專利名稱：身體運動檢測裝置和方法以及內(nèi)容回放裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如檢測諸如行走活動等周期性身體運動的裝置和方法，以及使用以上裝置和方法的內(nèi)容回放裝置和方法。
背景技術(shù)：
例如，為對用戶的步數(shù)計數(shù)的目的，自動識別人類動作和運動，或通過將音樂的節(jié)拍與用戶的活動匹配來向用戶提供協(xié)調(diào)的感覺是準(zhǔn)確檢測用戶動作(身體運動)所必需的，且提出了涉及身體運動檢測的各種技術(shù)。
例如，未經(jīng)審查的日本專利申請公開第02-161932號揭示了其中使用加速度傳感器來檢測包括行走活動的身體運動并使用基于閾值的判斷來檢測行走活動的技術(shù)，該技術(shù)涉及具有其中可根據(jù)行走活動的變化來設(shè)置適當(dāng)?shù)拈撝档臋C制的計步器。未經(jīng)審查的日本專利申請公開第10-113343號揭示了通過將加速度傳感器信號轉(zhuǎn)換成頻域特征值并對該特征值與預(yù)先以與動作相關(guān)的形式存儲的特征值執(zhí)行模式比較(特征值的模式比較)來識別動作的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
一般而言，在通過使用來自安裝在人體上的加速度傳感器的信號執(zhí)行基于閾值的判斷來執(zhí)行的人類動作識別的情況下，如果使用預(yù)定的固定閾值進行判斷，則人類動作識別易于受到個體差異因素的影響，包括諸如地板的狀態(tài)以及動作的“習(xí)慣”等環(huán)境因素。
從而，如在未經(jīng)審查的日本專利申請公開第02-161932號中揭示的技術(shù)中，一種其中用戶選擇適當(dāng)?shù)拈撝档姆椒ㄊ怯行У?。然而，?dāng)碰巧輸入了與預(yù)期加速度相比過大或過小的信號時，輸入信號直接引起過度檢測和不完善檢測。因此，在加速度傳感器輸出的閾值基礎(chǔ)上的確定人類運動的情形在原理上是脆弱的。
此外，在未經(jīng)審查的日本專利申請公開第10-113343號中所揭示的技術(shù)的情形中，人類運動的類型是通過將來自加速度傳感器的傳感器信號輸出轉(zhuǎn)換成特征值，并將該特征值與預(yù)先存儲的特征值進行比較來識別的。因此，通過準(zhǔn)備大量特征值的模式，也可提高識別率。然而，與此相反，難以檢測除預(yù)先存儲的動作以外的動作，且有可能在未適當(dāng)?shù)販?zhǔn)備特征值的模式時無法獲得足夠的識別率。
如上所述，當(dāng)通過使用來自加速度傳感器的傳感器信號輸出來檢測人類動作(運動)時，存在諸如難以設(shè)置閾值和原理上難以檢測非預(yù)期動作的問題。
如上所述，當(dāng)檢測了用戶的身體運動的周期以便在回放音樂時通過將音樂的節(jié)拍匹配用戶活動來向用戶提供協(xié)調(diào)感時，用戶的活動的周期需要通過實時檢測用戶的活動來準(zhǔn)確地檢測。因此，除實時和準(zhǔn)確檢測以外，較佳地是使處理負(fù)荷盡可能小。
從而，期望提供一種用于準(zhǔn)確且容易地獲取關(guān)于用戶動作的周期的信息而不受諸如執(zhí)行動作的地點周圍的環(huán)境和人類動作的“習(xí)慣”等因素的影響的裝置和方法，以及使用以上裝置和方法來回放內(nèi)容的內(nèi)容回放裝置和方法。
為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種身體運動檢測裝置，包含測量裝置，它輸出通過測量身體運動獲取的至少一個測量結(jié)果作為至少一個時間序列信號；檢測裝置，在切割(slice off)從測量裝置輸出的至少一個時間序列信號的一部分來生成具有自該至少一個時間序列信號中的預(yù)定位置處起的預(yù)定區(qū)間長度的參考信號之后，該檢測裝置檢測參考信號與該參考信號附近的至少一個時間序列信號的每一不同部分之間的相關(guān)性強度，這些不同部分具有預(yù)定的區(qū)間長度；以及確定裝置，它在由檢測裝置檢測的相關(guān)性強度的基礎(chǔ)上，執(zhí)行確定身體運動是否是周期性的以及確定身體運動的周期中的之一或兩者。
根據(jù)身體運動檢測裝置，測量裝置測量用戶的身體運動，且測量的結(jié)果作為時間序列信號被提供給檢測裝置。當(dāng)切割從測量裝置輸出的至少一個時間序列信號的一部分來生成含有自該至少一個時間序列信號中的預(yù)定位置起的預(yù)定區(qū)間長度的參考信號時，檢測裝置檢測參考信號與該參考信號附近的至少一個時間序列信號的每一不同的部分之間的相關(guān)性強度，該不同部分具有預(yù)定的區(qū)間長度。在相關(guān)性強度的基礎(chǔ)上，確定裝置確定身體運動是否是周期性的，諸如行走。如果身體運動是周期性的，則身體運動的周期可被確定。
以這種方式，通過使用在作為時間序列信號的身體運動上執(zhí)行信息處理和分析所處理的結(jié)果的技術(shù)，可確定身體運動是否是周期性的。因此，就用戶的動作(身體運動)而言，可在不受外部環(huán)境、人類動作的“習(xí)慣”等影響的情況下，準(zhǔn)確和容易地識別其周期性等。
身體運動檢測裝置還可包含生成裝置，它從自測量裝置輸出的時間序列信號生成用于檢測的時間序列信號，以提供給檢測裝置。檢測裝置可通過使用由生成裝置生成的供檢測使用的時間序列信號來執(zhí)行對相關(guān)性強度的檢測。
根據(jù)身體運動檢測裝置，測量裝置包括多個傳感器裝置或多個二維或三維軸傳感器裝置，且可輸出至少一個時間序列信號。來自測量裝置的時間序列信號被組合成一個信號以供檢測。該供檢測的信號被提供給檢測裝置，且可檢測相關(guān)性強度。
如上所述，通過使用由不同時間序列信號形成的信號用于信號檢測，包含各種類型的元素的該信號可用于允許檢測相關(guān)性強度。從而，通過使用更詳細(xì)的信息，可檢測以來自測量裝置的時間序列信號的預(yù)定區(qū)間為單位的相關(guān)性強度。從而，可在不受外部環(huán)境、人類動作的“習(xí)慣”等影響的情況下，準(zhǔn)確和容易地確定用戶的動作是否是周期性的。
通過計算由R(τ)表示的自相關(guān)系數(shù)，檢測裝置可檢測參考信號與該參考信號附近的時間序列信號的不同部分之間的相關(guān)性強度，這些不同部分具有預(yù)定的區(qū)間長度。
根據(jù)本身體運動檢測裝置，檢測裝置通過計算分析隨機變化中使用的自相關(guān)系數(shù)來分析對應(yīng)于用戶的身體運動的所測量的時間序列信號。
這使得可能僅通過檢測與參考信號的相關(guān)性來執(zhí)行適當(dāng)?shù)纳眢w運動檢測，即使該時間序列信號具有由外部環(huán)境和人類動作“習(xí)慣”引起的多樣性。此外，即使出現(xiàn)突然的異常值，通過對異常值執(zhí)行處理或所謂的“求平均”，可防止身體運動檢測受異常值的影響。從而可高速地適當(dāng)且準(zhǔn)確地檢測相關(guān)性強度。
較佳地，確定裝置指定值τ，在值τ處，由檢測裝置計算的自相關(guān)系數(shù)R(τ)為由0＜τ≤M表示的范圍中的峰值，其中M表示等于或小于樣本個數(shù)并確定自相關(guān)系數(shù)R(τ)的次數(shù)的自然數(shù)，且確定裝置使用兩個相鄰峰值之間的距離作為由測量裝置測量的時間序列信號的周期，并使用基于指定的值τ找到的周期作為身體運動的周期。
根據(jù)本身體移動檢測裝置，確定裝置可在自相關(guān)系數(shù)R(τ)的基礎(chǔ)上指定身體運動的周期，且可確定該身體運動是否是周期性的。這使得可能在自相關(guān)系數(shù)R(τ)的峰值的基礎(chǔ)上，準(zhǔn)確地確定該身體運動是否是周期性的。
在本說明書中，短語“峰值”指的是，當(dāng)值改變時，改變的最大值。在周期性變化的時間序列信號的情況下，峰值周期性地出現(xiàn)。
較佳地，確定裝置執(zhí)行對位于值τp的整數(shù)倍位置處或整數(shù)倍位置附近的自相關(guān)系數(shù)是否為峰值的判斷，且基于該判斷的結(jié)果，確定該身體運動是否是周期性的，其中值τp表示由檢測裝置計算的自相關(guān)系數(shù)R(τ)為由0＜τ≤M表示的范圍中的峰值處的各個值τ中的最小值，其中M表示等于或小于樣本個數(shù)且確定自相關(guān)系數(shù)R(τ)的次數(shù)的自然數(shù)。
