本發(fā)明涉及豬的呼吸道疾病自動識別報(bào)警方法，尤其是一種通過采集、分析豬的咳嗽聲音從而對豬呼吸道疾病進(jìn)行自動識別報(bào)警的方法。

背景技術(shù)：

豬肉是我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷娜忸愂巢?，占整個肉類消費(fèi)的百分之六十五左右，生豬產(chǎn)業(yè)是我國畜牧業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)。我國生豬養(yǎng)殖正逐步由傳統(tǒng)的農(nóng)戶散養(yǎng)向規(guī)模化集約化轉(zhuǎn)變，對養(yǎng)殖過程中出現(xiàn)的呼吸道疾病進(jìn)行快速監(jiān)測，能夠降低豬的呼吸道疾病的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)，減少養(yǎng)殖成本的浪費(fèi)。豬呼吸道疾病引起咳嗽信號中包含被測對象的喉部或氣管受刺激時的振動信息，可以用來區(qū)分其他原因引起的咳嗽，通過監(jiān)測咳嗽可以進(jìn)行呼吸道疾病的識別和預(yù)警。

常用的檢測手段有兩種，一種是采取人為蹲點(diǎn)記錄豬的健康狀況，但這種方法不僅消耗大量的時間與精力，并且數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度也無法得到保證，豬場的環(huán)境一般比較差，也不適合工作人員長時間呆在里面。另一種就是計(jì)算機(jī)監(jiān)控，通過計(jì)算機(jī)輔助能提高診斷的有效性和及時性，主要包括視頻監(jiān)控技術(shù)和音頻分析技術(shù)。音頻信號是一維信號,存儲量相對較小，計(jì)算效率較高，相對于視頻監(jiān)控系統(tǒng)高成本，高復(fù)雜度的缺點(diǎn)，音頻監(jiān)控系統(tǒng)的采集設(shè)備簡單易行，成本遠(yuǎn)低于視頻監(jiān)控，因此基于聲音的豬呼吸道疾病自動識別報(bào)警系統(tǒng)有更好的實(shí)用性和推廣性，受到越來越多的關(guān)注。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是解決規(guī)?；B(yǎng)豬中出現(xiàn)的呼吸道疾病難以進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測的問題，提供一種基于對豬的咳嗽聲音進(jìn)行分析的豬呼吸道疾病自動識別報(bào)警系統(tǒng)。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

1)支持向量機(jī)模型的建立：

在豬場通過聲音信號采集裝置分別采集豬由于檸檬酸、各種呼吸道疾病誘發(fā)的咳嗽和其它普通聲音信號，人工標(biāo)記獲得的三種有效聲音信號，并將其分別轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號送入聲音信號管理模塊中進(jìn)行儲存；

用FPGA處理模塊分別提取儲存的三種聲音數(shù)字信號并對其進(jìn)行預(yù)處理，包括端點(diǎn)檢測、去噪、加重；

在預(yù)處理的基礎(chǔ)上，F(xiàn)PGA處理模塊分別提取三種聲音數(shù)字信號的12維梅爾倒譜系數(shù)、12維數(shù)一階差分特征參數(shù)，構(gòu)成24維特征向量，利用提取的特征參數(shù)對支持向量機(jī)模型進(jìn)行訓(xùn)練，分別獲得檸檬酸、各種呼吸道疾病誘發(fā)的豬的咳嗽和普通聲音的三種支持向量機(jī)模型，訓(xùn)練結(jié)束后，保存模型參數(shù)；

2)采集豬的咳嗽聲音并對信號進(jìn)行識別：

在豬場通過聲音信號采集裝置采集豬的咳嗽聲音信號并將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，送入聲音信號管理模塊中進(jìn)行儲存；

用FPGA處理模塊提取儲存的聲音數(shù)字信號并對其進(jìn)行預(yù)處理，包括端點(diǎn)檢測、去噪、加重；

在預(yù)處理的基礎(chǔ)上，F(xiàn)PGA處理模塊提取聲音數(shù)字信號的12維梅爾倒譜系數(shù)、12維數(shù)一階差分特征參數(shù)，構(gòu)成24維特征向量；

將特征向量輸入訓(xùn)練后的支持向量機(jī)模型，進(jìn)行模型匹配分析，并向GPRS報(bào)警模塊輸出識別結(jié)果，GPRS報(bào)警模塊將檢測到的豬呼吸道疾病向遠(yuǎn)程監(jiān)控終端發(fā)送報(bào)警信息。

所述端點(diǎn)檢測是應(yīng)用基于短時平均過零率和短時平均能量的雙重判決的雙門限法截取咳嗽聲信號的起止點(diǎn)。

所述去噪是利用譜減法從咳嗽聲信號的能量值中減去估計(jì)得來的噪聲平均能量值，減小環(huán)境噪聲對聲音特征參數(shù)提取的影響。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明通過建立豬咳嗽聲音與所患呼吸道疾病的支持向量機(jī)模型，能夠?qū)⒇i呼吸道疾病和其它原因(如環(huán)境因素)導(dǎo)致的咳嗽準(zhǔn)確區(qū)分，從而判斷豬是否患病并能準(zhǔn)確分析出所患疾病的種類，通過采集豬的咳嗽聲音信號并通過支持向量機(jī)模型對其進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)了對豬的呼吸道疾病進(jìn)行自動識別和報(bào)警。本發(fā)明能適時、遠(yuǎn)程監(jiān)控豬的健康狀況，節(jié)省了大量的人力物力，提高了豬的飼養(yǎng)效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的工作流程示意圖。

