)得的。此外，在圖 7A-C和圖8A-C中，最上面一行的曲線圖(圖7A、圖8A )是從三軸 加速度向量提取出的垂直分量，即x(n)，中間一行的曲線圖(圖7B、 圖8B)是垂直分量x(n)中的低頻帶分量xl(n)，最下面一行的曲線圖 (圖7C、圖8C)是垂直分量x(n)中的高頻帶分量xh(n)。
此外，如圖7A-C所示，在該實(shí)施例的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備被安裝 在用戶的腰部的情況下時(shí)三軸加速度傳感器1的檢測(cè)輸出中，周期性 的改變集中于中間 一行所示的低頻帶分量xl(n)中，而在最下面一行所 示的高頻帶分量xh(n)中幾乎沒(méi)有周期性的改變，因此理解基本上只 有與可歸因于行走的上下運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的分量4皮檢測(cè)為加速度信號(hào)。
因而，在該實(shí)施例的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備被安裝在用戶的腰部的情 況下，可以高效地只測(cè)量與垂直方向上用戶的人體運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的分 量。因而，可以通過(guò)對(duì)垂直分量x(n)的低頻帶分量xl(n)的波形的峰檢 測(cè)或閾值檢查來(lái)檢測(cè)諸如行走或跑步之類的人體運(yùn)動(dòng)，并且通過(guò)對(duì)其 執(zhí)行計(jì)數(shù)處理，可以實(shí)現(xiàn)能夠精確對(duì)步數(shù)計(jì)數(shù)的步數(shù)計(jì)。
與此相對(duì)稱的，如圖8A-C所示，在該實(shí)施例的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè) 備被放置在用戶的口袋中的情況下時(shí)三軸加速度傳感器1的檢測(cè)輸出 中，與對(duì)應(yīng)于行走的周期性上下運(yùn)動(dòng)不同的振動(dòng)分量(噪聲分量)在 中間 一行所示的低頻帶分量xl(n)和最下面一行所示的高頻帶分量 xh(n)中都有發(fā)生，尤其是，在最下面一行所示的高頻帶分量xh(n)中
大量發(fā)生。因而，即使關(guān)于低頻帶分量執(zhí)行閾值檢查或峰檢測(cè)，不正 確地將與行走不同的噪聲分量檢測(cè)為人體運(yùn)動(dòng)的可能性也非常高。
另夕卜，如圖8A-C中的分段A、分段B和分段C所示，在中間一 行所示的低頻帶分量的曲線圖中，在大小低于1G的分段(區(qū)域)被 分段的情況下，與可歸因于行走(行走是周期性運(yùn)動(dòng))的上下運(yùn)動(dòng)相 對(duì)應(yīng)的波形是分段A和分段B的波形，而分段C的波形不是周期性 的，并且它是不同于行走的振動(dòng)，即噪聲分量。此外，如圖8A-C所 示，與高頻帶分量較弱的分段A和分段B相反，在分段C中，高頻 帶分量較強(qiáng)。
如上，與可歸因于行走(行走是周期性運(yùn)動(dòng))的用戶的上下運(yùn)動(dòng) 相對(duì)應(yīng)的分量主要出現(xiàn)在低頻帶分量xl(n)中，并且噪聲分量主要出現(xiàn) 在高頻帶分量xh(n)中。因而，對(duì)于被檢測(cè)為峰位置候選的每個(gè)峰位 置候選，定義了具有在該峰位置候選之前和之后的預(yù)定時(shí)間寬度的預(yù) 定區(qū)域。
例如，該預(yù)定范圍可以定義為峰位置候選之前的M個(gè)采樣分段 和峰位置候選之后的M個(gè)采樣分段(M是大于或等于1的整數(shù))。 注意，在圖7A-C和圖8A-C中，相對(duì)不易受噪聲影響的最小值凈皮檢 測(cè)為峰值，而與其相對(duì)應(yīng)的峰位置被識(shí)別為峰位置候選。
在如上定義的包括峰位置候選的每個(gè)預(yù)定范圍中，獲得低頻帶分 量xl(n)的能量和高頻帶分量xh(n)的能量之間的比值d。圖9是用于 說(shuō)明用于獲得能量比值d的計(jì)算方法的示意圖。加速度向量的垂直分 量x(n)的高頻帶分量xh(n)的能量eh可以由圖9中的式(5-1)獲得。 此外，加速度向量的垂直分量x(n)的低頻帶分量xl(n)的能量el可以 由圖9中的式(5-2)獲得。
注意，在圖9的式(5-1)和式(5-2)中，nl表示包括峰位置候 選的預(yù)定區(qū)域的起始位置，而n2表示包括峰位置候選的預(yù)定區(qū)域的 末尾位置。此外，低頻帶分量xl(n)的能量和高頻帶分量xh(n)的能量 之間的能量比值d可以由圖9中的式(5-3)獲得。
在如上獲得的能量比值d小于預(yù)定閾值D的情況下，預(yù)定區(qū)域
中包括的被檢測(cè)為峰位置候選的位置被識(shí)別為峰位置候選。即，被識(shí) 別為峰位置候選的位置被確定為形成與諸如行走或跑步之類的用戶 運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的峰，并且可以通過(guò)對(duì)峰位置候選計(jì)數(shù)來(lái)精確地對(duì)在行走
或跑步的用戶的步數(shù)計(jì)數(shù)。即，通過(guò)定義某一閾值D并且只有當(dāng)能量 比值d〈閾值D時(shí)才確定為行走或跑步，可以排除與行走或跑步不同 的振動(dòng)分量的影響。
然而，如上所述，為了檢測(cè)與諸如行走或跑步之類的用戶的人體 運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的改變，即使基于加速度向量的垂直分量x(n)的低頻帶分 量xl(n)檢測(cè)出峰位置候選并且考慮到低頻帶分量xl(n)的能量el和高 頻帶分量xh(n)的能量eh之間的能量比值d識(shí)別出峰位置候選，預(yù)計(jì) 仍然存在發(fā)生不正確的確定的情況。
圖10A-C示出了在由于除了諸如行走或跑步之類的用戶的周期 性人體運(yùn)動(dòng)之外的其他效應(yīng)、不規(guī)則信號(hào)也被混合到由加速度傳感器 1檢測(cè)到的垂直分量x(n)的低頻帶分量xl(n)中的情況下的曲線圖(不 規(guī)則波形)。在發(fā)生與行走或跑步不同的不規(guī)則操作(例如，人體運(yùn) 動(dòng)檢測(cè)設(shè)備的掉落、下降，或者用戶的跳躍)的情況下，如圖10A-C 的中間一行的低頻帶分量xl(n)的曲線圖中所表示的，存在與行走或跑 步不同的不規(guī)則人體運(yùn)動(dòng)的分量被混合的情況。
在如上所述與行走或跑步不同的不規(guī)則人體運(yùn)動(dòng)的分量被混合 到加速度向量的垂直分量x(n)的^f氐頻帶分量xl(n)中的情況下，預(yù)計(jì)存
體運(yùn)動(dòng)的情況。因而，執(zhí)行關(guān)于在某些分段中信號(hào)波形是否類似的比 較，并且如果波形是類似的則確定為行走或跑步。
例如，在發(fā)生與行走或跑步不同的不規(guī)則動(dòng)作的情況下的圖 10A-C (圖IOA-C是加速度向量的垂直分量x(n)(圖10A )、低頻帶 分量xl(n)(圖10B)和高頻帶分量xh(n)(圖10C )的例子的曲線 圖)中，可以檢測(cè)位置A、位置B和位置C作為峰位置。關(guān)于這些位 置，在位置A和位置B、位置B和位置C、以及位置A和位置C之 間形成對(duì)，并且獲得關(guān)于每對(duì)之間在各個(gè)峰位置周圍的波形的匹配。
在這種情況下，從圖IOA-C清楚可見(jiàn)，關(guān)于位置A附近的波形、 位置B附近的波形和位置C附近的波形，沒(méi)有彼此類似的對(duì)，因此確 定它不同于作為周期性人體運(yùn)動(dòng)的行走或跑步的人體運(yùn)動(dòng)，并且可以 確定它不是行走或跑步時(shí)的人體運(yùn)動(dòng)。相反，如圖7A-C和圖8A-C所示，在檢測(cè)加速度向量的垂直分 量x(n)、低頻帶分量xl(n)和高頻帶分量xh(n)的情況下，在設(shè)置了包 括被識(shí)別為峰位置候選的位置的預(yù)定分段并且執(zhí)行與一個(gè)或多個(gè)在 前和在后的預(yù)定時(shí)段中的波形的匹配處理的情況下，由于類似情況存 在而被識(shí)別為峰位置候選的位置可以被確定為正式峰位置。具體而言，在圖7A-C所示的例子的情況下，為了減少噪聲的影 響，通過(guò)使最小值被取為低頻帶分量xl(n)的曲線圖中的峰值，由于包 括相鄰峰位置的波形之間的類似程度非常高，因此可以確定被識(shí)別為 每個(gè)峰位置候選的位置是峰位置。此外，同樣在圖8A-C所示的例子 的情況下，為了減少噪聲的影響，使得最小值被取為低頻帶分量xl(n) 的曲線圖中的峰值。因而，包括峰位置候選中每隔一個(gè)峰位置的波形 之間的類似程度非常高，因此被識(shí)別為每個(gè)峰位置候選的位置可以被 確定為峰位置。如上，識(shí)別峰位置候選，定義另一個(gè)預(yù)定分段，與該分段之間執(zhí) 行關(guān)于包括所述候選的預(yù)定分段中的波形的比較(獲得匹配)，并且 在這兩個(gè)預(yù)定時(shí)段中的波形相互比較并且類似程度很高的情況下，在 作為比較對(duì)象的預(yù)定分段中包括的峰位置候選可以被確定為峰位置。被比較的另一個(gè)預(yù)定分段可以適當(dāng)?shù)囟x為例如在相鄰的預(yù)定 分段之間，在中間夾有一個(gè)分段的預(yù)定分段之間，或者在中間夾有兩 個(gè)分段的預(yù)定分段之間?；蛘撸梢匀我獾卦O(shè)置被比較的預(yù)定分段的 位置或數(shù)目，例如執(zhí)行與一個(gè)或多個(gè)在前的預(yù)定分段(在過(guò)去方向上) 之間的比較，并且在與兩個(gè)或更多個(gè)預(yù)定分段的類似程度很高的情況 下確定作為比較基準(zhǔn)的預(yù)定分段中的峰位置候選是峰位置。如上，在該實(shí)施例的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備中，峰檢測(cè)/確定處理單 元4不僅從加速度向量的垂直分量x(n)的低頻帶分量xl(n)的信息(波
形)中檢測(cè)峰位置候選并且在考慮到低頻帶分量的能量el和高頻帶分 量的能量eh之間的能量比值d的情況下識(shí)別峰位置候選，而且執(zhí)行 包括峰位置候選的預(yù)定分段之間的波形比較(波形匹配)，從而可以 精確地檢測(cè)用戶的周期性人體運(yùn)動(dòng)，例如行走或跑步。
此外，由于可以精確地檢測(cè)用戶的周期性人體運(yùn)動(dòng)，例如行走或 跑步，因此通過(guò)對(duì)用戶的人體運(yùn)動(dòng)計(jì)數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)能夠精確對(duì)行走或 跑步時(shí)的用戶的步數(shù)計(jì)數(shù)的步數(shù)計(jì)。注意，如果精度可以輕微降低， 如前所述，則可以根據(jù)利用能量比值d識(shí)別出的峰位置候選來(lái)對(duì)步數(shù) 計(jì)數(shù)，而不用執(zhí)行波形匹配。
[腳步位置分析單元5的功能和操作
通過(guò)上述加速度傳感器l、垂直分量提取單元2、高頻帶/低頻帶 分離單元3和峰檢測(cè)/確定處理單元4的各個(gè)部件的功能，基于來(lái)自安 裝在用戶人體上的加速度傳感器1的檢測(cè)輸出，可以精確地檢測(cè)與用
運(yùn)動(dòng)。通過(guò)如上所述對(duì)檢測(cè)到的人體運(yùn)動(dòng)計(jì)數(shù)，還可以精確地對(duì)用戶 的步數(shù)計(jì)數(shù)。
然而，用戶的動(dòng)作狀態(tài)并不總是執(zhí)行行走或跑步的動(dòng)作狀態(tài)，并 且在某些情況下，狀態(tài)是靜止?fàn)顟B(tài)，或者是既非靜止?fàn)顟B(tài)又非動(dòng)作狀 態(tài)的未定義狀態(tài)。因而，如果可以精確地掌握用戶的動(dòng)作狀態(tài)，則在 對(duì)人體運(yùn)動(dòng)計(jì)數(shù)(例如對(duì)步數(shù)計(jì)數(shù))的情況下，可以進(jìn)一步防止不正 確的操作，例如甚至在靜止?fàn)顟B(tài)或未定義狀態(tài)下也對(duì)人體運(yùn)動(dòng)計(jì)數(shù)。
此外，如果理解用戶處于動(dòng)作狀態(tài)，即執(zhí)行諸如行走或跑步之類 的運(yùn)動(dòng)，則可以精確檢測(cè)該時(shí)段期間用戶的人體運(yùn)動(dòng)，精確掌握用戶 的人體運(yùn)動(dòng)步調(diào)(人體運(yùn)動(dòng)節(jié)拍)，并根據(jù)用戶的轉(zhuǎn)移步調(diào)控制設(shè)備。 因而，在該實(shí)施例的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備中，腳步位置分析單元5被配 置為能夠接收指示由峰檢測(cè)/確定處理單元4確定的峰位置的信息，并 且基于該信息精確掌握用戶的動(dòng)作狀態(tài)，并且還能夠在用戶正執(zhí)行諸 如行走或跑步之類的周期性運(yùn)動(dòng)的情況下精確檢測(cè)人體運(yùn)動(dòng)步調(diào)。
