計步器算法是如何實現的

計步(bu)算(suan)法(fa)可(ke)以(yi)分為四大類，一是(shi)峰(feng)值檢測算(suan)法(fa)，二(er)是(shi)變換域算(suan)法(fa)，三是(shi)濾波算(suan)法(fa)，四是(shi)模式識別算(suan)法(fa)。根據所設計的計步(bu)器在人體上布放的位(wei)置不(bu)同，如(ru)腕部、腰部、鞋底(di)等，可(ke)以(yi)選擇不(bu)同的計步(bu)算(suan)法(fa)。以(yi)應用(yong)最(zui)為廣泛的峰(feng)值檢測算(suan)法(fa)為例：

1、獲取運動軌跡

用戶在運(yun)(yun)動(dong)中，可能把設備(bei)放(fang)置(zhi)于口袋或者(zhe)包中，亦或拿在手中，所以設備(bei)的放(fang)置(zhi)方向不確定。那么首先，我們通過計(ji)算三個(ge)加速度的矢量長度，可以獲得一條(tiao)步行運(yun)(yun)動(dong)的正弦(xian)曲線軌跡。

2、峰值檢測

我(wo)們(men)記錄了上(shang)次(ci)(ci)矢(shi)量長(chang)度和運動(dong)方(fang)向，通過矢(shi)量長(chang)度的(de)(de)變化(hua)，可以(yi)判(pan)斷當前加(jia)(jia)速度的(de)(de)方(fang)向，并和上(shang)一次(ci)(ci)保存的(de)(de)加(jia)(jia)速度方(fang)向進行(xing)比較。如果(guo)是相反的(de)(de)，即是剛過峰(feng)值狀態，則進入(ru)計(ji)(ji)步邏輯進行(xing)計(ji)(ji)步，否則就(jiu)舍棄(qi)這段。通過對峰(feng)值次(ci)(ci)數的(de)(de)累加(jia)(jia)，那(nei)我(wo)們(men)就(jiu)可得(de)計(ji)(ji)算得(de)到用戶步行(xing)的(de)(de)步數。

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3、去噪音（干擾）

手(shou)機或(huo)智能(neng)手(shou)表等手(shou)持設備會(hui)有一(yi)些低幅度和快(kuai)速(su)的抽(chou)動(dong)狀態，即我們俗稱(cheng)的手(shou)抖，或(huo)者某個用戶(hu)想通過(guo)短時快(kuai)速(su)反(fan)復搖動(dong)設備來模擬人(ren)走路，這(zhe)些干擾(rao)數據如(ru)果不剔除，會(hui)影響記步的準確值，對于這(zhe)種干擾(rao)，我們可以(yi)通過(guo)給(gei)檢測(ce)加上(shang)閾(yu)值和步頻判斷來過(guo)濾。

目前人(ren)類(lei)最快的跑步(bu)頻(pin)率(lv)(lv)為5HZ（當然不排(pai)除人(ren)類(lei)借助(zhu)其它設(she)備跑步(bu)頻(pin)率(lv)(lv)超過這(zhe)個(ge)頻(pin)率(lv)(lv)），也就是說相(xiang)鄰兩(liang)步(bu)的時間(jian)(jian)間(jian)(jian)隔(ge)的至少大于(yu)0.2秒(miao)(miao)，如圖中(zhong)的計(ji)(ji)步(bu)時間(jian)(jian)，若兩(liang)次計(ji)(ji)步(bu)之間(jian)(jian)的時間(jian)(jian)間(jian)(jian)隔(ge)小于(yu)0.2秒(miao)(miao)，則不計(ji)(ji)步(bu)。這(zhe)樣我們就過濾了高頻(pin)噪聲，即步(bu)頻(pin)過快的情況。同(tong)時我們通過和上次加速度大小進(jin)行(xing)比較(jiao)，設(she)置一定的閾值Threshold來判斷運動(dong)是否屬于(yu)有效（如圖中(zhong)的綠線），有效運動(dong)才可進(jin)行(xing)記(ji)步(bu)。

