CN104154915A - 一种基于智能穿戴设备的音频操作方法和智能穿戴设备 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种基于智能穿戴设备的音频操作方法和智能穿戴设备，所述的方法包括：测量所述智能穿戴设备在运动时的三轴线性加速度；测量所述智能穿戴设备在运动时的三轴角速度；根据所述三轴线性加速度及所述三轴角速度，获取所述智能穿戴设备的状态信息；根据所述三轴线性加速度获取所述智能穿戴设备的位置信息；分析所述智能穿戴设备的状态信息和位置信息，执行对应的音频操作。本发明实施例在智能穿戴设备运动过程中识别出位置信息和状态信息，进一步提高了设备的识别精度，以执行对应的音频操作，进行信息反馈，极大减少了动作发生与信息反馈之间的时间，大大提高了信息反馈的灵敏度。

Description

一种基于智能穿戴设备的音频操作方法和智能穿戴设备
技术领域
本发明涉及穿戴设备的技术领域，特别是涉及一种基于智能穿戴设备的音频操作方法和一种智能穿戴设备。
背景技术
在人们日常生活中，手环或手表等穿戴产品是一种不可或缺的随身携带物。
在一些体感应用中，即指通过用户身体动作变化来进行和控制的应用，传统的穿戴设备一般通过传感器来识别移动的方向、速度、快慢等基本参数，然后借助体感动作的计算模型，判定出用户动作。
但是，传统的穿戴设备仅仅可以实现通过晃动剧烈程度、动作节奏等来识别动作，识别精度很低。
并且，传统的穿戴设备大多是在用户动作完成之后才进行参数收集和计算，进而进行反馈，灵敏度很低。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题是提供一种基于智能穿戴设备的音频操作方法，用以提高识别精度和灵敏度。
相应的，本发明实施例还提供了一种智能穿戴设备，用以保证上述方法的实现及应用。
为了解决上述问题，本发明实施例公开了一种基于智能穿戴设备的音频操作方法，包括：
测量所述智能穿戴设备在运动时的三轴线性加速度；
测量所述智能穿戴设备在运动时的三轴角速度；
根据所述三轴线性加速度及所述三轴角速度，获取所述智能穿戴设备的状态信息；
根据所述三轴线性加速度获取所述智能穿戴设备的位置信息；
分析所述智能穿戴设备的状态信息和位置信息，执行对应的音频操作。
优选地，所述状态信息包括四元数，所述根据所述三轴线性加速度及所述三轴角速度，获取所述穿戴设备的状态信息的步骤包括：
采用所述三轴线性加速度计算所述智能穿戴设备在运动时的三轴真实线性加速度；
采用所述三轴角速度计算所述智能穿戴设备在运动时的三轴旋转角度；
分别将所述三轴旋转角度按照各自对应的三轴真实线性加速度进行积分，获得三轴纠正数据；
采用所述三轴纠正数据按照四元数的微积分方程计算当前的四元数，得到所述穿戴设备的状态信息。
优选地，所述采用所述三轴线性加速度计算所述智能穿戴设备在运动时的三轴真实线性加速度的步骤包括：
分别计算重力加速度在三轴上的分线性加速度；
分别将三轴线性加速度减去各自对应的分线性加速度，获得所述智能穿戴设备在运动时的三轴真实线性加速度。
优选地，所述采用所述三轴角速度计算所述智能穿戴设备在运动时的三轴旋转角度的步骤包括：
分别将所述三轴角速度对运动时间进行积分，获得所述智能穿戴设备在运动时的三轴旋转角度。
优选地，所述状态信息包括三轴角速度；
其中，当所述三轴角速度为0时，表征所述智能穿戴设备的状态信息为静止状态；
当所述三轴角速度不为0时，表征所述智能穿戴设备的状态信息为运动状态。
优选地，所述位置信息包括三轴移动距离，所述根据所述三轴线性加速度计算所述智能穿戴设备的位置信息的步骤包括：
采用所述三轴线性加速度计算所述智能穿戴设备在运动时的三轴真实线性加速度；
分别将所述三轴真实线性加速度对运动时间进行积分，获得所述智能穿戴设备的三轴移动距离。
优选地，所述分析所述智能穿戴设备的状态信息和位置信息，执行对应的音频操作的步骤包括：
提取所述智能穿戴设备的状态信息和位置信息中的至少一者所对应的一个或多个音符；
当所述一个或多个音符与预置的音频数据匹配时，播放所述音频数据。
优选地，所述分析所述智能穿戴设备的状态信息和位置信息，执行对应的音频操作的步骤包括：
在预置的数据库中查找所述三轴移动距离所属的三轴移动距离范围；
在预置的数据库中查找所述四元数所属的四元数范围；
根据所述三轴角速度判断所述智能穿戴设备的状态信息为静止状态或运动状态；
执行所述三轴移动距离范围、所述四元数范围、所述静止状态和运动状态中的至少一者所对应的音频操作。
本发明实施例还公开了一种智能穿戴设备，所述智能穿戴设备包括六轴检测电路和控制器；
其中，所述六轴检测电路包括：
加速度传感器，用于测量所述智能穿戴设备在运动时的三轴线性加速度；
陀螺仪，用于测量所述智能穿戴设备在运动时的三轴角速度；
状态信息获取模块，用于根据所述三轴线性加速度及所述三轴角速度，获取所述智能穿戴设备的状态信息；
寄存器，用于存储所述三轴线性加速度、所述三轴角速度和所述状态信息中的至少一者；
所述控制器包括：
底层驱动模块，用于读取所述三轴线性加速度、所述三轴角速度和所述状态信息中的至少一者；
位置信息获取模块，用于根据所述三轴线性加速度获取所述智能穿戴设备的位置信息；
音频操作执行模块，用于分析所述智能穿戴设备的状态信息和位置信息，执行对应的音频操作。
优选地，所述状态信息包括四元数，所述状态信息获取模块包括：