圖11是用于說(shuō)明用戶的動(dòng)作狀態(tài)的轉(zhuǎn)移的示意圖。如圖ll所示， 假定作為用戶的動(dòng)作狀態(tài)，存在三種狀態(tài)"未定義"、"靜止，，和"行 走/跑步"。這里，"靜止，，是指完全沒(méi)有用戶的人體運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，"行走 /跑步，，是指用戶正在行走或跑步的狀態(tài)，"未定義，，是指除了以上兩種 狀態(tài)以外的狀態(tài)。此外，假定初始狀態(tài)從"未定義"開(kāi)始。此外，假定 在從"靜止，，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到"行走/跑步，，狀態(tài)或者在從"行走/跑步，，狀態(tài)轉(zhuǎn) 移到"靜止"狀態(tài)的情況下，轉(zhuǎn)移途經(jīng)"未定義"狀態(tài)發(fā)生。此外，在腳步位置分析單元5中，基于來(lái)自峰檢測(cè)/確定處理單 元4的所確定的峰位置信息，首先確定用戶的動(dòng)作狀態(tài)。這里，在圖 11中，通過(guò)區(qū)分從轉(zhuǎn)移A到轉(zhuǎn)移G的各個(gè)轉(zhuǎn)移狀態(tài)，來(lái)區(qū)分用戶的 動(dòng)作狀態(tài)。即，動(dòng)作狀態(tài)的轉(zhuǎn)移還考慮了作為一種轉(zhuǎn)移狀態(tài)的、每種狀態(tài)被 維持的情況，例如"未定義，，狀態(tài)被維持的情況是轉(zhuǎn)移A，發(fā)生從"未 定義，，狀態(tài)到"行走/跑步，，狀態(tài)的改變的情況是轉(zhuǎn)移B,"行走/跑步"狀 態(tài)被維持的情況是轉(zhuǎn)移C，發(fā)生從"行走/跑步，，狀態(tài)到"未定義"狀態(tài)的 轉(zhuǎn)移的情況是轉(zhuǎn)移D，發(fā)生從"未定義，，狀態(tài)到"靜止，，狀態(tài)的轉(zhuǎn)移的情 況是轉(zhuǎn)移E，發(fā)生從"靜止"狀態(tài)到"未定義"狀態(tài)的轉(zhuǎn)移的情況是轉(zhuǎn)移 F,"靜止，，狀態(tài)被維持的情況是轉(zhuǎn)移G。接下來(lái)，將描述用于區(qū)分各個(gè)轉(zhuǎn)移狀態(tài)的條件。如前所述，各個(gè) 轉(zhuǎn)移狀態(tài)的區(qū)分是基于由峰檢測(cè)/確定處理單元4確定的峰位置執(zhí)行 的。下文中，"所確定的峰位置"也被稱為"檢測(cè)到的腳步"。即，由峰 檢測(cè)/確定處理單元4確定的峰位置被當(dāng)作與垂直方向上用戶的人體 運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的腳步。此外，(l)如果既不滿足下面描述的用于轉(zhuǎn)移B 的情況的條件也不滿足用于轉(zhuǎn)移C的情況的條件，則該狀態(tài)被確定為 轉(zhuǎn)移A，并且"未定義，，狀態(tài)被維持。此外，(2)在確定狀態(tài)是轉(zhuǎn)移A之后，關(guān)于檢測(cè)到的腳步(所 確定峰位置)中的最新腳步，計(jì)算相鄰腳步之間的時(shí)間間隔。在時(shí)間 間隔恒定的情況下，確定狀態(tài)是轉(zhuǎn)移B，其中發(fā)生從"未定義，，狀態(tài)到 "行走/跑步，，狀態(tài)的轉(zhuǎn)移，并且用戶的動(dòng)作狀態(tài)已變?yōu)?行走/跑步"狀 態(tài)。在這種情況下，預(yù)先計(jì)算參考腳步間隔(參考步調(diào)Ps)。后面將
描述，參考腳步間隔是用于確定狀態(tài)是轉(zhuǎn)移B的腳步之間的間隔的平 均值。
此外，(3)在確定狀態(tài)是轉(zhuǎn)移B或轉(zhuǎn)移C之后，在新檢測(cè)的腳
ps)"整數(shù)倍的某一誤差范圍內(nèi):情況下，狀態(tài)被確定;轉(zhuǎn)移c:并
且"行走/跑步"狀態(tài)被維持。另一方面，在狀態(tài)被確定為轉(zhuǎn)移B或轉(zhuǎn) 移C之后，在不滿足用于確定狀態(tài)是(3)即上述的轉(zhuǎn)移C的條件的 情況下，確定狀態(tài)是轉(zhuǎn)移D，并且用戶的動(dòng)作狀態(tài)是"未定義"狀態(tài)。
此外，(5)在狀態(tài)被確定為轉(zhuǎn)移A或轉(zhuǎn)移D之后，在預(yù)定時(shí)段 或更長(zhǎng)時(shí)間中沒(méi)有檢測(cè)到腳步(沒(méi)有任何峰位置被確定)的情況下， 確定狀態(tài)是轉(zhuǎn)移E，其中發(fā)生從"未定義"到"靜止"的轉(zhuǎn)移，并且用戶 的動(dòng)作狀態(tài)是"靜止，，狀態(tài)。此外，(6)在確定狀態(tài)是轉(zhuǎn)移E或轉(zhuǎn)移 G之后，在檢測(cè)到腳步(確定了峰位置)的情況下，確定狀態(tài)是轉(zhuǎn)移 F，其中發(fā)生從"靜止，，到"未定義"的轉(zhuǎn)移，并且用戶的動(dòng)作狀態(tài)已變 為"未定義"狀態(tài)。
另一方面，(7)在狀態(tài)被確定為轉(zhuǎn)移E或轉(zhuǎn)移G之后，在沒(méi)有 檢測(cè)到腳步(沒(méi)有任何峰位置被確定)的情況下，狀態(tài)被確定為轉(zhuǎn)移 G，并且作為用戶的動(dòng)作狀態(tài)。"靜止"狀態(tài)被維持。
注意，在如前所述的(2)的關(guān)于狀態(tài)是否是轉(zhuǎn)移B的確定中， 用于確定腳步間隔是否恒定的標(biāo)準(zhǔn)可以根據(jù)腳步間隔的方差或標(biāo)準(zhǔn) 偏差是否存在來(lái)確定，或者根據(jù)最大值和最小值之間的差異是否小于 或等于閾值來(lái)確定。此外，作為參考腳步間隔，如前所述可以使用用 于確定的腳步的時(shí)間間隔的平均值?；蛘?，可以使用用于確定的腳步 的時(shí)間間隔的中值。
圖12A-B是示出在利用圖1所示的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備的加速度 傳感器l、垂直分量提取單元2、高頻帶/低頻帶分離單元3和峰檢領(lǐng)'J/ 確定處理單元4的各個(gè)部件的功能從加速度傳感器1的檢測(cè)輸出中檢 測(cè)出腳步(峰位置被確定)的情況下的波形的示意圖。另外在圖12A-B 中，峰被取在最小值一側(cè)。圖12A中所示的波形代表在從"未定義，，
狀態(tài)中檢測(cè)出四個(gè)腳步(所確定峰位置)的情況下的波形。圖12B代 表在從圖12A的狀態(tài)中檢測(cè)出緊接在后的腳步的情況下的波形。利用 這種圖12A-B，將具體描述狀態(tài)轉(zhuǎn)移的例子。
首先，假定在圖12A所示的波形中，狀態(tài)最初是"未定義"。然 后，由于檢測(cè)出四個(gè)腳步(確定了兩個(gè)峰位置)，因此腳步位置分析 單元5計(jì)算相鄰腳步分段Tl、 T2和T3的各個(gè)腳步間隔，并比較這 些腳步間隔。在該例子的情況下，由于各個(gè)腳步分段Tl、 T2和T3 的間隔是基本恒定的，因此在這種情況下，狀態(tài)可以被確定為轉(zhuǎn)移B， 其中發(fā)生從"未定義，，到"行走/跑步"的轉(zhuǎn)移。
此時(shí)，腳步位置分析單元5通過(guò)圖13中所示的式(6-1)計(jì)算參 考步調(diào)(參考腳步間隔)Ps。注意，圖13中所示的式(6-1)是用于 計(jì)算圖12A的狀態(tài)下的參考步調(diào)Ps的式子，并且如果腳步分段增大， 則在分子中添加的分段和分母中的分段數(shù)改變。
然后，在發(fā)生從圖12A中所示的狀態(tài)到圖12B中所示的狀態(tài)的 改變的情況下，將最近的腳步分段T4的腳步間隔與通過(guò)圖13中的式 (6-1)計(jì)算出的參考步調(diào)Ps相比較。在這種情況下，由于腳步分段 T4的腳步間隔和參考步調(diào)Ps是基本相同的，因此確定這一差異在誤 差范圍內(nèi)，狀態(tài)被確定為轉(zhuǎn)移C,并且"行走/跑步"狀態(tài)被維持。
注意，作為在"行走/跑步"狀態(tài)下的行走或跑步期間步調(diào)的時(shí)段 (腳步間隔)，參考步調(diào)可以被用作一個(gè)代表值，或者可以使用某一
' 此外，在以上描:中，并不k分"行走"狀態(tài)和"遊:步，，狀態(tài)，狀態(tài) 被認(rèn)為是"行走/跑步，，狀態(tài)的一種狀態(tài)。然而，這并不是對(duì)此的限制。 可以允許分開(kāi)管理"行走"狀態(tài)和"跑步"狀態(tài)，作為不同的狀態(tài)。
作為用于區(qū)分行走和跑步的標(biāo)準(zhǔn)，除了前述用于(2)確定轉(zhuǎn)移 B的條件以外，還可以(A)在腳步間隔小于某一值的情況下確定狀 態(tài)是"跑步，，狀態(tài)，而在其他情況下確定狀態(tài)是"行走"，或者(B)在 加速度波形的峰值大于或等于某一值的情況下確定狀態(tài)是"跑步，，狀 態(tài)，而在其他情況下確定狀態(tài)是"行走，，狀態(tài)。很明顯，如上所述可以
使用上述條件(A)或(B)中的任一個(gè)，或者可以使用上述條件(A) 和(B)兩者。此外，盡管如上所述"行走"狀態(tài)和"跑步，，狀態(tài)可以被定義為完全 不同的動(dòng)作狀態(tài)，但假定狀態(tài)轉(zhuǎn)移根據(jù)圖11發(fā)生，作為"行走/跑步" 狀態(tài)的屬性，利用上述條件(標(biāo)準(zhǔn))(A)和(B)中的任一個(gè)或這兩 者，可以分別管理"行走"和"跑步"。此外，關(guān)于有關(guān)狀態(tài)是否是轉(zhuǎn)移C的確定，不是直接比較腳步 間隔和參考步調(diào)(參考腳步間隔)Ps，而是利用參考步調(diào)Ps的整數(shù) 倍作為基準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行確定。這樣做有助于防止在發(fā)生腳步檢測(cè)的遺漏的 情況下出現(xiàn)不希望出現(xiàn)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移。例如，在該實(shí)施例的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備中，如前所述，在峰檢測(cè) /確定處理單元4中，檢測(cè)峰位置候選，在考慮到高頻帶能量和低頻帶 能量的情況下識(shí)別峰位置候選，此外，對(duì)于包括峰位置候選的每個(gè)預(yù) 定間隔執(zhí)行波形比較，從而確定峰位置。然而，有這樣的可能性沒(méi)有獲得與鄰近波形的匹配，并且如果 加速度波形受到臨時(shí)擾動(dòng)，則即使用戶繼續(xù)行走也會(huì)發(fā)生檢測(cè)遺漏。 因而，如前所述，在通過(guò)腳步位置分析單元5對(duì)轉(zhuǎn)移C進(jìn)行確定的情 況下，通過(guò)"參照參考步調(diào)的整數(shù)倍進(jìn)行確定，，，在前一級(jí)的峰檢測(cè)/ 確定處理單元4中，即使在發(fā)生行走腳步的檢測(cè)遺漏(峰位置的確定 遺漏)時(shí)也可以穩(wěn)定地執(zhí)行狀態(tài)估計(jì)。例如，圖14示出了這樣一種情況的例子在"行走/跑步"狀態(tài)中， 發(fā)生由x標(biāo)記(交叉標(biāo)記)指示的兩個(gè)腳步(峰位置)的檢測(cè)遺漏(計(jì) 數(shù)遺漏)，從而最近檢測(cè)到的腳步(峰位置)和緊鄰此之前檢測(cè)到的 腳步(峰位置)之間的間隔對(duì)應(yīng)于三步。在圖14所示的例子的情況下，在用于確定狀態(tài)是否是轉(zhuǎn)移C的 情況中，在新檢測(cè)到的腳步和緊鄰此之前一個(gè)腳步之間的間隔在相對(duì) 于參考腳步間隔(參考步調(diào)Ps)的整數(shù)倍的某一誤差范圍內(nèi)的情況下， 狀態(tài)被確定為轉(zhuǎn)移C，并且"行走/跑步"狀態(tài)被維持。因而，并不是簡(jiǎn)單地逐一累積檢測(cè)到的腳步，即使在沒(méi)有檢測(cè)到
腳步(峰位置)的情況下，在"行走/跑步，，狀態(tài)被維持的情況下，利用 參考步調(diào)的整數(shù)倍作為累積對(duì)象，可以更精確地測(cè)量步數(shù)。因此，通 過(guò)將本發(fā)明應(yīng)用于步數(shù)計(jì)，還有助于提高步數(shù)計(jì)的精確性。
如上，在該實(shí)施例的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備中，加速度傳感器l、垂
