KR20120029361A - Experiment kit for digital signal processing of bio-signal - Google Patents

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KR20120029361A
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bio
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허재만
김원기
한영오
김동준
이정환
홍성찬
안혜정
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케이티메드 주식회사
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Abstract

PURPOSE: An experimental kit for the digital signal processing of a bio-signal is provided to enhance the educative effect of a signal processing experiment by causing an experimental interest when a bio-signal is used. CONSTITUTION: An experimental kit for the digital signal processing of a bio-signal comprises a bio signal measuring unit(100), a calculation processing unit(200), and an output unit(600). The bio signal measuring unit includes a plurality of sensors and detects a bio-signal. The calculation processing unit reads a waveform is pre-stored in a memory unit or receives the bio signal from the bio signal measuring unit. The calculation processing unit receives time and a frequency range, which a user inputs, from a setting unit and performs Fourier transform according to the time and frequency range. The output unit outputs the calculation result of the calculation processing unit into a graph or data.

Description

생체신호의 디지털 신호 처리용 실험키트{Experiment kit for digital signal processing of bio-signal}Experiment kit for digital signal processing of biosignals {Experiment kit for digital signal processing of bio-signal}

본 발명은 생체신호를 기반으로 이루어지는 디지털신호처리 실험과정을 하나의 키트로 통합시킨 신호처리용 실험키트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인체에서 발생하는 여러 생체신호(심전도 측정신호, 산소포화도 측정신호, 혈압 측정신호, 체온 측정신호 등)들을 실시간으로 측정하면서 이들 생체신호들을 디지털 신호처리 실험과정에 실시간으로 활용할 수 있도록 함으로써 생체신호를 이용하여 이루어지는 실험과정에서의 디지털 신호처리 과정에 대한 물리적인 이해도를 높일 수 있는 생체신호의 디지털 신호처리용 실험키트에 관한 것이다.The present invention relates to a test kit for signal processing incorporating a digital signal processing experiment process based on a biosignal into a single kit, and more particularly, to a plurality of biosignals (electrocardiogram measurement signal, oxygen saturation measurement signal) generated in the human body. Physical blood pressure measurement signal, body temperature measurement signal, etc.) in real time, and these bio signals can be used in the digital signal processing experiment process in real time, the physical understanding of the digital signal processing process in the experiment process using the biological signal The present invention relates to an experimental kit for digital signal processing of a biosignal which can increase.

종래의 생체신호 측정장치는 심전도, 혈압, 산소포화도, 호흡, 체온 등의 생체신호들을 각각 측정하여 디지털 신호 처리한 후 디스플레이하는 장치들로서, 주로 병원 등에서 환자상태를 감시하기 위한 목적, 또는 대학이나 연구실 등에서 연구 목적으로 사용할 수 있는 장치들로 개발되어 시판되고 있다.Conventional bio-signal measuring devices are devices that measure and display biosignals such as electrocardiogram, blood pressure, oxygen saturation, respiration, and body temperature, respectively, and then process the digital signals. It has been developed and marketed as devices that can be used for research purposes.

따라서 이러한 종래의 생체신호 측정장치들은 디지털 신호처리를 위한 실험용으로 사용할 수 있는 실험키트로는 개발되지 않고 있으며, 또한 직접적으로 생체신호 측정장치와 연동되어 사용될 수 있는 인터페이스 수단을 구비한 장치는 개발되지 못하고 있다.Therefore, these conventional biosignal measuring apparatuses have not been developed as experimental kits that can be used for experiments for digital signal processing, and devices with interface means that can be used directly in conjunction with biosignal measuring apparatuses have not been developed. I can't.

또한 종래의 생체신호 측정장치는 생체신호를 측정하면서 컴퓨터 인터페이스수단을 통하여 생체신호 데이터를 컴퓨터로 전송할 수 있도록 하는 연결장치는 개발되어 있지만, 이는 단순히 측정된 생체신호 데이터들을 컴퓨터로 전송하고 저장하는 기능만을 갖고 있다. 즉, 컴퓨터 인터페이스를 통한 생체신호 전송 및 저장 기능만 갖고 있으며, 생체 신호를 응용하여 여러 가지 디지털 신호로 처리할 수 있도록 하는 실험용 키트는 생체신호 측정장치와는 별개로 구성되어 있다.In addition, the conventional bio-signal measuring apparatus has been developed a connection device for transmitting the bio-signal data to the computer through a computer interface means while measuring the bio-signal, but this simply functions to transmit and store the measured bio-signal data to the computer Have only. That is, only the biological signal transmission and storage function through the computer interface, and the experimental kit for applying the biological signal to be processed into various digital signals is configured separately from the bio-signal measuring device.

따라서 대학 또는 연구실 등에서 생체신호 측정장치와 컴퓨터 인터페이스를 통한 실시간 디지털 신호 처리 및 실험과정에 직접 응용 가능하게 하는 생체신호의 디지털 처리를 위한 인터페이스 장치 또는 실험용 키트의 개발이 요구되고 있다.Therefore, there is a demand for development of an interface device or an experiment kit for digital processing of a biosignal that can be directly applied to a real-time digital signal processing and an experimental process through a biosignal measuring device and a computer interface in a university or a laboratory.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 신체에서 직접 측정되는 심전도, 혈압, 호흡, 혈중 산소포화농도, 체온 등의 생체신호를 실시간으로 디지털 변환하여 실험 과정에 사용되는 실험 키트에 직접 전달할 수 있도록 함으로써, 대학 또는 연구실 등에서 생체신호 측정장치와 컴퓨터 인터페이스를 통한 실시간 디지털 신호 처리 및 실험과정에 직접 응용 가능하게 하는 디지털 신호처리용 실험키트를 제공하고자 하는 것이다. The technical problem to be solved by the present invention, by directly converting the biological signal, such as electrocardiogram, blood pressure, respiration, blood oxygen saturation concentration, body temperature measured directly in the body to be delivered directly to the experiment kit used in the experimental process To provide an experimental kit for digital signal processing that can be directly applied to real-time digital signal processing and experiment process through a bio-signal measuring device and a computer interface in a university or a laboratory .

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 여러 주파수 성분들이 결합된 생체신호들을 통하여, 시간 영역과 주파수 영역 간의 상호 관계들을 쉽게 이해할 수 있도록 보조할 수 있으며, 다양한 필터 실험 등을 통하여 필터 설계를 용이하게 할 수 있는 디지털 신호처리용 실험키트를 제공하고자 하는 것이다.Another technical problem to be solved by the present invention is to assist in easily understanding the interrelationships between the time domain and the frequency domain through biosignals in which several frequency components are combined. It is an object of the present invention to provide an experimental kit for digital signal processing.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 형태는, 다수의 센서를 포함하여 심전도(ECG), 혈압(NIBP), 호흡(RESP), 혈중 산소포화농도(SpO2), 체온(TEMP)중 하나 이상을 포함하는 생체신호를 검출하는 생체신호 측정부; 메모리부에 기 저장된 파형을 읽어들이거나, 상기 생체신호 측정부로부터 생체신호를 수신하여, 입력신호로 하고, 사용자가 입력한 시간(T)과 주파수 범위(f)의 값을 설정부로부터 수신하여, 상기 시간(T)과 주파수 범위(f)에 따라 프리에 변환을 행하는, 신호원리 실습 모드부를 포함하는 연산처리부; 상기 연산처리부의 연산결과을 그래프 또는 데이터로 출력하는 출력부;를 포함하여 이루어진 디지털 신호 처리용 실험키트를 특징으로한다.One embodiment of the present invention for achieving the above object, including a plurality of sensors, one or more of ECG (ECG), blood pressure (NIBP), respiration (RESP), blood oxygen saturation (SpO2), body temperature (TEMP) A biosignal measuring unit detecting a biosignal including a; Read the pre-stored waveform in the memory unit or receive the bio-signal from the bio-signal measuring unit as an input signal, and receive the values of the time (T) and the frequency range (f) input by the user from the setting unit An arithmetic processing unit including a signal principle training mode unit for performing pre-transformation according to the time T and the frequency range f; And an output unit for outputting a calculation result of the operation processor as a graph or data.

상기 연산처리부는 메모리부에 기 저장된 파형을 읽어들이거나, 상기 생체신호 측정부로부터 생체신호를 수신하여, 입력신호로 하고, 사용자가 설정한 블랙박스의 시스템 신호를 설정부로부터 수신하여, 상기 입력신호와 상기 시스템 신호의 콘볼루션을 행하는, 신호와 시스템의 시간영역 표현 실습 모드부; 메모리부에 기 저장된 파형을 읽어들이거나, 상기 생체신호 측정부로부터 생체신호를 수신하여, 입력신호로 하고, 저역통과 필터, 고역통과 필터, 대역통과 필터, 대역저지 필터 들 중 하나의 필터 타입과 차단 주파수가 설정되어 필터가 설계되면, 설계된 필터에 의해 입력신호를 필터링하는, 신호와 시스템의 주파수영역 표현 실습 모드부; 메모리부에 기 저장된 파형을 읽어들이거나, 상기 생체신호 측정부로부터 생체신호를 수신하여, 입력신호로 하고, 사용자가 설정한 샘플링 주파수를 설정부로부터 수신하거나, 사용자가 설정한 샘플링 레이트를 설정부로 부터 수신하여, 샘플링을 행하여 출력하는 샘플링 실습모드부; 메모리부에 기 저장된 파형을 읽어들이거나, 상기 생체신호 측정부로부터 생체신호를 수신하여, 입력신호로 하고, 설정된 샘플포인트 수와 이동평균필터를 설정부로부터 수신함에 의해 필터를 설계하거나, 설정된 FIR 필터의 차분방정식의 계수를 설정부로부터 수신함에 의해 필터를 설계하여, 설계된 필터에 의해 필터링을 행하는, FIR필터 기초 실습 모드부; 메모리부에 기 저장된 파형을 읽어들이거나, 상기 생체신호 측정부로부터 생체신호를 수신하여, 입력신호로 하고, 설정된 IIR 필터의 차분방정식의 계수에 의해 설계된 필터에 의해 필터링을 행하는, IIR 필터 기초 실습 모드부; 메모리부에 기 저장된 파형을 읽어들이거나, 상기 생체신호 측정부로부터 생체신호를 수신하여, 입력신호로 하고, 설정된 차단주파수에 따른 LPF를 구현하되, 직사각형 창함수, 삼각형(바틀렛) 창함수, 해닝 창함수, 해밍창함수 , 블랙맨 창함수, 카이저 창함수 중 설정된 하나의 창함수가 적용되는 LPF를 설계하여, 설계된 LPF에 의해 상기 입력신호를 필터링하는, FIR 필터 실습 모드부; 메모리부에 기 저장된 파형을 읽어들이거나, 상기 생체신호 측정부로부터 생체신호를 수신하여, 입력신호로 하고, 설정된 차분 방정식의 계수값, 즉, 1차 차분 방정식 또는 2차 차분방정식중 하나의 차분 방정식의 계수값에 따라 필터를 설계하고, 설계된 필터로 필터링하는 IIR 필터 실습 모드부; 상기 생체신호 측정부로부터 생체신호를 수신하여, 입력신호로 하고, 설정된 필터 타입, 저역차단주파수, 고역차단주파수에 의해 필터를 설계하고, 설계된 대역통과 필터로 필터링하며, 상기 대역통과 필터로 필터링된 심전도 신호를, 2점차동알고리즘모드, 3점 중앙 차동 알고리즘 모드, 최소자승 다항식 미분 근사식 모드중의 하나의 미분필터에, 설정된 미분필터의 계수에 의해 설계된 미분필터로 필터링하여, 미분 파형을 출력하고, 상기 미분파형의 제곱값을 계산한 결과를 출력하는 필터응용 실습 모드부; 상기 생체신호 측정부로부터 생체신호를 수신하여, 오픈(open) 버튼이 선택되면 통신 포트가 열리고 상기 생체신호 측정부를 통해 검출된 생체신호가 전송되며, 스톱버튼이 선택되면 전송이 멈추고 프로토콜 데이터창에 상기 생체신호의 프로토콜이 표시되도록 제어하는 데이터 통신 실습 모드부;중 적어도 하나이상을 더 포함한다.The calculation processing unit reads a waveform previously stored in a memory unit, receives a biosignal from the biosignal measuring unit as an input signal, and receives a system signal of a black box set by a user from a setting unit. A time domain representation training mode unit for convolving a signal and the system signal; Reads a waveform previously stored in the memory unit or receives a bio-signal from the bio-signal measuring unit as an input signal, and a filter type of one of a low pass filter, a high pass filter, a band pass filter, and a band stop filter. A frequency domain representation training mode unit for filtering the input signal by the designed filter when the cutoff frequency is set and the filter is designed; Reads a waveform previously stored in the memory unit, receives a biosignal from the biosignal measuring unit as an input signal, receives a sampling frequency set by the user from the setter, or sets a sampling rate set by the user to the setter. A sampling training mode unit for receiving a sampling signal and outputting the sampling result; Designing a filter by reading a pre-stored waveform in a memory unit or receiving a biosignal from the biosignal measuring unit as an input signal and receiving a set number of sample points and a moving average filter from the setter, or setting a set FIR An FIR filter basic training mode unit for designing a filter by receiving coefficients of a differential equation of the filter from a setting unit and performing filtering by the designed filter; IIR filter basic practice of reading a waveform previously stored in a memory unit or receiving a biosignal from the biosignal measuring unit as an input signal and filtering by a filter designed by coefficients of differential equations of the set IIR filter. A mode unit; Read the pre-stored waveform in the memory unit or receive the bio-signal from the bio-signal measuring unit as an input signal, and implement LPF according to the set cutoff frequency. An FIR filter training mode unit for designing an LPF to which one of a window function, a hamming window function, a blackman window function, and a Kaiser window function is applied, and filtering the input signal by a designed LPF; Read a waveform previously stored in a memory unit or receive a biosignal from the biosignal measuring unit as an input signal, and set a coefficient value of a set differential equation, that is, one of a first-order difference equation and a second-order difference equation An IIR filter training mode unit for designing a filter according to coefficient values of an equation and filtering the designed filter; Receiving a bio-signal from the bio-signal measuring unit as an input signal, the filter is designed by the set filter type, low-pass frequency, high-pass cut-off frequency, filtered by the designed bandpass filter, filtered by the bandpass filter The ECG signal is filtered to one of the two-point differential algorithm mode, the three-point central differential algorithm mode, and the least-squares polynomial differential approximation mode using a differential filter designed by the coefficient of the set differential filter to output the differential waveform. A filter application training mode unit configured to output a result of calculating the squared value of the differential waveform; Receiving a bio-signal from the bio-signal measuring unit, when the open button is selected, a communication port is opened and the bio-signal detected through the bio-signal measuring unit is transmitted. When the stop button is selected, the transmission is stopped and the protocol data window is displayed. Data communication training mode for controlling to display the protocol of the bio-signal; further comprises at least one or more.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 형태는, 다수의 센서와, 각 센서 구동수단을 구비하여 각각의 센서를 통해 신체의 일부분으로부터 심전도, 혈압, 호흡, 혈중 산소포화농도, 체온을 포함하는 생체신호를 검출하는 생체신호 측정부, 각 센서의 동작 제어를 위한 제어신호를 출력하여 각 센서를 구동시키며 각 센서에서 측정되는 전기적 신호를 증폭 및 필터링하여 디지털 처리하는 디지털 신호 처리부, 디지털 신호 처리부에서 디지털 처리된 각 생체신호들의 유/무선 전송을 위한 통신 인터페이스를 수행하는 통신 인터페이스부를 포함하는 생체신호의 디지털 신호처리용 실험키트이다.One embodiment of the present invention for achieving the above object, including a plurality of sensors, each sensor drive means comprising an electrocardiogram, blood pressure, respiration, blood oxygen saturation concentration, body temperature from a portion of the body through each sensor A biosignal measuring unit for detecting a biosignal, a digital signal processor for driving each sensor by outputting a control signal for controlling the operation of each sensor, and amplifying and filtering the electrical signal measured by each sensor, and digitally processing the digital signal processor. Experimental kit for digital signal processing of biological signals including a communication interface for performing a communication interface for wired / wireless transmission of each digitally processed biological signals.

본 발명의 다른 실시 형태는, 생체신호 측정부의 각 센서에서 검출되는 생체신호를 아날로그 형태로 각각 출력하기 위한 다수의 아날로그 출력단자를 포함하는 키트 출력부를 더 포함하는 생체신호의 디지털 신호처리용 실험키트이다.According to another embodiment of the present invention, an experimental kit for digital signal processing of a biosignal further includes a kit output unit including a plurality of analog output terminals respectively outputting the biosignal detected by each sensor of the biosignal measuring unit in analog form. to be.

본 발명의 또 다른 실시 형태는, 통신 인터페이스부로 송출되는 생체신호들을 실시간 분석하여 그 분석결과값들을 저장하거나 출력하는 표시부를 더 포함하는 생체신호의 디지털 신호처리용 실험키트이다.Still another embodiment of the present invention is an experimental kit for digital signal processing of a biosignal further including a display unit for analyzing the biosignals sent to the communication interface in real time and storing or outputting the analysis result values.

본 발명에 의한 디지털 신호처리용 실험키트는 그 동안 실험에 사용했던 정현파 등과 같은 단순한 신호들에서 여러 주파수 성분들이 결합된 생체신호 등을 통하여 시간 영역과 주파수 영역 간의 상호 관계들을 쉽게 이해할 수 있도록 보조할 수 있게 될 것이며, 다양한 필터 실험 등을 통하여 필터 설계를 용이하게 할 수 있는 이점이 있다. 또한 생체신호를 사용할 경우 실험의 흥미를 유발시킬 수 있게 되므로 신호처리 실험교육 효과를 높일 수도 있게 될 것이다.The experimental kit for digital signal processing according to the present invention can easily understand the correlation between the time domain and the frequency domain through a biosignal in which several frequency components are combined in simple signals such as sine waves used in the experiment. It will be possible, and through the various filter experiments there is an advantage that can facilitate the filter design. In addition, the use of the bio-signal will cause interest in the experiment, so it will be possible to enhance the effect of signal processing experiment training.

