CN110575176B - 基于两层滑动窗口阈值的动作分割方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于两层滑动窗口阈值的动作分割方法，包括：计算每个数据包中信道状态信息幅度数据的有效值，对数据包加上若干个同一宽度的主窗口，并计算主窗口内信道状态信息幅度数据有效值的方差，判断主窗口内有效值的方差是否满足动作识别条件，若满足，则进一步将主窗口划分为若干个等间距的小窗口，计算小窗口内的信道状态信息幅度数有效值的方差，并根据此方差值确定动作的起止点。本发明提供的基于两层滑动窗口阈值的动作分割方法，能够提高动作分割准确性。

Description

基于两层滑动窗口阈值的动作分割方法

技术领域

本发明涉及室内人员的身体姿态判断技术领域，特别涉及一种基于两层滑动窗口阈值的动作分割方法。

背景技术

动作分割的关键点在于准确找出动作的起始点。目前，基于信道状态信息的人员动作分割方法主要包括阈值法，滑动窗口法。

X.Wu等人于2019年在IEEE Transactions onVehicular Technology上发表的论文“TW-See:Human Activity Recognition Through theWall With Commodity Wi-FiDevices”中提出归一化方差滑动窗口算法，首先计算窗口内数据的方差值，再将方差值归一化，与阈值做比较实现动作起止点的判断。但是该方法只利用了一层的窗口，且窗口的宽度较大，不能实现精准的动作起止点识别。

H.Wang等人于2017年在IEEE Transactions on Mobile Computing上发表论文“RT-Fall:A Real-Time and Contactless FallDetection System with Commodity WiFiDevices”中提出了两步判断摔倒动作的起止点。第一步先确定摔倒动作的终点，利用滑动窗口阈值法来识别原始相位差数据和经过带通滤波后的相位差数据从波动到静止的状态变化，当两组数据都从波动到静止状态，且两个状态变化时间点非常接近，则第二个状态变化时刻点为摔倒动作的结束点。第二步将摔倒动作终点的前两秒作为起点。这种方法可以较为准确地识别出摔倒动作的终点，但是对于不同的人员，摔倒动作起点的识别就不会十分精准。

Y.Xu等人于2017年在Proceedings of the ACM on Interactive,Mobile,Wearable and Ubiquitous Technologies上发表论文“WiStep:Device-free StepCounting with WiFi Signals”中提出利用出成分分析算法来计算实现动作分割，但是这种方法容易受到周围环境的影响，会使得判别结果不准确。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种基于两层滑动窗口阈值的动作分割方法，以提高动作分割准确率。

本发明提供一种基于两层滑动窗口阈值的动作分割方法，包括：S1、计算每个数据包中信道状态信息幅度数据的有效值；S2、将所有信道状态信息幅度数据有效值加上若干个同一宽度的主窗口，并计算当前主窗口内信道状态信息幅度数有效值的方差；S3、判断主窗口内有效值的方差是否满足动作识别条件，若满足，则进一步将主窗口划分为若干个等间距的小窗口，计算小窗口内的信道状态信息幅度数有效值的方差，并根据此方差值确定动作的起止点。

进一步地，所述步骤S3可以包括：动作识别条件是指先确定寻找的是动作的起点还是终点，以及这两种情况下主窗口内的方差需要满足的条件，确定条件满足，划分小窗口并利用小窗口内的信道状态信息幅度数有效值的方差确定动作起止点，具体而言包括：

首先，判断第j个动作起点是否找到，若没有找到，且宽度为W₁主窗口内信道状态信息幅度数有效值CSI_eff的方差σ_pri大于阈值θ_{r_s}，则表明当前的主窗口内有动作的起点；若第j个动作起点已找到，且σ_pri小于阈值θ_{r_e}，则表明当前的主窗口内有动作的终点；

然后，将符合阈值条件的CSI_eff方差所对应的主窗口再划分成宽度为W₂小窗口，并计算小窗口中的CSI_eff方差；

接着，若当前主窗口内有动作的起点，找出第一个大于阈值θ_{sub_s}的小窗口方差，记为σ_sub(sub_s)，其中sub_s为此时小窗口的序号，且主窗口的序号为p_s，则有第j个动作的起点s(j)＝(p_s-1)W₁+(sub_s-1)W₂；若当前主窗口内有动作的终点，找出第一个小于阈值θ_{sub_e}的小窗口方差，记为σ_sub(sub_e)，其中sub_e为此时小窗口的序号，且主窗口的序号为p_e，则有第j个动作的终点e(j)＝(p_e-1)W₁+(sub_e-1)W₂。

