基于聲波的空間狀態(tài)檢測裝置、系統(tǒng)與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種空間狀態(tài)檢測裝置，且特別涉及一種基于聲波的空間狀態(tài)檢測裝置、系統(tǒng)與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于科技的日新月異，再加上人們對于生活水平的要求不斷提高，智能家庭成為近年來的發(fā)展趨勢。在現(xiàn)有智能家庭的應(yīng)用中，以居家安保系統(tǒng)及安全照護(hù)較為成熟與普遍，只要透過感應(yīng)網(wǎng)絡(luò)與感應(yīng)信息分析，即可達(dá)成安全監(jiān)控的功能。
[0003]—般而言，安全監(jiān)控系統(tǒng)中的硬件裝置成本通常費用不菲，而采購成本更是一般使用者選購時的重要考慮之一。因此，如何降低安全監(jiān)控/檢測裝置的硬件成本，已成為相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的重要課題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種基于聲波的空間狀態(tài)檢測裝置、系統(tǒng)與方法，可降低檢測裝置的成本，且可減少信號死角與信號收發(fā)指向性的問題。
[0005]本發(fā)明的基于聲波的空間狀態(tài)檢測裝置包括發(fā)音單元、收音單元、信號處理單元以及決策單元。發(fā)音單元用于向空間中發(fā)送聲波。收音單元用于接收聲波于空間中的變化后的聲波以作為聲音感應(yīng)信號。信號處理單元耦接到收音單元以接收聲音感應(yīng)信號，且根據(jù)聲音感應(yīng)信號產(chǎn)生空間狀態(tài)特征參數(shù)。決策單元耦接到信號處理單元以接收空間狀態(tài)特征參數(shù)，且根據(jù)空間狀態(tài)特征參數(shù)來檢測空間狀態(tài)的變化。
[0006]本發(fā)明的基于聲波的空間狀態(tài)檢測系統(tǒng)包括電子裝置以及上述基于聲波的空間狀態(tài)檢測裝置。其中檢測裝置還包括網(wǎng)絡(luò)單元。當(dāng)檢測裝置檢測到空間狀態(tài)發(fā)生變化時，檢測裝置透過網(wǎng)絡(luò)單元傳送信息到電子裝置。
[0007]本發(fā)明的基于聲波的空間狀態(tài)檢測方法包括如下步驟。首先，向空間中發(fā)送聲波，并接收聲波于此空間中變化后的聲波以做為聲音感應(yīng)信號。接著，基于聲音感應(yīng)信號取得空間狀態(tài)特征參數(shù)。然后，透過空間狀態(tài)特征參數(shù)來檢測空間狀態(tài)的變化。
[0008]基于上述，本發(fā)明的基于聲波的空間狀態(tài)檢測裝置、系統(tǒng)與方法可透過發(fā)音單元在空間中發(fā)送聲波，并透過收音單元接收聲波在此空間中變化后的聲波以產(chǎn)生聲音感應(yīng)信號。之后再根據(jù)聲音感應(yīng)信號取得空間狀態(tài)特征參數(shù)，并透過空間狀態(tài)特征參數(shù)來檢測空間狀態(tài)是否發(fā)生變化。由于本發(fā)明是以聲音當(dāng)作感應(yīng)媒介，因此可使用一般揚(yáng)聲器(喇叭)和麥克風(fēng)來做為聲音的傳送與接收裝置。如此一來，可以降低檢測裝置的成本。除此之外，由于聲波可在空間中(特別是室內(nèi)空間)經(jīng)過多次反射而被接收，因此也可減少信號死角與信號收發(fā)指向性的問題。
[0009]為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附圖式作詳細(xì)說明如下。
【附圖說明】
