基于频谱分析的广播操评分方法、系统、装置和存储介质与流程

本发明涉及广播操的评分，特别地涉及一种基于频谱分析的广播操评分方法、系统、装置和存储介质。

背景技术：

1、广播操是一种普及度极高的体育运动项目。我国第六套广播体操在中、小学中得到了迅速推广。广播操作为一项家喻户晓的体育运动，在众多中、小学校中广泛普及，意义非同小可。但是在学校做课间操的时候，学生做操经常出现做错、抢拍、懒散等现象。通过文献调研，有相当大的一部分同学不对广播操感兴趣，且不愿意认真做，做得不标准等现象屡见不鲜。

2、目前，现有存在的评分系统，例如健美操评分系统是基于视频识别的评分系统，这种系统可以通过摄像头捕捉人的四肢的位置，但是需要事先将标准动作录入在这个评分系统里面，灵活性非常小，无法准确反应学生动作做得不标准、动作不到位的情况，因而，也就无法积极促进学生做好广播操，达到锻炼身体的目的。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的上述缺陷，提供一种基于频谱分析的广播操评分方法、系统、装置和存储介质。

2、本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

3、一种基于手臂动作频谱分析的广播操评分方法，广播操评分方法采用加速度传感器记录使用者做广播操时的手臂动作，广播操评分方法包括：

4、s1、使用加速度传感器检测标准使用者做广播操时的手臂动作，获取标准加速度值；记录在设定时间内以设定采样频率检测的所有的标准加速度值，得到原始波形数据；其中，标准加速度值为加速度传感器检测的y轴方向上的加速度数据；

5、s2、将原始波形数据进行傅里叶变换，获得标准使用者做广播操时的标准频谱；其中，标准频谱包括多个振幅和对应的频率；

6、s3、使用加速度传感器检测测试使用者做广播操时的手臂动作，获取测试加速度值；记录在设定时间内以设定采样频率检测的所有的测试加速度值，得到测试波形数据；其中，测试加速度值为加速度传感器检测的y轴方向上的加速度数据；

7、s4、将测试波形数据进行傅里叶变换，获得测试使用者做广播操时的测试频谱，其中，测试频谱包括多个振幅和对应的频率；

8、s5、比较标准频谱和测试频谱，并计算得到相似度百分比值；

9、s6、将相似度百分比值乘以优化系数，得到评分值。

10、本方案中，通过上述广播操评分方法能够更准确地、实时地获取了使用者在做广播操时手臂动作的立体姿态；通过傅里叶变换，优化了数据，能够将不规则波形的原始波形数据和测试波形数据转为了规则波形的标准频谱和测试频谱，方便进行频谱比较获得相似度百分比值，提高比较数据的准确性。该广播操评分方法不需要事先将用于比较的标准动作以视频等方式预先录入评分系统，实现了操作更加灵活的评分方法，而且更能客观地、实时地反应学生等使用者做广播操的动作是否标准，动作是否到位，形成积极的反馈，以促进和提高学生做广播体操的质量和兴趣，促进学校课外体育活动的开展，培养学生的组织纪律性和集体主义精神。

11、较佳地，步骤s5中计算得到相似度百分比值的方法包括：

12、s5.1、选取标准频谱中的最高振幅为第一标准振幅，记录对应的频率为第一标准频率；

13、s5.2、从测试频谱中，选取最接近第一标准频率的频率为第一测试频率，记录对应的振幅为第一测试振幅；

14、s5.3、判断第一测试振幅是否大于第一标准振幅，若是，将第一标准振幅乘以第一初调系数，作为第一初调测试振幅，若否，则第一测试振幅不变，并将第一测试振幅设置设为第一初调测试振幅；其中，第一初调系数优选为1.1；

15、s5.4、将第一初调测试振幅乘以第一频率系数，得到第一调后测试振幅，同时将第一测试振幅及其对应的第一测试频率从测试频谱剔除；其中，第一频率系数为第一测试频率和第一标准频率中的较小值除以较大值的比值；

