CN109982046A - 一种便于婴幼儿护理的云自动摄像监控系统及方法 - Google Patents

一种便于婴幼儿护理的云自动摄像监控系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种便于婴幼儿护理的云自动摄像监控系统及方法，该系统包括云服务器、无线摄像头和无线终端；无线摄像头和无线终端均与云服务器连接；本发明提供的便于婴幼儿护理的云自动监控系统及方法，提供了视频直播分析，通过捕获和发送视频流媒体，对有意义的数据进行分析，在云服务器上进行数据分析与存储；能够高精度的检测婴幼儿哭声，有效检测其睡眠状况，同时保证了用户数据的安全。减少了父母照顾婴幼儿的时间和精力。

Description

一种便于婴幼儿护理的云自动摄像监控系统及方法
技术领域
本发明属于婴幼儿监控技术领域，具体涉及一种便于婴幼儿护理的云自动摄像监控系统及方法。
背景技术
新生儿的出生给父母带来了许多幸福和责任，在婴幼儿的生长过程中，监护人需要了解各种护理知识，随着婴幼儿的年龄、所处季节、环境以及身体状况的变化，相应的护理方法也在不断的变化。由于有经验的护理者十分缺乏、费用较高且通常只对新生儿进行护理，大部分家庭在婴幼儿的成长过程中都需要由父母或外祖父母自行的婴幼儿进行护理。
获取婴幼儿护理知识的途径通常是书籍和杂志，随着网络技术的发展，介绍婴幼儿护理知识的网站也大量出现，但大部分人都缺乏从大量的知识库中寻找合适自己当前情况的护理知识。虽然出现了一些类似电子书、便携式护理常识学习器之类的装置，但其只是相当于将书籍电子化，用户人需要自己月底，选择与当前婴幼儿状态相关的部分知识进行学习进而对婴幼儿进行护理，如果能对婴幼儿的状态进行实时监控，及时提供当前所需的护理知识，显然可以对父母等护理者提供极大的帮助，提高婴幼儿的身体素质和智力发育水平，减少由于护理不当造成的各种问题。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的便于婴幼儿护理的云自动摄像监控系统及方法解决了上述背景技术中的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种便于婴幼儿护理的云自动摄像监控系统，包括云服务器、无线摄像头和无线终端；
所述无线摄像头和无线终端均与云服务器连接；
所述无线摄像头安装于婴幼儿所处的环境中，用于监测婴幼儿的状态数据并上传至云服务器；
所述云服务器用于处理无线摄像头上传的状态数据，对其进行处理后发送至无线终端；
所述无线终端用于查看云服务器处理后的状态数据，并根据其进行婴幼儿护理。
进一步地，所述无线摄像头包括信息处理器及均与信息处理器连接的麦克风、相机传感器和电源模块；
所述信息处理器内的操作系统为Linux嵌入式操作系统OpenWrt，所述信息处理器内还包括流媒体处理应用软件ffmpeg。
进一步地，所述云服务器为Linux服务器；
所述云服务器包括顺次连接的信号接收端、信号处理端和信号显示端；
所述信号接收端为RTMP端口，所述RTMP端口与流媒体处理应用软件ffmpeg连接；
所述信号处理端包括视频处理单元和音频处理单元，所述视频处理单元和音频处理单元均与RTMP端口连接；
所述信号显示端为云服务器中的WordPress Webset显示接口。
进一步地，所述信息处理器的型号为MT7688；
所述相机传感器为CCD元件或CMOS元件。
进一步地，所述视频处理单元包括顺次连接的训练好的人体特征分类器、LucasKanade光流跟踪器和图像分析器；
所述音频处理单元包括顺次连接的音频MFCC提取器和训练好的哭声判别SVM子单元。
进一步地，所述无线终端为可登陆云服务器WordPress Webset显示接口的智能设备；
所述无线终端包括智能手机、平板和计算机。
一种便于婴幼儿护理的云自动摄像监控方法，包括以下步骤：
S1、将无线摄像头安装至婴幼儿所处的环境中，并为其供电使之工作；
