本發(fā)明涉及醫(yī)療領(lǐng)域，特別涉及一種心率信號處理器及信號處理方法。
背景技術(shù)：
數(shù)字信號處理器（digital signal processor) 由大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路心片組成的用來完成某種信號處理任務(wù)的處理器。它是為適應(yīng)高速實(shí)時信號處理任務(wù)的需要而逐漸發(fā)展起來的。隨著集成電路技術(shù)和數(shù)字信號處理算法的發(fā)展，數(shù)字信號處理器的實(shí)現(xiàn)方法也在不斷變化，處理功能不斷提高和擴(kuò)大。
數(shù)字信號處理器并非只局限于音視頻層面，它廣泛的應(yīng)用于通信與信息系統(tǒng)、信號與信息處理、自動控制、雷達(dá)、軍事、航空航天、醫(yī)療、家用電器等許多領(lǐng)域。以往是采用通用的微處理器來完成大量數(shù)字信號處理運(yùn)算，速度較慢，難以滿足實(shí)際需要；而同時使用位片式微處理器和快速并聯(lián)乘法器，曾經(jīng)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號處理的有效途徑，但此方法器件較多，邏輯設(shè)計和程序設(shè)計復(fù)雜，耗電較大，價格昂貴。數(shù)字信號處理器DSP的出現(xiàn)，很好的解決了上述問題。DSP可以快速的實(shí)現(xiàn)對信號的采集、變換、濾波、估值、增強(qiáng)、壓縮、識別等處理，以得到符合人們需要的信號形式。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
鑒于此，本發(fā)明提供了一種心率信號處理器及信號處理方法，本發(fā)明具有處理結(jié)果精準(zhǔn)、性能優(yōu)良和功能多樣等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
一種心率信號處理器，其特征在于，所述處理器包括：數(shù)據(jù)接收模塊、低通濾波模塊、數(shù)字微分模塊、匹配濾波模塊和中值計算模塊；數(shù)據(jù)接收模塊信號連接于低通濾波模塊，用于接受傳感器發(fā)送過來的數(shù)據(jù)信息；所述低通濾波模塊信號連接于數(shù)字微分模塊，用于對接收到的信號進(jìn)行低通濾波；所述數(shù)字微分模塊信號連接于匹配濾波模塊，用于對接收到的信號進(jìn)行匹配濾波；所述匹配濾波模塊信號連接于中值計算模塊；所述中值計算模塊信號連接于信號輸出設(shè)備，用于對接收到的信號進(jìn)行中值計算，得出最終的處理信號。
所述數(shù)字微分模塊包括：一階微分模塊、二階微分模塊和微分控制模塊；所述一階微分模塊，用于對接收到的信號進(jìn)行一階微分；所述二階微分模塊，用于對接收到的信號進(jìn)行二階微分；所述微分控制模塊，用于根據(jù)接收到的信號特性，決定該信號應(yīng)該進(jìn)行一階微分處理或二階微分處理。
所述匹配濾波模塊包括：濾波器選擇電路和濾波器電路；所述濾波器選擇電路，用于對接收到的信號進(jìn)行分析和處理，根據(jù)分析和處理結(jié)果在濾波器電路中選擇合適的濾波器。
所述中值計算模塊包括：外部晶振、計數(shù)器和計算電路；所述外部晶振信號連接于計算電路，用于給計算電路提供外部時鐘頻率；所述計數(shù)器信號連接于計算電路，用于記錄心跳間隔的次數(shù)；所述計算電路，用于根據(jù)晶振電路提供的時鐘頻率和計數(shù)器提供的數(shù)值，計算得出最終的平均間隔值。
所述低通濾波模塊包括：濾波頻率控制模塊和濾波電路；所述濾波頻率控制模塊，信號連接于濾波電路，用于根據(jù)信號處理器的處理結(jié)果自動選擇合適的濾波頻率；所述濾波電路，用于對接收到的信號進(jìn)行濾波。
一種基于心率信號處理器的信號處理方法，其特征在于，所述方法包括一下步驟：
步驟1：心率信號處理器接收到心率信號后，對接收到的信號進(jìn)行采樣，得到采樣后的信號；
步驟2：心率信號處理器對采樣后的信號進(jìn)行低通濾波處理，去除高頻噪聲；
