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JP5634837B2 - Signal processing method and signal processing system - Google Patents

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JP5634837B2
JP5634837B2 JP2010263484A JP2010263484A JP5634837B2 JP 5634837 B2 JP5634837 B2 JP 5634837B2 JP 2010263484 A JP2010263484 A JP 2010263484A JP 2010263484 A JP2010263484 A JP 2010263484A JP 5634837 B2 JP5634837 B2 JP 5634837B2
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Description

本発明は、ノイズと特定の振動波形とを含む信号の信号処理方法及び信号処理システムに関する。   The present invention relates to a signal processing method and a signal processing system for a signal including noise and a specific vibration waveform.

近年、外耳道の圧力振動を電気信号に変換して生体情報を電気信号として取得する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)が、生体情報は主に低周波帯域に多く存在し、特に人間の可聴周波数帯域よりも低い周波数帯域に多くの生体情報が含まれていることから、特許文献1に記載された従来技術では、ローパスフィルタを用いて生体情報の多く含まれる低周波帯域の信号を抽出している。   In recent years, there has been proposed a method for converting the pressure vibration of the external auditory canal into an electrical signal to acquire biological information as an electrical signal (see, for example, Patent Document 1), but biological information is mainly present in a low frequency band, In particular, since a large amount of biological information is included in a frequency band lower than the human audible frequency band, the conventional technique described in Patent Document 1 uses a low-pass filter to reduce the low frequency band in which a large amount of biological information is included. The signal is extracted.

特開2010−22572号公報JP 2010-22572 A

しかし、生体情報が多く含まれている低周波領域には、心拍等の生体情報以外に身体を動作させた際に発生する外来ノイズを含んでいる。これらの外来ノイズは心拍信号等の生体情報と同様の周波数スペクトルを含んでいるため、ローパスフィルタでは除去することが困難で、所望の生体情報を効果的に抽出することが難しいという問題があった。特に、動作中の人間から生体情報を取得しようとする場合には、動作中の身体から発生するノイズレベルが大きくなり、生体情報を確実に抽出することが困難であるという問題があった。   However, the low-frequency region containing a large amount of biological information includes extraneous noise generated when the body is operated in addition to biological information such as heartbeats. Since these external noises contain the same frequency spectrum as biological information such as heartbeat signals, it is difficult to remove with a low-pass filter, and it is difficult to effectively extract desired biological information. . In particular, when attempting to acquire biological information from an operating person, there is a problem that the level of noise generated from the operating body increases, making it difficult to reliably extract the biological information.

そこで、本発明は、ノイズを含む信号から生体情報を効果的に取得することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to effectively acquire biological information from a signal including noise.

本発明の信号処理方法は、ノイズと特定の振動波形とを含む信号の信号処理方法であって、周期又は振動の位相が異なる複数の基準振動波形を含む母基準振動波形群を生成するステップと、評価対象信号を取得するステップと、評価対象信号と前記母振動波形群の前記各基準振動波形との各相関を計算するステップと、計算した相関が最大となる最大相関基準振動波形を決定するステップと、最大相関基準振動波形に基づいて特定の振動波形の近似波形を生成するステップと、を有し、前記基準振動波形は、連続パルスとゼロ信号とからなる信号組を複数回繰り返したものであり、前記母振動波形群は、ゼロ信号の長さを異ならせて周期を異ならせた複数の異周期波形組を含み、前記各異周期波形組は、周期が同一で連続パルスの位相が異なる複数の同周期異位相波形を含むこと、を特徴とする。 The signal processing method of the present invention is a signal processing method of a signal including noise and a specific vibration waveform, and generating a mother reference vibration waveform group including a plurality of reference vibration waveforms having different periods or vibration phases; , Obtaining an evaluation target signal, calculating each correlation between the evaluation target signal and each reference vibration waveform of the mother vibration waveform group, and determining a maximum correlation reference vibration waveform that maximizes the calculated correlation a step, it possesses and generating an approximate waveform of specific vibration waveform based on the maximum correlation reference vibration waveform, and the reference vibration waveform, that a signal set consisting of a continuous pulse and a zero signal is repeated a plurality of times The mother oscillation waveform group includes a plurality of different period waveform sets having different periods by changing the length of the zero signal, and each of the different period waveform groups has the same period and the phase of the continuous pulse. Different It includes a plurality of the periods different phase waveform, characterized by.

本発明の信号処理方法において、前記異周期波形組の各基準振動波形は、同一の連続パルスと異なるゼロ信号長さによって構成されていること、としても好適である。   In the signal processing method of the present invention, it is also preferable that each reference vibration waveform of the different periodic waveform group is composed of the same continuous pulse and a different zero signal length.

本発明の信号処理方法において、評価対象信号と前記母振動波形群の各基準振動波形との各相関を計算するステップは、時間領域の前記母振動波形群の各基準振動波形を周波数領域に変換するステップと、時間領域の評価対象信号を周波数領域に変換するステップと、周波数領域に変換した各基準振動波形と周波数領域に変換した評価対象波形の相関を計算すること、としても好適である。   In the signal processing method of the present invention, the step of calculating each correlation between the evaluation target signal and each reference vibration waveform of the mother vibration waveform group converts each reference vibration waveform of the mother vibration waveform group in the time domain into a frequency domain. And calculating the correlation between the reference vibration waveform converted into the frequency domain and the evaluation target waveform converted into the frequency domain.

本発明の信号処理システムは、ノイズと特定の振動波形とを含む生体情報センサからの信号を処理する信号処理システムであって、生体情報センサの信号を取得する生体情報センサインターフェースと、周期又は振動の位相が異なる複数の基準振動波形を含む母振動波形群を格納するメモリと、メモリに格納した前記母振動波形群の前記各基準振動波形と生体情報センサからの信号との各相関を計算し、計算した相関が最大となる最大相関基準振動波形を決定し、最大相関基準振動波形に基づいて特定の振動波形の近似波形を生成するプロセッサと、を有し、前記基準振動波形は、連続パルスとゼロ信号とからなる信号組を複数回繰り返したものであり、前記母振動波形群は、ゼロ信号の長さを異ならせて周期を異ならせた複数の異周期波形組を含み、前記各異周期波形組は、周期が同一で連続パルスの位相が異なる複数の同周期異位相波形を含むことを特徴とする。


Signal processing system of the present invention is a signal processing system for processing signals from the biometric information sensor comprising a noise with a specific vibration waveform, a biological information sensor interface for acquiring a signal of the biological information sensor, periodically or vibration A memory for storing a group of oscillation patterns including a plurality of reference oscillation waveforms having different phases, and a correlation between each reference oscillation waveform of the group of oscillation waveforms stored in the memory and a signal from the biological information sensor. determines the maximum correlation reference vibration waveform calculated correlation is maximized, possess a processor for generating approximate waveform of specific vibration waveform based on the maximum correlation reference vibration waveform, and the reference vibration waveform, continuous pulse And the zero oscillation signal group is repeated a plurality of times, and the mother vibration waveform group has a plurality of different period waveforms with different periods by varying the length of the zero signal. Hints, each modified period waveform set, the period is characterized in that it comprises a plurality of the periods different phase waveforms having different phases of successive pulses at the same.


本発明は、ノイズを含む信号から生体情報を効果的に取得することができる。   The present invention can effectively acquire biological information from a signal including noise.

