辨識呼救聲和異常脈搏的智能報警手環(huán)及其智能報警方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種辨識呼救聲和異常脈搏的智能報警手環(huán)，包括主控模塊、呼救聲辨識模塊、異常脈搏辨識模塊、GPS定位模塊、短信及現(xiàn)場音傳送模塊、基頻設(shè)定模塊和脈搏設(shè)定模塊；本發(fā)明還公開了一種應(yīng)用于辨識呼救聲和異常脈搏的智能報警手環(huán)的智能報警方法，包含以下步驟：呼救聲辨識模塊區(qū)分呼救聲與其他聲音；異常脈搏辨識模塊比較手腕脈搏次數(shù)與設(shè)定脈搏次數(shù)，判斷是否出現(xiàn)異常脈搏；主控模塊在收到呼救聲和異常脈搏的報警信號后，將位置及報警文字信息送給預(yù)設(shè)手機(jī)并呼叫，電話接通后將現(xiàn)場聲音傳給對方；GPS定位模塊獲取位置信息。具有能自動識別呼救聲和異常脈搏并自動報警、位置信息發(fā)送以及現(xiàn)場音傳送等優(yōu)點。
【專利說明】
辨識呼救聲和異常脈搏的智能報警手環(huán)及其智能報警方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及智能可穿戴設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種辨識呼救聲和異常脈搏的智能報 警手環(huán)及其智能報警方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)今老人、女性、兒童等弱勢人群因走丟、摔倒、被劫持、被拐賣，沒被及時發(fā)現(xiàn)而 導(dǎo)致人身安全事故的報道頻繁出現(xiàn)，受到社會各界越來越多的關(guān)注。這些弱勢人群在遭遇 人身安全威脅時，往往由于過于緊張害怕或被束縛或不能移動而無法及時報警或通知監(jiān)護(hù) 人，使得他們的人身安全難以得到保障。在他們不能自行報警或通知監(jiān)護(hù)人的時候，他們的 親人只能等到失蹤之后才能報警立案，這樣的處理方式往往會錯過解救他們的黃金時間， 對他們造成不可估量的傷害。
[0003] 通過檢索中國知網(wǎng)、中國專利網(wǎng)、IEEE電子期刊數(shù)據(jù)庫、Elsevier電子期刊數(shù)據(jù) 庫、專利數(shù)據(jù)庫等國內(nèi)外電子文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫，并未發(fā)現(xiàn)有關(guān)具有呼救聲辨識和異常脈搏辨識 功能的智能報警手環(huán)的研究報道。通過在京東網(wǎng)、淘寶網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)市場上進(jìn)行搜索，發(fā)現(xiàn)目前 市面上出售的各種所謂的智能手表、智能手環(huán)僅具有GPS定位及一鍵緊急呼叫功能:也就是 在出現(xiàn)危險情況時，佩戴者通過長時間按下緊急求助鍵，手環(huán)就可以呼叫預(yù)設(shè)的電話號碼 進(jìn)行求助。然而，在危急時刻，老人、女性和兒童等弱勢人群往往會不知所措或忘記或來不 及按下求助鍵，就已經(jīng)被人劫走或束縛或出現(xiàn)其他安全事故。因此，當(dāng)緊急情況出現(xiàn)時能自 動報警，而不是通過長時按鍵報警的智能報警手環(huán)就更能滿足弱勢人群的需求。
