CN104240418B - 一种信号处理方法及报警设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种信号处理方法及报警设备，其中一种信号处理方法，应用于报警设备中，报警设备用于对安防区的安全情况进行监控，信号处理方法包括：通过报警设备的第一接口和第二接口接收至少一个安防区的不同类型的第一信号和第二信号；对所述第一信号和所述第二信号进行分析，得到用于指示安防区是否受到入侵的第三信号和第四信号；基于预设逻辑运算，对第三信号和第四信号进行融合处理，得到融合信号，并依据融合信号控制与报警设备相连的报警器件报警，实现对多个不同类型信号分析报警，相对于现有通过单一信号分析报警来说，多个不同类型信号可以以不同形式来采集安防区的信息来确认是否有入侵，其准确度高于单一信号检测入侵。
Description
技术领域
本发明涉及报警设备技术领域，特别涉及一种信号处理方法及报警设备。
背景技术
随着人们对安全认知程度的加深，人们对报警设备的需求也增加。目前各大厂商生产的各种类型的报警设备包括：红外探测报警设备、微波探测报警设备以及智能视频报警设备等。
其中上述各种类型的报警设备的工作原理是：接收布置在安防区中传感器发出的信号，对该信号进行分析以确定是否需要进行报警；如果确定出需要进行报警，生成报警信号来控制报警器件进行报警。所述安防区为被监测的场所。
比如上述红外探测报警设备可以接收布置在安防区中红外传感器发出的红外信号，该红外信号用于对安防区中人员情况进行检测。红外探测报警设备在接收到红外信号后，对红外信号进行分析确定是否有外人入侵，如果是生成报警信号，并控制红外探测报警设备中的声光报警器件进行报警。
然而现有报警设备是分散式单体报警设备，其接收到的信号类型单一，缺少对多种类型信号的集中分析。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种信号处理方法及报警设备，可以对至少一个安防区的不同类型的第一信号和第二信号分析，得到控制报警器件报警的融合信号。技术方案如下：
本发明实施例提供一种信号处理方法，应用于报警设备中，所述报警设备用于对安防区的安全情况进行监控，所述信号处理方法包括：
通过所述报警设备的第一接口接收第一信号，所述第一信号为安装在所述安防区中的第一传感器采集的信号，所述第一接口具有单端/差分信号采集的兼容特性；
通过所述报警设备的第二接口接收第二信号，所述第二信号为安装在所述安防区中的第二传感器采集的信号，且所述第一信号和所述第二信号为采集的至少一个所述安防区的不同类型的信号；
对所述第一信号和所述第二信号进行分析，得到与所述第一信号对应的第三信号，以及与所述第二信号对应的第四信号，其中所述第三信号和所述第四信号用于指示所述安防区是否受到入侵；
基于预设逻辑运算，对所述第三信号和所述第四信号进行融合处理，得到融合信号；
依据所述融合信号，控制与所述报警设备相连的报警器件报警。
优选地，所述第一信号为震动信号，对所述第一信号进行分析，得到与所述第一信号对应的第三信号，包括：
依据公式：KX＝E{x4(t)}/E2{x2(t)}计算所述震动信号的峰值KX，其中x(t)为所述震动信号的时间序列，E{x4(t)}为所述震动信号的四阶中心距，E2{x2(t)}为所述震动信号方差的平方；
当所述震动信号的峰值小于第一数值时，得到表明车辆入侵所述安防区的第三信号；
当所述震动信号的峰值大于等于第一数值，且小于第二数值时，得到表明人员入侵所述安防区的第三信号。
优选地，所述第一信号为震动信号，对所述第一信号进行分析，得到与所述第一信号对应的第三信号，包括：
对所述震动信号进行高通滤波和低通滤波；
依据公式：计算高通滤波后的所述震动信号的第一能量EH，其中fh_1为高通滤波的频率下限，fh_2为高通滤波的频率上限；
依据公式：计算低通滤波后的所述震动信号的第二能量EL，其中fl_1为低通滤波的频率下限，fl_2为低通滤波的频率上限；
利用公式：R＝EL/EH，计算所述震动信号的低高频能量比值R；
当所述震动信号的低高频能量比值R大于第三数值时，得到指示所述安防区被入侵的所述第三信号。
优选地，所述第二信号为视频信号，对所述第二信号进行分析，得到与所述第二信号对应的第四信号，包括：
获取所述视频信号中的每帧图像；
依据所述视频信号中的每帧图像，获取当前帧图像的像素变化情况，其中获取当前帧图像的像素变化情况包括：将当前帧图像和与所述当前帧图像相邻的之前帧图像进行对比或者将当前帧图像与背景帧图像进行对比，所述背景帧图像为所述安防区未被入侵时获取到的图像；
依据像素变化情况，得到指示所述安防区是否受到入侵的第四信号。
优选地，所述第二信号为开关量信号，所述开关量信号由具有开关量报警信号输出能力的探测设备提供。
优选地，所述方法还包括：
通过所述报警设备的串口接收后台设备发送的程序升级命令；
使用第一校验算法校验所述程序升级命令是否正确，如果是，则通过所述报警设备的串口接收数据帧，所述数据帧为所述报警设备在执行所述程序升级命令时使用的数据；
当通过第二校验算法校验所述数据帧为正确的数据帧时，执行所述程序升级命令以将所述数据帧写入到报警设备中来完成升级。