또한 본 발명에 의한 디지털 신호처리용 실험 키트는 특히, 생체신호들에 대한 아날로그 출력이 가능하게 되므로 생체신호를 이용한 U-Health 연구, 신호 처리 연구 등이 가능하며, 교수들의 강의 보조도구로서도 활용 가능하게 되는 이점이 있다.In addition, the experimental kit for digital signal processing according to the present invention, in particular, it is possible to analog output for bio-signals, so it is possible to study U-Health, signal processing, etc. using bio-signals, and can also be used as a teaching aid for professors. There is an advantage to doing this.

종래의 디지털신호 처리 교육용 키트들 대부분은 삼각파, 정현파, 구형파를 이용하여 신호처리를 하도록 이루어져 있어, 디지탈 신호처리 후 결과 값이 디지탈 신호 처리전의 파형과 상이하지 않기 때문에, 디지탈 신호처리 과정을 이해하기에 힘들었으나, 본 발명은 실생활 또는 실제 연구들에 접목된 디지털 신호처리용 실험키트로서, 실제 인체에서 검출된 생체신호를 이용하여 신호처리하되, 이들 생체신호들은 여러 주파수 성분들이 결합된 신호로서, 이를 통하여 시간 영역과 주파수 영역 간의 상호 관계들을 보다 쉽게 이해할 수 있으며, 또한 다양한 필터 실험이 가능하다.Most of the conventional digital signal processing educational kits are designed to perform signal processing using a triangular wave, a sine wave, or a square wave, so that the result value after the digital signal processing does not differ from the waveform before the digital signal processing. However, the present invention is an experimental kit for digital signal processing, which is applied to real life or actual research, and processes signals using a biosignal detected in a real human body, but these biosignals are signals in which several frequency components are combined. This makes it easier to understand the interrelationships between the time domain and the frequency domain, and also enables various filter experiments.

도 1은 본 발명에 의한 생체신호의 디지털 신호처리용 실험키트의 전체 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1의 연산처리부의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3은 도 1의 연산처리부의 신호와 시스템의 시간영역 표현 실습모드중, 임펄스응답모드를 설명하기위한 설명도이다.
도 4는 도 1의 디지털 신호처리용 실험키트의 세부 구성을 도시한 상세도이다.
도 5는 도 4의 실험키트의 키트 출력부 상세 구성도이다.
도 6은 본 발명에 의한 실험 키트에서 생체신호를 이용한 디지털 신호 처리 실험 과정을 개략적으로 설명하기위한 동작 순서도이다.
도 7은 본 발명에 의한 실험키트로 수행 가능한 디지털 신호처리 방법들을 예시한 참고도이다.
도 8은 도 2의 연산처리부의 생체신호 검출 실습 모드부를 설명하기위한 설명도이다.
도 9은 도 2의 연산처리부의 신호원리 실습 모드부를 설명하기위한 설명도이다.
도 10은 도 2의 연산처리부의 신호와 시스템의 시간영역 표현 실습 모드부를 설명하기위한 설명도이다.
도 11은 도 2의 연산처리부의 신호와 시스템의 주파수영역 표현 실습 모드부를 설명하기위한 설명도이다.
도 12는 도 2의 연산처리부의 샘플링 실습모드부를 설명하기위한 설명도이다.
도 13은 도 2의 연산처리부의 필터 기초 실습 모드부를 설명하기위한 설명도이다.
도 14는 도 2의 연산처리부의 FIR 필터 실습 모드부를 설명하기위한 설명도이다.
도 15는 도 2의 연산처리부의 IIR 필터 실습 모드부를 설명하기위한 설명도이다.
도 16는 도 2의 연산처리부의 필터응용 실습 모드부를 설명하기위한 설명도이다.
도 17는 도 2의 연산처리부의 신호의 변복조 실습 모드부를 설명하기위한 설명도이다.
도 18은 도 2의 연산처리부의 데이터 통신 실습 모드부를 설명하기위한 설명도이다.
1 is a block diagram schematically showing the overall configuration of an experimental kit for digital signal processing of a biological signal according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram schematically illustrating a configuration of an operation processor of FIG. 1.
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining an impulse response mode among the signal processing unit of FIG. 1 and the time domain representation training mode of the system.
4 is a detailed diagram illustrating a detailed configuration of an experimental kit for digital signal processing of FIG. 1.
5 is a detailed block diagram of the kit output unit of the experimental kit of FIG.
6 is a flowchart illustrating an operation of a digital signal processing experiment process using a biosignal in an experiment kit according to the present invention.
7 is a reference diagram illustrating digital signal processing methods that can be performed as an experimental kit according to the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram for describing a biosignal detection training mode unit of the arithmetic processing unit of FIG. 2.
9 is an explanatory diagram for illustrating a signal principle training mode unit of the arithmetic processing unit of FIG. 2.
FIG. 10 is an explanatory diagram for describing a signal of the arithmetic processing unit of FIG. 2 and a time domain representation training mode unit of the system.
FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining a signal processing unit of FIG. 2 and a frequency domain representation training mode unit of the system; FIG.
FIG. 12 is an explanatory diagram for illustrating a sampling training mode unit of the arithmetic processing unit of FIG. 2.
FIG. 13 is an explanatory diagram for illustrating a filter basic training mode unit of the arithmetic processing unit of FIG. 2.
FIG. 14 is an explanatory diagram for explaining an FIR filter training mode unit of the calculation processing unit of FIG. 2.
FIG. 15 is an explanatory diagram for explaining an IIR filter training mode unit of the calculation processing unit of FIG. 2.
16 is an explanatory diagram for explaining a filter application training mode unit of the arithmetic processing unit of FIG. 2.
FIG. 17 is an explanatory diagram for explaining a demodulation training mode unit of a signal of the arithmetic processing unit of FIG. 2.
FIG. 18 is an explanatory diagram for explaining a data communication training mode unit of the arithmetic processing unit of FIG. 2.

이하, 본 발명의 일 실시 예에 의한 생체신호의 디지털 신호처리용 실험키트의 구성 및 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the configuration and operation of the experimental kit for digital signal processing of the biological signal according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.The terms or words used in this specification and claims are not to be construed as limiting in their usual or dictionary meanings, and the inventors may properly define the concept of terms in order to best explain their invention in the best way possible. It should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention. Therefore, since the embodiments shown in the specification and the configuration shown in the drawings is only one of the most preferred embodiment of the present invention, it is understood that there may be various equivalents and modifications that can replace them at the time of the present application shall.

본 발명에서는 디지털 신호처리용 실험키트(90) 자체로 생체실험 및 그 출력을 통해 디지털 연산처리 실험을 할 수 있으며, 또한, 디지털 신호처리용 실험키트(90)을 통신인터페이스부(500)을 통해 외부 컴퓨터(사용자의 컴퓨터)(590)에 연결하여 디지털 연산처리 실험을 행 할 수 있도록 이루어져 있다.In the present invention, the digital signal processing experiment kit 90 itself can perform a digital calculation processing experiment through the biological experiment and its output, and further, the digital signal processing experiment kit 90 through the communication interface 500 It is connected to an external computer (user's computer) 590 to perform digital computation processing experiments.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 신호처리용 실험키트의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 블록도로이며, 도 2는 도 1의 연산처리부의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.1 is a block diagram schematically showing the overall configuration of an experimental kit for digital signal processing according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a block diagram schematically showing the configuration of the processing unit of FIG.

본 발명은 생체신호측정부(100), 연산처리부(200), 메모리부(300), 키트 출력부(400), 통신인터페이스부(500), 출력부(600), 설정부(700)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 출력부(600), 설정부(700)는 경우에 따라서 디지털 신호처리용 실험키트(90)에 포함되지 않고, 디지털 신호처리용 실험키트(90)가 장착된 외부 컴퓨터에 구비된 표시부 및 설정부 일 수 있으며, 경우에 따라서는 출력부(600)와 설정부(700)가 하나의 터치패드로 이루어질 수도 있다. The present invention includes a bio-signal measuring unit 100, arithmetic processing unit 200, memory unit 300, kit output unit 400, communication interface 500, output unit 600, setting unit 700 It is done by In this case, the output unit 600 and the setting unit 700 are not included in the experiment kit 90 for digital signal processing in some cases, and are provided in an external computer equipped with the experiment signal 90 for digital signal processing. In some cases, the output unit 600 and the setting unit 700 may be formed of a single touch pad.

생체신호측정부(100)는 생체신호 측정을 위한 다수의 센서와, 각 센서의 구동을 위한 센서 구동수단, 신호전처리부를 구비하여 각각의 센서를 통해 신체의 일부분으로부터 심전도, 체임피던스, 혈압, 산소포화도, 체온, 호흡, 음성을 포함하는 생체신호를 검출한다. 다수의 센서에는 심전도 전극, 혈압검출 센서, 산소포화도검출 센서, 체온센서, 호흡 센서, 마이크 등을 포함할 수 있다.The biosignal measuring unit 100 includes a plurality of sensors for measuring a biosignal, sensor driving means for driving each sensor, and a signal preprocessing unit, and the electrocardiogram, body impedance, blood pressure, oxygen from a part of the body through each sensor. It detects biological signals including saturation, body temperature, respiration, and voice. The plurality of sensors may include an ECG electrode, a blood pressure detection sensor, an oxygen saturation detection sensor, a body temperature sensor, a respiration sensor, a microphone, and the like.

연산처리부(200)는 생체신호측정부(100)로부터 검출된 생체신호, 즉 심전도 신호, 체임피던스 신호, 혈압 신호, 산소포화도 신호, 체온 신호 등을 수신하고, 설정부(700)에서 입력된 실습모드에 따라 연산처리하여 출력한다. 연산처리부(200)는 생체신호 검출 실습 모드부(210), 신호원리 실습 모드부(220), 신호와 시스템의 시간영역 표현 실습 모드부(230), 신호와 시스템의 주파수영역 표현 실습 모드부(240), 샘플링 실습모드부(250), 필터 기초 실습 모드부(260), FIR 필터 실습 모드부(270), IIR 필터 실습 모드부(280), 필터응용 실습 모드부(285), 신호의 변복조 실습 모드부(290), 데이터 통신 실습 모드부(295)를 포함하는 다수의 실습모드부를 구비하며, 이들 실습모드부 들은 개별적으로 또는 통합적으로 구동이 가능하도록 이루어진다. 경우에 따라서 연산처리부(200)는 디지털 신호처리용 실험키트(90)의 디지탈 신호처리부로만 이루어질 수 있으며, 경우에 따라서 연산처리부(200)는 디지털 신호처리용 실험키트(90)의 디지탈 신호처리부와 외부 컴퓨터(590)의 연산처리기를 포함하여 이루어질 수 있다. 즉 경우에 따라서 본 발명의 연산처리는 디지털 신호처리용 실험키트(90)에서만 구동될 수 있으며, 또는 경우에 따라서 본 발명의 연산처리는 디지털 신호처리용 실험키트(90)와 외부 컴퓨터(590)가 연계되어 이루어질 수 있다. 연산처리부(200)는 2개의 디지탈신호 처리부, 즉, 제1 디지털 신호 처리부와 제2 디지털 신호 처리부로 이루어질 수 있다.The operation processor 200 receives a biosignal detected from the biosignal measuring unit 100, that is, an electrocardiogram signal, a body impedance signal, a blood pressure signal, an oxygen saturation signal, a body temperature signal, and the like, and is input from the setting unit 700. Outputs arithmetic processing depending on the mode. The computation processing unit 200 may include a biosignal detection training mode unit 210, a signal principle training mode unit 220, a time domain representation training mode unit 230 for signals and systems, and a frequency domain representation training mode unit for signals and systems ( 240, sampling training mode unit 250, filter basic training mode unit 260, FIR filter training mode unit 270, IIR filter training mode unit 280, filter application training mode unit 285, signal demodulation and demodulation A plurality of training mode units including a training mode unit 290 and a data communication training mode unit 295 are provided, and these training mode units are configured to be driven individually or collectively. In some cases, the arithmetic processing unit 200 may be configured only as a digital signal processing unit of the digital signal processing experiment kit 90, and in some cases, the arithmetic processing unit 200 is a digital signal processing unit of the digital signal processing experiment kit 90. And an operation processor of the external computer 590. That is, in some cases, the arithmetic processing of the present invention may be driven only by the experimental signal 90 for digital signal processing, or in some cases, the arithmetic processing of the present invention may be performed by the experimental kit 90 and the external computer 590 for digital signal processing. Can be done in conjunction. The calculation processor 200 may include two digital signal processors, that is, a first digital signal processor and a second digital signal processor.

생체신호 검출 실습 모드부(210)는 실제 생체신호를 검출하여, 그 검출된 신호를 출력부(600) 또는 키트 출력부(400)로 출력되게 하여, 실시간으로 측정되는 각 생체신호, 즉 심전도(ECG), 호흡(RESP), 산소포화도(SpO2)(맥파), 혈압(NiBP), 체온(TEMP), 음성 등의 형태를 확인하고, 그 측정방법 등을 숙지할 수 있게 한다. 다시말해, 생체신호 검출 실습 모드부(210)는 생체신호측정부(100)로부터 검출된 생체신호를 수신하여, 키트 출력부(400)로 출력하고, 통신인터페이스부(500)를 통해 출력부(600)로 출력하며, 경우에 따라 설정에 의해 메모리부(300)에 저장한다.The biosignal detection training mode unit 210 detects an actual biosignal and outputs the detected signal to the output unit 600 or the kit output unit 400, so that each biosignal measured in real time, that is, an electrocardiogram ( ECG), respiration (RESP), oxygen saturation (SpO2) (pulse wave), blood pressure (NiBP), body temperature (TEMP), and the form of the voice, such as to determine the measurement method, etc. can be learned. In other words, the biosignal detection training mode unit 210 receives the biosignal detected from the biosignal measurement unit 100, outputs the biosignal to the kit output unit 400, and outputs the output unit through the communication interface 500. 600), and in some cases, it is stored in the memory unit 300 by setting.

신호원리 실습 모드부(220)는 푸리에급수, 푸리에 변환에 대한 실습을 하도록 이루어진 수단으로, 푸리에급수과 푸리에 변환 중 하나를 선정하고, 설정에 따라, 메모리부(300)에 기 저장된 파형을 이용하여 실습을 하거나, 생체신호를 검출하여 검출된 생체신호를 이용하여 실습을 하도록 이루어진다.The signal principle training mode unit 220 is a means for practicing Fourier series and Fourier transform. The signal principle training mode unit 220 selects one of Fourier series and Fourier transform, and uses a waveform previously stored in the memory unit 300 according to a setting. Or by detecting a bio-signal and practicing using the detected bio-signal.

푸리에급수 버튼이 선택된 경우, 설정부(700)에서 입력된 설정에 따라, 메모리부(300)에 기 저장된 소정 파형(기저장된 정현파, 구형파, 또는 생체신호 등)를 읽어들이거나 생체신호측정부(100)로부터 검출된 생체신호를 수신하여, 푸리에 급수의 원리에 따라 정현파를 조합하여 푸리에 급수로 소정 파형을 나타내어, 키트 출력부(400) 또는 출력부(600)로 출력한다. When the Fourier series button is selected, the predetermined waveform (pre-stored sinusoidal wave, square wave, or biosignal, etc.) previously stored in the memory unit 300 may be read or the biosignal measuring unit according to the setting input from the setting unit 700. Receives a biosignal detected from 100, combines a sine wave according to the principle of Fourier series, displays a predetermined waveform with Fourier series, and outputs the waveform to the kit output unit 400 or the output unit 600.

예를들어, 푸리에 급수는 어떠한 주기(T)신호라도 많은 수의 정현파를 선형적으로 조합함으로써 다음 수학식 1과 같이 만들어 낼수 있다.For example, the Fourier series can be generated as shown in Equation 1 by linearly combining a large number of sinusoids in any period (T) signal.

Figure pat00001
Figure pat00001

따라서, 사용자가 n(고조파의 차수)의 값을 설정하여, 정현파를 선형적으로 조합시킴에 의해 소정 파형을 형성하게 되며, 이를 키트 출력부(400) 또는 출력부(600)로 출력하게 된다.Therefore, the user sets a value of n (order of harmonics) to form a predetermined waveform by combining the sinusoids linearly, and outputs the predetermined waveform to the kit output unit 400 or the output unit 600.

푸리에변환 버튼이 선택된 경우, 설정부(700)에서 입력된 설정에 따라, 메모리부(300)에 기 저장된 소정 파형(기저장된 정현파, 구형파, 또는 생체신호 등)를 읽어들이거나 생체신호측정부(100)로부터 검출된 생체신호를 수신하며, 주파수 성분 확인 버튼을 선택되면 구형파의 주파수 성분식확인을 위한 주파수 성분을 확인시키기 위한 그래프 또는 데이터를 키트 출력부(400) 또는 출력부(600)로 출력하며, 사용자가 설정부(700)를 통해 입력한 시간(T)와 주파수 범위(f)의 값을 입력하면 그 설정에 따른 푸리에변환된 그래프 또는 데이터를 키트 출력부(400) 또는 출력부(600)로 출력하여 사용자가 주파수 영역을 확인하게 한다.When the Fourier transform button is selected, the predetermined waveform (pre-stored sine wave, square wave, or biosignal, etc.) previously stored in the memory unit 300 may be read or the biosignal measuring unit according to the setting input from the setting unit 700. 100 to receive the detected biological signal, and if the frequency component check button is selected, outputs the graph or data for checking the frequency component for the frequency component equation of the square wave to the kit output unit 400 or output unit 600 And, if the user inputs the value of the time (T) and the frequency range (f) input through the setting unit 700, the Fourier transformed graph or data according to the setting kit output unit 400 or output unit 600 ) So that the user can check the frequency range.

