CN105530581A - 一种基于声音识别的智能穿戴设备和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于声音识别的智能穿戴设备和控制方法，获取当前外部音量数据、智能穿戴设备在运动时的三轴线性加速度、智能穿戴设备在运动时的三轴角速度，并将所有数据存入数据库；获得在周期T内的音量平均值P，音量平均值P以及声音修正信号X获得提醒阈值F，实时监测当前外部音量数据D，将当前外部音量数据D与提醒阈值F进行比较报警；根据测量的三轴线性加速度和三轴角速度计算获取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。本发明提高了设备的识别精度，减少了状态位置发生与信息反馈之间的时间，提高了信息反馈的灵敏度。在使用时，能为用户提供及时的识别反馈，使用方便，精度准确、功能完善等显著的优点。

Description

一种基于声音识别的智能穿戴设备和控制方法

技术领域

本发明涉及智能穿戴，特别是涉及一种基于声音识别的智能穿戴设备和控制方法。

背景技术

智能穿戴是一个新名词，是2013年夏季才开始兴起的，欧美的一些大公司，像谷歌，微软都比较看重，很多前沿性的大公司都认为未来智能穿戴将掀起新的电子革命；智能穿戴顾名思义就是能够穿戴到人身上的能实现人和这些设备的交流互动，建立关系，通过这些设备使人的生活更加信息化，智能化。像智能手表，智能眼镜等就是典型的智能穿戴。目前智能穿戴无论国内还是国外都是刚刚起步，国内的果壳已经有智能手表在售了，预计未来几年将迎来发展期，将有国内企业进入此领域。穿戴式智能设备时代的来临意味着人的智能化延伸，通过这些设备，人可以更好的感知外部与自身的信息，能够在计算机、网络甚至其它人的辅助下更为高效率的处理信息，能够实现更为无缝的交流。应用领域可以分为两大类，即自我量化与体外进化。

在自我量化领域，最为常见的即为两大应用细分领域，一是运动健身户外领域，另一个即是医疗保健领域。在前者，主要的参与厂商是专业运动户外厂商及一些新创公司，以轻量化的手表、手环、配饰为主要形式，实现运动或户外数据如心率、步频、气压、潜水深度、海拔等指标的监测、分析与服务。而后者，主要的参与厂商是医疗便携设备厂商，以专业化方案提供血压、心率等医疗体征的检测与处理，形式较为多样，包括医疗背心、腰带、植入式芯片等。

在体外进化领域，这类可穿戴式智能设备能够协助用户实现信息感知与处理能力的提升，其应用领域极为广阔，从休闲娱乐、信息交流到行业应用，用户均能通过拥有多样化的传感、处理、连接、显示功能的可穿戴式设备来实现自身技能的增强或创新。主要的参与者为高科技厂商中的创新者以及学术机构，产品形态以全功能的智能手表、眼镜等形态为主，不用依赖于智能手机或其它外部设备即可实现与用户的交互。。

随着智能穿戴设备的发展和人们生活水平的不断提高，各种智能穿戴设备如智能手表的使用越来越普及，智能穿戴设备已经成为人们生活中不可缺少的通信工具。

可穿戴式设备应当具备最重要的两个特点：一是可长期穿戴，二是智能化。可穿戴式设备必须是延续性地穿戴在人体上，并能够带来增强用户体验的效果。这种设备需要有先进的电路系统，无线联网并且起码具有一个低水平的独立处理能力。

在一些智能穿戴设备的体感应用中，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。

现阶段，听力残疾者在日常生活中由于无法感知外界的声音，无法实现与他人的会话交际，对于后天耳聋患者，上述问题可以通过佩戴用于改善或恢复听觉的助听设备实现，但对于先天性耳聋患者，由于其不具备识别声音符号的能力或听觉完全丧失，即使借助助听器等设备也无法感知外界声音，给日常生活带来障碍。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种提高识别精度和灵敏度、人机交互效率高的基于声音识别的智能穿戴设备和控制方法。

技术方案：本发明所述的一种基于声音识别的智能穿戴的控制方法，其步骤如下：

第一步：获取当前外部音量数据、智能穿戴设备在运动时的三轴线性加速度、智能穿戴设备在运动时的三轴角速度，并将所有数据存入数据库；

第二步：将数据库内的外部音量数据按周期T取平均值，获得在周期T内的音量平均值P；

第三步：根据测量的三轴线性加速度和三轴角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和三轴旋转角度，将计算所得的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；