16、s5.5、选取标准频谱中第二高的振幅为第二标准振幅，记录对应的频率为第二标准频率；

17、s5.6、从测试频谱的剩余频率中，选取最接近第二标准频率的频率为第二测试频率，记录对应的振幅为第二测试振幅；

18、s5.7、将第二测试振幅乘以第二频率系数，得到第二初调测试振幅；其中，第二频率系数为第二测试频率和第二标准频率中的较小值除以较大值的比值；

19、s5.8、判断第二初调测试振幅是否大于第二标准振幅，若是，将第二标准振幅乘以第二振幅系数，得到第二调后测试振幅，同时将第二测试振幅及其对应的第二测试频率从测试频谱中剔除；其中，第二振幅系数为第二初调测试振幅和第二标准振幅中的较小值除以较大值的比值

20、s5.9、重复与获取第二调后测试振幅相同的步骤s5.5-s5.8，按照振幅的高低，依次得到第三调后测试振幅至第五调后测试振幅；

21、s5.10、将第一调后测试振幅至第五调后测试振幅的总和除以第一标准振幅至第二标准振幅的总和，得到相似度百分比值。

22、本方案中，通过上述方法，提高了相似度百分比值的精确度，减少各种异常情况(包括不同使用者、不同检测动作所产生差异，刻意剧烈晃动造成检测数据失真等情况)对计算相似度百分比值的干扰，从而提高了整个评分方法的可靠性，更能客观地、真实地反应学生等使用者做广播操的动作是否标准，动作是否到位，避免误判或错误检测，激发使用者积极、主动地不断改进做操动作，以获得更高的评分值，促进更好的锻炼效果。

23、其中，标准频谱和测试频谱均选择振幅最高的前5个特征数据进行比较、计算，选取了最能代表动作是否标准、是否到位的显著特征(即振幅高低反应了动作完成的标准程度)，同时，选取数据的数量既保证了有足够的数据样本量，又不会因为数据太多而使计算过于复杂，影响计算效率。

24、按振幅高低排序，前5个特征数据中，振幅最高的特征数据(即“第一标准振幅和对应的第一标准频率”与“第一测试振幅与对应的第一测试频率”)是最显著反应动作完成标准程度的数据。第一调后测试振幅通过第一频率系数的调节，修正了第一种异常情况，即，测试者可能会通过刻意剧烈晃动装置来增加各个频率段的测试振幅，这样检测出来的测试振幅过大，但客观上不代表测试者完成的动作标准，因此，通过第一频率系数的调节，修正了这种情况下振幅过大的异常情况，避免误判。第一调后测试振幅通过第一频率系数和第一初调系数的综合调节，修正了第二种异常情况，即，虽然测试者积极、认真地完成动作，但是由于过于激动或者过于积极而使得测试动作完成得比正常动作更加激烈，造成测试振幅过大，这种情况下，若仅仅通过第一频率系数的调节，则振幅被调节得过低，不利于测试者的积极性，而通过第一频率系数和第一初调系数的综合调节，则兼顾了激动造成振幅过大和不打击测试者的积极性，仍保持对测试者的促进作用。

25、第二调后测试振幅至第五调后测试振幅通过频率系数和振幅系数的调节，兼顾了标准使用者和测试使用者做动作时的频率差异性和振幅差异性，减小相似度计算的误差。也避免了测试者过于剧烈晃动而使得数据失真的情况，即，这种情况下，由于过于剧烈晃动，傅里叶变换后的数据频率高，但振幅较小(低于最高振幅)，因而不会作为振幅最高的数据进行调节，但这种数据仍然是异常的，通过频率系数，修正了这种异常情况，保证相似度计算准确。

