辨识呼救声和异常脉搏的智能报警手环及其智能报警方法技术

本发明专利技术公开了一种辨识呼救声和异常脉搏的智能报警手环，包括主控模块、呼救声辨识模块、异常脉搏辨识模块、GPS定位模块、短信及现场音传送模块、基频设定模块和脉搏设定模块；本发明专利技术还公开了一种应用于辨识呼救声和异常脉搏的智能报警手环的智能报警方法，包含以下步骤：呼救声辨识模块区分呼救声与其他声音；异常脉搏辨识模块比较手腕脉搏次数与设定脉搏次数，判断是否出现异常脉搏；主控模块在收到呼救声和异常脉搏的报警信号后，将位置及报警文字信息送给预设手机并呼叫，电话接通后将现场声音传给对方；GPS定位模块获取位置信息。具有能自动识别呼救声和异常脉搏并自动报警、位置信息发送以及现场音传送等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及智能可穿戴设备领域，特别涉及一种辨识呼救声和异常脉搏的智能报警手环及其智能报警方法。
技术介绍
现今老人、女性、儿童等弱势人群因走丢、摔倒、被劫持、被拐卖，没被及时发现而导致人身安全事故的报道频繁出现，受到社会各界越来越多的关注。这些弱势人群在遭遇人身安全威胁时，往往由于过于紧张害怕或被束缚或不能移动而无法及时报警或通知监护人，使得他们的人身安全难以得到保障。在他们不能自行报警或通知监护人的时候，他们的亲人只能等到失踪之后才能报警立案，这样的处理方式往往会错过解救他们的黄金时间，对他们造成不可估量的伤害。通过检索中国知网、中国专利网、IEEE电子期刊数据库、Elsevier电子期刊数据库、专利数据库等国内外电子文献数据库，并未发现有关具有呼救声辨识和异常脉搏辨识功能的智能报警手环的研究报道。通过在京东网、淘宝网等网络市场上进行搜索，发现目前市面上出售的各种所谓的智能手表、智能手环仅具有GPS定位及一键紧急呼叫功能：也就是在出现危险情况时，佩戴者通过长时间按下紧急求助键，手环就可以呼叫预设的电话号码进行求助。然而，在危急时刻，老人、女性和儿童等弱势人群往往会不知所措或忘记或来不及按下求助键，就已经被人劫走或束缚或出现其他安全事故。因此，当紧急情况出现时能自动报警，而不是通过长时按键报警的智能报警手环就更能满足弱势人群的需求。人们在遭遇危险时都会本能地大声发出呼救声、脉搏会加快，而且情况越紧急呼救声越大、脉搏越快。因此，可以将手环佩戴者持续发出的呼救声和异常脉搏作为自动报警的触发信号。人们在遭遇危险时，发出的呼救声的能量和基频都非常高，一般分别远大于正常语音和其他周围环境音的能量值和基频值。采用呼救声和异常脉搏两种方式触发报警的优势在于：当手环佩戴者被捂住嘴巴不能大声呼救时可以利用其异常的脉搏触发报警；另外，手环佩戴者遭遇危险而体力不支或昏厥时，脉搏会变慢(异常脉搏)，当脉搏低于正常值的若干倍(例如0.6倍)时，也会自动报警。
技术实现思路
本专利技术的首要目的在于克服现有智能报警手环不能自动报警的缺点与不足，提供一种辨识呼救声和异常脉搏的智能报警手环，该手环能够实时监控佩戴者是否呼救、脉搏是否异常。本专利技术的另一目的在于克服现有智能报警手环不能自动报警的缺点与不足，提供一种应用于所述辨识呼救声和异常脉搏的智能报警手环的智能报警方法，该智能报警方法能在佩戴者发出呼救声和出现异常脉搏时将其所在位置及报警文字信息发送给预设手机号码，同时将现场声音传送给电话接听者，从而实现自动报警。