第四步：再将积分后的数据按照四元数的微积分方程计算当前的四元数，得到所述智能穿戴设备的状态信息，获取智能穿戴设备的状态信息和位置信息；

第五步：获取声音修正信号X，声音修正信号X＝0.3*P，当X小于3，设定X＝3，当X大于25，设定X＝25，计算获得声音修正信号X；由音量平均值P以及声音修正信号X获得提醒阈值F，F＝P+X；

第六步：实时监测当前外部音量数据D，将当前外部音量数据D与提醒阈值F进行比较，当前外部音量数据D大于F时，输出报警信号，当前外部音量数据D小于F时，重复第一步至第五步；

第七步：分析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。

进一步的，所述分析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如下：

在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；执行所述四元数范围、所述静止状态、运动状态中的至少一个所对应的音频操作。

进一步的，所述智能穿戴设备的状态信息为静止状态，则所述三轴角速度为0，所述智能穿戴设备的状态信息为运动状态，则所述三轴角速度不为0。

本发明还公开了一种使用上述控制方法的智能穿戴设备，包括声音控制识别单元、测量数据单元、状态获取单元、数据库、控制驱动单元、位置获取单元、执行音频操作单元、报警单元；

所述声音控制识别单元、测量数据单元、状态获取单元分别与数据库连接，所述数据库与控制驱动单元连接，所述位置获取单元、执行音频操作单元、报警单元分别由控制驱动单元控制。

进一步优化的，所述声音控制识别单元包括音量获取模块、阈值计算比较模块，用于获取外部音量数据从而计算出提醒阈值；

所述测量数据单元包括加速度传感器、陀螺仪，用于测量智能穿戴设备在运动时的三轴线性加速度和三轴角速度；

所述状态获取模块，用于根据所述三轴线性加速度及三轴角速度，获取智能穿戴设备的状态信息。

进一步优化的，所述数据库用于存储上述实时数据和历史数据。

进一步优化的，所述控制驱动单元，用于读取三轴线性加速度、三轴角速度和状态信息、位置信息。

进一步优化的，所述位置获取单元，用于根据所述三轴线性加速度获取智能穿戴设备的位置信息；

所述执行音频操作单元，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；

所述报警单元，用于输出振动报警信号或光报警信号。

有益效果：本发明在智能穿戴设备运动过程中能通过三轴线性加速度、三轴角速度识别出位置信息和状态信息，提高了设备的识别精度，分别执行对应的音频操作，进行对用户信息反馈，极大减少了状态位置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。在使用时，还能够根据外部突发情况，尤其是声音信号，为用户提供及时的识别反馈，使用户及时做出反应，有效提高了监测效率，使用方便，精度准确、功能完善等显著的优点。

附图说明

图1为本发明的控制方法流程示意图。

图2为本发明的智能穿戴设备结构示意框图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

如图1所示，一种基于声音识别的智能穿戴的控制方法，其步骤如下：

第一步：获取当前外部音量数据、智能穿戴设备在运动时的三轴线性加速度、智能穿戴设备在运动时的三轴角速度，并将所有数据存入数据库；

第二步：将数据库内的外部音量数据按周期T取平均值，获得在周期T内的音量平均值P；

第三步：根据测量的三轴线性加速度和三轴角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和三轴旋转角度，将计算所得的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；

第四步：再将积分后的数据按照四元数的微积分方程计算当前的四元数，得到智能穿戴设备的状态信息，获取智能穿戴设备的状态信息和位置信息；

第五步：获取声音修正信号X，声音修正信号X＝0.3*P，当X小于3，设定X＝3，当X大于25，设定X＝25，计算获得声音修正信号X；由音量平均值P以及声音修正信号X获得提醒阈值F，F＝P+X；

第六步：实时监测当前外部音量数据D，将当前外部音量数据D与提醒阈值F进行比较，当前外部音量数据D大于F时，输出报警信号，当前外部音量数据D小于F时，重复第一步至第五步；

第七步：分析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。

作为对本发明的控制方法的进一步优化，分析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如下：

在数据库中查找所述四元数所属的四元数范围，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。四元数可以包括实数和三个元素a、b、c，而且三个元素a、b、c可以有如下的关系：a²＝b²＝c²＝abc＝-1。

根据所述三轴角速度判断智能穿戴设备的状态信息为静止状态或运动状态；执行所述四元数范围、所述静止状态、运动状态中的至少一个所对应的音频操作。

智能穿戴设备的状态信息为静止状态，则所述三轴角速度为0，所述智能穿戴设备的状态信息为运动状态，则所述三轴角速度不为0。

如图2所示，本发明还公开了一种使用上述控制方法的智能穿戴设备，包括声音控制识别单元、测量数据单元、状态获取单元、数据库、控制驱动单元、位置获取单元、执行音频操作单元、报警单元。

