CN205334680U - 一种识别儿童哭叫声的可穿戴监护器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种识别儿童哭叫声的可穿戴监护器，包括主控模块、儿童哭叫声识别模块、GPS定位模块、短信发送模块和现场音传送模块，其中儿童哭叫声识别模块实时采集周围环境声音，将儿童的哭叫声与环境中的其他声音区分开，并把儿童哭叫信息发送给主控模块；主控模块向预设的手机号码发送包括位置信息在内的报警短信，同时拨打预设手机号码在对方接通电话号时传送现场声音。本实用新型的可穿戴监护器，具有儿童哭叫声辨识并自动触发报警、GPS定位信息发送及现场声音传送等功能，自动化程度高、使用方便。

Description

一种识别儿童哭叫声的可穿戴监护器

技术领域

本实用新型涉及音频处理领域，特别涉及一种识别儿童哭叫声的可穿戴监护器。

背景技术

目前对于双亲全职工作的家庭，儿童校外的安全监护主要依靠家中的老人或者雇佣的保姆。随着社会的发展，人力成本昂贵等问题逐渐涌现，势必增加聘请保姆监护儿童的年轻父母的负担。如果让家中的老人照看儿童，由于老人年迈，照看起来可能会有所疏忽，会出现儿童走丢或被人拐走却无人晓等现象。因此，人们迫切需要一种可穿戴的智能安全监护设备，能够帮助人们对儿童的人身安全状况进行实时监控，由此来分担照看人的一部分工作，弥补人力看管的不足之处。

目前市场上出现了一些所谓的智能安全监护器(例如智能安全报警手环)，具有一键紧急呼叫功能：即出现紧急情况时，儿童通过长时间按下紧急求助键，监护器就可以拨打预设的电话号码进行求助。然而，在紧急情况下，由于缺乏社会经验儿童往往会不知所措或忘记或来不及按下求助键，就已经被人劫走或走丢或出现其他安全事故。因此，当紧急情况出现时能自动触发报警，而不是人工长时间按键触发报警的智能可穿戴儿童安全监护器就更适合儿童这类弱势人群。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有可穿戴儿童安全监护器不能自动触发报警的缺点与不足，提供一种识别儿童哭叫声的可穿戴监护器，能够实时监控儿童是否哭叫，并在儿童哭叫时将儿童所在位置及事先编辑好的报警信息发送给预设手机号码，同时拨打预设电话号码并将现场声音传送给电话接听者。该安全监护器可以佩戴在儿童的手上(智能安全手环)或者挂在脖子上(智能安全挂环)或者戴在头上(智能安全帽子)。

本实用新型的目的通过以下的技术方案实现：

一种识别儿童哭叫声的可穿戴监护器，包括主控模块、儿童哭叫声识别模块、GPS定位模块、短信发送模块和现场音传送模块，其中

主控模块，收到儿童哭叫声识别模块发过来的儿童正在哭叫的信息后，读取GPS定位模块的位置信息，将该位置信息及预设的报警文字信息传输给短信发送模块，并控制现场音传送模块拨打预设电话号码实时传送现场声音；

GPS定位模块，与主控模块相连，将现场位置信息发送给主控模块；

短信发送模块，与主控模块相连，接收到主控模块发送的儿童正在哭叫的信息及现场位置信息后，向预设的手机号码发送报警短信；

儿童哭叫声识别模块，与主控模块相连，实时采集周围环境声音，并从采集到的声音信号中提取基频特征，将儿童哭叫声与其他环境声音区分开；

现场音传送模块，与主控模块相连，接收到主控模块发送的儿童正在哭叫的信息后，拨打预设手机号码在对方接通电话时将现场声音实时传送给对方。

所述儿童哭叫声识别模块包括声音采集模块、基频提取模块和声音判决模块，声音采集模块实时采集周围环境声音，基频提取模块从采集到的声音信号中提取基频特征，声音判决模块将儿童哭叫声与其他环境声音区分开。

一种识别儿童哭叫声的方法，包含以下顺序的步骤：

S1、儿童哭叫声识别模块实时采集环境声音，并从采集到的声音信号中提取基频特征，根据基频特征判决声音信号是否为儿童哭叫声，排除其他声音(比如儿童或其他人发出的语音、其他背景音)；

S2、如果是儿童哭叫声，则向主控模块发送触发报警信号，主控模块采集到该报警信号之后，控制GPS定位模块向主控模块传输现场位置信息，主控模块将现场位置信息及事先编辑好的报警文字信息传输给短信发送模块，控制短信发送模块向预设的手机号码发送报警短信；

S3、主控模块控制现场音传送模块拨打预设的电话号码，在被拨电话接通之后，将现场声音传送给电话接听者，通过声音实时获知儿童现场情况，从而实现哭叫声自动触发报警、位置信息发送及现场音传送等功能。