本专利技术的首要目的通过以下的技术方案实现：一种能辨识呼救声和异常脉搏的智能报警手环，包括主控模块、呼救声辨识模块、异常脉搏辨识模块、GPS定位模块、短信及现场音传送模块、基频设定模块、脉搏设定模块，其中：主控模块，收到呼救声辨识模块和异常脉搏辨识模块发过来的报警信号后，读取GPS定位模块的位置信息，将该位置和其他报警文字信息传输给短信及现场音传送模块，发送报警短信并在被呼叫电话接通后将现场声音传送给对方；呼救声辨识模块，与主控模块相连，采集周围环境声音，并从采集到的声音信号中提取能量特征和基频特征，将呼救声与其他环境声音区分开，呼救声辨识模块包括声音采集单元、特征提取单元和声音判决单元；异常脉搏辨识模块，与主控模块相连，采集手腕附近的脉搏信号，并将采集到的脉搏次数与设定的正常脉搏次数进行比较，判断是否出现异常脉搏，异常脉搏辨识模块包括脉搏采集单元和异常脉搏判决单元；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；短信及现场音传送模块，与主控模块相连，将位置及报警文字信息以短信的形式发送给预设手机号码并呼叫预设电话号码，在电话接通时将现场声音传送给接听者；基频设定模块，与主控模块相连，用于设定手环佩戴者正常说话时的语音基频均值；脉搏设定模块，与主控模块相连，用于设定手环佩戴者正常状态下的脉搏次数。所述的能辨识呼救声和异常脉搏的智能报警手环的具体工作流程是：呼救声辨识模块采集环境声音，并从采集到的声音信号中每次取5秒钟的声音信号提取能量特征和基频特征，根据能量特征和基频特征判决这5秒钟的声音信号是呼救声，还是其他声音(比如手环佩戴者或其他人的语音、其他背景音)，如果是呼救声，则向主控模块发送报警信号，否则不发送报警信号；同时，异常脉搏辨识模块采集手腕附近的脉搏信号，从采集到的脉搏信号中每次取5秒钟的脉搏信号计算得到脉搏次数，与设定的正常脉搏次数进行比较，判决这5秒钟的脉搏信号是否异常，如果是异常脉搏，则向主控模块发送报警信号，否则不发送报警信号；主控模块重复循环扫描与呼救声辨识模块和异常脉搏辨识模块相连接的端口，如果在5秒钟内同时采集到呼救声报警信号和异常脉搏报警信号或者在10秒钟内采集到两次呼救声报警信号或者在10秒钟内采集到两次异常脉搏报警信号，则控制GPS定位模块向主控模块发送位置信息，再控制短信及现场音传送模块将位置信息及报警文字信息发送给预设手机号码，呼叫预设电话号码，在被呼叫电话接通之后，将现场声音传送给对方，从而实现自动报警、位置信息发送及现场音传送等功能。本专利技术的另一目的通过以下技术方案实现：一种应用于所述辨识呼救声和异常脉搏的智能报警手环的智能报警方法，可以包含以下步骤：(1)通过声音采集单元采集周围环境声音；(2)特征提取单元首先将采集到的5秒钟声音信号切分为音频帧，帧长NL为40毫秒，帧移NS为20毫秒，假设第i帧声音信号为xi(n)，声音信号采样频率为fs，帧长NL对应的采样点个数N＝int(fs×NL)，1≤n≤N，int(·)表示取整数运算，计算各帧信号的能量，第i帧信号xi(n)的能量值为E(i)： E ( i ) = 1 N Σ n = 1 N ( x i ( n ) ) 2 , 1 ≤ i ≤ I , ]]>I表示总帧数，5秒钟声音信号被切分成250帧，即I＝250，当前5秒钟声音信号的帧能量均值为： E ‾ = 1 I Σ i = 1 I E ( i ) , ]]>当前5秒钟声音信号中的任意连续50帧信号的帧能量均值为 E ‾ 50 = 1 50 Σ i i 