예를들어 입력된 심전도신호를 진폭이 1이며 시간이 0.05sec인 임펄스 형태의 구형파로 단순화하여 그래프 또는 데이터를 출력하며, 설정된 시간(T)와 주파수 범위(f)의 값에 따라 푸리에 변환, 즉

Figure pat00002
을 행하여 푸리에변환된 그래프 또는 데이터를 키트 출력부(400) 또는 출력부(600)로 출력한다. 이때 그래프에서 표시되는 신호의 주파수 성분은 절대치이고 주파수 범위(f)에 따라 음수 영역과 양수영역이 보이게 된다.For example, the input ECG signal is simplified to an impulse square wave with an amplitude of 1 and a time of 0.05 sec, and a graph or data is output. The Fourier transform is performed according to the set time (T) and the frequency range (f).
Figure pat00002
4 to output the Fourier transformed graph or data to the kit output unit 400 or the output unit 600. At this time, the frequency component of the signal displayed in the graph is an absolute value and the negative region and the positive region are visible according to the frequency range f.

신호와 시스템의 시간영역 표현 실습 모드부(230)는, 연속신호 콘볼루션 및 이산신호 콘볼루션을 통해, 신호와 시스템(블랙박스)의 시간영역 표현을 실습하는 수단으로, 사용자가 선택한 입력신호(메모리부(300)에 저장된 신호, 측정된 생체신호, 사용자가 수식 등으로 정의한 신호)를 블랙박스에 입력하면, 이 입력신호는 블랙박스의 시스템 신호(설정부(700)에서 설정가능함)와 콘볼루션하여 출력하도록 이루어진다. 이 모드 사용시, 사용자는 연속신호 콘볼루션 및 이산신호 콘볼루션을 설정하여 사용할 수 있다. 이 모드부의 구동시, 출력부(600)상에 블랙박스가 표시되며, 블랙박스 입력단에 입력신호를 설정부(700)을 통해 설정하도록 이루어진다. 신호와 시스템의 시간영역 표현 실습 모드부(230)는 임펄스 응답실습모드, 연속시간 영역에서의 콘볼루션 실습모드, 콘볼루션을 이용한 RC회로 해석실습모드, 콘볼루션을 이용한 RL회로 해석실습모드를 구비한다. The time domain representation training mode of the signal and the system 230 is a means for practicing the time domain representation of the signal and the system (black box) through continuous signal convolution and discrete signal convolution. When the signal stored in the memory unit 300, the measured bio-signal, and a signal defined by a user, etc. are input to the black box, the input signal is a cone signal with the system signal of the black box (which can be set in the setting unit 700). It is output to the output. When using this mode, the user can set and use continuous signal convolution and discrete signal convolution. When the mode unit is driven, a black box is displayed on the output unit 600, and the input signal is set at the black box input terminal through the setting unit 700. The time domain representation training mode 230 of the signal and the system includes an impulse response training mode, a convolution training mode in the continuous time domain, an RC circuit analysis training mode using convolution, and an RL circuit analysis training mode using convolution. do.

임펄스 응답실습모드가 선택된 경우에 있어서, 도 3에서와 같이 블랙박스로의 임펄스(델타)함수δ(t) 입력신호는 임펄스 응답함수 h(t)를 만들어낸다. 본 발명에서의 x(t)와 h(t)의 설정에 따른 콘볼루선 과정을 정리하면, 첫번째 스텝에서 함수h(τ)를 시간에 대하여 뒤집어(반전하여) h(-τ)를 구하고, 두번째 스텝에서 h(-τ)를 t=t1 정도 이동하여 h(t1-τ)를 구하고, 세번째 스텝에서 이동된 h(t1-τ)와 x(τ)를 곱하여 x(τ)h(t1-τ)를 구하고, 네번째 스템에서 x(τ)h(t1-τ)를 적분하여 중첩된 영역을 찾아 t1에서의 톤볼루션을 구하고, 다섯번째 스텝에서는 앞서 첫번째 스텝 내지 네번째 스템의 과정을 모든 가능한 t의 값에 대하여 반복하여 x(τ)h(t-τ) 적분을 계산하여 콘볼루션의 결과를 구하는데, 이들 각 스텝의 단계의 출력을 키트 출력부(400) 또는 출력부(600)로 출력한다. 여기서 첫번째 스텝과 두번째 스텝은 서로 교환가능하며, 즉 뒤집기 전에 이동을 먼저할 수 있으며, 또 다룬 교환은 h(τ) 혹은 x(τ) 둘 중 하나를 뒤집어 이동시킬수 있음에 대해서도 실습하도록 이루어져 있다. 이는 콘볼루션의 교환법칙, 즉 s(t)*h(t)=h(t)*s(t)를 설명하기위해 본 발명에서 설정되었다.In the case where the impulse response training mode is selected, the impulse (delta) function δ (t) input signal to the black box produces an impulse response function h (t) as shown in FIG. In the present invention, the convoluted line process according to the setting of x (t) and h (t) is summarized. In the first step, the function h (τ) is reversed (inverted) with respect to time to obtain h (-τ), and In the step, h (-τ) is moved by t = t1 to find h (t1-τ), and in the third step, h (t1-τ) and x (τ) are multiplied to x (τ) h (t1-τ). ), Find the overlapped region by integrating x (τ) h (t1-τ) at the fourth stem, and obtain the tone evolution at t1. Iteratively calculates the x (τ) h (t-τ) integral to the value to obtain the convolution result, and outputs the output of the steps of each step to the kit output unit 400 or output unit 600. . Here, the first and second steps are interchangeable, that is, they can be moved first before flipping, and the exchange can be practiced to move either h (τ) or x (τ) upside down. This is set in the present invention to explain the law of exchange of convolution, i.e., s (t) * h (t) = h (t) * s (t).

연속시간 영역에서의 콘볼루션 실습모드가 선택된 경우에 있어서, 두 입력신호 x(t)와 h(t)의 콘볼루션 y(t)는 수학식 2와 같은 적분으로 표현된다.In the case where the convolution practice mode in the continuous time domain is selected, the convolution y (t) of the two input signals x (t) and h (t) is expressed by an integral as in Equation (2).

Figure pat00003
Figure pat00003

설정된 x(t)와 h(t)에 따라 콘볼루션을 행하고, 그 결과를 그래프 또는 수식으로 나타내어 키트 출력부(400) 또는 출력부(600)로 출력한다. Convolution is performed according to the set x (t) and h (t), and the result is expressed by a graph or a mathematical expression and output to the kit output unit 400 or the output unit 600.

콘볼루션을 이용한 RC회로 해석실습모드가 선택된 경우에 있어서, 저항(R)과 커패시터(C)의 직렬회로 양단에 입력(전원) vi(t)=VIN[V]가 인가될때, 커패시터(C)에 걸린 전압(출력) vout(t)을 구하고자 하면, 단 커패시터(C)의 초기전압은 0라 하면, 이 회로의 임펄스 응답

Figure pat00004
으로, 설정된 입력전원 VIN[t]에 따라 vout(t)에서 각각 입력에 따른 출력전압을 그래프 또는 수식으로 나타내어 키트 출력부(400) 또는 출력부(600)로 출력한다. In the case of the RC circuit analysis practice mode using convolution, when the input (power) v i (t) = V IN [V] is applied across the series circuit of the resistor (R) and the capacitor (C), the capacitor ( If we want to find the voltage (output) v out (t) applied to C), but the initial voltage of capacitor (C) is 0, impulse response of this circuit
Figure pat00004
In accordance with the set input power V IN [t], the output voltage according to the input at v out (t), respectively, is represented by a graph or a formula and output to the kit output unit 400 or the output unit 600.

콘볼루션을 이용한 RL회로 해석실습모드가 선택된 경우에 있어서, 저항(R)과 인덕터(L)의 직렬회로 양단에 입력(전원) vi(t)=[u(t)-u(t-1)][V]이 인가될때, 인덕터(L)에 흐르는 전류(출력) i(t)을 구하고자 하면, 단 인덕터(L)의 초기전압은 0라 하면, 이 회로의 임펄스 응답

Figure pat00005
가 되므로, 설정된 입력전원 VIN[t]에 따라 i(t)에서 각각 입력에 따른 출력전류을 그래프 또는 수식으로 나타내어 키트 출력부(400) 또는 출력부(600)로 출력한다. RL Circuit Analysis Using Convolution When the practice mode is selected, the input (power supply) across the series circuit of the resistor (R) and the inductor (L) v i (t) = [u (t) -u (t-1 )] [V], when the current (output) i (t) flowing in the inductor L is to be obtained, but the initial voltage of the inductor L is 0, the impulse response of this circuit
Figure pat00005
Therefore, according to the set input power V IN [t], the output current according to the input in i (t), respectively, as a graph or a formula to output to the kit output unit 400 or output unit 600.

신호와 시스템의 주파수영역 표현 실습 모드부(240)는 여러가지 신호와 시스템의 주파수 영역 표현을 실습하는 수단으로, 이 모드 설정후, 설정부(700)에서 설정된 후속 모드에 따라, 즉 푸리에 변환 이해 실습모드, 가상신호 이용 시스템이해 실습모드, 생체신호 이용 시스템 이해 실습모드에 따라 주파수 영역에서 실습하도록 이루어진다. 신호와 시스템의 주파수영역 표현 실습 모드부(240)는 시스템 이해실습모드, 신호와 시스템 실습모드를 포함한다.Frequency domain representation training mode of the signal and the system 240 is a means for practicing the frequency domain representation of the various signals and systems, after setting this mode, according to the subsequent mode set in the setting unit 700, that is, Fourier transform understanding training Mode, virtual signal using system understanding training mode, biological signal using system understanding training mode is made to practice in the frequency domain. The frequency domain representation training mode unit 240 of the signal and the system includes a system understanding training mode and a signal and system training mode.

시간영역의 함수 x(t)와 y(t)가 적분 가능한 함수이고, 각각의 푸리에변환이 X(ω), Y(ω)라 한다면, 두 함수 x(t)와 y(t)의 시간 영역에서의 콘볼루션은 주파수 영역에서 각각 푸리에 변환 X(ω), Y(ω)의 곱으로 표현된다. 즉,If the functions x (t) and y (t) in the time domain are integral and each Fourier transform is X (ω) and Y (ω), then the time domain of the two functions x (t) and y (t) The convolution in is expressed as the product of the Fourier transforms X (ω) and Y (ω), respectively, in the frequency domain. In other words,

Figure pat00006
이면, Y(ω)=X(ω)*H(ω)이다.
Figure pat00006
In this case, Y (ω) = X (ω) * H (ω).

시스템 이해실습모드는 합성파 형성모드와 합성파 스페트럼 확인 모드가 있으며, 합성파 형성모드에 있어서, 각기 다른 소정의 주파수 범위를 갖는 제1신호, 제2신호, 제3신호 등이 임력되고, 합성파 버튼이 선택되면, 제1신호, 제2신호, 제3신호 등을 합성하여 그래프 또는 수식으로 나타내어 키트 출력부(400) 또는 출력부(600)로 출력하며, 메모리부(300)으로 출력한다.The understanding mode of the system includes a synthesized wave shaping mode and a synthesized wave spectrum checking mode. In the synthesized wave shaping mode, a first signal, a second signal, and a third signal having different predetermined frequency ranges are inputted, When the synthesized wave button is selected, the first signal, the second signal, the third signal, etc. are synthesized and displayed as a graph or a formula and output to the kit output unit 400 or the output unit 600, and output to the memory unit 300. do.

합성파 스페트럼 확인 모드에 있어서, 데이터입력 버튼을 선택하면, 합성파 형성모드에서 생성된 합성파를 읽어 들이며 그 스펙트럼을 출력하며, 필터 타입 중 LPF, BPF 등 중 하나의 버튼이 선택되고 차단주파수를 설정하면, 필터링하여 키트 출력부(400) 또는 출력부(600)로 출력한다.In the composite wave spectrum check mode, when the data input button is selected, the synthesized wave generated in the composite wave forming mode is read and the spectrum is output. One of the filter types, one of LPF and BPF, is selected and the cutoff frequency is selected. If set, the filtered output to the kit output unit 400 or output unit 600.

신호와 시스템 실습모드는 음성신호와 시스템 실습모드와 음성외 기타 생체신호 실습모드를 포함하며, 음성외 기타 생체신호 실습모드는 심전도, 호흡수, 산소포화도 중에 선택된 하나의 신호가 잡음(예를 들어 전원 잡음, 무빙 아티팩트)이 포함된 신호를 생체신호 측정부(100)를 통해 수신하고, 주파수 버튼이 선택되면 상기 신호의 주파수 성분을 출력하고, 필터 타입과 차단 주파수가 입력되어 필터가 설정되면 필터링을 행하고 그 결과를 키트 출력부(400) 또는 출력부(600)로 출력한다.The signal and system training mode includes voice signal and system training mode and other non-voice biosignal training modes, and the other non-voice biosignal training modes include a signal selected from electrocardiogram, respiratory rate, and oxygen saturation. Receives a signal including power supply noise, moving artifacts) through the biosignal measurement unit 100, outputs a frequency component of the signal when a frequency button is selected, filters the filter type and a cutoff frequency is input, and filters when the filter is set. And output the result to the kit output unit 400 or output unit 600.

음성신호와 시스템 실습모드는, 소정 샘플링 주파수을 가지며 소정 기록시간동안 음성신호를 생체신호 측정부(100)를 통해 수신하며, 필터 타입과 차단 주파수가 입력되어 필터가 설정되면, 수신된 음성신호의 필터링을 행하고 그 결과를 키트 출력부(400) 또는 출력부(600)로 출력하며, 또한 스피커(미도시)를 통해 필터링되기전 음성과 필터링된 후의 음성을 출력한다.The voice signal and the system training mode have a predetermined sampling frequency and receive the voice signal through the biosignal measurement unit 100 for a predetermined recording time. When the filter type and the cutoff frequency are input and the filter is set, the received voice signal is filtered. And output the result to the kit output unit 400 or the output unit 600, and also outputs the voice before filtering and the filtered voice through the speaker (not shown).

샘플링 실습모드부(250)에서는 샘플링과 이산시간 콘볼루션관련 실습을 위한 수단으로서, 입력된 신호를 설정에 따라 샘플링하며, 이산신호의 복원을 행하는 실습을 제공한다. 샘플링 실습모드부(250)는 이산신호로의 변환 실습모드, 이산신호 콘볼루션 실습 모드를 포함한다.The sampling training mode unit 250 provides a training for sampling and discrete time convolution-related training, sampling the input signal according to a setting, and restoring the discrete signal. The sampling training mode unit 250 includes a training mode for converting into discrete signals and a discrete signal convolution training mode.

이산신호로의 변환 실습모드가 선택된 경우, 메모리부(300)으로부터 읽어들인 기 저장된 파형 또는 생체신호 측정부(100)을 통해 수신된 생체신호를 입력신호로 하고, 신호 버튼이 선택되면 입력신호의 스페트럼을 출력하며, 샘플링 주파수를 달리 설정하고 샘플링 버튼이 입력되면, 샘플링 주파수가 다른 각 입력신호의 스펙트럼을 출력한다. 또한 이 모드에서는 샘플링 레이트, 주파수, 진폭의 값을 입력하고 입력신호의 왜곡정도를 살펴볼 수 있으며, 이에 따라 샘플링 주파수를 높이거나 낮추는 등 달리 설정할 수 있다.When the training mode for converting into discrete signals is selected, a pre-stored waveform or biosignal received through the biosignal measuring unit 100 as read from the memory unit 300 is used as an input signal. When the sampling frequency is set differently and the sampling button is input, the spectrum is output, and the spectrum of each input signal having a different sampling frequency is output. In this mode, you can enter the sampling rate, frequency, and amplitude values and look at the distortion level of the input signal.

이산신호 콘볼루션 실습 모드가 선택된 경우, 입력신호 x[n] 및 시스템 h[n]을 설정하면, 콘볼루션 결과를 출력한다. 또한 이모드에서는, 신호와 시스템의 시간영역 표현 실습 모드부(230)의 임펄스 응답실습모드에서 설명된 첫번째 스텝 에서 네번째 스템까지를 스텝별로 진행하여 그 결과를 확인할 수 있다. 또한 이모드에서는 수신된 생플링된 생체신호와 고역차단주파수가 상기 샘플링율의 1/2인 저역통과 필터를 설계하고 콘볼루션 버튼이 선택되면 콘볼루션을 행하여, 이 결과와 필터링전의 생체신호를 같이 출력하여 비교할 수 있게 한다. When the discrete signal convolution training mode is selected, setting the input signal x [n] and the system h [n] outputs a convolution result. In this mode, the first step to the fourth stem described in the impulse response training mode of the time domain representation training mode unit 230 of the signal and the system can be performed step by step to check the result. In this mode, we also design a lowpass filter whose received pleated biosignal and highpass frequency are 1/2 of the sampling rate, and convolution when the convolution button is selected, and combines the result with the biosignal before filtering. Output it for comparison.

필터 기초 실습 모드부(260)는 입력신호로부터 사용자가 원하는 성분의 신호만을 통과시키는 역할을 하는 필터에 대한 기초 실습수단이다. 주파수 영역에서 필터는 임펄스 응답의 특성에 따라 FIR(유한임펄스 응답)필터와 IIR(무한임펄스 응답)필터로 구분되는 데, FIR 필터의 입출력 차분 방정식은

Figure pat00007
이고, IIR 필터의 입출력 차분 방정식은
Figure pat00008
이고, z 변환에 의한 전달함수는
Figure pat00009
으로 표현되며, FIR 필터에서, x[n]과 이전 M-1까지 평균을 구하는 이동평균 필터는 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.The filter basic training mode unit 260 is a basic training means for a filter that serves to pass only a signal of a component desired by a user from an input signal. In the frequency domain, filters are classified into FIR (finite impulse response) filters and IIR (infinite impulse response) filters according to the characteristics of the impulse response.
Figure pat00007
And the input and output differential equation of the IIR filter is
Figure pat00008
And the transfer function by the z transform is
Figure pat00009
In the FIR filter, a moving average filter for obtaining an average of x [n] and the previous M-1 may be expressed as Equation 3 below.

