[发明专利]设施养殖羊应激行为的声信号监测方法

说明书

技术领域

本发明的涉及一种设施养殖羊应激行为的监测方法，通过分析羊叫声信号特征来识别羊只相应的应激行为，属于农业工程测试技术领域。

背景技术

声信号是家畜进行交流的重要途径，设施养殖舍内羊叫声信号包含了对其内部机体状况和需求的信息反馈，如羊只在打斗、饥饿、咳嗽、啃咬和寻伴时，都会发出不同的叫声信号。虽然不同种类畜禽的叫声各异，但共性是其声信号的变化与受到的外部刺激、内分泌以及饮食、饥渴等条件影响有一定的相关性。目前，畜禽叫声信息作为动物福利评价指标有一定的应用，且畜禽发声监测方法与传统生理生化参数指标检测方法相比，它具有无接触、非侵入的优点。因此，利用声信号数字化处理技术，对设施养殖羊叫声信号进行采集、特征参数提取和分类识别，建立羊叫声信号特征参数与羊只不同应激行为之间的相关性，进行设施羊舍内羊只应激行为的统计分析并与环境调控相结合，对于构建设施福利化养羊系统及羊只的健康状况监测等具有明显的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种羊只在不同应激行为下的叫声信号监测方法，主要监测羊只的打斗、饥饿、咳嗽、啃咬和寻伴叫声信号，实现对羊叫声信号的特征参数提取并进行分类识别，达到设施养殖羊只应激行为的无接触自动化监测。

本发明的技术方案是：一种设施养殖羊应激行为的声信号监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、声音信号采集：将声音传感器安装在设施羊舍的中间位置，采集羊在不同应激行为下的叫声信号；

第二步、预处理：对羊叫声信号进行预处理；

第三步：特征参数提取：提取羊叫声信号特征参数，并对提取的特征参数进行加权；

第四步：建立识别模型：建立羊叫声信号的识别模型，将羊叫声信号中的一部分用于模型训练，得到模型参数；

第五步：统计识别结果：对羊叫声信号进行分类识别，统计设施羊舍内叫声信号的类别和数量，用于设施羊舍的福利化状况评价。

所述的第二步“预处理”包括：羊叫声信号的预加重、分帧、加窗、小波去噪以及端点检测，其中小波去噪的阈值函数采用了一种调整因子的平滑函数，适合于设施羊舍的风机去噪。

所述的第三步“提取特征参数”包括以下流程：

(1)对所述羊叫声信号x(n)进行离散傅里叶变换，得到能量谱x(k)，再进行Mel频率滤波、Log对数处理，得到羊叫声信号的对数能量S(m)；

(2)对所述对数能量S(m)进行离散余弦变换求倒谱，得到12维羊叫声信号梅尔频率倒谱系数(MFCC)，即声信号特征参数C(n)；求MFCC特征参数C(n)的一阶差分，得到24维的羊叫声信号的混合MFCC；

(3)对所述混合MFCC特征参数进行CF比特征加权，得到12维的羊叫声信号特征参数。

所述的第三步“提取特征参数”中的特征加权方法是：

(1)计算羊不同类别叫声信号的特征参数均值方差与同一类别叫声信号特征参数均值的方差之和的比值F；

(2)计算羊叫声信号的MFCC每维特征分量与其它维特征分量之间距离D；

(3)羊叫声信号的MFCC各维特征分量的加权值CF＝F/D。

所述的第四步的具体方法是：建立羊叫声信号识别的隐马尔科夫链/神经网络模型(HMM/ANN)，利用HMM模型中的Viterbi解码算法产生羊叫声信号的最佳状态转移序列输出概率，将其作为BP神经网络的输入，BP神经网络为三层网络，其输出为羊叫声信号的类别。

所述的第五步的具体方法是：对设施养殖场的羊叫声进行识别，并自动统计每天羊叫声的类别与其对应数量，当某天羊叫声类别的对应数量发生较大变化时，进行人工预警。

所述的声音传感器安装在设施羊舍的2m高的中间位置，声音传感器由测量传声器及其前置放大器组成，测量的声信号频率范围为10～20000Hz，声音传感器通过BNC接口与声音采集卡相连接，单声道采集，采样频率为32kHz，采样精度为16bit；声音数据采集为4通道同步采集、51.2kS/s的采样频率、24bit分辨率，采集卡以无线WiFi方式发送声音数据至路由器，路由器与服务器通过以太网连接，采集的羊叫声信号以6min为一个存储单元，存储格式为wav的声音文件。