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种辨识呼救声和异常脉搏的智能报警手环，其特征在于，包括：主控模块、呼救声辨识模块、异常脉搏辨识模块、GPS定位模块、短信及现场音传送模块、基频设定模块和脉搏设定模块，其中：主控模块收到呼救声辨识模块和异常脉搏辨识模块发过来的报警信号后，所述主控模块用于读取GPS定位模块的位置信息，将该位置和其他报警文字信息传输给短信及现场音传送模块，发送报警短信并在被呼叫电话接通后将现场声音传送给对方；呼救声辨识模块与主控模块相连，所述呼救声辨识模块用于采集周围环境声音，并从采集到的声音信号中提取能量特征和基频特征，将呼救声与其他环境声音区分开，呼救声辨识模块包括声音采集单元、特征提取单元和声音判决单元；异常脉搏辨识模块与主控模块相连，所述异常脉搏辨识模块用于采集手腕附近的脉搏信号，并将采集到的脉搏次数与设定的正常脉搏次数进行比较，判断是否出现异常脉搏，异常脉搏辨识模块包括脉搏采集单元和异常脉搏判决单元；GPS定位模块与主控模块相连，所述GPS定位模块用于将现场位置信息发送给主控模块；短信及现场音传送模块，与主控模块相连，将位置及报警文字信息以短信的形式发送给预设手机号码并呼叫预设电话号码，在电话接通时将现场声音传送给接听者；基频设定模块与主控模块相连，所述基频设定模块用于设定手环佩戴者正常说话时的语音基频均值；脉搏设定模块与主控模块相连，所述脉搏设定模块用于设定手环佩戴者正常状态下的脉搏次数。...

【技术特征摘要】
1.一种辨识呼救声和异常脉搏的智能报警手环，其特征在于，包括：主控模块、呼救声辨识模块、异常脉搏辨识模块、GPS定位模块、短信及现场音传送模块、基频设定模块和脉搏设定模块，其中：主控模块收到呼救声辨识模块和异常脉搏辨识模块发过来的报警信号后，所述主控模块用于读取GPS定位模块的位置信息，将该位置和其他报警文字信息传输给短信及现场音传送模块，发送报警短信并在被呼叫电话接通后将现场声音传送给对方；呼救声辨识模块与主控模块相连，所述呼救声辨识模块用于采集周围环境声音，并从采集到的声音信号中提取能量特征和基频特征，将呼救声与其他环境声音区分开，呼救声辨识模块包括声音采集单元、特征提取单元和声音判决单元；异常脉搏辨识模块与主控模块相连，所述异常脉搏辨识模块用于采集手腕附近的脉搏信号，并将采集到的脉搏次数与设定的正常脉搏次数进行比较，判断是否出现异常脉搏，异常脉搏辨识模块包括脉搏采集单元和异常脉搏判决单元；GPS定位模块与主控模块相连，所述GPS定位模块用于将现场位置信息发送给主控模块；短信及现场音传送模块，与主控模块相连，将位置及报警文字信息以短信的形式发送给预设手机号码并呼叫预设电话号码，在电话接通时将现场声音传送给接听者；基频设定模块与主控模块相连，所述基频设定模块用于设定手环佩戴者正常说话时的语音基频均值；脉搏设定模块与主控模块相连，所述脉搏设定模块用于设定手环佩戴者正常状态下的脉搏次数。2.根据权利要求1所述的辨识呼救声和异常脉搏的智能报警手环，其特征在于，所述辨识呼救声和异常脉搏的智能报警手环首次被使用时，通过脉搏设定模块设置使用者正常情况下的脉搏次数，并通过基频设定模块设置使用者正常语音的基频均值，完成脉搏和基频设定之后，智能报警手环随即进入正常工作状态，上述设定只需进行一次。3.根据权利要求1所述的辨识呼救声和异常脉搏的智能报警手环，其特征在于，所述辨识呼救声和异常脉搏的智能报警手环首次被使用时，使用者在使用过程中通过按键重新对正常脉搏次数和基频均值进行设定。4.