[0010]下面的所附圖式是本發(fā)明說明書的一部分，描繪了本發(fā)明的示例實施例，所附圖式與說明書的描述一起說明本發(fā)明的原理。
[0011]圖1是依照本發(fā)明一實施例所描繪基于聲波的空間狀態(tài)檢測裝置的方塊示意圖。
[0012]圖2A是依照本發(fā)明一實施例所描繪在小房間的室內(nèi)脈沖響應(yīng)圖。
[0013]圖2B是依照本發(fā)明一實施例所描繪在大房間的室內(nèi)脈沖響應(yīng)圖。
[0014]圖2C是依照本發(fā)明一實施例所描繪在不同房間大小的脈沖振幅分布的峰值比較圖。
[0015]圖2D是依照本發(fā)明一實施例所描繪在空曠房間的室內(nèi)脈沖響應(yīng)能量頻譜圖。
[0016]圖2E是依照本發(fā)明一實施例所描繪在擺設(shè)物品房間的室內(nèi)脈沖響應(yīng)能量頻譜圖。
[0017]圖3是依照本發(fā)明圖1實施例所描繪在信號處理單元的方塊示意圖。
[0018]圖4是依照本發(fā)明一實施例所描繪的空間脈沖響應(yīng)信號擷取示意圖。
[0019]圖5是依照本發(fā)明一實施例所描繪的室內(nèi)空間脈沖音的響應(yīng)圖。
[0020]圖6是依照本發(fā)明圖3實施例所描繪的信號擷取單元的方塊示意圖。
[0021]圖7是依照本發(fā)明一實施例所描繪的空間脈沖音的響應(yīng)圖。
[0022]圖8A是依照本發(fā)明一實施例所描繪的有效信號的頻域特征示意圖。
[0023]圖SB是依照本發(fā)明一實施例所描繪的有效信號的時域特征示意圖。
[0024]圖9A?圖9C是依照本發(fā)明一實施例所描繪的初始階段的空間狀態(tài)特征參數(shù)的流程不意圖。
[0025]圖1OA?圖1OC是依照本發(fā)明一實施例所描繪的檢測階段的空間狀態(tài)特征參數(shù)的流程示意圖。
[0026]圖11是依照本發(fā)明圖1實施例所描繪的決策單元的方塊示意圖。
[0027]圖12是依照本發(fā)明一實施例所描繪的空間狀態(tài)比對結(jié)果直方圖。
[0028]圖13是依照本發(fā)明一實施例所描繪的基于聲波的空間狀態(tài)檢測系統(tǒng)的方塊示意圖。
[0029]圖14是依照本發(fā)明一實施例所描繪的基于聲波的空間狀態(tài)檢測方法的步驟流程圖。
[0030]其中附圖標(biāo)記為:
[0031]100:檢測系統(tǒng)
[0032]1000:檢測裝置
[0033]1200:發(fā)音單元
[0034]1400:收音單元
[0035]1600:信號處理單元
[0036]1800:決策單元
[0037]I9OO:網(wǎng)絡(luò)單元
[0038]9000:電子裝置
[0039]2620:信號擷取單元
[0040]2640:第一計算單元
[0041]3622:振幅計算單元
[0042]3624:音波濾除單元
[0043]401、402、403:區(qū)段
[0044]501、502、503:區(qū)域
[0045]5820:設(shè)定單元
[0046]5840:判斷單元
[0047]ADVSl:第一絕對差值信號
[0048]ADVS2:第二絕對差值信號
[0049]AMP:平均振幅數(shù)值
[0050]AS、AS1、AS2、AS3:聲音感應(yīng)信號
[0051]ASC:音頻頻譜質(zhì)心
[0052]ASE:音頻頻譜包絡(luò)
[0053]AS_R:聲波變化(脈沖音響應(yīng)信號)
[0054]AS_T:聲波
[0055]CP:特征參數(shù)
[0056]DS:直達(dá)音區(qū)段
[0057]DVSl:第一差值信號
[0058]DVS2:第二差值信號
[0059]L1、L2:虛線
[0060]MSG:信息
[0061]RS:反射音區(qū)段
[0062]RT:殘響時間
[0063]S600^ S620^ S640:步驟