根據(jù)本身體移動檢測裝置，在自相關(guān)系數(shù)R(τ)的峰值的基礎(chǔ)上，確定裝置指定身體運動的一個周期的長度為值τp。通過確定在值τp的整數(shù)倍位置或其附近是否存在峰值，來確定該身體運動是否是周期性的。這使得可能準(zhǔn)確地身體運動是否是周期性的。
當(dāng)通過使用0次的系數(shù)R(0)來歸一化由檢測裝置計算得到的自相關(guān)系數(shù)R(τ)而獲得的值r(τ)不大于預(yù)定的閾值時，確定裝置可確定自相關(guān)系數(shù)R(τ)不用作有效的峰值。
根據(jù)本身體運動檢測裝置，用作用于確定身體運動是否是周期性的信息的自相關(guān)系數(shù)R(τ)按照0次系數(shù)R(0)來歸一化。這使得可能適當(dāng)?shù)貓?zhí)行指定峰值的位置來準(zhǔn)確地確定身體運動是否是周期性的，以及指定身體運動的周期，而不考慮由身體運動的強度差異引起的信號振幅的改變。
較佳地，身體運動檢測裝置還包括計算裝置，它計算經(jīng)受檢測裝置的處理的時間序列信號的能量。當(dāng)由計算裝置計算的時間序列信號的能量可能小于預(yù)定閾值時，確定裝置可確定身體運動不存在。
根據(jù)本身體運動檢測裝置，首先由計算裝置計算將要處理的時間序列信號的能量。當(dāng)所計算的能量小于閾值時，可確定該身體運動本身不存在。這可防止當(dāng)用戶的身體停止時不必要地執(zhí)行身體運動檢測，且可防止當(dāng)信號非常弱時的錯誤檢測。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提供了內(nèi)容回放裝置，包含回放裝置，它回放內(nèi)容數(shù)據(jù)；測量裝置，它輸出通過測量身體運動獲得的至少一個測量結(jié)果作為至少一個時間序列信號；檢測裝置，在切割從測量裝置輸出的時間序列信號的一部分來生成具有自該時間序列信號中的預(yù)定位置處起的預(yù)定區(qū)間長度的參考信號之后，該檢測裝置檢測參考信號與該參考信號附近的時間序列信號的每一不同部分之間的相關(guān)性強度，這些不同部分具有預(yù)定的區(qū)間長度；指定裝置，它基于由檢測裝置檢測的相關(guān)性強度，指定身體運動的周期；以及控制裝置，它控制回放裝置來控制對內(nèi)容數(shù)據(jù)的回放速度，使得回放速度匹配由指定裝置指定的身體運動的周期。
根據(jù)內(nèi)容回放裝置，測量裝置測量用戶的身體運動，并將至少一個測量結(jié)果作為至少一個時間序列信號提供給檢測裝置。當(dāng)切割所提供的時間序列信號的一部分來生成具有自時間序列信號中的預(yù)定位置起的預(yù)定區(qū)間長度的參考信號之后，檢測裝置檢測參考信號與該參考信號附近的時間序列信號的每一不同的部分之間的相關(guān)性強度，這些不同的部分具有預(yù)定的區(qū)間長度。
身體運動的周期由確定裝置在相關(guān)性強度的基礎(chǔ)上指定。回放裝置由控制裝置控制，使得所指定的身體運動的周期與回放裝置回放的內(nèi)容的回放速度彼此匹配。
因為用戶的身體運動匹配內(nèi)容的回放速度，這使得用戶能夠感到與回放的內(nèi)容的協(xié)調(diào)感，此外，可改變運動的速度以改變內(nèi)容的回放速度，且可執(zhí)行對維持強度恒定的鍛煉(例如以恒定的速度行走)的推動。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，可在不受外部環(huán)境和人類動作的“習(xí)慣”等的影響下準(zhǔn)確和容易地獲得涉及用戶動作的信息，且可使用該信息。換言之，不必將與動作相關(guān)聯(lián)的特征值存儲在相關(guān)技術(shù)的身體運動的檢測裝置中。因此，可檢測廣義周期性的身體運動(節(jié)奏性的用戶活動)。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，音樂的節(jié)奏與人類身體活動的節(jié)奏可彼此相關(guān)聯(lián)，因此允許在相關(guān)技術(shù)的回放裝置中難以實現(xiàn)的欣賞音樂的方式。換言之，可獲得音樂與人類身體運動之間的協(xié)調(diào)性。相反，為了改變音樂的回放速度，可移動身體。從而，用戶厭煩的音樂也以匹配身體運動的速度來回放，由此可期望獲得新發(fā)現(xiàn)的效果。


圖1是示出可對其應(yīng)用本發(fā)明的實施例的聲音回放裝置的示例的框圖；圖2是示出圖1中所示的身體運動傳感器1和周期性/周期檢測部分2的框圖；圖3是在圖1中所示的周期性/周期檢測部分2中所使用的算術(shù)表達(dá)式的圖示；圖4是示出用于計算自相關(guān)系數(shù)的過程的流程圖；圖5是示出對身體運動是否是周期性的判斷以及對身體運動的周期的檢測的流程圖；
圖6是圖5中的流程圖之后的流程圖；圖7是示出指示非周期性自相關(guān)系數(shù)的值的曲線圖的示例的曲線圖；以及圖8是示出指示周期性的自相關(guān)系數(shù)的值的示例曲線圖。
具體實施例方式
以下參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的裝置和方法。在以下描述中，舉例說明了其中將根據(jù)該實施例的裝置和方法應(yīng)用于便攜式聲音回放裝置的情況。
關(guān)于聲音回放裝置圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的聲音回放裝置的框圖。如圖1中所示，聲音回放裝置包括身體運動傳感器1；周期性/周期檢測部分2；音樂數(shù)據(jù)存儲部分3；回放速度確定部分4；音樂回放控制部分5；聲音信號回放部分6；聲音換能器7，諸如揚聲器、頭戴式耳機或耳塞；操作部分8以及顯示部分9。
身體運動傳感器1可安裝在用戶身體上。身體運動傳感器1檢測用戶的活動并輸出對應(yīng)于所檢測到的動作的電信號。特別地，可使用加速度傳感器、角速度傳感器等作為身體運動傳感器1。通過將加速度傳感器用作身體運動傳感器1，可獲得根據(jù)身體的運動及其強度改變的電壓輸出。在根據(jù)本實施例的聲音回放裝置中，例如可使用加速度傳感器作為身體運動傳感器1。
對于安裝身體運動傳感器的位置，較佳的是將身體運動傳感器1盡可能穩(wěn)固地固定到用戶的身體上，因為身體運動傳感器1的搖動將引起噪聲，且還較佳地使身體運動傳感器1不阻礙用戶身體的活動。例如，身體運動傳感器1可被安裝至戴在用戶頭部的頭戴式耳機上。在該情形中，用戶的負(fù)擔(dān)減少，且僅感覺少量不適。此外，當(dāng)身體運動傳感器1被安裝在頭戴式耳機上時，除反映用戶頭部活動的傳感器輸出以外，還可獲得反映上半身和身體軀干的活動的傳感器輸出。
除非輸入某一水平的穩(wěn)定信號，否則根據(jù)本實施例的聲音回放裝置中的身體運動傳感器1將會不檢測到任何運動。從而，身體運動傳感器1適于檢測諸如行走等活動，其中維持某一水平的恒定節(jié)奏(恒定周期)，而不適用于節(jié)奏經(jīng)常變化的活動。在此上下文中，周期指的是重復(fù)執(zhí)行的動作的開始和起始之間的時間間隔。
來自身體運動傳感器1的輸出被提供給周期性/周期檢測部分2。通過分析來自身體運動傳感器1的傳感器輸出，周期性/周期檢測部分2確定用戶的身體運動是否是周期性的。如果確定該身體運動是周期性的，那么周期性/周期檢測部分2檢測該周期的大小，并向回放速度確定部分4提供所檢測周期的信息。
在該實施例中，可在用戶的身體運動中檢測身體運動的周期性類型。身體運動的周期性類型包括其中以恒定周期重復(fù)執(zhí)行預(yù)定動作的按節(jié)奏執(zhí)行的活動的類型，諸如行走、慢跑、跑步、曲伸鍛煉、腹部鍛煉、擺臂等。
周期性/周期檢測部分2可在不受執(zhí)行動作的地點周圍的環(huán)境以及人類動作的“習(xí)慣”的影響的情況下確定是否執(zhí)行周期性動作，并且如果執(zhí)行了周期性的動作，則可檢測該動作的周期。這將在稍后描述。
音樂數(shù)據(jù)存儲部分3是含有記錄介質(zhì)的驅(qū)動器，記錄介質(zhì)如硬盤、諸如壓縮盤(CD)或數(shù)字多功能盤(DVD)等光盤、諸如MD(MiniDisc)等磁光盤或諸如閃存等半導(dǎo)體存儲器。根據(jù)本實施例的回放裝置中，音樂數(shù)據(jù)存儲部分3是含有內(nèi)置小型硬盤作為記錄介質(zhì)的硬盤。