步驟3：心率信號處理器對低通濾波后的信號進(jìn)行數(shù)字微分運(yùn)算，得到經(jīng)過微分處理后的信號；
步驟4：心率信號處理器對微分運(yùn)算后的信號進(jìn)行匹配濾波運(yùn)算，得到匹配濾波后的信號；
步驟5：心率信號處理器對匹配濾波后的信號進(jìn)行中值算法計算，得到最終處理后的信號。
所述匹配濾波模塊對信號進(jìn)行匹配濾波的方法包括以下步驟：
步驟1：根據(jù)輸入信號計算匹配濾波模塊的脈沖響應(yīng)為：
QUOTE ;
步驟2：將輸入信號和匹配濾波模塊的脈沖響應(yīng)序列進(jìn)行卷積得到匹配濾波后的結(jié)果。
所述匹配濾波模塊根據(jù)輸入信號計算脈沖響應(yīng)的方法包括以下步驟：
步驟1：設(shè)輸入信號為： QUOTE ；其中， QUOTE 為有用信號， QUOTE 為高斯噪聲；
步驟2：設(shè)經(jīng)匹配濾波模塊濾波后的信號為： QUOTE ;
步驟3：就去濾波后的有用信號對應(yīng)的時間域的信號為： QUOTE；
步驟4：經(jīng)匹配濾波后的噪聲信號的平均功率為： QUOTE ；
步驟5：得到匹配濾波器抽樣時刻 QUOTE ,線性濾波器輸出信號的瞬時功率與噪聲平均功率之比為： QUOTE ；
步驟6：根據(jù)帕塞瓦爾定理，得出如下等式： QUOTE ;
步驟7：得到如下關(guān)系式: QUOTE 根據(jù)該不等式得出滿足該不等式匹配濾波器的脈沖響應(yīng)。
所述信號處理器對接收到的信號進(jìn)行中值濾波的方法包括以下步驟：
步驟1：記錄心跳檢測信號的兩個脈沖間隔是否人心跳的正常間隔內(nèi)，若是，則記錄間隔時間，否則跳過；
步驟2：在記錄足夠的心跳間隔后即可算出這些間隔的中值:；根據(jù)中值可以規(guī)定這些間隔的上下邊界；處在上下邊界之間的值視為有效間隔值；當(dāng)有效間隔值的數(shù)目超過設(shè)定的數(shù)量時，就可以算出平均間隔值。
采用以上技術(shù)方案，本發(fā)明產(chǎn)生了以下有益效果：
1、處理結(jié)果精準(zhǔn)：本發(fā)明的心率信號處理器及信號處理器方法，除了對信號進(jìn)行去噪和匹配濾波以外，在低通濾波時，還能針對信號的特性選擇不同頻率濾波電路對信號進(jìn)行濾波；此外，針對信號波形的不同，進(jìn)行不同程度的微分；針對信號的特性，選取不同的匹配濾波器進(jìn)行匹配濾波；保證了在各個環(huán)節(jié)針對信號特性，進(jìn)行更為精準(zhǔn)的處理，保證了最終結(jié)果的準(zhǔn)確性。
2、性能優(yōu)良：本發(fā)明的心率信號處理器，具備多種功能，在傳統(tǒng)的信號處理器的基礎(chǔ)上還增添了對信號進(jìn)行中值計算的單元，針對心率信號的特性進(jìn)行中值濾波處理，比起傳統(tǒng)的心率信號處理器，處理的結(jié)果更加準(zhǔn)確。
3、功能多樣：本發(fā)明的心率信號處理器，除了能夠?qū)邮盏降男穆市盘栠M(jìn)行處理，還能對接收到的其他信號進(jìn)行處理，因?yàn)樵诒景l(fā)明的處理器中匹配濾波和低通濾波以及數(shù)字微分計算中，都具有多種可選模式，針對信號的不同特性，選擇不同的模式，提升了處理器的實(shí)用性。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的一種心率信號處理器及信號處理方法的處理器結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本說明書中公開的所有特征，或公開的所有防跌倒方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
本說明書（包括任何附加權(quán)利要求、摘要）中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
本發(fā)明實(shí)施例1中提供了一種心率信號處理器及信號處理方法，處理器結(jié)構(gòu)如圖1所示：
