CN107430791B - 用于在具有多个不同激活信号的环境中远程地起始及停止计时时钟的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种体育赛事计时时钟控制系统，其利用远程激活比赛时钟控制，其中比较包含每一位裁判的吹哨的多个谐波频率的声波指纹与所述裁判的预先记录声波指纹以在声波指纹中存在匹配时激活比赛时钟且在吹哨的情况下识别并记录吹哨的裁判连同强度。声波指纹包含最强谐波加上选定强泛音及低音频率。

Description

用于在具有多个不同激活信号的环境中远程地起始及停止计 时时钟的系统

技术领域

本发明涉及一种用于比赛时钟(例如篮球比赛中使用的那些时钟)的远程计时时钟激活及识别系统。

背景技术

在许多体育运动(例如篮球)中，赛事被划分成需要准确计时的特定比赛时段或持续时间。比赛时段因暂停(包含因为裁判或电视广告原因的那些暂停、分配给每支队伍的暂停、由裁判判定的犯规)及计时时钟违规而被频繁中断。必须对犯规的球员评估需要惩罚的此类犯规或动作，且停止比赛以允许例如起因于犯规的任何适用的罚球。另外，裁判可因地板湿滑或球员受伤而停止比赛。

因此，根据裁判或计时员中的任何者的此类动作而频繁地起始及停止官方计时时钟。裁判通常通过哨子来示意比赛的停止及起始，且通过计时员按下按钮来实现官方计时时钟的对应起始及停止。替代地，可通过裁判的哨子使用例如1994年3月8日发布的授予迈克尔J.科斯塔比莱(Michael J.Costabile)的第5,293,354号美国专利及2011年4月5日发布的授予迈克尔J.科斯塔比莱的第7,920,052号美国专利中展示的设备来远程地且自动地起始及停止官方计时时钟，所述两个专利的全文以引用方式并入本文。

现有技术具有限制。例如，现有技术要求裁判使用由系统辨识的特定哨子。此外，现有技术仅辨识哨子已被吹响，但无法识别特定哨子。这不够理想，因为在多哨子环境中通常期望知道致动计时时钟的特定哨子及(因此)特定裁判。

在各种情况下，识别致动计时时钟的特定哨子是重要的。例如，在由裁判(其可能不愿意承认误判)或甚至由观众无意地吹响哨子时，或在由计时员无意地按下起始/停止按钮时，可能遭遇问题。在多个哨子被吹响时及在裁判的判罚有疑问时，能够识别哪个裁判吹哨也是重要的。

此外，体育协会(例如全国篮球协会(“NBA”)及大学联盟办公室)的体育运营职员常规地复查所有比赛的录影带以复查裁判判罚的质量及准确度，且确保及维持比赛的公正性。裁判确实会犯错，这可影响哪支队伍赢得特定比赛。此外，由于观众叫喊及乐队表演，总体环境通常是喧闹的。在后来确定裁判做出严重误判(尤其是影响比赛结果的误判)时，可惩罚所述裁判，例如在指定期限内停职。赛后检测的可能性及对裁判误判的惩罚鼓励裁判表现得勤勉且正确。此外，由于可能的偏袒或其它不当行为，仔细检查裁判判罚(甚至在比赛结束之后还要仔细检查)是重要的。

由于裁判通过三声或四声快速哨声来频繁地示意比赛停止事件(例如犯规)，两个裁判的哨声可能是同时或重叠的。通过精确地且可靠地记录哨声及识别所涉及裁判来帮助分析所述事件的质量控制复查。

电视回放未经设计以呈现裁判的动作的准确复查且在多个哨子的情况下未识别哪位裁判首先吹哨。此外，如果电视回放经慢放以仔细审查比赛，那么哨响经常变得不可闻。

因此，高度期望具有比赛的每次起始及停止的可靠记录连同此类动作的起始者的识别。

发明内容

根据本发明的一种形式，由担当体育赛事的裁判的个人进行的吹哨的声波指纹的记录在所述赛事开始之前以数字方式进行存储，以在随后与在所述赛事期间所吹响的哨子进行比较以便识别哪个人在所述赛事期间吹哨及起始动作，不管是停止比赛还是开始比赛。