真实线性加速度计算子模块，用于采用所述三轴线性加速度计算所述智能穿戴设备在运动时的三轴真实线性加速度；
旋转角度计算子模块，用于采用所述三轴角速度计算所述智能穿戴设备在运动时的三轴旋转角度；
第一积分子模块，用于分别将所述三轴旋转角度按照各自对应的三轴真实线性加速度进行积分，获得三轴纠正数据；
反余弦计算子模块，用于采用所述三轴纠正数据按照四元数的微积分方程计算当前的四元数，得到所述穿戴设备的状态信息。
优选地，所述真实线性加速度计算子模块包括：
分线性加速度计算子模块，用于分别计算重力加速度在三轴上的分线性加速度；
加速度相减子模块，用于分别将三轴线性加速度减去各自对应的分线性加速度，获得所述智能穿戴设备在运动时的三轴真实线性加速度。
优选地，所述旋转角度计算子模块包括：
第二积分子模块，用于分别将所述三轴角速度对运动时间进行积分，获得所述智能穿戴设备在运动时的三轴旋转角度。
优选地，所述状态信息包括三轴角速度；
其中，当所述三轴角速度为0时，表征所述智能穿戴设备的状态信息为静止状态；
当所述三轴角速度不为0时，表征所述智能穿戴设备的状态信息为运动状态。
优选地，所述位置信息获取模块包括：
真实线性加速度计算子模块，用于采用所述三轴线性加速度计算所述智能穿戴设备在运动时的三轴真实线性加速度；
第三积分子模块，用于分别将所述三轴真实线性加速度对运动时间进行积分，获得作为所述智能穿戴设备位置信息的三轴移动距离。
优选地，所述音频操作执行模块包括：
音符提取子模块，用于提取所述智能设备的状态信息和位置信息中的至少一者所对应的一个或多个音符；
音频数据播放子模块，用于在所述一个或多个音符与预置的音频数据匹配时，播放所述音频数据。
优选地，所述音频操作执行模块包括：
第一查找子模块，用于在预置的数据库中查找所述三轴移动距离所属的三轴移动距离范围；
第二查找子模块，用于在预置的数据库中查找所述四元数所属的四元数范围；
判断子模块，用于根据所述三轴角速度判断所述智能穿戴设备的状态信息为静止状态或运动状态；
执行子模块，用于执行所述三轴移动距离范围、所述四元数范围、所述静止状态和运动状态中的至少一者所对应的音频操作。
与背景技术相比，本发明实施例包括以下优点：
本发明实施例通过测量到的智能穿戴设备在运动时的三轴线性加速度和三轴角速度，计算表征状态信息的四元数，将加速度传感器与陀螺仪等传感器结合，结合设备的位置信息对设备进行综合分析，根据运动状态和位置信息适配对应的音频操作；由于四元数中可以表示平移，因此四元数表达状态信息时，提高了设备的识别精度，使设备具备更好的交互性能。
本发明实施例通过三轴角速度可以实现运动骤停的判断，进一步提高了运动信息的识别精度。
本发明实施例在智能穿戴设备运动过程中识别出位置信息和状态信息，进一步提高了设备的识别精度，以执行对应的音频操作，进行信息反馈，极大减少了动作发生与信息反馈之间的时间，大大提高了信息反馈的灵敏度。
附图说明
图1是本发明的一种基于智能穿戴设备的音频操作方法实施例的步骤流程图；
图2是本发明的一种操作执行的示例图；
图3是本发明的一种操作执行的示例图；
图4是本发明的一种智能穿戴设备实施例的结构框图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1，示出了本发明的一种基于智能穿戴设备的音频操作方法实施例1的步骤流程图，具体可以包括如下步骤：
步骤101，测量所述智能穿戴设备在运动时的三轴线性加速度；
需要说明的是，智能穿戴设备可以为智能手表、智能手环、智能头箍等等，可以包括六轴检测电路和控制器。
该六轴检测电路可以为集成电路IC(Integrated Circuit，在一块较小的单晶硅片上制作上许多晶体管及电阻器、电容器等元器件，并按照多层布线或遂道布线的方法将元器件组合成完整的电子电路)，其中可以集成加速度传感器、陀螺仪、寄存器(Register)等等。
该控制器可以为MCU(MicroControllerUnit，微控制单元)，又称单片微型计算机(SingleChipMicrocomputer)，是指随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、RAM(random access memory，随机存储器)、ROM(Read-Only Memory，只读存储器)、定时器和I/O(Input/Out，输入/输出)接口中的至少一种集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。
在具体实现中，该控制器可以包括应用程序和驱动程序。
该应用程序可以运行在控制器的ROM中，该ROM可以为Flash ROM(非易失性闪存)，可以实现了动态加载应用程序的功能。所以，应用程序物理存储在Flash ROM的文件系统里(FAT)，可以实时从云端下载更新。当智能穿戴设备开机后按照需求动态下载到内存RAM中来执行。
该驱动程序可以以二进制形式烧录在Flash ROM里，当智能穿戴设备启动时，可以通过控制器里的BootLoader从Flash ROM里将其加载到RAM中运行。
其中，在嵌入式操作系统中，BootLoader是在操作系统内核运行之前运行。可以初始化硬件设备、建立内存空间映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。
