一種識別兒童哭叫聲的可穿戴監(jiān)護器及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及音頻處理領域，特別涉及一種識別兒童哭叫聲的可穿戴監(jiān)護器及方 法。
【背景技術】
[0002] 目前對于雙親全職工作的家庭，兒童校外的安全監(jiān)護主要依靠家中的老人或者雇 傭的保姆。隨著社會的發(fā)展，人力成本昂貴等問題逐漸涌現，勢必增加聘請保姆監(jiān)護兒童的 年輕父母的負擔。如果讓家中的老人照看兒童，由于老人年邁，照看起來可能會有所疏忽， 會出現兒童走丟或被人拐走卻無人曉等現象。因此，人們迫切需要一種可穿戴的智能安全 監(jiān)護設備，能夠幫助人們對兒童的人身安全狀況進行實時監(jiān)控，由此來分擔照看人的一部 分工作，彌補人力看管的不足之處。
[0003] 目前市場上出現了一些所謂的智能安全監(jiān)護器(例如智能安全報警手環(huán)），具有一 鍵緊急呼叫功能：即出現緊急情況時，兒童通過長時間按下緊急求助鍵，監(jiān)護器就可以撥打 預設的電話號碼進行求助。然而，在緊急情況下，由于缺乏社會經驗兒童往往會不知所措或 忘記或來不及按下求助鍵，就已經被人劫走或走丟或出現其他安全事故。因此，當緊急情況 出現時能自動觸發(fā)報警，而不是人工長時間按鍵觸發(fā)報警的智能可穿戴兒童安全監(jiān)護器就 更適合兒童這類弱勢人群。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現有可穿戴兒童安全監(jiān)護器不能自動觸發(fā)報警的缺點與 不足，提供一種識別兒童哭叫聲的可穿戴監(jiān)護器，能夠實時監(jiān)控兒童是否哭叫，并在兒童哭 叫時將兒童所在位置及事先編輯好的報警信息發(fā)送給預設手機號碼，同時撥打預設電話號 碼并將現場聲音傳送給電話接聽者。該安全監(jiān)護器可以佩戴在兒童的手上（智能安全手環(huán)） 或者掛在脖子上(智能安全掛環(huán))或者戴在頭上(智能安全帽子）。
[0005] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種識別兒童哭叫聲的方法。
[0006] 本發(fā)明的目的通過以下的技術方案實現：
[0007] -種識別兒童哭叫聲的可穿戴監(jiān)護器，包括主控模塊、兒童哭叫聲識別模塊、GPS 定位模塊、短信發(fā)送模塊和現場音傳送模塊，其中
[0008] 主控模塊，收到兒童哭叫聲識別模塊發(fā)過來的兒童正在哭叫的信息后，讀取GPS定 位模塊的位置信息，將該位置信息及預設的報警文字信息傳輸給短信發(fā)送模塊，并控制現 場音傳送模塊撥打預設電話號碼實時傳送現場聲音；
[0009] GPS定位模塊，與主控模塊相連，將現場位置信息發(fā)送給主控模塊；
[0010]短信發(fā)送模塊，與主控模塊相連，接收到主控模塊發(fā)送的兒童正在哭叫的信息及 現場位置信息后，向預設的手機號碼發(fā)送報警短信；
[0011]兒童哭叫聲識別模塊，與主控模塊相連，實時采集周圍環(huán)境聲音，并從采集到的聲 音信號中提取基頻特征，將兒童哭叫聲與其他環(huán)境聲音區(qū)分開；
[0012] 現場音傳送模塊，與主控模塊相連，接收到主控模塊發(fā)送的兒童正在哭叫的信息 后，撥打預設手機號碼在對方接通電話時將現場聲音實時傳送給對方。
[0013] 所述兒童哭叫聲識別模塊包括聲音采集模塊、基頻提取模塊和聲音判決模塊，聲 音采集模塊實時采集周圍環(huán)境聲音，基頻提取模塊從采集到的聲音信號中提取基頻特征， 聲音判決模塊將兒童哭叫聲與其他環(huán)境聲音區(qū)分開。
[0014] 本發(fā)明的另一目的通過以下技術方案實現：
[0015] -種識別兒童哭叫聲的方法，包含以下順序的步驟：
[0016] S1、兒童哭叫聲識別模塊實時采集環(huán)境聲音，并從采集到的聲音信號中提取基頻 特征，根據基頻特征判決聲音信號是否為兒童哭叫聲，排除其他聲音(比如兒童或其他人發(fā) 出的語音、其他背景音）；
[0017] S2、如果是兒童哭叫聲，則向主控模塊發(fā)送觸發(fā)報警信號，主控模塊采集到該報警 信號之后，控制GPS定位模塊向主控模塊傳輸現場位置信息，主控模塊將現場位置信息及事 先編輯好的報警文字信息傳輸給短信發(fā)送模塊，控制短信發(fā)送模塊向預設的手機號碼發(fā)送 報警短信；
[0018] S3、主控模塊控制現場音傳送模塊撥打預設的電話號碼，在被撥電話接通之后，將 現場聲音傳送給電話接聽者，通過聲音實時獲知兒童現場情況，從而實現哭叫聲自動觸發(fā) 報警、位置信息發(fā)送及現場音傳送等功能。