Figure pat00010
Figure pat00010

필터 기초 실습 모드부(260)는 FIR 필터 기초 모드와 IIR 필터 기초 모드를 구비한다.The filter basic training mode unit 260 includes an FIR filter basic mode and an IIR filter basic mode.

FIR 필터 기초 모드가 선택되면, 메모리부(300)에 기 저장된 신호 또는 생체신호 측정부(100)로부터 검출된 신호를 입력신호로 하고, 필터 선택에 있어, 샘플포인트 수와 이동평균필터가 설정하거나 아니면 FIR 필터를 선정하되 FIR 필터의 차분방정식의 계수를 입력하면, 입력신호의 스펙트럼을 출력하며, 설정된 필터의 스펙트럼을 출력하고, 콘볼루션 버튼이 선택되면, 콘볼루션된 결과, 즉 입력신호가 필터링된 결과룰 출력한다. When the FIR filter basic mode is selected, a signal previously stored in the memory unit 300 or a signal detected from the biosignal measurement unit 100 is used as an input signal, and the number of sample points and the moving average filter are set in the filter selection. Alternatively, select the FIR filter and input the coefficients of the differential equation of the FIR filter to output the spectrum of the input signal, output the spectrum of the set filter, and when the convolution button is selected, the convolutional result, that is, the input signal is filtered. Output the result.

IIR 필터 기초 모드가 선택되면, 메모리부(300)에 기 저장된 신호 또는 생체신호 측정부(100)로부터 검출된 신호를 입력신호로 하고, 필터 선택에 있어, IIR 필터를 선정하되 IIR 필터의 차분방정식의 계수를 입력하면, 설정된 필터의 스펙트럼을 출력하고, 콘볼루션 버튼이 선택되면, 콘볼루션된 결과, 즉 입력신호가 필터링된 결과룰 출력한다. When the IIR filter basic mode is selected, a signal previously stored in the memory unit 300 or a signal detected from the biosignal measurement unit 100 is used as an input signal, and in selecting a filter, an IIR filter is selected, but the differential equation of the IIR filter is selected. If the coefficient of?

FIR 필터 실습 모드부(270)는 창함수를 이용한 FIR 필터에 대한 실습을 하기위한 수단으로, 필터의 주파수 응답이 이상적인 주파수 응답 Hd(ej ω)에 가깝도록 h[n]을 선정하는 것, 즉, h[n]=hd[n]ω[n] 이 되도록 하는 것이 중요하며, 여기서 ω[n]을 어떻게 정의하느냐에 따라 다른 창 설계를 얻을 수 있는데, 주파수 영역에서 보면, 인과적 FIR 필터의 응답H(ej ω)은 이상적 주파수 선택 필터의 응답Hd(ej ω)와 창함수 응답W(ej ω)의 콘볼루션으로 수학식 4와 같이 주어지며, 다음과 같은 FIR 필터 특징을 가진다.The FIR filter training mode unit 270 is a means for practicing the FIR filter using the window function, and selects h [n] so that the frequency response of the filter is close to the ideal frequency response H d (e j ω ). In other words, it is important to make h [n] = h d [n] ω [n], where different window designs can be obtained depending on how ω [n] is defined. The response H (e j ω ) of the filter is a convolution of the response H d (e j ω ) and the window function response W (e j ω ) of the ideal frequency selective filter, which is given by Equation 4 below. Has characteristics.

첫째로 창함수 ω(n)은 M의 유한길이를 가지므로, 응답은 1/M에 비례하는 폭을 가진 주엽과 부엽들을 가지며, 둘째로 이상적인 주파수 응답을 구하기 위하여 사각형과 같은 절단은 데이터의 불균일한 문제로 푸리에 급슈의 수렴에 관한 문제와 동일하며, 깁스현상으로 나타나게 되며, 셋째로 주엽은 필터의 응답H(ej ω) 전이대역폭을 결정하는 전이 대역을 만드는데, 이폭은 1/M에 비례하게 되어, 주엽이 넓을 수록 전이대역폭도 증가하게 되며, 네째로 부엽들은 통과대역과 저지대역 모두에 유사한 모양을 가지는 리플을 만든다.First, since the window function ω (n) has a finite length of M, the response has major and minor lobes with a width proportional to 1 / M, and second, a square-like truncation is a nonuniformity of the data to obtain an ideal frequency response. One problem is the same as the convergence of Fourier suddenly and appears as a Gibbs phenomenon. Third, the main lobe creates a transition band that determines the response H (e j ω ) transition bandwidth of the filter, which is proportional to 1 / M. As the main lobe is wider, the transition bandwidth also increases. Fourth, the sublobes create ripples with similar shapes in both the passband and stopband.

Figure pat00011
Figure pat00011

FIR 필터 실습 모드부(270)는 다양한 창함수를 이용하여 상술한 FIR 필터 특징의 실습이 가능하도록 이루어져 있다. FIR 필터 실습 모드부(270)에서는 직사각형 창함수, 삼각형(바틀렛) 창함수, 해닝 창함수, 해밍창함수 , 블랙맨 창함수, 카이저 창함수를 이용가능하도록 이루어져 있다. The FIR filter training mode unit 270 is configured to practice the above-described FIR filter features using various window functions. In the FIR filter training mode unit 270, a rectangular window function, a triangle (bartlet) window function, a hanning window function, a hamming window function, a blackman window function, and a Kaiser window function can be used.

직사각형 창함수(ωR)는 유효구간내의 샘플값을 있는 그대로 취하는 형태의 창으로,

Figure pat00012
과 같다. 여기서 B는 Noise Equivalen Bandwidth이다.The rectangular window function (ω R ) is a window that takes the sample value in the effective section as it is,
Figure pat00012
Is the same as Where B is Noise Equivalen Bandwidth.

삼각형(바틀렛) 창함수(ωT)는 삼각형 형태의 창으로, 사각창의 급격한 불연속을 없앤 창으로,

Figure pat00013
과 같다.The triangular (bartlet) window function (ω T ) is a triangular window, which eliminates the sudden discontinuity of the rectangular window.
Figure pat00013
Is the same as

해닝 창함수(ωHN)는 사각창의 불연속을 없애는 과정에서 코사인 함수를 이용하여 삼각창보다 중심값 부근을 좀 더 강조하면서 부엽의 성능을 개선한 창으로,

Figure pat00014
과 같다.The Hanning window function (ω HN ) is a window that improves the performance of the side lobe by using the cosine function to emphasize the vicinity of the center value more than the triangular window in the process of eliminating the discontinuity of the rectangular window.
Figure pat00014
Is the same as

해밍창함수(ωHM)는 해닝 창의 양단에서 작은 값이 불연속을 가지도록 하여 해닝 창보다 부엽의 성능이 개선되도록한 창으로,

Figure pat00015
과 같다.Hamming window function (ω HM ) is a window that improves the performance of the side lobe than the hanning window by having small values at both ends of the hanning window to have discontinuities.
Figure pat00015
Is the same as

블랙맨 창함수(ωB)는 해밍 창보다 코사인 함수를 하나 더 사용하여 (2차 고조파), 부엽의 성능을 개선한 창으로,

Figure pat00016
과 같다.The Blackman window function (ω B ) is a window that improves the performance of the side lobes by using one more cosine function than the Hamming window (second harmonic).
Figure pat00016
Is the same as

카이저 창함수 (ωK[n])는 주어진 저지대역 감쇄하에서 가장 큰 주엽 폭을 나타내는 최적의 창함수로, 전이 대역이 가장 가파르며,

Figure pat00017
과 같다.Kaiser window function (ω K [n]) is the optimal window function that represents the largest leaf width under a given stopband attenuation, with the steepest transition band,
Figure pat00017
Is the same as

FIR 필터 실습 모드부(270)는, 창함수 설계모드, 입력신호 필터링모드를 구비한다.
The FIR filter training mode unit 270 includes a window function design mode and an input signal filtering mode.

*FIR 필터 실습 모드부(270)의 창함수 설계모드는, 윈도우(window)를 이용하여 FIR 필터를 설계하도록 이루어지되, 차단주파수가 입력되고 필터 버튼이 선택되면 LPF가 구현되며, 그 후, 필터 IFFT버튼이 선택되면 주파수영역에서 설계한 필터를 시간영역에서 확인할 수 있으며, 윈도우 타입 항목에서 원하는 창함수가 결정되고 윈도우 폭에 창함수의 폭이 결정되고, 윈도우 버튼이 선택되면 창함수가 확인되고, 그 후, 윈도윙(windowing) 버튼이 선택되어 설계한 필터에 창함수를 적용하고, 윈도우 FFT 버튼이 선택되면 주파수 영역에서 설계한 창함수를 확인할 수 있다.* The window function design mode of the FIR filter training mode unit 270 is designed to design a FIR filter using a window, and when a cutoff frequency is input and a filter button is selected, LPF is implemented. If the IFFT button is selected, the filter designed in the frequency domain can be checked in the time domain.The desired window function is determined in the window type item, the window function width is determined in the window width, and the window function is checked when the window button is selected. After that, the windowing button is selected and the window function is applied to the designed filter. When the window FFT button is selected, the window function is designed in the frequency domain.

FIR 필터 실습 모드부(270)의 입력신호 필터링모드는, 메모리부(300)에 기 저장된 신호 또는 생체신호 측정부(100)로부터 검출된 신호를 입력신호로 하고, 신호 주파수 버튼을 선택하면 신호의 스펙트럼을 출력하여 이를 확인할 수 있으며, 필터 주파수 버튼을 선택하여 창함수 설계모드에서 설계한 LPF를 읽어들이며, 필터링 버튼을 선택하면 상기 LPF로 입력신호를 필터링하여, 주파수 영역에서 필터링된 결과를 출력하므로 이를 확인하고, IFFT버튼을 선택하여 시간영역에서 필터링된 결과를 출력하여 이를 확인할 수 있다.In the input signal filtering mode of the FIR filter training mode unit 270, a signal previously stored in the memory unit 300 or a signal detected by the biosignal measurement unit 100 is used as an input signal. This can be checked by outputting the spectrum, and by selecting the filter frequency button to read the LPF designed in the window function design mode, selecting the filtering button filters the input signal with the LPF and outputs the filtered result in the frequency domain. You can check this by selecting the IFFT button and outputting the filtered results in the time domain.

IIR 필터 실습 모드부(280)는 IIR 필터의 실습을 위한 수단으로, IIR 필터는 무한 임펄스 응답을 갖는 필터링을 행하는 것으로, 일반적인 시스템 함수는 수학식 5와 같으며, 시스템 함수의 극점과 영점은 Z평면 안의 임의의 점에 위치할 수 있으며, 일반적인 차분 방정식은 수학식 6과 같다.The IIR filter training mode unit 280 is a means for practicing the IIR filter. The IIR filter performs filtering with an infinite impulse response. A general system function is represented by Equation 5, and the poles and zeros of the system function are Z. It can be located at any point in the plane, the general difference equation is shown in equation (6).

Figure pat00018
Figure pat00018

Figure pat00019
Figure pat00019

시간영역에서 디지탈 필터의 입력신호와 출력신호와의 관계는 차분 방정식으로 표현되어, IIR 필터에서는 수학식 7과 같은 차분 방정식의 형태를 갖게 된다.In the time domain, the relationship between the input signal and the output signal of the digital filter is represented by a differential equation, and the IIR filter has a form of a differential equation as shown in Equation (7).

Figure pat00020
Figure pat00020

기본적인 IIR 필터의 설계방법은, 첫째로, 아날로그 저역통과 필터를 설계하고 원하는 특성을 갖는 아날로그 필터의 사양을 지정하고, 둘째로, 디지털 저역통과 필터를 얻기위한 필터 변환(s→z)을 적용하며, 셋째로 디지털 저역통과 필터로부터 다른 필터를 얻기 위하여 주파수 대역변환을 적용한다.The basic method of designing an IIR filter is, firstly, designing an analog lowpass filter, specifying the specification of an analog filter with desired characteristics, and second, applying a filter transformation (s → z) to obtain a digital lowpass filter. Third, frequency band conversion is applied to obtain another filter from the digital lowpass filter.

IIR 필터 실습 모드부(280)는 1차 차분방정식의 IIR필터실습모드, 2 차분방정식의 IIR필터실습모드를 포함한다.The IIR filter training mode unit 280 includes an IIR filter training mode of a first order differential equation and an IIR filter training mode of a second order equation.

1차 차분방정식의 IIR필터실습모드는, 1차 차분방정식의 계수값을 입력하여, Z 도메인 그래프에 극점과 영점을 나타내고, 매그니튜드 스펙트럼 그래프로서 주파수 응답곡선을 출력하거나, 1차 차분방정식의 극점과 영점값을 입력하여, Z 도메인 그래프에 극점과 영점을 나타내고, 매그니튜드 스펙트럼 그래프로서 주파수 응답곡선을 출력하며, 계수버튼을 선택하여 극점과 영점을 이용하여 1차 차분방정식의 계수를 구할 수 있다.In the IIR filter training mode of the first-order differential equation, the coefficient values of the first-order differential equation are input, the poles and zeros are displayed on the Z domain graph, and the frequency response curve is output as the magnitude spectrum graph, or the poles and By inputting a zero value, the poles and zeros are displayed on the Z domain graph, the frequency response curve is output as a magnitude spectrum graph, and the coefficients of the first-order differential equation can be obtained using the poles and zeros by selecting the coefficient button.

또한 1차 차분방정식의 IIR필터실습모드는, 메모리부(300)에 기 저장된 신호 또는 생체신호 측정부(100)로부터 검출된 신호를 입력신호로 하고, 신호 주파수 버튼가 선택되면 신호의 스펙트럼이 출력되어 확인할 수 있으며, 1차 차분방정식의 계수값이 입력되고, 필터 버튼을 선택되면 필터의 주파수 응답곡선이 출력되어 확인할 수 있고, 결과버튼이 선택되면 필터링된 결과가 출력되어 확인할 수 있다.In the IIR filter training mode of the first differential equation, a signal pre-stored in the memory unit 300 or a signal detected by the biosignal measurement unit 100 is used as an input signal, and when a signal frequency button is selected, a signal spectrum is output. The coefficient value of the first-order differential equation is input, and when the filter button is selected, the frequency response curve of the filter is output.

2차 차분방정식의 IIR필터실습모드는, 2차 차분방정식의 극점과 영점값을 입력하여, 주파수 응답곡선을 출력하며, 계수버튼을 선택하여 극점과 영점을 이용하여 2차 차분방정식의 계수를 구한다.In the IIR filter practice mode of the quadratic differential equation, the pole and zero values of the quadratic differential equation are input, and the frequency response curve is output.The coefficients of the quadratic differential equation are calculated using the pole and zero points by selecting the coefficient button. .

또한 2차 차분방정식의 IIR필터실습모드는, 메모리부(300)에 기 저장된 신호 또는 생체신호 측정부(100)로부터 검출된 신호를 입력신호로 하고, 신호 주파수 버튼가 선택되면 신호의 스펙트럼이 출력되어 확인할 수 있으며, 2차 차분방정식의 계수값이 입력되고, 필터 버튼을 선택되면 필터의 주파수 응답곡선이 출력되어 확인할 수 있고, 결과버튼이 선택되면 필터링된 결과가 출력되어 확인할 수 있다.In addition, in the IIR filter training mode of the quadratic differential equation, a signal previously stored in the memory unit 300 or a signal detected from the biosignal measurement unit 100 is used as an input signal, and when a signal frequency button is selected, a signal spectrum is output. The coefficient value of the quadratic differential equation is input, and when the filter button is selected, the frequency response curve of the filter is output.

필터응용 실습 모드부(285)는 생체신호에 적용되는 필터를 구현하고 생체신호에 적용하여 결과를 도출하는 실습을 위한 수단으로서, 심전도신호 적용모드와 맥파신호 적용모드를 포함한다.The filter application training mode unit 285 is a means for training to implement a filter applied to a biosignal and derive a result by applying the biosignal, and includes an ECG signal application mode and a pulse wave signal application mode.

심전도신호 적용모드는 심전도 전처리 모드, 심전도 미분 모드, 심전도 피크검출모드를 포함한다. The ECG signal application mode includes an ECG preprocessing mode, an ECG differential mode, and an ECG peak detection mode.

심전도신호 적용모드의 심전도 전처리 모드는 생체신호 측정부(100)로부터 검출된 신호를 저장하고, 저장된 심전도 신호를 읽어들이고 주파수 버튼이 선택되면 심전도 신호의 파형의 주파수 성분을 출력하고, 필터 타입을 입력하고 저역차단주파수 또는 고역차단주파수를 입력하여 필터 버튼을 선택하면 필터링된 결과를 출력한다.The ECG preprocessing mode of the ECG signal application mode stores the detected signal from the biosignal measurement unit 100, reads the stored ECG signal, outputs the frequency component of the waveform of the ECG signal when the frequency button is selected, and inputs the filter type. And input the low cutoff frequency or high cutoff frequency and select the filter button to output the filtered result.

본 발명의 심전도 미분 모드는 미분기(미분 필터) 모드로서, 2점차동알고리즘모드, 3점 중앙 차동 알고리즘 모드, 최소자승 다항식 미분 근사식 모드를 포함한다. The ECG differential mode of the present invention is a differential (differential filter) mode, and includes a two-point differential algorithm mode, a three-point central differential algorithm mode, and a least-squares polynomial differential approximation mode.

심전도신호 적용모드의 심전도 미분 모드는, 심전도 전처리 모드에서 필터링(대역통과된)된 심전도 신호에, 2점차동알고리즘모드, 3점 중앙 차동 알고리즘 모드, 최소자승 다항식 미분 근사식 모드중의 하나의 미분필터를 선정하여, 필터계수 입력창에서 그 미분필터의 계수를 입력하여 그 결과를 출력하며, 미분한 파형의 제곱값을 계산한 결과를 출력한다.ECG differential mode of ECG signal application mode is one of two-point differential algorithm mode, three-point central differential algorithm mode and least-squares polynomial differential approximation mode to the ECG signal filtered (bandpassed) in ECG preprocessing mode. The filter is selected, the coefficient of the differential filter is input in the filter coefficient input window, and the result is output. The result of calculating the squared value of the derivative waveform is output.