本発明の実施形態における信号処理システムの構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the signal processing system in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における信号処理システムで母振動波形群を生成するステップを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the step which produces | generates a mother oscillation waveform group in the signal processing system in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における信号処理システムで連続パルスとゼロ信号とから生成した周期の異なる複数の基準振動波形を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the some reference vibration waveform from which the period produced | generated from the continuous pulse and the zero signal in the signal processing system in embodiment of this invention differs. 本発明の実施形態における信号処理システムで同一の周期で位相が異なる複数の同周期異位相波形を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the several same period different phase waveform from which a phase differs in the same period with the signal processing system in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における信号処理システムの母振動波形群の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the mother oscillation waveform group of the signal processing system in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における信号処理システムの動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the signal processing system in embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態における信号処理システムの構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the signal processing system in other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態における信号処理システムで周波数変換後の母振動波形群データを生成するステップを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the step which produces | generates the mother oscillation waveform group data after frequency conversion with the signal processing system in other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態における信号処理システムの動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the signal processing system in other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態における信号処理システムで連続パルスとゼロ信号とから生成した周期の異なる複数の基準振動波形を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the some reference | standard vibration waveform from which the period produced | generated from the continuous pulse and the zero signal in the signal processing system in other embodiment of this invention differs.

以下、図面を参照しながら本発明の信号処理システムの実施形態について説明する。以下の説明では、生体情報センサとして人間の外耳道の圧力振動を電気信号に変換する外耳道圧センサを用い、ノイズと特定の振動波形である心拍波形とを含む信号を処理して心拍波形の近似波形と心拍数とを出力する場合について説明する。   Hereinafter, embodiments of a signal processing system of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, an external ear canal pressure sensor that converts pressure vibration of a human ear canal into an electrical signal is used as a biological information sensor, and a signal including noise and a heartbeat waveform that is a specific vibration waveform is processed to approximate the heartbeat waveform. A description will be given of the case where the heart rate is output.

図1に示すように、本実施形態の信号処理システム50は、外耳道圧センサ16からのアナログ信号をデジタル信号に変換して取得する外耳道圧センサインターフェース53と、情報を処理するプロセッサであるCPU51と、CPU51の実行するプログラムや処理するデータを格納するメモリ52と、処理した信号を外部出力装置であるディスプレイ61に出力する外部出力インターフェース54とを含むコンピュータである。メモリ52には、後で説明するCPU51で処理される母振動波形群データ55、CPU51で実行される相関計算プログラム56、最大相関基準振動波形決定プログラム57、近似波形生成プログラム58が含まれると共に演算処理を行うための演算用データ領域59が含まれている。   As shown in FIG. 1, the signal processing system 50 according to the present embodiment includes an ear canal pressure sensor interface 53 that acquires an analog signal from the ear canal pressure sensor 16 by converting it into a digital signal, and a CPU 51 that is a processor for processing information. The computer includes a memory 52 that stores a program executed by the CPU 51 and data to be processed, and an external output interface 54 that outputs a processed signal to a display 61 that is an external output device. The memory 52 includes mother vibration waveform group data 55 processed by the CPU 51, which will be described later, a correlation calculation program 56 executed by the CPU 51, a maximum correlation reference vibration waveform determination program 57, and an approximate waveform generation program 58. A calculation data area 59 for performing processing is included.

図1に示すように、外耳道圧センサ16は、外耳道31に挿入される外耳道挿入部16aと外耳道31から耳殻に続く形状に合わせた形状の本体16bとから構成されている。外耳道圧センサ16の外耳道挿入部16aは、略耳穴の大きさと同様の直径の円筒で、内部に貫通孔25が設けられている。本体16bの内部には、貫通孔25がつながっている空洞26が設けられている。空洞26は、貫通孔25よりも大きな内径を持っている。そして空洞26には、外耳道31の圧力振動を電気信号に変換する振動電気変換器27が取り付けられている。振動電気変換器27は、例えば、圧電素子のようなものでも良いし、振動板の振動をマグネットによって電気信号に変換するようなものであってもよい。外耳道挿入部16aと本体16bとは樹脂などによって構成されている。   As shown in FIG. 1, the ear canal pressure sensor 16 includes an ear canal insertion portion 16 a that is inserted into the ear canal 31 and a main body 16 b that is shaped to follow the ear canal from the ear canal 31. The ear canal insertion part 16a of the ear canal pressure sensor 16 is a cylinder having a diameter substantially the same as the size of the ear hole, and a through hole 25 is provided therein. A cavity 26 connected to the through hole 25 is provided inside the main body 16b. The cavity 26 has a larger inner diameter than the through hole 25. A vibration electric converter 27 that converts pressure vibration of the ear canal 31 into an electric signal is attached to the cavity 26. The oscillating electric converter 27 may be a piezoelectric element, for example, or may convert the vibration of the diaphragm into an electric signal by a magnet. The ear canal insertion portion 16a and the main body 16b are made of resin or the like.

外耳道圧センサ16の外耳道挿入部16aは外耳道31の中にぴったりと嵌まり込んで、外部の音が外耳道31へ侵入するのを抑制する。また、外耳道圧センサ16の本体16bは作業員の耳30の耳殻にフィットして外耳道圧センサ16の位置を安定させる。空洞26を介して外耳道挿入部16aの貫通孔25を塞いでいる振動電気変換器27は、外耳道31の中にぴったりと嵌まり込んだ外耳道挿入部16aと共に外耳道31を閉じて鼓膜32との間に閉空間37を形成する。   The external auditory canal insertion portion 16 a of the external auditory canal pressure sensor 16 fits snugly into the external auditory canal 31 and suppresses external sound from entering the external auditory canal 31. Further, the body 16b of the ear canal pressure sensor 16 fits into the ear shell of the worker's ear 30 to stabilize the position of the ear canal pressure sensor 16. The oscillating electrical transducer 27 that closes the through hole 25 of the ear canal insertion portion 16 a through the cavity 26 closes the ear canal 31 together with the ear canal insertion portion 16 a that is closely fitted in the ear canal 31, and between the eardrum 32. A closed space 37 is formed.

図1に示すように、鼓膜32は内耳33と外耳道31を含む外耳との境界に存在する膜であり、内耳33に通じる内耳道35から心拍音や外部ノイズなどの様々な音が鼓膜に伝達されてくる。内耳33から鼓膜32に伝達された心拍音は鼓膜32を振動させる。鼓膜32の振動は外耳道挿入部16aの貫通孔25を通って空洞26から閉空間37を形成している振動電気変換器27に伝達され電気信号に変換される。このように、振動電気変換器27は外耳道31に伝達される心拍音と様々な音ノイズとを検出して電気信号に変換して出力する。   As shown in FIG. 1, the eardrum 32 is a film present at the boundary between the inner ear 33 and the outer ear including the outer ear canal 31, and various sounds such as heartbeat sounds and external noise are transmitted from the inner ear canal 35 leading to the inner ear 33 to the eardrum. It will be. The heartbeat transmitted from the inner ear 33 to the eardrum 32 causes the eardrum 32 to vibrate. The vibration of the eardrum 32 is transmitted from the cavity 26 to the oscillating electrical converter 27 that forms the closed space 37 through the through hole 25 of the ear canal insertion portion 16a and converted into an electrical signal. In this way, the oscillating electrical converter 27 detects the heartbeat sound and various sound noises transmitted to the ear canal 31, converts them into electrical signals, and outputs them.

図2に示すように、母振動波形群は、外耳道圧センサ16を装着した人間が安静状態の際に外耳道圧センサ16で取得した電気信号91からその人間の代表的な一拍分の心拍波形を連続パルス92として抽出し、図3、図4に示すように一拍分の連続パルス92とゼロ信号93,94,95とを組み合わせて心拍数又は心拍位相の異なる複数の基準振動波形101〜301を含む振動波形群としたものであり、図1に示す信号処理システム50のメモリ52の中にデータとして格納されている。以下、図2から図5を参照して母振動波形群データ55の生成について説明する。以下の説明では、母振動波形群の生成は信号処理システム50と別の母振動波形群データ生成システム70によって生成されることとして説明するが、信号処理システム50の中で同様の処理を行ってもよい。   As shown in FIG. 2, the mother vibration waveform group includes a heartbeat waveform corresponding to one beat of a representative person from an electrical signal 91 acquired by the ear canal pressure sensor 16 when the person wearing the ear canal pressure sensor 16 is at rest. Are extracted as a continuous pulse 92, and as shown in FIGS. 3 and 4, a plurality of reference vibration waveforms 101 to 101 having different heart rates or heartbeat phases by combining a continuous pulse 92 for one beat and zero signals 93, 94, 95 are combined. This is a group of vibration waveforms including 301 and is stored as data in the memory 52 of the signal processing system 50 shown in FIG. Hereinafter, generation of the mother vibration waveform group data 55 will be described with reference to FIGS. In the following description, the generation of the mother vibration waveform group is described as being generated by the signal processing system 50 and another mother vibration waveform group data generation system 70, but the same processing is performed in the signal processing system 50. Also good.