音樂數(shù)據(jù)存儲部分3存儲在聲音回放裝置中回放的各種音樂片段的音樂數(shù)據(jù)(數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù))片段，以及對應(yīng)于音樂數(shù)據(jù)片段的音樂片段節(jié)拍的信息。音樂數(shù)據(jù)包括各種數(shù)據(jù)格式，諸如數(shù)字化音樂信號本身、諸如MIDI(樂器數(shù)字接口)數(shù)據(jù)等對應(yīng)于樂譜的格式的數(shù)據(jù)、諸如PCM(脈沖編碼調(diào)制)數(shù)據(jù)等采樣的波形數(shù)據(jù)、以及諸如ATRAC(自適應(yīng)聲學(xué)轉(zhuǎn)換編碼)或MP3(MPEG1音頻第3層)等在編碼系統(tǒng)中處理的比特流。
對應(yīng)于音樂數(shù)據(jù)片段的節(jié)拍的信息例如由指示存在多少四分之一音符形式的音符的數(shù)值表示。因為存在在片段中間改變節(jié)拍的音樂片段，因此可以添加時間信息，諸如節(jié)拍改變的時刻以及該節(jié)拍的持續(xù)時間。
當(dāng)音樂數(shù)據(jù)是MIDI數(shù)據(jù)時，通常被記錄為節(jié)拍信息的信息可被用作對應(yīng)于每一音樂片段的節(jié)拍信息。如果音樂數(shù)據(jù)是除MIDI數(shù)據(jù)以外的基于聲音波形的數(shù)據(jù)，諸如PCM(脈沖編碼調(diào)制)數(shù)據(jù)，那么節(jié)拍信息是通過預(yù)先分析音樂數(shù)據(jù)來設(shè)置的，并按照添加到音樂片段的元數(shù)據(jù)形式存儲。此外，當(dāng)音樂數(shù)據(jù)被回放時，可使用通過實時分析音樂數(shù)據(jù)計算得到的節(jié)拍信息。
在來自周期性/周期檢測部分2的身體運動周期以及從音樂數(shù)據(jù)存儲部分3獲取的正被回放的音樂數(shù)據(jù)的節(jié)拍信息的基礎(chǔ)上，回放速度確定部分4確定正被回放的音樂數(shù)據(jù)的回放速度。回放速度確定部分4指示音樂回放控制部分5以所確定的回放速度回放該音樂數(shù)據(jù)。
特別地，當(dāng)從周期性/周期檢測部分2最后提供的周期(身體運動的樣本周期)由L1表示，數(shù)字信號的采樣頻率由Fs表示，且身體運動被轉(zhuǎn)換成節(jié)拍Tb，使用身體運動的一個周期作為四分之一音符的長度時，Tb＝60Fs/L1此時，回放速度確定部分4指示音樂回放控制部分5以Tb/Tm倍正?；胤潘俣葋砘胤旁撘魳窋?shù)據(jù)，其中Tm表示當(dāng)前回放位置處的音樂數(shù)據(jù)的回放節(jié)拍。
如果回放速度具有如此之大的改變使得回放的音樂難以被聽成音樂，則具有如此的回放速度的裝置作為聲音回放裝置是不適當(dāng)?shù)?。從而，?dāng)Tb＜Tm/2(當(dāng)Tm/2比Tb大)時，回放速度系數(shù)X＝0.5。當(dāng)Tb＞2Tm(當(dāng)Tb比2Tm大)時，回放速度系數(shù)X＝2。在另一情況中，換言之，當(dāng)Tb≥Tm/2且Tb≤2Tm(當(dāng)Tb大于或等于Tm/2，且Tb小于或等于2Tm)時，通過以X倍正常速度控制回放，使用回放速度系數(shù)X＝Tb/Tm，回放速度可被限于0.5倍到2倍正常速度范圍之內(nèi)。
如上所述，在本說明書中，符號“＞”、“＜”、“≥”和“≤”被用作數(shù)學(xué)中的不等號，且用于表示兩個值或表達(dá)式大小之間的關(guān)系。顯然，符號“＝”被用作數(shù)學(xué)中的等號，且用于指示兩個值或表達(dá)式彼此相等。
音樂回放控制部分5從音樂數(shù)據(jù)存儲部分3中讀取由用戶通過操作部分8指定的音樂數(shù)據(jù)，并回放所讀取的音樂數(shù)據(jù)。音樂回放控制部分5將所回放的音樂數(shù)據(jù)提供給聲音信號回放部分6。在這種情況下，音樂回放控制部分5控制回放速度以遵循來自回放速度確定部分4的指令。
當(dāng)將要回放的音樂數(shù)據(jù)是MIDI數(shù)據(jù)時，為了改變回放速度，音樂回放控制部分5僅需改變涉及MIDI數(shù)據(jù)的節(jié)拍的參數(shù)。然而，當(dāng)將要回放的音樂數(shù)據(jù)是諸如PCM數(shù)據(jù)等基于聲音波形的數(shù)據(jù)時，在處理了將要回放的音樂數(shù)據(jù)(聲音波形信號)以暫時壓縮或擴展聲音波形信號之后，回放所處理的音樂數(shù)據(jù)。
聲音信號回放部分6從來自音樂回放控制部分5的音樂數(shù)據(jù)生成模擬音頻信號以供回放。當(dāng)來自音樂回放控制部分5的音樂數(shù)據(jù)例如是MIDI數(shù)據(jù)時，聲音信號回放部分6根據(jù)MIDI數(shù)據(jù)中的參數(shù)生成模擬音頻信號以供回放，并將所生成的信號提供給聲音換能器7。當(dāng)來自音樂回放控制部分5的音樂數(shù)據(jù)例如是經(jīng)如上所述處理的音樂數(shù)據(jù)時，聲音信號回放部分6通過對音樂數(shù)據(jù)執(zhí)行諸如數(shù)模轉(zhuǎn)換等處理來生成模擬音頻信號以供回放，并將所生成的信號提供給聲音換能器7。
這允許聲音換能器7基于將要回放的音樂數(shù)據(jù)播放音樂，將要回放的音樂由用戶指定且是從音樂數(shù)據(jù)存儲部分3中讀取的。
連接至音樂回放控制部分5的顯示部分9包括諸如LCD(液晶顯示器)或有機EL(電子發(fā)光)顯示器等平面屏幕顯示設(shè)備。顯示部分9例如可顯示涉及能夠被回放的音樂數(shù)據(jù)的信息、回放速度信息以及諸如操作向?qū)У雀鞣N操作消息。
根據(jù)本實施例的聲音回放裝置包括輸入/輸出終端和外部接口(未示出)，后者允許與例如諸如個人計算等外部設(shè)備建立連接。在從諸如個人計算機等外部設(shè)備接收音樂數(shù)據(jù)之后，聲音回放裝置可在音樂數(shù)據(jù)存儲部分3中記錄所接收的音樂數(shù)據(jù)。
如上所述，用戶可通過經(jīng)由操作部分8輸入指令信息從存儲在音樂數(shù)據(jù)存儲部分3中的大量音樂數(shù)據(jù)片段中選擇對應(yīng)于所期望的音樂片段的音樂數(shù)據(jù)片段，且可通過回放所選的音樂數(shù)據(jù)片段來收聽對應(yīng)于所選的音樂數(shù)據(jù)片段的音樂。顯然，可執(zhí)行諸如快進、快退、停止和暫停等各種類型的處理。
根據(jù)本實施例的聲音回放裝置是便攜式類型的，且可用于在進行諸如行走或慢跑等鍛煉時收聽音樂。當(dāng)用戶在進行某種鍛煉的同時使用聲音回放裝置時，用戶的運動(身體運動)由身體運動傳感器1檢測。身體運動傳感器1將所檢測到的運動作為電信號提供給周期性/周期檢測部分2。周期性/周期檢測部分2檢測用戶的身體運動是否是周期性的。如果用戶的運動是周期性的，那么周期性/周期檢測部分2檢測周期為多長。
回放速度確定部分4確定正被回放的音樂數(shù)據(jù)的回放速度，使得正被回放的音樂數(shù)據(jù)的回放速度匹配(對應(yīng)于)由周期性/周期檢測部分2檢測的用戶身體運動的周期。根據(jù)所確定的回放速度，音樂回放控制部分5回放音樂數(shù)據(jù)。
這使得用戶能夠回放音樂數(shù)據(jù)來匹配用戶的身體運動，從而用戶可利用采用用戶可感覺與回放的音樂的協(xié)調(diào)感的這樣一種新形式的音樂數(shù)據(jù)。此外，通過將周期性身體運動的周期維持到所回放的音樂，該周期性身體運動可自然地延續(xù)，從而提高了運動的效率。
關(guān)于對身體運動是否是周期性的判斷以及對身體運動的周期的檢測接著將在以下描述由根據(jù)本實施例的聲音回放裝置中的身體運動傳感器1和周期性/周期檢測部分2進行的對用戶的身體運動是否是周期性的判斷，以及當(dāng)身體運動是周期性時執(zhí)行的周期性檢測。圖2是示出根據(jù)本實施例的聲音回放裝置中的身體運動傳感器1和周期性/周期檢測部分2的配置的框圖。圖3A到3E是周期性/周期檢測部分2中執(zhí)行的處理中所用的數(shù)學(xué)表達(dá)式的圖示。
如圖2中所示，根據(jù)本發(fā)明的聲音回放裝置中的身體運動傳感器1在3個軸(X、Y和Z軸)上具有加速度傳感器元件。從而，身體運動傳感器1使用加速度傳感器元件檢測X軸身體運動、Y軸身體運動和Z軸身體運動，并根據(jù)所檢測到的身體運動輸出模擬時間序列的信號。將來自身體運動傳感器1的3個軸的傳感器輸出(模擬時間序列信號)提供給周期性/周期檢測部分2。
