CN116504380A - 基于骨传导的老年人的健康服务推荐方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于健康检测领域，具体涉及基于骨传导的老年人的健康服务推荐方法。本发明公开的方法包括：收集人体头部的声音，并将所述声音转换为音频信号；提取音频信号中的身份特征信息和健康特征信息；基于身份特征信息和健康特征信息生成健康服务推荐的请求，并发送至服务器；根据服务器返回的健康服务的推荐信息，向用户推荐健康服务。本发明的方法可以实现基于骨传导对于人体健康的监测，提供了对于用户友好的健康监测方法。
Description
技术领域
本发明属于健康检测领域，具体涉及基于骨传导的老年人的健康服务推荐方法。
背景技术
枕头是常见的生活用品，人睡眠在一天中占据了较多的时间，对枕头的智能化可以提升人的生活体验。已有在枕头内设置电子器件来提升枕头的功能性，即智能枕头。
针对老年人，智能枕头向枕头内植入微型化、柔性化的智能控制器、各类传感器等电子器件，可以能够有效地监测用户的各项指标是否正常，及时地反馈到负责人处，采取相应的措施进行治疗。但是常规的仅仅集中于数据收集，并且部分采用大数据方式进行处理的，由于其需要提供的信息包含了隐私信息以及需要依赖足够的大模型支持，这对用户的健康和隐私提出了挑战。
发明内容
本发明的一个目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种方法用于解决现有技术中的问题，实现对于用户健康的监测和形成服务推荐。
本发明首先公开了一种基于骨传导的老年人的健康服务推荐方法，包括：
收集枕部和接触部的声音，并将所述声音转换为音频信号；
提取音频信号中的身份特征信息和健康特征信息；
基于身份特征信息和健康特征信息生成健康服务推荐的请求，并发送至服务器；
根据服务器返回的健康服务的推荐信息，向用户推荐健康服务。
根据本发明的一个实施例，骨传导监测装置为枕头，所述枕头包括若干个音源采样组，每个音源采样组均包括相邻设置的音频发射单元和音频接受单元。
根据本发明的一个实施例，每个音源采样组均包括相邻设置的音频发射单元和音频接受单元间隔在6-8cm；且所述音频发射单元的数目为2个，所述音频接收单元的数目为1个。
根据本发明的一个实施例，所述音频接受单元为超声换能器。
根据本发明的一个实施例，还包括压力传感器，设置于音频发射单元和音频接受单元的下方，根据压力传感器的均值确定测试使用的音源采样组。
根据本发明的一个实施例，根据频谱在50Hz到2.5kHz的声音特征提取身份特征信息。
根据本发明的一个实施例，基于湿度传感器和温度传感器进行健康情况的监测。
根据本发明的一个实施例，接收音频信号内100-200Hz、200-300Hz、300-500Hz和500-800Hz的音频，对T时间窗口的响度进行叠加，计算100-200Hz、200-300Hz、300-500Hz和500-800Hz的音频的响度之和，对100-200Hz、200-300Hz、300-500Hz和500-800Hz的音频的响度之和进行标准化获得身份特征信息，根据身份特征信息和标准响度对应的身份特征信息的差异确定是否为同一用户。
根据本发明的一个实施例，接收音频信号，向服务器发送音频信号和用户标识，并基于服务器的响应执行健康服务的推荐，所述健康服务的推荐通过音频发射单元执行。
根据本发明的一个实施例，通过监测用户的呼吸频率、温度、湿度信息及枕部和接触部的声音，判断用户是否处于睡眠状态；
并在用户处于非睡眠状态时，执行健康服务的推荐。
本发明进一步公开了一种骨传导监测装置，所述骨传导为枕头，所述枕头包括若干个音源采样组，每个音源采样组均包括相邻设置的音频发射单元和音频接受单元。
