CN109758716B - 一种基于声音信息的跳绳计数方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于声音信息的跳绳计数方法，属于智能健身运动设备技术领域，包括：1)获取跳绳动作的音频数据，并从音频数据中提取出音频的采样频率，绘制以时间为横坐标的音频波形图；2)设置上下幅值阈值对音频波形图进行去噪；3)找出去噪后的音频波形图中的脉冲极值点，并计算脉冲极值点的个数，对同一个跳绳周期内的极值点只保留一次计数，得到初始跳绳次数n；4)根据初始跳绳次数n求得平均脉冲间隔时间T1；5)根据音频波形图求取每两个相邻脉冲间的间隔时间T2，若T2>3T1，则作为一次跳绳失败，跳绳次数减少一次；6)输出并显示跳绳次数。运用听觉感观的机理分析，将音频信息进行判断，来实现对跳绳进行自动计数，提高了精确度。
Description
技术领域
本发明涉及智能健身运动设备技术领域，具体地说，涉及一种基于声音信息的跳绳计数方法。
背景技术
跳绳，是一人或众人在一根环摆的绳中做各种跳跃动作的运动游戏。跳绳是有氧运动，而且是有氧运动中效率较高的一种运动，跳绳不但能强化心肺功能，以及身体各主要部分的肌肉，还可训练平衡感和身体的敏捷度，并且跳绳消耗的热量比跑步要多的多。此外由于跳绳运动方式简单，并且无需受到场地和天气的限制，并且跳绳可训练人体的耐力，众多的年轻人都选用跳绳进行减脂活动，但是目前市场上针对跳绳的监测设备很少。
由于跳绳是中小学生体育考试的必考科目，跳绳的过程中需要人工计数，当人数多的时候对每人计数会很耽误裁判的宝贵时间，而且有时当跳绳速度快或者裁判注意力不集中的时候，很容易出现计数错误。而已有的能自动计数的跳绳，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。
如公布号为CN108721826A的中国专利文献公开的一种智能跳绳、跳绳计数方法及装置，智能跳绳包括绳索和手柄；手柄设有两个分别设于绳索的两端；手柄包括设于中部设有转轴，转轴和绳索连接；转轴上设有磁铁，手柄还包括霍尔传感器，霍尔传感器设于转轴周向外侧并与磁铁相对应，以使转轴旋转时磁铁经过霍尔传感器；手柄还包括加速度传感器和处理器，处理器连接霍尔传感器和加速度传感器；处理器根据由霍尔传感器和加速度传感器获取的信息进行处理，判断跳绳是单跳还是双跳；手柄还包括显示屏，显示屏电连接处理器。
公布号为CN108211317A的中国专利文献公开的一种跳绳竞赛成绩记录显示系统，无线收发器模块接收若干个专家打分信息表信息以及若干个跳绳手柄的计数信息，并将数据无线传输到计算机终端的控制模块；接收计算机终端的控制指令信息，并把控制指令信息发送至各个相应的打分器和发射手柄；发射手柄模块记录显示跳绳次数数据，并实时传送计数数据到无线收发器模块；打分器模块存储不同类型竞赛成绩记录表，接收计算机终端的控制信息和对应竞赛赛次成绩记录表，裁判通过打分器模块填写竞赛成绩，具有手写和签名功能；打分器模块将裁判的打分成绩发送到无线射频收发器模块；控制模块控制连同并控制无线收发器模块、发射手柄模块和打分器模块。
以上两种跳绳计数方法都需要借助特定的跳绳，但在跳绳过程中，无法排除空跳的情况，同时存在计数不够准确，不能反向计数，使用时间不能长久等问题。
发明内容
本发明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，对音频信息进行判断，来实现对跳绳进行自动精确计数。
为了实现上述目的，本发明提供的基于声音信息的跳绳计数方法包括以下步骤：
1）获取跳绳动作的音频数据，并从音频数据中提取出音频的采样频率，绘制以时间为横坐标的音频波形图；
2）设置上下幅值的阈值对音频波形图进行去噪；
3）找出去噪后的音频波形图中的脉冲极值点，并计算脉冲极值点的个数，对同一个跳绳周期内的极值点只保留一次计数，得到初始跳绳次数n；
4）根据初始跳绳次数n求得平均脉冲间隔时间T1；
5）根据音频波形图求取每两个相邻脉冲间的间隔时间T2，若T2>3T1，则作为一次跳绳失败，跳绳次数减少一次；
6）输出并显示跳绳次数。
上述技术方案中，根据音频数据信息将音频波动图绘制到坐标系中，且以时间帧为横轴，排除掉跳绳失败后根据音频波形图的峰值的数量来计算跳绳次数。运用听觉感观的机理分析，将音频信息进行判断，来实现对跳绳进行自动计数，提高了精确度。
作为优选，步骤1）中，还包括对音频波形图进行滤波处理。
