[发明专利]智能电子设备的节能计步方法及计步器

说明书

本发明公开了一种智能电子设备的节能计步方法及计步器，该计步器采用该节能计步方法，时间窗口先接收智能电子设备的三轴加速度数据，然后提取时间窗口中的三轴加速度样本数据，然后依据提取的当前时间窗口的三轴加速度样本数据，计算并使用一个步行周期的三轴加速度样本数据的平均离差作为判断行人位移动作的阈值；计算并采用相邻步行周期的最大自相关系数判断行人状态，避免将其它日常活动误判为行走动作，减少干扰动作产生的误判；在行人连续行走过程中，通过自适应策略将固定阈值变为动态阈值，动态检测行人当前状态，增强了方法自身的适应能力，避免了使用固定阈值造成的计步结果丢失现象。解决了现有的计步器能耗高、计步准确性低的问题。

技术领域

本发明属于智能电子设备计步领域，涉及一种具有加速度采集和处理功能的智能电 子设备的节能计步方法及计步器。

背景技术

现有的计步方法中最具代表性的有自相关系数计步算法、波峰检测计步算法和短时 傅里叶变换。

自相关系数计步算法是利用行人行走时的加速度信号具有循环特征，通过计算两个 相邻步行周期上整体加速度的相关性强弱判断行人是否行走，相关性越高，则准确计步的概率越大。自相关系数计步算法的具体计步流程分为行为检测和步数检测这两步，在 行为检测过程中根据当前周期的加速度标准差判断行人状态，当标准差大于固定阈值时， 则判定有动作发生，否则判断行人处于空闲状态；在步数检测过程中，通过处理相邻周 期的整体加速度数据计算自相关系数值，当自相关系数大于设定阈值时计一步，由于行 人在相邻周期上的动作会发生微弱变化，因此算法还会选定一个时间范围t1～t2，用时间 窗口找出自相关系数最大的步行周期k。

波峰检测计步算法同样基于行走过程中整体加速度循环性的特征，通过检测波形中 波峰的数量进行计步。但是由于人体细微动作和设备佩戴位置的影响，通常会形成伪波峰，因此还需要对伪波峰进行处理。波峰检测计步算法的具体执行过程如下：首先，计 算一个步行周期内的整体加速度。其次，使用时间窗口机制获取当前周期的潜在峰值， 若此峰值在设定的加速度阈值范围内，则向下执行；否则更新时间窗口数据。其次，计 算当前波峰与前一波峰的时差，若时差在设定的时间阈值范围内，则向下执行。最后， 比较当前波峰前后邻域的整体加速度值，去除伪波峰，若潜在峰值为最大值，则计一步。

短时傅里叶变换(Short Term Fourier Transform，STFT)可以用于确定时变信号局部 区域正弦波的频率与相位。由于STFT采用的滑动窗函数一经选定就固定不变，因此决定了其时频分辨率固定不变，不具备自适应能力。使用STFT方法要考虑输入的加速度 信号、采样频率、窗长、窗移、FFT长度等因素。STFT对于大部分音频信号都能够有较 好的分析效果。此算法设计基于时间窗口连续检测步态活动，采用短时傅里叶变换，将 满足在典型步行频率范围内具有显著(大于一些频谱能量阈值)的频谱能量特征视为行 走，从而实现用户位移检测。然而，由于此算法的运算过程中需要大量复杂的数学运算， 因此会导致算法产生的能耗高于上述两种算法。

自相关系数计步算法和波峰检测计步算法，通过固定阈值的方式判断行人的位移动 作，这种方式很容易忽略人在动作幅度较小时(上下楼或者转弯时)的行走步数，影响计步的准确性。自相关系数计步算法和短时傅里叶变换算法，为了提高计步的准确性， 使用计算较为复杂的算法或参数，导致计步器能耗居高不下。且现有计步算法大多是针 对特定的身体部位(手腕或脚踝等)或特定的设备(手环等)提出的，需要将设备固定 在身体某一部位，因此导致计步器过于依赖特定的加速度信号特征以提高在复杂环境中 (摆臂行走、间断行走和上下楼等)的计步准确度，这些算法对于在日常的行为活动中 检测行人步数而言适应能力不够好。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能电子设备的节能计步方法，以解决现有的计步器为 提高计步准确性而采用较为复杂的计算过程和参数造成能耗高的问题、现有计步器通过 固定阈值判断行人的位移动作而影响计步准确性的问题以及现有的对特定身体部位或特 定设备提出的计步器在日常行为活动中检测行人步数适应能力不佳的问题。