図2に示すように、母振動波形群データ生成システム70は、外耳道圧センサ16を装着した人間が安静状態の際に外耳道圧センサ16で取得した電気信号91からその人間の代表的な一拍分の心拍波形を連続パルス92として抽出する連続パルス抽出手段71と、抽出した連続パルス92から母振動波形群データを生成する母振動波形群生成手段72と、生成した母振動波形群データ55を格納するメモリ73とを含んでいる。母振動波形群データ生成システム70は、内部に情報を処理するCPUを含むコンピュータであり、連続パルス抽出手段71、母振動波形群生成手段72はコンピュータによって実行されるプログラムであってもよい。   As shown in FIG. 2, the mother vibration waveform group data generation system 70 is configured to generate a representative beat of a person from an electrical signal 91 acquired by the ear canal pressure sensor 16 when the person wearing the ear canal pressure sensor 16 is at rest. A continuous pulse extracting means 71 for extracting a heartbeat waveform of minutes as a continuous pulse 92, a mother vibration waveform group generating means 72 for generating mother vibration waveform group data from the extracted continuous pulse 92, and a generated mother vibration waveform group data 55. And a memory 73 for storage. The mother vibration waveform group data generation system 70 is a computer including a CPU that processes information therein, and the continuous pulse extraction means 71 and the mother vibration waveform group generation means 72 may be programs executed by the computer.

図2に示すように、連続パルス抽出手段71は、室内のベッドに横たわって安静状態としている人間の耳に取り付けた外耳道圧センサ16からの電気信号91を取得する。人間は室内のベッドに横たわっているので、この電気信号91には人間の動作などによる外部ノイズが非常に少ない状態で人間の安静状態の心拍音が含まれている。連続パルス抽出手段71は、例えば、入力された電気信号91の自己相関を取ることによってその人間の代表的な一拍分の心拍波形を連続パルス92として抽出する。心拍数が変化した場合、その人間の一拍の心拍波形はほとんど変化せず、一拍分の連続パルス92の間隔だけが変化する場合が多い。そこで、母振動波形群生成手段72は、図3(b)に示すように、図3(a)に示す抽出した時間t1の一拍分の連続パルス92に時間t21の長さのゼロ信号93をつなげた一つの信号組を3回繰り返すようにして連続パルス92の周期が(t1+t21)で全体の信号長さが時間T1である一つの基準振動波形101を生成する。ここで、ゼロ信号93と連続パルス92との一つの信号組の時間長さ(t1+t21)は心拍の周期に相当する。また、図3(c)、図3(d)に示すように、同一の時間t1の一拍分の連続パルス92に時間t21と異なる時間t22の長さのゼロ信号94、または、時間t21,t22と異なる時間t23の長さのゼロ信号95をつなげた一つの信号組を3回繰り返すようにして連続パルス92の周期が(t1+t22)、(t1+t23)で全体の信号長さが時間T2、T3である他の基準振動波形201、301を生成する。この様にして、母振動波形群生成手段72は、一拍の心拍波形が同一で心拍数の異なる複数の波形、つまり異周期波形組となる複数の基準振動波形を生成する。 As shown in FIG. 2, the continuous pulse extraction means 71 acquires the electrical signal 91 from the ear canal pressure sensor 16 attached to the human ear lying on the bed in the room and in a resting state. Since a human is lying on the bed in the room, the electrical signal 91 includes a heartbeat sound in a human resting state with very little external noise due to human movement or the like. The continuous pulse extracting means 71 extracts, for example, a heartbeat waveform for one representative beat of the person as a continuous pulse 92 by taking an autocorrelation of the input electrical signal 91. When the heart rate changes, the heartbeat waveform of one beat of the person hardly changes, and only the interval of continuous pulses 92 for one beat often changes. Therefore, as shown in FIG. 3B, the mother vibration waveform group generation unit 72 generates a zero pulse having a length of time t 21 to the continuous pulse 92 for one beat of the extracted time t 1 shown in FIG. One reference signal waveform 101 having a period of (t 1 + t 21 ) and an overall signal length of time T 1 is generated by repeating one signal set connected with the signal 93 three times. . Here, the time length (t 1 + t 21 ) of one signal set of the zero signal 93 and the continuous pulse 92 corresponds to a heartbeat period. Also, as shown in FIGS. 3C and 3D, a zero signal 94 having a length of time t 22 different from time t 21 is added to a continuous pulse 92 for one beat of the same time t 1 , or The period of the continuous pulse 92 is (t 1 + t 22 ) and (t 1 +) by repeating a signal set obtained by connecting the zero signal 95 having a length of time t 23 different from the times t 21 and t 22 three times. At t 23 ), the other reference vibration waveforms 201 and 301 whose total signal length is time T 2 and T 3 are generated. In this manner, the mother vibration waveform group generation unit 72 generates a plurality of waveforms having the same heartbeat waveform and different heart rates, that is, a plurality of reference vibration waveforms that form a set of different periodic waveforms.

次に、図4に示すように、母振動波形群生成手段72は、最初に生成した基準振動波形101に基づいて周期が同一で連続パルス92の位相が異なる複数の基準振動波形102から106を生成する。各基準振動波形102から106はそれぞれ最初に生成した基準振動波形101に対して連続パルス92の時間位置が信号処理システム50の外耳道圧センサ16からの電気信号をサンプリングするサンプリング周期Δtの整数倍の時間だけずれるようにしたものである。   Next, as shown in FIG. 4, the mother vibration waveform group generation means 72 generates a plurality of reference vibration waveforms 102 to 106 having the same period and different phases of the continuous pulse 92 based on the reference vibration waveform 101 generated first. Generate. In each of the reference vibration waveforms 102 to 106, the time position of the continuous pulse 92 is an integral multiple of the sampling period Δt for sampling the electrical signal from the ear canal pressure sensor 16 of the signal processing system 50 with respect to the reference vibration waveform 101 generated first. It is designed to be shifted by time.

図4(a)に示すように、基準振動波形101は、時間t21の長さのゼロ信号93の後に時間t1の長さの連続パルス92が続く一組の信号組が3回繰り返されているものであり、図4(b)に示すように次の基準振動波形102は基準振動波形101からサンプリング周期Δtだけ連続パルス92の時間位置がずれており、同様に、図4(c)から図4(e)に示す基準振動波形103から105はそれぞれ基準振動波形101からサンプリング周期Δtの2倍から4倍だけ連続パルス92の時間位置がずれているものである。 As shown in FIG. 4 (a), the reference vibration waveform 101 is repeated a set of signal set successive pulses 92 of the length of time t 1 after the zero signal 93 of length is followed by a time t 21 is three times As shown in FIG. 4B, the time position of the continuous pulse 92 is shifted from the reference vibration waveform 101 by the sampling period Δt from the reference vibration waveform 101. Similarly, FIG. From FIG. 4E, the reference vibration waveforms 103 to 105 are obtained by shifting the time position of the continuous pulse 92 from the reference vibration waveform 101 by 2 to 4 times the sampling period Δt.