直分量提取單元2、高頻帶/低頻帶分離單元3、峰檢測(cè)/確定處理單元 4和腳步位置分析單元5的各個(gè)部件以有組織的方式工作，從而可以 精確地檢測(cè)諸如行走或跑步之類的用戶的人體運(yùn)動(dòng)并掌握這一運(yùn)動(dòng)。 [應(yīng)用于特定設(shè)備I
接下來(lái)，將描述本發(fā)明的設(shè)備、方法和程序應(yīng)用于特定設(shè)備的情 況。下文中，將分別描迷將本發(fā)明應(yīng)用于步數(shù)計(jì)的情況和將本發(fā)明應(yīng) 用于聲音播放設(shè)備的情況。
[關(guān)于對(duì)步數(shù)計(jì)的應(yīng)用
首先，將描述本發(fā)明的設(shè)備、方法和程序的實(shí)施例被應(yīng)用于步數(shù) 計(jì)的情況。圖15是用于說(shuō)明該實(shí)施例的步數(shù)計(jì)100的框圖。如圖15 所示，該實(shí)施例的步數(shù)計(jì)100通過(guò)將三軸加速度傳感器101經(jīng)由A/D 轉(zhuǎn)換器102連接到控制單元110并且連接顯示單元103和操作單元104 而形成。
作為三軸加速度傳感器101，可以使用通過(guò)將一軸加速度傳感器 布置在彼此正交的X軸、Y軸和Z軸的三個(gè)軸上而形成的傳感器，或 者使用通過(guò)將正交的三軸加速度傳感器封裝在一個(gè)外殼中而形成的 傳感器。來(lái)自三軸加速度傳感器101的X軸、Y軸和Z軸的各個(gè)檢測(cè) 輸出(模擬輸出)被提供給A/D轉(zhuǎn)換器102，在此處它們被轉(zhuǎn)換為具 有允許控制單元110進(jìn)行處理的格式的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并且該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)被 提供給控制單元110。
控制單元110控制該實(shí)施例的步數(shù)計(jì)100的各個(gè)部件，并且如圖 15所示，其被配置為微計(jì)算機(jī)，其中CPU(中央處理單元)lll、 ROM (只讀存儲(chǔ)器)112、 RAM (隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器)113和非易失性存儲(chǔ) 器114經(jīng)由CPU總線115相連。
這里，CPU 111運(yùn)行各種程序以形成要提供給各個(gè)部件的控制信
號(hào)，并執(zhí)行各種類型的計(jì)算，等等，并且其用作用于控制單元110中 的處理或控制的主要單元。ROM 112存儲(chǔ)并維護(hù)由CPU lll運(yùn)行的 各種類型程序或處理所需的數(shù)據(jù)。
此外，RAM 113主要用作工作區(qū)，例如臨時(shí)存儲(chǔ)處理的中間結(jié) 果，并且還用作存儲(chǔ)并維護(hù)經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換器102從加速度傳感器101 提供的數(shù)值形式的加速度數(shù)據(jù)的緩沖存儲(chǔ)器等。非易失性存儲(chǔ)器114 是即使當(dāng)存儲(chǔ)器斷電時(shí)其中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)也不會(huì)被刪除的存儲(chǔ)器，例如 EEPROM (電可擦除可編程ROM)或閃存，并且其存儲(chǔ)并維護(hù)即4吏 當(dāng)電源切斷時(shí)也要被維護(hù)的數(shù)據(jù)，例如已設(shè)置的參數(shù)、添加的程序等 等。
此外，連接到控制單元110的顯示單元103包括顯示控制電路， 并且具有諸如LCD (液晶顯示器)、有機(jī)EL (電致發(fā)光)或CRT (陰極射線管)之類的顯示元件，并且其根據(jù)控制單元110的控制顯 示步數(shù)的計(jì)數(shù)值、各種引導(dǎo)信息等。具體而言，響應(yīng)于從控制單元110 提供的顯示數(shù)據(jù)，顯示單元103由顯示數(shù)據(jù)形成要提供給顯示元件的 視頻信號(hào)，并將視頻信號(hào)提供給顯示元件，從而與來(lái)自控制單元110 的顯示數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的顯示信息被顯示在顯示元件的顯示屏上。
此外，操作單元104具有復(fù)位鍵、各種功能鍵等等，并且它能夠 接收用戶的操作輸入并提供與其相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。控制單元110被配 置為能夠響應(yīng)于電信號(hào)控制各個(gè)部件并根據(jù)用戶的指令執(zhí)行處理。
此外，在該實(shí)施例的步數(shù)計(jì)100中，控制單元110實(shí)現(xiàn)圖1中所 示的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備的垂直分量提取單元2、高頻帶/低頻帶分離單 元3、峰檢測(cè)/確定處理單元4和腳步位置分析單元5的功能，并且還 實(shí)現(xiàn)執(zhí)行腳步測(cè)量的腳步測(cè)量單元的功能。
即，如利用圖l所描述的，基于來(lái)自加速度傳感器101的檢測(cè)輸 出，該實(shí)施例的步數(shù)計(jì)100的控制單元110執(zhí)行垂直分量的提取、垂 直分量的高頻帶/低頻帶的分離、峰位置候選的檢測(cè)和峰位置候選的識(shí) 別、以及通過(guò)波形匹配進(jìn)行的峰位置的判定，并且基于所判定的峰位 置來(lái)測(cè)量步數(shù)。 此外，基于所判定的峰位置，其被配置為能夠精確掌握用戶的動(dòng) 作狀態(tài)并且精確掌握行走、跑步等的人體運(yùn)動(dòng)步調(diào)，從而在用戶的動(dòng) 作狀態(tài)是"行走/跑步，，的情況下，可以基于人體運(yùn)動(dòng)步調(diào)更精確地測(cè)量 用戶的步數(shù)。
下文中，參考圖16至21中的流程圖，將詳細(xì)描述主要由圖15 中所示的該實(shí)施例的步數(shù)計(jì)的控制單元110執(zhí)行的各種處理。
〖關(guān)于垂直分量提取處理
圖16是用于說(shuō)明主要由圖15中所示的該實(shí)施例的步數(shù)計(jì)100 的控制單元110執(zhí)行的垂直分量提取處理的流程圖。當(dāng)該實(shí)施例的步 數(shù)計(jì)100被加電并且經(jīng)由操作單元104接受用于執(zhí)行步數(shù)測(cè)量的指令 的輸入時(shí)，控制單元110的CPU 111首先執(zhí)行圖16中所示的處理。
控制單元110開(kāi)始獲得經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換器102提供的加速度數(shù)據(jù) (加速度向量數(shù)據(jù))并在RAM 113中緩沖加速度數(shù)據(jù)的處理(步驟 S101)，并利用所獲得的加速度向量計(jì)算重力加速度向量g的初始值 (步驟S102 )。然后，對(duì)樣本計(jì)數(shù)器c復(fù)位(清零)(步驟S103 )。理。
然后，控制單元110確定樣本計(jì)數(shù)器c的值是否大于預(yù)定值N(步 驟S104)。在該實(shí)施例中，為了減少計(jì)算量，以N(N是大于或等于 l的整數(shù))個(gè)樣本的間隔來(lái)執(zhí)行重力加速度向量g的重新計(jì)算。
當(dāng)在步驟S104的確定處理中確定樣本計(jì)數(shù)器c大于預(yù)定值N時(shí)， 控制單元110執(zhí)行重力加速度向量g的重新計(jì)算處理(步驟S105 )， 然后將樣本計(jì)數(shù)器c設(shè)置為0值(步驟S106)。即，步驟S106的處 理是樣本計(jì)數(shù)器c的復(fù)位處理。然后，利用通過(guò)最近的重新計(jì)算獲得 的重力加速度向量g和加速度向量an，通過(guò)利用圖2或圖3所述的計(jì) 算獲得垂直分量vn (步驟S107)。
此外，在步驟S104中確定樣本計(jì)數(shù)器c的值不大于值N的情況 下，如前所述，利用在步驟S102中計(jì)算出的重力加速度向量g的初 始值和最近的加速度向量an,通過(guò)利用圖2或圖3所述的計(jì)算獲得垂
直分量vn (步驟S1(T7)。
然后，在步驟S107的處理之后，控制單元IIO獲得最近的加速 度數(shù)據(jù)(步驟S108 )，使樣本計(jì)數(shù)器c加1 (步驟S109 )，并且重復(fù) 從步驟S104起的處理。如上在步驟S107中獲得的加速度向量的垂直 分量被用于高頻帶/低頻帶分離處理。
在該實(shí)施例中，步驟S105中重新計(jì)算重力加速度向量g的處理 和步驟S102中計(jì)算重力加速度向量的初始值的處理是基本相同的處 理，并且通過(guò)取加速度向量的各個(gè)軸的數(shù)據(jù)的移動(dòng)平均，重力加速度 向量g被計(jì)算為重力加速度的估計(jì)值。
將具體描述在步驟S102和步驟S105中執(zhí)行的處理。這里，將 考慮這樣一種情況當(dāng)前樣本位置是nl，并且從過(guò)去M個(gè)樣本的加 速度數(shù)據(jù)獲得重力加速度。在這種情況下，為了獲得X軸的重力加速 度向量gx，通過(guò)將從在當(dāng)前樣本位置前M+1個(gè)樣本的樣本起直到nl 的各個(gè)樣本中在X軸的加速度數(shù)據(jù)axn相加而獲得一個(gè)總和，并將該 總和除以值M，從而獲得了 X軸的重力加速度向量gx。
類似地，在要獲得Y軸的重力加速度向量gy的情況下，通過(guò)將 從在當(dāng)前樣本位置前M+1個(gè)樣本的樣本起直到nl的各個(gè)樣本中在Y 軸的加速度數(shù)據(jù)ayn相加而獲得一個(gè)總和，并將該總和除以值M，從 而獲得了 Y軸的重力加速度向量gy。此外，在要獲得Z軸的重力加 速度向量gz的情況下，通過(guò)將從在當(dāng)前樣本位置前M+1個(gè)樣本的樣 本起直到nl的各個(gè)樣本中在Z軸的加速度數(shù)據(jù)azn相加而獲得一個(gè) 總和，并將該總和除以值M，從而獲得了 Z軸的重力加速度向量gz。
在以上述方式計(jì)算重力加速度向量的情況下，希望利用足夠長(zhǎng)的 分段取平均值，從而由于運(yùn)動(dòng)引起的加速度分量被取平均且被抵消。 然而，如果分段太長(zhǎng)，則其不能跟隨設(shè)備的傾斜(不能正確地反映設(shè) 備的傾斜)，因此，例如，將該時(shí)段設(shè)置為大約幾秒是適當(dāng)?shù)摹?br> 此外，在步驟S107的提取垂直分量的處理中，如前所述，可以 基于最新的加速度向量an和重力向量g、通過(guò)圖2中所示的式(1-3) 或圖3中所示的式(2-3)獲得(提取出)垂直分量vn。
如上所述，控制單元110通過(guò)執(zhí)行圖16中所示的處理來(lái)實(shí)現(xiàn)作 為垂直分量提取單元2的功能。注意，盡管為了減少該實(shí)施例的步數(shù)計(jì)100中的計(jì)算量，如圖 16所示重力加速度的估計(jì)是以N個(gè)樣本的間隔執(zhí)行的，但是這并不 是對(duì)其的限制。用于估計(jì)重力加速度的計(jì)算處理并不限于取各個(gè)軸的 數(shù)據(jù)的移動(dòng)平均值。例如，可以使用最小二乘法等。[關(guān)于垂直分量的高頻帶/低頻帶分離的處理然后，通過(guò)圖16中所示的處理提取出的加速度向量的垂直分量 被分離為高頻帶分量和低頻帶分量。為此，如前所述，例如，通過(guò)提 取出包括可歸因于行走或跑步的加速度的主要分量的2 Hz至4 Hz頻 帶中的分量作為低頻帶分量，并提取出高于4 Hz的頻帶中的分量作 為高頻帶分量，可以將垂直分量分離為預(yù)定頻帶的高頻帶分量和預(yù)定 頻帶的低頻帶分量。在通過(guò)圖16中所示的處理提取出的垂直分量x(n)中，發(fā)生了與 在用戶的行走運(yùn)動(dòng)中涉及的上下運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的峰。尤其是，在垂直分 量x(n)的低頻帶分量xl(n)中，與在用戶的行走運(yùn)動(dòng)中涉及的上下運(yùn)動(dòng) 相對(duì)應(yīng)的峰顯著地發(fā)生。因而，基于通過(guò)分離垂直分量x(n)獲得的低 頻帶分量xl(n)檢測(cè)峰位置候選，并且基于低頻帶分量xl(n)的能量和 高頻帶分量xh(n)的能量之間的比值來(lái)識(shí)別峰位置候選。[關(guān)于檢測(cè)并識(shí)別峰位置候選的處理l圖17是用于說(shuō)明主要由圖15中所示的該實(shí)施例的步數(shù)計(jì)100 的控制單元110執(zhí)行的檢測(cè)并識(shí)別峰位置候選的處理的流程圖。圖17 中所示的處理例如是基于通過(guò)分離垂直分量x(n)獲得的低頻帶分量 xl(n)和高頻帶分量xh(n)針對(duì)每個(gè)采樣執(zhí)行的，其中垂直分量x(n)是 通過(guò)利用圖16所描述的垂直分量提取處理提取出的。首先，如前所述，控制單元110基于從垂直分量x(n)中分離出的 低頻帶分量xl(n)執(zhí)行搜索(檢測(cè))峰位置候選的處理。具體而言，關(guān) 于低頻帶分量xl(n),例如，對(duì)于每個(gè)釆樣，對(duì)最近獲得的低頻帶分量 數(shù)據(jù)和緊鄰此之前的低頻帶分量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，并且在緊鄰此之前的