所述儿童哭叫声识别模块包括声音采集模块、基频提取模块和声音判决模块，声音采集模块实时采集周围环境声音，基频提取模块从采集到的声音信号中提取基频特征，声音判决模块将儿童哭叫声与其他环境声音区分开。

所述识别儿童哭叫声的方法，具体包含以下顺序的步骤：

(1)通过声音采集模块实时采集环境声音；

(2)基频提取模块首先将采集到的声音信号切分为音频帧，然后对各帧信号进行加汉明窗处理，最后采用自相关方法估计各帧信号的基频值，假设第i帧信号为x_i(n)，信号采样频率为f_s，帧长N_L对应的采样点个数N＝int(f_s×N_L)，其中1≤n≤N，int(·)表示取整数运算；

(3)对第i帧信号的基频值f(i)，进行三点中值滤波处理：

f'(i)＝median([f(i-1),f(i),f(i+1)])

其中f'(i)是三点中值滤波之后的基频值，median(·)表示取中值运算；

(4)声音判决模块将各帧信号的基频值与基频门限500赫兹进行比较，将基频值大于基频门限的信号帧标记为哭叫声帧，当连续150帧里有100帧以上为哭叫声帧时，则认为检测到儿童哭叫声，并向主控模块发送触发报警信号。

所述音频帧的帧长N_L为40毫秒，音频帧的帧移N_S为20毫秒。

步骤(2)中，所述采用自相关方法估计各帧信号的基频值，具体为：

A、对第i帧信号x_i(n)进行中心削波处理：

$y_i\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}{x}_i\left(n\right)-C_L,& x_i\left(n\right)>C_L\\ 0,& \left|x_i\left(n\right)\right|\&le;C_L\\ x_i\left(n\right)+C_L,& x_i\left(n\right)<-C_L\end{array}\right.$

其中，y_i(n)是中心削波后的信号，C_L是削波门限；

B、对y_i(n)进行三电平量化处理：

C、计算y_i(n)与y′_i(n)的互相关值：

$\begin{array}{cc}R\left(k\right)=\underset{n=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{y}_i\left(n\right)y_i^{\&prime;}(n+k),& k\&Element;\{\mathrm{int}\left(\frac{f_s}{1000}\right),...,\mathrm{int}\left(\frac{f_s}{50}\right)\}\end{array}$

其中，k取整数，R(0)对应于短时能量；

D、计算R(k)的最大值R_max，其中k的取值范围为：k_max表示在R(k)取得最大值R_max时所对应的k值；

E、如果R_max<0.3R(0)或者或者R(k)的均值mean(R(k))大于0.5R_max，则第i帧信号的基频值f(i)等于0，否则，

步骤A中，所述削波门限C_L取值为x_i(n)的最大幅度的0.68倍。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、通过辨识儿童哭叫声自动触发报警，自动化程度高、使用方便：本实用新型的可穿戴儿童安全监护器能24小时监控儿童是否哭叫，并在儿童哭叫时自动将报警信息发送给监护人(或110报警平台)，能有效弥补人工按键触发报警的缺点，以及人力看管存在疏忽的不足。

2、自动将儿童所在位置信息及现场声音实时传送给监护人：为实时了解儿童人身安全状况及采取有效施救措施提供了保障。

3、成本低：整套设备是可穿戴的，体积小重量轻，能代替一部分人力劳动，降低人力看管成本。

4、儿童在紧急情况下都会本能地发出哭叫声，而且情况越紧急哭叫声就越大。因此，可以将儿童(可穿戴安全监护器的佩戴者)持续发出的哭叫声作为自动报警的触发信号。儿童发出的哭叫声的基频都非常高，一般远大于正常语音和其他周围环境音的基频值。因此，通过实时采集可穿戴安全监护器周围的声音并从中提取基频特征，判断连续若干帧的基频值是否超过预设门限，从而判定是否出现了儿童哭叫声，实现自动触发报警功能。

附图说明

图1为本实用新型所述的一种识别儿童哭叫声的可穿戴监护器的系统框图。

图2为一种识别儿童哭叫声的可穿戴监护器的工作流程图。

图3为一种识别儿童哭叫声的方法流程图。

具体实施方式

如图1，一种识别儿童哭叫声的可穿戴监护器，如图1，包括主控模块、儿童哭叫声识别模块、GPS定位模块、短信发送模块和现场音传送模块，其中

主控模块，收到儿童哭叫声识别模块发过来的儿童正在哭叫的信息后，读取GPS定位模块的位置信息，将该位置信息及预设的报警文字信息传输给短信发送模块，并控制现场音传送模块拨打预设电话号码实时传送现场声音，主控模块的硬件采用基于ARM9技术的三星S3C2440处理器，加上64MB的SDRAM和256MB的NANDFlash存储器，装载嵌入式Linux系统和相关驱动程序，可以满足系统对音频处理以及各个功能程序运算量的需求；