由经定位而接近于由裁判所戴的哨子的麦克风感测的声波信号通过带通滤波器且接着经数字化以与经存储信号进行比较以识别哪位裁判吹哨。

通过快速傅里叶变换获得的频带经处理以识别并存储最高振幅谐振或中心频率信号。还存储表示高于及低于中心频率信号的下一最强谐振频率的信号以提供多重频率以便比较经存储指纹与在体育赛事期间的吹哨。为在检测有效哨子时最小化误接受且增大可靠度，测量多个参数并比较所述参数与经存储标准。

存在匹配的哨子信号经显示并与哪位裁判起始动作及所述动作何时用来激活官方计时时钟的识别一起存储，不管是停止比赛还是开始比赛。还由计时时钟响应指示所述信号。

许多变量可在每次吹哨时影响哨子如何发声，例如个人将空气吹入哨子中的方式或他/她握住口哨的方式或甚至口哨所处的环境，是在小房间还是大型体育场或是拥挤的体育馆内。由于这些变量，必须接受关于是否将一次哨响比作另一哨响的特定水平的容差。但过多容差将引起误接受。

附图说明

图1是激活系统的概览；

图2描绘穿戴激活模块的裁判，其中以分解视图展示相关联硬件的框图；

图3描绘基站，其中以分解视图展示相关联硬件的框图；

图4描绘与停止比赛时钟相关联的硬件及信号；

图5描绘与三个激活模块相关联的硬件的三个框图；

图6是使用系统的方法的框图；及

图7是哨子指纹。

具体实施方式

如本文中使用，下列术语应适用：

下列结构数字是指各个图式中的下列结构：

10-激活系统；

20-激活模块；

22-麦克风；

23-声波信号；

25-滤波放大器；

27-电压比较器；

28-音频信号；

29-无线电发射器；

30-基站；

31-无线电接收器；

32-模/数转换器；

33-数字信号；

34-快速傅里叶变换；

35-频率选择；

36-指纹；

37-比较器存储装置；

38-比较器电平控制；

39-中心指纹文件；

50-哨子；

55-哨子信号；

60-比赛时钟；

62-时钟致动信号；

64-比赛时钟致动器；

66-计时员控制按钮；

70-远程位置；

100-第一裁判；

101-第二裁判；

102-第三裁判；及

200-计时员。

图1中描绘用于篮球比赛赛事的激活系统10的概览综述。更具体来说，裁判100、101及102各自分别装备有其自身激活模块20a、20b及20c。如展示，裁判100及102(而非101)已吹响其相应哨子，由此激活其相应激活模块20a及20c，由此将音频信号28a及28c从激活模块20a及20c发送到基站30，由此将时钟激活信号62从基站30发送到比赛赛事时钟60，此示意比赛停止赛事时钟停止。

参考图2，激活模块20适于由裁判穿戴，且在裁判的特定哨子50产生哨子信号55时被激活。哨子50可为由加拿大Fox 40国际股份有限公司制造的“Fox Classic 40”哨子，其是NBA与许多大学及高中篮球联赛中的标准哨子。这些哨子不包含移动部件且发射约3150赫兹的可闻声波信号。本发明的系统可通过调谐到3150赫兹而特定响应于所述哨子，但系统可容易经调谐以适应以其它频率操作的其它哨子类型或可闻发信号装置，包含喇叭、警报器、乐器及数字噪声发生器。