図4(a)に示すようにゼロ信号93と連続パルス92との一つの信号組の時間長さ(t1+t21)は心拍の周期に相当するので、例えば、基準振動波形101が一分間に60回の心拍数に相当する場合には、(t1+t21)=60/60=1.0秒となる。そして、100Hzのサンプリング周波数でサンプリングを行った場合、サンプリング周期Δtは1/100秒となることから、(t1+t21)=60/60=1.0秒の間には100回のサンプリングが行われることとなる。図4にはこのサンプリング回数をnで示す。従って、サンプリング周期Δtずつずれた基準振動波形は、図4(a)に示すようにずれ時間がゼロの基準振動波形101からずれ時間が99=(100−1)×Δtの基準振動波形106まで全部で100種類できることとなる。このようにして母振動波形群生成手段72は、同周期異位相波形組を生成する。つまり、母振動波形群生成手段72は、ゼロ時間信号の長さを変えた異周期波形組を生成した後、それぞれの異周波波形の同周期異位相波形組を生成して母振動波形群を生成する。 As shown in FIG. 4A, the time length (t 1 + t 21 ) of one signal set of the zero signal 93 and the continuous pulse 92 corresponds to the cycle of the heartbeat. In the case of 60 heartbeats per minute, (t 1 + t 21 ) = 60/60 = 1.0 seconds. When sampling is performed at a sampling frequency of 100 Hz, the sampling period Δt is 1/100 second, and therefore 100 samplings are performed during (t 1 + t 21 ) = 60/60 = 1.0 second. Will be performed. In FIG. 4, the number of times of sampling is indicated by n. Therefore, the reference vibration waveform shifted by the sampling period Δt is from the reference vibration waveform 101 having a zero shift time to the reference vibration waveform 106 having a shift time of 99 = (100−1) × Δt as shown in FIG. A total of 100 types will be possible. In this way, the mother vibration waveform group generation means 72 generates the same-period different phase waveform group. That is, the mother vibration waveform group generation unit 72 generates a different period waveform group in which the length of the zero time signal is changed, and then generates a same period different phase waveform group of each different frequency waveform to generate a mother vibration waveform group. Is generated.

本実施形態の信号処理システム50で、一分間の心拍数が30回から180回までを測定領域とする場合には、それぞれの心拍数に応じてゼロ時間信号の長さを変えた異周期波形組を生成し、それぞれの異周波波形の同周期異位相波形組を生成する必要がある。先に説明したように、心拍数が一分間に60回でサンプリング周期が100Hzの場合には100種類の位相の異なる基準振動波形が生成される。図5には各心拍数に応じて生成される同周期異位相波形の数を示してある。たとえば、心拍数が一分間に30回の場合には、生成される同周期異位相波形の数は位相のずれが0から199×Δtまでの200種類となる。   In the signal processing system 50 of the present embodiment, when the heart rate per minute is 30 to 180 times as a measurement region, the different period waveform in which the length of the zero time signal is changed according to each heart rate It is necessary to generate a set and generate a same-phase different phase waveform set of each different frequency waveform. As described above, when the heart rate is 60 times per minute and the sampling period is 100 Hz, 100 types of reference vibration waveforms having different phases are generated. FIG. 5 shows the number of same-phase different phase waveforms generated according to each heart rate. For example, when the heart rate is 30 times per minute, the number of generated in-phase and different phase waveforms is 200 types with a phase shift of 0 to 199 × Δt.

図5に示すように、母振動波形群生成手段72は、心拍数が一分間に30回の場合には、200種類、31回の場合は192種類、60回の場合には100種類、120回の場合には50種類、180回の場合は33種類の基準振動波形を生成する。   As shown in FIG. 5, the mother vibration waveform group generation unit 72 has 200 types when the heart rate is 30 times per minute, 192 types when the heart rate is 31 times, 100 types when the heart rate is 60 times, and 120 types. In the case of the number of times, 50 types of reference vibration waveforms are generated.

母振動波形群生成手段72は、各基準振動波形を生成したら、各基準振動波形に連続番号を付してそのデータをメモリ73に格納する。番号のつけ方は任意であるが、例えば、一分間の心拍数とサンプリング周期Δtの何倍だけ位相がずれているかによって、心拍が一分間に30回の場合で位相のずれがゼロの場合を番号0として以下順番に番号をつけていくこととしてもよい。メモリ73に格納された母振動波形群データ55は、図1に示す信号処理システム50のメモリ52の母振動波形群データ55の中に各基準振動波形の番号と共に転送される。母振動波形群のデータ55の転送が終わると、信号処理システム50の動作が可能となる。   After generating each reference vibration waveform, the mother vibration waveform group generation unit 72 assigns a serial number to each reference vibration waveform and stores the data in the memory 73. The numbering method is arbitrary. For example, depending on how many times the heart rate per minute is different from the sampling period Δt, the case where the heart rate is 30 times per minute and the phase shift is zero It is good also as numbering in order below as number 0. The mother vibration waveform group data 55 stored in the memory 73 is transferred together with the number of each reference vibration waveform into the mother vibration waveform group data 55 of the memory 52 of the signal processing system 50 shown in FIG. When the transfer of the mother vibration waveform group data 55 is completed, the signal processing system 50 can be operated.

図6を参照しながら本実施形態の信号処理システム50の動作について説明する。図6のステップS101に示すように、信号処理システム50のCPU51は外耳道圧センサインターフェース53に外耳道圧センサ16からの電気信号を先に述べたサンプリング周期Δtで所定時間分だけ取得する指令を出力する。この指令によって外耳道圧センサ16の信号が取得され、取得された信号は図1に示すメモリ52に格納される。取得された信号は心拍音の信号のほかに様々な外部ノイズを含むものである。   The operation of the signal processing system 50 of this embodiment will be described with reference to FIG. As shown in step S101 of FIG. 6, the CPU 51 of the signal processing system 50 outputs a command for acquiring the electrical signal from the ear canal pressure sensor 16 to the ear canal pressure sensor interface 53 for a predetermined time at the sampling period Δt described above. . By this command, the signal of the ear canal pressure sensor 16 is acquired, and the acquired signal is stored in the memory 52 shown in FIG. The acquired signal includes various external noises in addition to the heartbeat signal.

図6のステップS102に示すようにCPU51はメモリ52の中のカウンタの数値Nをゼロにリセットし、図6のステップS103に示すように、CPU51は母振動波形群データ55の中からカウンタの数値N=0と同一番号の基準振動波形を読み出し、図6のステップS104に示すように相関計算プログラム56を実行してその基準振動波形と外耳道圧センサ16から取得した信号との相関を計算する。   As shown in step S102 of FIG. 6, the CPU 51 resets the counter value N in the memory 52 to zero, and as shown in step S103 of FIG. A reference vibration waveform having the same number as N = 0 is read, and the correlation calculation program 56 is executed as shown in step S104 of FIG. 6 to calculate the correlation between the reference vibration waveform and the signal acquired from the ear canal pressure sensor 16.

相関の計算は、例えば、基準振動波形の信号をM、外耳道圧センサ16から取得した信号をSとした場合以下のように計算することとしてもよい。
C=Σ(M×S)/[(ΣM21/2×(ΣS21/2] ----- (式1)
The correlation may be calculated as follows, for example, where M is the signal of the reference vibration waveform and S is the signal acquired from the ear canal pressure sensor 16.
C = Σ (M × S) / [(ΣM 2 ) 1/2 × (ΣS 2 ) 1/2 ] ----- (Equation 1)