圖2是本發(fā)明所使用的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地說明。

實(shí)現(xiàn)該方法所采用的裝置，包括聲音信號采集裝置、聲音信號管理模塊、FPGA處理模塊和GPRS報(bào)警模塊共四個模塊。聲音信號采集裝置用于采集豬的聲音信號，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號儲存于聲音信號管理模塊，隨后將聲音數(shù)據(jù)發(fā)送到FPGA處理模塊進(jìn)行處理。在FPGA模塊中完成對豬咳嗽聲音的識別任務(wù)并判斷豬是否感染呼吸道疾病和何種疾病，并通過GPRS報(bào)警模塊向遠(yuǎn)程監(jiān)控終端發(fā)送豬感染呼吸道疾病的報(bào)警信息。

該方法包括建立豬的咳嗽聲支持向量機(jī)模型和采集豬的咳嗽聲音并對信號進(jìn)行識別兩個階段，其中支持向量機(jī)模型的建立包括以下步驟：

(1)在豬場通過聲音信號采集裝置分別采集豬由于檸檬酸、各種呼吸道疾病誘發(fā)的咳嗽和其它普通聲音信號，人工標(biāo)記獲得的三種有效聲音信號，并將其分別轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號送入聲音信號管理模塊中進(jìn)行儲存；

(2)用FPGA處理模塊分別提取儲存的三種聲音數(shù)字信號并對其進(jìn)行預(yù)處理，包括端點(diǎn)檢測、去噪、加重，其中，所述端點(diǎn)檢測是應(yīng)用基于短時平均過零率和短時平均能量的雙重判決的雙門限法截取咳嗽聲信號的起止點(diǎn)；所述去噪是利用譜減法從咳嗽聲信號的能量值中減去估計(jì)得來的噪聲平均能量值，減小環(huán)境噪聲對聲音特征參數(shù)提取的影響；

(3)在預(yù)處理的基礎(chǔ)上，F(xiàn)PGA處理模塊分別提取三種聲音數(shù)字信號的12維梅爾倒譜系數(shù)、12維數(shù)一階差分特征參數(shù)，構(gòu)成24維特征向量，利用提取的特征參數(shù)對支持向量機(jī)模型進(jìn)行訓(xùn)練，分別獲得檸檬酸、各種呼吸道疾病誘發(fā)的豬的咳嗽和普通聲音的三種支持向量機(jī)模型，訓(xùn)練結(jié)束后，保存模型參數(shù)。

采集豬的咳嗽聲音并對信號進(jìn)行識別包括以下步驟：

(1)在豬場通過聲音信號采集裝置采集豬的咳嗽聲音信號并將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，送入聲音信號管理模塊中進(jìn)行儲存；

(2)用FPGA處理模塊提取儲存的聲音數(shù)字信號并對其進(jìn)行預(yù)處理，包括端點(diǎn)檢測、去噪、加重，其中，所述端點(diǎn)檢測是應(yīng)用基于短時平均過零率和短時平均能量的雙重判決的雙門限法截取咳嗽聲信號的起止點(diǎn)；所述去噪是利用譜減法從咳嗽聲信號的能量值中減去估計(jì)得來的噪聲平均能量值，減小環(huán)境噪聲對聲音特征參數(shù)提取的影響；

(3)在預(yù)處理的基礎(chǔ)上，F(xiàn)PGA處理模塊提取聲音數(shù)字信號的12維梅爾倒譜系數(shù)、12維數(shù)一階差分特征參數(shù)，構(gòu)成24維特征向量；

(4)將特征向量輸入訓(xùn)練后的支持向量機(jī)模型，并向GPRS報(bào)警模塊輸出識別結(jié)果，GPRS報(bào)警模塊將檢測到的豬呼吸道疾病向遠(yuǎn)程監(jiān)控終端發(fā)送報(bào)警信息。

上述發(fā)明還包括24維MFCC特征參數(shù)的提取過程包括分幀加窗、快速傅立葉變換、取絕對值或平方值、三角帶通濾波器Mel濾波、取對數(shù)、離散余弦變換、獲取12維MFCC參數(shù)，求一階差分MFCC參數(shù)，組合24維MFCC特征參數(shù)。一階差分特征參數(shù)計(jì)算公式如下：

t為其他。

FPGA的識別模塊辨別豬是否患有呼吸道疾病、患有何種呼吸道疾病，如果辨別患病則通過GPRS模塊向遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置發(fā)出疾病種類警報(bào)信息，此時飼養(yǎng)管理員可以對目標(biāo)欄中的豬群做進(jìn)一步觀察和治療。

圖2是該方法所采用的裝置示意圖，包括聲音信號采集裝置、聲音信號管理模塊、FPGA處理模塊和GPRS報(bào)警模塊。聲音信號采集裝置是一個用于采集豬的咳嗽聲音信號的麥克風(fēng)，它能將采集到的聲音信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并儲存于聲音信號管理模塊，所述FPGA處理模塊用于存儲支持向量機(jī)模型，并將豬的咳嗽聲音數(shù)字信號輸入支持向量機(jī)模型進(jìn)行分析，它包括一個內(nèi)存和芯片，所述支持向量機(jī)模型存儲在內(nèi)存中，所述芯片用于將豬的咳嗽聲音數(shù)字信號輸入支持向量機(jī)模型并進(jìn)行分析，在FPGA處理模塊中完成對豬咳嗽聲音的識別任務(wù)并判斷豬是否感染呼吸道疾病和何種疾病，并通過GPRS報(bào)警模塊向遠(yuǎn)程監(jiān)控終端發(fā)送豬感染呼吸道疾病的報(bào)警信息。