計步器算法是如何實現的

計步(bu)算(suan)法(fa)可(ke)以分為四(si)大類，一(yi)是(shi)峰值(zhi)檢測(ce)算(suan)法(fa)，二(er)是(shi)變換域算(suan)法(fa)，三是(shi)濾(lv)波(bo)算(suan)法(fa)，四(si)是(shi)模式識別算(suan)法(fa)。根(gen)據所設計的(de)計步(bu)器在人體(ti)上布放的(de)位置不同，如(ru)腕部、腰(yao)部、鞋底等，可(ke)以選(xuan)擇不同的(de)計步(bu)算(suan)法(fa)。以應用最為廣(guang)泛(fan)的(de)峰值(zhi)檢測(ce)算(suan)法(fa)為例(li)：

1、獲取運動軌跡

用戶在(zai)運動中，可(ke)能把設備放置(zhi)(zhi)于口袋(dai)或(huo)者(zhe)包中，亦或(huo)拿在(zai)手中，所以(yi)設備的(de)(de)放置(zhi)(zhi)方向(xiang)不(bu)確定(ding)。那么首先，我們通過計(ji)算三個加(jia)速度的(de)(de)矢量長度，可(ke)以(yi)獲(huo)得一(yi)條步行運動的(de)(de)正弦曲線軌跡。

2、峰值檢測

我(wo)們記錄了上次矢(shi)量(liang)長度(du)和(he)運動方向，通過矢(shi)量(liang)長度(du)的(de)變(bian)化，可(ke)(ke)以判斷當前加速度(du)的(de)方向，并和(he)上一次保存的(de)加速度(du)方向進行(xing)比(bi)較。如(ru)果是(shi)相反的(de)，即(ji)是(shi)剛過峰(feng)值(zhi)狀(zhuang)態，則進入計步(bu)(bu)邏輯進行(xing)計步(bu)(bu)，否則就(jiu)舍(she)棄這段(duan)。通過對峰(feng)值(zhi)次數(shu)的(de)累加，那我(wo)們就(jiu)可(ke)(ke)得計算得到用戶步(bu)(bu)行(xing)的(de)步(bu)(bu)數(shu)。

該圖片由注冊用戶"壯志凌云"提供，版權聲明反饋

3、去噪音（干擾）

手機(ji)或(huo)智(zhi)能手表等手持設(she)備會有一些低幅度和(he)快速的抽(chou)動狀態，即我(wo)們俗(su)稱的手抖，或(huo)者某個用戶想(xiang)通過短時快速反復搖(yao)動設(she)備來模擬人走路(lu)，這些干擾(rao)數據(ju)如果不(bu)剔除，會影響記步的準確值，對于這種(zhong)干擾(rao)，我(wo)們可以通過給檢測加上閾(yu)值和(he)步頻判斷(duan)來過濾(lv)。

目(mu)前人類(lei)(lei)最快(kuai)(kuai)的跑步(bu)(bu)頻(pin)(pin)率(lv)為(wei)5HZ（當然不排除人類(lei)(lei)借助其(qi)它設(she)備(bei)跑步(bu)(bu)頻(pin)(pin)率(lv)超(chao)過(guo)這(zhe)個頻(pin)(pin)率(lv)），也就是說相(xiang)鄰兩步(bu)(bu)的時間(jian)(jian)(jian)間(jian)(jian)(jian)隔(ge)的至少大于0.2秒，如圖(tu)中的計(ji)步(bu)(bu)時間(jian)(jian)(jian)，若(ruo)兩次(ci)計(ji)步(bu)(bu)之間(jian)(jian)(jian)的時間(jian)(jian)(jian)間(jian)(jian)(jian)隔(ge)小于0.2秒，則不計(ji)步(bu)(bu)。這(zhe)樣我(wo)們就過(guo)濾了(le)高頻(pin)(pin)噪聲，即步(bu)(bu)頻(pin)(pin)過(guo)快(kuai)(kuai)的情況。同時我(wo)們通(tong)過(guo)和上次(ci)加(jia)速度(du)大小進(jin)行(xing)比較(jiao)，設(she)置一定(ding)的閾值Threshold來判斷運動是否屬于有(you)效（如圖(tu)中的綠線），有(you)效運動才可進(jin)行(xing)記步(bu)(bu)。