相関の計算が終了したら計算した相関を基準振動波形の番号或いはカウンタの数値と共にメモリ52に格納する。相関と基準振動波形の番号とをメモリに格納したら、CPU51は、図6のステップS106に示すように、カウンタの数値Nが最終値Nend以上かどうかを判断する。そして、カウンタの数値Nが最終値Nendに達していない場合には、図6のステップS107に示すように、カウンタの数値Nを1だけ増加させて図6のステップS103に戻って次の番号の基準振動波形を読み出し、図6のステップS104に示すように外耳道圧センサ16から取得した信号との相関を計算し、図6のステップS105に示すように相関を基準振動波形の番号或いはカウンタの数値と共にメモリ52に格納する。このように、図5に示した母振動波形群に含まれる全ての基準振動波形と外耳道圧センサ16から取得した信号との相関の計算、メモリ52への格納が終わるまで図6のステップS103から図6のステップS107を繰り返す。そして、最後の番号の基準振動波形と外耳道圧センサ16から取得した信号との相関の計算、メモリ52への格納が終わると、カウンタの数値Nは基準振動波形の最後の番号のNendとなっているので、CPU51は図6のステップS106に示すように図6のステップS103から図6のステップS107の繰り返しを終了する。   When the calculation of the correlation is completed, the calculated correlation is stored in the memory 52 together with the reference vibration waveform number or the counter value. When the correlation and the reference vibration waveform number are stored in the memory, the CPU 51 determines whether or not the counter value N is equal to or greater than the final value Nend, as shown in step S106 of FIG. If the counter value N has not reached the final value Nend, the counter value N is incremented by 1 as shown in step S107 in FIG. 6, and the process returns to step S103 in FIG. The reference vibration waveform is read out, the correlation with the signal acquired from the ear canal pressure sensor 16 is calculated as shown in step S104 of FIG. 6, and the correlation is expressed by the number of the reference vibration waveform or the numerical value of the counter as shown in step S105 of FIG. At the same time, it is stored in the memory 52. In this way, from step S103 in FIG. 6 until the calculation of the correlation between all the reference vibration waveforms included in the mother vibration waveform group shown in FIG. 5 and the signal acquired from the ear canal pressure sensor 16 and the storage in the memory 52 are completed. Step S107 in FIG. 6 is repeated. When the calculation of the correlation between the reference vibration waveform of the last number and the signal acquired from the ear canal pressure sensor 16 and the storage in the memory 52 are finished, the numerical value N of the counter becomes Nend of the last number of the reference vibration waveform. Therefore, the CPU 51 ends the repetition of step S103 in FIG. 6 to step S107 in FIG. 6 as shown in step S106 in FIG.

そして、CPU51は、図6のステップS108に示すように、メモリ52の基準振動波形の番号と共に格納した各相関を読み出し、最大相関基準振動波形決定プログラム57を実行して、その中から最大の相関を持つ基準振動波形の番号を決定する。そして、CPU51は図6のステップS109に示すように、その基準振動波形の番号からその基準振動波形が対応している心拍数を外耳道圧センサ16の検出した心拍数として出力する。また、CPU51は、図6のステップS110に示すように、近似波形生成プログラム58を実行して決定された番号の基準振動波形から心拍波形の近似波形を生成する。近似波形は、決定された番号の基準振動波形そのものでもよいし、信号処理システム50の信号処理時間分だけ連続パルス92の時間位置をずらしたものとしてもよい。生成された近似波形は、外耳道圧センサ16の検出した心拍波形として図6のステップS111に示すように、図1に示す外部出力インターフェース54からディスプレイ61に出力される。   Then, as shown in step S108 in FIG. 6, the CPU 51 reads each correlation stored together with the reference vibration waveform number in the memory 52, executes the maximum correlation reference vibration waveform determination program 57, and determines the maximum correlation from among them. Determine the number of the reference vibration waveform with. Then, as shown in step S109 in FIG. 6, the CPU 51 outputs the heart rate corresponding to the reference vibration waveform from the reference vibration waveform number as the heart rate detected by the ear canal pressure sensor 16. Further, as shown in step S110 of FIG. 6, the CPU 51 generates an approximate waveform of the heartbeat waveform from the reference vibration waveform of the number determined by executing the approximate waveform generation program 58. The approximate waveform may be the reference vibration waveform itself of the determined number, or the time position of the continuous pulse 92 may be shifted by the signal processing time of the signal processing system 50. The generated approximate waveform is output from the external output interface 54 shown in FIG. 1 to the display 61 as a heartbeat waveform detected by the ear canal pressure sensor 16 as shown in step S111 of FIG.

以上説明した様に、本実施形態の信号処理システム50は、図5に示すように検出する心拍数の範囲で対応する心拍数毎に、周期が同一で連続パルスの位相が異なる複数の同周期異位相波形を含む母振動波形群に含まれる複数の基準振動波形の中から外耳道圧センサ16から取得した電気信号と最も相関の大きい基準振動波形を決定し、その決定した基準振動波形の対応する心拍数を外耳道圧センサ16の検出した検出心拍数とし、その決定した基準振動波形に基づいて生成した心拍波形の近似波形を外耳道圧センサ16の検出した検出心拍波形として出力するものである。このため、人間が運動している場合のように外耳道圧センサ16に様々な雑音が含まれている場合でも効果的に心拍数、心拍波形を検出、表示することができる。   As described above, the signal processing system 50 according to the present embodiment has a plurality of the same periods with the same period and different continuous pulse phases for each corresponding heart rate in the range of the detected heart rate as shown in FIG. A reference vibration waveform having the greatest correlation with the electrical signal acquired from the ear canal pressure sensor 16 is determined from a plurality of reference vibration waveforms included in the mother vibration waveform group including the different phase waveform, and the correspondence of the determined reference vibration waveform is determined. The detected heart rate is detected by the ear canal pressure sensor 16, and an approximate waveform of the heart rate waveform generated based on the determined reference vibration waveform is output as the detected heart rate waveform detected by the ear canal pressure sensor 16. For this reason, even when various noises are included in the external ear canal pressure sensor 16 as in the case where a person is exercising, the heart rate and the heart rate waveform can be detected and displayed effectively.

また、本実施形態では、外耳道圧センサ16からの電気信号をサンプリング周期Δtで所定時間分だけ取得し、そのデータから最大の相関を持つ基準振動波形の番号を決定することとして説明したが、外耳道圧センサ16からの電気信号を所定時間分、複数回取得し、それぞれの回毎に母振動波形群データの基準振動波形と外耳道圧センサ16から取得した信号との相関を計算し、複数回計算した相関の平均値が最大となる基準振動波形を最大の相関を持つ基準波形としてもよい。この場合、サンプリングしたデータにエラーがあった場合でも時間平均的に最大の相関を持つ基準振動波形を決定できるので、最大の相関を持つ基準振動波形の決定の際の誤差が少なくなる。   In the present embodiment, the electrical signal from the ear canal pressure sensor 16 is acquired for a predetermined time at the sampling period Δt, and the number of the reference vibration waveform having the maximum correlation is determined from the data. The electrical signal from the pressure sensor 16 is acquired a plurality of times for a predetermined time, and the correlation between the reference vibration waveform of the mother vibration waveform group data and the signal acquired from the external auditory canal pressure sensor 16 is calculated each time, and is calculated a plurality of times. The reference vibration waveform having the maximum average correlation value may be a reference waveform having the maximum correlation. In this case, even if there is an error in the sampled data, the reference vibration waveform having the maximum correlation on the time average can be determined, so that the error in determining the reference vibration waveform having the maximum correlation is reduced.

本実施形態では、生体情報センサとして人間の外耳道の圧力振動を電気信号に変換する外耳道圧センサ16の信号を処理して人間の心拍波形の近似波形と心拍数とを出力する場合について説明したが、例えば、生体情報センサとして呼吸音を検出する呼吸音センサを用いて本実施形態と同様に呼吸数、呼吸波形を検出、出力するように信号処理を行うようにしてもよいし、血流音を検出する血流音センサを用いて血流音の波形を検出、出力するように構成してもよい。   In the present embodiment, a case has been described in which the signal of the external ear canal pressure sensor 16 that converts the pressure vibration of the human external auditory canal into an electrical signal is processed as a biological information sensor and an approximate waveform of the human heartbeat waveform and the heart rate are output. For example, signal processing may be performed to detect and output a respiratory rate and a respiratory waveform using a respiratory sound sensor that detects a respiratory sound as a biological information sensor, as in the present embodiment, or a blood flow sound The blood flow sound sensor may be used to detect and output the blood flow sound waveform.