本发明可以实现如下的有益效果：
对于用户健康的监测，基于枕头作为载体，可以实现人体温度、枕头适度、环境声音和用户声音的测量；
通过设置于紧贴头部的装置获取了人体的特征信息，并基于此形成身份标识，基于身份特征信息和健康特征信息可以形成服务推荐请求，并基于服务推荐请求形成服务推荐。
附图说明
图1示意性表示根据本发明的基于骨传导的老年人的健康服务推荐方法的流程示意图。
图2示意性表示根据本发明的基于骨传导的老年人的健康服务推荐方法的监测着枕状态流程示意图；
图3示意性表示根据本发明的基于骨传导的老年人的健康服务推荐方法的监测着枕状态流程示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本发明的目的在为用户，特别是老年用户，提供一种健康服务的推荐方法，该健康服务基于日常较多使用的场景实现。
图1示意性表示根据本发明的基于骨传导的老年人的健康服务推荐方法的流程示意图，如图1所示，本发明的一个实施例中公开了基于骨传导的老年人的健康服务推荐方法，包括：
收集枕部和接触部的声音，并将所述声音转换为音频信号；
提取音频信号中的身份特征信息和健康特征信息；
基于身份特征信息和健康特征信息生成健康服务推荐的请求，并发送至服务器；
根据服务器返回的健康服务的推荐信息，向用户推荐健康服务。
通过上述的方法可以实现：
对于用户健康的监测，基于枕头作为载体，可以实现人体温度、枕头适度、环境声音和用户声音的测量；
通过设置于紧贴头部的装置获取了人体的特征信息，并基于此形成身份标识，基于身份特征信息和健康特征信息可以形成服务推荐请求，并基于服务推荐请求形成服务推荐。
本发明所涉及的骨传导是一种声音传导方式，即通过将声音转化为不同频率的机械振动，通过人的颅骨、骨迷路、内耳淋巴液传递、螺旋器、听神经、听觉中枢来传递声波。相对于振膜产生声波的经典声音传导，骨传导省去了许多声波传递的步骤，能在吵杂的环境中实现清晰的声音还原，而且声波也不会因为在空气中扩散而影响到他人。
本发明通过设置于枕部的收音结构接收声音，来实现对于用户的识别以及获取健康相关的信息，避免了佩戴特定的器具对于人体的干扰。
上述的健康推荐方法可以基于如下的健康服务的推荐装置进行，该推荐装置为枕头，所述枕头包括若干个音源采样组，每个音源采样组均包括相邻设置的音频发射单元和音频接受单元；
每个音源采样组均包括相邻设置的音频发射单元和音频接受单元间隔在6-8cm；且所述音频发射单元的数目为2个，所述音频接收单元的数目为1个；
所述骨传导单元即为骨传导扬声器，其和一个或者多个麦克风单元匹配进行使用；
所述音频接受单元为超声换能器和麦克风；
所述的超声换能器包括超声多普勒探头，所述的超声多普勒探头可以设置有多个，通过设置于枕头上，其可以和人体的头部接触，在接收到人体头部的声音时，将其转换为音频的信号被处理；
所述超声多普勒探头包括2MHz或者3MHz，换能器可以选择将其转换为音频信号被处理；
所述超声多普勒探头可以与一个或者多个放大电路、采样电路、存储器、缓存器和处理器电连接。
所述枕头包括若干个音源采样组用于在着枕时，获取不同的声音，所述的声音来自于环境和用户体内声音，其中环境声音在被处理后可以获得周围是否存在噪音，所述的用户体内声音可以用于获取如鼾声、心跳以及其他健康的信息。
通过将骨传导监测装置设置于枕头上，可以基于日常的场景确定人体的健康状态，且由于睡眠时间占据了一天较多时长，对其进行分析可以获得更为稳定的信息，且避免了无人看护时，潜在的健康风险问题。对于老年用户，在睡眠时间较短时，通过对用户状态的监测，可以提供睡眠的分析，以及基于特定声波的发射来辅助用户生活质量的提高。