[0004]人們在遭遇危險時都會本能地大聲發(fā)出呼救聲、脈搏會加快，而且情況越緊急呼 救聲越大、脈搏越快。因此，可以將手環(huán)佩戴者持續(xù)發(fā)出的呼救聲和異常脈搏作為自動報警 的觸發(fā)信號。人們在遭遇危險時，發(fā)出的呼救聲的能量和基頻都非常高，一般分別遠(yuǎn)大于正 常語音和其他周圍環(huán)境音的能量值和基頻值。采用呼救聲和異常脈搏兩種方式觸發(fā)報警的 優(yōu)勢在于：當(dāng)手環(huán)佩戴者被捂住嘴巴不能大聲呼救時可以利用其異常的脈搏觸發(fā)報警；另 外，手環(huán)佩戴者遭遇危險而體力不支或昏厥時，脈搏會變慢(異常脈搏），當(dāng)脈搏低于正常值 的若干倍(例如〇. 6倍)時，也會自動報警。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的首要目的在于克服現(xiàn)有智能報警手環(huán)不能自動報警的缺點與不足，提供 一種辨識呼救聲和異常脈搏的智能報警手環(huán)，該手環(huán)能夠?qū)崟r監(jiān)控佩戴者是否呼救、脈搏 是否異常。
[0006] 本發(fā)明的另一目的在于克服現(xiàn)有智能報警手環(huán)不能自動報警的缺點與不足，提供 一種應(yīng)用于所述辨識呼救聲和異常脈搏的智能報警手環(huán)的智能報警方法，該智能報警方法 能在佩戴者發(fā)出呼救聲和出現(xiàn)異常脈搏時將其所在位置及報警文字信息發(fā)送給預(yù)設(shè)手機(jī) 號碼，同時將現(xiàn)場聲音傳送給電話接聽者，從而實現(xiàn)自動報警。
[0007] 本發(fā)明的首要目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn):一種能辨識呼救聲和異常脈搏的智 能報警手環(huán)，包括主控模塊、呼救聲辨識模塊、異常脈搏辨識模塊、GPS定位模塊、短信及現(xiàn) 場音傳送模塊、基頻設(shè)定模塊、脈搏設(shè)定模塊，其中：
[0008] 主控模塊，收到呼救聲辨識模塊和異常脈搏辨識模塊發(fā)過來的報警信號后，讀取 GPS定位模塊的位置信息，將該位置和其他報警文字信息傳輸給短信及現(xiàn)場音傳送模塊，發(fā) 送報警短信并在被呼叫電話接通后將現(xiàn)場聲音傳送給對方；
[0009] 呼救聲辨識模塊，與主控模塊相連，采集周圍環(huán)境聲音，并從采集到的聲音信號中 提取能量特征和基頻特征，將呼救聲與其他環(huán)境聲音區(qū)分開，呼救聲辨識模塊包括聲音采 集單元、特征提取單元和聲音判決單元；
[0010] 異常脈搏辨識模塊，與主控模塊相連，采集手腕附近的脈搏信號，并將采集到的脈 搏次數(shù)與設(shè)定的正常脈搏次數(shù)進(jìn)行比較，判斷是否出現(xiàn)異常脈搏，異常脈搏辨識模塊包括 脈搏采集單元和異常脈搏判決單元；
[0011] GPS定位模塊，與主控模塊相連，將現(xiàn)場位置信息發(fā)送給主控模塊；
[0012] 短信及現(xiàn)場音傳送模塊，與主控模塊相連，將位置及報警文字信息以短信的形式 發(fā)送給預(yù)設(shè)手機(jī)號碼并呼叫預(yù)設(shè)電話號碼，在電話接通時將現(xiàn)場聲音傳送給接聽者；
[0013]基頻設(shè)定模塊，與主控模塊相連，用于設(shè)定手環(huán)佩戴者正常說話時的語音基頻均 值；
[0014] 脈搏設(shè)定模塊，與主控模塊相連，用于設(shè)定手環(huán)佩戴者正常狀態(tài)下的脈搏次數(shù)。
[0015] 所述的能辨識呼救聲和異常脈搏的智能報警手環(huán)的具體工作流程是：
[0016] 呼救聲辨識模塊采集環(huán)境聲音，并從采集到的聲音信號中每次取5秒鐘的聲音信 號提取能量特征和基頻特征，根據(jù)能量特征和基頻特征判決這5秒鐘的聲音信號是呼救聲， 還是其他聲音（比如手環(huán)佩戴者或其他人的語音、其他背景音），如果是呼救聲，則向主控模 塊發(fā)送報警信號，否則不發(fā)送報警信號；
[0017] 同時，異常脈搏辨識模塊采集手腕附近的脈搏信號，從采集到的脈搏信號中每次 取5秒鐘的脈搏信號計算得到脈搏次數(shù)，與設(shè)定的正常脈搏次數(shù)進(jìn)行比較，判決這5秒鐘的 脈搏信號是否異常，如果是異常脈搏，則向主控模塊發(fā)送報警信號，否則不發(fā)送報警信號；