每一裁判100、101及102在非常接近其哨子50处携带一个麦克风22，优选地附接到裁判的哨子绳，或在颈部附近位于其制服上。

麦克风22产生通过滤波放大器25的声波信号23，所述滤波放大器25包含多反馈带通滤波器，所述多反馈带通滤波器在外带频率下具有略微急剧的抑制下降，例如下列参数：

多反馈带通@3KHz

阻尼比＝1.01 Q＝0.493

增益x20放大器

下截止频率@-3db＝～1.25KHz

上截止频率@-3db＝7.5KHz

HPF斜率2KHZ到200HZ＝-12db/decade

LPF斜率6KHZ到600KHZ＝-24db/decade

LPF斜率600KHz到6MHz＝-48db/decade。

对外带的急剧抑制帮助消除多余谐波及具有大振幅的其它频率使得其不被进一步处理。带通内的信号被放大到可用水平而无需削波，因为削波将引起可导致误检测的谐波。

由电压比较器27对经放大声波信号23采样以确定所述信号是否具有用于进一步处理的足够大振幅或强度。信号灵敏度水平确定哪些信号通过电压比较器27。然后由无线电发射器29将选定音频信号28发射到图3中展示的基站30。

暂时参考图5，每一裁判穿戴一个激活模块20(20a；20b或20c)，所述激活模块20经具体校准以结合一个哨子50(分别是50a；50b或50c)使用。

然后参考图3，由无线电接收器31接收选定音频信号28并将所述信号提供到模/数转换器32以转换为表示哨子信号55的数字信号33。然后通过配置在滤波放大器25的频带通内的快速傅里叶变换34处理数字信号33以将时基数据转换成频基信号。这允许通过频率选择35来处理频基数据以通过选择具有最高振幅的频率来确定哨子50的中心频率。然后传递此中心频率作为用于作为所述中心频率存储在比较器存储装置37中的声波指纹36的部分。

参考图7，由于许多哨子类型具有类似中心频率，所以音频哨子信号55中的额外频率经采集以形成含有多个频率的可靠声波指纹，所述频率除包含中心频率外还包含泛音频率及低音频率两者。

取得高于中心频率的频带内的下一最高振幅信号并将其存储为第一上谐波频率，此后取得高于第一上谐波频率的频带内的下一最高振幅并将其存储为第二上谐波频率，所述第一上谐波频率及所述第二上谐波频率一起形成泛音频率。

来自低于中心频率的频率或泛音频率的选择包含具有低于中心频率的下一最高振幅的那两个频率以获得包含中心频率与高于中心频率的两个泛音频率及低于中心频率的两个低音频率的吹哨的声波指纹36。

图7上展示的这五个频率形成吹响哨子50的裁判的声波指纹36。在体育赛事开始之前取得的每一裁判的样品声波指纹36作为裁判的特定吹哨的标准样品声波指纹存储在比较器存储装置37中，此后比较所有后续声波指纹36。在图6中将此步骤陈述为第五步骤“校准哨子”。

后续声波信号23通过放大滤波器25的滤波器，其接着通过电压比较器27(参见图2)的电平设置并被发送到基站30，在基站30处所述信号如同标准样品那样通过快速傅里叶变换34处理，以找出其中心频率且如果存在匹配(如通过频率选择35确定)，那么平均化剩余四个谐波并将其与比较器存储装置37中的标准样品的谐波的四个类似频率的平均值相比较。

重新参考图3，如果由比较器存储装置37确定的平均值是在如由操作者通过比较器电平控制38设置的容差内，那么此被视为匹配且时钟致动信号62被发送到比赛时钟致动器64以激活比赛时钟60。如果声波信号的中心频率或谐波平均值与经存储样品的所频率的任一比较不匹配，那么拒绝所述信号。

如图4中展示，计时员控制按钮66经提供以使计时员能够通过比赛时钟致动器64手动激活比赛时钟60。

一旦由计时员设置期望信号匹配水平或强度，系统不仅传递及识别满足或超过匹配水平的所有哨子信号，而且以百分比(％)记录实际水平。这使能够识别吹哨水平较弱或勉强可传递的那些裁判以使能够指示所述裁判更强有力地吹哨以避免主计时时钟激活及识别系统将无法响应极弱吹哨的任何可能性。

