[发明专利]一种基于声信号的跳绳计数方法及计数器

说明书

本发明提出一种基于声信号的跳绳计数方法及计数器，首先采集跳绳过程中的声信号，并对声信号进行去噪处理；然后寻找去噪后的声信号中的最大峰值f_max；在去噪后的声信号中，寻找幅度在[k*f_max，f_max]内的所有峰值，用于过滤声信号中的跳绳划过空中与空气摩擦的声音以及跳绳打地面的声音；设定最小时间间隔T_min‑dan，利用最小时间间隔剔除峰值内的无效峰值：最后计数找到的所有有效峰值的个数，即为此次跳绳的计数结果N。本发明抗干扰能力强，适用于多种场合，具有较高计数的准确性。同时，该发明体积小、便于用户随身携带，适合于各类跳绳比赛。

技术领域

本发明涉及声学、信号处理、智能健身运动技术领域，具体为一种基于声信号的跳绳计数方法及计数器。

背景技术

当前比赛用跳绳计数器普遍为光电计数器和齿轮计数器。现有计数器虽然性能方面已经相对稳定，然而在实际使用中，仍存在着一些问题。

光电计数的过程实际上是获取脉冲源的过程。首先，遮挡物遮挡光电传感器，产生一个下降沿，遮挡物移开后，产生一个上升沿，使计数器得到一个脉冲进行计数。光电跳绳计数器体积相对比较庞大，在使用过程中，需要在参赛者两侧分别摆放发射和接收装置，因而这种计数装置在实际使用中占地面积相对较大。除此以外，由于发射和接收装置分别位于跳绳参赛者两侧，然而在跳绳过程中，跳绳参赛者的位置难免会有一定变化，若跳绳参赛者本身恰好位于发射和接收装置的中间位置，就可能使计数器在较长一段时间内不再进行计数，在计数过程中就会产生较大的误差；若跳绳参赛者的角度产生变化，即跳绳参赛者不再面向其正前方而转向两侧，则可能在跳过一次的过程中，跳绳对光脉冲产生两次遮挡，进而导致计数过程中产生多计数的情况，除此以外还可能有其它情况导致计数的不准确，如跳绳参赛者在跳绳过程中中断跳绳，在调整自己的位置的过程中，跳绳的摆动可能会引起计数器所计数目的变化。以上情况对于光电跳绳计数装置而言较难避免。

齿轮跳绳计数器则通过齿轮传动原理进行计数。齿轮式跳绳计数器由绳结柱、外轮、初级轮、数字轮和转轴构成。外轮与初级轮紧密安装在转轴之上，初级轮会跟随外轮同步转动；数字轮的孔径稍大于转轴直径，可以在转轴上自由转动。随着跳绳参赛者的跳动，跳绳的绳结柱每转动一周，便会带动外轮转动一周，此时初级轮跟随外轮同步转动。初级轮每转动一周，便会带动一级方轴齿轮转动90°，进而带动个位数轮转动36°，由此使得个位数字得以进行转动。采用相同的原理，个位数轮的转动会带动十位数轮进行转动，进而带动百位数轮转动。这种机械计数装置结构简单，成本低廉，便于大规模生产，然而在实际使用过程中稳定性相对较差。经常会出现齿轮咬合不紧密导致的不计数等现象，同时由于其结构过于简单，亦经常出现计数器无法归零的情况。

对于利用声信号的跳绳计数器而言，则不会产生以上现象。跳绳过程中，基于声信号的计数器对于参赛者进行计数仅需要一个麦克风，以及其相应的后处理装置，因而体积相比光电计数装置要小得多，相对于光电计数装置，有着更强的便携性。同时，在跳绳过程中，跳绳参赛者跳过一次，双脚或者单脚会着地一次，我们仅需要对这个声音进行分辨并计数，即可得到正确的跳绳数，不会发生多计数或少计数的现象。

目前已经有基于声音信息的发明专利——“一种基于声音信息的跳绳计数方法”，以下简称“已有专利”。但是我们分析了它所提出的方法，并通过实际验证，发现存在四个问题：一、设置上下幅值的阈值对音频波形图进行去噪，对阈值没有详细定义；二、实际跳绳过程中所采集到的声音信号有四类，跳绳者脚踩踏地面的声音、绳子划过空中与空气摩擦的声音、跳绳打地面的声音和背景随机噪声，这四类声信号都有脉冲，而且每类声信号存在无效脉冲，已有专利没有对相似无效脉冲进行剔除，导致在实际使用时，难以分辨采集到的声音信号；三、判断失败次数时利用所有脉冲计算得到的平均时间间隔将失败那次的时间也考虑进去了，增大了有效峰值的实际时间间隔；四、实际跳绳比赛中，个人项目往往是多人同时比赛，已有专利未考虑多人跳绳时，其他跳绳者对正在计数跳绳者的影响。

发明内容