本發(fā)明涉及一種通過(guò)盲數(shù)據(jù)源檢測(cè)的方式來(lái)處理實(shí)時(shí)生理數(shù)據(jù)信號(hào)中帶有的噪聲數(shù)據(jù)，通過(guò)這些噪聲數(shù)據(jù)的處理可以找到產(chǎn)生噪聲的來(lái)源，通過(guò)對(duì)來(lái)源的分析來(lái)較好的重構(gòu)出真實(shí)的生理數(shù)據(jù)，并設(shè)計(jì)相關(guān)算法及其相關(guān)的數(shù)據(jù)查詢，通訊及更新方法。

背景技術(shù)：

通過(guò)光電信號(hào)來(lái)探測(cè)人體的生理數(shù)據(jù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于臨床的重癥病人的監(jiān)護(hù)中，隨著可穿戴計(jì)算技術(shù)的普及和智能手機(jī)的廣泛應(yīng)用，這種應(yīng)用已經(jīng)不僅僅限于病人的狀態(tài)監(jiān)控。隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，這種技術(shù)已經(jīng)開始應(yīng)用于正常人的生理數(shù)據(jù)的獲取，來(lái)使普通人了解自己的身體狀況獲得更好的生活質(zhì)量。然而在普通人群的使用場(chǎng)景中，和重病監(jiān)控的一個(gè)顯著差異在于個(gè)體處于一個(gè)不斷的不可預(yù)測(cè)的變化中，運(yùn)動(dòng)，和其他物體的接觸或靠近等均會(huì)給數(shù)據(jù)帶來(lái)不同程度的影響。因此，我們需要建立一種消除上述因素帶來(lái)的噪音，保證獲得的數(shù)據(jù)能夠真實(shí)的反應(yīng)生理的狀態(tài)。同時(shí)，我們也要考慮這種算法所需求的資源，保證在手機(jī)和相關(guān)的嵌入式設(shè)備中能夠平滑的執(zhí)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

針對(duì)從可穿戴設(shè)備中獲取生理數(shù)據(jù)的上述需求，本發(fā)明提供了一種帶有噪聲的實(shí)時(shí)生理數(shù)據(jù)信號(hào)數(shù)據(jù)處理方法，是一種快速，精度高的信號(hào)重構(gòu)算法，通過(guò)這種算法，能夠有效的消除由于各種運(yùn)動(dòng)造成的噪聲，并且該算法針對(duì)手機(jī)和嵌入式設(shè)備做了相應(yīng)的優(yōu)化處理，能夠順暢的完成數(shù)據(jù)獲取，數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及加密的操作。

(二)技術(shù)方案

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取以下方案：

本發(fā)明的一種帶有噪聲的實(shí)時(shí)生理數(shù)據(jù)信號(hào)數(shù)據(jù)處理方法，步驟包括：

從已經(jīng)匹配好的藍(lán)牙設(shè)備中，獲取固定長(zhǎng)度的實(shí)時(shí)生理數(shù)據(jù)信號(hào)模式的生理數(shù)據(jù)，并進(jìn)行加密，通過(guò)藍(lán)牙通信傳到實(shí)時(shí)生理數(shù)據(jù)處理設(shè)備對(duì)應(yīng)的應(yīng)用程序中；

應(yīng)用程序首先檢查，數(shù)據(jù)的完整性，通過(guò)計(jì)算sha1的校驗(yàn)位檢測(cè),如果沒有問題，解密數(shù)據(jù)然后則進(jìn)入步驟b，否則進(jìn)入步驟a；

步驟a：丟棄接受到的數(shù)據(jù)，向藍(lán)牙設(shè)備發(fā)出新的數(shù)據(jù)請(qǐng)求；

步驟b:從檢查通過(guò)的數(shù)據(jù)包中，根據(jù)藍(lán)牙通信的協(xié)議及規(guī)定好的數(shù)據(jù)格式，將數(shù)據(jù)提取出來(lái)，對(duì)這段數(shù)據(jù)做頻譜分析,如果頻譜結(jié)果符合規(guī)定的profile,進(jìn)入下一階段；不符合規(guī)定的profile,被丟棄；

將數(shù)據(jù)進(jìn)行做butterworth濾波處理，butterworth濾波參數(shù)是profile中的中值頻率的數(shù)據(jù)采樣頻率；

如果通過(guò)butterworthfilter的數(shù)據(jù)沒有縱軸上的漂移，這個(gè)能夠通過(guò)比較每50個(gè)數(shù)據(jù)的極小值連接的兩條直線，如果這條直線和水平線平行或者和水平線的夾角的絕對(duì)值不超過(guò)5度，則認(rèn)為這次采樣中沒有要處理的運(yùn)動(dòng)漂移，進(jìn)入步驟c,否則，如果有超過(guò)閾值的運(yùn)動(dòng)漂移，進(jìn)入步驟d；