如圖2中所示，周期性/周期檢測部分2包括模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器21和算術(shù)處理器22。A/D轉(zhuǎn)換器21包括用于3個軸的傳感器輸出的A/D轉(zhuǎn)換元件211、212和213。算術(shù)處理器22具有微機配置，包括CPU(中央處理單元)221、ROM(只讀存儲器)222和RAM(隨機存取存儲器)223，它們由CPU總線224互相連接。
如圖2中所示，將X軸傳感器輸出、Y軸傳感器輸出和Z軸傳感器輸出分別提供給A/D轉(zhuǎn)換元件211、A/D轉(zhuǎn)換元件212和A/D轉(zhuǎn)換元件213。A/D轉(zhuǎn)換元件211、212和213中的每一個將來自身體運動傳感器1的相應(yīng)的軸傳感器輸出轉(zhuǎn)換成數(shù)字時間序列信號，并將該數(shù)字時間序列信號提供給算術(shù)處理器22。
算術(shù)處理器22在由CPU 221執(zhí)行的中斷動作中捕捉來自A/D轉(zhuǎn)換元件21的軸數(shù)字時間序列信號，并將所捕捉的數(shù)字時間序列信號存儲在RAM 223中。如稍后所述，算術(shù)處理器22通過在分析數(shù)字時間序列信號時處理數(shù)字時間序列信號，來計算三維空間中加速度向量的范數(shù)，該數(shù)字時間序列信號以諸如CPU 221的中斷動作等預(yù)定定時存儲在RAM 223中。算術(shù)處理器22將該范數(shù)作為一維時間序列數(shù)據(jù)x(n)存儲在RAM 223的存儲區(qū)中，并分析數(shù)據(jù)x(n)來執(zhí)行周期性判斷。如上所述，通過使用3個軸的傳感器元件來分析加速度向量的范數(shù)，可以無需考慮運動的方向以及安裝身體運動傳感器1的方向來檢測運動。
特別地，算術(shù)處理器22切割將要分析的數(shù)字時間序列信號的一部分，來生成含有自將要分析的數(shù)字時間序列信號的預(yù)定位置起的預(yù)定區(qū)間的參考信號，并順序地找出參考信號與該參考信號附近的信號的每一不同部分之間的相關(guān)性強度，該每一不同部分含有預(yù)定該區(qū)間。在該相關(guān)性強度的基礎(chǔ)上，算術(shù)處理器22確定該身體運動是否是周期性的。當(dāng)該身體運動是周期性時，則算術(shù)處理器22確定該周期。
在本實施例中，如上所述，通過檢測從包含加速度傳感器元件的身體運動傳感器1獲得的時間序列信號的周期，確定同一活動是否在用戶的身體運動中重復(fù)執(zhí)行。因此，可檢測用戶的節(jié)奏性運動(身體運動)，使得設(shè)定的閾值對檢測的準(zhǔn)確性沒有任何大的影響，即檢測不受用戶的身體運動的“習(xí)慣”的影響，且檢測不受用戶身體運動類型的限制。
為了確定身體運動是否是周期性的以及確定身體運動的周期，可使用各種類型的統(tǒng)計或數(shù)學(xué)時間序列分析方法用于分析隨機變化，這些方法包括例如，移動平均法、由移動平均法發(fā)展而來的指數(shù)平滑法、多項式回歸分析、使用頻譜密度的分析。然而，在本實施例中，使用自相關(guān)系數(shù)R(τ)來確定身體運動是否是周期性的以及確定該身體運動的周期。
自相關(guān)系數(shù)R(τ)是由圖3A中所示的表達(dá)式(1)計算的值。換言之，自相關(guān)系數(shù)R(τ)指示，在對固定樣本長度N切割數(shù)字時間序列信號來生成N維向量參考信號之后，即使在其中執(zhí)行切割的區(qū)間附近，切割N個時間序列信號的樣本，并將其與參考信號一起使用來計算內(nèi)積，且在內(nèi)積大小的基礎(chǔ)上找出區(qū)間中的信號樣本的相關(guān)性。
換言之，在圖3A中的表達(dá)式(1)中，函數(shù)x(n)表示根據(jù)來自身體運動傳感器1的傳感器輸出的數(shù)字時間序列信號，該信號經(jīng)受周期性判斷和周期檢測。當(dāng)n＝1到N-1時獲得的數(shù)字時間序列信號x(n)的值被用作參考信號(含有自預(yù)定位置“0”起的預(yù)定區(qū)間長度“N”的參考信號)時，自相關(guān)系數(shù)R(τ)表示參考信號與數(shù)字時間序列信號x(n-τ)(經(jīng)受相關(guān)性檢測)的相關(guān)性強度，信號x(n-τ)具有與參考信號相等的區(qū)間長度，并從參考信號中位移(一段距離)值τ。如上所述，值τ表示經(jīng)受相關(guān)性檢測的信號從參考信號的位移，即，參考信號與經(jīng)受相關(guān)性檢測的信號之間的距離(時間差分)。值τ例如由樣本數(shù)來表示。
當(dāng)從數(shù)字時間序列信號x(n)切割的參考信號與數(shù)字時間序列信號(x-τ)之間存在強相關(guān)性時，其中信號(x-τ)含有與該參考信號相等的區(qū)間長度且從該參考信號位移值τ，則自相關(guān)系數(shù)R(τ)具有大值。相反，當(dāng)該相關(guān)性弱時，自相關(guān)系數(shù)R(τ)具有小值。
從而，如果當(dāng)值(變量)τ在0到M之間改變時自相關(guān)系數(shù)R(τ)的值的改變?yōu)橹芷谛缘?，那么可確定用戶的身體運動是周期性的。如果用戶的身體運動是周期性的，那么可確定，當(dāng)值(變量)τ在0到M之間改變時自相關(guān)系數(shù)R(τ)的相鄰峰值之間的距離為用戶身體運動的一個周期的長度。
如上所述，在本說明書中，短語“峰值”指的是，當(dāng)值具有改變時，該改變的最大值。換言之，峰值是改變的值從上升轉(zhuǎn)到下降之前的值，且是最大的。當(dāng)值周期性改變時，該值成為每一周期中的峰值。
此外，如圖3A到3E中所示，值(變量)τ、值(變量)M以及值(變量)n之間具有由0≤τ≤M≤N表示的關(guān)系。值M是小于或等于N的自然數(shù)，它確定自相關(guān)系數(shù)的順序(對應(yīng)于區(qū)間長度)。
根據(jù)本實施例的聲音回放裝置中的身體運動傳感器1包括3個軸加速度傳感器元件，并向周期性/周期檢測部分2提供3個軸的傳感器輸出。從而，通過使用圖3A中的表達(dá)式(1)來找出軸傳感器輸出的自相關(guān)系數(shù)，可對軸傳感器輸出檢查周期性。
然而，對軸傳感器輸出檢查周期性可能造成大量處理器負(fù)載，且可能復(fù)雜化最終確定用戶的身體運動是否是周期性的處理。從而，根據(jù)本實施例的聲音回放裝置從每一軸傳感器輸出生成數(shù)字時間序列信號用于檢測周期性和周期。
具體地，以這種方式，當(dāng)軸傳感器元件的個數(shù)L為2或3，且每一軸上的時間序列數(shù)據(jù)由xi(n)[1≤i≤L]表示時，由圖3B中的表達(dá)式(2)計算出的數(shù)字時間序列信號x(n)被用作數(shù)字時間序列信號供周期性和周期檢測使用。清楚地示出，在本實施例中，通過計算加速度向量的范數(shù)生成的信號，即通過在軸傳感器輸出上進行A/D轉(zhuǎn)換獲得的值的平方和的平方根，被用作數(shù)字時間序列信號，用于檢測身體運動的周期性和周期。
使用圖3B中的表達(dá)式(2)來生成數(shù)字時間序列信號用于檢測身體運動的周期性和周期是一個示例。從而，當(dāng)使用多個身體運動傳感器元件時，通過執(zhí)行某些數(shù)字或模擬計算將傳感器輸出轉(zhuǎn)換成一維時間序列信號，并對該時間序列信號檢查周期性和周期。
顯然，例如，在其中算術(shù)處理器22具有高處理能力的情況中，當(dāng)使用多個軸傳感器元件時，通過對每一傳感器輸出檢查周期性，在一個傳感器輸出或每一軸傳感器輸出的周期性檢測結(jié)果的基礎(chǔ)上，可確定該用戶身體運動是否是周期性的，且可以指出該身體運動的周期。
此外，在本實施例中，已經(jīng)描述了使用多個軸傳感器元件的情況，但是本發(fā)明不限于該實施例。例如，當(dāng)在用戶的不同部位安裝多個傳感器元件，即當(dāng)使用多個傳感器元件時，在將傳感器輸出轉(zhuǎn)換成一維時間序列信號之后，可對該一維時間序列信號檢查周期性和周期。
對于切割，為了計算參考信號與各自含有經(jīng)受計算的預(yù)定區(qū)間長度的信號的自相關(guān)系數(shù)R(τ)，可能在前一周期的判斷(節(jié)奏判斷)的結(jié)果的基礎(chǔ)上對該信號切割一個周期。然而，本實施例使用更方便的方法，其中以規(guī)則的區(qū)間對信號進行機械切割，使得其各自具有預(yù)定的寬度。當(dāng)使用具有預(yù)定寬度的所切割的信號時，可利用具有相應(yīng)信號區(qū)間的信號的周期性以及信號周期的反射的強度。