26、较佳地，步骤s2中获得标准频谱的方法还包括：

27、s2.1、多次检测标准使用者做广播操时的手臂动作，每次手臂动作均以步骤s1获得原始波形数据；

28、s2.2、将多次检测获得的多个原始波形数据进行傅里叶变换，获得多个标准检测频谱；其中，每个标准检测频谱均包括多个振幅和对应的频率；

29、s2.3、从多个标准检测频谱中，选取相同的频率并记录为标准检测频率，计算标准检测频率所对应的多个振幅的均值，并记录为标准检测振幅；将多个标准检测频率和对应的标准检测振幅所形成的频谱设置为测试频谱。

30、本方案中，通过上述方法，避免标准使用者在不同次数做动作时产生的不稳定因素，增加了计算数据的样本量，因而提高了标准频谱的准确性，从而保证了用于相似度百分比值计算的基准数据的准确性。

31、较佳地，优化系数为1.1。

32、本方案中，考虑到即使同一个测试者的不同次的动作也无法做到完全相同，将优化系数设置为1.1，即在得到的相似度值的基础上在乘以一个110％的系数，得到评分制，作为最终成绩，能够将最终成绩显著化，让使用者(例如：学生)有良好的体验，不断地被鼓励，形成努力提高评分的良性趋势，更能有效地促进学生做广播体操的质量和积极性。采用上述优化系数，既能客观反应使用者的动作是否标准、到位，也能兼顾使用者无法做到绝对标准，而以优化相似度百分比值的方式，促进使用者提高动作标准性的兴趣。

33、一种基于手臂动作频谱分析的广播操评分系统，广播操评分系统采用加速度传感器记录使用者做广播操时的手臂动作，广播操评分系统包括：

34、第一运算模块，第一运算模块用于根据加速度传感器检测标准使用者做广播操时的手臂动作，获取标准加速度值；记录在设定时间内以设定采样频率检测的所有的标准加速度值，得到原始波形数据；其中，标准加速度值为加速度传感器检测的y轴方向上的加速度数据；

35、第二运算模块，第二运算模块用于将原始波形数据进行傅里叶变换，获得标准使用者做广播操时的标准频谱；其中，标准频谱包括多个振幅和对应的频率；

36、第三运算模块，第三运算模块用于根据加速度传感器检测测试使用者做广播操时的手臂动作，获取测试加速度值；记录在设定时间内以设定采样频率检测的所有的测试加速度值，得到测试波形数据；其中，测试加速度值为加速度传感器检测的y轴方向上的加速度数据；

37、第四运算模块，第四运算模块用于将测试波形数据进行傅里叶变换，获得测试使用者做广播操时的测试频谱，其中，测试频谱包括多个振幅和对应的频率；第五运算模块，第五运算模块用于比较标准频谱和测试频谱，并计算得到相似度百分比值；

38、第六运算模块，第六运算模块用于将相似度百分比值乘以优化系数，得到评分值。

39、一种广播操评分装置，广播操评分装置包括微型电脑开发板和如上述的基于手臂动作频谱分析的广播操评分系统；

40、微型电脑开发板包括加速度传感器，加速度传感器用于记录使用者做广播操时的手臂动作，并计算以获取加速度值。

41、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述的基于手臂动作频谱分析的广播操评分方法。

42、本发明的积极进步效果在于：该广播操评分方法、系统、装置和存储介质能够更准确地、实时地获取了使用者在做广播操时手臂动作的立体姿态，并且，通过傅里叶变换以及选择振幅最高的前5个特征数据，优化了数据，能够将不规则波形的原始波形数据和测试波形数据转为了规则波形的标准频谱和测试频谱，方便进行频谱比较获得相似度百分比值，提高比较数据的准确性。该广播操评分方法不需要事先将用于比较的标准动作以视频等方式预先录入评分系统，实现了操作更加灵活的评分方法，而且更能客观地、实时地反应学生等使用者做广播操的动作是否标准，动作是否到位，形成积极的反馈，以促进和提高学生做广播体操的质量和兴趣，促进学校课外体育活动的开展，培养学生的组织纪律性和集体主义精神。