[發(fā)明專利]便攜式口腔運動狀態(tài)檢測儀

在審

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• 申請日: 2016-10-27
• 公開（公告）號: CN106580333A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設計）人: 魏建國;黨建武;何宇清;趙校霆;陳栓
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: A61B5/11
• 分類號: A61B5/11;A61B7/00
• 代理公司: 貴陽派騰陽光知識產權代理事務所(普通合伙)52110
• 代理人: 管寶偉

技術領域

本發(fā)明涉及一種頭戴式口腔運動檢測儀，其特點在于輕巧便攜，可以在嘈雜的環(huán)境中提供清晰的音頻接收，并在服務器端通過HTK工具包完成骨導音識別。

背景技術

現(xiàn)有的移動健康監(jiān)測并不包括口腔運動狀態(tài)的監(jiān)測，鑒于口腔運動狀態(tài)的隱蔽性，一般常見的麥克風為空氣傳導式，利用空氣為傳導介質，將說話者的聲音傳至麥克風，因此不僅收錄說話者的聲音，來自周圍環(huán)境的背景聲音同時也皆會清楚地被收錄。常用方式在傳感器節(jié)點端計算MFCC參數(shù)值會增加節(jié)點端的負載，電池無法支持長時間錄制。

發(fā)明內容

針對上述現(xiàn)有技術，本發(fā)明提供一種輕質量便攜式口腔運動狀態(tài)檢測儀，可以在相對嘈雜的環(huán)境下實現(xiàn)清晰的音頻接收，同時可以降低節(jié)點端的計算復雜度，實現(xiàn)預期的負載均衡，使電源供電量提供的錄制時間達到16小時要求。此裝置體積小至80mm×80mm×15mm，重量在50g，可以輕便攜帶，并且操作簡易。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明便攜式口腔運動狀態(tài)檢測儀予以實現(xiàn)的技術方案是：首次采用骨導麥克風代替以空氣為傳導介質的麥克風，運用骨膚接觸的傳導方式接收由聲帶產生在骨頭的振動聲音信號，并通過音頻處理芯片進行信號放大。提出了分布計算MFCC參數(shù)的方法，傳感器節(jié)點端通過中央處理器計算中兼職Filterbank參數(shù)，并通過藍牙模塊配合手機端進行傳輸，進而在服務器端計算完整MFCC參數(shù)，實現(xiàn)了降低傳感器節(jié)點的計算復雜度，滿足了計算實時性和信息安全要求，降低了數(shù)據(jù)規(guī)模。在此基礎上通過HTK工具包完成骨導音識別，并將處理識別結果可視化到手機端，用于用戶查看。

進一步將，在本發(fā)明中，

所述傳感器節(jié)點端所用骨導麥克風，輕薄小巧，具有防水功能，還可以佩戴到眼鏡、帽子或頭盔上。由于體積小，輸出信號需配合所述音頻處理芯片，實現(xiàn)信號放大，將聲音完美呈現(xiàn)出來。

所述傳感器節(jié)點端所用中央處理器，是基于ARM的微處理器，該處理器是準們針對存儲器和處理器尺寸對產品成本影響極大的各種應用而開發(fā)設計的，具有較少的引腳數(shù)和較低的功耗，并提供顯著的計算表現(xiàn)和先進的終端系統(tǒng)響應。

所述傳感器節(jié)點采用藍牙模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，此藍牙模塊遵循V2.1+EDR藍牙規(guī)范，能夠減少功耗并延長移動設備的電池使用時間，而且改善了傳輸錯誤率。該模塊主要用于短距離的數(shù)據(jù)無線傳輸領域，可以方便地同藍牙設備相連，避免繁瑣的線纜連接。

所述手機端，開發(fā)Android手機應用軟件，使用Eclipse IDE，利用Android手機模擬器進行開發(fā)，實現(xiàn)對傳感器節(jié)點端和服務器端的連接，并進行骨導音識別的可視化呈現(xiàn)。

所述服務器端，建立起骨導音識別系統(tǒng)。

所述骨導音識別系統(tǒng)，科學地通過對比實驗確定了骨導麥克風數(shù)據(jù)采集的最佳貼附位置，選擇耳前位置最為最終位置，此位置針對各種骨導音，可以進行清晰的區(qū)別，并且保證了音頻信息的能量。通過對大量樣本的采集建立起骨導音數(shù)據(jù)庫。

所述骨導音識別系統(tǒng)，在骨導音數(shù)據(jù)庫建立的基礎上由基于對HTK源碼的二次開發(fā)而構建，通過隱形馬爾可夫模型確定系統(tǒng)參數(shù)，從而提高識別率至90％以上。

所述骨導音識別系統(tǒng)，包括服務器端與手機端的WIFI通信。應用程序使用自擬的應用層協(xié)議并通過TCP/IP傳輸控制協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)至服務器，并向服務器請求處理結果。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

由于本發(fā)明的音頻采集首次使用骨導麥克風，可以在更復雜的環(huán)境下準確、清晰地采集音頻信號。采用分部計算MFCC參數(shù)的方法，實現(xiàn)了降低傳感器節(jié)點的計算復雜度，滿足了計算實時性和信息安全要求，降低了數(shù)據(jù)規(guī)模和負載，減小設備體積，實現(xiàn)便攜式可穿戴的設計。采用基于HTK工具建立起的骨導音識別系統(tǒng)，通過隱形馬爾可夫模型確定系統(tǒng)參數(shù)，使識別率達到90％以上。

附圖說明

圖1是本發(fā)明系統(tǒng)通信機制與數(shù)據(jù)處理流程圖

圖2是傳感器節(jié)點端所用中央處理器引腳圖

圖3是加速度計檢測方向正視圖

圖4是骨導麥克風佩戴位置分布圖

圖5是各位置骨導音能量強度歸一化結果圖

1——傳感器節(jié)點端

2——手機端

3——服務器端

4——骨導麥克風 5——音頻采集處理芯片 6——加速度計芯片

7——中央處理器 8——藍牙芯片 9——電源管理芯片

具體實施方式

下面參照附圖對本發(fā)明做進一步詳細地描述。

一種便攜式口腔運動狀態(tài)檢測儀，包括：