[0018] 主控模塊重復(fù)循環(huán)掃描與呼救聲辨識模塊和異常脈搏辨識模塊相連接的端口，如 果在5秒鐘內(nèi)同時采集到呼救聲報警信號和異常脈搏報警信號或者在10秒鐘內(nèi)采集到兩次 呼救聲報警信號或者在10秒鐘內(nèi)采集到兩次異常脈搏報警信號，則控制GPS定位模塊向主 控模塊發(fā)送位置信息，再控制短信及現(xiàn)場音傳送模塊將位置信息及報警文字信息發(fā)送給預(yù) 設(shè)手機(jī)號碼，呼叫預(yù)設(shè)電話號碼，在被呼叫電話接通之后，將現(xiàn)場聲音傳送給對方，從而實 現(xiàn)自動報警、位置信息發(fā)送及現(xiàn)場音傳送等功能。
[0019] 本發(fā)明的另一目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):一種應(yīng)用于所述辨識呼救聲和異常脈 搏的智能報警手環(huán)的智能報警方法，可以包含以下步驟：
[0020] (1)通過聲音采集單元采集周圍環(huán)境聲音；
[0021] (2)特征提取單元首先將采集到的5秒鐘聲音信號切分為音頻幀，幀長Nl為40毫 秒，幀移Ns為20毫秒，假設(shè)第i幀聲音信號為 Xl(n)，聲音信號采樣頻率為fs，幀長Nl對應(yīng)的采 樣點個數(shù)N=int(fsXNL)，Kn彡N，int( ·)表示取整數(shù)運算，計算各幀信號的能量，第i幀 信號Xl(n)的能量值為E(i):
[0022]
[0023] I表示總幀數(shù)，5秒鐘聲音信號被切分成250幀，即I = 250,當(dāng)前5秒鐘聲音信號的幀 能量均值f為：
[0024]
[0025] 當(dāng)前5秒鐘聲音信號中的任意連續(xù)50幀信號的幀能量均值為
[0026]
[0027] 當(dāng)前5秒鐘聲音信號的前一個5秒鐘聲音信號的幀能量均值為
：
[0028]
[0029] E'（i)表示當(dāng)前5秒鐘聲音信號的前一個5秒鐘聲音信號中的第i幀信號幀能量，與 E (i)的計算方法相同；
[0030] (3)如果滿足:瓦>3:玄'且蓋5()>5茗,則跳轉(zhuǎn)到第(4)步，否則跳轉(zhuǎn)到第(1)步；
[0031] (4)采用自相關(guān)方法估計當(dāng)前5秒鐘聲音信號中的各幀信號的基頻值，對第i幀信 號的基頻值f (i )，進(jìn)行三點中值濾波處理：
[0032] f'(i)=median([f(i-1),f(i),f(i+l)]),
[0033] 其中，f(i-l)，f(i)和f(i+l)分別表示第i-1幀、第i幀和第i+1幀信號的基頻值，f' (i)是三點中值濾波之后的基頻值，median( ·)表示取中值運算；
[0034] (5)聲音判決單元將各幀信號的基頻值與基頻單元設(shè)定模塊設(shè)置的基頻均值進(jìn)行 比較，將基頻值大于1.5倍基頻均值的信號幀標(biāo)記為呼救聲幀，如果當(dāng)前250幀中有150幀以 上為呼救聲幀時，則認(rèn)為檢測到呼救聲，并向主控模塊發(fā)送報警信號，否則跳轉(zhuǎn)到第(1)步。
[0035] 在步驟(4)中，所述的估計各幀信號基頻值的自相關(guān)方法，具體可以包括以下步 驟：
[0036] (41)對第i幀信號Xi (η)進(jìn)行中心削波處理：
[0037]
[0038] yi(n)是中心削波后的信號，α是削波門限，取值*Χι(η)的最大幅度的0.68倍； [0039] (42)對yi(n)進(jìn)行三電平量化處理：
[0040]
[0041] (43)計算yi(n)與yi'（η)的互相關(guān)值：
[0042]

[0043] 其中，fs表示信號采樣頻率，int( ·)表示取整數(shù)運算，k表示位移采樣點數(shù)且取整 數(shù)，R(O)對應(yīng)于短時能量；