低頻帶分量數(shù)據(jù)更大而且緊鄰此之前的低頻帶分量數(shù)據(jù)大于或等于 預(yù)定值的情況下，緊鄰此之前的低頻帶分量數(shù)據(jù)被檢測(cè)為峰值的候 選，并且峰值的位置被檢測(cè)為峰位置候選。
然后，控制單元110確定是否已檢測(cè)到峰位置(步驟S202)， 并且當(dāng)確定沒(méi)有檢測(cè)到候選時(shí)，控制單元110完成圖17中所示的處 理，并且在下一采樣時(shí)刻再次執(zhí)行圖17中所示的處理。
另一方面，當(dāng)在步驟S202的確定處理中確定已檢測(cè)到峰位置候 選時(shí)，控制單元110利用該峰位置候選附近的低頻帶分量xl(n)來(lái)根據(jù) 圖9中的式(5-2)計(jì)算在包括該峰位置候選的預(yù)定范圍中的低頻帶分 量xl(n)的能量el (步驟S203 )。此外，類似地，控制單元110利用 該峰位置候選附近的高頻帶分量xh(n)來(lái)根據(jù)圖9中的式(5-1)計(jì)算 在包括該峰位置候選的預(yù)定范圍中的高頻帶分量xh(n)的能量eh (步 驟S204 )。
然后，根據(jù)圖9中的式(5-3),控制單元110計(jì)算在步驟S203 中計(jì)算出的低頻帶分量xl(n)的能量el和在步驟S204中計(jì)算出的高頻 帶分量xh(n)的能量eh之間的能量比值d (步驟S205)，并且確定計(jì) 算出的能量比值d是否小于預(yù)定閾值D (步驟S206)。
在步驟S206的確定處理中確定能量比值d不小于預(yù)定閾值D的 情況下，即，在高頻帶分量xh(ii)中存在大量噪聲的情況下，由于被 檢測(cè)為峰位置候選的位置是不正確檢測(cè)的可能性較高，因此所檢測(cè)的 峰位置候選不被識(shí)別為峰位置候選，圖17中所示的處理完成，并且 在下一采樣時(shí)刻再次執(zhí)行圖17中所示的處理。
在步驟S206的確定處理中確定能量比值d小于預(yù)定閾值D的情 況下，即，高頻帶分量xh(n)中的噪聲很小的情況下，由于被檢測(cè)為 峰位置候選的位置是峰位置的可能性較高，因此所檢測(cè)的峰位置候選 被識(shí)別為峰位置候選，并且峰位置候選被記錄在例如峰位置記錄緩沖 器中，例如記錄在RAM 113中(步驟S207)。然后，圖17中所示 的處理完成，并且在下一采樣時(shí)刻再次執(zhí)行圖17中所示的處理。
如上，該實(shí)施例的步數(shù)計(jì)100的控制單元110基于通過(guò)對(duì)從加速量x(n)進(jìn)行頻帶劃分而獲得的低頻帶分量 xl(n)來(lái)檢測(cè)峰位置候選，此外，基于在包括被檢測(cè)為峰位置候選的位 置的預(yù)定范圍中的低頻帶分量xl(n)的能量el和高頻帶分量xh(n)的能 量eh而僅僅將可以可靠地作為峰位置候選的位置識(shí)別為峰位置候選。注意，圖17中所示的處理是由控制單元110實(shí)現(xiàn)的峰檢測(cè)/確定 處理單元的功能中的峰檢測(cè)功能(檢測(cè)并識(shí)別峰位置候選的功能)的 實(shí)現(xiàn)方式。[關(guān)于波形匹配和步數(shù)計(jì)數(shù)的處理圖18是用于說(shuō)明根據(jù)被識(shí)別為峰位置候選的位置來(lái)確定峰位置 并基于峰位置對(duì)用戶的步數(shù)計(jì)數(shù)的處理的流程圖，該處理是主要由圖 15中所示的該實(shí)施例的步數(shù)計(jì)100的控制單元110執(zhí)行的處理。在圖18所示的處理中，基于通過(guò)圖17中所示的處理識(shí)別出的峰 位置候選，在包括峰位置候選的預(yù)定分段之間執(zhí)行波形匹配以確定真 正的峰位置，并且對(duì)所確定的峰位置計(jì)數(shù)，從而精確地對(duì)用戶的步數(shù) 計(jì)數(shù)。通過(guò)圖18中所示的處理識(shí)別出的峰位置候選通過(guò)圖17所示的處 理中的步驟S207的處理被存儲(chǔ)在峰位置記錄緩沖器(例如，RAM 113 等)中。因而，控制單元110從峰位置記錄緩沖器中尋找(搜索)尚 未檢查的峰位置候選(步驟S301)。峰位置候選是否尚未檢查是根據(jù) 針對(duì)每個(gè)識(shí)別出的峰位置候選設(shè)置的已檢查標(biāo)志是ON還是OFF來(lái)確定的，這將在后面描述。通常，最近記錄的峰位置候選成為尚未檢 查的峰位置候選。然后，控制單元110確定在步驟S301的處理中是否找到尚未檢 查的峰位置候選pl (步驟S302)。當(dāng)在步驟S302的確定處理中確定 已找到尚未檢查的峰位置候選pl時(shí)，在包括峰位置候選pl的預(yù)定范 圍中的波形和從峰位置候選pl起的過(guò)去N秒范圍中的包括另 一個(gè)峰 位置候選的預(yù)定范圍中的波形之間執(zhí)行波形匹配。注意，在步驟S303的處理中，盡管它取決于釆樣頻率，但執(zhí)行 與一個(gè)或多個(gè)預(yù)定范圍中的波形的匹配。此外，關(guān)于用于匹配的波形， n)的波形執(zhí)行的。很明顯，作為用于比較的波 形，可以使用垂直分量x(n)的波形。
然后，基于步驟S303的處理，控制單元110確定是否已找到與 尚未檢查的峰位置候選pl相匹配的過(guò)去的峰位置候選p2 (步驟 S304)。即，在步驟S304的確定處理中，確定是否已找到與包括尚 未檢查的峰位置候選pl的預(yù)定范圍的波形具有高類似程度的包括過(guò) 去的峰位置候選的預(yù)定范圍中的波形。
當(dāng)在步驟S304的確定處理中確定已找到與尚未檢查的峰位置候 選pl相匹配的過(guò)去的峰位置候選p2時(shí)，尚未檢查的峰位置候選pl 被確定為峰位置，并且向步數(shù)計(jì)數(shù)加"l"，而且用于尚未檢查的峰位 置候選pl的已計(jì)數(shù)標(biāo)志被設(shè)為ON (步驟S305 )。
此外，確定當(dāng)前找到作為匹配的過(guò)去的峰位置候選p2的已計(jì)數(shù) 標(biāo)志是否為ON (步驟S306)。在過(guò)去的峰位置候選p2的已計(jì)數(shù)標(biāo) 志為ON的情況下，用于尚未檢查的峰位置候選pl的已檢查標(biāo)志被 設(shè)為ON (步驟S307)，圖18中所示的處理完成，并且等待下一執(zhí) 行時(shí)刻。
另一方面，當(dāng)在步驟S306的確定處理中確定過(guò)去的峰位置候選 p2的已計(jì)數(shù)標(biāo)志不為ON時(shí)，關(guān)于過(guò)去的峰位置候選p2，盡管在之 前不存在匹配峰，但是由于它新匹配峰位置候選pl,因此過(guò)去的峰位 置候選p2也被確定為峰位置，并且向步數(shù)計(jì)數(shù)加"l"，而且用于過(guò)去 的峰位置候選p2的已計(jì)數(shù)標(biāo)志被設(shè)為ON (步驟S308 )。前進(jìn)到步 驟S307的處理，用于尚未檢查的峰位置候選pl的已檢查標(biāo)志被設(shè)為 ON(步驟S307)，圖18中所示的處理完成，并且等待下一執(zhí)行時(shí)刻。
此外，在步驟S302的確定處理中確定未找到尚未檢查的峰位置 候選pl的情況下以及在步驟S304的確定處理中確定未找到與尚未檢 查的峰位置候選pl相匹配的過(guò)去的峰位置候選p2的情況下，圖18 中所示的處理完成，并且等待下一執(zhí)行時(shí)刻。
如上，在通過(guò)利用圖17所述的處理識(shí)別出峰位置候選之后，通 過(guò)圖18中所示的處理判定峰位置并對(duì)所判定的峰位置計(jì)數(shù)，從而可
200780007017.8說(shuō)明書(shū)第31/45頁(yè)以精確地對(duì)與用戶的行走或跑步相對(duì)應(yīng)的步數(shù)計(jì)數(shù)。注意，盡管這里與用戶的行走或跑步相對(duì)應(yīng)的步數(shù)是通過(guò)圖18 的處理對(duì)所判定的峰位置計(jì)數(shù)來(lái)計(jì)數(shù)的，但是只要能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的精 度，與用戶的行走或跑步相對(duì)應(yīng)的步數(shù)也可以通過(guò)對(duì)由圖17中所示 的處理識(shí)別出的峰位置候選的數(shù)目計(jì)數(shù)來(lái)計(jì)數(shù)。注意，圖18中所示的處理實(shí)現(xiàn)了由控制單元110實(shí)現(xiàn)的峰檢測(cè)/ 確定處理單元4的功能中的判定峰位置的功能，并且還實(shí)現(xiàn)了作為步 數(shù)計(jì)的步數(shù)測(cè)量的功能。[用于在開(kāi)頭防止計(jì)數(shù)遺漏的處理另外，在圖18所示的處理的情況下，在過(guò)去N秒內(nèi)不存在峰的 情況下，就像在從靜止?fàn)顟B(tài)開(kāi)始行走時(shí)，發(fā)生計(jì)數(shù)遺漏。因而，可以 通過(guò)如圖19中的添加獲得從過(guò)去峰到當(dāng)前峰的匹配的處理來(lái)防止計(jì) 數(shù)遺漏。即，在要防止緊接著用戶的動(dòng)作(運(yùn)動(dòng))開(kāi)始之后的步數(shù)的計(jì)數(shù) 遺漏的情況下，在圖18中所示的處理之前或之后添加圖19中所示的 處理。在這種情況下，控制單元110從峰位置記錄緩沖器中尋找(搜 索)作為在當(dāng)前N秒前的峰位置候選并且尚未計(jì)數(shù)的峰位置候選pl (步驟S401 )。步驟S401的處理是尋找尚未計(jì)數(shù)的過(guò)去的峰位置候選的處理。 簡(jiǎn)短地說(shuō)，它是在開(kāi)頭搜索峰位置候選的處理?？刂茊卧?10確定是 否已找到尚未計(jì)數(shù)的峰位置候選(步驟S402)。當(dāng)在步驟S402的確定處理中確定已找到尚未計(jì)數(shù)的峰位置候選 pl時(shí)，考慮從尚未計(jì)數(shù)的峰位置候選pl到當(dāng)前為止的范圍作為對(duì)象， 在包括尚未計(jì)數(shù)的峰位置候選pl的預(yù)定范圍中的波形和包括存在于 從尚未計(jì)數(shù)的峰位置候選pl到當(dāng)前為止的范圍中的峰位置候選的預(yù) 定范圍中的波形之間執(zhí)行匹配(步驟S403)。與圖18所示的步驟S303中的處理(它是從當(dāng)前到過(guò)去的方向上 的波形匹配處理)相反，步驟S403中的處理是從過(guò)去到當(dāng)前的方向 上的波形匹配處理。
然后，基于步驟S403中的處理，控制單元IIO確定是否已找到 與尚未檢查的峰位置候選pl相匹配的在當(dāng)前方向上的峰位置候選p2 (步驟S404)。即，在步驟S404的確定處理中，確定在當(dāng)前方向(時(shí) 間流逝的方向)上是否已找到與包括尚未計(jì)數(shù)的峰位置候選pl的預(yù) 定范圍中的波形具有高類似程度的包括峰位置候選的預(yù)定范圍中的 波形。
當(dāng)在步驟S404的確定處理中確定已找到與尚未檢查的峰位置候 選pl相匹配的當(dāng)前方向上的峰位置候選p2時(shí)，向步數(shù)計(jì)數(shù)加"l"， 并且尚未檢查的峰位置候選pl的已計(jì)數(shù)標(biāo)志被設(shè)為ON(步驟S405 )。
因而，在對(duì)于未確定為峰位置的過(guò)去的峰位置候選(這是由于在 過(guò)去不存在峰位置候選)而言，通過(guò)與后續(xù)波形的比較存在具有高類 似程度的波形的情況下，可以確定該過(guò)去的峰位置候選是峰位置并對(duì) 峰位置計(jì)數(shù)。
此外，控制單元110確定用于當(dāng)前方向上的峰位置候選p2的已 計(jì)數(shù)標(biāo)志是否為ON (步驟S406)。當(dāng)在步驟S406的確定處理中確 定用于當(dāng)前方向上的峰位置候選p2的已計(jì)數(shù)標(biāo)志不為ON時(shí)，當(dāng)前 方向上的峰位置候選p2也被確定為峰位置，向步數(shù)計(jì)數(shù)加值"l，，，并 且用于當(dāng)前方向上的峰位置候選p2的已計(jì)數(shù)標(biāo)志祐L設(shè)為ON (步驟 S407)。
然后，在步驟S406的確定處理中確定用于當(dāng)前方向上的峰位置 候選p2的已計(jì)數(shù)標(biāo)志為ON的情況下或者在步驟S407的處理之后， 控制單元110完成圖19中所示的處理，并且等待下一執(zhí)行時(shí)刻。