[0019] 所述兒童哭叫聲識別模塊包括聲音采集模塊、基頻提取模塊和聲音判決模塊，聲 音采集模塊實時采集周圍環(huán)境聲音，基頻提取模塊從采集到的聲音信號中提取基頻特征， 聲音判決模塊將兒童哭叫聲與其他環(huán)境聲音區(qū)分開。
[0020] 所述識別兒童哭叫聲的方法，具體包含以下順序的步驟：
[0021] (1)通過聲音采集模塊實時采集環(huán)境聲音；
[0022] (2)基頻提取模塊首先將采集到的聲音信號切分為音頻幀，然后對各幀信號進行 加漢明窗處理，最后采用自相關方法估計各幀信號的基頻值，假設第i幀信號SXl(n)，信號 采樣頻率為fs，幀長Nl對應的采樣點個數N=int(fsXNL)，其中Kn^N，int( ·)表示取整 數運算；
[0023] (3)對第i幀信號的基頻值f(i)，進行三點中值濾波處理：
[0024]f' (i) =median( [f(i-1 ),f(i),f(i+l)])
[0025]其中f'（i)是三點中值濾波之后的基頻值，median( ·)表示取中值運算；
[0026] (4)聲音判決模塊將各幀信號的基頻值與基頻門限500赫茲進行比較，將基頻值大 于基頻門限的信號幀標記為哭叫聲幀，當連續(xù)150幀里有100幀以上為哭叫聲幀時，則認為 檢測到兒童哭叫聲，并向主控模塊發(fā)送觸發(fā)報警信號。
[0027]所述音頻幀的幀長Nl為40毫秒，音頻幀的幀移Ns為20毫秒。
[0028]步驟(2)中，所述采用自相關方法估計各幀信號的基頻值，具體為：
[0029]A、對第i幀信號Xi (η)進行中心削波處理：
[0030]
[0031] 其中，yi(n)是中心削波后的信號，α是削波門限；
[0032] Β、對yi(n)進行三電平量化處理：
[0033]
[0034] C、計算yi(n)與yi'（η)的互相關值：
[0035]
[0036]其中，k取整數，R(0)對應于短時能量；
[0037]D、計算R(k)的最大值Rmax，其中k的取值范圍為
i示在R(k)取得最大值Rmax時所對應的k值；
[0038]E、如果Rmax〈0·3R(0)或者
）大于 0.5Rmax，則第i幀信號的基頻值f(i)等于0，否則，
[0039]步驟A中，所述削波門限α取值為Xi(n)的最大幅度的0.68倍。
[0040]本發(fā)明與現有技術相比，具有如下優(yōu)點和有益效果：
[0041] 1、通過辨識兒童哭叫聲自動觸發(fā)報警，自動化程度高、使用方便:本發(fā)明的可穿戴 兒童安全監(jiān)護器能24小時監(jiān)控兒童是否哭叫，并在兒童哭叫時自動將報警信息發(fā)送給監(jiān)護 人(或110報警平臺），能有效彌補人工按鍵觸發(fā)報警的缺點，以及人力看管存在疏忽的不 足。
[0042]2、自動將兒童所在位置信息及現場聲音實時傳送給監(jiān)護人:為實時了解兒童人身 安全狀況及采取有效施救措施提供了保障。
[0043]3、成本低:整套設備是可穿戴的，體積小重量輕，能代替一部分人力勞動，降低人 力看管成本。
[0044] 4、兒童在緊急情況下都會本能地發(fā)出哭叫聲，而且情況越緊急哭叫聲就越大。因 此，可以將兒童（可穿戴安全監(jiān)護器的佩戴者）持續(xù)發(fā)出的哭叫聲作為自動報警的觸發(fā)信 號。兒童發(fā)出的哭叫聲的基頻都非常高，一般遠大于正常語音和其他周圍環(huán)境音的基頻值。 因此，通過實時采集可穿戴安全監(jiān)護器周圍的聲音并從中提取基頻特征，判斷連續(xù)若干幀 的基頻值是否超過預設門限，從而判定是否出現了兒童哭叫聲，實現自動觸發(fā)報警功能。
【附圖說明】
[0045]圖1為本發(fā)明所述的一種識別兒童哭叫聲的可穿戴監(jiān)護器的系統(tǒng)框圖。
[0046] 圖2為一種識別兒童哭叫聲的可穿戴監(jiān)護器的工作流程圖。
[0047]圖3為一種識別兒童哭叫聲的方法流程圖。
【具體實施方式】
[0048]如圖1，一種識別兒童哭叫聲的可穿戴監(jiān)護器，如圖1，包括主控模塊、兒童哭叫聲 識別模塊、GPS定位模塊、短信發(fā)送模塊和現場音傳送模塊，其中
[0049]主控模塊，收到兒童哭叫聲識別模塊發(fā)過來的兒童正在哭叫的信息后，讀取GPS定 位模塊的位置信息，將該位置信息及預設的報警文字信息傳輸給短信發(fā)送模塊，并控制現 場音傳送模塊撥打預設電話號碼實時傳送現場聲音，主控模塊的硬件采用基于AIM9技術的 三星S3C2440處理器，加上64MB的SDRAM和256MB的NANDFlash存儲器，裝載嵌入式Linux系 統(tǒng)和相關驅動程序，可以滿足系統(tǒng)