[0044] (44)計算R(k)的最大值Rmax，其中k的取值范圍為 示在R( k)取得最大值Rmax時所對應(yīng)的k值；
[0045] (45)如果 Rmax〈0.3R(0)或者
或者 R(k)的均值 mean(R(k)) 大于0.5Rmax，則第i幀信號的基頻值f( i)等于0，否貝1
[0046] 作為優(yōu)選，該智能報警方法還可以包括異常脈搏辨識的步驟，該異常脈搏辨識的 步驟具體包含以下步驟：
[0047] (a)通過脈搏采集單元采集手腕附近的脈搏信號，計算采集到的5秒鐘脈搏信號的 脈搏次數(shù)Ns;
[0048] (b)異常脈搏判決單元將采集到的5秒鐘脈搏信號對應(yīng)的脈搏次數(shù)隊與脈搏設(shè)定 模塊設(shè)置的正常脈搏次數(shù)Nr進(jìn)行比較，如果Ns〈0.6Nr或者NS>1.5Nr，則認(rèn)為檢測到異常脈搏， 并向主控模塊發(fā)送報警信號，否則跳轉(zhuǎn)到第(a)步。
[0049] 本發(fā)明的辨識呼救聲和異常脈搏的智能報警手環(huán)，可以包括七個模塊:主控模塊、 呼救聲辨識模塊、異常脈搏辨識模塊、GPS定位模塊、短信及現(xiàn)場音傳送模塊、基頻設(shè)定模塊 和脈搏設(shè)定模塊;呼救聲辨識模塊區(qū)分呼救聲與其他聲音;異常脈搏辨識模塊比較手腕脈 搏次數(shù)與設(shè)定脈搏次數(shù)，判斷是否出現(xiàn)異常脈搏;主控模塊在收到呼救聲和異常脈搏的報 警信號后，將位置及報警文字信息送給預(yù)設(shè)手機(jī)并呼叫，電話接通后將現(xiàn)場聲音傳給對方； GPS定位模塊獲取位置信息;短信及現(xiàn)場音傳送模塊發(fā)送短信及傳送現(xiàn)場聲音;基頻設(shè)定模 塊設(shè)定正常語音基頻均值;脈搏設(shè)定模塊設(shè)定正常脈搏次數(shù)。本發(fā)明的智能報警手環(huán)及方 法，具有呼救聲和異常脈搏辨識并自動報警、位置信息及現(xiàn)場聲音傳送功能。
[0050] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果：
[0051 ] 1、通過辨識呼救聲和異常脈搏自動報警，更加友好智能:本發(fā)明的智能報警手環(huán) 能夠全天候監(jiān)控佩戴者是否呼救及脈搏是否異常，并在檢測到呼救聲和異常脈搏時自動將 報警信息發(fā)送給監(jiān)護(hù)人或110報警平臺，有效彌補(bǔ)人工長時按鍵報警的不足。
[0052] 2、自動將佩戴者所在位置信息及現(xiàn)場聲音傳送給接收方:為實時了解佩戴者人身 安全狀況和采取及時救護(hù)措施提供有力保障。
【附圖說明】
[0053]圖1為本發(fā)明的辨識呼救聲和異常脈搏的智能報警手環(huán)的系統(tǒng)框圖。
[0054]圖2為本發(fā)明的辨識呼救聲和異常脈搏的智能報警手環(huán)的工作流程圖。
[0055] 圖3為本發(fā)明智能報警方法的呼救聲辨識方法的流程圖。
[0056] 圖4為本發(fā)明智能報警方法的異常脈搏辨識方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0057] 如圖1所示，一種辨識呼救聲和異常脈搏的智能報警手環(huán)，包括:主控模塊、呼救聲 辨識模塊、異常脈搏辨識模塊、GPS定位模塊、短信及現(xiàn)場音傳送模塊、基頻設(shè)定模塊和脈搏 設(shè)定模塊，其中
[0058] 主控模塊，收到呼救聲辨識模塊和異常脈搏辨識模塊發(fā)過來的報警信號后，讀取 GPS定位模塊的位置信息，將該位置和其他報警文字信息傳輸給短信及現(xiàn)場音傳送模塊，發(fā) 送報警短信并在被呼叫電話接通后將現(xiàn)場聲音傳送給對方，主控模塊的硬件采用基于AIM9 技術(shù)的三星S3C2440處理器，加上64MB的SDRAM和256MB的NAND Flash存儲器，裝載嵌入式 Linux系統(tǒng)和相關(guān)驅(qū)動程序，可以滿足系統(tǒng)對音頻處理以及各個功能程序運算量的需求；