S2、通过无线摄像头实时监测婴幼儿的状态数据，并将其上传至云服务器；
S3、通过云服务器对上传的状态数据进行处理，检测并分析婴幼儿状态，并将分析结果存储在云服务器的信号显示端；
S4、通过无线终端登陆云服务器的信号显示端，查看婴幼儿状态，进而对婴幼儿进行护理。
进一步地，所述步骤S3中婴幼儿状态包括啼哭状态和睡眠状态；
检测并分析所述啼哭状态的方法具体为：
A1、通过信号接收端将上传的婴幼儿状态数据中的音频数据发送至音频处理单元；
A2、提取音频数据中的MFCC，并将其中的Mel频率倒谱系数发送至训练好的哭声判别SVM子单元，根据哭声判别SVM子单元的输出确定婴幼儿是否处于啼哭状态，实现啼哭状态的检测与分析；
检测并分析所述睡眠状态的方法具体为：
B1、通过信号接收端将上传的婴幼儿状态数据中的视频数据发送至视频处理单元；
B2、将视频数据输入到训练好的人体特征分类器中，对婴幼儿的身体特征进行识别；
B3、在识别的身体特征中设定目标点，并通过Lucas Kanade光流跟踪器跟踪连续帧图像中设定的同一目标点；
B4、通过图像分析器确定Lucas Kanade光流跟踪器跟踪的目标点的位置变化，根据目标点的位置变化确定婴幼儿是否处于睡眠状态，实现睡眠状态的检测与分析。
进一步地，所述步骤A2中提取音频数据中的MFCC的方法具体为：
C1、对音频数据进行分帧加窗处理，将其分为若干个语音帧；
C2、采用快速傅里叶变换将语音帧从时域转换到频域，得到对应的频谱；
C3、将频谱通过Mel滤波器得到Mel频谱，并对其进行对数能量处理得到对应的Mel频率倒谱系数；
C4、将Mel频谱通过离散余弦变换到时域得到MFCC。
本发明的有益效果为：本发明提供的便于婴幼儿护理的云自动监控系统及方法，提供了视频直播分析，通过捕获和发送视频流媒体，对有意义的数据进行分析，在云服务器上进行数据分析与存储；能够高精度的检测婴幼儿哭声，有效检测其睡眠状况，同时保证了用户数据的安全。减少了父母照顾婴幼儿的时间和精力。
附图说明
图1为本发明提供的便于婴幼儿护理的云自动摄像监控系统结构图；
图2为本发明提供的便于婴幼儿护理的云自动摄像监控方法流程图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，一种便于婴幼儿护理的云自动摄像监控系统，包括云服务器、无线摄像头和无线终端；
无线摄像头和无线终端均与云服务器连接；
无线摄像头安装于婴幼儿所处的环境中，用于监测婴幼儿的状态数据并上传至云服务器；
云服务器用于处理无线摄像头上传的状态数据，对其进行处理后发送至无线终端；
无线终端用于查看云服务器处理后的状态数据，并根据其进行婴幼儿护理。
其中，无线摄像头包括信息处理器及均与信息处理器连接的麦克风、相机传感器和电源模块；信息处理器内的操作系统为Linux嵌入式操作系统OpenWrt，信息处理器内还包括流媒体处理应用软件ffmpeg。无线摄像头进行流媒体数据获取，采用RTMP协议发送ffmpeg流媒体数据到云服务器进行处理；流媒体处理应用软件ffmpeg对采集的信号数据进行处理、封装和发送，实现流媒体直播与分析处理，包括云服务器视频和音频子流端口。其中的信息处理器的型号为MT7688；相机传感器为CCD元件或CMOS元件，能将各种光信号转换成电信号。
其中，云服务器为Linux服务器，云服务器分别对接收到的视频数据和音频数据进行分析，并显示分析结果；云服务器是以(Linux+Nginx+HBase+Java)框架在EC2(弹性计算云)的AWS(Amazon Web Services)建立的云平台。
云服务器包括顺次连接的信号接收端、信号处理端和信号显示端；信号接收端为RTMP端口，RTMP端口与流媒体处理应用软件ffmpeg连接；信号处理端包括视频处理单元和音频处理单元，视频处理单元和音频处理单元均与RTMP端口连接，其中视频处理单元包括顺次连接的训练好的人体特征分类器、Lucas Kanade光流跟踪器和图像分析器，音频处理单元包括顺次连接的音频MFCC提取器和训练好的哭声判别SVM子单元；信号显示端为云服务器中的WordPress Webset显示接口，WordPress Webset显示接口用于为无线终端提供登录云服务器的登录接口。