2점차동알고리즘모드는 연속한 2점사이의 차이를 계산하는 방법으로,

Figure pat00021
과 같다.The two-point differential algorithm mode calculates the difference between two consecutive points.
Figure pat00021
Is the same as

3점 중앙 차동 알고리즘 모드는 가운데 점을 중심으로 좌우점의 차이를 계산하는 방식으로,

Figure pat00022
과 같다.The three-point central differential algorithm mode calculates the difference between left and right points about a center point.
Figure pat00022
Is the same as

최소자승 다항식 미분 근사식 모드는 샘플들 중에서 중앙점을 기준으로 한 기울기를 계산하는 방식으로, 일예로 5포인트를 이용하여 미분값을 계산하는 방법은 다음과 같다.The least-squares polynomial differential approximation mode calculates the slope based on the center point among the samples. For example, the derivative value is calculated using five points as follows.

Figure pat00023
Figure pat00023

심전도신호 적용모드의 심전도 피크검출모드는, 심전도 파형(P, Q, R, S, T 파) 중 피크점을 나타내는 QRS파의 위치를, 이동 윈도우 적분을 이용하여, 추정하는 실습을 행하는 수단으로, 일반적인 이동평균 적분 식은

Figure pat00024
과 같다.The ECG peak detection mode of the ECG signal application mode is a means for performing an exercise of estimating the position of the QRS wave representing the peak point in the ECG waveforms (P, Q, R, S, and T waves) using the moving window integration. , The general moving average integral is
Figure pat00024
Is the same as

본 발명의 심전도신호 적용모드의 심전도 피크검출모드는, 심전도 미분 모드에서 출력된 제곱한 데이터를 읽어들이고, 샘플개수 입력창에서 개수를 설정하고 이동평균 필터를 설정하여 이동평균 필터링을 행하여 그결과를 출력하고, 심전도 피크(QRS)검출을 위한 문턱치를 설정하고 상기 문턱치가 초과되는 QRS가 검출되면 beep음과 함께 그래프상에 나타내도록 이루어진다. 또한 1초동안의 심전도 피크(QRS)의 수를 카운트 하여 심박수로 출력한다.The ECG peak detection mode of the ECG signal application mode of the present invention reads the squared data output from the ECG differential mode, sets the number in the sample number input window, sets the moving average filter to perform moving average filtering, and then displays the result. Outputs, sets a threshold for detecting an electrocardiogram peak (QRS), and displays a graph with a beep sound when a QRS exceeding the threshold is detected. In addition, the number of electrocardiogram peaks (QRS) during one second is counted and output as a heart rate.

맥파신호 적용모드는 맥파 전처리 모드, 맥파 미분 모드, 맥파 피크검출모드를 포함한다. The pulse wave signal application mode includes a pulse wave preprocessing mode, a pulse wave differential mode, and a pulse wave peak detection mode.

맥파신호 적용모드의 맥파 전처리 모드는 생체신호 측정부(100)로부터 검출된 맥파신호를 저장하고, 저장된 맥파 신호를 읽어들이고 주파수 버튼이 선택되면 맥파 신호의 파형의 주파수 성분을 출력하고, 필터 타입을 입력하고 저역차단주파수 또는 고역차단주파수를 입력하여 필터 버튼을 선택하면 필터링된 결과를 출력한다.The pulse wave preprocessing mode of the pulse wave signal application mode stores the pulse wave signal detected from the biosignal measurement unit 100, reads the stored pulse wave signal, outputs the frequency component of the waveform of the pulse wave signal when the frequency button is selected, and selects a filter type. Input the low pass frequency or high pass frequency and select the filter button to output the filtered result.

맥파신호 적용모드의 맥파 미분 모드는, 맥파 전처리 모드에서 필터링(대역통과된)된 심전도 신호에, 2점차동알고리즘모드, 3점 중앙 차동 알고리즘 모드, 최소자승 다항식 미분 근사식 모드중의 하나의 미분필터를 선정하여, 필터계수 입력창에서 그 미분필터의 계수를 입력하여 그 결과를 출력하며, 미분한 파형의 제곱값을 계산한 결과를 출력한다.In the pulse wave signal application mode, the pulse wave differential mode is a derivative of one of a two-point differential algorithm mode, a three-point central differential algorithm mode, and a least-squares polynomial differential approximation mode to an ECG signal filtered (bandpassed) in the pulse wave preprocessing mode. The filter is selected, the coefficient of the differential filter is input in the filter coefficient input window, and the result is output. The result of calculating the squared value of the derivative waveform is output.

맥파신호 적용모드의 맥파 피크검출모드는, 맥파 미분 모드에서 출력된 제곱한 데이터를 읽어들이고, 샘플개수 입력창에서 개수를 설정하고 이동평균 필터를 설정하여 이동평균 필터링을 행하여 그결과를 출력하고, 맥파 피크검출을 위한 문턱치를 설정하고 상기 문턱치가 초과되는 맥파 피크가 검출되면 beep음과 함께 그래프상에 나타내도록 이루어진다. 또한 1초동안의 맥파 피크의 수를 카운트 하여 심박수로 출력한다.The pulse wave peak detection mode of the pulse wave signal application mode reads the squared data output from the pulse wave differential mode, sets the number in the sample number input window, sets the moving average filter, performs moving average filtering, and outputs the result. A threshold for pulse wave peak detection is set, and when a pulse wave peak exceeding the threshold is detected, a beep sound is displayed on the graph. In addition, the number of pulse wave peaks during one second is counted and output as heart rate.

신호의 변복조 실습 모드부(290)는 신호의 변복조 실습을 위한 수단으로, 변조모드부, 복조모드부, 이중변조 모드부, 이중 복조모드부를 구비한다.The signal demodulation training mode unit 290 is a signal for demodulation demodulation exercise, and includes a modulation mode unit, a demodulation mode unit, a double modulation mode unit, and a dual demodulation mode unit.

변조모드부는 메모리부(300)에 기저장된 신호 또는 직접 만든 신호 또는 샹채신호 측정부(100)을 통해 측정된 신호를 입력신호로 하며, 캐리어 버튼이 선택되면어 캐리어 신호로서 소정의 정현파가 설정되고, AM 버튼(모듈레이션 버튼)이 선택되면 상기 입력신호에 소정의 정현파 신호(캐리어 신호)가 곱하여져 변조된 신호를 출력한다. The modulation mode unit is a signal pre-stored in the memory unit 300, or a signal made by the signal or the signal measured by the chanchae signal measuring unit 100 as an input signal, when a carrier button is selected, a predetermined sine wave is set as a carrier signal When the AM button (modulation button) is selected, a predetermined sinusoidal signal (carrier signal) is multiplied by the input signal to output a modulated signal.

복조모드부는 메모리부(300)에 기저장된 신호(변조되어 저장된 신호)를 입력신호로 하며, 디텍션 버튼을 선택하여, 상기 변조된 신호 중 0(zero)보다 작은 신호는 0(zero)으로 하며, 차단주파수와 계수값, (샘플링 주파수) 을 설정하여 필터(예로 저역통과 필터)를 설계하고, 확인버튼을 선택하면 필터링된 신호가 출력되며, 스피커를 통해 필터링된 신호를 소리로 확인할 수 있다. The demodulation mode unit uses a pre-stored signal (modulated and stored signal) as an input signal, selects a detection button, and sets a signal smaller than zero among the modulated signals to zero. Design a filter (eg low pass filter) by setting the cutoff frequency, count value and (sampling frequency), and select the OK button to output the filtered signal and check the filtered signal through the speaker.

이중변조 모드부는 두가지 생체신호, 예를들어 심전도와 산소포화도를 동시에 측정하여 저장하고, 이렇게 측정된 두가지 생체신호를 읽어들이며, 소정 정현파신호로 두가지 생체신호를 각각 변조하며, 변조된 생체신호들을 출력한다.The dual modulation mode unit simultaneously measures and stores two biosignals, for example, ECG and oxygen saturation, reads the two biosignals thus measured, modulates the two biosignals with a predetermined sine wave signal, and outputs the modulated biosignals. do.

이중 복조모드부는 첫번째 방식으로 이중 변조된 신호를 순차적으로 읽어들여 복조하는 방식으로, 메모리부(300)에 기저장된 신호(변조되어 저장된 신호)를 입력신호로 하며, 주파수 버튼을 선택하여 입력신호의 스펙트럼을 출력하고, 고역 차단주파수, 저역 차단주파수와 계수값을 설정하여 대역통과 필터를 설계하고, IFFT버튼을 선택하면 필터링된 신호가 출력되어 확인한다. The dual demodulation mode unit sequentially reads and demodulates a dual modulated signal in a first manner, and uses a signal (modulated and stored signal) previously stored in the memory unit 300 as an input signal, and selects a frequency button to Output the spectrum, design the bandpass filter by setting the high cutoff frequency, low cutoff frequency and the coefficient value, and select the IFFT button to check the filtered signal.

이중 복조모드부는 두번째 방식으로 동시에 복조하는 방식으로, 메모리부(300)에 기저장된 신호(이중 변조되어 저장된 신호)를 입력신호로 하며, 디텍션 버튼을 선택하여, 상기 변조된 신호들 중 0(zero)보다 작은 신호는 0(zero)으로 하며, 차단주파수와 계수값, (샘플링 주파수) 을 설정하여 필터(예로 저역통과 필터)를 설계하고, 확인버튼을 선택하면 필터링된 신호가 출력되며, 스피커를 통해 필터링된 신호를 소리로 확인할 수 있다. The dual demodulation mode unit simultaneously demodulates the signal in a second manner. The dual demodulation mode unit uses a pre-stored signal (double modulated and stored signal) as an input signal, selects a detection button, and selects zero (zero) among the modulated signals. Signals smaller than) are set to 0 (zero) .Design the filter (e.g., lowpass filter) by setting the cutoff frequency, counting value and (sampling frequency), and select the OK button to output the filtered signal. You can check the filtered signal by sound.

데이터 통신 실습 모드부(295)는 두 장치 상호간에 데이터를 보내고 받는 통신을 실습하기위한 수단으로, 톱니파 프로토콜모드, 생체신호 프로토콜모드, 시리얼통신 응용모드를 포함한다.The data communication training mode unit 295 is a means for practicing communication of sending and receiving data between two devices, and includes a sawtooth protocol mode, a biosignal protocol mode, and a serial communication application mode.

톱니파 프로토콜모드는 톱니파 전송버튼이 선택되고, 오픈(open) 버튼이 선택되면 통신 포트가 열리고 데이터가 수신된다. 연결되지 않은 경우 포트를 확인해달라는 메시지가 출력되면, 포트를 재설정한다. 오픈(open) 버튼이 선택된 경우, 톱니파 데이터가 전송되는 것을 출력하여 확인하고, 잡음 온(on)버튼을 눌러 잡음이 포함된 데이터가 전송되는 것을 확인할 수 있다. 스톱버튼이 선택되면 통신이 멈추고 프로토콜 데이터창에 프로토콜이 표시된다. 에러 Bit ON/OFF 버튼을 이용하여 에러 Bit를 조절하고 파일 세이브 버튼을 이용하여 표시된 프로토콜을 파일로 저장한다.In the sawtooth protocol mode, a sawtooth transmission button is selected, and when an open button is selected, a communication port is opened and data is received. If no message is displayed, reset the port. When the open button is selected, the sawtooth wave data is outputted and confirmed, and the noise on button is pressed to confirm that the data including the noise is transmitted. When the stop button is selected, communication stops and the protocol is displayed in the protocol data window. Error Bit Use the ON / OFF button to adjust the Error Bit and use the File Save button to save the displayed protocol as a file.

생체신호 프로토콜모드는 생체신호를 측정하면서 신호 전송이 가능하도록 이루어진 수단으로, 오픈(open) 버튼이 선택되면 통신 포트가 열리고 생체신호 측정부(100)를 통해 검출된 생체신호가 들어온다. 스톱버튼이 선택되면 통신이 멈추고 프로토콜 데이터창에 프로토콜이 표시된다. 표시된 프로토콜을 분석하여 출력한다. 이경우 생체신호가 심전도 일경우 HR(심박수)를 분석하며, 생체신호가 호흡신호일경우 RESP를 분석하며, 생체신호가 산소포화도일경우 SPO2를 분석한다.The biosignal protocol mode is a means configured to transmit a signal while measuring a biosignal. When an open button is selected, a communication port is opened and a biosignal detected by the biosignal measuring unit 100 is input. When the stop button is selected, communication stops and the protocol is displayed in the protocol data window. Analyze and print the displayed protocol. In this case, HR (heart rate) is analyzed when the biosignal is electrocardiogram, RESP is analyzed when the biosignal is respiratory signal, and SPO2 is analyzed when the biosignal is oxygen saturation.

시리얼통신 응용모드는 MATLAB, CEMTool을 이용하여, 시리얼 포트 열기, 데이터 받아오기, 데이터 보내기, 시리얼 포트 닫기를 행한다. Serial communication application mode uses MATLAB and CEMTool to open serial port, receive data, send data, and close serial port.

메모리부(300)는 연산처리부(200)에서 구동하기위한 기본적인 프로그램을 구비하며, 각 실습모드에 따라 사용가능한 기본적인 데이터, 예를들어 정현파 등을 구비하고 있다. 또한 연산처리부(200)에서 연산한 결과, 또는 검출된 생체신호 등을 저장한다.The memory unit 300 includes a basic program for driving in the arithmetic processing unit 200 and includes basic data that can be used according to each training mode, for example, a sine wave. In addition, the calculation result of the operation unit 200, or stores the detected bio-signals and the like.

키트 출력부(400)는 디지털 신호처리용 실험키트(90)에 장착된 출력부로서, 디지털 신호처리용 실험키트(90)를 외부 컴퓨터(사용자의 컴퓨터)(590)에 연결하지 않을 때도 연산처리 결과 등을 출력하기 위한 출력부이다. 키트 출력부(400)는 표시부를 포함할 수도 있고, 경우에 따라서는 출력 포트로 이루어질 수 있다.The kit output unit 400 is an output unit mounted on the experimental signal 90 for digital signal processing, and the arithmetic processing is performed even when the digital signal processing kit 90 is not connected to an external computer (user's computer) 590. Output section for outputting results. The kit output unit 400 may include a display unit, and in some cases, may be an output port.

통신인터페이스부(500)는 디지털 신호처리용 실험키트(90)와 외부 컴퓨터(사용자의 컴퓨터)(590)의 사이에 연결하여 디지털 연산처리 실험을 행 할 수 있도록 이루어져 있으며, 또한 디지털 신호 처리용 실험키트와 MATLAB, CEMTool, 다른 외부 컴퓨터 등과 연결하여 데이터 통신 실습을 행하도록 이루어져 있다.
The communication interface unit 500 is connected to the digital signal processing experiment kit 90 and an external computer (user's computer) 590 to perform digital computation processing experiments, and also performs digital signal processing experiments. It is designed to connect the kit with MATLAB, CEMTool, and other external computers to perform data communication exercises.

*출력부(600)는 디지털 신호처리용 실험키트(90)가 장착된 외부 컴퓨터에 구비된 출력부로, 연산처리부(200)의 연산처리결과 및 설정부(700)의 설정결과를 출력하며, 출력부(600)는 모니터, 스피커, 프린터 등으로 이루어질 수 있다. * The output unit 600 is an output unit provided in an external computer equipped with an experiment kit 90 for digital signal processing, and outputs the calculation result of the calculation processing unit 200 and the setting result of the setting unit 700, and outputs the output. The unit 600 may be formed of a monitor, a speaker, a printer, or the like.

설정부(700)는 디지털 신호처리용 실험키트(90)가 장착된 외부 컴퓨터에 구비되거나, 디지털 신호처리용 실험키트(90)에 구비될수 있으며, 연산처리부(200)의 연산처리를 위해 설정하거나, 각 실습모드에 따른 여러가지 설정을 입력하기위한 수단이다. 설정부(700)는 키보드, 터치패드 등으로 이루어질 수 있다.The setting unit 700 may be provided in an external computer equipped with an experiment kit 90 for digital signal processing, or may be provided in an experiment kit 90 for digital signal processing, or may be set for arithmetic processing of the operation processor 200. It is a means to input various settings according to each training mode. The setting unit 700 may be formed of a keyboard, a touch pad, or the like.

도 4는 도 1의 디지털 신호처리용 실험키트의 세부 구성을 도시한 상세도이고, 도 5는 도 4의 실험키트의 키트 출력부 상세 구성도이다.4 is a detailed diagram illustrating a detailed configuration of an experimental kit for digital signal processing of FIG. 1, and FIG. 5 is a detailed configuration diagram of a kit output unit of the experimental kit of FIG. 4.

본 발명의 일 실시 형태에 따른 생체신호 디지털 신호 처리용 실험키트는 생체신호 측정부(110), 디지털 신호 처리부(120), 및 통신 인터페이스부(130)를 포함하여 구성되며, 또한 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 생체신호 디지털 신호 처리용 실험키트는 키트 출력부(140)를 더 포함하여 구성된다. 또한 상기 본 발명에 의한 각 실시 형태의 실험 키트는 각 부분에 동작 전원을 공급하는 전원 공급부를 더 포함하여 구성될 수 있을 것이다. Experimental kit for biosignal digital signal processing according to an embodiment of the present invention comprises a biosignal measuring unit 110, a digital signal processing unit 120, and a communication interface unit 130, and also the other The experimental kit for biosignal digital signal processing according to the embodiment further includes a kit output unit 140. In addition, the experimental kit of each embodiment according to the present invention may be configured to further include a power supply for supplying operating power to each part.