一種心率信號處理器，其特征在于，所述處理器包括：數(shù)據(jù)接收模塊、低通濾波模塊、數(shù)字微分模塊、匹配濾波模塊和中值計算模塊；數(shù)據(jù)接收模塊信號連接于低通濾波模塊，用于接受傳感器發(fā)送過來的數(shù)據(jù)信息；所述低通濾波模塊信號連接于數(shù)字微分模塊，用于對接收到的信號進(jìn)行低通濾波；所述數(shù)字微分模塊信號連接于匹配濾波模塊，用于對接收到的信號進(jìn)行匹配濾波；所述匹配濾波模塊信號連接于中值計算模塊；所述中值計算模塊信號連接于信號輸出設(shè)備，用于對接收到的信號進(jìn)行中值計算，得出最終的處理信號。
所述數(shù)字微分模塊包括：一階微分模塊、二階微分模塊和微分控制模塊；所述一階微分模塊，用于對接收到的信號進(jìn)行一階微分；所述二階微分模塊，用于對接收到的信號進(jìn)行二階微分；所述微分控制模塊，用于根據(jù)接收到的信號特性，決定該信號應(yīng)該進(jìn)行一階微分處理或二階微分處理。
所述匹配濾波模塊包括：濾波器選擇電路和濾波器電路；所述濾波器選擇電路，用于對接收到的信號進(jìn)行分析和處理，根據(jù)分析和處理結(jié)果在濾波器電路中選擇合適的濾波器。
所述中值計算模塊包括：外部晶振、計數(shù)器和計算電路；所述外部晶振信號連接于計算電路，用于給計算電路提供外部時鐘頻率；所述計數(shù)器信號連接于計算電路，用于記錄心跳間隔的次數(shù)；所述計算電路，用于根據(jù)晶振電路提供的時鐘頻率和計數(shù)器提供的數(shù)值，計算得出最終的平均間隔值。
所述低通濾波模塊包括：濾波頻率控制模塊和濾波電路；所述濾波頻率控制模塊，信號連接于濾波電路，用于根據(jù)信號處理器的處理結(jié)果自動選擇合適的濾波頻率；所述濾波電路，用于對接收到的信號進(jìn)行濾波。
本發(fā)明實(shí)施例2中提供了一種心率信號處理方法：
一種基于心率信號處理器的信號處理方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
步驟1：心率信號處理器接收到心率信號后，對接收到的信號進(jìn)行采樣，得到采樣后的信號；
步驟2：心率信號處理器對采樣后的信號進(jìn)行低通濾波處理，去除高頻噪聲；
步驟3：心率信號處理器對低通濾波后的信號進(jìn)行數(shù)字微分運(yùn)算，得到經(jīng)過微分處理后的信號；
步驟4：心率信號處理器對微分運(yùn)算后的信號進(jìn)行匹配濾波運(yùn)算，得到匹配濾波后的信號；
步驟5：心率信號處理器對匹配濾波后的信號進(jìn)行中值算法計算，得到最終處理后的信號。
所述匹配濾波模塊對信號進(jìn)行匹配濾波的方法包括以下步驟：
步驟1：根據(jù)輸入信號計算匹配濾波模塊的脈沖響應(yīng)為：
QUOTE ;
步驟2：將輸入信號和匹配濾波模塊的脈沖響應(yīng)序列進(jìn)行卷積得到匹配濾波后的結(jié)果。
所述匹配濾波模塊根據(jù)輸入信號計算脈沖響應(yīng)的方法包括以下步驟：
步驟1：設(shè)輸入信號為： QUOTE ；其中， QUOTE 為有用信號， QUOTE 為高斯噪聲；
步驟2：設(shè)經(jīng)匹配濾波模塊濾波后的信號為： QUOTE ;
步驟3：就去濾波后的有用信號對應(yīng)的時間域的信號為： QUOTE ；
步驟4：經(jīng)匹配濾波后的噪聲信號的平均功率為： QUOTE ；
步驟5：得到匹配濾波器抽樣時刻 QUOTE ,線性濾波器輸出信號的瞬時功率與噪聲平均功率之比為： QUOTE ；
步驟6：根據(jù)帕塞瓦爾定理，得出如下等式： QUOTE ;
步驟7：得到如下關(guān)系式: QUOTE 根據(jù)該不等式得出滿足該不等式匹配濾波器的脈沖響應(yīng)。
所述信號處理器對接收到的信號進(jìn)行中值濾波的方法包括以下步驟：
步驟1：記錄心跳檢測信號的兩個脈沖間隔是否人心跳的正常間隔內(nèi)，若是，則記錄間隔時間，否則跳過；
步驟2：在記錄足夠的心跳間隔后即可算出這些間隔的中值:；根據(jù)中值可以規(guī)定這些間隔的上下邊界；處在上下邊界之間的值視為有效間隔值；當(dāng)有效間隔值的數(shù)目超過設(shè)定的數(shù)量時，就可以算出平均間隔值。
本發(fā)明實(shí)施例3中提供了一種心率信號處理器及信號處理方法，處理器結(jié)構(gòu)如圖1所示：