例如，關(guān)于第一峰附近的波形，通過(guò)除了執(zhí)行圖18中所示的處 理之外還執(zhí)行圖19中所示的處理，可以獲得與時(shí)間上靠后(未來(lái)) 的峰附近的波形之間的匹配，以確定它是否真正是一個(gè)峰，并且當(dāng)它 是峰時(shí)進(jìn)行計(jì)數(shù)。
[人體運(yùn)動(dòng)類型估計(jì)處理和步數(shù)計(jì)數(shù)處理
如上所述，通過(guò)識(shí)別峰位置候選并對(duì)峰位置候選計(jì)數(shù)，或者通過(guò) 從峰位置候選中確定真正的峰位置并對(duì)峰位置計(jì)數(shù)，可以測(cè)量在用戶
的運(yùn)動(dòng)期間(例如行走或跑步期間)的步數(shù)。然而，由于噪聲等的影 響，存在出現(xiàn)對(duì)其未獲得匹配的峰的情況。
因而，在該實(shí)施例的步數(shù)計(jì)100中，通過(guò)作為由控制單元110 實(shí)現(xiàn)的腳步位置分析單元5的功能，還可以精確地掌握用戶的動(dòng)作狀 態(tài)(與動(dòng)作狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的人體運(yùn)動(dòng)類型)，并且在正執(zhí)行行走或跑步 的情況下，可以甚至在存在對(duì)其不能獲得匹配的峰的時(shí)段中精確地對(duì) 用戶的步數(shù)計(jì)數(shù)。
圖20和21是用于說(shuō)明主要由該實(shí)施例的步數(shù)計(jì)100的控制單元 110執(zhí)行的人體運(yùn)動(dòng)類型估計(jì)處理和步數(shù)計(jì)數(shù)處理的流程圖。作為在 圖20和21所示的處理中使用的峰位置的信息，使用通過(guò)圖17的處 理識(shí)別出的并被記錄在峰位置記錄緩沖器中的峰位置候選的數(shù)據(jù)，并 且執(zhí)行通過(guò)波形匹配的峰位置確定處理、人體運(yùn)動(dòng)類型估計(jì)處理和步 數(shù)計(jì)數(shù)處理。
即，在圖16和17中的處理之后，執(zhí)行圖20和21中所示的處理。 圖20和21中的處理由峰檢測(cè)/確定處理單元4的功能和腳步位置分析 單元5的功能實(shí)現(xiàn)。
然后，控制單元110從峰位置記錄緩沖器(例如RAM 113)中 尋找(搜索)尚未檢查的峰位置候選(步驟S501)。如后面將描述的， 峰位置候選是否尚未檢查可以根據(jù)為每個(gè)識(shí)別出的峰位置候選設(shè)置 的已檢查標(biāo)志的ON/OFF來(lái)區(qū)分。通常，最近記錄的峰位置候選變?yōu)?尚未檢查的峰位置候選。
然后，控制單元110確定在步驟S501的處理中是否已找到尚未 檢查的峰位置候選(步驟S502)。當(dāng)在步驟S502的確定處理中確定 已找到尚未檢查的峰位置候選時(shí)，靜止計(jì)時(shí)器C被設(shè)為值"0 (竿)，， (步驟S503 )。然后，控制單元110執(zhí)行在包括峰位置候選pl的預(yù) 定范圍中的波形和在包括從峰位置候選pl起的過(guò)去N秒的范圍中的 另一峰位置候選的預(yù)定范圍中的波形之間的匹配(步驟S504)。
注意，在步驟S504的處理中，盡管它取決于采樣頻率，但是匹 配是與一個(gè)或多個(gè)過(guò)去的預(yù)定范圍中的波形執(zhí)行的。此外，關(guān)于用于
匹配的波形，它可以基于低頻帶分量xl(n)的波形來(lái)執(zhí)行。很明顯，作 為用于比較的波形，可以使用垂直分量x(n)的波形。然后，基于步驟S504中的處理，控制單元IIO確定是否已找到 與尚未檢查的峰位置候選pl相匹配的過(guò)去的峰位置候選p2 (步驟 S505)。即，在步驟S505的確定處理中，確定是否已找到與包括尚 未檢查的峰位置候選pl的預(yù)定范圍中的波形具有高類似程度的包括 過(guò)去的峰位置候選的預(yù)定范圍中的波形。當(dāng)在步驟S505的確定處理中確定已找到與尚未檢查的峰位置候 選pl相匹配的過(guò)去的峰位置候選p2時(shí)，尚未檢查的峰位置候選pl 被確定為峰位置，向步數(shù)計(jì)數(shù)加值"l"，并且用于尚未檢查的峰位置 候選pl的已計(jì)數(shù)標(biāo)志被設(shè)為ON (步驟S506 )。然后，確定用于當(dāng)前找到作為匹配的過(guò)去的峰位置候選p2的已 計(jì)數(shù)標(biāo)志是否為ON (步驟S507 )。在步驟S507的確定處理中確定 用于過(guò)去的峰位置候選p2的已計(jì)數(shù)標(biāo)志為ON的情況下，過(guò)程進(jìn)行 到圖21中所示的處理。另一方面，關(guān)于過(guò)去的峰位置候選p2，當(dāng)在步驟S507的確定處 理中確定用于過(guò)去的峰位置候選p2的已計(jì)數(shù)標(biāo)志不為ON時(shí)，盡管 之前不存在匹配峰，但是由于它新匹配峰位置候選pl,因此過(guò)去的峰 位置候選p2也被確定為峰位置，向步數(shù)計(jì)數(shù)加值"l，，，用于過(guò)去的峰 位置候選p2的已計(jì)數(shù)標(biāo)志被設(shè)為ON (步驟S508)，并且過(guò)程進(jìn)行 到圖21中的處理。此外，當(dāng)在圖20所示的步驟S502的確定處理中確定還未找到尚 未檢查的峰位置候選pl時(shí)，向靜止計(jì)時(shí)器C加值"l"(步驟S509 )， 并且確定靜止計(jì)時(shí)器C是否已變得大于參考值(步驟S510)。當(dāng)在步驟S510的確定處理中確定靜止計(jì)時(shí)器C是否已變得大于 參考值時(shí)，用戶的動(dòng)作狀態(tài)被設(shè)為"靜止，，狀態(tài)(步驟S511),圖20 和21中的處理完成，并且等待下一執(zhí)行時(shí)刻。另一方面，當(dāng)在步驟 S510的確定處理中確定靜止計(jì)時(shí)器C還未變得大于參考值時(shí)，什么 也不做，圖20和21中所示的處理完成，并且等待下一執(zhí)行時(shí)刻。
然后，在如上所述步驟S507的確定處理中確定用于過(guò)去的峰位 置候選p2的已計(jì)數(shù)標(biāo)志為ON的情況下以及在在步驟S508的處理之 后，執(zhí)行圖21中所示的處理。在圖21所示的處理中，控制單元110 首先將尚未檢查的峰位置候選pl的已檢查標(biāo)志設(shè)為ON(步驟S512 )。
然后，控制單元110識(shí)別距離最近通過(guò)步驟S512的處理已檢查 標(biāo)志被設(shè)為ON的峰位置pl最近的一個(gè)過(guò)去的峰位置pl，(步驟 S513)，并且計(jì)算峰位置pl和緊鄰的峰位置pl，之間的間隔TO (步 驟S514)。在該實(shí)施例的步數(shù)計(jì)100中，如利用圖12所描述的，可 以維持在緊鄰的四個(gè)峰位置之間分別定義的三個(gè)峰間隔T0、T1和T2。 很明顯，可以維持并使用更大數(shù)目的峰間隔。
然后，控制單元110確定用戶的最近動(dòng)作狀態(tài)的確定結(jié)果是否為 "行走/跑步"狀態(tài)(步驟S515)。當(dāng)在步驟S515的確定處理中確定用 戶的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不是"行走/跑步"狀態(tài)時(shí)，如上所述，計(jì)算根據(jù)緊鄰的四 個(gè)峰位置確定的三個(gè)間隔T0、 Tl和T2的平均值Ta (步驟S516), 對(duì)于所有的峰間隔T0、 Tl和T2分別獲得通過(guò)減去平均值Ta而獲得 的值，并且確定對(duì)于所有峰間隔所獲得的值是否小于參考值(步驟 S517)。
步驟S517的確定處理是確定峰間隔T0、 Tl和T2是否為基本相 同的步調(diào)從而已開(kāi)始執(zhí)行作為周期性人體運(yùn)動(dòng)的行走或跑步的處理。 當(dāng)在步驟S517的確定處理中確定各個(gè)峰間隔T0、 Tl和T2之間的每 個(gè)差都小于或等于參考值時(shí)，控制單元110將平均值Ta設(shè)為參考步 調(diào)Ps，并確定用戶的動(dòng)作狀態(tài)是"行走/跑步"(步驟S518)。
然后，控制單元110執(zhí)行偏移峰間隔T0、 T1和T2的處理(步 驟S519)。即，峰間隔Tl被偏移到峰間隔T2，峰間隔T0被偏移到 峰間隔T1。注意，對(duì)于峰間隔T0，可以執(zhí)行初始化。
在步驟S519的處理之后并且在步驟S517的確定處理中，當(dāng)在 步驟S517的確定處理中確定各個(gè)峰間隔T0、 Tl和T2之間的每個(gè)差 都不小于或等于參考值時(shí)，控制單元110完成圖20和21中所示的處 理，并且等待下一執(zhí)行時(shí)刻。
此外，當(dāng)在步驟S515的確定處理中確定用戶的動(dòng)作狀態(tài)是"行走 /跑步，，時(shí)，控制單元110將最近的峰間隔T0除以參考步調(diào)Ps以計(jì)算 值r (步驟S520)。步驟S520的處理是考慮到假定被檢測(cè)為峰值的 值不被檢測(cè)為峰值的情況的處理，并且是計(jì)算這樣一個(gè)數(shù)的處理，最 近檢測(cè)到的峰間隔TO乘上該數(shù)后將變?yōu)閰⒖疾秸{(diào)Ps。
然后，計(jì)算離在步驟S520中計(jì)算出的值r最近的整數(shù)R (步驟 S521)。例如，在值r是"0.1"、 "0,2，，等的情況下，整數(shù)R是"O"，在 值r是"0.9"、 "l.l，，等的情況下，整數(shù)R是"1"，而如果值r是"1.9" 或"2.1"，則整數(shù)R是"2"。然后，控制單元110確定通過(guò)從值r中減 去整數(shù)R而獲得的值的絕對(duì)值是否小于預(yù)定的參考值(步驟S522 )。
步驟S522的確定處理是確定最近的峰間隔TO是否是參考步調(diào) Ps的整數(shù)倍的處理。當(dāng)在步驟S522的確定處理中確定通過(guò)從值r中 減去整數(shù)R而獲得的值的絕對(duì)值不小于預(yù)定的參考值時(shí)，確定最近的 峰間隔TO不是參考步調(diào)Ps的整數(shù)倍，并且確定(識(shí)別出)用戶的動(dòng) 作狀態(tài)是"未定義"狀態(tài)(步驟S523 )。然后，控制單元110完成圖 20和21中所示的處理，并且等待下一執(zhí)行時(shí)刻。
另一方面，當(dāng)在步驟S522的確定處理中確定通過(guò)從值r中減去 整數(shù)R而獲得的值的絕對(duì)值小于預(yù)定的參考值時(shí)，確定最近的峰間隔 TO是參考步調(diào)Ps的整數(shù)倍，并且確定整數(shù)R是否大于值"l"(步驟
5524 )。步驟S524的確定處理是確定峰間隔T0是否大于或等于參考 步調(diào)Ps的兩倍的處理。
當(dāng)在步驟S524的確定處理中確定整數(shù)R不大于1時(shí)，由于最近 的峰間隔TO不是大于或等于參考步調(diào)兩倍的分段，因此控制單元110 完成圖20和21中所示的處理，什么也不做，并且等待下一執(zhí)行時(shí)刻。
另一方面，當(dāng)在步驟S524的確定處理中確定整數(shù)R大于1時(shí)， 由于最近的峰間隔TO是大于或等于參考步調(diào)兩倍的分段，因此控制 單元110將通過(guò)從整數(shù)R中減去1而獲得的值加到計(jì)數(shù)上(步驟
5525 ),完成圖20和21中所示的處理，并且等待下一執(zhí)行時(shí)刻。 如上，在通過(guò)圖20和21中所示的處理在執(zhí)行行走或跑步的同時(shí)
精確地區(qū)分用戶的動(dòng)作狀態(tài)的情況下，即使在存在對(duì)其未獲得匹配的 峰的時(shí)段中，也可以精確地對(duì)用戶的步數(shù)計(jì)數(shù)。此外，還可以實(shí)時(shí)區(qū)
分四種動(dòng)作狀態(tài)(與動(dòng)作狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的人體運(yùn)動(dòng)類型)"靜止"狀態(tài)、 "未定義"狀態(tài)、"行走，，狀態(tài)和"跑步"狀態(tài)。
注意，在利用圖20和21所描述的處理中，當(dāng)最近的峰間隔TO 是作為參考步調(diào)的整數(shù)倍的分段時(shí)，根據(jù)測(cè)量失敗的峰位置來(lái)測(cè)量步 數(shù)。然而，這并不是對(duì)其的限制。即，當(dāng)最近的峰間隔T0是作為參 考步調(diào)的整數(shù)倍的分段時(shí)，考慮垂直分量的低頻帶分量的幅度以及分 段中垂直分量自身的幅度，可以區(qū)分在參考步調(diào)的整數(shù)倍的位置處是 否可靠地存在峰位置。
具體而言，對(duì)于在參考步調(diào)的整數(shù)倍的位置處的幅度提供了參考