在实际应用中，当该应用程序可以包括体感类的应用程序，且可以接收智能穿戴设备的运动检测的请求，例如该体感类的应用程序打开时，相当于接收到智能穿戴设备的运动检测的请求，此时，用户一般在进行体感应用，驱动智能穿戴设备进行运动。
在接收到智能穿戴设备的运动检测的请求时，可以发送启动信号至驱动程序，驱动程序可以向六轴检测电路的powerOn管脚接入高电平，然后再通过I2C(Inter－Integrated Circuit，一种用于连接微控制器及其外围设备的总线)总线写初始化设置到六轴检测电路里完成六轴检测电路的启动。
当六轴检测电路启动后，可以采用加速度传感器测量所述智能穿戴设备在运动时的三轴线性加速度。
加速度传感器可以包括线性加速度传感器，线性加速度传感器可以是一种能够测量加速力的电子设备，也即，可以测量物体(例如智能穿戴设备)本身在立体三维空间XYZ三个轴上分量的加速度(即三轴加速度)。其中，加速力可以是指当物体(例如智能穿戴设备)在加速过程中作用在物体(例如智能穿戴设备)上的力；线性加速度可以为加速度-时间(a-t)曲线为直线的加速度，即加速度的变化量Δa∝t。
加速度传感器测量加速度的原理可以是惯性原理，也就是力的平衡，根据公式A(加速度)＝F(惯性力)/M(质量)，测量出F后，可以计算出A。而F可以采用用电磁力去平衡这个惯性力，则可以得到F对应于电流的关系，而该关系的比例系数可以采用实验的方式去预先标定。
因此，一般加速度传感器可以利用其内部的由于加速度造成的晶体变形这个特性。由于这个变形会产生电压，计算出产生电压和所施加的加速度之间的关系，则可以将加速度转化成电压输出，例如：100mV/g，即每个加速度单位输出100mV电压值，其中1g＝9.81m/s-2。
当然，还有很多其它方法来制作加速度传感器，比如压阻技术、电容效应、热气泡效应、光效应等等，本发明实施例对此不加限制。
步骤102，测量所述智能穿戴设备在运动时的三轴角速度；
当六轴检测电路启动后，可以采用陀螺仪测量所述智能穿戴设备在运动时的三轴角速度。
陀螺仪可以指能够测量角速度的电子设备，也即，可以测量物体(例如智能穿戴设备)本身在立体三维空间XYZ三个轴上分别的角速度(即三轴角速度)。而角速度可以是指单位时间内，物体(例如智能穿戴设备)绕某根轴线旋转的度数，单位可以为deg/s(度/秒)。
该陀螺仪可以为微机械(Micro Electro Mechanical systems，MEMS)陀螺仪，可以利用科里奥利力——旋转物体(例如智能穿戴设备)在有径向运动时所受到的切向力，测量三轴角速度。
在微机械陀螺仪中，若物体(例如智能穿戴设备)被驱动，不停地来回做径向运动或者震荡，与此对应的科里奥利力就是不停地在横向来回变化，并有可能使物体在横向作微小震荡，相位正好与驱动力差90度。
微机械陀螺仪通常有两个方向的可移动电容板。径向的电容板加震荡电压迫使物体可以作径向运动，横向的电容板测量由于横向科里奥利运动带来的电容变化。因为科里奥利力正比于角速度，所以由电容的变化可以计算出角速度。
步骤103，根据所述三轴线性加速度及所述三轴角速度，获取所述智能穿戴设备的状态信息。
状态信息可以为智能穿戴设备所处的状况的信息，例如，所述状态信息可以包括四元数。
从明确的角度而言，四元数可以是复数的不可交换延伸。如把四元数的集合考虑成多维实数空间的话，四元数就代表着一个四维空间，相对于复数为二维空间。
复数可以是包括实数和虚数单位i，其中，i2＝-1。
相似地，四元数可以包括实数和三个元素i、j、k，而且三个元素i、j、k可以有如下的关系：
i2＝j2＝k2＝ijk＝-1
则每个四元数可以表示为a+bi+cj+dk。
四元数的物理意义可以在于：
若采用四元数Q(x,y,z,w)表示有一任意旋转轴的向量A(ax,ay,az)与一旋转角度alpha；
则：x＝sin(alpha/2)*ax；
y＝sin(alpha/2)*ay；
z＝sin(alpha/2)*az；
w＝cos(alpha/2)；
因此，三维空间的旋转可以由四元数来进行表征，例如，若智能穿戴设备初始是水平放置，用四元数表示则可以为Q(1，0，0，0)。
在本发明的一种优选实施例中，步骤103可以包括如下子步骤：
子步骤S11，采用所述三轴线性加速度计算所述智能穿戴设备在运动时的三轴真实线性加速度；
在具体实现中，由于智能穿戴设备在运动时，一般会受重力的影响，在不同的环境中也可能受到水的浮力、电磁力等的影响，使得测量的三轴线性加速度并非真实的线性加速度。因此，需要计算在智能穿戴设备在立体三维空间XYZ三个轴上分别的真实角速度(即三轴真实线性加速度)。
在本发明实施例的一种优选示例中，子步骤S11可以包括如下子步骤：
子步骤S111，分别计算重力加速度在三轴上的分线性加速度；
子步骤S112，分别将三轴线性加速度减去各自对应的分线性加速度，获得所述智能穿戴设备在运动时的三轴真实线性加速度。
在本发明实施例中，智能穿戴设备受重力影响，重力加速度取值可以为9.8m2/s的方向是竖直向下，与智能穿戴设备的立体三维空间XYZ三个轴上分别形成三个夹角，采用重力加速度以及该三个夹角按照三角函数关系(如正弦函数、余弦函数、正切函数、余切函数、正割函数、余割函数等等)可以计算重力加速度在智能穿戴设备的立体三维空间XYZ三个轴上的投影，获得分线性加速度。