优选的是，出于所述目的，在比赛开始之前不久通过使每一裁判吹响他或她的哨子50获得及存储裁判的声波指纹的标准样品。(图6的步骤5)。这优选在其中将进行体育赛事的环境中完成。然而，在其中难以或不可能在理想条件下校准的情况下，可建立可远程地访问及使用的中心声波指纹文件39。此文件可在大学篮球中维持于联盟水平，因为在联盟中通常选择来自相同裁判群体的人员来担任比赛的裁判，或所述文件可出于相同原因而针对某一地理区域进行维持。替代地，如果可用，那么所述文件可由主设备的制造商维持或维持于中心总部位置处，例如在NBA。

根据需要，在体育赛事之前，通常可由官方计时员将存储在远程位置70处的中心声波指纹文件39中的声波指纹提供到比较器存储装置37。

图6中陈述使用系统10的方法。在步骤1中，通过执行下列步骤来设置基站：例如连接电源；连接比赛时钟及数据电缆；连接以太网电缆；升起天线；及通电。在步骤2中，通过输入信息(例如裁判名字)来配置比赛。此通常远程地执行且数据在启动系统之后自动传入，但也可现场完成。步骤3设置哨子设置，包含匹配阈值，优选地近似90％，及灵敏度水平(放大信号峰值电压电平)，优选地对于具有1个麦克风的系索型麦克风装置是近似23，或对于具有2个麦克风的佩带式麦克风装置是近似20。在步骤5中，通过在麦克风处在适当位置中的情况下吹哨若干次直到系统提示用户已经取得可靠读数为止来校准每一个别哨子。在步骤6中，照常开始比赛，其中吹哨(步骤7)停止比赛时钟(步骤8)。将与比赛时钟停止(例如在时钟实时停止时)及对吹响其哨子的裁判的识别相关的数据发送到远程位置进行进一步分析及备份。在步骤10中，恢复比赛直到再次吹哨(步骤7)，或结束比赛(步骤11)为止。在赛事完结时下载数据(步骤12)。

当然，应理解，前文涉及本发明的示范性实施例且可在不背离如所附权利要求书中陈述的本发明的精神及范围的情况下作出修改。举例来说，系统可结合其它对时间敏感的比赛及体育运动(例如足球、橄榄球、手球、水球、排球、摔跤及曲棍球)使用。此外，可使用各种不同噪声发生器，包含鸣音器、乐器、警报器及/或数字噪声发生器。此外，取代停止计时时钟的是，本发明可经修改以根据听觉信号(开门、使地板发出吱吱声或破窗)起始摄影机，这可具有安全应用。此外，系统可经修改以在具有多种武器的环境中识别哪把枪已射击。这可具有安全、比赛、追捕及/或执法用途。系统还可经修改以辨识特定声音(例如急救车、特定的哭泣婴儿、特定动物、机器故障等)，及激活期望设备，例如摄影机、灯、医疗设备、信号通知装置等。如本文中使用，“近似”及类似者应意指+/-10％，否则此范围将无意义，例如负长度。所有所陈述范围应包含端点自身以及其间的所有增量。

Claims (7)

1.一种体育赛事计时时钟远程控制系统，其包括：

比赛时钟；

多个哨子，每一哨子适于由多位裁判中的一位携带，

所述哨子中的每一者在由携带所述哨子的所述裁判激活时提供声波信号；

分析构件，所述分析构件用来分析所述声波信号中的每一者以确定所述裁判中的哪位裁判激活了哨子，其中所述分析构件用来提供高于主谐波频率的至少两个谐波频率及低于所述主谐波频率的至少两个谐波频率，所述谐波频率中的每一者是所述主谐波频率的下一最高振幅，并且其中高于所述主谐波频率的所述谐波及低于所述主谐波频率的所述谐波被平均，且那些平均值在预设容差参数内，所述平均值提供控制信号，所述控制信号指示哨声已被检测并被提供到基站用于识别，所述基站经提供以存储声波指纹信号以与在所述体育赛事期间产生的声波指纹信号进行比较以建立用于致动所述比赛时钟的匹配，并且其中通过每一位裁判在所述体育赛事开始之前不久在所述体育赛事的环境中吹响其比赛哨子来提供经存储的所述声波信号；