在該情形中，在僅通過找出最大自相關(guān)系數(shù)執(zhí)行的周期性判斷和周期確定的這一簡單方法中，會發(fā)生問題，諸如其中非周期信號被識別為周期性的錯誤判斷。從而，較佳的是包含用于確定信號是否是真正周期性的機制。
換言之，對于用戶的身體運動的周期，如上所述，當(dāng)值τ在0和M之間改變時，自相關(guān)系數(shù)(自相關(guān)函數(shù))R(τ)的兩個相鄰峰值之間的距離可被識別為一個周期的長度。在此之前，較佳的是確定用戶的身體運動是否是周期性的。
從而，在根據(jù)本實施例的聲音回放裝置中，當(dāng)自相關(guān)系數(shù)R(τ)在由0≤τ≤M表示范圍中具有峰值處的值τ的最小值(值τ對應(yīng)于最接近由τ＝0表示的原點的峰值)時，通過檢查在值τp的整數(shù)倍的位置處或值τp的整數(shù)倍的附近是否存在峰值，可確定該身體運動是否是周期性的。
具體地，當(dāng)值k表示滿足圖3C中的表達(dá)式(3)的范圍中的自然數(shù)，且值Δ表示小自然數(shù)時，檢查自相關(guān)系數(shù)R(τ)是否是滿足圖3D中的表達(dá)式(4)的τ的范圍中的峰值，且在檢查結(jié)果的基礎(chǔ)上，確定身體運動是否是周期性的，并確定身體運動的周期。
換言之，如上所述，在周期性改變的值的情況中，該值在每一周期中到達(dá)其峰值。因此，如果在被認(rèn)為是一個周期的長度的值τp的整數(shù)倍的位置處或在該位置附近存在峰值，那么可確定，該用戶的身體運動是周期性的，且值τp的長度可被識別為一個周期的長度。
此外，在根據(jù)本實施例的聲音回放裝置中，如由圖3E中的表達(dá)式(5)所示，找出通過歸一化所找到的自相關(guān)系數(shù)R(τ)獲得的值r(τ)，且當(dāng)值r(τ)不等于或大于預(yù)定的閾值時，自相關(guān)系數(shù)R(τ)不被用作為峰值。執(zhí)行以上歸一化是因為，可在不受由于身體運動強度的差異引起的信號振幅的改變的影響的情況下，適當(dāng)?shù)卮_定自相關(guān)系數(shù)的峰值。
換言之，在其中苗條的女性曳步而行的情況和強壯的男性沉重而笨拙地行走的情況之間，傳感器信號的振幅有所不同。因此，如果通過使用未歸一化的自相關(guān)系數(shù)的固定閾值來確定周期，那么在以上的示例中，不論該信號究竟具有什么樣的周期，僅女性的情況不能進行檢測。從而，必須執(zhí)行歸一化以便避免所檢測信號振幅中的這樣的改變的影響。
在如上所述確定用戶的身體運動是否是周期性的以及檢測其周期之前，通過確定來自身體運動傳感器1的傳感器輸出的能量P是否等于或大于預(yù)定水平，僅在其中能量P等于或大于預(yù)定水平的情況中，可確定該用戶的身體運動是否是周期性并可檢測該身體運動的周期。傳感器輸出能量P是信號區(qū)間中的時間序列樣本的平方和。0次的自相關(guān)系數(shù)R(0)可用作能量P。
如上所述，通過將能量P用作確定是否要執(zhí)行處理的準(zhǔn)則，在諸如當(dāng)用戶明顯停止的情況中，可不必執(zhí)行對用戶身體運動是否是周期性的判斷以及周期檢測等。
在本實施例中的算術(shù)處理器22中，如上所述執(zhí)行各種類型的算術(shù)處理以確定用戶的身體運動是否是周期性的，并且如果用戶的身體運動是周期性的，那么可指出用戶的身體運動的周期。
接著，將在以下參考圖4至6中所示的流程圖，描述在本實施例的周期性/周期檢測部分2中的算術(shù)處理器22執(zhí)行的關(guān)于用戶身體運動是否是周期性的判斷以及周期檢測。首先，在描述整個處理之前，描述自相關(guān)系數(shù)計算過程。
圖4是示出用于計算自相關(guān)系數(shù)R(τ)的計算過程的流程圖。圖4中示出的每一過程和稍后參考圖5和6描述的處理是由周期性/周期檢測部分2中的算術(shù)處理器22執(zhí)行的。
當(dāng)計算自相關(guān)系數(shù)R(τ)時，算術(shù)處理器22在步驟S1中將值(變量)τ清空(初始化)成0，并在步驟S2中將值(變量)n和自相關(guān)系數(shù)R(τ)清空(初始化)成0。算術(shù)處理器22在步驟S3執(zhí)行由R(τ)＝R(τ)+x(n)×(n-τ)表示的計算，且在步驟S4中對值n自增1。
在步驟S5中，算術(shù)處理器22確定值n是否小于值N，即，是否對具有預(yù)定區(qū)間長度的所有切割的信號執(zhí)行了計算。如果確定值n小于值N，這指示，還沒有對具有預(yù)定區(qū)間長度的所有信號計算自相關(guān)系數(shù)R(τ)。因此，重復(fù)執(zhí)行來自步驟S3的處理。換言之，由步驟S3到S5形成的循環(huán)表示計算自相關(guān)系數(shù)R(τ)，并執(zhí)行由圖3A中的表達(dá)式(1)所示的計算。
如果在步驟S5中確定值n不小于值N，這指示對具有預(yù)定區(qū)間長度的所有信號的自相關(guān)系數(shù)R(τ)的計算已經(jīng)完成。因此，算術(shù)處理器22在步驟S6中對值τ自增1，并確定值τ是否小于值M。換言之，可確定參考信號x(n)與信號x(n-0)到信號x(n-M)中的每一個之間的自相關(guān)系數(shù)R(τ)的計算是否已經(jīng)完成。
如果在步驟S7中，確定值τ小于值M，則重復(fù)執(zhí)行自步驟S2的處理，以便通過使用自增值τ所獲得的新值來找出參考信號x(n)與信號x(n-τ)之間的自相關(guān)系數(shù)R(τ)?；蛘撸绻诓襟ES7中，確定值τ不小于值M，這指示連續(xù)的自相關(guān)系數(shù)計算，即找出參考信號x(n)與信號x(n-0)到信號x(n-M)中的每一個之間的自相關(guān)系數(shù)R(τ)的處理已經(jīng)完成。因此，完成了該自相關(guān)系數(shù)計算過程。
如上所述，在來自身體運動傳感器1的傳感器輸出的基礎(chǔ)上，可計算涉及身體運動的自相關(guān)系數(shù)R(τ)。
對于自相關(guān)系數(shù)計算所必需的x(n)，(N+M)個樣本即足夠，且樣本存儲在具有長度N+M的環(huán)形緩沖器中，以便節(jié)省存儲區(qū)。然而，為描述的簡潔起見，在圖4中，略去了涉及環(huán)形緩沖器的操作，因為它被認(rèn)為是適當(dāng)執(zhí)行的。
接著，以下參考圖5和6中的流程圖描述使用自相關(guān)系數(shù)R(τ)對用戶的身體運動是否是周期性的判斷以及周期檢測。圖5和6中所示的過程是使用根據(jù)本實施例的聲音回放裝置中的任意定時，在回放存儲在音樂數(shù)據(jù)存儲部分3中的音樂數(shù)據(jù)時，在周期性/周期檢測部分2中的CPU 221的中斷操作的基礎(chǔ)上主要由周期性/周期檢測部分2中的算術(shù)處理器22執(zhí)行的。
首先，在步驟S101中，通過使用從身體運動傳感器1提供并由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字時間序列信號之后存儲在算術(shù)處理器22中的RAM 223中的傳感器輸出x(n)，算術(shù)處理器22根據(jù)圖4中所示的流程圖的過程來計算自相關(guān)系數(shù)R(τ)。
在步驟S102中，算術(shù)處理器22將信號能量(0次的自相關(guān)系數(shù)R(0))與預(yù)設(shè)的閾值TR進行比較。如果不滿足自相關(guān)系數(shù)R(0)＞閾值TR的關(guān)系，則算術(shù)處理器22確定用戶停止而沒有任何身體運動，因此確定不存在任何身體運動。
如上所述，基于閾值的判斷旨在防止當(dāng)用戶明顯停止時的不必要的計算，并防止當(dāng)信號電平非常弱時的錯誤檢測。因此，將閾值TR設(shè)為比必需的大將導(dǎo)致不完善的檢測。因此，較佳的是將閾值TR設(shè)為不影響身體運動檢測的準(zhǔn)確性的這樣的一個最小值。
如果在步驟S102中，滿足0次的自相關(guān)系數(shù)R(0)＞閾值TR的條件，那么在步驟S103中，將值(變量)τ設(shè)為“1”。在步驟S104中，計算通過將自相關(guān)系數(shù)R(τ)以自相關(guān)系數(shù)R(0)歸一化而獲得的系數(shù)(τ)。
在步驟S105中，算術(shù)處理器22對值τ自增1。在步驟S106中，算術(shù)處理器22確定值τ是否小于值M。如果在步驟S106中，確定值τ小于值M，則重復(fù)執(zhí)行自步驟S104的處理。如果在步驟S106中，確定值τ不小于值M，即值τ等于或大于值M，那么在步驟S107中，將值τ設(shè)為“2”，將值(變量)n設(shè)為“0”。