생체신호 측정부(110)는 전기적 절연으로 구분된 심전도/호흡 측정부(111a)와 체온 측정부(111b), 가압 펌프 제어, 배기 밸브 제어, 압력 센서 입력부로 구성된 혈압 측정부(112), 및 적외선 LED 제어, 광센서 입력부로 구성된 산소 포화도 측정부(113)로 구성된다. 각 측정부(111a,111b, 112,113)에서 측정된 신호는 AD 컨버터를 통해 각각의 디지털 신호처리부(121,122)로 입력되고, 이 디지털 신호 처리부에서 통신 인터페이스부를 통해 시리얼 통신으로 외부 기기(예를 들면 컴퓨터)와 측정 자료를 공유하게 된다.The biosignal measuring unit 110 may include an electrocardiogram / breath measuring unit 111a divided by electrical insulation, a body temperature measuring unit 111b, a pressure pump control unit, an exhaust valve control unit, a pressure sensor input unit 112, and a pressure sensor input unit. It is composed of an oxygen saturation measuring unit 113 composed of an infrared LED control, an optical sensor input unit. The signals measured by the measuring units 111a, 111b, 112, and 113 are input to the respective digital signal processors 121, 122 through the AD converters, and are connected to the external device (for example, a computer) by serial communication through the communication interface unit. ) And the measurement data.

심전도/호흡 측정부(111a)는 심전도 등을 측정하기 위해 입력 종단부에 연결된 심전도 전극, 호흡 측정을 위한 임피던스 측정부, 심전도와 호흡 측정을 위한 리드 선택부, 및 증폭기를 구비한다. 심전도 전극은 임피던스 측정부와 전기적으로 전기적 절연되며 여기서 측정되는 심전도 신호는 증폭기 및 아날로그/디지털 변환기를 통해 제1 디지털 신호 처리부(121)로 전달된다. 임피던스 측정부는 심전도 전극과 전기적 절연되며 리드 선택부에 의해 선택되며 여기서 측정된 호흡 신호는 아날로그/디지털 변환기를 통해 제1 디지털 신호 처리부(121)로 전달된다.The electrocardiogram / breath measurement unit 111a includes an electrocardiogram electrode connected to an input terminal, an impedance measurer for respiration measurement, a lead selector for electrocardiogram and respiration measurement, and an amplifier for measuring an electrocardiogram and the like. The ECG electrode is electrically insulated from the impedance measuring unit, and the ECG signal measured here is transmitted to the first digital signal processor 121 through an amplifier and an analog / digital converter. The impedance measurer is electrically insulated from the ECG electrode and is selected by the lead selector, and the measured respiration signal is transmitted to the first digital signal processor 121 through an analog / digital converter.

체온 측정부 (111b)는 온도센서 입력부에 연결된 온도센서에서 측정되는 신호를 아날로그/디지털 변환기를 통해 제1 디지털 신호 처리부(121)로 전달한다. The body temperature measuring unit 111b transmits the signal measured by the temperature sensor connected to the temperature sensor input unit to the first digital signal processing unit 121 through an analog / digital converter.

혈압 측정부(112)는 커프에 연결된 배기밸브와 가압펌프, 밸브와 펌프의 동작 제어를 위한 배기 밸브 제어부와 가압 펌프 제어부, 및 혈압 측정을 위한 압력 센서와 압력센서 입력부를 구비한다. 이 압력센서 입력부에서 측정된 혈압 신호는 아날로그/디지털 변환기를 통해 제2 디지털 신호 처리부(122)로 전달된다.The blood pressure measuring unit 112 includes an exhaust valve and a pressure pump connected to the cuff, an exhaust valve control unit and a pressure pump control unit for controlling the operation of the valve and the pump, and a pressure sensor and a pressure sensor input unit for blood pressure measurement. The blood pressure signal measured by the pressure sensor input unit is transmitted to the second digital signal processor 122 through an analog / digital converter.

산소 포화도 측정부(113)는 혈중 산소 포화도 측정을 위한 적외선 LED 제어부와 광센서 입력부로 구성된다. 이 광센서 입력부에서 측정된 산소포화도 신호는 아날로그/디지털 변환기를 통해 제2 디지털 신호 처리부(122)로 전달된다.The oxygen saturation measuring unit 113 is composed of an infrared LED control unit and an optical sensor input unit for measuring oxygen saturation in the blood. The oxygen saturation signal measured by the optical sensor input unit is transmitted to the second digital signal processor 122 through an analog / digital converter.

디지털 신호 처리부(120)는 심전도와 호흡의 측정 및 신호 처리를 위한 제1 디지털 신호 처리부(121)와, 혈중 산소 포화도와 혈압의 측정 및 신호 처리를 위한 제2 디지털 신호 처리부(122)로 구성된다.The digital signal processor 120 includes a first digital signal processor 121 for measuring ECG and respiration and signal processing, and a second digital signal processor 122 for measuring blood oxygen saturation and blood pressure and signal processing. .

제1 디지털 신호 처리부(121)는 심전도/호흡 측정부(111a)와 체온 측정부(111b)에서 각각 측정된 생체신호의 디지털 처리를 위한 아날로그/디지털 변환기와 제1 신호 처리부로 구성되고, 제1 신호 처리부는 통신 인터페이스부(130)에 전기적으로 절연된 상태에서 통신 가능하게 연결된다.The first digital signal processor 121 includes an analog / digital converter and a first signal processor for digital processing of the bio signals measured by the ECG / breath measuring unit 111a and the body temperature measuring unit 111b, respectively. The signal processor is communicatively connected to the communication interface 130 in an electrically insulated state.

제2 디지털 신호 처리부(122)는 혈압 측정부(112) 및 산소 포화도 측정부(113)에서 각각 측정된 생체신호의 디지털 처리를 위한 아날로그/디지털 변환기와 제2 신호 처리부로 구성되고, 제2 신호 처리부는 통신 인터페이스부(130)와 연결되며 혈중 산소 포화도와 혈압 측정을 위한 적외선 LED의 제어, 가압 펌프의 제어, 배기 밸브의 제어신호를 각 측정부로 제공한다.The second digital signal processor 122 includes an analog / digital converter and a second signal processor for digital processing of the bio signals measured by the blood pressure measuring unit 112 and the oxygen saturation measuring unit 113, respectively. The processor is connected to the communication interface 130 and provides control signals of infrared LEDs for measuring blood oxygen saturation and blood pressure, control of a pressure pump, and a control valve of an exhaust valve to each measurement unit.

제1 디지털 신호 처리부(121)와 제2 디지털 신호 처리부(122)는 연산처리부(200)에 포함된다.The first digital signal processor 121 and the second digital signal processor 122 are included in the operation processor 200.

한편, 상기 제1 디지털 신호 처리부 및 제2 디지털 신호 처리부에는 측정된 생체신호를 이용한 디지털 신호 처리 실험 프로세스가 탑재된다. 이 디지털 신호 처리 실험 프로세스는 측정된 생체신호에 대한 콘볼루션, FFT, IFFT, 샘플링, FIR 필터, IIR 필터, 변조, 복조 등의 다양한 신호 처리 프로세스 등이다. 또는 이 디지털 신호 처리 실험 프로세스는 외부 컴퓨터(590)에 장착된 연산처리부(미도시)일 수도 있다.The first digital signal processor and the second digital signal processor are equipped with a digital signal processing experiment process using the measured bio signals. This digital signal processing experiment process includes various signal processing processes such as convolution, FFT, IFFT, sampling, FIR filter, IIR filter, modulation, and demodulation on measured biosignals. Alternatively, the digital signal processing experiment process may be an arithmetic processing unit (not shown) mounted on the external computer 590.

통신 인터페이스부(130)는 디지털 신호 처리부에서 디지털 처리된 각 생체신호들의 유/무선 전송을 위한 통신 인터페이스를 수행하며, 예를 들면 측정된 생체신호를 시리얼 통신으로 퍼스널 컴퓨터 등에 전송하기 위한 통신 프로토콜을 수행하는 USB 포트 등의 인터페이스 수단으로 구성된다. 통신 인터페이스부(130)는 도 1의 통신 인터페이스부(500)와 동일한 것이다.The communication interface unit 130 performs a communication interface for wired / wireless transmission of the bio signals digitally processed by the digital signal processing unit. For example, the communication interface 130 may provide a communication protocol for transmitting the measured bio signals to a personal computer through serial communication. It consists of interface means such as a USB port to perform. The communication interface unit 130 is the same as the communication interface unit 500 of FIG. 1.

키트 출력부(140)는 생체신호 측정부(110)의 각 센서에서 검출되는 생체신호를 디지털 변환되기 이전의 아날로그 형태로 각각 출력하기 위한 다수의 아날로그 출력단자를 포함하여 구성된다. 이들 각각의 출력단자는 도 3에 도시된 바와 같이 혈중 산소포화도 측정을 위해 수광 센서로 유입되는 적외광 검출 신호가 출력되는 적외광 신호 출력단(141), 혈중 산소포화도 측정을 위해 수광 센서로 유입되는 적색광 검출 신호가 출력되는 적색광 신호 출력단(142), 배기 밸브와 가압 펌프 제어를 위한 펄스폭 변조 신호가 출력되는 PWM 출력단(143), 심전도 측정신호의 증폭신호가 출력되는 ECG 출력단(144), 혈압 측정 중에 발생하는 압력 진동 신호가 출력되는 혈압 진동신호 출력단(145), 혈압 측정신호가 출력되는 혈압 측정신호 출력단(146), 체온 측정을 위한 서미스터 분배전압이 출력되는 체온신호 출력단(147), 호흡시 발생되는 생체 임피던스의 변화신호가 출력되는 호흡신호 출력단(148) 등을 포함하여 구성된다. 키트 출력부(140)는 도 1의 키트 출력부(400)와 동일한 것이다.The kit output unit 140 includes a plurality of analog output terminals for outputting the bio signals detected by the sensors of the bio signal measuring unit 110 in analog form before digital conversion. Each of these output terminals is an infrared light signal output terminal 141 that outputs an infrared light detection signal flowing into a light receiving sensor for measuring oxygen saturation in blood as shown in FIG. 3, and red light flowing into the light receiving sensor for measuring oxygen saturation in blood. Red light signal output stage 142 outputting the detection signal, PWM output stage 143 outputting the pulse width modulation signal for controlling the exhaust valve and pressure pump, ECG output stage 144 outputting the amplification signal of the ECG measurement signal, blood pressure measurement Blood pressure vibration signal output stage 145 to output a pressure vibration signal generated during the operation, blood pressure measurement signal output stage 146 to output blood pressure measurement signal, body temperature signal output stage 147 to output thermistor distribution voltage for body temperature measurement, and when breathing And a respiratory signal output stage 148 for outputting a change signal of the generated biological impedance. Kit output unit 140 is the same as the kit output unit 400 of FIG.

출력부(600)는 통신 인터페이스부(130)를 통해 전송되는 생체 정보를 여러 가지 형태로 실시간 신호 처리하고 분석하여 그 분석 결과들을 표시하는 동작을 수행한다. 또한 이 표시부는 저장수단을 더 구비하여 상기 실시간 분석 결과들을 저장하도록 구현될 수도 있다. 이러한 구성의 표시부는 시리얼 통신 가능하게 연결된 외부 기기의 표시수단으로 구현될 수도 있으며, 실험 키트 자체에 구비되는 표시수단으로 구현될 수도 있다. 다만, 본 발명에서는 외부 기기의 표시수단으로 구현된 상태를 예로 들어 설명하나 이에 한정되는 것은 아니다.The output unit 600 processes and analyzes the biometric information transmitted through the communication interface 130 in various forms in real time and displays the results of the analysis. In addition, the display unit may further include a storage unit to be implemented to store the real-time analysis results. The display unit of such a configuration may be implemented as display means of an external device connected to serial communication, or may be implemented as display means provided in the experiment kit itself. However, in the present invention, a state implemented as a display means of an external device is described as an example, but is not limited thereto.

도 6은 본 발명에 의한 실험 키트에서 생체신호를 이용한 디지털 신호 처리 실험 과정을 개략적으로 설명하기위한 동작 순서도이고, 도 7은 본 발명에 의한 실험키트로 수행 가능한 디지털 신호처리 방법들을 예시한 참고도이다.FIG. 6 is an operation flowchart schematically illustrating a digital signal processing experiment process using a biosignal in an experiment kit according to the present invention, and FIG. 7 is a reference diagram illustrating digital signal processing methods that can be performed as an experiment kit according to the present invention. to be.

초기화 단계로, 디지털 신호처리용 실험키트(90)를 USB 포트 등의 통신 인터페이스부(500)를 통해 외부 컴퓨터(590)과 연결하고(S101), 디지털 신호처리용 실험키트(90)의 구동 프로그램, 즉 디지털 신호 처리 실험 프로그램을 실행한다(S102). 즉, 디지털 신호처리용 실험키트(90)의 연산처리부(200)는 메모리부(300)으로부터 구동 프로그램, 즉 디지털 신호 처리 실험 프로그램을 읽어들이고, 실습에 필요한 상태로 초기화한다.In the initializing step, the experiment kit 90 for digital signal processing is connected to an external computer 590 through a communication interface 500 such as a USB port (S101), and the driving program of the experiment kit 90 for digital signal processing is performed. That is, the digital signal processing experiment program is executed (S102). That is, the arithmetic processing unit 200 of the digital signal processing experiment kit 90 reads a drive program, that is, a digital signal processing experimental program, from the memory unit 300 and initializes it to a state necessary for practice.

분석방법 설정단계로, 측정을 원하는 생체신호에 대한 분석 방법을 선택한다(S103). 즉, 도 7과 같은, 디지털 신호처리용 실험키트(90)의 분석방법 중 하나가 선택되어 지는 것을 디지털 신호처리용 실험키트(90)의 연산처리부(200)는 기다린다.As an analysis method setting step, an analysis method for a biological signal to be measured is selected (S103). That is, the arithmetic processing unit 200 of the digital signal processing experimental kit 90 waits for one of the analysis methods of the digital signal processing experimental kit 90 to be selected as shown in FIG. 7.

생체신호 측정단계로, 선택된 분석방법이 생체신호의 측정을 필요로 한다면, 인체에 센서를 부착하고(S104), 생체신호 측정부(100)에서 원하는 생체신호의 측정이 이루어지면 그 측정된 생체신호 데이터를 수신한다(S105). 이경우, 심전도(ECG), 혈압(NIBP), 호흡(RESP), 혈중 산소포화농도(SpO2), 체온(TEMP) 중에서 원하는 생체신호에 따라 알맞는 센서를 부착하여 생체신호를 검출할 수 있게 한다. 즉, 디지털 신호처리용 실험키트(90)의 연산처리부(200)는 생체신호 측정부(100)로부터 검출된 생체신호를 수신한다.In the biosignal measurement step, if the selected analysis method requires the measurement of the biosignal, the sensor is attached to the human body (S104), and the measurement of the desired biosignal is performed in the biosignal measuring unit 100 and the measured biosignal is measured. Receive the data (S105). In this case, the ECG, blood pressure (NIBP), respiration (RESP), blood oxygen saturation (SpO2), body temperature (TEMP) of the appropriate sensor according to the desired biosignals to attach the appropriate biosignals can be detected. That is, the calculation processing unit 200 of the digital signal processing experiment kit 90 receives the biosignal detected from the biosignal measuring unit 100.

디지탈 신호처리단계로, 디지털 신호처리용 실험키트(90)의 연산처리부(200는 수신된 생체신호를 이용하여 분석방법 설정단계(S103)에서 설정된 분석방법에 따라 디지털 신호 처리 실험을 실시한다(S106). In the digital signal processing step, the calculation processing unit 200 of the digital signal processing experiment kit 90 performs the digital signal processing experiment according to the analysis method set in the analysis method setting step S103 by using the received biosignal (S106). ).

디지털 신호처리용 실험키트(90)의 연산처리부(200는 디지탈 신호처리단계(S106)에서 분석한 결과의 데이터를 출력부(600) 또는 키트 출력부(400)으로 출력하여 플로팅한다(S107). The arithmetic processing unit 200 of the experiment kit 90 for digital signal processing outputs and plots the data of the result analyzed in the digital signal processing step S106 to the output unit 600 or the kit output unit 400 (S107).

종료여부 판단단계로, 후속 실험이 있는지 여부를 체크하고(S108), 있다면 분석방법 설정단계(S103)로 돌아가 후속 실험을 하게 되며, 후속 실험이 없다면 종료한다(S108).As a determination of whether or not to end, it is checked whether there is a subsequent experiment (S108), and if so, the method returns to the analysis method setting step (S103) and performs a subsequent experiment, and if there is no subsequent experiment, it ends (S108).

도 7에서 본 발명의 실험키트로 수행 가능한 디지털 신호처리 방법들은, 생체신호 획득(S201), 푸리에 급수 및 프리에 변환(S202), 신호의 시간영역 표현(S203), 신호의 주파수 영역 표현(S204), 샘플링 이산시간 콘볼루션(S205), 디지탈 필터설계의 기초(S206), FIR필터 정밀설계(창함수를 이용한 FIR필터)(S207), IIR필터 정밀설계(창함수를 이용한 IIR필터)(S208), 필터응용(피크검출)(S209), 신호의 변복조데이터 통신(S210), 데이터 통신(S211)을 포함한다.In FIG. 7, the digital signal processing methods that can be performed as the experimental kit of the present invention include obtaining a biosignal (S201), a Fourier series and a Fourier transform (S202), a time domain representation of a signal (S203), and a frequency domain representation of a signal (S204). Sampling Discrete-Time Convolution (S205), Digital Filter Design Basics (S206), FIR Filter Precision Design (FIR Filter Using Window Function) (S207), IIR Filter Precision Design (IIR Filter Using Window Function) (S208) Filter application (peak detection) (S209), signal modulation / demodulation data communication (S210), and data communication (S211).