GPS定位模块，与主控模块相连，将现场位置信息发送给主控模块，采用恒基科达的M160超小型低功耗GSM模块获取安全监护器佩戴者的位置信息，该GSM模块具有基站定位功能；

短信发送模块，与主控模块相连，接收到主控模块发送的儿童正在哭叫的信息及现场位置信息后，向预设的手机号码发送报警短信，短信发送模块采用恒基科达的M160超小型低功耗GSM模块：超微型体积，室内外都可以定位，无缝隙覆盖，超低功耗，信号接收强，接口固定标准程序操作简单易懂，稳定性高；

儿童哭叫声识别模块，与主控模块相连，实时采集周围环境声音，并从采集到的声音信号中提取基频特征，将儿童哭叫声与其他环境声音区分开，儿童哭叫声识别模块包括：声音采集模块、基频提取模块和声音判决模块；

现场音传送模块，与主控模块相连，接收到主控模块发送的儿童正在哭叫的信息后，拨打预设手机号码在对方接通电话时将现场声音实时传送给对方，现场音传送模块同样采用恒基科达的M160超小型低功耗GSM模块。

如图2，一种识别儿童哭叫声的可穿戴监护器的工作流程如下所示：

(1)可穿戴儿童安全监护器开启，系统初始化；

(2)声音采集模块采集环境声音；

(3)基频提取模块提取声音的基频特征并通过声音判决模块判断是否出现了儿童哭叫声：

若没有儿童哭叫声，返回声音采集模块继续采集声音；

若出现儿童哭叫声，则主控模块读取GPS模块的位置信息，并将位置信息及事先编辑好的报警文字信息传输给短信发送模块；

(4)短信发送模块将位置信息及报警文字信息发送给预设的手机号码；

(5)现场音传送模块拨打预设电话号码，在被拨打电话接通之后将现场声音传送给对方；

(6)完毕之后，返回声音采集模块进行再次检测。

如图3，一种识别儿童哭叫声的方法，包含以下顺序的步骤：

(1)通过声音采集模块实时采集环境声音；

(2)基频提取模块首先将采集到的声音信号切分为音频帧，帧长N_L为40毫秒，帧移N_S为20毫秒，然后对各帧信号进行加汉明窗处理，最后采用自相关方法估计各帧信号的基频值，假设第i帧信号为x_i(n)，信号采样频率为f_s，帧长N_L对应的采样点个数N＝int(f_s×N_L)，1≤n≤N，int(·)表示取整数运算；

(3)对第i帧信号的基频值f(i)，进行三点中值滤波处理：

f'(i)＝median([f(i-1),f(i),f(i+1)])

f'(i)是三点中值滤波之后的基频值，median(·)表示取中值运算；

(4)声音判决模块将各帧信号的基频值与基频门限500赫兹进行比较，将基频值大于基频门限的信号帧标记为哭叫声帧，当连续150帧里有100帧以上为哭叫声帧时，则认为检测到儿童哭叫声，并向主控模块发送触发报警信号。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种识别儿童哭叫声的可穿戴监护器，其特征在于：包括主控模块、儿童哭叫声识别模块、GPS定位模块、短信发送模块和现场音传送模块，其中

主控模块，收到儿童哭叫声识别模块发过来的儿童正在哭叫的信息后，读取GPS定位模块的位置信息，将该位置信息及预设的报警文字信息传输给短信发送模块，并控制现场音传送模块拨打预设电话号码实时传送现场声音；

GPS定位模块，与主控模块相连，将现场位置信息发送给主控模块；

短信发送模块，与主控模块相连，接收到主控模块发送的儿童正在哭叫的信息及现场位置信息后，向预设的手机号码发送报警短信；

儿童哭叫声识别模块，与主控模块相连，实时采集周围环境声音，并从采集到的声音信号中提取基频特征，将儿童哭叫声与其他环境声音区分开；

现场音传送模块，与主控模块相连，接收到主控模块发送的儿童正在哭叫的信息后，拨打预设手机号码在对方接通电话时将现场声音实时传送给对方。

2.根据权利要求1所述的识别儿童哭叫声的可穿戴监护器，其特征在于：所述儿童哭叫声识别模块包括声音采集模块、基频提取模块和声音判决模块，声音采集模块实时采集周围环境声音，基频提取模块从采集到的声音信号中提取基频特征，声音判决模块将儿童哭叫声与其他环境声音区分开。