[0059] 呼救聲辨識模塊，與主控模塊相連，采集周圍環(huán)境聲音，并從采集到的聲音信號中 提取能量特征和基頻特征，將呼救聲與其他環(huán)境聲音區(qū)分開，呼救聲辨識模塊包括聲音采 集單元、特征提取單元和聲音判決單元；
[0060] 異常脈搏辨識模塊，與主控模塊相連，采集手腕附近的脈搏信號，并將采集到的脈 搏次數(shù)與設(shè)定的正常脈搏次數(shù)進(jìn)行比較，判斷是否出現(xiàn)異常脈搏，異常脈搏辨識模塊包括 脈搏采集單元和異常脈搏判決單元，脈搏采集單元主要由LSTl 303R雙綠色LED型反射式光 電心率傳感器組成，該傳感器使用570nm發(fā)光波長的雙綠光測量血液，記錄采集到的光電容 積PPG信號，再轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的脈搏次數(shù)，最后傳送到異常脈搏判決單元，判決采集到的脈搏 是否異常；
[0061] GPS定位模塊，與主控模塊相連，將現(xiàn)場位置信息發(fā)送給主控模塊，采用型號為 SKG08A的GPS模塊獲取佩戴者的位置信息，該GPS模塊具有高敏感性、超低功耗和小尺寸的 特點；
[0062] 短信及現(xiàn)場音傳送模塊，與主控模塊相連，將位置及報警文字信息以短信的形式 發(fā)送給預(yù)設(shè)手機(jī)號碼并呼叫預(yù)設(shè)電話號碼，在電話接通時將現(xiàn)場聲音傳送給接聽者，短信 及現(xiàn)場音傳送模塊采用恒基科達(dá)的M160超小型低功耗GSM模塊:超微型體積，無縫隙覆蓋， 超低功耗，信號接收強(qiáng)，接口固定標(biāo)準(zhǔn)程序操作簡單易懂，穩(wěn)定性高；
[0063] 基頻設(shè)定模塊，與主控模塊相連，用于設(shè)定手環(huán)佩戴者正常說話時的語音基頻均 值；
[0064]脈搏設(shè)定模塊，與主控模塊相連，用于設(shè)定手環(huán)佩戴者正常狀態(tài)下的脈搏次數(shù)。
[0065]如圖2所示，所述辨識呼救聲和異常脈搏的智能報警手環(huán)的工作流程如下：
[0066] (1)智能報警手環(huán)開啟，系統(tǒng)進(jìn)入初始化狀態(tài)；
[0067] (2)聲音采集單元采集環(huán)境聲音，特征提取單元提取聲音的能量特征和基頻特征 并通過聲音判決單元判斷是否出現(xiàn)了呼救聲：
[0068] 若沒有呼救聲，返回聲音采集單元繼續(xù)采集環(huán)境聲音；
[0069]若出現(xiàn)呼救聲，則向主控模塊發(fā)送呼救聲報警信號；
[0070] (3)同時，脈搏采集單元采集脈搏信號，并通過異常脈搏判決單元判斷是否出現(xiàn)了 異常脈搏：
[0071] 若沒有異常脈搏，返回脈搏采集單元繼續(xù)采集脈搏信號；
[0072] 若出現(xiàn)異常脈搏，則向主控模塊發(fā)送異常脈搏報警信號；
[0073] (4)主控模塊重復(fù)循環(huán)掃描與呼救聲辨識模塊和異常脈搏辨識模塊相連接的端 口，如果在5秒鐘內(nèi)同時采集到呼救聲報警信號和異常脈搏報警信號或者在10秒鐘內(nèi)采集 到兩次呼救聲報警信號或者在10秒鐘內(nèi)采集到兩次異常脈搏報警信號，則控制GPS定位模 塊向主控模塊發(fā)送位置信息，再控制短信及現(xiàn)場音傳送模塊將位置信息及報警文字信息發(fā) 送給預(yù)設(shè)手機(jī)號碼，呼叫預(yù)設(shè)電話號碼，在被呼叫電話接通之后，將現(xiàn)場聲音傳送給對方， 否則，返回初始狀態(tài)；
[0074] (5)完畢之后，返回初始狀態(tài)進(jìn)行再次檢測。
[0075]如圖3所述，一種應(yīng)用于所述辨識呼救聲和異常脈搏的智能報警手環(huán)的智能報警 方法，包含以下步驟：