所述分析构件包含带通滤波器，所述带通滤波器使所述哨子的频率通过，所述分析构件用来确定每一声波信号的所述主谐波频率加上高于所述主谐波频率的至少一个泛音谐波及低于所述主谐波频率的一个低音谐波以产生声波指纹，其中与预先记录的声波指纹匹配的哪些声波指纹用来识别产生所述声波指纹的所述裁判，且用来记录身份及如由所述赛事时钟指示的时间；

用来比较在所述体育赛事期间产生的所述声波指纹与每一裁判的预先记录声波指纹的构件，及

用来响应于在比赛期间产生的哪些声波指纹匹配所述预先记录声波指纹而产生比赛时钟致动信号的构件，其中在所述带通滤波器的频率旁路内工作的模/数转换器及快速傅里叶变换网络经提供以将时基信号转换为频基信号。

2.根据权利要求1所述的体育赛事计时时钟远程控制系统，其中信号比较器经提供以排除低于预定信号电平的那些信号。

3.根据权利要求1所述的体育赛事计时时钟远程控制系统，其包含用来提供担任特定体育赛事的裁判中的一或多位的声波指纹信号的可远程访问的声波指纹文件。

4.一种用于体育赛事中的裁判的远程计时时钟控制及识别系统，其包括：

比赛时钟，其用于所述体育赛事；

哨子，其适于由所述裁判中的每一者吹响以产生用来控制在所述体育赛事中起始及停止比赛的声波信号；

包，其适于由所述裁判中的每一者携带，所述包将所述声波信号发射到基本单元；

所述基本单元将所述声波信号转换为声波指纹信号，其中所述声波指纹信号中的每一者包含高于最强谐波频率的下一最强谐波中的至少两者及低于所述最强谐波频率的下一最强谐波中的两者，以提供所述声波指纹；

所述基本单元包含用于容纳具有所述裁判中的每一者的所述声波指纹的声波指纹文件的构件；

所述基本单元包含比较在所述体育赛事期间产生的所述声波指纹信号与所述指纹文件中的那些声波指纹信号的构件，并且其中通过每一位裁判在所述体育赛事开始之前不久在所述体育赛事的环境中吹响其比赛哨子来提供所述指纹文件中的那些声波指纹信号；及

在所述声波指纹信号中存在匹配时产生计时时钟致动控制信号的构件，其中所述声波指纹信号中的所述匹配用来识别吹响产生所述匹配的哨子的裁判且构件被提供用来记录身份及由所述赛事时钟指示的时间，并且其中每一所述匹配的强度经记录以使能够识别可能具有低哨子强度的所述裁判以用于所述哨子强度的后续提高的目的。

5.根据权利要求4所述的远程计时时钟控制及识别系统，其中所述声波信号在所述声波指纹信号的所述比较之前通过带通滤波器且随后通过快速傅里叶变换。

6.根据权利要求4所述的远程计时时钟控制及识别系统，其中提供用来在所述谐波信号的所述比较之前平均化在所述最强谐波的任一侧上的所述信号的构件。

7.根据权利要求4所述的远程计时时钟控制及识别系统，其包含可执罚所述体育赛事的裁判的声波指纹的存储库，且所述存储库可在所述体育赛事之前远端地访问以存储在所述基本单元中以进行与在所述体育赛事期间产生的所述声波指纹信号的所述比较。

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