本发明涉及体育比赛辅助设备技术领域，特别涉及一种体育比赛哨音识别装置及方法。
背景技术
在篮球比赛中的时间计算已经精确到毫秒级别，如果采用人为操作的方式参与计时，产生的误差会很大，影响比赛的公平性。
因此需要一种产品，能够有效的避免在“人为计时”中产生的误差，避免在比赛过程中因为“人为计时”而出现的争议，使比赛计时在裁判吹哨的一瞬间停止，并且裁判可以通过本系统的无线腰包(无线终端)开启比赛计时，减少裁判对时间的复核次数，提升比赛节奏并让赛场上的所有人关注比赛。现有技术中还未有此产品。
技术实现要素：
为了解决背景技术中所述问题，本发明提供一种体育比赛哨音识别装置及方法，解决了裁判不能实时控制计时开始，产生的计时时间不准确以及人为操作计时系统而产生的延迟问题。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种体育比赛哨音识别装置，包括拾音器、无线拾音终端和无线基站装置；无线拾音终端连接拾音器，采集拾音器的音频信号并进行处理，当判断出为哨音的音频特征时发出计时暂停或计时开始的信号，信号以无线方式发送至无线基站装置，无线基站装置输出端连接比赛计时系统，控制比赛的计时；
每个所述的无线基站装置接收8个无线拾音终端的无线信号。
所述的无线拾音终端为单片机控制装置，包括主控mcu和与其端口相连接的音频放大器、433无线模块、操作按键、指示灯和充电电路，所述的音频放大器输入端连接拾音器，输出端连接主控mcu，充电电路输入端连接外部电源端口，输出端连接锂电池。
所述的无线基站装置为单片机控制装置，包括主控mcu和与其端口相连接的tft显示屏、433无线模块、以太网接口芯片、rs232接口芯片、开关量输出接口、操作按键、指示灯和充电电路，所述的以太网接口芯片连接rj45接口，rs232接口芯片连接rs232通讯接口，充电电路输入端连接外部电源端口，输出端连接锂电池。
一种体育比赛哨音识别装置的哨音识别方法，包括如下步骤：
步骤一、无线拾音终端的主控mcu处理器将声音的模拟量数据通过a/d转换成数字信号；
步骤二、对信号进行采样，采样频率大于20000hz，取出4096byte进行fft处理，转换成频域数据，处理时间小于30ms；
步骤三、将频域内的数据-即频率限定阈值低点和频率限定阈值高点之间数据进行计算，计算出频域内点的能量最大值和能量平均值，设定能量最低阈值和能量平均阈值，当能量最大值大于最低阈值同时能量平均值大于平均阈值时，便输出当前有哨音存在；
步骤四、有哨音存在时，无线拾音终端向无线基站装置发出哨音暂停指令，通过串口、以太网口或开关量输出口发送至比赛计时系统。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、从比赛现场吵杂的环境下识别裁判吹哨的声音，通过频率-能量识别裁判吹哨的声音并给出识别结果。识别率在99％，准确性，实时性高。
2、同时支持fox40,molten,飞鱼等品牌的裁判专用哨音。
3、支持8路终端同时工作，同时工作时，结果处理完成到信号传送到基站的处理时间小于100ms，不会给人延迟的感觉。一般的设备支持多终端后会有大幅的时间延迟。
4、基站提供多种协议把识别结果传送给第三方设备(比赛计时系统)。开关量信号、网终通信、串口通信。
5、基站tft屏显示8路终端的操作状态信息，电池电量信息；
6、终端与基站采用433mhz无线通讯，相比2.4g、wifi、蓝牙、射频等等干扰少。
附图说明
图1为本发明的一种体育比赛哨音识别装置的整体框图；
图2为本发明的无线拾音终端的电路结构框图；
图3为本发明的无线基站装置的电路结构框图；
图4为无线拾音终端的内部软件流程图；
图5为无线基站装置的内部软件流程图；
图6为本发明实施例的第1种裁判哨音频频率-能量曲线图；
图7为本发明实施例的第2种裁判哨音频频率-能量曲线图；
图8为本发明实施例的第3种裁判哨音频频率-能量曲线图；
图9为本发明实施例的第4种裁判哨音频频率-能量曲线图；