步驟c:對(duì)butterworthfilter過(guò)濾的數(shù)據(jù)做反傅里葉變換，抽取最大的頻譜和第二大的頻譜來(lái)檢驗(yàn)二者的頻率是否接近雙倍的關(guān)系，如果誤差在5％的范圍之內(nèi)，認(rèn)為生理數(shù)據(jù)已經(jīng)獲得成功，否則數(shù)據(jù)不合要求，丟棄；

步驟d:首先，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多通道數(shù)據(jù)重構(gòu)，在一般的情況下，數(shù)據(jù)僅包含一個(gè)通道，在這種情況下，數(shù)據(jù)通過(guò)從單一的通道中通過(guò)不同的采樣延時(shí)來(lái)構(gòu)造多通道數(shù)據(jù)，重構(gòu)完畢之后，通過(guò)fastica算 法來(lái)做盲源分離，在這里，不可事先預(yù)估的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)信號(hào)源，通過(guò)獨(dú)立分量分析的方法來(lái)估計(jì)這種源來(lái)糾正運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)偏差，有可能返回的數(shù)據(jù)源有多個(gè)，而由運(yùn)動(dòng)源的特點(diǎn)是縱軸上的移動(dòng)，同時(shí)這個(gè)信號(hào)是一個(gè)平穩(wěn)的低頻信號(hào)，這種特點(diǎn)使它區(qū)別于其他的信號(hào)，通過(guò)簡(jiǎn)單的頻譜分析，計(jì)算最大的頻率信號(hào)，如果小于1hz，就基本上認(rèn)定是運(yùn)動(dòng)源信號(hào)。找到之后，也可以通過(guò)在原始信號(hào)中消除這種信號(hào)之后，看是否新得到的信號(hào)是否在縱軸上的位移是否減小到閾值之內(nèi)，如果在閾值之內(nèi)，則我們認(rèn)為運(yùn)動(dòng)造成的位移已經(jīng)得到消除，否則，認(rèn)為數(shù)據(jù)糾正失敗。

其中，所述步驟b中規(guī)定的profile為標(biāo)準(zhǔn)的頻譜的profile跨越的頻譜范圍從0.1hz-100hz,超過(guò)這個(gè)頻譜范圍的波形被認(rèn)為存在不可處理的問題，被丟棄。

其中，所述步驟b中數(shù)據(jù)采樣頻率優(yōu)選屆數(shù)為5的butterworthfilter。

其中，所述步驟b中極小值定義為在一段超過(guò)3個(gè)點(diǎn)的連續(xù)的區(qū)間內(nèi)的最小值。

其中，所述步驟c中反傅里葉變換是通過(guò)快速傅里葉變換算法達(dá)到。

其中，所述步驟d中采樣延時(shí)的取值為20個(gè)采樣樣本的時(shí)間；所述步驟d中的閾值之內(nèi)為<5％。

(三)有益效果

本發(fā)明能提供一種快速、精度高的信號(hào)重構(gòu)算法，通過(guò)這種算法，能夠有效的消除由于各種運(yùn)動(dòng)造成的噪聲，并且該算法針對(duì)手機(jī)和嵌入式設(shè)備做了相應(yīng)的優(yōu)化處理，能夠順暢的完成數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及加密的操作。

附圖說(shuō)明

圖1-a是本發(fā)明plusewave數(shù)據(jù)示意圖一；

圖1-b是本發(fā)明plusewave數(shù)據(jù)示意圖二

圖2是本發(fā)明數(shù)據(jù)處理流程圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施流程的示意圖；

圖4是本發(fā)明plusewave處理流程圖；

圖5是本發(fā)明運(yùn)動(dòng)偏移的糾正的示意圖。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。

本發(fā)明的一種帶有噪聲的實(shí)時(shí)生理數(shù)據(jù)信號(hào)數(shù)據(jù)處理方法，步驟包括：

從已經(jīng)匹配好的藍(lán)牙設(shè)備中，獲取固定長(zhǎng)度的實(shí)時(shí)生理數(shù)據(jù)信號(hào)模式的生理數(shù)據(jù)，并進(jìn)行加密，通過(guò)藍(lán)牙通信傳到實(shí)時(shí)生理數(shù)據(jù)處理設(shè)備對(duì)應(yīng)的應(yīng)用程序中；