在智能穿戴设备的立体三维空间XYZ三个轴上，将测量到的三轴线性加速度分别减去对应的分线性加速度，可以获得智能穿戴设备在运动时的三轴真实线性加速度。
当然，上述三轴真实线性加速度的计算方法只是作为示例，在实施本发明实施例时，可以根据实际情况设置其他三轴真实线性加速度的计算方法，例如在浮力、电磁力等外力影响下，可以计算浮力、电磁力等外力在三轴上的分线性加速度，将三轴线性加速度减去各自对应的分线性加速度，获得三轴真实线性加速度，等等本发明实施例对此不加以限制。另外，除了上述三轴真实线性加速度的计算方法外，本领域技术人员还可以根据实际需要采用其它三轴真实线性加速度的计算方法，本发明实施例对此也不加以限制。
子步骤S12，采用所述三轴角速度计算所述智能穿戴设备在运动时的三轴旋转角度；
智能穿戴设备在运动时，通常会发生旋转，本发明实施例可以计算智能穿戴设备本身在立体三维空间XYZ三个轴上分量的旋转角度(即三轴旋转角度)。
在本发明实施例的一种优选示例中，子步骤S12可以包括如下子步骤：
子步骤S121，分别将所述三轴角速度对运动时间进行积分，获得所述智能穿戴设备在运动时的三轴旋转角度。
角速度是速度的一种概念，将其对智能设备的从初始到当前的运动时间进行积分，可以获得三轴旋转角度。
在具体实现中，可以恒定陀螺仪测量角速度采样频率，可以将测量到的角速度看成一系列宽度相同高度不同的长条，将该长条累加面积进行积分。
子步骤S13，分别将所述三轴旋转角度按照各自对应的三轴真实线性加速度进行积分，获得三轴纠正数据；
具体而言，三轴纠正数据ex、ey、ez可以通过以下公式计算：
ex＝(ay*vz-az*vy)；
ey＝(az*vx-ax*vz)；
ez＝(ax*vy-ay*vx)；
ax、ay、az是智能穿戴设备的坐标参照系上，加速度传感器测量出来的重力向量，vx、vy、vz是陀螺仪积分后的姿态来推算出的重力向量，它们都是智能穿戴设备的坐标参照系上的重力向量。
那它们之间的误差向量，就是陀螺仪积分后的姿态和加速度传感器测出的姿态之间的误差。
向量间的误差，可以用向量叉积(也叫向量外积、叉乘)来表示，ex、ey、ez就是两个重力向量的叉积。
这个叉积向量仍旧是位于智能穿戴设备的坐标系上，而陀螺仪积分误差也是在机体坐标系，而且叉积的大小与陀螺积分误差成正比，可以用于纠正陀螺仪。由于陀螺仪是对智能穿戴设备直接积分，所以对陀螺仪的纠正量会直接体现在对智能穿戴设备坐标系的纠正。
其中，
vx＝2*(q1*q3-q0*q2)；
vy＝2*(q0*q1+q2*q3)；
vz＝q0*q0-q1*q1-q2*q2+q3*q3；
本发明实施例可以把四元数Q(q0,q1,q2,q3)换算成方向余弦矩阵中的第三列的三个元素。
根据余弦矩阵和欧拉角的定义，地理坐标系的重力向量，转到智能穿戴设备的坐标系，正好是这三个元素。
所以这里的vx、vy、vz，其实就是当前的欧拉角(即四元数)的机体坐标参照系上，换算出来的重力单位向量。
子步骤S14，采用所述三轴纠正数据按照微积分方程计算当前的四元数，得到所述穿戴设备的状态信息。
在本发明实施例中，将三轴旋转角度按照各自对应的三轴真实线性加速度进行积分后，可以把这三轴纠正数据根据四元数的微积分方程进行计算，获得四元数。
四元数的微积分方程可以如下所示：
q0‘＝q0+(-q1*gx-q2*gy-q3*gz)*halfT；
q1‘＝q1+(q0*gx+q2*gz-q3*gy)*halfT；
q2‘＝q2+(q0*gy-q1*gz+q3*gx)*halfT；
q3‘＝q3+(q0*gz+q1*gy-q2*gx)*halfT；
其中，q0‘、q1‘、q2‘和q3‘为当前的四元数，q0、q1、q2和q3为上一四元数，gx、gy和gz为三轴纠正数据，T为陀螺仪测量角速度采样频率，halfT为陀螺仪测量角速度采样频率的一半。
假设，智能穿戴设备初始是水平放置，用四元数表示则可以为Q(1，0，0，0)，在运动时往左边翻转90°放置，用四元数表示则可以为Q(0，0.07，0，0.07)。
需要说明的是，初始(即静止时)的四元数可以通过三轴上的重力分量计算得到，通过不断迭代，可以计算当前的四元数。
其中，初始(即静止时)的四元数可以通过以下方式计算：
子步骤S141，测量重力加速度在X轴和Z轴上的分线性加速度；
子步骤S142，采用所述重力加速度在X轴和Z轴上的分线性加速度计算张动角和自转角；
子步骤S143，根据所述张动角、所述自转角和预置的进动角计算智能穿戴设备在初始时的四元数。
在具体实现中，可以通过加速度传感器测量重力加速度在智能穿戴设备的立体三维空间XYZ三个轴上X轴和Z轴上的分线性加速度，假设accx为重力加速度在X轴的分线性加速度，accz为重力加速度在Z轴的分线性加速度，则可以通过以下公式计算张动角θ：
θ＝arccos(accz)
可以联立以下公式计算自转角ψ：
gz＝arc cos(accz)
gx＝arc sin(accx)
a＝1/sin(gx)
b＝1/tan(gz)
c = a 2 - b 2 - 1
ψ＝arc cos(c2+b2-a2/2bc)
而进动角可以为预先设置，例如
可以采用张动角、自转角和进动角通过以下公式计算初始的四元数QQ(x,y,z,w)：
本发明实施例通过测量到的智能穿戴设备在运动时的三轴线性加速度和三轴角速度，计算表征状态信息的四元数，将加速度传感器与陀螺仪等传感器结合，由于四元数在运算时可以表示成4×4的矩阵，第4列可以表示平移，因此四元数节表达状态信息时，节省了存储空间，提高了运算速度，提高了状态信息的识别精度。