根据本发明的一个实施例，每个音源采样组均包括相邻设置的音频发射单元和音频接受单元间隔在6-8cm；且所述音频发射单元的数目为2个，所述音频接收单元的数目为1个。例如一个枕头，可以设置3-4组的音源采样组。音源采样组可以以软垫的形式直接和人头部接触，以提供较好的收音效果。目前，市场上已经存在包含骨传导耳机的枕头，对其结构的表述在此省略。
本发明所使用的骨传导单元即为骨传导扬声器，其可以进一步的和一个或者多个麦克风单元匹配进行使用。已经进行的部分尝试包括设置超声换能器作为麦克风单元，但是，单独的设置麦克风用于采集人体内部的声音和环境声音可以起到更好的效果。
即，设置超声换能器可以获取人体内部的声音，而通过麦克风获取的声音不仅仅包括人体内部的声音，而且还包括环境的声音，单通过麦克风无法快速的获取人体内的特征信息，而在对麦克风获取的音源进行采样后并和超声换能器进行比对后，即可以获得区别于环境的声音。对于声波在一个频段的叠加和去除可以参考现有的信号处理。
如通过高通滤波器对至少麦克风获取的音源中进行预加重以及分帧加窗，得到每个音源信号对应的多个帧信号；对多个帧信号进行快速傅里叶变换获取频谱特征；以该频率特征作为环境声音特征，基于此对获取的人体的声音进行基底去除，去除时采用自适应滤波或减谱法来去除不关心的环境声音，得到更多包含人体声音特征的声音。
进一步的，应当考虑音源采样组的设置位置，考虑到人睡眠的姿态以及枕头的实际长度，应当间隔性的设置音源采样组以平衡采样、音源效果和总体成本。
根据本发明的一个实施例，所述音频接受单元为超声换能器。
所述的超声换能器包括超声多普勒探头，所述的超声多普勒探头可以设置有多个，通过设置于枕头上，其可以和人体的头部接触，在接收到人体头部的声音时，将其转换为音频的信号被处理。
可以选择的超声多普勒探头包括2MHz或者3MHz，换能器可以选择将其转换为音频信号被处理。
超声多普勒探头可以与一个或者多个放大电路、采样电路、存储器、缓存器和处理器电连接，此处的电连接是指通过电缆线、数据线等实现的用于传输电流信号、电压信号、脉冲信号等通信信号的连接。由于设计时为了减少相应的体积，因此，应当选择具有低功耗的芯片和电路。芯片可以是中央处理单元，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路、现成可编程门阵列或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。
超声多普勒探头用于采集人体头部的声音信号，由于人体的头部如耳侧、头部以及呼吸声均可以被超声多普勒探头获取相应的信号。
此处的超声多普勒探头包括压电陶瓷传感器，其可以使用薄膜进行覆盖，以保证对于水的防护并保证信号不发生漂移，通过此可以获取电压信号。
可以选用的放大电路可用于对声音信号进行放大，其可以选择双极性晶体管或场效应晶体管。
此处的采样电路可以选择任意具有频率采样功能的采样器件来实现，考虑到老年人的代谢以及心跳的范围，可以选择在10-500Hz频率范围内进行采样，并选择16、24或者32位的模数转换装置。
由于健康个体的心跳以及人体内部声音在一段时间内是稳定的，因此，在通过对声音采样后获取的信号在一个时间跨度内也是可以预期的。
然而，单纯依赖一个频率的声音并不能形成用户的身份识别，如果通过对不同频率范围的声音进行获取，并进行赋予权重的计算以获取特征值，则其具有识别意义。
对于此，通过聚类分析进行了20人的信息数据采集，对应于30Hz、50Hz、100Hz、200Hz和500Hz，通过获取指定频率的音频信号获得了多个不同的数据，通过以30Hz、50Hz、100Hz、200Hz和500Hz中的三个或者更多个作为因子进行聚类分析，发现其具有较好的关联度，准确度高于90％，因此，可以基于此选择30Hz、50Hz、100Hz、200Hz和500Hz中的三个进行信号转换，并获得对应的转换后的声音信号的响度，并根据各响度占比以获取身份特征信息。
