[發明專利]一種基于聲信號的跳繩計數方法及計數器

在審

• 申請號: 202110391275.2
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN113117284A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 雷燁;曾向陽;王海濤;劉力溟;彭世瑋;雷孟輝
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: A63B5/20
• 分類號: A63B5/20;A63B71/06
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

本發明提出一種基于聲信號的跳繩計數方法及計數器，首先采集跳繩過程中的聲信號，并對聲信號進行去噪處理；然后尋找去噪后的聲信號中的最大峰值f_max；在去噪后的聲信號中，尋找幅度在[k*f_max，f_max]內的所有峰值，用于過濾聲信號中的跳繩劃過空中與空氣摩擦的聲音以及跳繩打地面的聲音；設定最小時間間隔T_min?dan，利用最小時間間隔剔除峰值內的無效峰值：最后計數找到的所有有效峰值的個數，即為此次跳繩的計數結果N。本發明抗干擾能力強，適用于多種場合，具有較高計數的準確性。同時，該發明體積小、便于用戶隨身攜帶，適合于各類跳繩比賽。

技術領域

本發明涉及聲學、信號處理、智能健身運動技術領域，具體為一種基于聲信號的跳繩計數方法及計數器。

背景技術

當前比賽用跳繩計數器普遍為光電計數器和齒輪計數器。現有計數器雖然性能方面已經相對穩定，然而在實際使用中，仍存在著一些問題。

光電計數的過程實際上是獲取脈沖源的過程。首先，遮擋物遮擋光電傳感器，產生一個下降沿，遮擋物移開后，產生一個上升沿，使計數器得到一個脈沖進行計數。光電跳繩計數器體積相對比較龐大，在使用過程中，需要在參賽者兩側分別擺放發射和接收裝置，因而這種計數裝置在實際使用中占地面積相對較大。除此以外，由于發射和接收裝置分別位于跳繩參賽者兩側，然而在跳繩過程中，跳繩參賽者的位置難免會有一定變化，若跳繩參賽者本身恰好位于發射和接收裝置的中間位置，就可能使計數器在較長一段時間內不再進行計數，在計數過程中就會產生較大的誤差；若跳繩參賽者的角度產生變化，即跳繩參賽者不再面向其正前方而轉向兩側，則可能在跳過一次的過程中，跳繩對光脈沖產生兩次遮擋，進而導致計數過程中產生多計數的情況，除此以外還可能有其它情況導致計數的不準確，如跳繩參賽者在跳繩過程中中斷跳繩，在調整自己的位置的過程中，跳繩的擺動可能會引起計數器所計數目的變化。以上情況對于光電跳繩計數裝置而言較難避免。

齒輪跳繩計數器則通過齒輪傳動原理進行計數。齒輪式跳繩計數器由繩結柱、外輪、初級輪、數字輪和轉軸構成。外輪與初級輪緊密安裝在轉軸之上，初級輪會跟隨外輪同步轉動；數字輪的孔徑稍大于轉軸直徑，可以在轉軸上自由轉動。隨著跳繩參賽者的跳動，跳繩的繩結柱每轉動一周，便會帶動外輪轉動一周，此時初級輪跟隨外輪同步轉動。初級輪每轉動一周，便會帶動一級方軸齒輪轉動90°，進而帶動個位數輪轉動36°，由此使得個位數字得以進行轉動。采用相同的原理，個位數輪的轉動會帶動十位數輪進行轉動，進而帶動百位數輪轉動。這種機械計數裝置結構簡單，成本低廉，便于大規模生產，然而在實際使用過程中穩定性相對較差。經常會出現齒輪咬合不緊密導致的不計數等現象，同時由于其結構過于簡單，亦經常出現計數器無法歸零的情況。

對于利用聲信號的跳繩計數器而言，則不會產生以上現象。跳繩過程中，基于聲信號的計數器對于參賽者進行計數僅需要一個麥克風，以及其相應的后處理裝置，因而體積相比光電計數裝置要小得多，相對于光電計數裝置，有著更強的便攜性。同時，在跳繩過程中，跳繩參賽者跳過一次，雙腳或者單腳會著地一次，我們僅需要對這個聲音進行分辨并計數，即可得到正確的跳繩數，不會發生多計數或少計數的現象。

目前已經有基于聲音信息的發明專利——“一種基于聲音信息的跳繩計數方法”，以下簡稱“已有專利”。但是我們分析了它所提出的方法，并通過實際驗證，發現存在四個問題：一、設置上下幅值的閾值對音頻波形圖進行去噪，對閾值沒有詳細定義；二、實際跳繩過程中所采集到的聲音信號有四類，跳繩者腳踩踏地面的聲音、繩子劃過空中與空氣摩擦的聲音、跳繩打地面的聲音和背景隨機噪聲，這四類聲信號都有脈沖，而且每類聲信號存在無效脈沖，已有專利沒有對相似無效脈沖進行剔除，導致在實際使用時，難以分辨采集到的聲音信號；三、判斷失敗次數時利用所有脈沖計算得到的平均時間間隔將失敗那次的時間也考慮進去了，增大了有效峰值的實際時間間隔；四、實際跳繩比賽中，個人項目往往是多人同時比賽，已有專利未考慮多人跳繩時，其他跳繩者對正在計數跳繩者的影響。

發明內容