值，并且如果該幅度大于或等于參考值，則它被識(shí)別為峰值和峰位置， 并且如果該幅度小于參考值，則它不被識(shí)別為峰值和峰位置。注意， 可以通過(guò)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來(lái)設(shè)置適當(dāng)?shù)闹底鳛閰⒖贾怠?b>應(yīng)用于聲音播放設(shè)備
接下來(lái)，將描述本發(fā)明的設(shè)備、方法和程序的實(shí)施例被應(yīng)用于聲 音播放設(shè)備的情況。圖22是用于說(shuō)明該實(shí)施例的聲音播放設(shè)備200 的框圖。如后面將描述的，該實(shí)施例的聲音播放設(shè)備200是便攜型設(shè) 備，其被配置為能夠使用具有相對(duì)大容量的記錄介質(zhì)來(lái)存儲(chǔ)音樂(lè)片段 數(shù)據(jù)(音樂(lè)數(shù)據(jù))。
可以想到各種類型的存儲(chǔ)介質(zhì)來(lái)用作記錄介質(zhì)，例如硬盤(pán)、諸如 MD (迷你盤(pán)(注冊(cè)商標(biāo)))之類的磁光盤(pán)、諸如CD或DVD之類的 光盤(pán)、存儲(chǔ)卡或半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。然而，這里，為了簡(jiǎn)化描述，將在假 定用于存儲(chǔ)諸如音樂(lè)片段數(shù)據(jù)之類的內(nèi)容數(shù)據(jù)的記錄介質(zhì)是硬盤(pán)的 情況下給出描迷。
如圖22所示，在該實(shí)施例的聲音播放設(shè)備200中，三軸加速度 傳感器201經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換器202連接到控制單元210，并且作為具有 相對(duì)較大的存儲(chǔ)容量的記錄介質(zhì)，連接有音樂(lè)片段數(shù)據(jù)庫(kù)(下文中稱 為音樂(lè)片段DB) 203和播放列表存儲(chǔ)單元204。
此外，揚(yáng)聲器206經(jīng)由音頻播放處理單元205連接到控制單元 210，并且連接有作為用戶接口的操作單元221和顯示單元222。此外， 配置有經(jīng)由外部接口 (下文中稱為外部I/F) 223連接的輸入/輸出終 端224。與前述步數(shù)計(jì)100的加速度傳感器101類似，作為三軸加速度傳 感器201,可以使用通過(guò)將一軸加速度傳感器布置在彼此正交的X軸、 Y軸和Z軸的三個(gè)軸上而形成的傳感器，或者使用通過(guò)將正交的三軸 加速度傳感器封裝在一個(gè)外殼中而形成的傳感器。來(lái)自三軸加速度傳 感器201的X軸、Y軸和Z軸的各個(gè)檢測(cè)輸出(模擬輸出)被提供給 A/D轉(zhuǎn)換器202，在此處它們被轉(zhuǎn)換為具有允許控制單元210進(jìn)行處 理的格式的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并且該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)被提供給控制單元210?？刂茊卧?10控制該實(shí)施例的聲音播放設(shè)備200的各個(gè)部件，并 且與前述步數(shù)計(jì)100的控制單元110類似，控制單元210被配置為微 計(jì)算機(jī)，其中CPU 211、 ROM212、 RAM213和非易失性存儲(chǔ)器214 經(jīng)由CPU總線215相連。這里，CPU 211運(yùn)行各種程序以形成要提供給各個(gè)部件的控制信 號(hào)，并執(zhí)行各種類型的計(jì)算，等等，并且其用作用于控制單元210中 的處理或控制的主要單元。ROM 212存儲(chǔ)并維護(hù)由CPU 211運(yùn)4亍的 各種類型程序或處理所需的數(shù)據(jù)。此外，RAM 213主要用作工作區(qū)，例如臨時(shí)存儲(chǔ)處理的中間結(jié) 果，并且還用作存儲(chǔ)并維護(hù)經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換器202從加速度傳感器201 提供的數(shù)值形式的加速度數(shù)據(jù)的緩沖存儲(chǔ)器等。非易失性存儲(chǔ)器214 是即使當(dāng)存儲(chǔ)器斷電時(shí)其中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)也不會(huì)被刪除的存儲(chǔ)器，例如 EEPROM或閃存，并且其存儲(chǔ)并維護(hù)即使當(dāng)電源切斷時(shí)也要被維護(hù) 的數(shù)據(jù)，例如已設(shè)置的參數(shù)、添加的程序等等。此外，如前所述，音樂(lè)片段DB 203和播放列表存儲(chǔ)單元204中 的每一個(gè)是硬盤(pán)。音樂(lè)片段DB存儲(chǔ)并維護(hù)大量的可由該實(shí)施例的聲 音播放設(shè)備200播放的音樂(lè)片段數(shù)據(jù)，例如存儲(chǔ)為根據(jù)預(yù)定的數(shù)據(jù)壓 縮方法壓縮的數(shù)據(jù)。
此外，播放列表存儲(chǔ)單元204存儲(chǔ)并維護(hù)用于指示當(dāng)用戶處于 "靜止"狀態(tài)時(shí)要播放的音樂(lè)片段的靜止場(chǎng)合播放列表、用于指示當(dāng)用 戶處于"行走"狀態(tài)時(shí)要播放的音樂(lè)片段的行走場(chǎng)合播放列表、以及用 于指示當(dāng)用戶處于"跑步，，狀態(tài)時(shí)要播放的音樂(lè)片段的跑步場(chǎng)合播放 列表。即，關(guān)于存儲(chǔ)在播放列表存儲(chǔ)單元204中的播放列表，允許例如 通過(guò)諸如附接到每個(gè)播放列表的播放列表類型之類的信息而使得靜 止場(chǎng)合播放列表、行走場(chǎng)合播放列表和跑步場(chǎng)合播放列表彼此不同。 此外，多個(gè)播放列表分別作為靜止場(chǎng)合播放列表、行走場(chǎng)合播放列表 和跑步場(chǎng)合播放列表存在。每個(gè)播放列表通過(guò)例如按播放順序預(yù)先注 冊(cè)音樂(lè)片段ID (音樂(lè)片段標(biāo)識(shí)符)而形成，這種音樂(lè)片段ID例如是 標(biāo)識(shí)要播放的一個(gè)或多個(gè)音樂(lè)片段的文件名。注意，盡管音樂(lè)片段DB 203和播放列表存儲(chǔ)單元204在圖22 中是分開(kāi)示出的以澄清配置，但是很明顯，存在這些單元形成在同一 硬盤(pán)上的情況。音頻播放處理單元205接收由控制單元210從音樂(lè)片段DB 203 讀取的音樂(lè)片段數(shù)據(jù)，對(duì)音樂(lè)片段數(shù)據(jù)執(zhí)行解壓縮處理以恢復(fù)數(shù)據(jù)壓 縮之前的原始音樂(lè)片段數(shù)據(jù)，根據(jù)所恢復(fù)的音樂(lè)片段數(shù)據(jù)形成具有提 供給揚(yáng)聲器206的格式的模擬音頻信號(hào)，并將模擬音頻信號(hào)提供給揚(yáng) 聲器206。因而，與被選擇播放的音樂(lè)片段數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的聲音被從揚(yáng) 聲器206輸出。注意，盡管未示出，但是該實(shí)施例的音頻播放處理單元205被配 置為還連接到頭戴式耳機(jī)端子。在頭戴式耳機(jī)連接到頭戴式耳機(jī)端子 的情況下，經(jīng)音頻播放處理單元205處理的音頻信號(hào)經(jīng)由頭戴式耳機(jī) 端子被提供給連接到頭戴式耳機(jī)端子的頭戴式耳機(jī)，而不是提供給揚(yáng) 聲器206，從而允許經(jīng)由頭戴式耳機(jī)聆聽(tīng)播放的聲音。此外，操作單元221具有播放鍵、停止鍵、快進(jìn)鍵、快退鍵和各 種其他的功能鍵等等，并且它能夠接受用戶的操作輸入并將與其相對(duì) 應(yīng)的電信號(hào)提供給控制單元210。響應(yīng)于電信號(hào)，控制單元210被配置為能夠根據(jù)用戶的指令控制各個(gè)部件并執(zhí)行處理。此外，顯示單元222包括顯示控制電路，并且具有諸如LCD(液 晶顯示器)、有機(jī)EL (電致發(fā)光)或CRT (陰極射線管)之類的顯 示元件，并且其根據(jù)控制單元210的控制顯示各種引導(dǎo)信息等。具體 而言，響應(yīng)于從控制單元210提供的顯示數(shù)據(jù)，顯示單元222由顯示 數(shù)據(jù)形成要提供給顯示元件的視頻信號(hào)，并將視頻信號(hào)提供給顯示元 件，從而與來(lái)自控制單元210的顯示數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的顯示信息被顯示在 顯示元件的顯示屏上。此外，允許經(jīng)由外部I/F 223和輸入/輸出終端224連接到諸如個(gè) 人計(jì)算機(jī)之類的外部設(shè)備。此外，允許接收經(jīng)由輸入/輸出終端224 和外部I/F 223從外部設(shè)備提供來(lái)的音樂(lè)片段數(shù)據(jù)或播放列表，并將 音樂(lè)片段數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在音樂(lè)片段DB 203中，同時(shí)將播放列表存儲(chǔ)在播 放列表存儲(chǔ)單元204中。相反地，通過(guò)控制單元210的控制，還允許將存儲(chǔ)在音樂(lè)片段 DB 203中的音樂(lè)片段數(shù)據(jù)經(jīng)由控制單元210、外部I/F 223和輸入/輸 出終端224輸出到外部設(shè)備，并在外部設(shè)備的記錄介質(zhì)上形成備份， 或者類似地在外部設(shè)備的記錄介質(zhì)上創(chuàng)建在播放列表存儲(chǔ)單元204中 存儲(chǔ)并維護(hù)的播放列表的備份。此外，通過(guò)在顯示單元222上顯示音樂(lè)片段DB 203中存儲(chǔ)的音 樂(lè)片段數(shù)據(jù)的綱要列表，并經(jīng)由操作單元221選擇預(yù)期的音樂(lè)片段數(shù) 據(jù)而且輸入靜止場(chǎng)合播放列表、行走場(chǎng)合播放列表和跑步場(chǎng)合播放列 表之間的區(qū)別，還可以在該實(shí)施例的聲音播放設(shè)備200上創(chuàng)建播放列 表。此外，在該實(shí)施例的聲音播放^殳備200中，經(jīng)由操作單元221 選擇的音樂(lè)片段數(shù)據(jù)被控制單元210從音樂(lè)片段DB 203讀取，并且 它被提供給音頻播放處理單元205。因此，可以播放用戶經(jīng)由操作單 元221指示的音樂(lè)片段從而可以聆聽(tīng)該音樂(lè)片段。此外，在要使用的播放列表是經(jīng)由操作單元指示的情況下，音樂(lè) 片段數(shù)據(jù)被控制單元210根據(jù)所指示的播放列表從音樂(lè)片段DB 203
讀取，并且被提供給音頻播放處理單元205，從而允許根據(jù)播放列表 來(lái)播放音樂(lè)片段。
此外，在選擇用于自動(dòng)選擇播放列表的模式的情況下，還允許根 據(jù)用戶的動(dòng)作狀態(tài)選擇適當(dāng)?shù)牟シ帕斜?。在該?shí)施例的聲音播放設(shè)備 200中，控制單元210實(shí)現(xiàn)作為圖1所示的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備中的垂 直分量提取單元2、高頻帶/低頻帶分離單元3、峰檢測(cè)/確定處理單元 4和腳步位置分析單元5的功能，并且精確地掌握用戶的動(dòng)作步調(diào)(動(dòng) 作節(jié)拍)，從而可以根據(jù)用戶的動(dòng)作狀態(tài)從靜止場(chǎng)合播放列表、行走 場(chǎng)合播放列表和跑步場(chǎng)合播放列表中自動(dòng)選擇適當(dāng)?shù)牟シ帕斜怼?br> 即，該實(shí)施例的聲音播放設(shè)備200的控制單元210具有執(zhí)行以下 處理的功能例如提取出垂直分量、將垂直分量分離為高頻帶/低頻帶、 檢測(cè)峰位置候選及識(shí)別峰位置候選，并且基于來(lái)自加速度傳感器201 的檢測(cè)輸出通過(guò)波形匹配判定峰位置，如利用圖l所描述的。
此外，基于所判定的峰位置，允許精確地掌握用戶的動(dòng)作狀態(tài)并 精確地掌握行走、跑步等的人體運(yùn)動(dòng)步調(diào)，從而，通過(guò)還將人體運(yùn)動(dòng) 步調(diào)考慮在內(nèi)，可以根據(jù)用戶的動(dòng)作狀態(tài)自動(dòng)選擇適當(dāng)?shù)牟シ帕斜恚?并且可以利用所選的播放列表播放音樂(lè)片段。
下文中，參考圖23中的流程圖，將描述在該實(shí)施例的聲音播放 設(shè)備中選擇用于自動(dòng)選擇播放列表的模式的情況下、根據(jù)用戶的動(dòng)作 狀態(tài)選擇適當(dāng)?shù)牟シ帕斜淼那闆r下的處理。圖23是用于說(shuō)明在該實(shí)