4、推算運動狀態

如果已知(zhi)步(bu)(bu)行和跑(pao)步(bu)(bu)的(de)(de)步(bu)(bu)數，那么再通過(guo)人(ren)體身(shen)高，體重及性(xing)別就可(ke)以大(da)致知(zhi)道(dao)此人(ren)的(de)(de)步(bu)(bu)長，改進(jin)后即可(ke)變成一個測(ce)距(ju)離及測(ce)速(su)計(ji)。通過(guo)三軸加速(su)度傳(chuan)感器(qi)(qi)(qi)，我們可(ke)以知(zhi)道(dao)用戶的(de)(de)運動狀態。除了計(ji)步(bu)(bu)，還(huan)可(ke)以利用加速(su)度傳(chuan)感器(qi)(qi)(qi)與陀螺儀及磁(ci)傳(chuan)感器(qi)(qi)(qi)融合進(jin)行步(bu)(bu)行航跡推算，防(fang)止出現誤計(ji)步(bu)(bu)的(de)(de)現象。

智能計步器算法思想詳解

1、運動閾值

運動(dong)加速度一般呈現正弦變化，當運動(dong)速度提升，最大(da)值與最小值抬高時候，平均值也應當跟著軌(gui)跡變化。因此，運動(dong)閾值是一個動(dong)態值，具有自(zi)適應性，并且足夠快。

加速(su)度計不斷(duan)的(de)更新(xin)三軸數據，采集(ji)濾(lv)波(bo)，判斷(duan)最大值(zhi)(zhi)與最小(xiao)值(zhi)(zhi)。我們以采樣50次(ci)為一組更新(xin)一次(ci)閾值(zhi)(zhi)。平均值(zhi)(zhi)（max+min）/2做為“運動(dong)閾值(zhi)(zhi)”。動(dong)態精度由(you)自己(ji)劃分，把運動(dong)變(bian)化量劃分等級，隨著運動(dong)閾值(zhi)(zhi)大小(xiao)判定當前精度值(zhi)(zhi)。

2、邁步判斷

（1）步(bu)伐邁出(chu)的條件(jian)定義：當加(jia)速(su)度(du)曲(qu)線跨過(guo)動態閥值(zhi)(zhi)上方(fang)時或(huo)者當加(jia)速(su)度(du)曲(qu)線跨過(guo)動態閥值(zhi)(zhi)下方(fang)時加(jia)速(su)度(du)的變(bian)化為(wei)正值(zhi)(zhi)或(huo)者為(wei)負值(zhi)(zhi)。

（2）利用線性位(wei)移寄(ji)存(cun)(cun)器(qi)和(he)動態(tai)(tai)閥值(zhi)和(he)動態(tai)(tai)精(jing)度(du)一(yi)起(qi)判(pan)(pan)斷(duan)個體(ti)是否(fou)邁出有(you)效的(de)一(yi)步。建立兩個寄(ji)存(cun)(cun)，new寄(ji)存(cun)(cun)器(qi)和(he)old寄(ji)存(cun)(cun)器(qi)；當(dang)(dang)前(qian)數據(ju)采集到后判(pan)(pan)斷(duan)是否(fou)移入(ru)new寄(ji)存(cun)(cun)器(qi)，滿足移入(ru)條件：加速度(du)變(bian)化量大于(yu)當(dang)(dang)前(qian)的(de)動態(tai)(tai)精(jing)度(du)。就把(ba)當(dang)(dang)前(qian)采集的(de)數據(ju)移入(ru)new寄(ji)存(cun)(cun)器(qi)，否(fou)則new保持不(bu)變(bian)。每當(dang)(dang)新數據(ju)到來時候，new寄(ji)存(cun)(cun)器(qi)的(de)值(zhi)無條件移入(ru)old寄(ji)存(cun)(cun)器(qi)。這樣(yang)，就能夠避(bi)免高頻噪聲的(de)影(ying)響，提高判(pan)(pan)斷(duan)精(jing)度(du)。

（3）三軸(zhou)加速(su)度同時檢測，可(ke)以但是只(zhi)要一個軸(zhou)的加速(su)度變化最大，可(ke)以利(li)用(yong)該軸(zhou)當為(wei)運動方向，其他(ta)軸(zhou)忽略不(bu)計。

3、具體程序

（1）采樣濾波，求(qiu)(qiu)出(chu)3軸(zhou)的平均值(zhi)，求(qiu)(qiu)出(chu)加速(su)度的最(zui)大(da)，最(zui)小值(zhi)。

（2）每采樣50次，求出峰值，然后(hou)設置門限。

（3）計算精(jing)度。

（4）對(dui)采樣(yang)濾波的平均(jun)值進(jin)行處理(li)然(ran)后將(jiang)其與精度進(jin)行比(bi)較（通過(guo)移位(wei)寄存器來消(xiao)除高頻噪聲(sheng)，使值更精確）。

（5）動態門限(xian)判(pan)定，對數值進行比較(jiao)，然后將步數加1。