一种基于互相关系数法的音频跳绳计数方法技术

本发明专利技术公开了一种基于互相关系数法的音频跳绳计数方法，属于智能健身运动技术领域，包括：1)获取跳绳动作的视频数据，从视频数据中提取出音频数据；2)提取音频的采样频率，绘制以时间为横坐标的音频波形图；3)选定样本声音，采用互相关系数法计算跳绳次数；4)输出并显示计数结果。可利用高清摄录设备(如：智能手机等)，从一定的角度、合适的距离，对包括跳绳人在内的整个跳绳过程进行录制。获得相对稳定的视频图像后，对其中的音频信息进行分析处理。该方法通过识别绳子接触地面的声音来达到判断跳绳的次数，不仅准确，而且视频可以回塑，具有很好的应用价值。

An Audio Skipping Counting Method Based on Cross-correlation Coefficient Method

【技术实现步骤摘要】
一种基于互相关系数法的音频跳绳计数方法
本专利技术涉及智能健身运动设备
，具体地说，涉及一种基于互相关系数法的音频跳绳计数方法。
技术介绍
跳绳作为一项老少皆宜的有氧运动，能够使全身的各个关节得到很好的锻炼，同时也作为中小学生体育考试的必考科目。目前，虽然已有能自动计数的跳绳，但由于短时间内计数次数可能不止一次，加之无法正确判断绳子的转向，导致跳绳过程中的无效成绩无法自动排除。公布号为CN106512285A的中国专利文献公开了一种跳绳和跳绳计数方法，该跳绳包括第一手柄、第二手柄和绳子，第一手柄包括手持部、转动机构、速度感应器、处理器、红外发射器和红外接收器，手持部内设置有用于支撑红外接收器的支撑部，红外发射器朝红外接收器发射红外线束。其中，速度感应器用于检测转动机构的转速，处理器根据转动机构的转速数据判断转动机构是否旋转一周，若旋转一周，则继续判断转动机构在转动过程中不断切割红外线束的方向与预设方向是否一致，若方向一致，则所述转速数据有效，若方向相反，则所述转速数据无效。本专利技术虽然能够实现跳绳过程的精确计数，但往往存在计数不够准确，不能反向计数，使用时间不能长久等问题。公布号为CN109758716A的中国专利文献公开的一种基于声音信息的跳绳计数方法，利用绳子与地面接触产生的声音滤波后的脉冲极值点来计算跳绳次数，存在受到鞋子与地面接触的声音干扰而引起误计数的情况。
技术实现思路
本专利技术的目的为提供一种基于声音信息的跳绳计数方法，，该方法通过对人在跳绳计数过程中运用听觉感观的机理分析，对音频信息采用互相关系数法进行分析判断，来实现对跳绳进行自动精确计数。为了实现上述目的，本专利技术提供的基于互相关系数法的音频跳绳计数方法包括以下步骤：1)获取跳绳动作的视频数据，从视频数据中提取出音频数据；2)提取音频的采样频率，绘制以时间为横坐标的音频波形图；3)选定样本声音，采用互相关系数法计算跳绳次数；4)输出并显示计数结果。上述技术方案中，可利用高清摄录设备(如：智能手机等)，从一定的角度、合适的距离，对包括跳绳人在内的整个跳绳过程进行录制。获得相对稳定的视频图像后，对其中的音频信息进行分析处理。该方法通过识别绳子接触地面的声音来达到判断跳绳的次数，不仅准确，而且视频可以回塑，具有很好的应用价值。作为优选，步骤2)中，提取音频的采样频率，绘制以时间为横坐标的音频波形图的步骤为：提取跳绳视频的音频信息作为被测音频，得到其时域波形图。作为优选，步骤3)中，选定样本声音，采用互相关系数法计算跳绳次数的步骤为：3-1)以跳绳与地面某单次碰击的音频片段作为样本音频x，以跳绳视频中的音频序列作为被测音频y，计算样本音频x与被测音频y的互相关系数，互相关函数的计算方法说明如下：其中N为x，y中较长的信号序列的长度，星号表示复共轭。m表示平移的采样点个数；表示序列x保持不动，将序列y左移m个抽样点后，两个序列逐点对应相乘的结果；表示序列y保持不动，将序列x左移m个抽样点后，两个序列逐点对应相乘的结果。互相关函数是用于表征两个信号x，y在任意两个不同时刻的取值之间的相关程度，它是两个信号x，y在频域内是否相关的一个重要判断标准。互相关系数是对两个信号x，y作互相关运算后的结果进行归一化得到的。互相关系数越大，表明两个信号的相关程度越高。