여기서, 생체신호 획득(S201)방법은 연산처리부(200)의 생체신호 검출 실습 모드부(210)에서 행하여 지는 실습을 말하며, 푸리에 급수 및 프리에 변환(S202)는 연산처리부(200)의 신호원리 실습 모드부(220)에서 행하여 지는 실습을 말하며, 신호의 시간영역 표현(S203)는 연산처리부(200)의 신호와 시스템의 시간영역 표현 실습 모드부(230)에서 행하여 지는 실습을 말하며, 신호의 주파수 영역 표현(S204), 연산처리부(200)의 신호와 시스템의 주파수영역 표현 실습 모드부(240)에서 행하여 지는 실습을 말하며, 샘플링 이산시간 콘볼루션(S205)는 연산처리부(200)의 샘플링 실습모드부(250)에서 행하여 지는 실습을 말하며, 디지탈 필터설계의 기초(S206)는 연산처리부(200)의 필터 기초 실습 모드부(260)에서 행하여 지는 실습을 말하며, FIR필터 정밀설계(창함수를 이용한 FIR필터)(S207)는 연산처리부(200)의 FIR 필터 실습 모드부(270)에서 행하여 지는 실습을 말하며, IIR필터 정밀설계(창함수를 이용한 IIR필터)(S208)는 연산처리부(200)의 IIR 필터 실습 모드부(280)에서 행하여 지는 실습을 말하며, 필터응용(피크검출)(S209)는 연산처리부(200)의 필터응용 실습 모드부(285)에서 행하여 지는 실습을 말하며, 신호의 변복조데이터 통신(S210)는 연산처리부(200)의 신호의 변복조 실습 모드부(290)에서 행하여 지는 실습을 말하며, 데이터 통신(S211)는 연산처리부(200)의 데이터 통신 실습 모드부(295)에서 행하여 지는 실습을 말한다.Here, the method of obtaining the biosignal (S201) refers to an exercise performed by the biosignal detection training mode unit 210 of the arithmetic processing unit 200, and the Fourier series and the Fourier transform (S202) are the signal principle training of the arithmetic processing unit 200. Refers to the practice performed in the mode unit 220, the time domain representation of the signal (S203) refers to the practice performed in the signal of the processing unit 200 and the time domain representation practice mode unit 230 of the system, the frequency of the signal The domain representation (S204), the signal of the calculation processing unit 200 and the frequency domain representation training mode of the system practice practice 240, the sampling discrete time convolution (S205) is a sampling training mode of the computation processing unit 200 Refers to the practice performed in the unit 250, the basic (S206) of the digital filter design refers to the practice performed in the filter basic training mode unit 260 of the calculation processing unit 200, FIR filter precision design (using the window function FIR filter (S207) refers to the practice to be performed in the FIR filter training mode unit 270 of the calculation processing unit 200, IIR filter precision design (IIR filter using a window function) (S208) IIR filter of the calculation processing unit 200 The practice performed in the training mode unit 280, and the filter application (peak detection) (S209) refers to the practice performed in the filter application training mode unit 285 of the calculation processing unit 200, and the modulation and demodulation data communication of the signal ( S210 refers to an exercise performed in the modulation / demodulation exercise mode unit 290 of the signal of the arithmetic processing unit 200, and data communication S211 refers to an exercise performed in the data communication training mode unit 295 of the arithmetic processing unit 200. Say.

이하, 연산처리부(200)의 각 모드부에 의해 진행되는 본 발명의 실험키트에서의 디지털 신호처리 방법을 설명한다.Hereinafter, a digital signal processing method in an experimental kit of the present invention, which is performed by each mode unit of the calculation processing unit 200, will be described.

도 8은 도 2의 연산처리부의 생체신호 검출 실습 모드부를 설명하기위한 설명도이다.FIG. 8 is an explanatory diagram for describing a biosignal detection training mode unit of the arithmetic processing unit of FIG. 2.

생체신호 검출 실습 모드부(210)는 각 실습방법을 적용하기에 앞서, 필요에 따라, 생체신호를 검출하는 것으로, 생체신호 검출 실습 모드부(210)는 심전도(ECG), 혈압(NIBP), 호흡(RESP), 혈중 산소포화농도(SpO2), 체온(TEMP) 들의 생체신호를 검출하도록 이루어진다.Prior to applying each training method, the biosignal detection training mode unit 210 detects a biosignal as needed. The biosignal detection training mode unit 210 may include an electrocardiogram (ECG), a blood pressure (NIBP), It is made to detect biological signals of respiration (RESP), blood oxygen saturation concentration (SpO2), and body temperature (TEMP).

생체신호 검출 실습 모드부(210)는 생체신호측정부(100)로부터 검출된 생체신호를 수신하여, 키트 출력부(400)로 출력하고, 통신인터페이스부(500)를 통해 출력부(600)로 출력하며, 경우에 따라 설정에 의해 메모리부(300)에 저장한다.The biosignal detection training mode unit 210 receives the biosignal detected from the biosignal measurement unit 100, outputs the biosignal to the kit output unit 400, and outputs the biosignal to the output unit 600 through the communication interface 500. Output to the memory unit 300 in some cases.

도 9은 도 2의 연산처리부의 신호원리 실습 모드부를 설명하기위한 설명도이다.9 is an explanatory diagram for illustrating a signal principle training mode unit of the arithmetic processing unit of FIG. 2.

신호원리 실습 모드부(220)는 푸리에급수, 푸리에 변환에 대한 실습을 하도록 이루어진 수단으로, 푸리에급수과 푸리에 변환 중 하나를 선정하고, 설정에 따라, 메모리부(300)에 기 저장된 파형을 이용하여 실습을 하거나, 생체신호를 검출하여 검출된 생체신호를 이용하여 실습을 하도록 이루어진다.The signal principle training mode unit 220 is a means for practicing Fourier series and Fourier transform. The signal principle training mode unit 220 selects one of Fourier series and Fourier transform, and uses a waveform previously stored in the memory unit 300 according to a setting. Or by detecting a bio-signal and practicing using the detected bio-signal.

푸리에 급수의 실습을 행할 경우, 고조파 실험 또는 음성합성실험을 통해 푸리에 급수관련 실습을 행할 수 있다.When practicing Fourier series, Fourier series can be performed through harmonic experiments or speech synthesis experiments.

고조파 실험을 통하여 푸리에 급수관련 실습을 행할 경우, 고조파 실험은 사용자가 구형파의 푸리에 급수 계수 구하기를 행하여, 계수입력후, 사용자가 n(고조파의 차수)의 값을 설정하여, 정현파를 선형적으로 조합시킴에 의해 소정 파형을 형성하게 되며, 이를 키트 출력부(400) 또는 출력부(600)로 출력하게 된다.When performing Fourier series-related exercises through harmonic experiments, harmonic experiments combine the sine waves linearly by setting the value of n (order of harmonics) after the user enters the coefficients, after the user enters the Fourier series coefficients of the square wave. By forming a predetermined waveform, it is output to the kit output unit 400 or output unit 600.

음성합성실험을 통하여 푸리에 급수관련 실습을 행할 경우, 데이터 개수,F값,계수a와 b의 값을 설정하고, 정현파를 선형적으로 조합시킴에 의해 소정 파형을 형성하게 되며, 이를 스피커(미도시), 키트 출력부(400) 또는 출력부(600)로 출력하여, 합성된 정편파의 주파수를 확인하고, 합성파의 사운드를 확인한다.When performing Fourier series-related exercises through speech synthesis experiments, a predetermined waveform is formed by setting the number of data, the value of F, the coefficients a and b, and combining the sinusoids linearly. ) And outputs to the kit output unit 400 or the output unit 600 to check the frequency of the synthesized regular polarized wave, and to check the sound of the synthesized wave.

푸리에 변환은 주파수 성분확인 실험과 생체신호 측정을 통한 실험을 통해 실습할 수 있도록 이루어져 있다.Fourier transform can be practiced through frequency component identification experiments and experiments by measuring biological signals.

주파수 성분확인 실험은 주파수 성분 확인 버튼을 선택하여 구형파의 주파수 성분식확인을 위한 주파수 성분을 확인시키기 위한 그래프 또는 데이터를 키트 출력부(400) 또는 출력부(600)로 출력하며, 사용자가 설정부(700)를 통해 입력한 시간(T)와 주파수 범위(f)의 값을 수신하여 그 설정에 따른 푸리에변환된 그래프 또는 데이터를 키트 출력부(400) 또는 출력부(600)로 출력하여 사용자가 주파수 영역을 확인하게 한다. 결과적으로 시간과 주파수 범위에 따른 주파수 성분을 확인할 수 있게 된다.In the frequency component checking experiment, a frequency component checking button is selected to output a graph or data for checking the frequency component for checking the square frequency equation of the square wave to the kit output unit 400 or the output unit 600, and the user sets the unit. Receive the values of the time (T) and the frequency range (f) input through the 700 and outputs the Fourier transformed graph or data according to the setting to the kit output unit 400 or output unit 600 to the user Check the frequency domain. As a result, the frequency component over time and frequency range can be identified.

생체신호 측정방법을 통한 실험은 사용자가 측정하여 기저장된 생체신호를 메모리부(300)을 통하여 읽어들이거나 생체신호측정부(100)로부터 검출된 생체신호를 수신하고, 주파수 성분 확인 버튼을 선택되면 구형파의 주파수 성분식확인을 위한 주파수 성분을 확인시키기 위한 그래프 또는 데이터를 키트 출력부(400) 또는 출력부(600)로 출력하며, 사용자가 설정부(700)를 통해 입력한 시간(T)와 주파수 범위(f)의 값을 입력하면 그 설정에 따른 푸리에변환된 그래프 또는 데이터를 키트 출력부(400) 또는 출력부(600)로 출력하여 사용자가 주파수 영역을 확인하게 한다.In the experiment using the biosignal measuring method, when a user measures and reads previously stored biosignals through the memory unit 300 or receives a biosignal detected from the biosignal measuring unit 100 and selects a frequency component check button, Outputs a graph or data for checking the frequency component for the frequency component equation of the square wave to the kit output unit 400 or the output unit 600, and the time (T) input by the user through the setting unit 700 and When the value of the frequency range f is input, the Fourier transformed graph or data according to the setting is output to the kit output unit 400 or the output unit 600 so that the user checks the frequency domain.

도 10은 도 2의 연산처리부의 신호와 시스템의 시간영역 표현 실습 모드부를 설명하기위한 설명도이다.FIG. 10 is an explanatory diagram for describing a signal of the arithmetic processing unit of FIG. 2 and a time domain representation training mode unit of the system.

신호와 시스템의 시간영역 표현 실습 모드부(230)를 이용하여 연속신호 콘볼루션 또는 콘볼루션을 이용한 회로해석관련 실습을 행할 수 있다.The time domain representation training mode 230 of the signal and the system may be used to perform continuous signal convolution or circuit analysis-related exercises using convolution.

연속신호 콘볼루션 실습에 있어서, 신호와 시스템의 시간영역 표현 실습 모드부(230)는 설정부(700)에서 설정한 블랙박스의 시스템 신호를 수신하고, 사용자가 선택한 입력신호(메모리부(300)에 저장된 신호, 측정된 생체신호, 사용자가 수식 등으로 정의한 신호)와 수학식 2와 같이 콘볼루션하여 출력하도록 이루어진다. 이 모드부의 구동시, 출력부(600)상에 블랙박스가 표시되며, 블랙박스 입력단에 입력신호를 설정부(700)을 통해 설정하도록 이루어진다. In the continuous signal convolution exercise, the time domain representation training mode unit 230 of the signal and the system receives the system signal of the black box set by the setting unit 700, and the user selects an input signal (memory unit 300). Stored in the signal, a measured bio-signal, a signal defined by a user, etc.) and the output by convolution as shown in Equation 2. When the mode unit is driven, a black box is displayed on the output unit 600, and the input signal is set at the black box input terminal through the setting unit 700.

콘볼루션을 이용한 회로해석실습에 있어서, 신호와 시스템의 시간영역 표현 실습 모드부(230)는 RL회로 또는 RC회로를 해석할 수 있다.In the circuit analysis practice using convolution, the time domain representation training mode unit 230 of the signal and the system may analyze the RL circuit or the RC circuit.

콘볼루션을 이용한 RC회로 해석실습모드가 선택된 경우에 있어서, 저항(R)과 커패시터(C)의 직렬회로 양단에 입력(전원) vi(t)=VIN[V]가 인가될때, 커패시터(C)에 걸린 전압(출력) vout(t)을 구하고자 하면, 단 커패시터(C)의 초기전압은 0라 하면, 이 회로의 임펄스 응답

Figure pat00025
으로, 설정된 입력전원 VIN[t]에 따라 vout(t)에서 각각 입력에 따른 출력전압을 그래프 또는 수식으로 나타내어 키트 출력부(400) 또는 출력부(600)로 출력한다. In the case of the RC circuit analysis practice mode using convolution, when the input (power) v i (t) = V IN [V] is applied across the series circuit of the resistor (R) and the capacitor (C), the capacitor ( If we want to find the voltage (output) v out (t) applied to C), but the initial voltage of capacitor (C) is 0, impulse response of this circuit
Figure pat00025
In accordance with the set input power V IN [t], the output voltage according to the input at v out (t), respectively, is represented by a graph or a formula and output to the kit output unit 400 or the output unit 600.

콘볼루션을 이용한 RL회로 해석실습모드가 선택된 경우에 있어서, 저항(R)과 인덕터(L)의 직렬회로 양단에 입력(전원) vi(t)=[u(t)-u(t-1)][V]이 인가될때, 인덕터(L)에 흐르는 전류(출력) i(t)을 구하고자 하면, 단 인덕터(L)의 초기전압은 0라 하면, 이 회로의 임펄스 응답

Figure pat00026
가 되므로, 설정된 입력전원 VIN[t]에 따라 i(t)에서 각각 입력에 따른 출력전류을 그래프 또는 수식으로 나타내어 키트 출력부(400) 또는 출력부(600)로 출력한다. RL Circuit Analysis Using Convolution When the practice mode is selected, the input (power supply) across the series circuit of the resistor (R) and the inductor (L) v i (t) = [u (t) -u (t-1 )] [V], when the current (output) i (t) flowing in the inductor L is to be obtained, but the initial voltage of the inductor L is 0, the impulse response of this circuit
Figure pat00026
Therefore, according to the set input power V IN [t], the output current according to the input in i (t), respectively, as a graph or a formula to output to the kit output unit 400 or output unit 600.

도 11은 도 2의 연산처리부의 신호와 시스템의 주파수영역 표현 실습 모드부를 설명하기위한 설명도이다.FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining a signal processing unit of FIG. 2 and a frequency domain representation training mode unit of the system; FIG.

신호와 시스템의 주파수영역 표현 실습 모드부(240)는 여러가지 신호와 시스템의 주파수 영역 표현을 실습하도록 이루어져 있으며, 구형파 신호와 시스템관련 실습 또는 생체신호와 시스템관련 실습을 행할 수 있다.Frequency domain representation training mode of the signal and the system 240 is configured to practice the frequency domain representation of the various signals and systems, and can perform a square wave signal and system-related exercises or bio-signal and system-related exercises.

구형파 신호와 시스템관련 실습은 프리에 변환 이해실험과 가상신호를 이용한 시스템 이해 실험을 행할 수 있도록 이루어져 있다.The square wave signal and system related exercises are designed to perform the experiment of understanding the transformation of the pre-transformation and the system understanding experiment using the virtual signal.

프리에 변환 이해실험은, 신호와 시스템의 주파수영역 표현 실습 모드부(240)에서 합성파 형성모드와 합성파 스페트럼 확인 모드가 있으며, 합성파 형성모드에 있어서, 각기 다른 소정의 주파수 범위를 갖는 제1신호, 제2신호, 제3신호 등이 임력되고, 합성파 버튼이 선택되면, 제1신호, 제2신호, 제3신호 등을 합성하여 그래프 또는 수식으로 나타내어 키트 출력부(400) 또는 출력부(600)로 출력하며, 메모리부(300)으로 출력한다.In the experiment of understanding the conversion of the signals, the frequency domain representation training mode 240 of the signal and the system includes a synthesized wave formation mode and a synthesized wave spectrum confirmation mode, and each of the synthesized wave formation modes has different predetermined frequency ranges. When the first signal, the second signal, the third signal, and the like are input, and the synthesized wave button is selected, the first signal, the second signal, the third signal, etc. are synthesized and represented by a graph or a formula to output the kit output unit 400 or output. Output to the unit 600, output to the memory unit 300.

합성파 스페트럼 확인 모드에 있어서, 데이터입력 버튼을 선택하면, 합성파 형성모드에서 생성된 합성파를 읽어 들이며 그 스펙트럼을 출력하며, 필터 타입 중 LPF, BPF 등 중 하나의 버튼이 선택되고 차단주파수를 설정하면, 필터링하여 키트 출력부(400) 또는 출력부(600)로 출력한다.In the composite wave spectrum check mode, when the data input button is selected, the synthesized wave generated in the composite wave forming mode is read and the spectrum is output. One of the filter types, one of LPF and BPF, is selected and the cutoff frequency is selected. If set, the filtered output to the kit output unit 400 or output unit 600.

가상신호를 이용한 시스템 이해 실험은, 가상신호를 생성하고, 주파수 버튼이 선택되면 상기 가상신호의 주파수 성분을 출력하고, 저역통과 필터, 고역통과 필터, 대역통과 필터, 대역저지 필터 들 중 하나의 필터 타입이 선정되고 차단 주파수가 입력되어 필터가 설계되면 필터링을 행하고 그 결과를 키트 출력부(400) 또는 출력부(600)로 출력한다.In the system understanding experiment using the virtual signal, the virtual signal is generated, and when the frequency button is selected, the frequency component of the virtual signal is output, and one of the low pass filter, the high pass filter, the band pass filter, and the band stop filter. When the type is selected and the cutoff frequency is input and the filter is designed, filtering is performed and the result is output to the kit output unit 400 or the output unit 600.

생체신호와 시스템관련 실습은 여러가지 생체신호를 이용한 시스템을 이해시키기위한 실험으로, 음성외 기타 생체신호에서 노이즈 제거관련 실습과, 녹음된 음성을 이용한 실습을 포함한다.Biological signal and system related exercises are experiments to understand the system using various biosignals, and include the practice of removing noise from voice and other biological signals, and using recorded voice.