在实际应用中，六轴检测电路可以存储所述三轴线性加速度、所述三轴角速度和所述状态信息中的至少一者；
具体地，可以将三轴线性加速度、三轴角速度和状态信息(例如四元数)中的至少一者，按照预设的数据格式，存储在六轴检测电路的寄存器中，可以将该存储的数据称为Raw Data。
进一步地，在发明实施例中，六轴检测电路可以在按照先入先出(FirstInput First Output，FIFO)队列存储三轴线性加速度、三轴角速度和状态信息(例如四元数)中的至少一者。
六轴检测电路在开启之后，可以记录三轴加速度和三轴角速度变化，而为了能准确获取三轴加速度、三轴角速度和四元数，控制器一般需要每10ms读取一组三轴加速度、三轴角速度和四元数，这就意味着1秒需要读取100组三轴加速度和三轴角速度的数据。但这个量级的数据频繁读取使得智能穿戴设备系统压力非常大，很可能造成死机。
所以，六轴检测电路可以采用FIFO队列，即六轴检测电路在单位时间内将三轴加速度、三轴角速度和四元数存储在六轴检测电路内部寄存器的FIFO队列中，并不及时清除，在六轴检测电路内部寄存器的FIFO队列中可以存放1024bytes三轴加速度和三轴角速度的数据，使得控制器可以将读取的周期降到100ms，而不丢失数据。
当然，上述存储方式只是作为示例，在实施本发明实施例时，可以根据实际情况设置其他判存储方式，例如直接读取，本发明实施例对此不加以限制。另外，除了上述存储方式外，本领域技术人员还可以根据实际需要采用其它存储方式，本发明实施例对此也不加以限制。
在实际应用中，控制器可以读取所述三轴线性加速度、所述三轴角速度和所述状态信息中的至少一者；
具体地，当寄存器中存储有数据时，可以在寄存器中存储中断信号，控制器通过中断脚检测到寄存器中存储有中断信号后时，则可以采用驱动程序通过I2C总线从六轴检测电路的寄存器中读取三轴线性加速度、三轴角速度和状态信息(例如四元数)中的至少一者。
进一步地，驱动程序可以按照通过I2C总线从六轴检测电路的寄存器FIFO队列中读取三轴线性加速度、三轴角速度和状态信息(例如四元数)中的至少一者。
三轴线性加速度、三轴角速度和状态信息(例如四元数)中的至少一者在先可以按照预设的数据格式存储在六轴检测电路的寄存器中，则在读取时，可以按照该数据格式将三轴线性加速度、三轴角速度和态信息(例如四元数)中的至少一者从该Raw Data数组中解析出来。
例如，每一次从FIFO队列读出来的数据中，头16个字节可以表征着四元数Q(w,x,y,z)，该四元数可以按照Big Endian(大端)方式排列。
需要说明的是，为了防止数据溢出，可以对读取到的四元数进行标准化处理，具体地，可以对四元数中的每个数据除以一个特征值(例如1073741824.0f)，以进行标准化处理，类似于将单位为克(g)的数据除以1000转化为单位为千克(kg)的数据。
当然，当数据量小的时候，本发明实施例也无需对四元数进行标准化处理，本发明是示例对此不加以限制。
步骤104，根据所述三轴线性加速度获取所述智能穿戴设备的位置信息；
在控制器的驱动程序读取到三轴线性加速度、三轴角速度和状态信息(例如四元数)中的至少一者时，可以将该三轴线性加速度、三轴角速度和四元数中的至少一者发送至应用程序，该应用程序可以计算智能穿戴设备的位置信息。
在本发明的一种优选实施例中，步骤104可以包括如下子步骤：
子步骤S31，采用所述三轴线性加速度计算所述智能穿戴设备在运动时的三轴真实线性加速度；
子步骤S32，分别将所述三轴真实线性加速度对运动时间进行积分，获得作为所述智能穿戴设备位置信息的三轴移动距离。
在具体实现中，可以根据加速度位移公式，即s＝at2/2，其中，a为加速度(例如三轴真实线性加速度)，t为时间(例如运动时间)，s为位移(例如三轴移动距离)，将三轴真实加速度对运动时间积分，则可以获得三轴移动距离。
具体地，对于三轴真实线性加速度a可以是运动时间t的加速度函数a＝a(t)，计算积分∫a(t)dt可以获得速度函数v(t)，计算积分∫v(t)dt可以获得位移函数s(t)，当运动时间确定时，则可以计算出三轴移动距离。
该三轴移动距离，可以表示智能穿戴设备相对于初始时位置的在智能穿戴设备的立体三维空间XYZ三个轴上的位移量，以表征智能穿戴设备的位置信息。
例如，智能穿戴设备初始时的位置为(0，0，0)，若当前的三轴移动距离为(1，1，1)，则可以表示智能穿戴设备相对于初始时的位置，在XYZ三个轴上的各正向移动了1个单位距离。
步骤105，分析所述智能穿戴设备的状态信息和位置信息，执行对应的音频操作。
在本发明实施例中，在应用程序的数据库中可以预先设置状态信息和位置信息中至少一者与音频操作的对应关系。在其他实施例中，也可以对状态信息和位置信息赋予不同的权重信息来进行分析选取，根据权重大小选取状态信息或位置信息对应的音频操作。
本发明实施例在智能穿戴设备运动过程中识别出位置信息和状态信息，进一步提高了设备的识别精度，以执行对应的音频操作，进行信息反馈，极大减少了动作发生与信息反馈之间的时间，大大提高了信息反馈的灵敏度。
在本发明的一种优选实施例中，步骤105可以包括如下子步骤：
子步骤S41，在预置的数据库中查找所述三轴移动距离所属的三轴移动距离范围；