优选地，所述方法还包括：
通过所述报警设备的串口接收后台设备发送的参数配置命令；
使用第三校验算法校验所述参数配置命令是否正确，如果是，则从所述参数配置命令中提取配置参数；
应用所述配置参数对所述报警设备进行配置。
本发明实施例还提供一种报警设备，用于对安防区的安全情况进行监控，所述报警设备包括处理器，所述处理器上至少设置有第一接口和第二接口；
其中，所述第一接口用于接收第一信号，所述第一信号为安装在所述安防区中的第一传感器采集的信号，所述第一接口具有单端/差分信号采集的兼容特性；
所述第二接口用于接收第二信号，所述第二信号为安装在所述安防区中的第二传感器采集的信号，且所述第一信号和所述第二信号为采集的至少一个所述安防区的不同类型的信号；
所述处理器，用于对所述第一信号和所述第二信号进行分析，得到与所述第一信号对应的第三信号，以及与所述第二信号对应的第四信号，基于预设逻辑运算，对所述第三信号和所述第四信号进行融合处理，得到融合信号，并依据所述融合信号，控制与所述报警设备相连的报警器件报警，其中所述第三信号和所述第四信号用于指示所述安防区是否受到入侵。
优选地，所述第一信号为震动信号，所述处理器对所述第一信号进行分析，得到与所述第一信号对应的第三信号，包括：
依据公式：KX＝E{x4(t)}/E2{x2(t)}计算所述震动信号的峰值KX，当所述震动信号的峰值小于第一数值时，得到表明车辆入侵所述安防区的第三信号，当所述震动信号的峰值大于等于第一数值，且小于第二数值时，得到表明人员入侵所述安防区的第三信号，其中x(t)为所述震动信号的时间序列，E{x4(t)}为所述震动信号的四阶中心距，E2{x2(t)}为所述震动信号方差的平方。
优选地，所述第一信号为震动信号，所述处理器包括：
高通滤波器，用于对所述震动信号进行高通滤波；
第一计算器，用于依据公式：计算高通滤波后的所述震动信号的第一能量EH，其中fh_1为高通滤波的频率下限，fh_2为高通滤波的频率上限；
低通滤波器，用于对所述震动信号进行低通滤波；
第二计算器，用于依据公式：计算低通滤波后的所述震动信号的第二能量EL，其中fl_1为低通滤波的频率下限，fl_2为低通滤波的频率上限；
第三计算器，用于利用公式：R＝EL/EH，计算所述震动信号的低高频能量比值R；
比较器，用于比较所述震动信号的低高频能量比值R和第三数值，当所述震动信号的能量比值R大于第三数值时，得到指示所述安防区被入侵的所述第三信号。
优选地，所述第二信号为视频信号，所述处理器对所述第二信号进行分析，得到与所述第二信号对应的第四信号，包括：
获取所述视频信号中的每帧图像，依据所述视频信号中的每帧图像，获取当前帧图像的像素变化情况，依据像素变化情况，得到指示所述安防区是否受到入侵的第四信号，其中获取当前帧图像的像素变化情况包括：将当前帧图像和与所述当前帧图像相邻的之前帧图像进行对比或者将当前帧图像与背景帧图像进行对比，所述背景帧图像为所述安防区未被入侵时获取到的图像。
优选地，所述第二信号为开关量信号，所述开关量信号由具有开关量报警信号输出能力的探测设备提供。
优选地，所述处理器上还设置有串口，所述串口用于接收后台设备发送的各种命令，以由所述处理器在命令正确的情况下，执行所述串口接收的命令，以及所述串口还用于向后台设备发送报警数据、心跳包数据及反馈确认字符ACK命令。
优选地，所述处理器上还设置有通用输入/输出GPIO接口、串行外设接口SPI、两线式串行总线I2C接口、JTAG接口、RS232串口和RJ45以太网口，其中：
所述GPIO接口被配置为接入其他报警设备以电平形式输出的报警信号或者被配置为输出电平信号驱动其他外接设备；
所述SPI、所述I2C接口、所述RS232串口和RJ45以太网口，用于处理器与其他外接设备之间的数据通信；
所述JTAG接口，用于测试芯片电气性能和程序错误。
与现有技术相比，本发明包括以下优点：
通过本发明实施例提供的信号处理方法，通过报警设备的第一接口和第二接口接收至少一个安防区的不同类型的第一信号和第二信号，对第一信号和第二信号分析后得到用于指示安防区是否受到入侵的第三信号和第四信号，然后再基于预设逻辑运算对第三信号和第四信号进行融合处理得到融合信号，并依据融合信号控制与报警设备相连的报警器件报警。
由上述技术方案可以看出，本发明实施例提供的信号处理方法可以通过对两个信号的处理得到融合信号，实现对多个不同类型信号分析报警，相对于现有通过单一信号分析报警来说，多个不同类型信号可以以不同形式来采集安防区的信息来确认是否有入侵，其准确度高于单一信号检测入侵。并且当多个不同类型信号来自于不同安防区时，本发明实施例提供的信号处理方法可以实现对多个安防区的同时监控。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的信号处理方法的一种流程图；
图2是本发明实施例提供的信号处理方法中在线升级的一种流程图；
图3是本发明实施例提供的信号处理方法中在线升级的另一种流程图；
图4是本发明实施例提供的信号处理方法中在线修改配置的流程图；
图5是本发明实施例提供的报警设备的一种结构示意图；