[0076] (1)通過聲音采集單元采集周圍環(huán)境聲音；
[0077] (2)特征提取單元首先將采集到的5秒鐘聲音信號切分為音頻幀，幀長Nl為40毫 秒，幀移Ns為20毫秒，假設(shè)第i幀聲音信號為Xl(n)，聲音信號采樣頻率為fs，幀長Nl對應(yīng)的采 樣點個數(shù)N=int(fsXNL)，Kn彡N，int( ·)表示取整數(shù)運算，計算各幀信號的能量，第i幀 信號的能量值為E(i):
[0078]
[0079] I表示總幀數(shù)，5秒鐘聲音信號被切分成250幀，即I = 250,當(dāng)前5秒鐘聲音信號的幀 能量均值J為：
[0080：
[0081] 當(dāng)前5秒鐘聲音信號中的任意連續(xù)50幀信號的幀能量均值為:
[0082]
[0083] 當(dāng)前5秒鐘聲音信號的前一個5秒鐘聲音信號的幀能量均值為I'；
[0084]

[0085] E'（i)表示當(dāng)前5秒鐘聲音信號的前一個5秒鐘聲音信號中的第i幀信號幀能量，與 E (i)的計算方法相同；
[0086] (3)如果滿足： 則跳轉(zhuǎn)到第(4)步，否則跳轉(zhuǎn)到第(1)
[0087] 步；
[0088] (4)采用自相關(guān)方法估計當(dāng)前5秒鐘聲音信號中的各幀信號的基頻值，對第i幀信 號的基頻值f (i )，進(jìn)行三點中值濾波處理：
[0089] f' (i) =median( [f (i-1 ),f(i),f(i+l)])
[0090] f'（i)是三點中值濾波之后的基頻值，median( ·)表示取中值運算；
[0091] (5)聲音判決單元將各幀信號的基頻值與基頻單元設(shè)定模塊設(shè)置的基頻均值進(jìn)行 比較，將基頻值大于1.5倍基頻均值的信號幀標(biāo)記為呼救聲幀，如果當(dāng)前250幀中有150幀以 上為呼救聲幀時，則認(rèn)為檢測到呼救聲，并向主控模塊發(fā)送報警信號，否則跳轉(zhuǎn)到第(1)步。
[0092]如圖4,一種應(yīng)用于所述辨識呼救聲和異常脈搏的智能報警手環(huán)的智能報警方法， 還可以包括異常脈搏辨識的步驟，該異常脈搏辨識的步驟具體包含以下步驟：
[0093] (a)通過脈搏采集單元采集手腕附近的脈搏信號，計算采集到的5秒鐘脈搏信號的 脈搏次數(shù)Ns;
[0094] (b)異常脈搏判決單元將采集到的5秒鐘脈搏信號對應(yīng)的脈搏次數(shù)隊與脈搏設(shè)定 模塊設(shè)置的正常脈搏次數(shù)Nr進(jìn)行比較，如果Ns〈0.6Nr或者NS>1.5Nr，則認(rèn)為檢測到異常脈搏， 并向主控模塊發(fā)送報警信號，否則跳轉(zhuǎn)到第(a)步。
[0095]上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種辨識呼救聲和異常脈搏的智能報警手環(huán)，其特征在于，包括:主控模塊、呼救聲 辨識模塊、異常脈搏辨識模塊、GPS定位模塊、短信及現(xiàn)場音傳送模塊、基頻設(shè)定模塊和脈搏 設(shè)定模塊，其中： 主控模塊收到呼救聲辨識模塊和異常脈搏辨識模塊發(fā)過來的報警信號后，所述主控模 塊用于讀取GPS定位模塊的位置信息，將該位置和其他報警文字信息傳輸給短信及現(xiàn)場音 傳送模塊，發(fā)送報警短信并在被呼叫電話接通后將現(xiàn)場聲音傳送給對方； 呼救聲辨識模塊與主控模塊相連，所述呼救聲辨識模塊用于采集周圍環(huán)境聲音，并從 采集到的聲音信號中提取能量特征和基頻特征，將呼救聲與其他環(huán)境聲音區(qū)分開，呼救聲 辨識模塊包括聲音采集單元、特征提取單元和聲音判決單元； 異常脈搏辨識模塊與主控模塊相連，所述異常脈搏辨識模塊用于采集手腕附近的脈搏 信號，并將采集到的脈搏次數(shù)與設(shè)定的正常脈搏次數(shù)進(jìn)行比較，判斷是否出現(xiàn)異常脈搏，異 