由于此过程为了包括更多的信息，因此，可以不设置滤波器以对杂音过滤。
进一步的，由于此过程不追求长期监测的效果，因此可以在首次接触时进行判断，而不用在用户睡眠的过程中进行持续的收音。
根据本发明的一个实施例，还包括压力传感器，设置于音频发射单元和音频接受单元的下方，根据压力传感器的均值确定测试使用的音源采样组。
在执行服务推荐时，可以根据场景进行不同的推荐操作，其中对于场景判断可以依据接触信息确定。
如用户首次接触枕头时，没有初始化的身份特征信息，则获取所有压力传感器的读数，获得最大压力的压力传感器，将其作为主传感器，进一步使用其对应的音频发射单元和音频接受单元，并使用该音源采样组进行音源的采集。
如用户已经触枕，且已经具有初始化的身份特征信息，则压力传感器可以被周期性的激活，以确定实际采样的音源采样组，此过程中应当仅采集和用户健康相关的信息，而不用重新针对性的采集身份信息相关的音源。
如所有的压力传感器均无法获得阈值内的压力值，则启动计时器，如果在一个时间段内没有发生压力传感器的数值增加超过阈值，则可以判断用户已经离枕。
进一步的，如图2，如所有的压力传感器均无法获得阈值内的压力值，则启动计时器，如果在一个时间阈值T1内没有发生压力传感器的数值增加超过阈值，则可以判断用户已经离枕；此时启动第二计时器，如果在另外一个时间阈值T2内没有发生压力传感器的数值增加，则判定为不需要监测着枕状态。
即通过压力传感器的设置，可以针对性的对收音过程进行优化。
进一步的，可以通过压力传感器和时间判断用户是否失眠，并针对性的通过骨传导耳机发出音频助眠。
根据本发明的一个实施例，根据频谱在50Hz到2.5kHz的声音特征提取身份特征信息。
如前通过聚类分析进行了20人的信息数据采集，通过SPSS聚类分析确定了可以基于此选择30Hz、50Hz、100Hz、200Hz和500Hz中的三个进行信号转换，并获得对应的转换后的声音信号的响度，并根据各响度占比以获取身份特征信息。
具体的，按照单个频率的响度值进行确定时，如选用30Hz、100Hz和200Hz进行，对其响度进行标准化，分别设置权重为0.33，则其整体特征值为在标准化后的响度分别为0.6，0.7，1时，通过计算响度平方的方式可以获得其特征为0.33*0.6*0.6+0.33*0.7*0.7+0.33*1*1＝0.1188+0.200+0.33＝0.694,如果用户测得的特征值在此范围(如上下浮动5％的阈值)内，则认为用户为同一用户。
本发明基于骨传导进行身份认证基于如下的特征信息进行：
在使用含有收声器材的枕头时，周围环境、人声带产生的振动以及人头部产生的振动可以被麦克风所收集，其中环境和人声的基频在80Hz到300Hz之间，且环境的音量在一个时间段内是近似的，可以通过收集一段时间内音频信号并叠加的方式进行基底的确定，而骨传导咬合声音的频率在100Hz和2.5kHz之间。这也揭示了如果能够通过向人体的头部施加短时高频的声音，并接受骨传导频率段的声音，就可以基于此实现对于着枕对象的识别。
为了实现此过程，应当基于如下的方式进行：
在前文理论和验证的基础上，如果通过监测一个较宽频率，那么不仅需要采集较多的数据，并且分析难度较大，而且没有必要性。而如果考虑人体的差异性以及枕头的使用场景，对于身份信息的提取要解决的问题是一个或者有限个对象的识别，并且在使用过程中，一个对象会连续的产生多个数据，这些数据仅在识别该对象时有用，而不是适用于所有的对象。