次に図7から図9を用いて本発明の他の実施形態について説明する。先に図1から図6を参照して説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。   Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Parts similar to those of the embodiment described above with reference to FIGS. 1 to 6 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図7に示すように、本実施形態の信号処理システム500は、図1を参照して説明した信号処理システム50の構成に加え、メモリ52の中に外耳道圧センサ16によって検出した時間領域の信号を周波数領域の信号に変換する例えば高速フーリエ変換プログラムのような周波数変換プログラム62と、先に図3から図5を参照して説明した母振動波形群の各基準振動波形を周波数変換した周波数変換後の母振動波形群データ63と、周波数領域で外耳道圧センサ16によって検出した信号と周波数変換後の各基準振動波形との相関を計算する周波数領域の相関計算プログラム64とを更に含んでいる。   As shown in FIG. 7, the signal processing system 500 of the present embodiment includes a signal in the time domain detected by the external ear canal pressure sensor 16 in the memory 52 in addition to the configuration of the signal processing system 50 described with reference to FIG. 1. A frequency conversion program 62 such as a fast Fourier transform program for converting the signal into a frequency domain signal and a frequency conversion obtained by frequency-converting each reference vibration waveform of the mother vibration waveform group described above with reference to FIGS. It further includes later mother vibration waveform group data 63 and a frequency domain correlation calculation program 64 for calculating the correlation between the signal detected by the ear canal pressure sensor 16 in the frequency domain and each reference vibration waveform after frequency conversion.

図8に示すように、本実施形態の母振動波形群データ生成システム700は、先に図2を参照して説明した母振動波形群データ生成システム70の構成に加え、母振動波形群生成手段72によって生成した母振動波形群の各基準振動波形を周波数変換する周波数変換手段74を含み、メモリ73には周波数変換後の母振動波形群の各基準振動波形が格納される。母振動波形群データ生成システム700は、内部に情報を処理するCPUを含むコンピュータであり、連続パルス抽出手段71、母振動波形群生成手段72、周波数変換手段74はコンピュータによって実行されるプログラムであってもよい。   As shown in FIG. 8, the mother vibration waveform group data generation system 700 according to the present embodiment includes a mother vibration waveform group data generation unit in addition to the configuration of the mother vibration waveform group data generation system 70 described above with reference to FIG. 2. Frequency conversion means 74 for frequency-converting each reference vibration waveform of the mother vibration waveform group generated by 72, and the memory 73 stores each reference vibration waveform of the mother vibration waveform group after frequency conversion. The mother vibration waveform group data generation system 700 is a computer including a CPU that processes information therein, and the continuous pulse extraction means 71, mother vibration waveform group generation means 72, and frequency conversion means 74 are programs executed by the computer. May be.

図8に示すように、連続パルス抽出手段71、母振動波形群生成手段72は、先に説明した実施形態と同様、母振動波形群生成手段72は、一拍の心拍波形が同一で心拍数の異なる複数の波形、つまり異周期波形組となる複数の基準振動波形を生成し、その後それぞれの異周波波形について同周期異位相波形組を生成して母振動波形群を生成する。周波数変換手段74は、生成した母振動波形群の時間領域の各基準振動波形を図8の符号96で示すような周波数領域のデータに変換してメモリ73に格納する。メモリ73に格納された周波数変換後の母振動波形群のデータ63は、図7に示す信号処理システム500のメモリ52の周波数変換後の母振動波形群データ63の中に各基準振動波形の番号と共に転送される。周波数変換された母振動波形群のデータ63の転送が終わると、信号処理システム500の動作が可能となる。   As shown in FIG. 8, the continuous pulse extraction means 71 and the mother vibration waveform group generation means 72 are similar to the embodiment described above. The mother vibration waveform group generation means 72 has the same heartbeat waveform for one beat and the heart rate. Are generated, that is, a plurality of reference vibration waveforms to be a different period waveform set, and then a same period different phase waveform set is generated for each different frequency waveform to generate a mother vibration waveform group. The frequency converting means 74 converts each reference vibration waveform in the time domain of the generated mother vibration waveform group into data in the frequency domain as indicated by reference numeral 96 in FIG. Data 63 of the mother vibration waveform group after frequency conversion stored in the memory 73 is the number of each reference vibration waveform in the mother vibration waveform group data 63 after frequency conversion of the memory 52 of the signal processing system 500 shown in FIG. Forwarded with. When the transfer of the frequency-converted mother vibration waveform group data 63 is completed, the signal processing system 500 can operate.

図9を参照しながら本実施形態の信号処理システム500の動作について説明する。図9のステップS201に示すように、信号処理システム500のCPU51は外耳道圧センサインターフェース53に外耳道圧センサ16からの電気信号を先に述べたサンプリング周期Δtで所定時間分だけ取得する指令を出力する。この指令によって外耳道圧センサ16の信号が取得され、取得された信号は図1に示すメモリ52に格納される。取得された信号は心拍音の信号のほかに様々な外部ノイズを含むものである。図9のステップS202に示すように、CPU51は、周波数変換プログラム62を実行して取得した時間領域の信号を周波数領域に変換し、図9のステップS203に示すように周波数領域に変換したデータをメモリ52に格納する。   The operation of the signal processing system 500 of this embodiment will be described with reference to FIG. As shown in step S201 of FIG. 9, the CPU 51 of the signal processing system 500 outputs a command for acquiring the electrical signal from the ear canal pressure sensor 16 to the ear canal pressure sensor interface 53 for a predetermined time with the sampling period Δt described above. . By this command, the signal of the ear canal pressure sensor 16 is acquired, and the acquired signal is stored in the memory 52 shown in FIG. The acquired signal includes various external noises in addition to the heartbeat signal. As shown in step S202 of FIG. 9, the CPU 51 converts the time domain signal acquired by executing the frequency conversion program 62 into the frequency domain, and converts the data converted into the frequency domain as shown in step S203 of FIG. Store in the memory 52.

図9のステップS204に示すようにCPU51はメモリ52の中のカウンタの数値Nをゼロにリセットし、図9のステップS205に示すように、CPU51は周波数変換後の母振動波形群データ63の中からカウンタの数値N=0と同一番号の周波数変換後の基準振動波形を読み出し、図9のステップS206に示すように周波数領域の相関計算プログラム64を実行して周波数変換後のその基準振動波形と外耳道圧センサ16から取得した信号の周波数変換後のデータとの相関を計算する。   As shown in step S204 of FIG. 9, the CPU 51 resets the numerical value N of the counter in the memory 52 to zero, and as shown in step S205 of FIG. 9, the CPU 51 sets the value in the mother vibration waveform group data 63 after frequency conversion. 9 to read the reference vibration waveform after frequency conversion having the same number as the counter value N = 0, and execute the frequency domain correlation calculation program 64 as shown in step S206 of FIG. The correlation with the data after frequency conversion of the signal acquired from the ear canal pressure sensor 16 is calculated.