图10为本发明实施例的第5种裁判哨音频频率-能量曲线图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。
如图1所示，一种体育比赛哨音识别装置，包括拾音器、无线拾音终端和无线基站装置；无线拾音终端连接拾音器，采集拾音器的音频信号并进行处理，当判断出为哨音的音频特征时发出计时暂停或计时开始的信号，信号以无线方式发送至无线基站装置，无线基站装置输出端连接比赛计时系统，控制比赛的计时；
如图1所示，每个所述的无线基站装置接收8个无线拾音终端的无线信号。支持8路终端同时工作，无线传输采用ufh频段传输，避免传统的2.4g,5g信号的干扰。自身采用防碰撞算法进行处理多路终端同时工作的情况。8路同时工作时，结果处理完成到信号传送到基站的处理时间小于100ms，同时工作时数据处理时间控制在50ms以内，不会给人延迟的感觉。设备支持数量多终端后会有大幅的时间延迟。
如图2所示，所述的无线拾音终端为单片机控制装置，包括主控mcu和与其端口相连接的音频放大器、433无线模块、操作按键、指示灯和充电电路，所述的音频放大器输入端连接拾音器，输出端连接主控mcu，充电电路输入端连接外部电源端口，输出端连接锂电池。
图2中的主控mcu采用基于arm内核的stm32f415rgt6型处理器，处理速度快，功耗低。
所述的操作按键为开始/暂停键，裁判员还可以通过操作按键来控制比赛的开始/暂停计时功能。
所述的指示灯为电池的状态指示灯。
如图3所示，所述的无线基站装置为单片机控制装置，包括主控mcu和与其端口相连接的tft显示屏、433无线模块、以太网接口芯片、rs232接口芯片、开关量输出接口、操作按键、指示灯和充电电路，所述的以太网接口芯片连接rj45接口，rs232接口芯片连接rs232通讯接口，充电电路输入端连接外部电源端口，输出端连接锂电池。
图3中的主控mcu采用基于arm内核的stm32f107vc型处理器，处理速度快，功耗低。
所述的指示灯为8路无线数据接收的状态指示灯。
无线基站装置支持以太网口、串口、开关量协议与第三方(比赛计时系统)传送数据。
如图4-5所示，一种体育比赛哨音识别装置的哨音识别方法，包括如下步骤：
步骤一、无线拾音终端的主控mcu处理器将声音的模拟量数据通过a/d转换成数字信号；
步骤二、对信号进行采样，采样频率大于20000hz，取出4096byte进行fft处理，转换成频域数据，处理时间小于30ms；
声音采样率在20000hz，足以覆盖哨音的频段。
步骤三、将频域内的数据-即频率限定阈值低点和频率限定阈值高点之间数据进行计算，计算出频域内点的能量最大值和能量平均值，设定能量最低阈值和能量平均阈值，当能量最大值大于最低阈值同时能量平均值大于平均阈值时，便输出当前有哨音存在；
其中，设定最低阈值和平均阈值在具体实施过程中，首先将常见的裁判哨的哨音数据采集保存至数据库中，根据音频数据及音频曲线进行设定。
具体实施例：如图6-10所示，为常见的5种裁判哨的音频曲线图，分别为：fox40、moltendoff、飞鱼、moltenpro、foxclassic五种。曲线的横坐标为频率值，单位hz，纵坐标为能量值，单位db，见图6中，垂直的两条线之间表示出了本实施例的频率限定阈值低点和频率限定阈值高点之间数据，水平的两条线表示出了能量的最低阈值和平均阈值的设定值，本实施例中，能量最低阈值设定为58500db，平均阈值设定为27500db。本实施例的设定值涵盖了图6-10的最常见的5种裁判哨哨音，对这5中哨音均可准确识别。
步骤四、有哨音存在时，无线拾音终端向无线基站装置发出哨音暂停指令，通过串口、以太网口或开关量输出口发送至比赛计时系统。
本发明的体育比赛哨音识别装置及方法计进时间精确到毫秒级，减少工作人员参与计时系统的工作量，增强比赛的公平性，可观性。
以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。