因此，本发明实际的改进点时基于一个对象在使用枕头时，其可以针对固定频率的发射音频产生近似的响应。而上述的技术在现有技术中是较为常见使用的，其常见的如发射超声波以获得人体的反射从而获得影像图，在此处本申请为了获取具有区分度的数据，此处的身份特征信息为不同波长频率的音频信号的比值。很显然，在人体的姿态接触角度不一致时，应当设置多种的方式以进行模式的识别和匹配。而如果结合压力传感器的数据，则可以进一步减少问题的难度，
根据本发明的一个实施例，基于湿度传感器和温度传感器进行健康情况的监测。
所述温度传感器用于获取人体头部的温度，以用于判断人体的体温是否正常；所述湿度传感器用于用于枕部的湿度，枕部的湿度可以由人体头部汗渍引起或者由于室内湿度过高引起，因此，需要结合多种传感器的数据以对人体是否健康进行判断。
根据本发明的一个实施例，接收音频信号内100-200Hz、200-300Hz、300-500Hz和500-800Hz的音频，对T时间窗口的响度进行叠加，计算100-200Hz、200-300Hz、300-500Hz和500-800Hz的音频的响度之和，对100-200Hz、200-300Hz、300-500Hz和500-800Hz的音频的响度之和进行标准化获得身份特征信息，根据身份特征信息和标准响度对应的身份特征信息的差异确定是否为同一用户。
在按照单频率的响度进行计算时，按照单个频率的响度值进行确定时；而当选择麦克风作为音源，选择一个区域内的响度进行积分以获取特征值，如选用接收音频信号内100-200Hz、200-300Hz、300-500Hz和500-800Hz的音频，对T时间窗口的响度进行叠加，计算100-200Hz、200-300Hz、300-500Hz和500-800Hz的音频的响度之和，对100-200Hz、200-300Hz、300-500Hz和500-800Hz的音频的响度之和进行标准化获得身份特征信息，根据身份特征信息和标准响度对应的身份特征信息的差异确定是否为同一用户。其计算方案和前文近似。
根据本发明的一个实施例，接收音频信号，向服务器发送音频信号和用户标识，并基于服务器的响应执行健康服务的推荐，所述健康服务的推荐通过音频发射单元执行。
在用户的标识被选定时，通过提取音频信号特征，此音频信号特征由于来自于骨传导以及超声波换能器，因此可以滤除大部分的环境声音，从而使用户隐私获得较好保护，且能够满足根据用户特征声音进行服务的推荐。
进行服务推荐时，由于通过麦克风和超声换能器获取了声音特征，该特征可以在本地被录制或者提取特征，并且结合体温、压力传感器和湿度数据，向健康推荐服务器发送数据以获取推荐的服务。
为此，可以为推荐装置配置物联网的SIM以进行通信，或者通过无线连接模块进行网络的连接。
根据本发明的一个实施例，请参考图3，通过监测用户的呼吸频率、温度、湿度信息及枕部和接触部的声音，判断用户是否处于睡眠状态；
并在用户处于非睡眠状态时，执行健康服务的推荐。
所述的睡眠状态可以进一步结合时间进行判断，如设置21：00到次日的7：00为睡眠时间，在此时间区域内不执行健康服务的推荐，否则在接收到服务器的推荐消息的报文后，执行服务器的推荐操作。
在上述的时间之外，如白天用户接触枕头时，根据服务器的推荐信息，通过骨传导装置可以发出声音，进而实现健康服务的推荐。
执行健康服务的推荐时，可以基于典型健康数据构建推荐的处理网络。如基于机器学习构建神经网络，通过建立人体健康监测模型，通过获取一系列的数据以及是否健康值作为巡检数据，通过参数调整优化对模型进行迭代训练，获得最准确的模型后进行应用，通过输入现有的健康数据，输出人体健康监测结果并反馈。在此过程中，可以接收新的数据，并剔除重复数据后，以获取更新后的网络。
即神经网络可以具有如下的输入{M，E，T，P，S}，其中M为枕头上换能器获取的人体内部的声音，E为环境声音，T为人体的温度，P为激活的压力传感器获取的数据，S为状态数据，其进一步包括心率、呼吸频率和健康标识数据。
