CN108665906B - 一种赛事裁判哨声采集识别系统和方法 - Google Patents

一种赛事裁判哨声采集识别系统和方法 Download PDF

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Abstract

一种赛事裁判哨声采集识别系统，包括：声音信号采集模块，其用于采集比赛现场的声音信号并将其转化为电信号；比较模块，将上述电信号与预定的阈值进行比较，当上述电信号不小于预定阈值时输出高电位信号，小于预定阈值时输出低电位信号，从而实现方波信号输出；频率计算模块，对上述方波信号进行周期性计数，并计算所采集到的声音信号的频率信息。

Description

一种赛事裁判哨声采集识别系统和方法
技术领域
本发明涉及声音信号的采集、识别技术领域，具体涉及一种赛事裁判哨声采集识别系统和方法。
背景技术
现有的体育赛事中，经常采用裁判员吹哨的方式发出裁判命令，因此，能够准确采集到裁判员的哨声对于准确、高效地比赛计时、计分以及运动员相关数据分析具有重要的意义。
但是在比赛现场通常声音环境比较复杂，有欢呼声、口哨声、脚步声、背景音乐、球类比赛时的球震声等，从如此复杂的声音环境中能够准确采集和识别到裁判员发出的哨声是一项具有相当挑战性的工作，目前的专利和非专利文献中缺乏能够有效解决上述技术问题的技术方案。
发明内容
本发明的目的在于提出一种能够高效、准确地采集和识别赛事裁判哨声的系统和方法。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种赛事裁判哨声采集识别系统，包括：声音信号采集模块，其用于采集比赛现场的声音信号并将其转化为电信号；比较模块，将上述电信号与预定的阈值进行比较，当上述电信号不小于预定阈值时输出高电位信号，小于预定阈值时输出低电位信号，从而实现方波信号输出；频率计算模块，对上述方波信号进行周期性计数，并计算所采集到的声音信号的频率信息。
作为优选实施例，所述预定阈值是可调的。
作为优选实施例，所述预定阈值为声音不低于120分贝。
作为优选实施例，进一步包括频率识别模块，用于将所述频率信号与已知的口哨频率信息进行比较，获得所述频率所述声音信号的具体来源。
作为优选实施例，所述声音信号采集模块为裁判员随身携带的麦克风。
作为优选实施例，所述比较模块，包括：电压比较器，所述电压比较器具有第一输入端、第二输入端、第三输入端、第四输入端、比较信号输出端，所述第一输入端连接供电电源、第二输入端与声音信号采集模块的第一信号输出端连接、第三输入端连接可变电阻器R2的可变电阻端、第四输入端接地，所述声音信号采集模块的第一信号输出端还通过电阻R1连接至供电电源，所述声音信号采集模块的第二信号输出端接地，所述可变电阻器R2的第一端连接供电电源、所述可变电阻器R2的第二端接地，在所述电压比较器的比较信号输出端连接有电容器，所述电容器的另外一端接地。
作为优选实施例，频率计算模块对方波信号的计数周期为5ms。
作为优选实施例，所述可变电阻器R2的阻值为5-20KΩ。
一种赛事裁判哨声采集识别方法，包括：
S1：声音信号输入，即采集赛事比赛现场的声音信号；
S2：将声音信号转换为电信号；
S3：对步骤S2中的电信号进行幅值比较，如果幅值小于预定阈值，则不对上述电信号进行采集，并返回步骤S1；如果幅值大于等于预定，则采集所述电信号，所述预定阈值的大小是可调的；
S4：方波信号输出，当高于所述预定阈值时输出高电位信号，当低于预定阈值时输出低电位信号，从而获得方波信号输出；
S5：对所述方波周期性计数，计算频率信息。
作为优选实施例，所述裁判哨声的采集识别方法还包括如下步骤：
S6：对步骤S5中获得的声音信号的频率与已知口哨频率信息进行比较，获得所述声音信号来自哪个裁判的口哨。
本发明的有益效果：本发明中，采用了幅值加频率的信号采集方式，能够有效滤除背景噪声，可以实现对现场的一些声音，例如：音乐、欢呼、篮球震动、鞋底摩擦，更重要的是，例如：在室内篮球场馆内，场上各种声音都会产生不同程度的声音回荡现象，声音回荡可能会造成哨声的重复检测，影响检测准确率。声音回荡回来的声音强度都会有不同程度的衰减，通过设置合适的声强滤波值，可同背景杂音一同滤除，不会重复检测。