相関の計算は、例えば、次のように行う。N番目の基準振動波形の周波数変換後のデータは、周波数をfとして実数部MRe(f)Nと虚数部MIm(f)Nとを持っている。また、外耳道圧センサ16から取得した信号の周波数変換後のデータも実数部SRe(f)と虚数部SIm(f)とを持っている。そして、N番目の基準振動波形の周波数変換後のデータと外耳道圧センサ16から取得した信号の周波数変換後のデータの実数部の相関ReNと虚数部の相関ImNはそれぞれ次のように計算する。
ReN=Σ(MRe(f)N・SRe(f))−------------- (式2)
ImN=Σ(MIm(f)N・SIm(f))−------------- (式3)
For example, the correlation is calculated as follows. The frequency-converted data of the Nth reference vibration waveform has a real part MRe (f) N and an imaginary part MIm (f) N , where the frequency is f. Further, the data obtained after frequency conversion of the signal acquired from the ear canal pressure sensor 16 also has a real part SRe (f) and an imaginary part SIm (f). Then, the real part correlation Re N and the imaginary part correlation Im N of the data after frequency conversion of the Nth reference vibration waveform and the data after frequency conversion of the signal acquired from the ear canal pressure sensor 16 are respectively calculated as follows. To do.
Re N = Σ (MRe (f) N · SRe (f)) ------------- (Equation 2)
Im N = Σ (MIm (f) N · SIm (f)) -------------- (Equation 3)

実数部の相関ReNと虚数部の相関ImNの計算が終了したら計算したCPU51は図9のステップS207に示すように各相関を基準振動波形の番号或いはカウンタの数値と共にメモリ52に格納する。相関と基準振動波形の番号とをメモリに格納したら、CPU51は、図9のステップS208に示すように、カウンタの数値Nが最終値Nend以上かどうかを判断する。そして、カウンタの数値Nが最終値Nendに達していない場合には、図9のステップS209に示すように、カウンタの数値Nを1だけ増加させて図9のステップS205に戻って次の番号の基準振動波形を読み出し、図9のステップS206に示すように外耳道圧センサ16から取得した信号を周波数変換した信号と次の番号の基準振動波形の周波数領域の実数部の相関ReNと虚数部の相関ImNを計算し、図9のステップS207に示すように各相関を基準振動波形の番号或いはカウンタの数値と共にメモリ52に格納する。このように、図5に示した母振動波形群に含まれる全ての基準振動波形と外耳道圧センサ16から取得した信号との周波数領域の実数部の相関ReNと虚数部の相関ImNの計算、メモリ52への格納が終わるまで図9のステップS205から図9のステップS209を繰り返す。そして、最後の番号Nendの基準振動波形と外耳道圧センサ16から取得した信号との実数部の相関ReNendと虚数部の相関ImNendの計算、メモリ52への格納が終わると、カウンタの数値Nは基準振動波形の最後の番号のNendとなっているので、CPU51は図9のステップS208に示すように図9のステップS205から図9のステップS209の繰り返しを終了する。 CPU51 the calculation of the correlation Im N calculated when finished correlation Re N and the imaginary part of the real part is stored in the memory 52 along with the value of the number or counter reference vibration waveform of each correlation as shown in step S207 of FIG. 9. When the correlation and the reference vibration waveform number are stored in the memory, the CPU 51 determines whether or not the counter value N is equal to or greater than the final value Nend, as shown in step S208 of FIG. If the counter value N does not reach the final value Nend, as shown in step S209 of FIG. 9, the counter value N is increased by 1, and the process returns to step S205 of FIG. The reference vibration waveform is read out, and as shown in step S206 of FIG. 9, the correlation signal Re N between the signal obtained by frequency-converting the signal acquired from the ear canal pressure sensor 16 and the frequency region of the reference vibration waveform of the next number and the imaginary part The correlation Im N is calculated, and each correlation is stored in the memory 52 together with the reference vibration waveform number or the counter value as shown in step S207 of FIG. As described above, the calculation of the correlation Re N of the real part in the frequency domain and the correlation Im N of the imaginary part of all the reference vibration waveforms included in the mother vibration waveform group shown in FIG. 5 and the signal acquired from the ear canal pressure sensor 16 is performed. Step S205 in FIG. 9 to step S209 in FIG. 9 are repeated until the storage in the memory 52 is completed. When the calculation of the correlation Re Nend of the real part and the correlation Im Nend of the imaginary part between the reference vibration waveform of the last number Nend and the signal acquired from the ear canal pressure sensor 16 and the storage in the memory 52 are finished, the numerical value N of the counter Since Nend is the last number of the reference vibration waveform, the CPU 51 ends the repetition of step S205 in FIG. 9 to step S209 in FIG. 9 as shown in step S208 in FIG.

そして、CPU51は、図9のステップS210に示すように、メモリ52の基準振動波形の番号と共に格納した各実数部の相関ReNと各虚数部の相関ImNを読み出し、最大相関基準振動波形決定プログラム57を実行して、例えば、実数部の相関ReNと虚数部の相関ImNの平均値が最大となる基準振動波形の番号を決定する。そして、CPU51は母振動波形群データ55を参照しながら図9のステップS211に示すように、その基準振動波形の番号からその基準振動波形が対応している心拍数を外耳道圧センサ16の検出した心拍数として出力する。また、CPU51は、図9のステップS212に示すように、近似波形生成プログラム58を実行して決定された番号の基準振動波形から心拍波形の近似波形を生成する。近似波形は、決定された番号の基準振動波形そのものでもよいし、信号処理システム500の信号処理時間分だけ連続パルス92の時間位置をずらしたものとしてもよい。生成された近似波形は、外耳道圧センサ16の検出した心拍波形として図9のステップS213に示すように、図7に示す外部出力インターフェース54からディスプレイ61に出力される。 Then, CPU 51, as shown in step S210 of FIG. 9, reads out the correlation Re N correlation Im N of the imaginary part of the real part which is stored with the number of the reference vibration waveform memory 52, the maximum correlation reference vibration waveform determines run the program 57, for example, the average value of the correlation Im N correlated Re N and the imaginary part of the real part determines the number of the reference vibration waveform becomes maximum. Then, the CPU 51 detects the heart rate to which the reference vibration waveform corresponds from the reference vibration waveform number by the external ear pressure sensor 16 as shown in step S211 of FIG. 9 while referring to the mother vibration waveform group data 55. Output as heart rate. Further, as shown in step S212 of FIG. 9, the CPU 51 generates an approximate waveform of the heartbeat waveform from the reference vibration waveform of the number determined by executing the approximate waveform generation program 58. The approximate waveform may be the reference vibration waveform of the determined number, or the time position of the continuous pulse 92 may be shifted by the signal processing time of the signal processing system 500. The generated approximate waveform is output to the display 61 from the external output interface 54 shown in FIG. 7 as a heartbeat waveform detected by the ear canal pressure sensor 16 as shown in step S213 of FIG.

以上説明した様に、本実施形態の信号処理システム500は、先に図1から図6を参照して説明した実施形態と同様の効果に加え、周波数領域で実数部の相関ReNと虚数部の相関ImNに基づいて外耳道圧センサ16によって取得した信号と最大相関を持つ基準振動波形を決定するので、先に説明した実施形態よりも効率的にノイズを除去することができるので、人間が運動している場合のように大きなノイズを含んでいる場合であってもより効果的に心拍数、心拍波形を検出、表示することができる。 As described above, the signal processing system 500 according to the present embodiment has the same effect as that of the embodiment described above with reference to FIGS. 1 to 6, and the correlation Re N and the imaginary part in the real part in the frequency domain. since determining the reference vibration waveform with a signal with maximum correlation obtained by the external ear canal pressure sensor 16 based on the correlation Im N, it is possible to effectively remove noise than the previously described embodiment, human Even when a large amount of noise is included, such as when exercising, the heart rate and heart rate waveform can be detected and displayed more effectively.

以上説明した各実施形態では、母振動波形群は、図2、図7に示す連続パルス抽出手段71によって抽出した同一の連続パルス92に異なる時間長さのゼロ信号93,94,95を組み合わせて生成することとして説明したが、図10(b)に示すように、図10(a)に示す抽出した時間t5の一拍分の連続パルス92に時間t51の長さのゼロ信号94をつなげた一つの信号組を3回繰り返すようにして連続パルス92の周期が(t5+t51)で全体の信号長さが時間T5である一つの基準振動波形501を生成し、基準振動波形501全体を時間T5から時間T6に拡大して、拡大した時間t6の連続パルス97に拡大した時間t61の長さのゼロ信号98をつなげた一つの信号組を3回繰り返すようにして連続パルス97の周期が(t6+t61)で全体の信号長さが時間T6である他の基準振動波形601を生成して、図5の各心拍数に対応する複数の基準振動波形を生成し、図4に示したのと同様の方法で、位相をずらした複数の同周期異位相の基準振動波形を生成するようにしてもよい。 In each of the embodiments described above, the mother vibration waveform group is obtained by combining the same continuous pulse 92 extracted by the continuous pulse extracting means 71 shown in FIGS. 2 and 7 with zero signals 93, 94, and 95 having different time lengths. Although described as generating, as shown in FIG. 10B, a zero signal 94 having a length of time t 51 is added to the continuous pulse 92 for one beat of the extracted time t 5 shown in FIG. One reference signal waveform 501 having a period of the continuous pulse 92 of (t 5 + t 51 ) and an overall signal length of time T 5 is generated by repeating the connected signal group three times, and the reference vibration is generated. The entire waveform 501 is expanded from the time T 5 to the time T 6, and one signal set in which the zero signal 98 having the length of the time t 61 is connected to the continuous pulse 97 of the expanded time t 6 is repeated three times. The period of the continuous pulse 97 is (t 6 + t 61 ) To generate another reference vibration waveform 601 having an overall signal length of time T 6 to generate a plurality of reference vibration waveforms corresponding to the respective heart rates in FIG. 5, and the same as shown in FIG. With this method, a plurality of reference vibration waveforms having the same period and different phases, which are shifted in phase, may be generated.