應(yīng)用程序首先檢查，數(shù)據(jù)的完整性，通過(guò)計(jì)算sha1的校驗(yàn)位檢測(cè),如果沒有問題，解密數(shù)據(jù)然后則進(jìn)入步驟b，否則進(jìn)入步驟a；

步驟a：丟棄接受到的數(shù)據(jù)，向藍(lán)牙設(shè)備發(fā)出新的數(shù)據(jù)請(qǐng)求；

步驟b:從檢查通過(guò)的數(shù)據(jù)包中，根據(jù)藍(lán)牙通信的協(xié)議及規(guī)定好的數(shù)據(jù)格式，將數(shù)據(jù)提取出來(lái)，對(duì)這段數(shù)據(jù)做頻譜分析,如果頻譜結(jié)果符合規(guī)定的profile,進(jìn)入下一階段；不符合規(guī)定的profile,被丟棄；

將數(shù)據(jù)進(jìn)行做butterworth濾波處理，butterworth濾波參數(shù)是profile中的中值頻率的數(shù)據(jù)采樣頻率；

如果通過(guò)butterworthfilter的數(shù)據(jù)沒有縱軸上的漂移，這個(gè)能夠通過(guò)比較每50個(gè)數(shù)據(jù)的極小值連接的兩條直線，如果這條直線和水平線平行或者和水平線的夾角的絕對(duì)值不超過(guò)5度，則認(rèn)為這次采樣中沒有要處理的運(yùn)動(dòng)漂移，進(jìn)入步驟c,否則，如果有超過(guò)閾值的運(yùn)動(dòng)漂移，進(jìn)入步驟d；

步驟c:對(duì)butterworthfilter過(guò)濾的數(shù)據(jù)做反傅里葉變換，抽取最大的頻譜和第二大的頻譜來(lái)檢驗(yàn)二者的頻率是否接近雙倍的關(guān)系，如果誤差在5％的范圍之內(nèi)，認(rèn)為生理數(shù)據(jù)已經(jīng)獲得成功，否則數(shù)據(jù)不合要求，丟棄；

步驟d:首先，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多通道數(shù)據(jù)重構(gòu)，在一般的情況下，數(shù)據(jù)僅包含一個(gè)通道，在這種情況下，數(shù)據(jù)通過(guò)從單一的通道中通過(guò)不同的采樣延時(shí)來(lái)構(gòu)造多通道數(shù)據(jù)，重構(gòu)完畢之后，通過(guò)fastica算法來(lái)做盲源分離，在這里，不可事先預(yù)估的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)信號(hào)源，通過(guò)快速獨(dú)立分量分析的方法來(lái)估計(jì)這種源來(lái)糾正運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)偏差，有可能返回的數(shù)據(jù)源有多個(gè)，而由運(yùn)動(dòng)源的特點(diǎn)是縱軸上的移動(dòng)，同時(shí)這個(gè)信號(hào)是一個(gè)平穩(wěn)的低頻信號(hào)，這種特點(diǎn)使它區(qū)別于其他的信號(hào)，通過(guò)簡(jiǎn)單的頻譜分析，計(jì)算最大的頻率信號(hào)，如果小于1hz，就基本上認(rèn)定是運(yùn)動(dòng)源信號(hào)。找到之后，也可以通過(guò)在原始信號(hào)中消除這種信號(hào)之后，看是否新得到的信號(hào)是否在縱軸上的位移是否減小到閾值之內(nèi)，如果在閾值之內(nèi)，則我們認(rèn)為運(yùn)動(dòng)造成的位移已經(jīng)得到消除，否則，認(rèn)為數(shù)據(jù)糾正失敗。

所述步驟b中規(guī)定的profile為標(biāo)準(zhǔn)的頻譜的profile跨越的頻譜范圍從0.1hz-100hz,超過(guò)這個(gè)頻譜范圍的波形被認(rèn)為存在不可處理的問題，被丟棄。

所述步驟b中數(shù)據(jù)采樣頻率優(yōu)選屆數(shù)為5的butterworthfilter。

所述步驟b中極小值定義為在一段超過(guò)3個(gè)點(diǎn)的連續(xù)的區(qū)間內(nèi)的最小值。

所述步驟c中反傅里葉變換是通過(guò)快速傅里葉變換算法達(dá)到。

所述步驟d中采樣延時(shí)的取值為20個(gè)采樣樣本的時(shí)間；所述步驟d中的閾值之內(nèi)為<5％。

所述閾值計(jì)算是計(jì)算一個(gè)相對(duì)量，假設(shè)閾值用d來(lái)表示d＝ |2*d2-d1|/d2,d1是指單倍頻的值，d2是指雙倍頻的值，d<0.05,即在閾值之內(nèi)。