一種心率信號處理器，其特征在于，所述處理器包括：數(shù)據(jù)接收模塊、低通濾波模塊、數(shù)字微分模塊、匹配濾波模塊和中值計算模塊；數(shù)據(jù)接收模塊信號連接于低通濾波模塊，用于接受傳感器發(fā)送過來的數(shù)據(jù)信息；所述低通濾波模塊信號連接于數(shù)字微分模塊，用于對接收到的信號進(jìn)行低通濾波；所述數(shù)字微分模塊信號連接于匹配濾波模塊，用于對接收到的信號進(jìn)行匹配濾波；所述匹配濾波模塊信號連接于中值計算模塊；所述中值計算模塊信號連接于信號輸出設(shè)備，用于對接收到的信號進(jìn)行中值計算，得出最終的處理信號。
所述數(shù)字微分模塊包括：一階微分模塊、二階微分模塊和微分控制模塊；所述一階微分模塊，用于對接收到的信號進(jìn)行一階微分；所述二階微分模塊，用于對接收到的信號進(jìn)行二階微分；所述微分控制模塊，用于根據(jù)接收到的信號特性，決定該信號應(yīng)該進(jìn)行一階微分處理或二階微分處理。
所述匹配濾波模塊包括：濾波器選擇電路和濾波器電路；所述濾波器選擇電路，用于對接收到的信號進(jìn)行分析和處理，根據(jù)分析和處理結(jié)果在濾波器電路中選擇合適的濾波器。
所述中值計算模塊包括：外部晶振、計數(shù)器和計算電路；所述外部晶振信號連接于計算電路，用于給計算電路提供外部時鐘頻率；所述計數(shù)器信號連接于計算電路，用于記錄心跳間隔的次數(shù)；所述計算電路，用于根據(jù)晶振電路提供的時鐘頻率和計數(shù)器提供的數(shù)值，計算得出最終的平均間隔值。
所述低通濾波模塊包括：濾波頻率控制模塊和濾波電路；所述濾波頻率控制模塊，信號連接于濾波電路，用于根據(jù)信號處理器的處理結(jié)果自動選擇合適的濾波頻率；所述濾波電路，用于對接收到的信號進(jìn)行濾波。
一種基于心率信號處理器的信號處理方法，其特征在于，所述方法包括一下步驟：
步驟1：心率信號處理器接收到心率信號后，對接收到的信號進(jìn)行采樣，得到采樣后的信號；
步驟2：心率信號處理器對采樣后的信號進(jìn)行低通濾波處理，去除高頻噪聲；
步驟3：心率信號處理器對低通濾波后的信號進(jìn)行數(shù)字微分運(yùn)算，得到經(jīng)過微分處理后的信號；
步驟4：心率信號處理器對微分運(yùn)算后的信號進(jìn)行匹配濾波運(yùn)算，得到匹配濾波后的信號；
步驟5：心率信號處理器對匹配濾波后的信號進(jìn)行中值算法計算，得到最終處理后的信號。
所述匹配濾波模塊對信號進(jìn)行匹配濾波的方法包括以下步驟：
步驟1：根據(jù)輸入信號計算匹配濾波模塊的脈沖響應(yīng)為：
QUOTE ;
步驟2：將輸入信號和匹配濾波模塊的脈沖響應(yīng)序列進(jìn)行卷積得到匹配濾波后的結(jié)果。
所述匹配濾波模塊根據(jù)輸入信號計算脈沖響應(yīng)的方法包括以下步驟：
步驟1：設(shè)輸入信號為： QUOTE ；其中， QUOTE 為有用信號， QUOTE 為高斯噪聲；
步驟2：設(shè)經(jīng)匹配濾波模塊濾波后的信號為： QUOTE ;
步驟3：就去濾波后的有用信號對應(yīng)的時間域的信號為： QUOTE ；
步驟4：經(jīng)匹配濾波后的噪聲信號的平均功率為： QUOTE ；
步驟5：得到匹配濾波器抽樣時刻 QUOTE ,線性濾波器輸出信號的瞬時功率與噪聲平均功率之比為： QUOTE ；
步驟6：根據(jù)帕塞瓦爾定理，得出如下等式： QUOTE ;
步驟7：得到如下關(guān)系式: QUOTE 根據(jù)該不等式得出滿足該不等式匹配濾波器的脈沖響應(yīng)。
所述信號處理器對接收到的信號進(jìn)行中值濾波的方法包括以下步驟：
步驟1：記錄心跳檢測信號的兩個脈沖間隔是否人心跳的正常間隔內(nèi)，若是，則記錄間隔時間，否則跳過；
步驟2：在記錄足夠的心跳間隔后即可算出這些間隔的中值:；根據(jù)中值可以規(guī)定這些間隔的上下邊界；處在上下邊界之間的值視為有效間隔值；當(dāng)有效間隔值的數(shù)目超過設(shè)定的數(shù)量時，就可以算出平均間隔值。
本發(fā)明并不局限于前述的具體實(shí)施方式。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的防跌倒方法或過程的步驟或任何新的組合。