图6是本发明实施例提供的报警设备中处理器的一种结构示意图；
图7是本发明实施例提供的报警设备的另一种结构示意图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员对本发明实施例提供的信号处理方法的理解，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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，其示出了本发明实施例提供的信号处理方法的流程图，在本发明实施例中，信号处理方法应用于报警设备中，该报警设备可以布控在安防区内，用于采用信号处理方法对安防区的安全情况进行监控，例如对安防区内是否有非法物体入侵进行监控。
在本发明实施例中，图1所示的信号处理方法可以包括以下步骤：
101：通过报警设备的第一接口接收第一信号。其中第一信号为安装在安防区中的第一传感器采集的信号，第一接口具有单端/差分信号采集的兼容特性，即第一接口可以接收单端形式的信号，也可以接收差分形式的信号。
例如在本发明实施例中，报警设备的处理器可以采用ARM7内核芯片LPC2388，该ARM7内核芯片LPC2388为ARM公司提供的第7代型号为2388的LPC系列的内核芯片，其内置有8个ADC(Analog-to-Digital Converter，模数转换)通道，ADC通道可以作为第一接口，以单端方式接收诸如速度型检波器输出的电压信号/电流信号(单端形式的信号)。
当然ARM7内核芯片LPC2388也可以通过专用ADC芯片ADS7871(型号为7871的ADS系列的芯片)进行8通道单端采样或4通道差分采样，即ADC芯片ADS7871可以作为报警设备的第一接口接收单端形式的信号或者差分形式的信号。比如ADC芯片ADS7871可以连接加速度传感器，接收加速度传感器采集的信号。
102：通过报警设备的第二接口接收第二信号，第二信号为安装在安防区中的第二传感器采集的信号，且第一信号和第二信号为采集的至少一个安防区的不同类型的信号。
在本发明实施例中，第一传感器和第二传感器可以是同一个安防区内采集不同类型信号的传感器，那么第一信号和第二信号则是表示同一个安防区内安全情况的不同类型的信号，这样在同一个安防区内采用两个不同类型信号进行监控可以更准确地掌控安防区内的情况，相对于采用单一类型信号监控提高准确度。
当然，第一传感器和第二传感器还可以位于不同安防区内，用于同时采集表征两个安防区内安全情况的信号，即第一信号和第二信号是表示不同安防区内安全情况的不同类型的信号，这样可以实现一次计算来监控不同安防区的安全情况。
需要说明的一点是：本发明实施例仅以两个信号(第一信号和第二信号)阐述，在实际使用过程中，可以以至少两个信号为基础对至少一个安防区进行监控，即本发明实施例提供的信号处理方法包括但不限于两个信号监控至少一个安防区，其可以采用三个信号监控两个安防区或三个信号监控一个安防区。
103：对第一信号和第二信号进行分析，得到与第一信号对应的第三信号，以及与第二信号对应的第四信号，其中第三信号和第四信号用于指示安防区是否受到入侵。
其中对第一信号和第二信号的分析是对第一信号和第二信号单独分析，得到两个独立的信号——第三信号和第四信号。在本发明实施例中，报警设备基于第一信号和第二信号的类型，确定第一信号和第二信号的分析方式。下面以几种第一信号和第二信号为例说明分析过程。
第一信号为震动信号：
震动信号可以是速度型检波器或者加速度传感器采集的信号，震动信号的特点为：不同的噪声环境下震动信号的峰度和低高频能量比不同，通过提取信号的峰度和低高频能量比能够在不同的地址环境下和不同的噪声环境下对人员和车辆信号、入侵信号和噪声进行分离，实现有效的人员入侵检测和报警。
(1)基于峰度实现人、车信号分离
依据公式：KX＝E{x4(t)}/E2{x2(t)}计算震动信号的峰值KX，其中x(t)为震动信号的时间序列，E{x4(t)}为震动信号的四阶中心距，E2{x2(t)}为震动信号方差的平方。经过大量实测发现，车辆目标震动信号的峰度在5以下，人员脚步震动信号的峰度则远超过5，平均约10，最大约40，因此通过峰度特征可以有效的区分人、车震动信号。即当震动信号的峰值小于第一数值时，得到表明车辆入侵安防区的第三信号，当震动信号的峰值大于等于第一数值，且小于第二数值时，得到表明人员入侵安防区的第三信号。
在本发明实施例中，第一数值可以是通过实测得到的用于区分人员脚步震动信号和车辆目标震动信号的数值5，第二数值可以是实测得到的人员脚步震动信号的峰度最大值40。
(2)利用低高频能量比识别入侵信号和噪声
低高频能量比定义：R＝EL/EH，其中，e为能量-频率分布密度，fl_1为低通滤波的频率下限，fl_2为低通滤波的频率上限，fh_1为高通滤波的频率下限，fh_2为高通滤波的频率上限。具体来说算法实现方法如下：
①对震动信号进行高通滤波和低通滤波。
②计算高通滤波后的震动信号的第一能量EH和低通滤波后的振动信号的第二能量EL。
③按照低高频定义式求第一能量EH和第二能量EL的低高频能量比值R，将震动信号的低高频能量比值R与第三数值进行比较，当低高频能量比值R大于第三数值时，得到指示安防区被入侵的第三信号。