子步骤S42，在预置的数据库中查找所述四元数所属的四元数范围；
子步骤S43，根据所述三轴角速度判断所述智能穿戴设备的状态信息为静止状态或运动状态；
在具体实现中，所述三轴角速度还可以用于表征状态信息；
其中，当所述三轴角速度为0时，可以表征所述智能穿戴设备的状态信息为静止状态；
当所述三轴角速度不为0时，可以表征所述智能穿戴设备的状态信息为运动状态。
在实际应用中，若三轴角速度为0，即智能穿戴设备本身在立体三维空间XYZ三个轴上的角速度为0，可以表明智能穿戴设备本身在立体三维空间XYZ三个轴上不存在旋转，即处于静止状态。
若三轴角速度为0，即智能穿戴设备本身在立体三维空间XYZ三个轴上的至少存在一个角速度，可以表明智能穿戴设备本身在立体三维空间XYZ三个轴上中至少在一个轴旋转，即处于运动状态。
则当三轴角速度为0时，可以判断智能穿戴设备的状态信息为静止状态；当三轴角速度不为0时，可以判断智能穿戴设备的状态信息为运动状态。
本发明实施例通过三轴角速度可以实现运动骤停的判断，进一步提高了运动信息的识别精度。
子步骤S44，执行所述三轴移动距离范围、所述四元数范围、所述静止状态和运动状态中的至少一者所对应的操作。
在本发明实施例中，若匹配到三轴移动距离所属的三轴移动距离范围、四元数所属的四元数范围、智能穿戴设备处于静止状态或运动状态中的至少一者，则可以提取对应的操作指令，以及，执行该操作指令。
在本发明的另一种优选实施例中，步骤105可以包括如下子步骤：
子步骤S51，提取所述智能设备的状态信息和位置信息中的至少一者所对应的一个或多个音符；
子步骤S52，当所述一个或多个音符与预置的音频数据匹配时，播放所述音频数据。
为使本领域技术人员更好地理解本发明实施例，以下通过具体的示例来说明本发明实施例中的操作执行方法。
示例一：
控制器中的应用程序可以为模拟敲鼓的应用程序，一个有效的敲鼓动作可以包括向下发生骤停、垂直向下、斜向下等等。如图2所示，开启应用程序后的第一个敲鼓动作位置，设定为鼓点1。
以鼓点1为基准，向前跨越任何距离为鼓点2，向右45度跨越任何距离为鼓点3，向右跨越任何距离为鼓点4。
其中，骤停可以通过角速度是否为0识别，在三轴移动距离上可以不限制范围，即全范围，动作的角度可以由四元数识别出。
每个鼓点有对应的音效和显示反馈。
当检测到骤停时，检测该位置所在是三轴移动距离和四元数落入哪个鼓点范围，则骤停位置的鼓点的音效，连续的敲击会形成一串鼓声指令，特定的指令会控制播放特定的一段音效。
示例二：
控制器中的应用程序可以为模拟乐器弹奏的应用程序，乐器弹奏可拆分为两个单一动作：向下的划动、骤停。
向下划动且暂停的组合动作算作一组有效动作，每识别1次有效动作，发声一次。单一动作无效，不会触发声音播放。
如图3所示，可以以第一次动作为基准点，向左2.5cm-向右2.5cm为区间1(跨度5cm)，向右2.5-7.5为区间2，以此类推，每5cm跨度为一个区间，共7个区间。然后区间从左到右依次对应音符1(do)、2(re)、3(mi)、4(fa)、5(so)、6(la)、7(xi)。
当弹奏的第一个动作发生后，无形的7音符乐器就形成，依据动作之间的间隔距离和频率，如加速度传感器和陀螺仪计算所得四元数权重占60％，幅度(通过加速度传感器得到的三轴移动距离识别出)权重为40％，则进行综合打分，确定在当前晃动时确定的音节，播放对应的音符，连续执行晃动的动作则不断产生对应的音节，即形成演奏的体验效果。
当检测到骤停时，检测该位置所在是三轴移动距离和四元数，落入哪个区间，则发出该骤停位置的区间的音效。
弹奏时，根据弹奏的前N个音节，在数据库中进行适配，匹配得到个别音符组合会带出整首歌曲的播放。比如以前4个音节为例，用户晃动时，陀螺仪产生的对应幅度为“2.3cm、5cm、8cm、2cm”，则对应适配音符1、2、3、1，为do re mi do，在数据库中适配为“两只老虎，两只老虎。。。”的前4个音符，就会带出《两只老虎》整首歌曲的播放，模拟出弹吉他的效果。
再如用户晃动时，加速度传感器产生的对应幅度为“2.3cm、5cm、8cm、8cm”，则对应适配音符1、2、3、3，为do re mi mi，加速度传感器和陀螺仪计算所得四元数对应的适配音符do、re、mi、do，第四个音符由于四元数和幅度对应的音节结果不一致产生矛盾，但四元数由加速度传感器和陀螺仪计算得出，其权重大于幅度权重，则依据四元数的音节进行判别，校正得到的音节序列为do re mi do，在数据库中适配为“两只老虎，两只老虎。。。”的前4个音符，就会适配出《两只老虎》整首歌曲的播放。
示例三：
控制器中的应用程序可以为模拟魔法棒的应用程序，魔法棒动作可拆分为三个单一动作：划圈、划动、骤停。
识别到划圈，根据划圈时产生的加速度和最大位移(幅度，可以通过三轴移动距离识别出)进行音节适配，播放，即以某一特定的加速度为基准，设为音节do，并按既定的加速度数值分别设定re mi fa so la xi等，划圈时，根据加速度的不同对应适配不同的音节，则获取音符序列A，将音符序列A在数据库中进行适配，适配出不同的特定音效；连续划1圈、2圈、3圈，对应音效不同；识别到划动+骤停的组合动作，则播放音效B，仅划动或仅骤停不播放音效。划动+骤停的力度不同，获取到的加速度不同，则适配音符序列不同，最终得到的特定音效也不同。