3-2)样本音频的选定；在样本音频的选取上，以跳绳与地面单次碰击的声音片段作为样本音频，而不包含人落地的声音，可以使在互相关系数方法中，与落地声音所对应的互相关系数的值很小，从而将不同的跳绳者落地时产生的声音不同对最后跳绳计数的影响排除掉；考虑到跳绳过程中的各种随机声音的干扰，在选定样本音频时，随机取n次跳绳与地面单次碰击的声音片段进行加权平均，可取n＝3。3-3)绘制出“互相关系数”图，设置合适的互相关系数阈值(阈值可设为0.1)，统计互相关系数超过设置阈值的次数n，则n即为跳绳个数。作为优选，设置两次跳绳计数间的最小数据个数间隔。根据经验，单人1分钟跳绳的记录为300个，即每个跳绳周期大于0.2s，而音频的采样频率为Fs＝44100，即两次跳绳计数之间应至少间隔0.2*44100＝8820个数据。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术基于互相关系数法的音频跳绳计数方法不需要采用人工即可实现自动精确计数，不仅可以即时计数，也可以进行录像回放，尤其随着移动摄录设备的广泛采用，该方法将具有更强的实用性。附图说明图1为本专利技术实施例的音频跳绳计数方法的流程图；图2为本专利技术实施例中以时间为横坐标的音频波形图；图3为本专利技术实施例中样本音频的时域波形图；图4为本专利技术实施例中样本音频与被测音频的互相关系数图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合实施例及其附图对本专利技术作进一步说明。实施例参见图1至图4，本实施例的基于互相关系数法的音频跳绳计数方法包括以下步骤：步骤S1，通过录像设备获取跳绳动作的原始视频数据，并将原始视频数据输入，开始计时。步骤S2，从视频数据中提取出声音数据，提取音频的采样频率，绘制以时间为横坐标的音频波形图。得到其时域波形图如图2所示。步骤S3，选定样本声音，采用互相关系数法计算跳绳次数。首先以3次跳绳与地面某单次碰击的音频片段加权平均后作为样本音频x，其时域波形如图3所示，以跳绳视频中的音频序列作为被测音频y，计算样本音频x与被测音频y的互相关系数。然后绘制出“互相关系数”图，如图4所示，设置合适的互相关系数阈值(本例阈值设为0.1)，统计互相关系数超过设置阈值的次数n，则n即为跳绳个数。步骤S4，判断是否为有效跳绳。根据经验，单人1分钟跳绳的记录为300个，即每个跳绳周期大于0.2s，而音频的采样频率为Fs＝44100，即两次跳绳计数之间应至少间隔0.2*44100＝8820个数据，才为有效跳绳。步骤S5，如果是有效的跳绳次数，则计数加1，不是有效跳绳则不计数。步骤S6，判断是否超过计数时间，若是，则结束计数，否则将下一个参考图像重复步骤S2至步骤S12。步骤S7，将计数结果输出并显示。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于互相关系数法的音频跳绳计数方法，其特征在于，包括以下步骤：1)获取跳绳动作的视频数据，从视频数据中提取出音频数据；2)提取音频的采样频率，绘制以时间为横坐标的音频波形图；3)选定样本声音，采用互相关系数法计算跳绳次数；4)输出并显示计数结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于互相关系数法的音频跳绳计数方法，其特征在于，包括以下步骤：1)获取跳绳动作的视频数据，从视频数据中提取出音频数据；2)提取音频的采样频率，绘制以时间为横坐标的音频波形图；3)选定样本声音，采用互相关系数法计算跳绳次数；4)输出并显示计数结果。2.根据权利要求1所述的音频跳绳计数方法，其特征在于，步骤3)中，选定样本声音，采用互相关系数法计算跳绳次数的步骤为：3-1)以跳绳与地面某单次碰击的音频片段作为样本音频x，以跳绳视频中的音频序列作为被测音频y，计算样本音频x与被测音频y的互相关系数；3-2)以跳绳与地面单次碰击的声音片段作为样本音频；随机取n次跳绳与地面单次碰击的声音片段进行加权平均；3-3)绘制出“互相关系数”图，设置互相关系数阈值...

【专利技术属性】
技术研发人员：林峰，贺宇泽，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33