经过大量实测发现，人脚步声产生的震动信号频率比较低，信号能量集中在低频段(50Hz以下)，在高频段其能量大小与纯噪声几乎一样，其低高频能量比值R大于1；车辆产生的震动信号低高频的能量比值R也大于1。而没有目标(人和/或车辆)震动时，震动信号由大地以及外部噪声产生，其能量沿着频率轴的分布比较均匀，低高频能量比值R在1以下。因此在利用低高频能量比识别入侵信号和噪声时，与低高频能量比值R进行比对的第三数值可以设置为1。
(3)基于峰度和低高频能量比识别入侵信号
利用上述公式得到震动信号的峰度KX和低高频能量比，其中低高频能量比为第一能量EH和第二能量EL的低高频能量比值R，当峰值KX和低高频能量比值R分别满足入侵信号条件时，得到指示安防区被入侵的第三信号。
在本发明实施例中，峰值KX和低高频能量比值R分别满足入侵条件是指：判断峰值与第一数值、第二数值的大小关系；判断能量比值与第三数值的大小关系，具体可以判断结果可以参阅(1)基于峰度实现人、车信号分离和(2)利用低高频能量比识别入侵信号和噪声中的说明，对此不再阐述。
第二信号为视频信号：
安防区内无入侵对象时，获取到的每帧图像的像素基本未发生变化，因此可以通过像素变化情况确定安防区是否受到入侵，具体过程可以是：获取所述视频信号中的每帧图像，依据所述视频信号中的每帧图像，获取当前帧图像的像素变化情况，依据像素变化情况，得到指示所述安防区是否受到入侵的第四信号，其中获取当前帧图像的像素变化情况包括：将当前帧图像和与所述当前帧图像相邻的之前帧图像进行对比或者将当前帧图像与背景帧图像进行对比，所述背景帧图像为所述安防区未被入侵时获取到的图像。
其中依据像素变化情况得到指示安防区是否受到入侵的第四信号可以是：预先设置一用于表征安防区未被入侵的像素变化基准，当像素变化情况超过像素变化基准时，得到指示安防区受到入侵的第四信号；否则得到指示安防区未受到入侵的第四信号。
在本发明实施例中，视频信号由监控安防区的摄像头获取，相邻的至少两帧图像可以是在获取时间上相邻的两帧图像。
第二信号为开关量信号：
开关量信号由具有开关量报警信号输出能力的探测设备提供，其中探测设备可以是红外对射探测设备、微波雷达探测设备以及具有开关量形式输出接口的智能视频设备，探测设备在检测到安防区受到入侵后，直接发送指示安防区被入侵的开关量信号至报警设备。
104：基于预设逻辑运算，对第三信号和第四信号进行融合处理，得到融合信号。
105：依据融合信号，控制与报警设备相连的报警器件报警。
预设逻辑运算为：定义对第三信号和第四信号进行运算的逻辑规则，用于指示在何种情况下生成指示安防区受到入侵的融合信号。
在本发明实施例中，第三信号和第四信号可以采用数字0和1来指示安防区是否受到入侵，具体可以是：数字0表示安防区未受到入侵，数字1表示安防区受到入侵。相应的，预设逻辑运算可以是：逻辑与运算，即在第三信号和第四信号全部指示安防区受到入侵的情况下，生成指示安防区受到入侵的融合信号，然后报警设备会将融合信号发送至相应的报警器件，触发报警器件进行报警。
预设逻辑运算还可以是：逻辑或运算，即在第三信号和第四信号中任意一个信号指示安防区受到入侵的情况下，生成指示安防区受到入侵的融合信号，然后报警设备会将融合信号发送至相应的报警器件，触发报警器件进行报警。相对于逻辑与运算方式来说，采用逻辑或运算报警的灵敏度高于逻辑与运算报警的方式，但其准确度低于逻辑与运算报警的方式。
由上述技术方案可以看出，本发明实施例提供的信号处理方法可以通过对两个信号的处理得到融合信号，实现对多个不同类型信号分析报警，相对于现有通过单一信号分析报警来说，多个不同类型信号可以以不同形式来采集安防区的信息来确认是否有入侵，其准确度高于单一信号检测入侵。并且当多个不同类型信号来自于不同安防区时，本发明实施例提供的信号处理方法可以实现对多个安防区的同时监控。
此外，本发明实施例提供的信号处理方法还可以实现在线升级和在线修改配置，其中在线升级的步骤可以参阅图2所示，包括以下步骤：
201：通过报警设备的串口接收后台设备发送的程序升级命令。
202：使用第一校验算法校验程序升级命令是否正确，如果是，则通过报警设备的串口接收数据帧，数据帧为报警设备在执行程序升级命令时使用的数据。报警设备在执行程序升级命令时，数据帧会被写入到报警设备中，替换报警设备中与主程序相对应的原有数据，从而完成主程序的升级。
203：当通过第二校验算法校验数据帧为正确的数据帧时，执行程序升级命令以将所述数据帧写入到报警设备中来完成升级。
报警设备在接收到结束命令后，表示数据帧已完全写入到报警设备中升级完成。若报警设备未接收到结束命令，则表示升级正在进行，此时报警设备仍需要写入数据帧。
当通过第二校验算法校验数据帧为错误的数据帧时，表明接收到的数据帧为非法数据，此时报警设备放弃升级。在本发明实施例中第一校验算法和第二校验算法可以采用现有校验算法，本发明实施例对此并不限定。并且串口接收到的每个命令都采用自有格式来编写，因此报警设备在接收到每个命令后，可以根据命令的格式来确定是哪个程序。