需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。
参照图4，示出了本发明一种智能穿戴设备实施例的结构框图，所述智能穿戴设备可以包括六轴检测电路410和控制器420；
其中，所述六轴检测电路410可以包括：
加速度传感器411，用于测量所述智能穿戴设备在运动时的三轴线性加速度；
陀螺仪412，用于测量所述智能穿戴设备在运动时的三轴角速度；
状态信息获取模块413，用于根据所述三轴线性加速度及所述三轴角速度，获取所述智能穿戴设备的状态信息；
寄存器414，用于存储所述三轴线性加速度、所述三轴角速度和所述状态信息中的至少一者；
所述控制器420可以包括如下模块：
底层驱动模块421，用于读取所述三轴线性加速度、所述三轴角速度和所述状态信息中的至少一者；
位置信息获取模块422，用于根据所述三轴线性加速度获取所述智能穿戴设备的位置信息；
音频操作执行模块423，用于分析所述智能穿戴设备的状态信息和位置信息，执行对应的音频操作。
在本本发明的一种优选实施例中，所述状态信息可以包括四元数，所述状态信息获取模块413可以包括如下子模块：
真实线性加速度计算子模块，用于采用所述三轴线性加速度计算所述智能穿戴设备在运动时的三轴真实线性加速度；
旋转角度计算子模块，用于采用所述三轴角速度计算所述智能穿戴设备在运动时的三轴旋转角度；
第一积分子模块，用于分别将所述三轴旋转角度按照各自对应的三轴真实线性加速度进行积分，获得三轴纠正数据；
反余弦计算子模块，用于采用所述三轴纠正数据按照四元数的微积分方程计算当前的四元数，得到所述穿戴设备的状态信息。
在本本发明的一种优选实施例中，所述真实线性加速度计算子模块可以包括如下子模块：
分线性加速度计算子模块，用于分别计算重力加速度在三轴上的分线性加速度；
加速度相减子模块，用于分别将三轴线性加速度减去各自对应的分线性加速度，获得所述智能穿戴设备在运动时的三轴真实线性加速度。
在本本发明的一种优选实施例中，所述旋转角度计算子模块可以包括如下子模块：
第二积分子模块，用于分别将所述三轴角速度对运动时间进行积分，获得所述智能穿戴设备在运动时的三轴旋转角度。
在本本发明的一种优选实施例中，所述状态信息可以包括三轴角速度；
其中，当所述三轴角速度为0时，表征所述智能穿戴设备的状态信息为静止状态；
当所述三轴角速度不为0时，表征所述智能穿戴设备的状态信息为运动状态。
在本本发明的一种优选实施例中，所述位置信息获取模块422可以包括如下子模块：
真实线性加速度计算子模块，用于采用所述三轴线性加速度计算所述智能穿戴设备在运动时的三轴真实线性加速度；
第三积分子模块，用于分别将所述三轴真实线性加速度对运动时间进行积分，获得作为所述智能穿戴设备位置信息的三轴移动距离。
在本本发明的一种优选实施例中，所述音频操作执行模块423可以包括如下子模块：
音符提取子模块，用于提取所述智能设备的状态信息和位置信息中的至少一者所对应的一个或多个音符；
音频数据播放子模块，用于在所述一个或多个音符与预置的音频数据匹配时，播放所述音频数据。
在本本发明的一种优选实施例中，所述音频操作执行模块423可以包括如下子模块：
第一查找子模块，用于在预置的数据库中查找所述三轴移动距离所属的三轴移动距离范围；
第二查找子模块，用于在预置的数据库中查找所述四元数所属的四元数范围；
判断子模块，用于根据所述三轴角速度判断所述智能穿戴设备的状态信息为静止状态或运动状态；
执行子模块，用于执行所述三轴移动距离范围、所述四元数范围、所述静止状态和运动状态中的至少一者所对应的音频操作。
对于智能穿戴设备实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种基于智能穿戴设备的运动检测方法和一种智能穿戴，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (16)

1.一种基于智能穿戴设备的音频操作方法，其特征在于，包括：
测量所述智能穿戴设备在运动时的三轴线性加速度；
测量所述智能穿戴设备在运动时的三轴角速度；
根据所述三轴线性加速度及所述三轴角速度，获取所述智能穿戴设备的状态信息；
根据所述三轴线性加速度获取所述智能穿戴设备的位置信息；
分析所述智能穿戴设备的状态信息和位置信息，执行对应的音频操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述状态信息包括四元数，所述根据所述三轴线性加速度及所述三轴角速度，获取所述穿戴设备的状态信息的步骤包括：
采用所述三轴线性加速度计算所述智能穿戴设备在运动时的三轴真实线性加速度；
采用所述三轴角速度计算所述智能穿戴设备在运动时的三轴旋转角度；
分别将所述三轴旋转角度按照各自对应的三轴真实线性加速度进行积分，获得三轴纠正数据；
采用所述三轴纠正数据按照四元数的微积分方程计算当前的四元数，得到所述穿戴设备的状态信息。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述采用所述三轴线性加速度计算所述智能穿戴设备在运动时的三轴真实线性加速度的步骤包括：
分别计算重力加速度在三轴上的分线性加速度；
分别将三轴线性加速度减去各自对应的分线性加速度，获得所述智能穿戴设备在运动时的三轴真实线性加速度。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述采用所述三轴角速度计算所述智能穿戴设备在运动时的三轴旋转角度的步骤包括：