在文中，具有生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，某些術(shù)語(yǔ)來(lái)自于信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，如盲源分析，傅里葉變換，頻譜分析等等。

盲源：指無(wú)法/很難通過(guò)測(cè)試來(lái)精確確定的數(shù)據(jù)信號(hào)源

fastica:fastindependentcomponentanalysis,快速獨(dú)立分量分析；

快速獨(dú)立分量分析：一種數(shù)字信號(hào)處理方法，是指從多個(gè)源信號(hào)的線性混合信號(hào)中分離出源信號(hào)的技術(shù)；

butterworthfilter:巴特沃斯濾波器

spectrumanalysis:頻譜分析；

頻譜分析：將時(shí)域信號(hào)變換至頻域加以分析的方法稱為頻譜分析，可以通過(guò)傅里葉變換達(dá)到；

uuid：是通用唯一識(shí)別碼(universallyuniqueidentifier)，這是一個(gè)軟件建構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)；

profile：是指數(shù)據(jù)頻率的組成狀況；

fastica算法：即快速獨(dú)立分量分析；

sha1：散列算法；

fft：快速傅里葉變換；

pulsewave信號(hào)發(fā)生器：是指產(chǎn)生plusewave的信號(hào)源，plusewave是指心動(dòng)信號(hào)波；

bw濾波模塊：即butterworth濾波器，是一種數(shù)字信號(hào)處理的處理方法，目的在于獲得具有某種屬性的數(shù)據(jù)。

首先，在展開具體描述之前，如前所述，本發(fā)明揭示一種用于在自由運(yùn)動(dòng)環(huán)境下的生理數(shù)據(jù)降噪處理算法。此處，以一款實(shí)驗(yàn)中的光源為540納米的pulsewave信號(hào)發(fā)生器為例來(lái)演示整個(gè)數(shù)據(jù)的處理流 程。

數(shù)據(jù)通過(guò)傳感器采集之后，通過(guò)頻譜檢測(cè)模塊對(duì)信號(hào)的頻譜范圍進(jìn)行估測(cè)得到的結(jié)果如圖4中的第三欄所示，可以計(jì)算出功率在20db/hz以上的頻率值，如果在0.1到100hz之間，則通過(guò)，數(shù)據(jù)進(jìn)入bw濾波模塊203，濾波之后，檢查是否數(shù)據(jù)有運(yùn)動(dòng)漂移，如果沒有，則進(jìn)入數(shù)據(jù)驗(yàn)證模塊206，如果有則進(jìn)入多通道重構(gòu)模塊204，重構(gòu)之后，進(jìn)入fastica模塊205，通過(guò)fastica算法來(lái)獲取數(shù)據(jù)源，如果多通道數(shù)據(jù)處理結(jié)果收斂，則進(jìn)入數(shù)據(jù)驗(yàn)證模塊206，否則，丟棄；在數(shù)據(jù)驗(yàn)證模塊206，如果數(shù)據(jù)結(jié)果符合二倍頻關(guān)系，則數(shù)據(jù)被接受，否則放棄。

圖4中的最上一欄表示的是通過(guò)頻譜檢查的原始plusewave數(shù)據(jù)，中欄是通過(guò)了bw濾波處理的數(shù)據(jù)，我們可以看到數(shù)據(jù)的最小值連接的水平線和x軸平行，無(wú)需運(yùn)動(dòng)偏移校正，最下一欄是數(shù)據(jù)的質(zhì)量驗(yàn)證，功率最大的頻率和第二的頻率正好是兩倍的關(guān)系。

圖5中可以看到在后面的數(shù)據(jù)中有一個(gè)運(yùn)動(dòng)抖動(dòng)，第四欄是通過(guò)fastica算法找到的震動(dòng)源，通過(guò)相加可以大致消除掉這個(gè)運(yùn)動(dòng)量。而最后的數(shù)據(jù)的質(zhì)量驗(yàn)證的質(zhì)量也完全合格。

圖4和圖5的x軸是指時(shí)間值，y軸是頻譜值。

同時(shí)，為了便于這種數(shù)據(jù)的私密性能夠得到保護(hù)，我們?cè)跀?shù)據(jù)通信中通過(guò)實(shí)時(shí)生理參數(shù)測(cè)定設(shè)備的獨(dú)立的藍(lán)牙uuid號(hào)碼對(duì)數(shù)據(jù)加密,這個(gè)詳細(xì)說(shuō)明參見相關(guān)文檔，如此，我們能夠保證數(shù)據(jù)只有在用戶的配合之下才能進(jìn)行下一步的處理。

以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。