在实际操作过程中，报警设备中可以设置一升级标志来标识升级过程以及升级结果，并且将升级过程分为三个区：引导区、主程序区和升级区，如图3所示，引导区用于记录上一次升级的升级结果，当升级成功标识表示升级成功时，程序会跳转到主程序区，否则直接跳转到升级区。
主程序区用于轮询升级命令并校验升级命令是否正确，如果是，将升级标识改为失败程序跳转到升级区，此时升级开始，否则串口继续轮询升级命令。
在进入升级区后，报警设备在接收到的升级命令正确的情况下接收数据帧，并在校验接收到的数据帧正确时，数据帧被写入到报警设备中。当接收到正确的结束命令(校验证明命令正确)时，升级标识改为成功表示升级完成。
需要说明的一点是：报警设备接收到的命令和数据帧在经过循环冗余码校验(Cyclical Redundancy Check，CRC)正确的情况下，报警设备提示成功，否则报错。
报警设备进行在线修改配置的过程可以参阅图4所示，包括以下步骤：
401：通过报警设备的串口接收后台设备发送的参数配置命令。
402：判断是否接收到参数配置命令，如果是，则执行步骤403，否则返回步骤401。
403：使用第三校验算法校验(CRC)参数配置命令是否正确，如果是，执行步骤404，否则返回步骤401。
404：从参数配置命令中提取配置参数。
405：应用配置参数对报警设备进行配置，其具体可以是将配置参数写入预先定义的flash(闪存)地址中。
406：向串口写入配置成功ACK(Acknowledgement，确认字符)命令，配置成功ACK命令表示报警设备完整无误接收到配置参数且配置成功，串口将这一ACK命令反馈至后台设备，后台设备可以继续发送下一个命令，相应的串口可以继续轮询参数配置命令以进行下一次在线修改配置。
本发明实施例还提供一种报警设备，用于对安防区的安全情况进行监控，其结构示意图如图5所示，包括处理器10，处理器10上至少设置有第一接口11和第二接口12。
其中，第一接口11用于接收第一信号，第一信号为安装在安防区中的第一传感器采集的信号，第一接口11具有单端/差分信号采集的兼容特性，即第一接口11可以接收单端形式的信号，也可以接收差分形式的信号。
例如在本发明实施例中，处理器10可以采用ARM7内核芯片LPC2388，该ARM7内核芯片LPC2388为ARM公司提供的第7代型号为2388的LPC系列的内核芯片，其内置有8个ADC(Analog-to-Digital Converter，模数转换)通道，ADC通道可以作为第一接口11，以单端方式接收诸如速度型检波器输出的电压信号/电流信号(单端形式的信号)。
当然ARM7内核芯片LPC2388也可以通过专用ADC芯片ADS7871(型号为7871的ADS系列的芯片)进行8通道单端采样或4通道差分采样，即ADC芯片ADS7871可以作为报警设备的第一接口11接收单端形式的信号或者差分形式的信号。比如ADC芯片ADS7871可以连接加速度传感器，接收加速度传感器采集的信号。
第二接口12用于接收第二信号，第二信号为安装在安防区中的第二传感器采集的信号，且第一信号和第二信号为采集的至少一个安防区的不同类型的信号。
在本发明实施例中，第一传感器和第二传感器可以是同一个安防区内采集不同类型信号的传感器，那么第一信号和第二信号则是表示同一个安防区内安全情况的不同类型的信号，这样在同一个安防区内采用两个不同类型信号进行监控可以更准确地掌控安防区内的情况，相对于采用单一类型信号监控提高准确度。
当然，第一传感器和第二传感器还可以位于不同安防区内，用于同时采集表征两个安防区内安全情况的信号，即第一信号和第二信号是表示不同安防区内安全情况的不同类型的信号，这样可以实现一次计算来监控不同安防区的安全情况。
需要说明的一点是：本发明实施例仅以两个信号(第一信号和第二信号)阐述，在实际使用过程中，可以以至少两个信号为基础对至少一个安防区进行监控，即本发明实施例提供的信号处理方法包括但不限于两个信号监控至少一个安防区，其可以采用三个信号监控两个安防区或三个信号监控一个安防区。
处理器10，用于对第一信号和第二信号进行分析，得到与第一信号对应的第三信号，以及与第二信号对应的第四信号，基于预设逻辑运算，对第三信号和第四信号进行融合处理，得到融合信号，并依据融合信号，控制与报警设备相连的报警器件报警，其中第三信号和第四信号用于指示安防区是否受到入侵。
其中对第一信号和第二信号的分析是对第一信号和第二信号单独分析，得到两个独立的信号——第三信号和第四信号。在本发明实施例中，报警设备基于第一信号和第二信号的类型，确定第一信号和第二信号的分析方式。下面以几种第一信号和第二信号为例说明分析过程。
第一信号为震动信号：
震动信号可以是速度型检波器或者加速度传感器采集的信号，震动信号的特点为：不同的噪声环境下震动信号的峰度和低高频能量比不同，通过提取信号的峰度和低高频能量比能够在不同的地址环境下和不同的噪声环境下对人员和车辆信号、入侵信号和噪声进行分离，实现有效的人员入侵检测和报警。
(1)基于峰度实现人、车信号分离