声音控制识别单元、测量数据单元、状态获取单元分别与数据库连接，数据库与控制驱动单元连接，位置获取单元、执行音频操作单元、报警单元分别由控制驱动单元控制。

作为对本发明的智能穿戴设备的进一步优化，声音控制识别单元包括音量获取模块、阈值计算比较模块，用于获取外部音量数据从而计算出提醒阈值。

测量数据单元包括加速度传感器、陀螺仪，用于测量智能穿戴设备在运动时的三轴线性加速度和三轴角速度。陀螺仪可为压电陀螺仪，微机械陀螺仪，光纤陀螺仪或激光陀螺仪，

状态获取模块，用于根据三轴线性加速度及三轴角速度，获取智能穿戴设备的状态信息。

数据库用于存储上述实时数据和历史数据。

控制驱动单元，用于读取三轴线性加速度、三轴角速度和状态信息、位置信息。

位置获取单元，用于根据所述三轴线性加速度获取智能穿戴设备的位置信息。

执行音频操作单元，用于分析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。

报警单元，用于输出振动报警信号或光报警信号。

本发明在智能穿戴设备运动过程中能通过三轴线性加速度、三轴角速度识别出位置信息和状态信息，提高了设备的识别精度，分别执行对应的音频操作，进行对用户信息反馈，极大减少了状态位置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。在使用时，还能够根据外部突发情况，尤其是声音信号，为用户提供及时的识别反馈，使用户及时做出反应，有效提高了监测效率，使用方便，精度准确、功能完善等显著的优点。

Claims (8)

1.一种基于声音识别的智能穿戴的控制方法，其特征在于：

第一步：获取当前外部音量数据、智能穿戴设备在运动时的三轴线性加速度、智能穿戴设备在运动时的三轴角速度，并将所有数据存入数据库；

第二步：将数据库内的外部音量数据按周期T取平均值，获得在周期T内的音量平均值P；

第三步：根据测量的三轴线性加速度和三轴角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和三轴旋转角度，将计算所得的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；

第四步：再将积分后的数据按照四元数的微积分方程计算当前的四元数，得到所述智能穿戴设备的状态信息，获取智能穿戴设备的状态信息和位置信息；

第五步：获取声音修正信号X，声音修正信号X＝0.3*P，当X小于3，设定X＝3，当X大于25，设定X＝25，计算获得声音修正信号X；由音量平均值P以及声音修正信号X获得提醒阈值F，F＝P+X；

第六步：实时监测当前外部音量数据D，将当前外部音量数据D与提醒阈值F进行比较，当前外部音量数据D大于F时，输出报警信号，当前外部音量数据D小于F时，重复第一步至第五步；

第七步：分析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所述的一种基于声音识别的智能穿戴的控制方法，其特征在于：所述分析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如下：

在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；执行所述四元数范围、所述静止状态、运动状态中的至少一个所对应的音频操作。

3.根据权利要求1所述的一种基于声音识别的智能穿戴的控制方法，其特征在于：

所述智能穿戴设备的状态信息为静止状态，则所述三轴角速度为0，

所述智能穿戴设备的状态信息为运动状态，则所述三轴角速度不为0。

4.一种使用所述权利要求1-3任意一项的智能穿戴设备，其特征在于：包括声音控制识别单元、测量数据单元、状态获取单元、数据库、控制驱动单元、位置获取单元、执行音频操作单元、报警单元；

所述声音控制识别单元、测量数据单元、状态获取单元分别与数据库连接，所述数据库与控制驱动单元连接，所述位置获取单元、执行音频操作单元、报警单元分别由控制驱动单元控制。

5.根据权利要求4所述的一种智能穿戴设备，其特征在于：所述声音控制识别单元包括音量获取模块、阈值计算比较模块，用于获取外部音量数据从而计算出提醒阈值；

所述测量数据单元包括加速度传感器、陀螺仪，用于测量智能穿戴设备在运动时的三轴线性加速度和三轴角速度；

所述状态获取模块，用于根据所述三轴线性加速度及三轴角速度，获取智能穿戴设备的状态信息。

6.根据权利要求4所述的一种智能穿戴设备，其特征在于：所述数据库用于存储上述实时数据和历史数据。

7.根据权利要求4所述的一种智能穿戴设备，其特征在于：所述控制驱动单元，用于读取三轴线性加速度、三轴角速度和状态信息、位置信息。

8.根据权利要求4所述的一种智能穿戴设备，其特征在于：所述位置获取单元，用于根据所述三轴线性加速度获取智能穿戴设备的位置信息；

所述执行音频操作单元，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；

所述报警单元，用于输出振动报警信号或光报警信号。