附图说明
图1是本发明的赛事裁判哨声采集识别系统的部分电路原理图；
图2是本发明采用本发明的采集识别系统的智能比赛计时系统的结构示意图；
图3是本发明的赛事裁判哨声的采集识别方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。这里需要说明的是本发明所列的附图仅是为了说明问题方便而给出的某些较佳实施例的示例性结构示意图，不得理解为是本发明唯一正确的实施方式，其可以用于解释权利要求的保护范围，但不得理解为是对本发明权利要求保护范围的限制性说明。
图1是本发明所述的赛事裁判哨声采集识别系统的部分电路原理图，包括：电压比较器，所述电压比较器具有第一输入端、第二输入端、第三输入端、第四输入端、比较信号输出端，所述第一输入端连接供电电源(VCC)、第二输入端与麦克风的第一信号输出端连接、第三输入端连接可变电阻器R2的可变电阻端、第四输入端接地，所述麦克风的第一信号输出端还通过电阻R1连接至供电电源，所述麦克风的第二信号输出端接地，所述可变电阻器R2的第一端连接供电电源、所述可变电阻器R2的第二端接地，在所述电压比较器的比较信号输出端连接有电容器，所述电容器的另外一端接地。作为优选实施例，所述电阻R1的阻值为50-200KΩ，优选为100KΩ，所述可变电阻器R2的阻值为5-20KΩ，优选为10KΩ。
当有裁判员鸣哨时，哨音由麦克风采集并转换成模拟电压信号。该信号被发送到采集模块，由于外界声音的作用使得电压比较器的第二输入端的电压会随着声音强度的不同形成不同的电位变化，调节可变电阻器R2会在所述电压比较器的第三输入端处形成一个固定的电压值，当电压比较器的第二输入端电位高于压比较器的第三输入端电位时，所述电压比较器的比较信号输出端将会输出高电位，当电压比较器的第二输入端电位低于电压比较器的第三输入端电位时，所述比较信号输出端将会输出低电位，根据此原理，声音强度达到设定阈值的声音信号才能够被检测并产生一个方波输出。所述阈值的设定可以根据使用环境的嘈杂程度、口哨与麦克风的距离等因素设定，例如：比赛一般使用FOX40型号口哨，该哨子发声轻松达到120分贝，再加上麦克风离哨子的距离很近，所以，对比现场的一些声音(音乐、欢呼、篮球震动、鞋底摩擦)麦克风更容易采集到哨子的声音。通过调节R2将电压比较器的第三输入端电位升高，就能够滤除强度较低的声音信号采集强度较高的哨子声音信号。
所产生的上述方波信号连接到主控板(图中未示出)的外部中断引脚，每产生一个方波主控板内部都会计一个数，每5ms对计数值进行采集并清零，计数值乘以200，得到的结果就是声音的频率。
所述系统在对声音信号计数检测频率时，由于裁判在每次吹哨时的时长和力度会有所不同，所以采集时间要短，采集频率要高，以提高采集频率的准确性。本系统采集中断时间为5ms，裁判的哨声达到洪亮声音的时间一般不会小于5ms，故检测失误率会大大降低。
作为优选实施例，进一步包括：频率信息比较识别模块，对获得的声音信号的频率与已知口哨频率信息进行比较，获得所述声音信号来自哪个裁判的口哨；这里已知口哨频率信息可以为比赛时事先采集到的裁判员使用的口哨信息，也可以为已有的数据库中的口哨频率数据信息，其基本的目的和要求是所述口哨频率信息要能够与具体的使用者建立起映射关系。
图2是本发明的赛事裁判哨声采集识别系统的在智能比赛计时系统中的应用实例，所述智能比赛计时系统包括：主机200，终端101、102…10N；所述终端101、102…10N能够将裁判员发出的裁判哨声转换为电信号，并将所述电信号传递至所述主机，所述主机根据所述电信号控制计时器开始或停止计时。所述终端101、102…10N的数量可以为一个或多个，其可以根据裁判员的数量设计；所述终端101、102…10N和主机200之间的通讯可以通过有线方式进行，也可以通过无线方式进行，其中无线通讯方式为优选通讯方式。