依据公式：KX＝E{x4(t)}/E2{x2(t)}计算震动信号的峰值KX，其中x(t)为震动信号的时间序列，E{x4(t)}为震动信号的四阶中心距，E2{x2(t)}为震动信号方差的平方。经过大量实测发现，车辆目标震动信号的峰度在5以下，人员脚步震动信号的峰度则远超过5，平均约10，最大约40，因此通过峰度特征可以有效的区分人、车震动信号。即当震动信号的峰值小于第一数值时，得到表明车辆入侵安防区的第三信号，当震动信号的峰值大于等于第一数值，且小于第二数值时，得到表明人员入侵安防区的第三信号。
在本发明实施例中，第一数值可以是通过实测得到的用于区分人员脚步震动信号和车辆目标震动信号的数值5，第二数值可以是实测得到的人员脚步震动信号的峰度最大值40。
(2)利用低高频能量比识别入侵信号和噪声
低高频能量比定义：R＝EL/EH，其中,e为能量-频率分布密度，fl_1为低通滤波的频率下限，fl_2为低通滤波的频率上限，fh_1为高通滤波的频率下限，fh_2为高通滤波的频率上限。具体来说处理器10的结构示意图可以参阅图6所示，包括：高通滤波器101、第一计算器102、低通滤波器103、第二计算器104、第三计算器105和比较器106。其实现过程如下：
使用高通滤波器101对震动信号进行高通滤波，使用低通滤波器103对震动信号进行低通滤波；
第一计算器102依据公式：计算高通滤波后的震动信号的第一能量EH；
第二计算器104依据公式：计算低通滤波后的震动信号的第二能量EL；
第三计算器105利用公式：R＝EL/EH，计算震动信号的低高频能量比值R。
比较器106比较震动信号的低高频能量比值R和第三数值，当低高频能量比值R大于第三数值时，得到指示安防区被入侵的第三信号。
经过大量实测发现，人脚步声产生的震动信号频率比较低，信号能量集中在低频段(50Hz以下)，在高频段其能量大小与纯噪声几乎一样，其低高频能量比值R大于1；车辆产生的震动信号的低高频能量比值R也大于1。而没有目标(人和/或车辆)震动时，震动信号由大地以及外部噪声产生，其能量沿着频率轴的分布比较均匀，低高频能量比值R在1以下。因此在利用低高频能量比识别入侵信号和噪声时，与低高频能量比值R进行比对的第三数值可以设置为1。
(3)基于峰度和低高频能量比识别入侵信号
利用上述公式得到震动信号的峰度KX和低高频能量比，其中低高频能量比为第一能量EH和第二能量EL的低高频能量比值R，当峰值KX和低高频能量比值R分别满足入侵信号条件时，得到指示安防区被入侵的第三信号。
在本发明实施例中，峰值KX和低高频能量比值R分别满足入侵条件是指：判断峰值与第一数值、第二数值的大小关系；判断能量比值与第三数值的大小关系，具体可以判断结果可以参阅(1)基于峰度实现人、车信号分离和(2)利用低高频能量比识别入侵信号和噪声中的说明，对此不再阐述。
第二信号为视频信号：
安防区内无入侵对象时，获取到的每帧图像的像素基本未发生变化，因此处理器10可以通过像素变化情况确定安防区是否受到入侵，具体过程可以是：获取所述视频信号中的每帧图像，依据所述视频信号中的每帧图像，获取当前帧图像的像素变化情况，依据像素变化情况，得到指示所述安防区是否受到入侵的第四信号，其中获取当前帧图像的像素变化情况包括：将当前帧图像和与所述当前帧图像相邻的之前帧图像进行对比或者将当前帧图像与背景帧图像进行对比，所述背景帧图像为所述安防区未被入侵时获取到的图像。
其中依据像素变化情况得到指示安防区是否受到入侵的第四信号可以是：预先设置一用于表征安防区未被入侵的像素变化基准，当像素变化情况超过像素变化基准时，得到指示安防区受到入侵的第四信号；否则得到指示安防区未受到入侵的第四信号。
在本发明实施例中，视频信号由监控安防区的摄像头获取，相邻的至少两帧图像可以是在获取时间上相邻的两帧图像。
第二信号为开关量信号，开关量信号由具有开关量报警信号输出能力的探测设备提供，其中探测设备可以是红外对射探测设备、微波雷达探测设备以及具有开关量形式输出接口的智能视频设备，探测设备在检测到安防区受到入侵后，直接发送指示安防区被入侵的开关量信号至处理器10的第二接口12。此时处理器10上的第二接口12可以是开关量输入接口，用于接收具有开关量报警信号输出能力的探测设备提供的开关量信号。相应的，在处理器10上还可以设置开关量输出接口，该开关量输出接口用于输出开关量形式的融合信号来控制报警。
处理器10采用的预设逻辑运算为：定义对第三信号和第四信号进行运算的逻辑规则，用于指示在何种情况下生成指示安防区受到入侵的融合信号。
在本发明实施例中，第三信号和第四信号可以采用数字0和1来指示安防区是否受到入侵，具体可以是：数字0表示安防区未受到入侵，数字1表示安防区受到入侵。相应的，预设逻辑运算可以是：逻辑与运算，即在第三信号和第四信号全部指示安防区受到入侵的情况下，生成指示安防区受到入侵的融合信号，然后报警设备会将融合信号发送至相应的报警器件，触发报警器件进行报警。
预设逻辑运算还可以是：逻辑或运算，即在第三信号和第四信号中任意一个信号指示安防区受到入侵的情况下，生成指示安防区受到入侵的融合信号，然后报警设备会将融合信号发送至相应的报警器件，触发报警器件进行报警。相对于逻辑与运算方式来说，采用逻辑或运算报警的灵敏度高于逻辑与运算报警的方式，但其准确度低于逻辑与运算报警的方式。
