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基于音频的老年人居家监护系统研究

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作者:
张贤华
导师:
孟浚,颜文俊
学科专业:
控制理论与控制工程 
文献出处:
浙江大学 2016年
关键词:
智能终端论文  声源定位论文  异常声音报警论文  音频特征提取论文  

摘要:中国社会的老龄化进程正在逐渐加快,目前对老年人监护系统的研究方兴未艾,但仍然难以满足预期的社会需求。当前主流的监护系统需要被监护人佩戴有源设备,缺点在于设备受到小型化与能耗的制约,同时成本较高。本文面向家居室内环境,提出了一种基于麦克风传感网络的老年人监护平台设计。该平台以室内音频信号作为唯一监测信号,利用搭载麦克风的智能终端进行音频信号采集,无线网络传输数据与指令,并将基于能量比的声学几何定位算法作为监控的核心功能。首先使用Matlab仿真实验证实了定位原理的合理性和算法的可行性;然后对四部异质Android设备进行麦克风录音测试并修正算法参数;最后搭建了测试平台,实验表明此平台达到了可用的定位精度。本文同时对居家环境声音的分类识别和异常报警做了一定的探索。从公开数据集中选取常见的居家声音类别样本,通过添加时频域特征以及进行特征选择等方法的处理,三个基准分类器的精度都有了 10%左右的提升。基于分类的思想提出综合多种特征的声音异常报警方案,突出了居家老年人监护应用的特点,并在数据集上取得良好的测试效果。本设计方案仅使用音频信号同时做到定位与异常报警的监护常规功能,并且可以利用闲置的智能设备,有效降低成本。被监护人也无需再穿戴设备,使用更加方便。

致谢

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景介绍

1.2 老年人监护发展现状

1.3 研究内容与结构安排

第2章 居家老年人监护系统架构和组成

2.1 系统框架

2.2 本章小结

第3章 室内声源定位算法

3.1 声学定位

3.1.1 声学基础

3.1.2 声音的传播规律

3.2 定位算法

3.2.1 基于能量比的几何定位算法

3.2.2 解的选择

3.3 仿真实验

3.3.1 室内声音传播仿真引擎

3.3.2 能量衰减平方反比定律验证实验

3.3.3 仿真定位实验

第4章 老年监护系统实现与测试

4.1 智能设备采集端

4.1.1 Android麦克风采集

4.2 网络通信与传输协议

4.2.1 WiFi基础网络

4.2.2 MQTT协议

4.3 上位机程序

4.4 Android手机定位实验

4.4.1 手机麦克风测试与修正

4.4.2 定位实验

第5章 居家声音智能识别及异常报警

5.1 应用背景与方案

5.1.1 识别与报警

5.1.2 数据集概览

5.2 音频特征提取

5.2.1 时域特征

5.2.2 频域特征

5.2.3 感知特征

5.2.4 特征提取方案

5.3 特征预处理与特征选择

5.3.1 无量纲化预处理

5.3.2 特征选择方案研究现状

5.3.3 基于随机森林的特征选择

5.4 分类算法与实验分析

5.4.1 分类算法概要

5.4.2 实验结果与分析

5.5 异常报警方案与实验

5.6 总结与不足

第6章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 未来展望

参考文献

作者简历