分别将所述三轴角速度对运动时间进行积分，获得所述智能穿戴设备在运动时的三轴旋转角度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述状态信息包括三轴角速度；
其中，当所述三轴角速度为0时，表征所述智能穿戴设备的状态信息为静止状态；
当所述三轴角速度不为0时，表征所述智能穿戴设备的状态信息为运动状态。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述位置信息包括三轴移动距离，所述根据所述三轴线性加速度计算所述智能穿戴设备的位置信息的步骤包括：
采用所述三轴线性加速度计算所述智能穿戴设备在运动时的三轴真实线性加速度；
分别将所述三轴真实线性加速度对运动时间进行积分，获得所述智能穿戴设备的三轴移动距离。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分析所述智能穿戴设备的状态信息和位置信息，执行对应的音频操作的步骤包括：
提取所述智能穿戴设备的状态信息和位置信息中的至少一者所对应的一个或多个音符；
当所述一个或多个音符与预置的音频数据匹配时，播放所述音频数据。
8.根据权利要求1或2或6或7所述的方法，其特征在于，所述分析所述智能穿戴设备的状态信息和位置信息，执行对应的音频操作的步骤包括：
在预置的数据库中查找所述三轴移动距离所属的三轴移动距离范围；
在预置的数据库中查找所述四元数所属的四元数范围；
根据所述三轴角速度判断所述智能穿戴设备的状态信息为静止状态或运动状态；
执行所述三轴移动距离范围、所述四元数范围、所述静止状态和运动状态中的至少一者所对应的音频操作。
9.一种智能穿戴设备，其特征在于，所述智能穿戴设备包括六轴检测电路和控制器；
其中，所述六轴检测电路包括：
加速度传感器，用于测量所述智能穿戴设备在运动时的三轴线性加速度；
陀螺仪，用于测量所述智能穿戴设备在运动时的三轴角速度；
状态信息获取模块，用于根据所述三轴线性加速度及所述三轴角速度，获取所述智能穿戴设备的状态信息；
寄存器，用于存储所述三轴线性加速度、所述三轴角速度和所述状态信息中的至少一者；
所述控制器包括：
底层驱动模块，用于读取所述三轴线性加速度、所述三轴角速度和所述状态信息中的至少一者；
位置信息获取模块，用于根据所述三轴线性加速度获取所述智能穿戴设备的位置信息；
音频操作执行模块，用于分析所述智能穿戴设备的状态信息和位置信息，执行对应的音频操作。
10.根据权利要求9所述的智能穿戴设备，其特征在于，所述状态信息包括四元数，所述状态信息获取模块包括：
真实线性加速度计算子模块，用于采用所述三轴线性加速度计算所述智能穿戴设备在运动时的三轴真实线性加速度；
旋转角度计算子模块，用于采用所述三轴角速度计算所述智能穿戴设备在运动时的三轴旋转角度；
第一积分子模块，用于分别将所述三轴旋转角度按照各自对应的三轴真实线性加速度进行积分，获得三轴纠正数据；
反余弦计算子模块，用于采用所述三轴纠正数据按照四元数的微积分方程计算当前的四元数，得到所述穿戴设备的状态信息。
11.根据权利要求10所述的智能穿戴设备，其特征在于，所述真实线性加速度计算子模块包括：
分线性加速度计算子模块，用于分别计算重力加速度在三轴上的分线性加速度；
加速度相减子模块，用于分别将三轴线性加速度减去各自对应的分线性加速度，获得所述智能穿戴设备在运动时的三轴真实线性加速度。
12.根据权利要求10所述的智能穿戴设备，其特征在于，所述旋转角度计算子模块包括：
第二积分子模块，用于分别将所述三轴角速度对运动时间进行积分，获得所述智能穿戴设备在运动时的三轴旋转角度。
13.根据权利要求9所述的智能穿戴设备，其特征在于，所述状态信息包括三轴角速度；
其中，当所述三轴角速度为0时，表征所述智能穿戴设备的状态信息为静止状态；
当所述三轴角速度不为0时，表征所述智能穿戴设备的状态信息为运动状态。
14.根据权利要求9所述的智能穿戴设备，其特征在于，所述位置信息获取模块包括：
真实线性加速度计算子模块，用于采用所述三轴线性加速度计算所述智能穿戴设备在运动时的三轴真实线性加速度；
第三积分子模块，用于分别将所述三轴真实线性加速度对运动时间进行积分，获得作为所述智能穿戴设备位置信息的三轴移动距离。
15.根据权利要求9所述的智能穿戴设备，其特征在于，所述音频操作执行模块包括：
音符提取子模块，用于提取所述智能设备的状态信息和位置信息中的至少一者所对应的一个或多个音符；
音频数据播放子模块，用于在所述一个或多个音符与预置的音频数据匹配时，播放所述音频数据。
16.根据权利要求9或10或14或15所述的智能穿戴设备，其特征在于，所述音频操作执行模块包括：
第一查找子模块，用于在预置的数据库中查找所述三轴移动距离所属的三轴移动距离范围；
第二查找子模块，用于在预置的数据库中查找所述四元数所属的四元数范围；
判断子模块，用于根据所述三轴角速度判断所述智能穿戴设备的状态信息为静止状态或运动状态；
执行子模块，用于执行所述三轴移动距离范围、所述四元数范围、所述静止状态和运动状态中的至少一者所对应的音频操作。
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