情況下的處理的流程圖。
圖23中所示的處理主要由該實(shí)施例的聲音播放設(shè)備200的控制 單元210執(zhí)行。首先，與圖15中所示的步數(shù)計(jì)100的控制單元110 的情況類似，控制單元210執(zhí)行人體運(yùn)動(dòng)類型估計(jì)處理(步驟S601)。 步驟S601的處理是這樣的處理，其中(1)如利用圖16所描述的， 從來(lái)自三軸加速度傳感器201的加速度向量中提取出垂直分量，(2) 將提取出的垂直分量分離為高頻帶分量和低頻帶分量，(3)如利用 圖17所描述的，利用這些分量，識(shí)別出峰位置候選，以及(4)利用 識(shí)別出的峰位置候選的信息，執(zhí)行圖20和21中所示的處理以掌握用 戶的動(dòng)作狀態(tài)和動(dòng)作步調(diào)。注意，在圖20和21所示的處理中，沒(méi)有必要執(zhí)行對(duì)步數(shù)計(jì)數(shù)的 處理。沒(méi)有必要執(zhí)行步驟S506至S508的處理以及步驟S525的處理。然后，控制單元210確定用戶的動(dòng)作狀態(tài)是否已改變(步驟 S602)。在確定處理中，例如，作為動(dòng)作狀態(tài)的確定結(jié)果，保留前一 確定的結(jié)果和當(dāng)前確定的結(jié)果，從而可以在這些結(jié)果不同的情況下確 定動(dòng)作狀態(tài)已改變。當(dāng)在步驟S602的確定處理中確定動(dòng)作狀態(tài)還未改變時(shí)，圖23 中所示的處理完成，并且等待下一執(zhí)行時(shí)刻。當(dāng)在步驟S602的確定 處理中確定動(dòng)作狀態(tài)已改變時(shí)，確定改變之后的狀態(tài)(即，當(dāng)前確定 的結(jié)果)是否是"靜止，，狀態(tài)(步驟S603 )。如果在步驟S603的確定處理中確定當(dāng)前確定的結(jié)果是"靜止"狀 態(tài)，則使用播放列表存儲(chǔ)單元204中存儲(chǔ)的靜止場(chǎng)合播放列表，并且 根據(jù)靜止場(chǎng)合播放列表播放音樂(lè)片段(音樂(lè))(步驟S604)。然后， 圖23中所示的處理完成，并且等待下一執(zhí)行時(shí)刻。另一方面，當(dāng)在步驟S603的確定處理中確定當(dāng)前確定的結(jié)果不 是"靜止，，狀態(tài)時(shí)，確定當(dāng)前確定的結(jié)果是否是"行走/跑步"狀態(tài)(步驟 S605 )。當(dāng)在步驟S605的確定處理中確定該結(jié)果是"行走/跑步，，狀態(tài) 時(shí)，確定通過(guò)圖20和21中的處理(它是步驟S601的處理)獲得的 參考步調(diào)Ps是否小于預(yù)定義值(步驟S606)。在步驟S606的確定處理中使用的預(yù)定義值是用于確定用戶的動(dòng) 作狀態(tài)是行走還是跑步的值。在參考步調(diào)Ps不小于預(yù)定義值的情況 下，可以確定參考步調(diào)并不足夠快，并且狀態(tài)是行走狀態(tài)。另一方面， 在參考步調(diào)小于預(yù)定義值的情況下，可以確定參考步調(diào)足夠快并且狀 態(tài)是跑步狀態(tài)。因而，當(dāng)在步驟S606的確定處理中確定參考步調(diào)Ps不小于預(yù)定 義值時(shí)，用戶的動(dòng)作狀態(tài)被確定為"行走"狀態(tài)，使用播放列表存儲(chǔ)單 元204中存儲(chǔ)的行走場(chǎng)合播放列表，并且根據(jù)行走場(chǎng)合播放列表播放
音樂(lè)片段(音樂(lè))(步驟S607)。然后，控制單元210完成圖23中 所示的處理，并且等待下一執(zhí)行時(shí)刻。
另一方面，當(dāng)在步驟S606的確定處理中確定參考步調(diào)Ps小于預(yù) 定義值時(shí)，用戶的動(dòng)作狀態(tài)被確定為"跑步"狀態(tài)，使用播放列表存儲(chǔ) 單元204中存儲(chǔ)的跑步場(chǎng)合播放列表，并且根據(jù)跑步場(chǎng)合播放列表播 放音樂(lè)片段(音樂(lè))(步驟S608)。然后，控制單元210完成圖23 中所示的處理，并且等待下一執(zhí)行時(shí)刻。
如上，該實(shí)施例的聲音播放設(shè)備200被配置為適當(dāng)?shù)卮_定用戶的 動(dòng)作狀態(tài)并根據(jù)用戶的動(dòng)作狀態(tài)自動(dòng)切換播放列表，從而可以播放根 椐用戶的人體運(yùn)動(dòng)的音樂(lè)片段。
注意，如前所述，存在多個(gè)播放列表被分別準(zhǔn)備為靜止場(chǎng)合播放 列表、行走場(chǎng)合播放列表和跑步場(chǎng)合播放列表的情況。在這種情況下， 使用順序可以預(yù)先定義，從而使得播放列表根據(jù)順序被使用，或者可 以存儲(chǔ)各個(gè)播放列表的使用頻率并且可以使用具有低使用頻率的播 放列表，或者相反，可以使用具有高使用頻率的播放列表?；蛘?，用 戶可以預(yù)先指定要使用的播放列表是靜止場(chǎng)合播放列表、行走場(chǎng)合播 放列表還是跑步場(chǎng)合播放列表。
此外，同樣在前述的步數(shù)計(jì)100中，通過(guò)在圖20和21中的處理 之前執(zhí)行圖19中的處理，可以從測(cè)量步數(shù)的處理的開(kāi)頭就準(zhǔn)確地測(cè) 量步數(shù)。
此外，已經(jīng)描述了三軸加速度傳感器101和201被用在上述的步 數(shù)計(jì)100和聲音播放設(shè)備200中。然而，這并不是對(duì)其的限制。可以 使用一軸加速度傳感器，或者可以使用兩軸加速度傳感器，然而，在 使用一軸或兩軸加速度傳感器的情況下，加速度傳感器必須以這樣的 方向布置即人體運(yùn)動(dòng)的主要分量可以作為信號(hào)被拾取。
然而，優(yōu)選的使用三軸加速度傳感器，因?yàn)橥ㄟ^(guò)使用三軸加速度 傳感器，并且如前所述通過(guò)執(zhí)行諸如垂直分量的提取之類的處理并考 慮高頻帶分量和低頻帶分量之間的能量比值，關(guān)于安裝位置或安裝方 向沒(méi)有限制。
此外，盡管在上述實(shí)施例中使用了三軸加速度傳感器并且從三軸加速度向量中提取出垂直分量，但是這并不是對(duì)其的限制。例如，三 軸中其信號(hào)強(qiáng)度最強(qiáng)的一軸的信號(hào)可以被當(dāng)作并選為垂直分量。此外，盡管在上述的步數(shù)計(jì)100和聲音播放設(shè)備200中人體運(yùn)動(dòng) 的步調(diào)周期是通過(guò)檢測(cè)加速度向量的垂直分量的峰位置而獲得的，但 是這并不是對(duì)其的限制。作為用于識(shí)別峰位置(腳步位置)的方式， 可以提供這樣的機(jī)制在鞋的底部提供開(kāi)關(guān)并且開(kāi)關(guān)的接觸通過(guò)行走 或跑步期間腳的邁步來(lái)閉合，或者可以通過(guò)在鞋的底部提供變形量具 來(lái)提供用于檢測(cè)邁步的裝置。此外，由于可以在上述實(shí)施例的聲音播放設(shè)備200中精確地測(cè)量 用戶的人體運(yùn)動(dòng)步調(diào)(行走節(jié)拍或跑步節(jié)拍)，因此通過(guò)使控制單元 210控制音頻播放處理單元205,可以根據(jù)用戶的人體運(yùn)動(dòng)節(jié)拍來(lái)控 制播放的音樂(lè)片段的播放節(jié)拍。通過(guò)如上所述根據(jù)用戶的人體運(yùn)動(dòng)節(jié)拍來(lái)控制播放的音樂(lè)片段 的播放節(jié)拍，用戶感受到與播放的音樂(lè)片段的同步感覺(jué)，從而可以有 效地執(zhí)行諸如行走或跑步之類的運(yùn)動(dòng)或者舒適地繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。此外，上述實(shí)施例的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備、人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方法和人 體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)程序可以應(yīng)用于各種類型的電子設(shè)備，這種電子設(shè)備必須 被用來(lái)檢測(cè)垂直方向上用戶的人體運(yùn)動(dòng)，例如，諸如用在健身俱樂(lè)部 等中的室內(nèi)跑步機(jī)之類的訓(xùn)練機(jī)、或者安裝型的聲音播放設(shè)備、以及 步數(shù)計(jì)和便攜式聲音播放設(shè)備。此外，圖16至21和圖23是根據(jù)本發(fā)明的方法和程序的應(yīng)用， 并且可以通過(guò)執(zhí)行根據(jù)圖16至21和圖23中所示的流程圖的處理來(lái) 使用根據(jù)本發(fā)明的方法，并且可以通過(guò)創(chuàng)建根據(jù)圖16至21和圖23 中所示的流程圖的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的程序。此外，通過(guò)在控制單元中定義處理從而實(shí)現(xiàn)圖1中所示各個(gè)部件 的功能，可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法。類似地，通過(guò)創(chuàng)建要由控制單 元運(yùn)行的程序從而實(shí)現(xiàn)圖1中所示各個(gè)部件的功能，可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)本 發(fā)明的程序。根據(jù)本發(fā)明，可以去除噪聲并精確地檢測(cè)垂直方向上用戶的人體 運(yùn)動(dòng)。即，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)噪聲具有魯棒性的(不易受噪聲影響的)、用 于檢測(cè)人體運(yùn)動(dòng)的i殳備、方法和程序。
權(quán)利要求
1. 一種人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，其特征在于包括加速度傳感器，被配置為安裝在用戶的人體上；垂直分量提取裝置，用于從所述加速度傳感器的檢測(cè)輸出中提取加速度的垂直分量；分離裝置，用于執(zhí)行將由所述垂直分量提取裝置提取的垂直分量分離為高頻帶分量和低頻帶分量的分量分離操作；檢測(cè)裝置，用于基于由所述分離裝置分離出的垂直分量的低頻帶分量檢測(cè)峰位置候選；識(shí)別裝置，用于在處于包括所述峰位置候選的預(yù)定范圍中的低頻帶分量的能量和高頻帶分量的能量之間的比值小于預(yù)定值的情況下將由所述檢測(cè)裝置檢測(cè)出的峰位置候選識(shí)別為峰位置候選；以及人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置，用于根據(jù)由所述識(shí)別裝置識(shí)別出的峰位置候選來(lái)檢測(cè)所述用戶的人體運(yùn)動(dòng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，其特征在于包括 判定裝置，該判定裝置對(duì)于由所述識(shí)別裝置識(shí)別出的每個(gè)峰位置候選設(shè)置包括該峰位置候選的預(yù)定范圍，利用每個(gè)設(shè)置的預(yù)定范圍中 的波形作為對(duì)象執(zhí)行與另 一預(yù)定范圍中的波形的匹配，并在類似程度 高的情況下判定用作對(duì)象的波形中包括的峰位置候選是峰位置，其中所述人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置根據(jù)所述判定裝置判定的峰位置檢 測(cè)所述用戶的人體運(yùn)動(dòng)。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，其特征在于包括間隔估計(jì)裝置，用于通過(guò)執(zhí)行關(guān)于時(shí)序模式的分析來(lái)估計(jì)腳步間 隔，其中所迷時(shí)序模式是由所述識(shí)別裝置識(shí)別出的多個(gè)峰位置候選形 成的時(shí)序模式或者由所述判定裝置判定的多個(gè)峰位置形成的時(shí)序模 式；以及區(qū)分裝置，用于根據(jù)所述間隔估計(jì)裝置估計(jì)的腳步間隔區(qū)分至少 三種狀態(tài)"靜止"、"行走/跑步"和"未定義"，來(lái)作為所述用戶的動(dòng)作 狀態(tài)。
