一种识别儿童哭叫声的可穿戴监护器及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及音频处理领域，特别涉及一种识别儿童哭叫声的可穿戴监护器及方 法。
【背景技术】
[0002] 目前对于双亲全职工作的家庭，儿童校外的安全监护主要依靠家中的老人或者雇 佣的保姆。随着社会的发展，人力成本昂贵等问题逐渐涌现，势必增加聘请保姆监护儿童的 年轻父母的负担。如果让家中的老人照看儿童，由于老人年迈，照看起来可能会有所疏忽， 会出现儿童走丢或被人拐走却无人晓等现象。因此，人们迫切需要一种可穿戴的智能安全 监护设备，能够帮助人们对儿童的人身安全状况进行实时监控，由此来分担照看人的一部 分工作，弥补人力看管的不足之处。
[0003] 目前市场上出现了一些所谓的智能安全监护器(例如智能安全报警手环），具有一 键紧急呼叫功能：即出现紧急情况时，儿童通过长时间按下紧急求助键，监护器就可以拨打 预设的电话号码进行求助。然而，在紧急情况下，由于缺乏社会经验儿童往往会不知所措或 忘记或来不及按下求助键，就已经被人劫走或走丢或出现其他安全事故。因此，当紧急情况 出现时能自动触发报警，而不是人工长时间按键触发报警的智能可穿戴儿童安全监护器就 更适合儿童这类弱势人群。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有可穿戴儿童安全监护器不能自动触发报警的缺点与 不足，提供一种识别儿童哭叫声的可穿戴监护器，能够实时监控儿童是否哭叫，并在儿童哭 叫时将儿童所在位置及事先编辑好的报警信息发送给预设手机号码，同时拨打预设电话号 码并将现场声音传送给电话接听者。该安全监护器可以佩戴在儿童的手上（智能安全手环） 或者挂在脖子上(智能安全挂环)或者戴在头上(智能安全帽子）。
[0005] 本发明的另一目的在于提供一种识别儿童哭叫声的方法。
[0006] 本发明的目的通过以下的技术方案实现：
[0007] -种识别儿童哭叫声的可穿戴监护器，包括主控模块、儿童哭叫声识别模块、GPS 定位模块、短信发送模块和现场音传送模块，其中
[0008] 主控模块，收到儿童哭叫声识别模块发过来的儿童正在哭叫的信息后，读取GPS定 位模块的位置信息，将该位置信息及预设的报警文字信息传输给短信发送模块，并控制现 场音传送模块拨打预设电话号码实时传送现场声音；
[0009] GPS定位模块，与主控模块相连，将现场位置信息发送给主控模块；
[0010]短信发送模块，与主控模块相连，接收到主控模块发送的儿童正在哭叫的信息及 现场位置信息后，向预设的手机号码发送报警短信；
[0011]儿童哭叫声识别模块，与主控模块相连，实时采集周围环境声音，并从采集到的声 音信号中提取基频特征，将儿童哭叫声与其他环境声音区分开；
[0012] 现场音传送模块，与主控模块相连，接收到主控模块发送的儿童正在哭叫的信息 后，拨打预设手机号码在对方接通电话时将现场声音实时传送给对方。
[0013] 所述儿童哭叫声识别模块包括声音采集模块、基频提取模块和声音判决模块，声 音采集模块实时采集周围环境声音，基频提取模块从采集到的声音信号中提取基频特征， 声音判决模块将儿童哭叫声与其他环境声音区分开。
[0014] 本发明的另一目的通过以下技术方案实现：
[0015] -种识别儿童哭叫声的方法，包含以下顺序的步骤：
[0016] S1、儿童哭叫声识别模块实时采集环境声音，并从采集到的声音信号中提取基频 特征，根据基频特征判决声音信号是否为儿童哭叫声，排除其他声音(比如儿童或其他人发 出的语音、其他背景音）；
[0017] S2、如果是儿童哭叫声，则向主控模块发送触发报警信号，主控模块采集到该报警 信号之后，控制GPS定位模块向主控模块传输现场位置信息，主控模块将现场位置信息及事 先编辑好的报警文字信息传输给短信发送模块，控制短信发送模块向预设的手机号码发送 报警短信；
[0018] S3、主控模块控制现场音传送模块拨打预设的电话号码，在被拨电话接通之后，将 现场声音传送给电话接听者，通过声音实时获知儿童现场情况，从而实现哭叫声自动触发 报警、位置信息发送及现场音传送等功能。