根据权利要求1所述的辨识呼救声和异常脉搏的智能报警手环，其特征在于：所述呼救声辨识模块采集环境声音，并从采集到的声音信号中每次取5秒钟的声音信号提取能量特征和基频特征，根据能量特征和基频特征判决这5秒钟的声音信号是否呼救声，如果是呼救声，则向主控模块发送报警信号，否则，不发送报警信号；同时，所述异常脉搏辨识模块采集手腕附近的脉搏信号，从采集到的脉搏信号中每次取5秒钟的脉搏信号计算得到脉搏次数，与设定的正常脉搏次数进行比较，判决这5秒钟的脉搏信号是否异常，如果是异常脉搏，则向主控模块发送报警信号，否则，不发送报警信号；所述主控模块重复循环扫描与呼救声辨识模块和异常脉搏辨识模块相连接的端口，如果在5秒钟内同时采集到呼救声报警信号和异常脉搏报警信号或者在10秒钟内采集到两次呼救声报警信号或者在10秒钟内采集到两次异常脉搏报警信号，则控制GPS定位模块向主控模块发送位置信息，再控制短信及现场音传送模块将位置信息及报警文字信息发送给预设手机号码，呼叫预设电话号码，在被呼叫电话接通之后，将现场声音传送给对方。5.一种应用于权利要求1所述的辨识呼救声和异常脉搏的智能报警手环的智能报警方法，其特征在于，包含以下步骤：(1)通过声音采集单元采集周围环境声音；(2)特征提取单元首先将采集到的5秒钟声音信号切分为音频帧，帧长NL为40毫秒，帧移NS为20毫秒，假设第i帧声音信号为xi(n)，声音信号采样频率为fs，帧长NL对应的采样点个数N＝int(fs×NL)，1≤n≤N，int(·)表示取整数运算，计算各帧信号的能量，第i帧信号xi(n)的能量值为E(i)： E ( i ) = 1 N Σ n = 1 N ( x i ( n ) ) 2 , 1 ≤ i ≤ I , ]]>其中，I表示总帧数，N表示第i帧信号的采样点个数，5秒钟声音信号被切分成250帧，即I＝250，当前5秒钟声音信号的帧能量均值为： E ‾ = 1 I Σ i = 1 I E ( i ) , ]]>其中，I表示总帧数，E(i)表示第i帧信号的能量值，当前5秒钟声音信号中的任意连续50帧信号的帧能量均值为 E ‾ 50 = 1 50 Σ i i + 50 E ( i ) , 1 ≤ i ≤ ( I - 50 ) , ]]>其中，I表示总帧数，E(i)表示第i帧信号的能量值，当前5秒钟声音信号的前一个5秒钟声音信号的帧能量均值为 E ‾ ′ = 1 I Σ i = 1 I E ′ ( i ) , ]]>其中，I表示总帧数，E'(i)表示当前5秒钟声音信号的前一个5秒钟声音信号中的第i帧信号帧能量，与E(i)的计算方法相同；(3)如果满足：且则跳转到第(4)步，否则跳转到第(1)步；(4)采用自相关方法估计当前5秒钟声音信号中的各帧信号的基频值，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-1)，f(i)和f(i+1)分别表示第i-1帧、第i帧和第i+1帧信号的基频值，f'(i)是三点中值滤波之后的基频值，median(·)表示取中值运算；(5)声音判决单元将各帧信号的基频值与基频单元设定模块设置的基频均值进行比较，将基频值大于1.5倍基频均值的信号帧标记为呼救声帧，如果当前250帧中有150帧以上为呼救声帧时，则认为检测到呼救声，并向主控模块发送报警信号，否则跳转到第(1)步。6.根据权利要求5所述的智能报警方法，其特征在于，所述(4)中的估计各帧信号基频值的自相关方法，包括以下步骤：(41)对第i帧信号xi(n)进行中心削波处理： y i ( n ) = ...

【专利技术属性】
技术研发人员：李艳雄，张雪，王琴，杨超，黄耀雄，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44