作为优选，采用快速傅氏变换的方法对音频数据进行滤波处理。这些脉冲由于相距很近，肉眼无法识别，本发明采用设置一定时间间隔DT的方法去除重复计数，只保留一次。
作为优选，步骤3）中，根据音频波形图得到跳绳产生的脉冲信号，一次脉冲信号作为一次跳绳计数。
当碰到跳绳失败的时候，则两个相邻脉冲间的间隔时间明显变长，因此本发明以此来判断是否为跳绳失败，若是，则跳绳次数减少一次。作为优选，步骤3）中，跳绳周期取值为5000个脉冲。由于采样频率为44.1K,而截止目前个人跳绳的吉尼斯世界纪录为322次/分钟，以这个计算每跳一次的脉冲数约为7000多个，本发明取5000个脉冲，这样就可以区分清两次跳绳的脉冲数与单次跳绳的重复脉冲数之间的区别。
为使计数更加方便，作为优选，步骤3）中，还包括对脉冲极值点进行编号。
作为优选，步骤1）中，采用录像设备对跳绳动作进行录制，然后从录制的视频文件中提取出音频数据。也可采用录音设备直接提取声音数据。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的基于声音信息的跳绳计数方法不需要采用专用跳绳即可实现自动精确计数，不仅可以即时计数，也可以进行录音回放。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为本发明实施例的基于声音信息的跳绳计数方法的流程图；
图2为本发明实施例的音频波形图；
图3为本发明实施例中经过阈值去噪后的音频波形图。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。
实施例
参见图1，本实施例的基于声音信息的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(.wav)。
步骤S2，从原始视频数据(.wav)中提取出音频数据及参数，从音频数据中提取出音频的采样频率，绘制以时间为横坐标的音频波形图，如图2所示。
步骤S3，采用快速傅氏变换法（FFT）对音频波形图进行滤波处理；首先对时域信号进行FFT变换，确定频率范围，将不属于该范围的干扰信号过滤掉，然后再进行傅里叶反变换回到时域。
步骤S4，设置上下幅值的阈值，去除特别强的噪声及相对弱的干扰（这些都不是跳绳引起），得到较清晰的脉冲波形图，如 图3所示。
步骤S5，找出图3中的脉冲极值点并进行编号。
步骤S6，将同一个跳绳周期内的脉冲极值点计数取消，去除重复计数，只保留一次，并求出初始跳绳次数n，根据初始跳绳次数n求得平均脉冲间隔时间T1。
步骤S7，求取每两个相邻脉冲间的间隔时间T2，如果间隔时间T2明显大于平均脉冲间隔时间T1，本实施例取T2>3T1，则作为一次跳绳失败，跳绳次数减少一次。
步骤S8，输出并显示跳绳次数。
Claims (7)
1.一种基于声音信息的跳绳计数方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）获取跳绳动作的音频数据，并从音频数据中提取出音频的采样频率，绘制以时间为横坐标的音频波形图；
2）设置上下幅值的阈值对音频波形图进行去噪；
3）找出去噪后的音频波形图中的脉冲极值点，并计算脉冲极值点的个数，对同一个跳绳周期内的极值点只保留一次计数，得到初始跳绳次数n；
4）根据初始跳绳次数n求得平均脉冲间隔时间T1；
5）根据音频波形图求取每两个相邻脉冲间的间隔时间T2，若T2>3T1，则作为一次跳绳失败，跳绳次数减少一次；
6）输出并显示跳绳次数。
2.根据权利要求1所述的跳绳计数方法，其特征在于，步骤1）中，还包括对所述的音频波形图进行滤波处理。
3.根据权利要求2所述的跳绳计数方法，其特征在于，采用快速傅氏变换的方法对音频数据进行滤波处理。
4.根据权利要求1所述的跳绳计数方法，其特征在于，步骤3）中，根据音频波形图得到跳绳产生的脉冲信号，一次脉冲信号作为一次跳绳计数。
5.根据权利要求1所述的跳绳计数方法，其特征在于，步骤3）中，所述的跳绳周期取值为5000个脉冲。
6.根据权利要求1所述的跳绳计数方法，其特征在于，步骤3）中，还包括对所述的脉冲极值点进行编号。
7.根据权利要求1所述的跳绳计数方法，其特征在于，步骤1）中，采用录像设备对跳绳动作进行录制，然后从录制的视频文件中提取出音频数据。
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