在從步驟S103到S107的連續(xù)處理(2)中，通過使用0次自相關(guān)系數(shù)R(0)歸一化自相關(guān)系數(shù)R(τ)來給出大致在-1.0到1.0之間的值，從而當(dāng)信號具有強周期性時，可獲得在信號周期以及周期的整數(shù)倍位置附近具有正值的歸一化的自相關(guān)系數(shù)r(τ)。
在步驟S108中，算術(shù)處理器22計算值f，用于確定所歸一化的自相關(guān)系數(shù)r(τ)是否為峰值。當(dāng)系數(shù)r(τ)為峰值時，步驟S108中計算得到的值f大于“0”，當(dāng)系數(shù)r(τ)不為峰值時，f等于或小于“0”。
在步驟S109中，算術(shù)處理器22確定在步驟S108中計算得到的值f是否大于“0”以及系數(shù)r(τ)是否大于具有小于1.0的值的預(yù)定閾值Tτ。如果在步驟S109中確定值f大于“0”且系數(shù)r(τ)大于預(yù)定閾值Tτ，那么在步驟S110中，在寄存器c(n)中設(shè)置值τ，值n自增1。
如果在步驟S109中，確定不滿足值f大于“0”且系數(shù)r(τ)大于預(yù)定閾值Tτ的條件，或者在步驟S110之后，則值τ在步驟S111中自增1，且在步驟S112中確定值τ是否小于值M-1。如果在步驟S112中，確定值τ小于值M-1，那么重復(fù)執(zhí)行自步驟S108的處理。
換言之，自步驟S108到S112的連續(xù)處理(3)考慮在信號的過渡周期、含有噪聲的信號等，自相關(guān)系數(shù)r(τ)突然成為大值，值Tτ作為具有小于1.0的正值的閾值，發(fā)現(xiàn)滿足自相關(guān)系數(shù)r(τ)為峰值且r(τ)＞Tτ的條件的每一值τ按照升序順序地產(chǎn)生值c(0)、c(1)、…、c(n)。換言之，在連續(xù)處理(3)中，具有峰值的值τ以升序存儲在寄存器c(0)、c(1)、…、c(n)中。
如果在步驟S112中，確定值τ不小于值M-1，即值τ等于或大于值M-1，則該過程前進至圖6中所示的過程，且在步驟S113中，確定值n是否大于“0”。如果在步驟S113中確定值n不大于“0”，則可確定在連續(xù)處理(3)中未能檢測到任何一個峰值。這確定了用戶的身體運動不存在。
如果在步驟S113中，確定值n大于“0”，則在步驟S114中將值i設(shè)為“1”。在步驟S115中，通過從通過將c(i)除以c(0)獲得的值中減去通過將c(i)除以c(0)獲得的值的整數(shù)部分，計算出小數(shù)點后的值d。
在步驟S116中，算術(shù)處理器22確定在步驟S115中計算得到的值d是否小于預(yù)定閾值Δ。在步驟S116中，對順序地存儲表示峰值位置的值τ的寄存器c(0)、c(1)、…、c(n)中的每一個，確定該值是否位于c(0)的整數(shù)倍處或整數(shù)倍附近。
如果在步驟S116中，確定值d不小于閾值Δ，那么確定未發(fā)生周期性身體運動。如果在步驟S116中，確定值d小于閾值Δ，則在步驟S117中，值i自增1，且在步驟S118中，確定值i是否小于值n。
具體地，在自步驟S114到S118的連續(xù)處理(4)中，檢查連續(xù)處理(3)中找到的值c(0)、c(1)、…、c(n)中的每一個是否位于值c(0)的整數(shù)倍附近。如果找到從值c(0)的整數(shù)倍很大程度地位移的某一值，那么確定來自身體運動傳感器1的傳感器輸出不是周期性信號。否則，可確定該傳感器輸出是周期性信號。
如果在步驟S118中確定值i不小于值n，即，值i等于或大于值n，則重復(fù)執(zhí)行自步驟S115的處理，因為對來自身體運動傳感器1的傳感器輸出是否是周期性的判斷還未完成。
如果在步驟S118中確定值i不小于值n，則在步驟S119中，通過將c(0)除以A/D轉(zhuǎn)換的采樣頻率F并將該商乘以“1000”，計算出身體運動的周期T(毫秒)。在該情形中，可確定身體運動是周期性的，且身體運動的周期被識別為T(毫秒)。換言之，在圖5中所示的處理(5)(步驟S119)中，計算(識別)周期性身體運動的周期。
如上參考圖4至6中所示的流程圖所述，在根據(jù)本實施例的聲音回放裝置中，算術(shù)處理器22可在所計算出的自相關(guān)系數(shù)的基礎(chǔ)上，對來自身體運動傳感器1的傳感器輸出執(zhí)行對自相關(guān)系數(shù)的計算，從而確定是否存在用戶的身體運動，如果用戶的身體運動存在，則確定該身體運動是否是周期性的，且如果該身體運動為周期性的，則適當(dāng)且快速地檢測該周期為多長。
圖7和8示出了其中繪出自相關(guān)系數(shù)R(τ)的歸一化的值的曲線圖的示例。在圖7和8的示例中，當(dāng)采樣頻率Fs＝1000(Hz)且M＝N＝2048(樣本)時，計算出按自相關(guān)系數(shù)R(0)歸一化的自相關(guān)系數(shù)r(τ)。在每一曲線圖中，當(dāng)在“r(τ)是峰值且r(τ)＞Tτ”的條件中Tτ＝0.1時，由虛線指示滿足該條件的系數(shù)的值的位置。
參考圖7，該虛線由以隨機方式定位的繪出的點構(gòu)成。因此，確定該身體運動不是周期性的。此外，參考圖8，系數(shù)在大約c(0)(＝506)的整數(shù)倍的位置繪出。因此，確定該身體運動是周期性的。
通過將檢測身體運動的周期的頻率設(shè)為每T毫秒一次，可在無論何時執(zhí)行檢測時對身體運動發(fā)生的次數(shù)K計數(shù)，如K＝K+(Ts/Tb)所示，且數(shù)量K可在顯示屏上顯示。
如上所述，當(dāng)發(fā)現(xiàn)用戶的身體運動是周期性的時候，可由周期性/周期檢測部分2檢測用戶身體運動的周期，且可使用該周期來改變正被回放的音樂數(shù)據(jù)的回放速度，從而，可使用匹配用戶身體運動的節(jié)拍來回放該音樂數(shù)據(jù)。
這允許用戶能夠?qū)⒂脩舻纳眢w運動與正被回放的音樂的回放節(jié)拍進行匹配。此外，用戶感覺回放的音樂的協(xié)調(diào)感，并合著音樂的節(jié)拍進行諸如行走或慢跑等運動，從而可容易地繼續(xù)諸如行走或慢跑等難以持續(xù)相對長時間的有氧鍛煉，同時維持節(jié)奏。
盡管在根據(jù)上述的實施例的聲音回放裝置中，例如，將身體運動傳感器1描述為具有安裝至由用戶使用的頭戴式耳機的形式，但身體運動傳感器1不限于該形式。身體運動傳感器1可安裝在可檢測用戶身體運動的各種位置。
此外，根據(jù)上述實施例的聲音回放裝置是便攜式類型的，且身體運動傳感器1可以在聲音回放裝置中提供。用戶通常攜帶便攜式類型的聲音回放裝置，將其置于衣服的口袋或包中。包以及衣服的口袋跟隨大致對應(yīng)于身體運動的活動的軌跡。因此，可獲得等效于當(dāng)將聲音回放裝置安裝在身體上時獲得的傳感器輸出。在這種情形中，可獲得至少反映身體軀干的活動的傳感器輸出，盡管它根據(jù)何處安放聲音回放裝置而稍有變化。
此外，在該情形中，由于與頭戴式耳機相比，聲音回放裝置通常具有某種密度和質(zhì)量且很少有與身體軀干的活動無關(guān)的微小振動，因此聲音回放裝置具有優(yōu)點，在于當(dāng)在聲音回放裝置中提供來自身體運動傳感器1的信號時，防止它包含噪聲。
當(dāng)便攜式類型的聲音回放裝置具有內(nèi)置磁盤時，為檢測掉落起見，它可包括加速度傳感器，以保護該磁盤。在這種情形中，通過使用來自同樣用于身體運動檢測的傳感器的傳感器信號，可降低生產(chǎn)成本。
盡管加速度傳感器中的軸的個數(shù)是不成問題的，但軸越多，就可檢測到越多的操作數(shù)，而不考慮加速度傳感器的方向。此外，直接使用多個軸的信號將引起復(fù)雜信號處理。然而，如上所述，例如根據(jù)圖3B中的示例(2)，通過使用來自M個(1≤M≤3)彼此正交的軸傳感器的信號來生成時間序列信號，并使用該時間序列信號來執(zhí)行周期性分析，考慮軸傳感器的輸出，可執(zhí)行關(guān)于該身體運動是否是周期性的檢測，以及如果該身體運動是周期性的，則可執(zhí)行對周期的檢測。
由圖3B中的表達(dá)式(2)計算出的值表示M維空間中的加速度向量的范數(shù)。將該值與M維空間中的加速度向量進行的比較指示該值缺乏方向信息。然而，僅通過找出表示M維空間中加速度向量的范數(shù)的量，難以標(biāo)識活動的類型等。然而，在本發(fā)明的上述實施例中，僅需檢測身體運動的節(jié)奏。