附图说明

图1是基于两层滑动窗口阈值的动作分割方法；

具体实施方式

本发明所述的基于无线信道状态信息的坐姿时长检测方法，具体实施方式包含以下几个步骤：

(1)计算每个数据包中信道状态信息幅度数据的有效值CSI_eff，计算公式如下所示：

其中，|H(f_k)|表示第k个子载波的信道状态信息幅度值，f_k表示第k个子载波的频率，f_c表示整个频段的中心频率,K表示子载波的数量，本发明中共采用30个子载波，因此K取30。

(2)将所有的CSI_eff加上若干个宽度为W₁的主窗口，并计算当前主窗口内的CSI_eff方差σ_pri(p_s),σ_pri(p_e)，主要过程包括：

1)将步骤(1)中得到的信道状态信息幅度数据的有效值CSI_eff加上若干个主窗口，主窗口宽度为W₁，本发明中W₁取50。

2)计算每个主窗口中CSI_eff的方差，若当前需要寻找动作的起点，该方差表示为σ_pri(p_s)，若当前需要寻找动作的终点，该方差表示为σ_pri(p_e)。

(3)判断第j个动作起点是否找到，方差σ_pri(p_s),σ_pri(p_e)是否满足阈值条件，若满足阈值条件，则将当前的主窗口进一步划分成宽度为W₂的小窗口，并计算每个小窗口内CSI_eff的方差，根据小窗口的方差值确定准确的动作起始时刻，主要过程包括：

1)判断第j个动作起点是否找到，若没有找到，则表明需要寻找动作的起点，若此时主窗口内的CSI_eff方差σ_pri(p_s)大于阈值θ_{r_s}，则表明当前的主窗口内有动作的起点；若第j个动作起点已找到，则表明需要寻找动作的终点，若此时σ_pri(p_e)小于阈值θ_{r_e}，则表明当前的主窗口内有动作的终点；

2)将符合阈值条件的CSI_eff方差所对应的主窗口再划分成宽度为W₂小窗口，并计算小窗口中的CSI_eff方差，本发明中W₂取10；

3)若当前主窗口内有动作的起点，找出第一个大于阈值θ_{sub_s}的小窗口方差，记为σ_sub(sub_s)，其中sub_s为此时小窗口的序号，且主窗口的序号为p_s，则有第j个动作的起点s(j)＝(p_s-1)W₁+(sub_s-1)W₂；若当前主窗口内有动作的终点，找出第一个小于阈值θ_{sub_e}的小窗口方差，记为σ_sub(sub_e)，其中sub_e为此时小窗口的序号，且主窗口的序号为p_e，则有第j个动作的终点e(j)＝(p_e-1)W₁+(sub_e-1)W₂，即对于动作的起止点有：

Claims (1)

1.一种基于两层滑动窗口阈值的动作分割方法，其特征在于，包括：

S1、计算每个数据包中信道状态信息幅度数据的有效值；

S2、将所有信道状态信息幅度数据有效值加上若干个同一宽度的主窗口，并计算主窗口内信道状态信息幅度数有效值的方差；

S3、判断主窗口内有效值的方差是否满足动作识别条件，若满足，则进一步将主窗口划分为若干个等间距的小窗口，计算小窗口内的信道状态信息幅度数有效值的方差，并根据此方差值确定动作的起止点，步骤S3进一步包括：动作识别条件是指先确定寻找的是动作的起点还是终点，以及这两种情况下主窗口内的方差需要满足的条件，确定条件满足，划分小窗口并利用小窗口内的信道状态信息幅度数有效值的方差确定动作起止点，具体而言包括：

首先，判断第j个动作起点是否找到，若没有找到，且宽度为W₁主窗口内信道状态信息幅度数有效值CSI_eff的方差σ_pri大于阈值θ_{r_s}，则表明当前的主窗口内有动作的起点；若第j个动作起点已找到，且σ_pri小于阈值θ_{r_e}，则表明当前的主窗口内有动作的终点；

然后，将符合阈值条件的CSI_eff方差所对应的主窗口再划分成宽度为W₂小窗口，并计算小窗口中的CSI_eff方差；

接着，若当前主窗口内有动作的起点，找出第一个大于阈值θ_{sub_s}的小窗口方差，记为σ_sub(sub_s)，其中sub_s为此时小窗口的序号，且主窗口的序号为p_s，则有第j个动作的起点s(j)＝(p_s-1)W₁+(sub_s-1)W₂；若当前主窗口内有动作的终点，找出第一个小于阈值θ_{sub_e}的小窗口方差，记为σ_sub(sub_e)，其中sub_e为此时小窗口的序号，且主窗口的序号为p_e，则有第j个动作的终点e(j)＝(p_e-1)W₁+(sub_e-1)W₂。