4、推算運動狀態

如果已知步(bu)(bu)行(xing)和跑步(bu)(bu)的(de)步(bu)(bu)數，那么(me)再通過人體(ti)身高，體(ti)重及性別就可(ke)以大致知道(dao)此(ci)人的(de)步(bu)(bu)長，改進后即可(ke)變成一個測(ce)(ce)距離及測(ce)(ce)速計(ji)(ji)。通過三軸加速度傳感(gan)器，我們可(ke)以知道(dao)用戶的(de)運動狀(zhuang)態。除了計(ji)(ji)步(bu)(bu)，還(huan)可(ke)以利(li)用加速度傳感(gan)器與陀螺儀(yi)及磁傳感(gan)器融(rong)合進行(xing)步(bu)(bu)行(xing)航跡推算(suan)，防止(zhi)出(chu)現(xian)誤計(ji)(ji)步(bu)(bu)的(de)現(xian)象。

智能計步器算法思想詳解

1、運動閾值

運(yun)動加速度一(yi)般(ban)呈現正(zheng)弦變化，當(dang)運(yun)動速度提升，最大(da)值(zhi)與最小值(zhi)抬(tai)高(gao)時候，平均值(zhi)也應(ying)當(dang)跟著(zhu)軌跡變化。因此，運(yun)動閾值(zhi)是(shi)一(yi)個(ge)動態值(zhi)，具有自(zi)適應(ying)性，并(bing)且足夠快。

加速度計不斷的(de)更(geng)新(xin)三(san)軸數據，采集(ji)濾波，判斷最大值(zhi)(zhi)與最小值(zhi)(zhi)。我(wo)們以采樣(yang)50次(ci)為(wei)一(yi)組更(geng)新(xin)一(yi)次(ci)閾(yu)(yu)值(zhi)(zhi)。平均值(zhi)(zhi)（max+min）/2做為(wei)“運(yun)動閾(yu)(yu)值(zhi)(zhi)”。動態精度由(you)自己劃分，把運(yun)動變化(hua)量劃分等級，隨著運(yun)動閾(yu)(yu)值(zhi)(zhi)大小判定當前精度值(zhi)(zhi)。

2、邁步判斷

（1）步伐邁出的條件定義：當加(jia)速(su)度(du)曲線(xian)跨過動態(tai)閥(fa)值上方(fang)時或者當加(jia)速(su)度(du)曲線(xian)跨過動態(tai)閥(fa)值下方(fang)時加(jia)速(su)度(du)的變化為正(zheng)值或者為負(fu)值。

（2）利用線性位移(yi)(yi)寄存(cun)器(qi)和(he)(he)動(dong)態閥值(zhi)和(he)(he)動(dong)態精度一(yi)起判斷(duan)個體是否(fou)邁出有效的(de)一(yi)步。建(jian)立兩個寄存(cun)，new寄存(cun)器(qi)和(he)(he)old寄存(cun)器(qi)；當(dang)前(qian)數(shu)(shu)據采集到后判斷(duan)是否(fou)移(yi)(yi)入(ru)new寄存(cun)器(qi)，滿足移(yi)(yi)入(ru)條(tiao)件：加速度變化量大于當(dang)前(qian)的(de)動(dong)態精度。就(jiu)把當(dang)前(qian)采集的(de)數(shu)(shu)據移(yi)(yi)入(ru)new寄存(cun)器(qi)，否(fou)則(ze)new保(bao)持不(bu)變。每當(dang)新數(shu)(shu)據到來時候，new寄存(cun)器(qi)的(de)值(zhi)無條(tiao)件移(yi)(yi)入(ru)old寄存(cun)器(qi)。這樣，就(jiu)能夠避免高(gao)頻噪聲的(de)影(ying)響，提高(gao)判斷(duan)精度。

（3）三軸(zhou)加速(su)度同時檢測，可以但是只要一個(ge)軸(zhou)的加速(su)度變化最大，可以利(li)用該軸(zhou)當為運動方(fang)向，其他軸(zhou)忽略不(bu)計(ji)。

3、具體程序

（1）采樣濾波，求出(chu)3軸的平(ping)均值(zhi)，求出(chu)加速度的最大(da)，最小值(zhi)。

（2）每采樣50次(ci)，求出(chu)峰值，然(ran)后設(she)置門限。

（3）計算精度。

（4）對(dui)采樣濾波的平均(jun)值(zhi)進(jin)行處理然(ran)后將其與精度進(jin)行比較（通過移位(wei)寄存器來消除高頻(pin)噪聲，使值(zhi)更精確(que)）。

（5）動態門限(xian)判(pan)定(ding)，對數值進行比(bi)較，然后將步(bu)數加(jia)1。