在进行训练时，将人体内部的声音和环境声音梅尔频率倒谱系数、人体温度和压力数据作为输入，将通过其他途径获取的心率、呼吸频率和健康信息作为输出，进行训练。
进行训练时，采用的神经网络可以为多层级型，由1个输入层、多个隐藏层和一个输出层构成。输入层、隐藏层以及输出层具有用于模拟脑神经回路的突触功能的单元，通过机器学习的方式对神经网络进行优化以获取可接受的预测数据。
在本发明中，人体生理参数可包括体温、心率、呼吸频率、环境声音和鼾声信息数据，其中体温数据可以依据枕头上设置的传感器，心率数据可以根据接受的声音特征数据获得，呼吸频率可以使用声音处理网络获得，环境声音可以基于环境声音获得，鼾声信息数据可以基于环境声音获得。在调整输入时，相应的网络可以进行适应性的调整。
进一步的，健康服务可以作为配置的输出数据被配置，即在接收到特征数据时即给出相应的服务推荐。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.基于骨传导的老年人的健康服务推荐方法，其特征在于，包括：
收集枕部和接触部的声音，并将所述声音转换为音频信号；
提取音频信号中的身份特征信息和健康特征信息；
基于身份特征信息和健康特征信息生成健康服务推荐的请求，并发送至服务器；
根据服务器返回的健康服务的推荐信息，向用户推荐健康服务。
2.如权利要求1所述的基于骨传导的老年人的健康服务推荐方法，其特征在于骨传导监测装置为枕头，所述枕头包括若干个音源采样组，每个音源采样组均包括相邻设置的音频发射单元和音频接受单元。
3.如权利要求2所述的基于骨传导的老年人的健康服务推荐方法，其特征在于每个音源采样组均包括相邻设置的音频发射单元和音频接受单元间隔在6-8cm；且所述音频发射单元的数目为2个，所述音频接收单元的数目为1个。
4.如权利要求2所述的基于骨传导的老年人的健康服务推荐方法，其特征在于所述音频接受单元为超声换能器。
5.如权利要求4所述的基于骨传导的老年人的健康服务推荐方法，其特征在于还包括压力传感器，设置于音频发射单元和音频接受单元的下方，根据压力传感器的均值确定测试使用的音源采样组。
6.如权利要求1所述的基于骨传导的老年人的健康服务推荐方法，其特征在于根据频谱在50Hz到2.5kHz的声音特征提取身份特征信息。
7.如权利要求1所述的基于骨传导的老年人的健康服务推荐方法，其特征在于基于湿度传感器和温度传感器进行健康情况的监测。
8.如权利要求1所述的基于骨传导的老年人的健康服务推荐方法，其特征在于接收音频信号内100-200Hz、200-300Hz、300-500Hz和500-800Hz的音频，对T时间窗口的响度进行叠加，计算100-200Hz、200-300Hz、300-500Hz和500-800Hz的音频的响度之和，对100-200Hz、200-300Hz、300-500Hz和500-800Hz的音频的响度之和进行标准化获得身份特征信息，根据身份特征信息和标准响度对应的身份特征信息的差异确定是否为同一用户。
9.如权利要求1所述的基于骨传导的老年人的健康服务推荐方法，其特征在于接收音频信号，向服务器发送音频信号和用户标识，并基于服务器的响应执行健康服务的推荐，所述健康服务的推荐通过音频发射单元执行。
10.如权利要求9所述的基于骨传导的老年人的健康服务推荐方法，其特征在于通过监测用户的呼吸频率、温度、湿度信息及枕部和接触部的声音，判断用户是否处于睡眠状态；
并在用户处于非睡眠状态时，执行健康服务的推荐。
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