4. 如權(quán)利要求3所述的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，其特征在于當(dāng)所述狀態(tài)是不同于"靜止，，狀態(tài)的、完全沒(méi)有檢測(cè)到峰位置的、 并且其中所述腳步間隔不規(guī)則的"未定義"狀態(tài)時(shí)，所述判定裝置在所 述間隔估計(jì)裝置在多步期間估計(jì)所述腳步間隔為規(guī)則的情況下，能夠 將所述用戶的動(dòng)作狀態(tài)從"未定義"改變?yōu)?行走/跑步"，參考步調(diào)計(jì)算裝置被提供用于在所述用戶的動(dòng)作狀態(tài)已經(jīng)被所 述判定裝置從"未定義"改變?yōu)?行走/跑步，，的情況下，基于所述間隔估 計(jì)裝置估計(jì)的腳步間隔來(lái)計(jì)算參考步調(diào)。
5. 如權(quán)利要求4所述的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，其特征在于 所述判定裝置將所述間隔估計(jì)裝置估計(jì)的最近腳步間隔與所述參考步調(diào)相比較，并且在它們的差處于預(yù)設(shè)的誤差范圍內(nèi)或者相對(duì)于 所述參考步調(diào)的整數(shù)倍處于預(yù)定誤差范圍內(nèi)的情況下，維持"行走/跑 步"狀態(tài)。
6. 如權(quán)利要求4所述的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，其特征在于包括 計(jì)數(shù)裝置，用于根據(jù)所述間隔估計(jì)裝置估計(jì)的腳步間隔對(duì)所述用戶的腳步進(jìn)行計(jì)數(shù)，其中所述計(jì)數(shù)裝置在所述用戶的動(dòng)作狀態(tài)被所述區(qū)分裝置區(qū)分 為"行走/跑步，，的情況下，根據(jù)所述腳步間隔相對(duì)于參考步調(diào)的整數(shù)倍 的關(guān)系執(zhí)行計(jì)數(shù)的插值。
7. 如權(quán)利要求4所述的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，其特征在于包括 確定裝置，用于在所述用戶的動(dòng)作狀態(tài)被所述區(qū)分裝置區(qū)分為"行走/跑步，，狀態(tài)的情況下，根據(jù)所述間隔估計(jì)裝置估計(jì)的腳步間隔來(lái) 確定所述用戶的動(dòng)作狀態(tài)是"行走"還是"跑步"。
8. 如權(quán)利要求1所述的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，其特征在于包括 確定裝置，用于在所述用戶的動(dòng)作狀態(tài)被所述區(qū)分裝置區(qū)分為"行走/跑步"狀態(tài)的情況下，根據(jù)所述獲得裝置獲得的低頻帶分量的峰 值和所述間隔估計(jì)裝置估計(jì)的腳步間隔來(lái)確定所述用戶的動(dòng)作狀態(tài) 是"行走"還是"跑步"。
9. 如權(quán)利要求3所述的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，其特征在于包括 音樂(lè)片段播放列表維護(hù)裝置，用于存儲(chǔ)和維護(hù)與所述用戶的動(dòng)作狀態(tài)關(guān)聯(lián)形成的一個(gè)或多個(gè)音樂(lè)片段播放列表；以及選擇裝置，用于根據(jù)所述區(qū)分裝置區(qū)分的所迷用戶的動(dòng)作狀態(tài)從 所述音樂(lè)片段播放列表維護(hù)裝置中選擇用于播放音樂(lè)片段的音樂(lè)片 段播放列表。
10. 如權(quán)利要求1所述的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，其特征在于包括 播放裝置，用于音樂(lè)片段數(shù)據(jù)；播放控制裝置，用于根據(jù)所述人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置檢測(cè)到的所述用 戶的人體運(yùn)動(dòng)的周期來(lái)控制所述播放裝置對(duì)音樂(lè)片段的播放速率， 其中所述人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備具有作為音樂(lè)片段播放設(shè)備的功能。
11. 如權(quán)利要求1所述的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，其特征在于 所述加速度傳感器是多軸型加速度傳感器，并且 所述垂直分量提取裝置根據(jù)作為所述多軸加速度傳感器的檢測(cè)輸出的加速度向量來(lái)計(jì)算重力加速度向量，并通過(guò)利用來(lái)自所述多軸 加速度傳感器的加速度向量和計(jì)算出的重力加速度向量執(zhí)行計(jì)算來(lái) 提取加速度的垂直分量。
12. —種人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方法，其特征在于包括 垂直分量提取處理，用于從被配置為安裝在用戶人體上的加速度傳感器的檢測(cè)輸出提取加速度的垂直分量；分離處理，用于執(zhí)行將在所述垂直分量提取處理中提取的垂直分 量分離為高頻帶分量和低頻帶分量的分量分離操作；檢測(cè)處理，用于基于在所述分離處理中分離出的垂直分量的低頻 帶分量來(lái)檢測(cè)峰位置候選；識(shí)別處理，用于在處于包括所述峰位置候選的預(yù)定范圍中的低頻 帶分量的能量和高頻帶分量的能量之間的比值小于預(yù)定值的情況下 將在所述檢測(cè)處理中檢測(cè)出的峰位置候選識(shí)別為峰位置候選；以及人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)處理，用于根據(jù)在所述識(shí)別處理中識(shí)別出的峰位置候選來(lái)檢測(cè)所述用戶的人體運(yùn)動(dòng)。
13. 如權(quán)利要求12所述的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方法，其特征在于包括 判定處理，對(duì)于在所述識(shí)別處理中識(shí)別出的每個(gè)峰位置候選i殳置包括該峰位置候選的預(yù)定范圍，利用每個(gè)設(shè)置的預(yù)定范圍中的波形作 為對(duì)象執(zhí)行與另 一預(yù)定范圍中的波形的匹配，并在類似程度高的情況 下判定用作對(duì)象的波形中包括的峰位置候選是峰位置，其中，在所述人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)處理中，基于在所述判定處理中判定 的峰位置檢測(cè)所述用戶的人體運(yùn)動(dòng)。
14. 如權(quán)利要求12或13所述的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方法，其特征在于包括間隔估計(jì)處理，用于通過(guò)執(zhí)行關(guān)于時(shí)序模式的分析來(lái)估計(jì)處理間 隔，其中所述時(shí)序模式是由在所述識(shí)別處理中識(shí)別出的多個(gè)峰位置候 選形成的時(shí)序模式或者由在所述判定處理中判定的多個(gè)峰位置形成 的時(shí)序模式；以及區(qū)分處理，用于基于在所述間隔估計(jì)處理中估計(jì)的處理間隔區(qū)分 至少三種狀態(tài)"靜止"、"行走/跑步，，和"未定義"，來(lái)作為所述用戶的 動(dòng)作狀態(tài)。
15. 如權(quán)利要求12所述的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方法，其特征在于 被配置為安裝在所述用戶人體上的所述加速度傳感器是多軸型加速度傳感器，并且在所述垂直分量提取處理中，根據(jù)作為所述多軸加速度傳感器的 檢測(cè)輸出的加速度向量來(lái)計(jì)算重力加速度向量，并通過(guò)利用來(lái)自所述 多軸加速度傳感器的加速度向量和計(jì)算出的重力加速度向量執(zhí)行計(jì) 算來(lái)提取加速度的垂直分量。
16. —種人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)程序，其特征在于使得安裝在人體運(yùn)動(dòng)檢 測(cè)設(shè)備上的計(jì)算機(jī)執(zhí)行以下步驟，所述人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)設(shè)備具有被配置 為安裝在用戶人體上的加速度傳感器并且利用所述加速度傳感器的 檢測(cè)輸出來(lái)檢測(cè)所述用戶的人體運(yùn)動(dòng)垂直分量提取步驟，從所述加速度傳感器的檢測(cè)輸出提取加速度的垂直分量；分離步驟，執(zhí)行將在所述垂直分量提取步驟中提取的垂直分量分 離為高頻帶分量和低頻帶分量的分量分離操作；檢測(cè)步驟，基于在所述分離步驟中分離出的垂直分量的低頻帶分 量來(lái)檢測(cè)峰位置候選；識(shí)別步驟，在處于包括所述峰位置候選的預(yù)定范圍中的低頻帶分 量的能量和高頻帶分量的能量之間的比值小于預(yù)定值的情況下將在 所述檢測(cè)步驟中檢測(cè)出的峰位置候選識(shí)別為峰位置4矣選；以及人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)步驟，根據(jù)在所述識(shí)別步驟中識(shí)別出的峰位置候選 來(lái)檢測(cè)所述用戶的人體運(yùn)動(dòng)。
17. 如權(quán)利要求16所述的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)程序，其特征在于包括 判定步驟，對(duì)于在所述識(shí)別步驟中識(shí)別出的每個(gè)峰位置候選設(shè)置包括該峰位置候選的預(yù)定范圍，利用每個(gè)設(shè)置的預(yù)定范圍中的波形作 為對(duì)象執(zhí)行與另 一預(yù)定范圍中的波形的匹配，并在類似程度高的情況 下判定用作對(duì)象的波形中包括的峰位置候選是峰位置，其中，在所述人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)步驟中，基于在所述判定步驟中判定 的峰位置檢測(cè)所述用戶的人體運(yùn)動(dòng)。
18. 如權(quán)利要求16或17所述的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)程序，其特征在于包括間隔估計(jì)步驟，通過(guò)執(zhí)行關(guān)于時(shí)序模式的分析來(lái)估計(jì)腳步間隔， 其中所述時(shí)序模式是由在所述識(shí)別步驟中識(shí)別出的多個(gè)峰位置候選 形成的時(shí)序模式或者由在所述判定步驟中判定的多個(gè)峰位置形成的 時(shí)序模式；以及區(qū)分步驟，用于基于在所述間隔估計(jì)步驟中估計(jì)的腳步間隔區(qū)分 至少三種狀態(tài)"靜止"、"行走/跑步"和"未定義"，來(lái)作為所述用戶的 動(dòng)作狀態(tài)。
19. 如權(quán)利要求16所述的人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)程序，其特征在于 被配置為安裝在所述用戶人體上的所述加速度傳感器是多軸型加速度傳感器，并且 在所述垂直分量提取步驟中，根據(jù)作為所述多軸加速度傳感器的 檢測(cè)輸出的加速度向量來(lái)計(jì)算重力加速度向量，并通過(guò)利用來(lái)自所迷 多軸加速度傳感器的加速度向量和計(jì)算出的重力加速度向量執(zhí)行計(jì) 算來(lái)提取加速度的垂直分量。
全文摘要
垂直分量提取裝置(2)從來(lái)自三軸加速度傳感器(1)的與用戶的人體運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的加速度分量中提取垂直分量，并且該垂直分量被高頻帶/低頻帶分離單元(3)分離為高頻帶分量和低頻帶分量。利用這些分量，峰檢測(cè)/確定處理單元(4)檢測(cè)垂直方向上用戶動(dòng)作的峰位置候選，基于高頻帶分量和低頻帶分量之間的能量比值識(shí)別峰位置候選，執(zhí)行關(guān)于包括每個(gè)峰位置候選的預(yù)定范圍的波形匹配從而確定峰位置，并且基于峰位置檢測(cè)人體運(yùn)動(dòng)，腳步位置分析單元(5)檢測(cè)人體運(yùn)動(dòng)步調(diào)。因此，在不受各種類型噪聲的影響的情況下，可以精確地檢測(cè)垂直方向上用戶的人體運(yùn)動(dòng)，并且還可以按需要精確地檢測(cè)用戶的人體運(yùn)動(dòng)步調(diào)。
文檔編號(hào)A61B5/22GK101394787SQ20078000701
公開(kāi)日2009年3月25日 申請(qǐng)日期2007年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月14日
發(fā)明者佐野阿卡內(nèi), 牧野堅(jiān)一, 高井基行 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社