[0064]SSCP:空間狀態(tài)特征參數(shù)
[0065]T:預(yù)定時間
[0066]TH:門坎值
[0067]t0、tl、t2:時間
[0068]VS:有效信號
【具體實施方式】
[0069]現(xiàn)將詳細(xì)參考本發(fā)明的示范性實施例，在附圖中說明所述示范性實施例的實例。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標(biāo)號的組件/構(gòu)件代表相同或類似部分。
[0070]以下請參照圖1，圖1是依照本發(fā)明一實施例所描繪的基于聲波的空間狀態(tài)檢測裝置1000的方塊示意圖?；诼暡ǖ目臻g狀態(tài)檢測裝置1000包括發(fā)音單元1200、收音單元1400、信號處理單元1600以及決策單元1800。發(fā)音單元1200用于發(fā)送聲波AS_T于一空間(未描繪)中。收音單元1400用于接收聲波AS_T于上述空間中的聲波變化AS_R以做為對應(yīng)的聲音感應(yīng)信號AS。信號處理單元1600對應(yīng)于收音單元1400所接收到的聲音感應(yīng)信號AS，根據(jù)此聲音感應(yīng)信號AS產(chǎn)生空間狀態(tài)特征參數(shù)SSCP。決策單元1800接收信號處理單元1600所傳出的空間狀態(tài)特征參數(shù)SSCP，且根據(jù)空間狀態(tài)特征參數(shù)SSCP來檢測空間狀態(tài)于不同時間之間的變化。
[0071]在本實施例中，發(fā)音單元1200可以是揚(yáng)聲器(Speaker)，而收音單元1400可以是麥克風(fēng)(Microphone)，然而本發(fā)明并不以此為限。任何可以發(fā)出聲音以及接收聲音的組件都可以分別用來做為本發(fā)明實施例中的發(fā)音單元1200及收音單元1400。
[0072]在本實施例中，信號處理單元1600與決策單元1800可以是硬件、韌體(firmware，固件)或儲存在內(nèi)存而由處理器或微處理器所加載執(zhí)行的軟件或機(jī)器可執(zhí)行程序代碼。而若是采用硬件或是電路，則每個單元可以是由個別電路芯片所完成，也可以部分或全部由單一整合電路芯片所達(dá)成，但并非以此為限制。而上述內(nèi)存媒介可以是例如光盤、隨機(jī)存取內(nèi)存、只讀存儲器、閃存、軟盤、硬盤或磁性光學(xué)碟，或可于網(wǎng)絡(luò)下載原先被儲存于遠(yuǎn)程記錄媒介或非暫存式機(jī)器可讀取媒介且將儲存于區(qū)域的記錄媒介。上述硬件可以使用例如一般用途的計算機(jī)、特殊功能集成電路(ASIC)或可程序化邏輯門陣列(FPGA)來實現(xiàn)。當(dāng)上述硬件存取以及執(zhí)行上述軟件或機(jī)器可執(zhí)行程序代碼時，上述硬件可包括內(nèi)存組件。此內(nèi)存組件例如是隨機(jī)存取內(nèi)存、只讀存儲器、閃存、拇指碟(U盤)等等，可用以儲存或接收上述軟件或機(jī)器可執(zhí)行程序代碼。
[0073]除此之外，在本發(fā)明的一實施例中，檢測裝置1000所配置的空間可以是室內(nèi)空間，發(fā)音單元1200所發(fā)出的聲波六3_1'可以是一脈沖音(Impulse)，而收音單元1400所接收的聲波變化AS_R可以是脈沖音響應(yīng)于上述空間的脈沖音響應(yīng)信號(Impulse Response)。但本發(fā)明并不以此為限。在此值得一提的是，發(fā)音單元1200所發(fā)出的聲波以是可聞聲波，其中可聞聲波的頻率范圍約為20Hz?20kHz。但本發(fā)明并不以此為限。在另一實施例中，發(fā)音單元1200所發(fā)出的聲波AS_T可以是超過20kHz的超聲波或是低于20Hz的次聲波。
[0074]另外，在本發(fā)明的一實施例中，發(fā)音單元1200可周期性地或非周期性地(