其中，无线终端为可登陆云服务器WordPress Webset显示接口的智能设备；无线终端包括智能手机、平板和计算机。
如图2所示，本发明还提供了一种便于婴幼儿护理的云自动摄像监控方法，包括以下步骤：
S1、将无线摄像头安装至婴幼儿所处的环境中，并为其供电使之工作；
S2、通过无线摄像头实时监测婴幼儿的状态数据，并将其上传至云服务器；
S3、通过云服务器对上传的状态数据进行处理，检测并分析婴幼儿状态，并将分析结果存储在云服务器的信号显示端；
S4、通过无线终端登陆云服务器的信号显示端，查看婴幼儿状态，进而对婴幼儿进行护理。
上述步骤S3中婴幼儿状态包括啼哭状态和睡眠状态；
为了检测特定的声音，首先要提取声音的唯一性质，该性质即为能表示声道形状唯一性的Mel频率倒谱系数，因此检测并分析啼哭状态的方法具体为：
A1、通过信号接收端将上传的婴幼儿状态数据中的音频数据发送至音频处理单元；
上述步骤A1中通过音频MFCC提取器滤除音频数据中的噪声的方法具体为：
A2、提取音频数据中的MFCC，并将其中的Mel频率倒谱系数发送至训练好的哭声判别SVM子单元，根据哭声判别SVM子单元的输出确定婴幼儿是否处于啼哭状态，实现啼哭状态的检测与分析；
其中，步骤A2中提取音频数据中的MFCC的方法具体为：
C1、对音频数据进行分帧加窗处理，将其分为若干个语音帧；
C2、采用快速傅里叶变换将语音帧从时域转换到频域，得到对应的频谱；
C3、将频谱通过Mel滤波器得到Mel频谱，并对其进行对数能量处理得到对应的Mel频率倒谱系数；
C4、将Mel频谱通过离散余弦变换到时域得到MFCC。
婴幼儿啼哭检测的方法是对输入的音频数据进行分类，将支持向量机的(SVM)模块作为分类器，在训练分类器时选用超过300个婴幼儿啼哭的样本和其他带有预设表的噪音来训练这个分类器；
提取Mel频率倒谱系数的过程为：(1)、预加重；(2)、帧封锁；(3)、通过汉明窗；(4)、预加重辅助补充输入信号高频部分的衰减；在该过程中汉明窗在不连续性窗边加衰减；DFT离散傅立叶变换将输入信号转换为高频信号和低频信号；Mel滤波器组处理。人耳的功能就像滤波器，它在低频部分配置更多的滤波器，而在高频区域较少，它是非均匀间隔的，公共输入频率f被转换为Mel频率，其中人对音高具有线性感知，离散余弦变换倒谱系数通过数列做logarithmetics变换和离散余弦变换，它描述了频谱包络谱低频部分。
作为进一步分析婴幼儿运动的初始步骤，以人体的相关关节点作为目标点来进行定位和跟踪，利用类Haar特征和AdaBoost方法算法来捕捉这些目标点；
因此，检测并分析睡眠状态的方法具体为：
B1、通过信号接收端将上传的婴幼儿状态数据中的视频数据发送至视频处理单元；
B2、将视频数据输入到训练好的人体特征分类器中，对婴幼儿的身体特征进行识别；
B3、在识别的身体特征中设定目标点，并通过Lucas Kanade光流跟踪器跟踪连续帧图像中设定的同一目标点；
B4、通过图像分析器确定Lucas Kanade光流跟踪器跟踪的目标点的位置变化，根据目标点的位置变化确定婴幼儿是否处于睡眠状态，实现睡眠状态的检测与分析。
本发明的有益效果为：本发明提供的便于婴幼儿护理的云自动监控系统及方法，提供了视频直播分析，通过捕获和发送视频流媒体，对有意义的数据进行分析，在云服务器上进行数据分析与存储；能够高精度的检测婴幼儿哭声，有效检测其睡眠状况，同时保证了用户数据的安全。减少了父母照顾婴幼儿的时间和精力。

Claims (9)

1.一种便于婴幼儿护理的云自动摄像监控系统，其特征在于，包括云服务器、无线摄像头和无线终端；
所述无线摄像头和无线终端均与云服务器连接；