常脈搏辨識模塊包括脈搏采集單元和異常脈搏判決單元； GPS定位模塊與主控模塊相連，所述GPS定位模塊用于將現(xiàn)場位置信息發(fā)送給主控模 塊； 短信及現(xiàn)場音傳送模塊，與主控模塊相連，將位置及報警文字信息以短信的形式發(fā)送 給預(yù)設(shè)手機(jī)號碼并呼叫預(yù)設(shè)電話號碼，在電話接通時將現(xiàn)場聲音傳送給接聽者； 基頻設(shè)定模塊與主控模塊相連，所述基頻設(shè)定模塊用于設(shè)定手環(huán)佩戴者正常說話時的 語音基頻均值； 脈搏設(shè)定模塊與主控模塊相連，所述脈搏設(shè)定模塊用于設(shè)定手環(huán)佩戴者正常狀態(tài)下的 脈搏次數(shù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的辨識呼救聲和異常脈搏的智能報警手環(huán)，其特征在于，所述辨 識呼救聲和異常脈搏的智能報警手環(huán)首次被使用時，通過脈搏設(shè)定模塊設(shè)置使用者正常情 況下的脈搏次數(shù)，并通過基頻設(shè)定模塊設(shè)置使用者正常語音的基頻均值，完成脈搏和基頻 設(shè)定之后，智能報警手環(huán)隨即進(jìn)入正常工作狀態(tài)，上述設(shè)定只需進(jìn)行一次。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的辨識呼救聲和異常脈搏的智能報警手環(huán)，其特征在于，所述辨 識呼救聲和異常脈搏的智能報警手環(huán)首次被使用時，使用者在使用過程中通過按鍵重新對 正常脈搏次數(shù)和基頻均值進(jìn)行設(shè)定。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的辨識呼救聲和異常脈搏的智能報警手環(huán)，其特征在于： 所述呼救聲辨識模塊采集環(huán)境聲音，并從采集到的聲音信號中每次取5秒鐘的聲音信 號提取能量特征和基頻特征，根據(jù)能量特征和基頻特征判決這5秒鐘的聲音信號是否呼救 聲，如果是呼救聲，則向主控模塊發(fā)送報警信號，否則，不發(fā)送報警信號； 同時，所述異常脈搏辨識模塊采集手腕附近的脈搏信號，從采集到的脈搏信號中每次 取5秒鐘的脈搏信號計算得到脈搏次數(shù)，與設(shè)定的正常脈搏次數(shù)進(jìn)行比較，判決這5秒鐘的 脈搏信號是否異常，如果是異常脈搏，則向主控模塊發(fā)送報警信號，否則，不發(fā)送報警信號； 所述主控模塊重復(fù)循環(huán)掃描與呼救聲辨識模塊和異常脈搏辨識模塊相連接的端口，如 果在5秒鐘內(nèi)同時采集到呼救聲報警信號和異常脈搏報警信號或者在10秒鐘內(nèi)采集到兩次 呼救聲報警信號或者在10秒鐘內(nèi)采集到兩次異常脈搏報警信號，則控制GPS定位模塊向主 控模塊發(fā)送位置信息，再控制短信及現(xiàn)場音傳送模塊將位置信息及報警文字信息發(fā)送給預(yù) 設(shè)手機(jī)號碼，呼叫預(yù)設(shè)電話號碼，在被呼叫電話接通之后，將現(xiàn)場聲音傳送給對方。5. -種應(yīng)用于權(quán)利要求1所述的辨識呼救聲和異常脈搏的智能報警手環(huán)的智能報警方 法，其特征在于，包含以下步驟： (1) 通過聲音采集單元采集周圍環(huán)境聲音； (2) 特征提取單元首先將采集到的5秒鐘聲音信號切分為音頻幀，幀長Nl為40毫秒，幀移 Ns為20毫秒，假設(shè)第i幀聲音信號為Xl(n)，聲音信號采樣頻率為fs，幀長Nl對應(yīng)的采樣點個 數(shù)N=int(f sXNL)，Kn彡N，int( ·)表示取整數(shù)運算，計算各幀信號的能量，第i幀信號xi (η)的能量值為E(i):其中，I表示總幀數(shù)，N表示第i幀信號的采樣點個數(shù)，5秒鐘聲音信號被切分成250幀，BP 1 = 250,當(dāng)前5秒鐘聲音信號的幀能量均值I為：其中，I表示總幀數(shù)，E(i)表示第i幀信號的能量值，當(dāng)前5秒鐘聲音信號中的任意連續(xù) 50幀信號的幀能量均值為f5() t其中，I表示總幀數(shù)，E(i)表示第i幀信號的能量值，當(dāng)前5秒鐘聲音信號的前一個5秒鐘 聲音信號的幀能量均值為I、其中，I表示總幀數(shù)，E'（i)表示當(dāng)前5秒鐘聲音信號的前一個5秒鐘聲音信號中的第i幀 信號幀能量，與E( i)的計算方法相同； (3) 如果滿足：E>3 P丨丨.