由上述技术方案可以看出，本发明实施例提供的报警设备可以通过对两个信号的处理得到融合信号，实现对多个不同类型信号分析报警，相对于现有通过单一信号分析报警来说，多个不同类型信号可以以不同形式来采集安防区的信息来确认是否有入侵，其准确度高于单一信号检测入侵。并且当多个不同类型信号来自于不同安防区时，本发明实施例提供的信号处理方法可以实现对多个安防区的同时监控。
在本发明实施例中，处理器10上还设置有串口13、通用输入/输出(GeneralPurpose Input Output，GPIO)接口14、串行外设接口(Serial Peripheral Interface，SPI)15、两线式串行总线(Inter－Integrated Circuit，I2C)接口16、JTAG接口17、RS232串口18和RJ45以太网口19，如图7所示。其中，串口13用于接收后台设备发送的各种命令，以由处理器在命令正确的情况下，执行串口接收的命令，后台设备发送的各种命令可以是升级命令、结束命令或参数配置命令，处理器10对这些命令的处理过程可以参阅图3和图4。处理器10在完成命令的处理后，串口还用于向后台设备发送处理器10的处理结果，如报警数据、心跳包数据及反馈ACK命令。
GPIO接口14被配置为接入其他报警设备以电平形式输出的报警信号或者被配置为输出电平信号驱动其他外接设备。SPI15、I2C接口16、RS232串口18和RJ45以太网口19，用于处理器与其他外接设备之间的数据通信。JTAG接口17，用于测试芯片电气性能和程序错误(debug)。处理器10中SPI15、I2C接口16、JTAG接口17、RS232串口18和RJ45以太网口19的功能与现有此种类型接口功能相同，对此本发明实施例不再阐述。
从上图7可以看出，本发明实施例提供的报警设备的处理器10提供丰富的接口和强大的处理功能，其信号输入输出接口至少包括：8个GPIO接口、9个开关量输入接口、8个ADC通道、9个开关量输出接口，数据传输接口至少包括：2个串口、1个RJ45以太网口、1个JTAG接口，同时该处理器可以执行上述图1至图4所述信号处理方法来支持多种报警信号的协同和融合，提供一种实用性强、灵活性好的安防区内报警设备。
需要说明的是，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。对于装置类实施例而言，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。
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信号处理方法及报警设备进行了详细介绍，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 (10)
1.一种信号处理方法，应用于报警设备中，所述报警设备用于对安防区的安全情况进行监控，其特征在于，所述信号处理方法包括：
通过所述报警设备的第一接口接收第一信号，所述第一信号为安装在所述安防区中的第一传感器采集的信号，所述第一接口具有单端/差分信号采集的兼容特性；
通过所述报警设备的第二接口接收第二信号，所述第二信号为安装在所述安防区中的第二传感器采集的信号，且所述第一信号和所述第二信号为采集的至少一个所述安防区的不同类型的信号；
对所述第一信号和所述第二信号进行分析，得到与所述第一信号对应的第三信号，以及与所述第二信号对应的第四信号，其中所述第三信号和所述第四信号用于指示所述安防区是否受到入侵；
基于预设逻辑运算，对所述第三信号和所述第四信号进行融合处理，得到融合信号；
依据所述融合信号，控制与所述报警设备相连的报警器件报警；
所述第一信号为震动信号，对所述第一信号进行分析，得到与所述第一信号对应的第三信号，包括：
依据公式：KX＝E{x4(t)}/E2{x2(t)}计算所述震动信号的峰值KX，其中x(t)为所述震动信号的时间序列，E{x4(t)}为所述震动信号的四阶中心距，E2{x2(t)}为所述震动信号方差的平方；
当所述震动信号的峰值小于第一数值时，得到表明车辆入侵所述安防区的第三信号；
当所述震动信号的峰值大于等于第一数值，且小于第二数值时，得到表明人员入侵所述安防区的第三信号；
或，
所述第一信号为震动信号，对所述第一信号进行分析，得到与所述第一信号对应的第三信号，包括：
对所述震动信号进行高通滤波和低通滤波；
依据公式：计算高通滤波后的所述震动信号的第一能量EH，其中fh_1为高通滤波的频率下限，fh_2为高通滤波的频率上限；
依据公式：计算低通滤波后的所述震动信号的第二能量EL，其中fl_1为低通滤波的频率下限，fl_2为低通滤波的频率上限；
利用公式：R＝EL/EH，计算所述震动信号的低高频能量比值R；
当所述震动信号的低高频能量比值R大于第三数值时，得到指示所述安防区被入侵的所述第三信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二信号为视频信号，对所述第二信号进行分析，得到与所述第二信号对应的第四信号，包括：
获取所述视频信号中的每帧图像；