本実施形態は先に説明した実施形態と同様の効果を奏する。   This embodiment has the same effects as the previously described embodiments.

16 外耳道圧センサ、16a 外耳道挿入部、16b 本体、25 貫通孔、26 空洞、27 振動電気変換器、30 耳、31 外耳道、32 鼓膜、33 内耳、35 内耳道、37 閉空間、50,500 信号処理システム、51 CPU、52,73 メモリ、53 外耳道圧センサインターフェース、54 外部出力インターフェース、55 母振動波形群データ、56 相関計算プログラム、57 最大相関基準振動波形決定プログラム、58 近似波形生成プログラム、59 演算用データ領域、61 ディスプレイ、62 周波数変換プログラム、63 周波数変換後の母振動波形群データ、64 周波数領域の相関計算プログラム、70,700 母振動波形群データ生成システム、71 連続パルス抽出手段、72 母振動波形群生成手段、74 周波数変換手段、91 電気信号、92,97 連続パルス、93,94,95,98 ゼロ信号、101〜106,201,301,501,601 基準振動波形。   16 ear canal pressure sensor, 16a ear canal insertion part, 16b body, 25 through hole, 26 cavity, 27 oscillating electrical transducer, 30 ears, 31 ear canal, 32 tympanic membrane, 33 inner ear, 35 inner ear canal, 37 closed space, 50, 500 signal Processing system, 51 CPU, 52, 73 memory, 53 ear canal pressure sensor interface, 54 external output interface, 55 mother vibration waveform group data, 56 correlation calculation program, 57 maximum correlation reference vibration waveform determination program, 58 approximate waveform generation program, 59 Data area for calculation, 61 display, 62 frequency conversion program, 63 mother vibration waveform group data after frequency conversion, 64 frequency domain correlation calculation program, 70,700 mother vibration waveform group data generation system, 71 continuous pulse extraction means, 72 Generation of mother vibration waveform group Means, 74 Frequency conversion means, 91 Electrical signal, 92, 97 continuous pulse, 93, 94, 95, 98 Zero signal, 101-106, 201, 301, 501, 601 Reference vibration waveform.

Claims (4)

ノイズと特定の振動波形とを含む信号の信号処理方法であって、
周期又は振動の位相が異なる複数の基準振動波形を含む母振動波形群を生成するステップと、
評価対象信号を取得するステップと、
評価対象信号と前記母振動波形群の前記各基準振動波形との各相関を計算するステップと、
計算した相関が最大となる最大相関基準振動波形を決定するステップと、
最大相関基準振動波形に基づいて特定の振動波形の近似波形を生成するステップと、
を有し、
前記基準振動波形は、連続パルスとゼロ信号とからなる信号組を複数回繰り返したものであり、
前記母振動波形群は、ゼロ信号の長さを異ならせて周期を異ならせた複数の異周期波形組を含み、
前記各異周期波形組は、周期が同一で連続パルスの位相が異なる複数の同周期異位相波形を含むこと、
を特徴とする信号処理方法。
A signal processing method for a signal including noise and a specific vibration waveform,
Generating a mother vibration waveform group including a plurality of reference vibration waveforms having different periods or phases of vibration;
Obtaining a signal to be evaluated;
Calculating each correlation between the evaluation target signal and each reference vibration waveform of the mother vibration waveform group;
Determining a maximum correlation reference vibration waveform that maximizes the calculated correlation;
Generating an approximate waveform of a specific vibration waveform based on the maximum correlation reference vibration waveform;
I have a,
The reference vibration waveform is obtained by repeating a signal set consisting of a continuous pulse and a zero signal a plurality of times,
The mother vibration waveform group includes a plurality of different periodic waveform sets having different periods by changing the length of the zero signal,
Each of the different period waveform sets includes a plurality of same period different phase waveforms having the same period and different phases of the continuous pulse;
A signal processing method characterized by the above.
請求項に記載の信号処理方法であって、
前記異周期波形組の各基準振動波形は、同一の連続パルスと異なるゼロ信号長さによって構成されていること、
を特徴とする信号処理方法。
The signal processing method according to claim 1 ,
Each reference vibration waveform of the different periodic waveform set is composed of the same continuous pulse and a different zero signal length,
A signal processing method characterized by the above.
請求項またはに記載の信号処理方法であって、
評価対象信号と前記母振動波形群の各基準振動波形との各相関を計算するステップは、
時間領域の前記母振動波形群の各基準振動波形を周波数領域に変換するステップと、
時間領域の評価対象信号を周波数領域に変換するステップと、
周波数領域に変換した各基準振動波形と周波数領域に変換した評価対象波形の相関を計算すること、
を特徴とする信号処理方法。
The signal processing method according to claim 1 or 2 ,
The step of calculating each correlation between the evaluation target signal and each reference vibration waveform of the mother vibration waveform group includes:
Converting each reference vibration waveform of the mother vibration waveform group in the time domain into a frequency domain;
Converting a time domain evaluation target signal to a frequency domain;
Calculating the correlation between each reference vibration waveform converted to the frequency domain and the evaluation target waveform converted to the frequency domain;
A signal processing method characterized by the above.
ノイズと特定の振動波形とを含む生体情報センサからの信号を処理する信号処理システムであって、
生体情報センサの信号を取得する生体情報センサインターフェースと、
周期又は振動の位相が異なる複数の基準振動波形を含む母振動波形群を格納するメモリと、
メモリに格納した前記母振動波形群の前記各基準振動波形と生体情報センサからの信号との各相関を計算し、計算した相関が最大となる最大相関基準振動波形を決定し、最大相関基準振動波形に基づいて特定の振動波形の近似波形を生成するプロセッサと、
を有し、
前記基準振動波形は、連続パルスとゼロ信号とからなる信号組を複数回繰り返したものであり、
前記母振動波形群は、ゼロ信号の長さを異ならせて周期を異ならせた複数の異周期波形組を含み、
前記各異周期波形組は、周期が同一で連続パルスの位相が異なる複数の同周期異位相波形を含むこと、を特徴とする信号処理システム。
A signal processing system for processing a signal from a biological information sensor including noise and a specific vibration waveform,
A biological information sensor interface for acquiring a signal of the biological information sensor;
A memory for storing a mother vibration waveform group including a plurality of reference vibration waveforms having different periods or vibration phases;
Calculate the correlation between each reference vibration waveform of the mother vibration waveform group stored in the memory and the signal from the biological information sensor, determine the maximum correlation reference vibration waveform that maximizes the calculated correlation, and determine the maximum correlation reference vibration A processor that generates an approximate waveform of a specific vibration waveform based on the waveform;
I have a,
The reference vibration waveform is obtained by repeating a signal set consisting of a continuous pulse and a zero signal a plurality of times,
The mother vibration waveform group includes a plurality of different periodic waveform sets having different periods by changing the length of the zero signal,
Each of the different-period waveform sets includes a plurality of same-period different-phase waveforms having the same period and different continuous pulse phases .
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