巧()>5 f，則跳轉(zhuǎn)到第(4)步，否則跳轉(zhuǎn)到第(1)步； (4) 采用自相關(guān)方法估計當(dāng)前5秒鐘聲音信號中的各幀信號的基頻值，對第i幀信號的 基頻值f (i)，進(jìn)行三點中值濾波處理： f' (i)=median([f (i-1) ,f (i) ,f (i+1)]), 其中，f(i-l)，f(i)和f(i+l)分別表示第i-1幀、第i幀和第i + 1幀信號的基頻值，f'（i) 是三點中值濾波之后的基頻值，median( ·)表示取中值運算； (5) 聲音判決單元將各幀信號的基頻值與基頻單元設(shè)定模塊設(shè)置的基頻均值進(jìn)行比 較，將基頻值大于1.5倍基頻均值的信號幀標(biāo)記為呼救聲幀，如果當(dāng)前250幀中有150幀以上 為呼救聲幀時，則認(rèn)為檢測到呼救聲，并向主控模塊發(fā)送報警信號，否則跳轉(zhuǎn)到第(1)步。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的智能報警方法，其特征在于，所述(4)中的估計各幀信號基頻 值的自相關(guān)方法，包括以下步驟： (41)對第i幀信號Xl(n)進(jìn)行中心削波處理：其中，ydn)是中心削波后的信號，|Xl(n)|表示第i幀信號Xl(n)的絕對值，α是削波門 限，取值為xi (η)的最大幅度的0.68倍； (42) 對yi (η)進(jìn)行三電平量化處理：其中，yi(η)表不中心削波后的信號，i(n)表不三電平量化后的信號，| yi(η) |表不取yi (η)的絕對值； (43) 計算中心削波后的信號71(1〇與三電平量化后的信號/ Κη)的互相關(guān)值R(k):其中，fs表示信號采樣頻率，int( ·)表示取整數(shù)運算，k表示位移采樣點數(shù)且取整數(shù)，R (0)對應(yīng)于短時能量； (44) 計算互相關(guān)值R(k)的最大值Rmax，其中k的取值范圍為：kmax表示在R( k)取得最大值Rmax時所對應(yīng)的k值； (45) 如果Rmax〈0.3R(0)或者或者互相關(guān)值R(k)的均值mean(R(k))大于0.5Rmax，則第i幀信號的基頻值f(i)為0,否則， 其中，Rmax表示互相關(guān) 值R(k)的最大值。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的智能報警方法，其特征在于，還包括異常脈搏辨識的步驟，該 異常脈搏辨識的步驟具體包含以下步驟： (a) 通過脈搏采集單元采集手腕附近的脈搏信號，計算采集到的5秒鐘脈搏信號的脈搏 次數(shù)Ns; (b) 異常脈搏判決單元將采集到的5秒鐘脈搏信號對應(yīng)的脈搏次數(shù)隊與脈搏設(shè)定模塊設(shè) 置的正常脈搏次數(shù)Nr進(jìn)行比較，如果Ns〈0.6Nr或者Ns> 1.5Nr，則認(rèn)為檢測到異常脈搏，并向主 控模塊發(fā)送報警信號，否則跳轉(zhuǎn)到第(a)步。
【文檔編號】G08B21/04GK106056843SQ201610541744
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月8日
【發(fā)明人】李艷雄, 張雪, 王琴, 楊超, 黃耀雄
【申請人】華南理工大學(xué)