比赛时所述终端分别佩戴到每个裁判员的腰部，麦克风线从裁判员的背部绕到颈部与哨子的挂绳进行固定，留取合适长度将麦克风固定到口哨与挂绳连接处，麦克风的插头连接到所述终端。
下面详述本发明的赛事裁判哨声采集识别方法及所述电路原理图的工作过程。
S1：声音信号输入，即采集赛事比赛现场的声音信号；
S2：将声音信号转换为电信号，优选为模拟信号，作为实施例，可以采用裁判员随身携带的麦克风将赛场将现场的声音信号转换为模拟电信号；
S3：对步骤S2中的电信号进行幅值比较，如果幅值小于预定阈值，则不对上述电信号进行采集，并返回步骤S1；如果幅值大于等于预定，则采集所述电信号，在某些优选的实施例中所述预定阈值的大小是可调的，其可以根据实际情况的需要设定，所述阈值的设定可以根据使用环境的嘈杂程度、口哨与麦克风的距离等因素设定，例如：比赛一般使用FOX40型号口哨，该哨子发声轻松达到120分贝，再加上麦克风离哨子的距离很近，所以，对比现场的一些声音(音乐、欢呼、篮球震动、鞋底摩擦)麦克风更容易采集到哨子的声音。通过调节R2将电压比较器的第三输入端电位升高，就能够滤除强度较低的声音信号采集强度较高的哨子声音信号。
上述幅值比较通过如下方式实现：
所述幅值比较通过电压比较器实现，采用如图1所示的电路图，电压比较器的第二输入端与麦克风的第一信号输出端连接、第三输入端连接可变电阻器R2的可变电阻端、第四输入端接地，所述麦克风的第一信号输出端还通过电阻R1连接至供电电源，所述麦克风的第二信号输出端接地，所述可变电阻器R2的第一端连接供电电源、所述可变电阻器R2的第二端接地，在所述电压比较器的比较信号输出端连接有电容器，所述电容器的另外一端接地。作为优选实施例，所述电阻R1的阻值为50-200KΩ，优选为100KΩ，所述可变电阻器R2的阻值为5-20KΩ，优选为10KΩ。
当有裁判员鸣哨时，哨音由麦克风采集并转换成模拟电压信号。该信号被发送到电压比较器的第二输入端，由于外界声音的作用使得电压比较器的第二输入端的电压会随着声音强度的不同形成不同的电位变化，调节可变电阻器R2会在所述电压比较器的第三输入端处形成一个固定的电压值，并对从麦克风输入的不同电位变化的模拟电信号进行比较。
S4：方波信号输出，当电压比较器的第二输入端电位高于电压比较器的第三输入端电位时，所述电压比较器的比较信号输出端将会输出高电位信号，当电压比较器的第二输入端电位低于电压比较器的第三输入端电位时，所述比较信号输出端将会输出低电位，或不输出电信号；从而获得方波信号。
S5：方波计数，计算频率信息；
所产生的上述方波信号连接到主控板(图中未示出)的外部中断引脚，每产生一个方波主控板内部都会计一个数，所述计数是对方波的上升沿进行计数。
每5ms对计数值进行采集并清零，计数值乘以200，得到的结果就是声音的频率。
所述系统在对声音信号计数检测频率时，由于裁判在每次吹哨时的时长和力度会有所不同，所以采集时间要短，采集频率要高，以提高采集频率的准确性。本系统采集中断时间为5ms，裁判的哨声达到洪亮声音的时间一般不会小于5ms，故检测失误率会大大降低。
在一些优选的实施例中，所述裁判哨声的采集识别方法还可以包括如下步骤：
S6：对步骤S5中获得的声音信号的频率与已知口哨频率信息进行比较，获得所述声音信号来自哪个裁判的口哨；
这里已知口哨频率信息可以为比赛时事先采集到的裁判员使用的口哨信息，也可以为已有的数据库中的口哨频率数据信息，其基本的目的和要求是所述口哨频率信息要能够与具体的使用者建立起映射关系。
本发明中，采用了幅值加频率的信号采集方式，能够有效滤除背景噪声，可以实现对现场的一些声音，例如：音乐、欢呼、篮球震动、鞋底摩擦，更重要的是，例如：在室内篮球场馆内，场上各种声音都会产生不同程度的声音回荡现象，声音回荡可能会造成哨声的重复检测，影响检测准确率。声音回荡回来的声音强度都会有不同程度的衰减，通过设置合适的声强滤波值，可同背景杂音一同滤除，不会重复检测。
虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种赛事裁判哨声采集识别系统，包括：声音信号采集模块，其用于采集比赛现场的声音信号并将其转化为电信号；比较模块，将上述电信号与预定的阈值进行比较，当上述电信号不小于预定阈值时输出高电位信号，小于预定阈值时输出低电位信号，从而实现方波信号输出；频率计算模块，对上述方波信号进行周期性计数，并计算所采集到的声音信号的频率信息，所述比较模块，包括：电压比较器，所述电压比较器具有第一输入端、第二输入端、第三输入端、第四输入端、比较信号输出端，所述第一输入端连接供电电源、第二输入端与声音信号采集模块的第一信号输出端连接、第三输入端连接可变电阻器R2的可变电阻端、第四输入端接地，所述声音信号采集模块的第一信号输出端还通过电阻R1连接至供电电源，所述声音信号采集模块的第二信号输出端接地，所述可变电阻器R2的第一端连接供电电源、所述可变电阻器R2的第二端接地，在所述电压比较器的比较信号输出端连接有电容器，所述电容器的另外一端接地；
该电信号被发送到采集模块，由于外界声音的作用使得所述电压比较器的第二输入端的电压会随着声音强度的不同形成不同的电位变化，调节可变电阻器R2会在所述电压比较器的第三输入端处形成一个固定的电压值，当电压比较器的第二输入端电位高于电压比较器的第三输入端电位时，所述电压比较器的比较信号输出端将会输出高电位，当电压比较器的第二输入端电位低于电压比较器的第三输入端电位时，所述比较信号输出端将会输出低电位，根据此原理，声音强度达到设定阈值的声音信号才能够被检测并产生一个方波输出。
2.如权利要求1所述的识别系统，所述预定阈值是可调的。
3.如权利要求1所述的识别系统，所述预定阈值为声音不低于120分贝。
4.如权利要求1所述的识别系统，进一步包括频率识别模块，用于将所述频率信号与已知的口哨频率信息进行比较，获得所述频率所述声音信号的具体来源。
5.如权利要求1所述的识别系统，所述声音信号采集模块为裁判员随身携带的麦克风。
6.如权利要求1所述的识别系统，频率计算模块对方波信号的计数周期为5ms。
7.如权利要求1所述的识别系统，所述可变电阻器R2的阻值为5-20KΩ。
8.一种赛事裁判哨声采集识别方法，包括：
S1：声音信号输入，即采集赛事比赛现场的声音信号；
S2：将声音信号转换为电信号；
S3：对步骤S2中的电信号进行幅值比较，如果幅值小于预定阈值，则不对上述电信号进行采集，并返回步骤S1；如果幅值大于等于预定，则采集所述电信号，所述预定阈值的大小是可调的；
所述幅值比较通过比较模块实现，所述比较模块，包括：电压比较器，所述电压比较器具有第一输入端、第二输入端、第三输入端、第四输入端、比较信号输出端，所述第一输入端连接供电电源、第二输入端与声音信号采集模块的第一信号输出端连接、第三输入端连接可变电阻器R2的可变电阻端、第四输入端接地，所述声音信号采集模块的第一信号输出端还通过电阻R1连接至供电电源，所述声音信号采集模块的第二信号输出端接地，所述可变电阻器R2的第一端连接供电电源、所述可变电阻器R2的第二端接地，在所述电压比较器的比较信号输出端连接有电容器，所述电容器的另外一端接地；
S4：方波信号输出，当高于所述预定阈值时输出高电位信号，当低于预定阈值时输出低电位信号，从而获得方波信号输出；
S5：对所述方波周期性计数，计算频率信息；
该电信号被发送到采集模块，由于外界声音的作用使得所述电压比较器的第二输入端的电压会随着声音强度的不同形成不同的电位变化，调节可变电阻器R2会在所述电压比较器的第三输入端处形成一个固定的电压值，当电压比较器的第二输入端电位高于电压比较器的第三输入端电位时，所述电压比较器的比较信号输出端将会输出高电位，当电压比较器的第二输入端电位低于电压比较器的第三输入端电位时，所述比较信号输出端将会输出低电位，根据此原理，声音强度达到设定阈值的声音信号才能够被检测并产生一个方波输出。
9.如权利要求8所述的方法，还包括如下步骤：
S6：对步骤S5中获得的声音信号的频率与已知口哨频率信息进行比较，获得所述声音信号来自哪个裁判的口哨。
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