此外，經(jīng)受周期性判斷和周期檢測的時間序列信號不限于由圖3B中的表達(dá)式(2)所找出的。相反，通過使用傳感器輸出(對周期性/周期檢測部分2的輸入信號)執(zhí)行各種類型的算術(shù)處理，可生成時間序列信號。例如，xi(n)的平方和，即當(dāng)i＝1到L時xi(n)的平方和被用作經(jīng)受周期性判斷和周期檢測的時間序列信號。
如上所述，對于身體運動傳感器，可使用可產(chǎn)生反映運動的信號波形的任何類型的傳感器，諸如加速度傳感器和角速度傳感器。具體地，通過使用檢測多個轉(zhuǎn)動方向或軸運動的傳感器，可消除不僅在動作類型上而且在身體運動的方向上的依賴性。
盡管可通過使用通過對于來自身體運動傳感器1的信號波形執(zhí)行A/D轉(zhuǎn)換所獲得的時間序列信號來執(zhí)行用于檢查信號波形的周期性的算術(shù)處理，但顯然可能在由某種算術(shù)處理將時間序列信號轉(zhuǎn)換成其它參數(shù)的時間序列信號之后，可檢查所獲得的時間序列信號的周期性。
在根據(jù)上述實施例的聲音回放裝置中，僅當(dāng)檢測到節(jié)奏性(周期性)身體運動時，音樂才可按照匹配身體運動的節(jié)拍的速度回放。顯然，即使在停止時，聲音回放裝置也可按照以下這樣的方式適當(dāng)使用即當(dāng)未檢測到節(jié)奏性身體運動時，諸如在用戶處于諸如用戶為坐姿的這樣的不動狀態(tài)時，按照正常速度回放音樂。
在回放音樂數(shù)據(jù)之前，通過檢測用戶的身體運動的周期，音樂回放控制部分5等可自動選擇具有與所檢測到的身體運動的周期完全相同的周期的回放節(jié)拍的音樂數(shù)據(jù)。從而，通過提供其中響應(yīng)于所檢測到的用戶的身體運動的周期改變正回放的音樂數(shù)據(jù)的回放節(jié)拍的回放音樂節(jié)拍改變模式，以及搜索具有與之前檢測到的用戶身體運動的周期完全相同的回放節(jié)拍的音樂數(shù)據(jù)的回放音樂節(jié)拍搜索回放模式，這兩種模式均可選擇性地使用。
當(dāng)改變音樂數(shù)據(jù)的回放速度時，如果將要回放的音樂數(shù)據(jù)被編碼，則在對波形數(shù)據(jù)進行解碼之后，例如可改變D/A轉(zhuǎn)換器的采樣頻率來改變回放速度。在該情形中，回放音樂的音調(diào)改變了，因此通過使用PICOLA(指針區(qū)間控制重疊與添加)作為波形的時基壓縮/擴展，可僅改變回放速度而不改變音調(diào)。
在由“http//keizai.yokkaichi-u.ac.jp/ikeda/research/picola-jp.html”表示的站點中揭示了執(zhí)行波形的時基壓縮/擴展的技術(shù)PICOLA的細(xì)節(jié)。
除了使用自相關(guān)系數(shù)的以上方法以外，對用戶身體運動的周期性和周期檢測包括這樣一種方法，其中在運動強度等于或大于預(yù)定值的該運動的檢測由基于閾值的判斷發(fā)現(xiàn)之后，該區(qū)間被用作身體運動的周期。這是通過找出存在于連續(xù)超出某一閾值X的區(qū)間中且滿足作為該區(qū)間中的最大值的樣本位置的樣本位置來實現(xiàn)的，當(dāng)滿足條件的相鄰樣本位置的樣本數(shù)被順序地面向過去由L1、L2…表示時，如果這些值Lk(k＝1、2…)大致為恒定時，則確定信號為周期性的，且將Lk看作是每一區(qū)間的周期。
對樣本數(shù)Lk是否大致恒定的判斷包括這樣一種方法，該方法例如使用其中連續(xù)M個樣本中的Lk個落入預(yù)定誤差范圍內(nèi)的狀態(tài)作為條件。例如，如果(1-Δ)L1≤Lk≤(1+Δ)L1(2＜k＜M，0＜Δ＜1)，其中Δ＝0.1，這指示所有值Lk落入10％或更小的誤差范圍的條件。
按照以上方式，通過使用閾值，可檢測用戶身體運動的周期性和周期。然而，如同參考圖1到8所述的示例，當(dāng)檢測用戶的身體運動是否是周期性的以及檢測身體運動的周期時，通過使用如上所述的自相關(guān)系數(shù)，可在不受用戶活動的“習(xí)慣”影響的情況下檢測用戶的身體運動的周期性和周期。
對于用戶的身體運動，除使用加速度傳感器和角速度傳感器以外，可使用將物理運動轉(zhuǎn)換成電信號的各種類型的傳感器，諸如應(yīng)變儀，或者身體運動可從諸如肌肉電信號等生物信號中檢測。
檢測的類型不限于用戶的自然身體運動的自動檢測。相反，以更方便的形式，通過用手或腳按規(guī)則的間隔按下諸如按鈕等開關(guān)，并計算按開關(guān)的周期，所計算出的周期可用作用戶的身體運動的周期。在該情形中，可如同用戶玩某種類型的游戲一般改變回放的音樂數(shù)據(jù)的回放速度。
對于改變音樂的回放速度，音樂的回放速度不是由規(guī)則設(shè)定的來匹配所檢測到的身體運動節(jié)奏。相反，顯然，例如，可提供防止回放的音樂不自然的機制，諸如將可改變的速度設(shè)為具有限制。
此外，僅參考圖2描述其示例配置以及參考圖3至6描繪其操作示例的周期性/周期檢測部分2可被配置為身體運動檢測裝置或身體運動檢測電路，顯然，可提供身體運動檢測裝置或身體運動檢測電路。在該情形中，通過向例如計步器提供該裝置或電路，可減少對步伐數(shù)的計數(shù)錯誤，因此實現(xiàn)了可準(zhǔn)確對步伐數(shù)計數(shù)的高度可靠的計步器。而且，通過將該裝置或電路提供給諸如跑步機等所謂的“健身器”，通過確定用戶的身體運動是否是周期性的以及檢測用戶的身體運動的周期所實現(xiàn)的健身器可控制用戶的負(fù)荷，且可控制操作節(jié)奏改變。
在本發(fā)明的上述實施例中，例示了其中改變音樂數(shù)據(jù)的回放速度的情況，但本發(fā)明不限于上述實施例?？身憫?yīng)于用戶的身體運動的周期改變回放速度的數(shù)據(jù)可包括除音樂數(shù)據(jù)以外的音頻數(shù)據(jù)，諸如講話，以及電影數(shù)據(jù)。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，可取決于設(shè)計需要和其它因素在落入所附權(quán)利要求書及其等效實施方案的范圍內(nèi)進行各種修改、組合、子組合和變更。
權(quán)利要求
1.一種身體運動檢測設(shè)備，包括測量裝置，所述測量裝置輸出通過測量身體運動獲得的至少一個測量結(jié)果作為至少一個時間序列信號；檢測裝置，在切割從所述測量裝置輸出的所述至少一個時間序列信號的一部分來生成具有自所述至少一個時間序列信號中的預(yù)定位置處起的預(yù)定區(qū)間長度的參考信號之后，所述檢測裝置檢測所述參考信號與所述參考信號附近的所述至少一個時間序列信號的每一不同部分之間的相關(guān)性強度，所述不同部分具有所述預(yù)定的區(qū)間長度；以及確定裝置，所述確定裝置在由所述檢測裝置檢測的相關(guān)性強度的基礎(chǔ)上，執(zhí)行確定所述身體運動是否是周期性的以及確定所述身體運動的周期中的之一或兩者。
2.如權(quán)利要求1所述的身體運動檢測裝置，其特征在于，還包括生成裝置，所述生成裝置從自所述測量裝置輸出的所述至少一個時間序列信號生成要提供給所述檢測裝置的、用于檢測的時間序列信號，其中，所述檢測裝置通過使用由所述生成裝置生成的、用于檢測的所述時間序列信號，來執(zhí)行對所述相關(guān)性強度的檢測。
3.如權(quán)利要求1所述的身體運動檢測裝置，其特征在于，通過計算由R(τ)表示的自相關(guān)系數(shù)，所述檢測裝置檢測所述參考信號與所述參考信號附近的所述至少一個時間序列信號的不同部分之間的相關(guān)性強度，所述不同部分具有所述預(yù)定的區(qū)間長度。
4.如權(quán)利要求3所述的身體運動檢測裝置，其特征在于所述確定裝置指定值τ，在該值處，由檢測裝置計算的自相關(guān)系數(shù)R(τ)為由0＜τ≤M表示的范圍中的峰值，其中M表示等于或小于樣本數(shù)并確定自相關(guān)系數(shù)R(τ)的次數(shù)的自然數(shù)；以及所述確定裝置使用兩個相鄰峰值之間的距離作為由測量裝置輸出的所述至少一個時間序列信號的周期，并使用基于所指定的值τ找到的周期作為所述身體運動的周期。
5.如權(quán)利要求3所述的身體檢測裝置，其特征在于，所述確定裝置執(zhí)行關(guān)于位于值τp的整數(shù)倍位置處或整數(shù)倍位置附近的自相關(guān)系數(shù)是否是峰值的判斷，且基于所述判斷的結(jié)果，確定所述身體運動是否是周期性的，其中值τp表示由檢測裝置計算的自相關(guān)系數(shù)R(τ)為由0＜τ≤M表示的范圍中的峰值處的值τ中的最小值，其中M表示等于或小于樣本數(shù)且確定自相關(guān)系數(shù)R(τ)的次數(shù)的自然數(shù)。