所述无线摄像头安装于婴幼儿所处的环境中，用于监测婴幼儿的状态数据并上传至云服务器；
所述云服务器用于处理无线摄像头上传的状态数据，对其进行处理后发送至无线终端；
所述无线终端用于查看云服务器处理后的状态数据，并根据其进行婴幼儿护理。
2.根据权利要求1所述的便于婴幼儿护理的云自动摄像监控系统，其特征在于，所述无线摄像头包括信息处理器及均与信息处理器连接的麦克风、相机传感器和电源模块；
所述信息处理器内的操作系统为Linux嵌入式操作系统OpenWrt，所述信息处理器内还包括流媒体处理应用软件ffmpeg。
3.根据权利要求1所述的便于婴幼儿护理的云自动摄像监控系统，其特征在于，所述云服务器为Linux服务器；
所述云服务器包括顺次连接的信号接收端、信号处理端和信号显示端；
所述信号接收端为RTMP端口，所述RTMP端口与流媒体处理应用软件ffmpeg连接；
所述信号处理端包括视频处理单元和音频处理单元，所述视频处理单元和音频处理单元均与RTMP端口连接；
所述信号显示端为云服务器中的WordPress Webset显示接口。
4.根据权利要求2所述的便于婴幼儿护理的云自动监控摄像系统，其特征在于，所述信息处理器的型号为MT7688；
所述相机传感器为CCD元件或CMOS元件。
5.根据权利要求3所述的便于婴幼儿护理的云自动摄像监控系统，其特征在于，所述视频处理单元包括顺次连接的训练好的人体特征分类器、Lucas Kanade光流跟踪器和图像分析器；
所述音频处理单元包括顺次连接的音频MFCC提取器和训练好的哭声判别SVM子单元。
6.根据权利要求3所述的便于婴幼儿护理的云自动摄像监控系统，其特征在于，所述无线终端为可登陆云服务器WordPress Webset显示接口的智能设备；
所述无线终端包括智能手机、平板和计算机。
7.一种便于婴幼儿护理的云自动摄像监控方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将无线摄像头安装至婴幼儿所处的环境中，并为其供电使之工作；
S2、通过无线摄像头实时监测婴幼儿的状态数据，并将其上传至云服务器；
S3、通过云服务器对上传的状态数据进行处理，检测并分析婴幼儿状态，并将分析结果存储在云服务器的信号显示端；
S4、通过无线终端登陆云服务器的信号显示端，查看婴幼儿状态，进而对婴幼儿进行护理。
8.根据权利要求7所述的便于婴幼儿护理的云自动摄像监控方法，其特征在于，所述步骤S3中婴幼儿状态包括啼哭状态和睡眠状态；
检测并分析所述啼哭状态的方法具体为：
A1、通过信号接收端将上传的婴幼儿状态数据中的音频数据发送至音频处理单元；
A2、提取音频数据中的MFCC，并将其中的Mel频率倒谱系数发送至训练好的哭声判别SVM子单元，根据哭声判别SVM子单元的输出确定婴幼儿是否处于啼哭状态，实现啼哭状态的检测与分析；
检测并分析所述睡眠状态的方法具体为：
B1、通过信号接收端将上传的婴幼儿状态数据中的视频数据发送至视频处理单元；
B2、将视频数据输入到训练好的人体特征分类器中，对婴幼儿的身体特征进行识别；
B3、在识别的身体特征中设定目标点，并通过Lucas Kanade光流跟踪器跟踪连续帧图像中设定的同一目标点；
B4、通过图像分析器确定Lucas Kanade光流跟踪器跟踪的目标点的位置变化，根据目标点的位置变化确定婴幼儿是否处于睡眠状态，实现睡眠状态的检测与分析。
9.根据权利要求8所述的便于婴幼儿护理的云自动摄像监控方法，其特征在于，所述步骤A2中提取音频数据中的MFCC的方法具体为：
C1、对音频数据进行分帧加窗处理，将其分为若干个语音帧；
C2、采用快速傅里叶变换将语音帧从时域转换到频域，得到对应的频谱；
C3、将频谱通过Mel滤波器得到Mel频谱，并对其进行对数能量处理得到对应的Mel频率倒谱系数；
C4、将Mel频谱通过离散余弦变换到时域得到MFCC。
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