[0019] 所述儿童哭叫声识别模块包括声音采集模块、基频提取模块和声音判决模块，声 音采集模块实时采集周围环境声音，基频提取模块从采集到的声音信号中提取基频特征， 声音判决模块将儿童哭叫声与其他环境声音区分开。
[0020] 所述识别儿童哭叫声的方法，具体包含以下顺序的步骤：
[0021] (1)通过声音采集模块实时采集环境声音；
[0022] (2)基频提取模块首先将采集到的声音信号切分为音频帧，然后对各帧信号进行 加汉明窗处理，最后采用自相关方法估计各帧信号的基频值，假设第i帧信号SXl(n)，信号 采样频率为fs，帧长Nl对应的采样点个数N=int(fsXNL)，其中Kn^N，int( ·)表示取整 数运算；
[0023] (3)对第i帧信号的基频值f(i)，进行三点中值滤波处理：
[0024]f' (i) =median( [f(i-1 ),f(i),f(i+l)])
[0025]其中f'（i)是三点中值滤波之后的基频值，median( ·)表示取中值运算；
[0026] (4)声音判决模块将各帧信号的基频值与基频门限500赫兹进行比较，将基频值大 于基频门限的信号帧标记为哭叫声帧，当连续150帧里有100帧以上为哭叫声帧时，则认为 检测到儿童哭叫声，并向主控模块发送触发报警信号。
[0027]所述音频帧的帧长Nl为40毫秒，音频帧的帧移Ns为20毫秒。
[0028]步骤(2)中，所述采用自相关方法估计各帧信号的基频值，具体为：
[0029]A、对第i帧信号Xi (η)进行中心削波处理：
[0030]
[0031] 其中，yi(n)是中心削波后的信号，α是削波门限；
[0032] Β、对yi(n)进行三电平量化处理：
[0033]
[0034] C、计算yi(n)与yi'（η)的互相关值：
[0035]
[0036]其中，k取整数，R(0)对应于短时能量；
[0037]D、计算R(k)的最大值Rmax，其中k的取值范围为
i示在R(k)取得最大值Rmax时所对应的k值；
[0038]E、如果Rmax〈0·3R(0)或者
）大于 0.5Rmax，则第i帧信号的基频值f(i)等于0，否则，
[0039]步骤A中，所述削波门限α取值为Xi(n)的最大幅度的0.68倍。
[0040]本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
[0041] 1、通过辨识儿童哭叫声自动触发报警，自动化程度高、使用方便:本发明的可穿戴 儿童安全监护器能24小时监控儿童是否哭叫，并在儿童哭叫时自动将报警信息发送给监护 人(或110报警平台），能有效弥补人工按键触发报警的缺点，以及人力看管存在疏忽的不 足。
[0042]2、自动将儿童所在位置信息及现场声音实时传送给监护人:为实时了解儿童人身 安全状况及采取有效施救措施提供了保障。
[0043]3、成本低:整套设备是可穿戴的，体积小重量轻，能代替一部分人力劳动，降低人 力看管成本。
[0044] 4、儿童在紧急情况下都会本能地发出哭叫声，而且情况越紧急哭叫声就越大。因 此，可以将儿童（可穿戴安全监护器的佩戴者）持续发出的哭叫声作为自动报警的触发信 号。儿童发出的哭叫声的基频都非常高，一般远大于正常语音和其他周围环境音的基频值。 因此，通过实时采集可穿戴安全监护器周围的声音并从中提取基频特征，判断连续若干帧 的基频值是否超过预设门限，从而判定是否出现了儿童哭叫声，实现自动触发报警功能。
【附图说明】
[0045]图1为本发明所述的一种识别儿童哭叫声的可穿戴监护器的系统框图。
[0046] 图2为一种识别儿童哭叫声的可穿戴监护器的工作流程图。
[0047]图3为一种识别儿童哭叫声的方法流程图。
【具体实施方式】
[0048]如图1，一种识别儿童哭叫声的可穿戴监护器，如图1，包括主控模块、儿童哭叫声 识别模块、GPS定位模块、短信发送模块和现场音传送模块，其中
[0049]主控模块，收到儿童哭叫声识别模块发过来的儿童正在哭叫的信息后，读取GPS定 位模块的位置信息，将该位置信息及预设的报警文字信息传输给短信发送模块，并控制现 场音传送模块拨打预设电话号码实时传送现场声音，主控模块的硬件采用基于AIM9技术的 三星S3C2440处理器，加上64MB的SDRAM和256MB的NANDFlash存储器，装载嵌入式Linux系 统和相关驱动程序，可以满足系统