6.如權(quán)利要求4所述的身體運動檢測裝置，其特征在于，當(dāng)通過使用0次的系數(shù)R(0)歸一化由所述檢測裝置計算得到的自相關(guān)系數(shù)R(τ)而獲得的值r(τ)不大于預(yù)定的閾值時，所述確定裝置確定自相關(guān)系數(shù)R(τ)不被用作有效的峰值。
7.如權(quán)利要求1所述的身體運動檢測裝置，其特征在于，還包括計算裝置，所述計算裝置計算要經(jīng)受所述檢測裝置的處理的所述至少一個時間序列信號的能量，其中，當(dāng)由所述計算裝置計算的所述至少一個時間序列信號的能量小于預(yù)定閾值時，所述確定裝置確定身體運動不存在。
8.一種內(nèi)容回放設(shè)備，包括回放裝置，所述回放裝置回放內(nèi)容數(shù)據(jù)；測量裝置，所述測量裝置輸出通過測量身體運動獲得的至少一個測量結(jié)果作為至少一個時間序列信號；檢測裝置，在切割從所述測量裝置輸出的所述至少一個時間序列信號的一部分來生成具有自所述至少一個時間序列信號中的預(yù)定位置處起的預(yù)定區(qū)間長度的參考信號之后，所述檢測裝置檢測所述參考信號與所述參考信號附近的所述至少一個時間序列信號的每一不同部分之間的相關(guān)性強度，所述不同部分具有所述預(yù)定的區(qū)間長度；指定裝置，所述指定裝置基于由所述檢測裝置檢測的所述相關(guān)性強度，指定所述身體運動的周期；以及控制裝置，所述控制裝置控制所述回放裝置來控制對內(nèi)容數(shù)據(jù)的回放速度，使得所述回放速度匹配由所述指定裝置指定的身體運動的周期。
9.如權(quán)利要求8所述的內(nèi)容回放裝置，其特征在于，還包括生成裝置，所述生成裝置從自所述測量裝置輸出的所述至少一個時間序列信號生成要提供給所述檢測裝置的、用于檢測的時間序列信號，其中，所述檢測裝置通過使用由所述生成裝置生成的、用于檢測的所述時間序列信號，來檢測所述相關(guān)性強度。
10.如權(quán)利要求8所述的內(nèi)容回放裝置，其特征在于，通過計算由R(τ)表示的自相關(guān)系數(shù)，所述檢測裝置檢測所述參考信號與所述參考信號附近的所述至少一個時間序列信號的不同部分之間的相關(guān)性強度，所述不同部分具有所述預(yù)定的區(qū)間長度。
11.如權(quán)利要求10所述的內(nèi)容回放裝置，其特征在于所述指定裝置指定值τ之一，在值τ處，由檢測裝置計算的自相關(guān)系數(shù)R(τ)成為由0＜τ≤M表示的范圍中的最大值，其中M表示等于或小于樣本數(shù)并確定自相關(guān)系數(shù)R(τ)的次數(shù)的自然數(shù)；以及所述指定裝置使用兩個相鄰最大值之間的距離作為由測量裝置輸出的所述至少一個時間序列信號的周期，并使用由測量裝置輸出的所述至少一個時間序列信號的周期作為身體運動的周期。
12.如權(quán)利要求10所述的內(nèi)容回放裝置，其特征在于所述指定裝置判斷由所述檢測裝置計算的、位于值τp的整數(shù)倍位置或整數(shù)倍位置附近之一的自相關(guān)系數(shù)R(τ)是否是峰值，其中τp表示自相關(guān)系數(shù)R(τ)為由0＜τ≤M表示的范圍中的最大值處的值τ中的最小值，其中M表示等于或小于樣本數(shù)且確定自相關(guān)系數(shù)R(τ)的次數(shù)的自然數(shù)；以及基于所述判斷的結(jié)果，所述指定裝置確定所述身體運動是否是周期性的。
13.如權(quán)利要求11所述的內(nèi)容回放裝置，其特征在于，如果通過使用0次的系數(shù)R(0)歸一化由所述檢測裝置計算得到的自相關(guān)系數(shù)R(τ)而獲得的值r(τ)不大于預(yù)定的閾值，所述指定裝置不使用自相關(guān)系數(shù)R(τ)作為有效的峰值。
14.如權(quán)利要求8所述的內(nèi)容回放裝置，其特征在于，還包括計算裝置，所述計算裝置計算要經(jīng)受所述檢測裝置的處理的所述預(yù)定區(qū)間長度中的所述至少一個時間序列信號的能量，其中，當(dāng)由所述計算裝置計算的所述至少一個時間序列信號的能量小于預(yù)定閾值時，所述指定裝置確定身體運動不存在。
15.一種身體運動檢測方法，包括以下步驟輸出通過測量身體運動獲得的至少一個測量結(jié)果作為至少一個時間序列信號；在切割所述測量步驟中輸出的至少一個時間序列信號的一部分來生成具有自所述至少一個時間序列信號中的預(yù)定位置處起的預(yù)定區(qū)間長度的參考信號之后，檢測所述參考信號與所述參考信號附近的所述至少一個時間序列信號的每一不同部分之間的相關(guān)性強度，所述不同部分具有所述預(yù)定的區(qū)間長度；以及在所述檢測步驟中檢測的相關(guān)性強度的基礎(chǔ)上，執(zhí)行確定所述身體運動是否是周期性的以及確定所述身體運動的周期中的之一或兩者。
16.一種內(nèi)容回放方法，包括以下步驟在內(nèi)容數(shù)據(jù)上執(zhí)行回放處理；輸出通過測量身體運動獲得的至少一個測量結(jié)果作為至少一個時間序列信號；在切割所述測量步驟中輸出的所述至少一個時間序列信號的一部分來生成具有自所述至少一個時間序列信號中的預(yù)定位置處起的預(yù)定區(qū)間長度的參考信號之后，檢測所述參考信號與所述參考信號附近的所述至少一個時間序列信號的每一不同部分之間的相關(guān)性強度，所述不同部分具有所述預(yù)定的區(qū)間長度；在所述檢測步驟中檢測的所述相關(guān)性強度的基礎(chǔ)上，指定所述身體運動的周期；以及控制所述回放處理來控制對內(nèi)容數(shù)據(jù)的回放速度，使得所述回放速度匹配在所述指定步驟中指定的身體運動的周期。
17.一種身體運動檢測設(shè)備，包括測量部分，所述測量部分輸出通過測量身體運動獲得的至少一個測量結(jié)果作為至少一個時間序列信號；檢測部分，所述檢測部分切割從所述測量部分輸出的至少一個時間序列信號的一部分來生成具有自所述至少一個時間序列信號中的預(yù)定位置處起的預(yù)定區(qū)間長度的參考信號，隨后檢測所述參考信號與所述參考信號附近的所述至少一個時間序列信號的每一不同部分之間的相關(guān)性強度，所述不同部分具有所述預(yù)定的區(qū)間長度；以及確定部分，所述確定部分在所述檢測部分檢測的相關(guān)性強度的基礎(chǔ)上，執(zhí)行確定所述身體運動是否是周期性的以及確定所述身體運動的周期中的之一或兩者。
18.一種內(nèi)容回放設(shè)備，包括回放部分，所述回放部分回放內(nèi)容數(shù)據(jù)；測量部分，所述測量部分輸出通過測量身體運動獲得的至少一個測量結(jié)果作為至少一個時間序列信號；檢測部分，所述檢測部分切割從所述測量部分輸出的至少一個時間序列信號的一部分來生成具有自所述至少一個時間序列信號中的預(yù)定位置處起的預(yù)定區(qū)間長度的參考信號，隨后檢測所述參考信號與所述參考信號附近的所述至少一個時間序列信號的每一不同部分之間的相關(guān)性強度，所述不同部分具有所述預(yù)定的區(qū)間長度；指定部分，所述指定部分在由所述檢測部分檢測的所述相關(guān)性強度的基礎(chǔ)上，指定所述身體運動的周期；以及控制部分，所述控制部分控制所述回放部分來控制對內(nèi)容數(shù)據(jù)的回放速度，使得所述回放速度匹配由所述指定部分指定的身體運動的周期。
全文摘要
一種身體運動檢測裝置包括測量部分，它輸出通過測量身體運動獲得的至少一個測量結(jié)果作為至少一個時間序列信號；檢測部分，在切割從該測量部分輸出的時間序列信號的一部分來生成具有自該時間序列信號中的預(yù)定位置處起的預(yù)定區(qū)間長度的參考信號之后，該檢測部分檢測該參考信號與該參考信號附近的該時間序列信號的每一不同部分之間的相關(guān)性強度，這些不同部分具有該預(yù)定的區(qū)間長度；以及確定部分，它在該檢測部分檢測的相關(guān)性強度的基礎(chǔ)上，執(zhí)行確定身體運動是否是周期性的以及確定身體運動的周期中的之一或兩者。
文檔編號A61B5/11GK1846610SQ20061007188
公開日2006年10月18日 申請日期2006年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月22日
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