依据所述视频信号中的每帧图像，获取当前帧图像的像素变化情况，其中获取当前帧图像的像素变化情况包括：将当前帧图像和与所述当前帧图像相邻的之前帧图像进行对比或者将当前帧图像与背景帧图像进行对比，所述背景帧图像为所述安防区未被入侵时获取到的图像；
依据像素变化情况，得到指示所述安防区是否受到入侵的第四信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二信号为开关量信号，所述开关量信号由具有开关量报警信号输出能力的探测设备提供。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过所述报警设备的串口接收后台设备发送的程序升级命令；
使用第一校验算法校验所述程序升级命令是否正确，如果是，则通过所述报警设备的串口接收数据帧，所述数据帧为所述报警设备在执行所述程序升级命令时使用的数据；
当通过第二校验算法校验所述数据帧为正确的数据帧时，执行所述程序升级命令以将所述数据帧写入到报警设备中来完成升级。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过所述报警设备的串口接收后台设备发送的参数配置命令；
使用第三校验算法校验所述参数配置命令是否正确，如果是，则从所述参数配置命令中提取配置参数；
应用所述配置参数对所述报警设备进行配置。
6.一种报警设备，用于对安防区的安全情况进行监控，其特征在于，所述报警设备包括处理器，所述处理器上至少设置有第一接口和第二接口；
其中，所述第一接口用于接收第一信号，所述第一信号为安装在所述安防区中的第一传感器采集的信号，所述第一接口具有单端/差分信号采集的兼容特性；
所述第二接口用于接收第二信号，所述第二信号为安装在所述安防区中的第二传感器采集的信号，且所述第一信号和所述第二信号为采集的至少一个所述安防区的不同类型的信号；
所述处理器，用于对所述第一信号和所述第二信号进行分析，得到与所述第一信号对应的第三信号，以及与所述第二信号对应的第四信号，基于预设逻辑运算，对所述第三信号和所述第四信号进行融合处理，得到融合信号，并依据所述融合信号，控制与所述报警设备相连的报警器件报警，其中所述第三信号和所述第四信号用于指示所述安防区是否受到入侵；
所述第一信号为震动信号，所述处理器对所述第一信号进行分析，得到与所述第一信号对应的第三信号，包括：
依据公式：KX＝E{x4(t)}/E2{x2(t)}计算所述震动信号的峰值KX，当所述震动信号的峰值小于第一数值时，得到表明车辆入侵所述安防区的第三信号，当所述震动信号的峰值大于等于第一数值，且小于第二数值时，得到表明人员入侵所述安防区的第三信号，其中x(t)为所述震动信号的时间序列，E{x4(t)}为所述震动信号的四阶中心距，E2{x2(t)}为所述震动信号方差的平方；
或，
所述第一信号为震动信号，所述处理器包括：
高通滤波器，用于对所述震动信号进行高通滤波；
第一计算器，用于依据公式：计算高通滤波后的所述震动信号的第一能量EH，其中fh_1为高通滤波的频率下限，fh_2为高通滤波的频率上限；
低通滤波器，用于对所述震动信号进行低通滤波；
第二计算器，用于依据公式：计算低通滤波后的所述震动信号的第二能量EL，其中fl_1为低通滤波的频率下限，fl_2为低通滤波的频率上限；
第三计算器，用于利用公式：R＝EL/EH，计算所述震动信号的低高频能量比值R；
比较器，用于比较所述震动信号的低高频能量比值R和第三数值，当所述震动信号的能量比值R大于第三数值时，得到指示所述安防区被入侵的所述第三信号。
7.根据权利要求6所述的报警设备，其特征在于，所述第二信号为视频信号，所述处理器对所述第二信号进行分析，得到与所述第二信号对应的第四信号，包括：
获取所述视频信号中的每帧图像，依据所述视频信号中的每帧图像，获取当前帧图像的像素变化情况，依据像素变化情况，得到指示所述安防区是否受到入侵的第四信号，其中获取当前帧图像的像素变化情况包括：将当前帧图像和与所述当前帧图像相邻的之前帧图像进行对比或者将当前帧图像与背景帧图像进行对比，所述背景帧图像为所述安防区未被入侵时获取到的图像。
8.根据权利要求6所述的报警设备，其特征在于，所述第二信号为开关量信号，所述开关量信号由具有开关量报警信号输出能力的探测设备提供。
9.根据权利要求6所述的报警设备，其特征在于，所述处理器上还设置有串口，所述串口用于接收后台设备发送的各种命令，以由所述处理器在命令正确的情况下，执行所述串口接收的命令，以及所述串口还用于向后台设备发送报警数据、心跳包数据及反馈确认字符ACK命令。
10.根据权利要求9所述的报警设备，其特征在于，所述处理器上还设置有通用输入/输出GPIO接口、串行外设接口SPI、两线式串行总线I2C接口、JTAG接口、RS232串口和RJ45以太网口，其中：
所述GPIO接口被配置为接入其他报警设备以电平形式输出的报警信号或者被配置为输出电平信号驱动其他外接设备；
所述SPI、所述I2C接口、所述RS232串口和RJ45以太网口，用于处理器与其他外接设备之间的数据通信；
所述JTAG接口，用于测试芯片电气性能和程序错误。
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