음성외 기타 생체신호에서 노이즈 제거관련 실습은, 심전도, 호흡수, 산소포화도 중에 선택된 하나의 신호가 잡음(예를 들어 전원 잡음, 무빙 아티팩트)이 포함된 신호를 생체신호 측정부(100)를 통해 수신하고, 주파수 버튼이 선택되면 상기 신호의 주파수 성분을 출력하고, 저역통과 필터, 고역통과 필터, 대역통과 필터, 대역저지 필터 들 중 하나의 필터 타입과 차단 주파수가 입력되어 필터가 설정되면 필터링을 행하고 그 결과를 키트 출력부(400) 또는 출력부(600)로 출력한다.In the practice of removing noise from voice signals other than voice, one signal selected from electrocardiogram, respiratory rate, and oxygen saturation is a signal including noise (for example, power supply noise and moving artifact) through the biosignal measurement unit 100. When the frequency button is selected, the frequency component of the signal is output, and one filter type and a cutoff frequency of the low pass filter, the high pass filter, the band pass filter, and the band stop filter are input to filter the filter. And output the result to the kit output unit 400 or the output unit 600.

녹음된 음성을 이용한 실습은, 소정 샘플링 주파수을 가지며 소정 기록시간동안 음성신호를 생체신호 측정부(100)를 통해 수신하며, 저역통과 필터, 고역통과 필터, 대역통과 필터, 대역저지 필터 들 중 하나의 필터 타입과 차단 주파수가 입력되어 필터가 설정되면, 수신된 음성신호의 필터링을 행하고 그 결과를 키트 출력부(400) 또는 출력부(600)로 출력하며, 또한 스피커(미도시)를 통해 필터링되기전 음성과 필터링된 후의 음성을 출력한다.The practice using the recorded voice has a predetermined sampling frequency and receives a voice signal through the biosignal measuring unit 100 for a predetermined recording time, and includes one of a low pass filter, a high pass filter, a band pass filter, and a band stop filter. When the filter type and the cutoff frequency are input and the filter is set, the received voice signal is filtered and the result is output to the kit output unit 400 or the output unit 600, and also filtered through a speaker (not shown). Outputs the previous voice and the filtered voice.

도 12는 도 2의 연산처리부의 샘플링 실습모드부를 설명하기위한 설명도이다.FIG. 12 is an explanatory diagram for illustrating a sampling training mode unit of the arithmetic processing unit of FIG. 2.

샘플링 실습모드부(250)에서는 샘플링 정리관련 실습과 콘볼루션관련 실습을 포함한다.The sampling training mode unit 250 includes training related to sampling theorem and training related to convolution.

샘플링 정리관련 실습은 샘플링 실습과 양자화 관련 실습을 포함하며, 샘플링 실습은, 메모리부(300)으로부터 읽어들인 기 저장된 정현파 파형 또는 생체신호 측정부(100)을 통해 수신된 생체신호를 입력신호로 하고, 신호 버튼이 선택되면 입력신호의 스페트럼을 출력하며, 나이키스트 샘플링률을 고려하여 샘플링 주파수를 달리 설정하고 샘플링 버튼이 입력되면, 샘플링 주파수가 다른 각 입력신호의 스펙트럼을 출력한다. 예를들어 샘플링 주파수가 28, 64, 32,16Hz데이터 비교할 수 있다. 또한 이 모드에서는 샘플링 레이트, 주파수, 진폭의 값을 입력하고 입력신호의 왜곡정도를 살펴볼 수 있으며, 이에 따라 샘플링 주파수를 높이거나 낮추는 등 달리 설정할 수 있다.Sampling theorem-related exercises include sampling and quantization-related exercises. Sampling exercises include the pre-stored sine wave waveform or biosignal received through the biosignal measurement unit 100 as an input signal. When the signal button is selected, the spectrum of the input signal is output. The sampling frequency is set differently in consideration of the Nyquist sampling rate, and when the sampling button is input, the spectrum of each input signal having a different sampling frequency is output. For example, a sampling frequency of 28, 64, 32, 16 Hz data can be compared. In this mode, you can enter the sampling rate, frequency, and amplitude values and look at the distortion level of the input signal.

양자화 관련 실습은, 메모리부(300)으로부터 읽어들인 기 저장된 파형 또는 생체신호 측정부(100)을 통해 수신된 생체신호를 입력신호로 하고, 신호 버튼이 선택되면 입력신호의 스페트럼을 출력하며, 샘플링 레이트, 주파수, 진폭을 달리 설정하고 샘플링 버튼이 입력되면, 샘플링 주파수가 다른 각 입력신호의 스펙트럼을 출력한다. 비트버튼을 선택하여 그 결과를 확인한다. 여기서 2,3,6,8비트 데이터를 비교할 수 있다.In the quantization-related exercise, a pre-stored waveform or a biosignal received through the biosignal measuring unit 100 is read as an input signal, and when a signal button is selected, a spectrum of the input signal is output. If the sampling rate, frequency, and amplitude are set differently, and the sampling button is input, the spectrum of each input signal having a different sampling frequency is output. Select the bit button and check the result. Here you can compare 2, 3, 6, and 8 bit data.

콘볼루션관련 실습은 이산신호 컨볼루션 흐름의 이해 실험과 컨볼루션을 이용한 샘플링 신호복원실험을 포함한다.Convolution related exercises include experiments on understanding discrete signal convolution flows and sampling signal restoration experiments using convolution.

이산신호 콘볼루션 흐름의 이해 실험은, 쉬프트연산을 이용한 컨볼루션 실습과 임펼스함수를 이용한 컨볼루션 실습을 포함하며, 입력신호 x[n] 및 시스템 h[n]을 설정하면, 콘볼루션 결과를 출력한다. 또한 이모드에서는, 신호와 시스템의 시간영역 표현 실습 모드부(230)의 임펄스 응답실습모드에서 설명된 첫번째 스텝 에서 네번째 스템까지를 스텝별로 진행하여 그 결과를 확인할 수 있다. 또한 이모드에서는 수신된 생플링된 생체신호와 고역차단주파수가 상기 샘플링율의 1/2인 저역통과 필터를 설계하고 콘볼루션 버튼이 선택되면 콘볼루션을 행하여, 이 결과와 필터링전의 생체신호를 같이 출력하여 비교할 수 있게 한다. The experiment of understanding the discrete signal convolution flow includes the convolution practice using the shift operation and the convolution practice using the impulse function. When the input signal x [n] and the system h [n] are set, the convolution result is obtained. Output In this mode, the first step to the fourth stem described in the impulse response training mode of the time domain representation training mode unit 230 of the signal and the system can be performed step by step to check the result. In this mode, we also design a lowpass filter whose received pleated biosignal and highpass frequency are 1/2 of the sampling rate, and convolution when the convolution button is selected, and combines the result with the biosignal before filtering. Output it for comparison.

컨볼루션을 이용한 샘플링 신호복원실험은 샘플링 버튼을 선택하여 샘플링된 입력신호를 만들어내고 고역차단주파수가 상기 샘플링율의 1/2인 저역통과 필터를 설계하고 시스템버튼을 선택하여 시간영역에서의 시스템을 확인하고, 콘볼루션 버튼이 선택되면 콘볼루션을 행하여, 이 결과와 필터링전의 생체신호를 같이 출력하여 비교할 수 있게 한다. The sampling signal restoration experiment using convolution produces a sampled input signal by selecting a sampling button, designs a lowpass filter with a high-pass cutoff frequency 1/2 of the sampling rate, and selects a system button to select a system in the time domain. When the convolution button is selected, convolution is performed to output the result and the bio signal before filtering together for comparison.

도 13은 도 2의 연산처리부의 필터 기초 실습 모드부를 설명하기위한 설명도이다.FIG. 13 is an explanatory diagram for illustrating a filter basic training mode unit of the arithmetic processing unit of FIG. 2.

필터 기초 실습 모드부(260)는 FIR필터의 기초 실습과 IIR필터의 기초실습을 포함한다.The filter basic training mode unit 260 includes a basic training of the FIR filter and a basic training of the IIR filter.

FIR필터의 기초 실습은, 가상신호를 이용하거나, 생체신호를 이용하여 이동평균필터 실험을 행하도록 이루어진다. FIR필터의 기초 실습은, 메모리부(300)에 기 저장된 신호 또는 생체신호 측정부(100)로부터 검출된 신호를 입력신호로 하고, 필터 선택에 있어, 샘플포인트 수와 이동평균필터가 설정하거나 아니면 FIR 필터를 선정하되 FIR 필터의 차분방정식의 계수를 입력하면, 입력신호의 스펙트럼을 출력하며, 설정된 필터의 스펙트럼을 출력하고, 콘볼루션 버튼이 선택되면, 콘볼루션된 결과, 즉 입력신호가 필터링된 결과룰 출력한다. The basic practice of the FIR filter is to perform a moving average filter experiment using a virtual signal or a biosignal. The basic practice of the FIR filter is based on a signal pre-stored in the memory unit 300 or a signal detected by the biosignal measurement unit 100 as an input signal. If you select the FIR filter and input the coefficients of the differential equation of the FIR filter, the spectrum of the input signal is output, the spectrum of the set filter is output, and if the convolution button is selected, the convolutional result, that is, the input signal is filtered Output the result.

IIR 필터의 기초 실습은, 가상신호를 이용하거나, 생체신호를 입력신호로 하여 차분방정식을 이용한 IIR 필터 실습을 행한다. IIR 필터의 기초 실습은, 메모리부(300)에 기 저장된 신호 또는 생체신호 측정부(100)로부터 검출된 신호를 입력신호로 하고, 필터 선택에 있어, IIR 필터를 선정하되 IIR 필터의 차분방정식의 계수를 입력하면, 설정된 필터의 스펙트럼을 출력하여 주파수 응답을 확인하고, 콘볼루션 버튼이 선택되면, 콘볼루션된 결과, 즉 입력신호가 필터링된 결과룰 출력한다. The basic practice of the IIR filter is to use the virtual signal or to perform the IIR filter practice using the differential equation using the biosignal as an input signal. The basic practice of the IIR filter is to use the signal pre-stored in the memory unit 300 or the signal detected from the biosignal measurement unit 100 as an input signal. When the coefficient is input, the spectrum of the set filter is output to check the frequency response. When the convolution button is selected, the convolutional result, that is, the result of filtering the input signal is output.

도 14는 도 2의 연산처리부의 FIR 필터 실습 모드부를 설명하기위한 설명도이다.FIG. 14 is an explanatory diagram for explaining an FIR filter training mode unit of the calculation processing unit of FIG. 2.

FIR 필터 실습 모드부(270)는 가상신호 또는 생체신호를 입력신호로 하고, 창함수를 이용한 FIR 필터에 대한 실습을 행하도록 이루어지며, 창함수 설계모드, 입력신호 필터링모드를 구비한다.The FIR filter training mode unit 270 uses a virtual signal or a biosignal as an input signal, and performs a training on an FIR filter using a window function, and includes a window function design mode and an input signal filtering mode.

FIR 필터 실습 모드부(270)의 창함수 설계모드는, 윈도우(window)를 이용하여 FIR 필터를 설계하도록 이루어지되, 차단주파수가 입력되고 필터 버튼이 선택되면 LPF가 구현되며, 그 후, 필터 IFFT버튼이 선택되면 주파수영역에서 설계한 필터를 시간영역에서 확인할 수 있으며, 윈도우 타입 항목에서 원하는 창함수, 즉 직사각형 창함수, 삼각형(바틀렛) 창함수, 해닝 창함수, 해밍창함수 , 블랙맨 창함수, 카이저 창함수 중의 하나가 결정되고 윈도우 폭에 창함수의 폭이 결정되고, 윈도우 버튼이 선택되면 창함수가 확인되고, 그 후, 윈도윙(windowing) 버튼이 선택되어 설계한 필터에 창함수를 적용하고, 윈도우 FFT 버튼이 선택되면 주파수 영역에서 설계한 창함수를 확인할 수 있다.The window function design mode of the FIR filter training mode unit 270 is designed to design a FIR filter using a window, and when a cutoff frequency is input and a filter button is selected, LPF is implemented, and then a filter IFFT If the button is selected, the filter designed in the frequency domain can be checked in the time domain, and the desired window functions in the window type category are: rectangular window function, triangle (bartlet) window function, hanning window function, hamming window function, blackman window function, One of Kaiser's window functions is determined and the window width is determined by the window width, the window function is checked when the window button is selected, and then the windowing button is selected to apply the window function to the designed filter. If the window FFT button is selected, the window function designed in the frequency domain can be checked.

또한, FIR 필터 실습 모드부(270)의 입력신호 필터링모드는, 메모리부(300)에 기 저장된 신호 또는 생체신호 측정부(100)로부터 검출된 신호를 입력신호로 하고, 신호 주파수 버튼을 선택하면 신호의 스펙트럼을 출력하여 이를 확인할 수 있으며, 필터 주파수 버튼을 선택하여 창함수 설계모드에서 설계한 LPF를 읽어들이며, 필터링 버튼을 선택하면 상기 LPF로 입력신호를 필터링하여, 주파수 영역에서 필터링된 결과를 출력하므로 이를 확인하고, IFFT버튼을 선택하여 시간영역에서 필터링된 결과를 출력하여 이를 확인할 수 있다.In the input signal filtering mode of the FIR filter training mode unit 270, a signal pre-stored in the memory unit 300 or a signal detected by the biosignal measurement unit 100 is used as an input signal, and a signal frequency button is selected. You can check this by outputting the spectrum of the signal, and select the filter frequency button to read the LPF designed in the window function design mode, and if the filter button is selected, the input signal is filtered by the LPF, and the filtered result in the frequency domain is displayed. You can check this by outputting the result, and by filtering the result in the time domain by selecting the IFFT button.

도 15는 도 2의 연산처리부의 IIR 필터 실습 모드부를 설명하기위한 설명도이다.FIG. 15 is an explanatory diagram for explaining an IIR filter training mode unit of the calculation processing unit of FIG. 2.

IIR 필터 실습 모드부(280)는 극점과 영점을 이용한 필터설계실습과 IIR필터를 이용한 실습을 포함한다.The IIR filter training mode unit 280 includes filter design training using poles and zeros and training using IIR filters.

기본적인 IIR 필터의 설계방법은, 첫째로, 아날로그 저역통과 필터를 설계하고 원하는 특성을 갖는 아날로그 필터의 사양을 지정하고, 둘째로, 디지털 저역통과 필터를 얻기위한 필터 변환(s→z)을 적용하며, 셋째로 디지털 저역통과 필터로부터 다른 필터를 얻기 위하여 주파수 대역변환을 적용한다.The basic method of designing an IIR filter is, firstly, designing an analog lowpass filter, specifying the specification of an analog filter with desired characteristics, and second, applying a filter transformation (s → z) to obtain a digital lowpass filter. Third, frequency band conversion is applied to obtain another filter from the digital lowpass filter.

극점과 영점을 이용한 필터설계실습은, (1차 또는 2차) 차분방정식의 계수값을 입력하여, Z 도메인 그래프에 극점과 영점을 나타내고, 매그니튜드 스펙트럼 그래프로서 주파수 응답곡선을 출력하거나, 상기 차분방정식의 극점과 영점값을 입력하여, Z 도메인 그래프에 극점과 영점을 나타내고, 매그니튜드 스펙트럼 그래프로서 주파수 응답곡선을 출력하며, 계수버튼을 선택하여 극점과 영점을 이용하여 상기 차분방정식의 계수를 구할 수 있다.Filter design practice using pole and zero inputs coefficient values of (first- or second-order) differential equations, indicates poles and zeros on Z domain graphs, outputs frequency response curves as magnitude spectrum graphs, or the differential equations. The poles and zeros are inputted to indicate the poles and zeros on the Z domain graph, the frequency response curve is output as a magnitude spectrum graph, and the coefficients of the differential equation can be obtained using the poles and zeros by selecting the coefficient button. .

IIR필터를 이용한 실습은 메모리부(300)에 기 저장된 신호 또는 생체신호 측정부(100)로부터 검출된 신호를 입력신호로 하고, 신호 주파수 버튼가 선택되면 신호의 스펙트럼이 출력되어 확인할 수 있으며, (1차 또는 2차) 차분방정식의 계수값이 입력되고, 필터 버튼을 선택되면 필터의 주파수 응답곡선이 출력되어 확인할 수 있고, 결과버튼이 선택되면 필터링된 결과가 출력되어 확인할 수 있다.In practice using the IIR filter, a signal pre-stored in the memory unit 300 or a signal detected from the biosignal measuring unit 100 is used as an input signal, and when a signal frequency button is selected, the spectrum of the signal is output and confirmed. Coefficients of differential or quadratic differential equations are input, the filter's frequency response curve is output when the filter button is selected, and the filtered result is output and confirmed when the result button is selected.

도 16는 도 2의 연산처리부의 필터응용 실습 모드부를 설명하기위한 설명도이다.16 is an explanatory diagram for explaining a filter application training mode unit of the arithmetic processing unit of FIG. 2.

필터응용 실습 모드부(285)는 필터를 응용한 피크검출실습을 하도록 이루어져 있으며, 심전도 신호를 이용한 피크 검출실습과 맥파신호를 이용한 피크검출실습을 포함한다.The filter application training mode unit 285 includes a peak detection training using a filter, and includes a peak detection training using an ECG signal and a peak detection training using a pulse wave signal.

심전도 신호를 이용한 피크 검출실습은 심전도 전처리 모드, 심전도 미분 모드, 심전도 피크검출모드를 포함한다. Peak detection practice using an ECG signal includes an ECG preprocessing mode, an ECG differential mode, and an ECG peak detection mode.

심전도 전처리 모드는 생체신호 측정부(100)로부터 검출된 신호를 저장하고, 저장된 심전도 신호를 읽어들이고 주파수 버튼이 선택되면 심전도 신호의 파형의 주파수 성분을 출력하고, 필터 타입을 입력하고 저역차단주파수 또는 고역차단주파수를 입력하여 필터 버튼을 선택하면 필터링된 결과를 출력한다.The ECG preprocessing mode stores the detected signal from the biosignal measuring unit 100, reads the stored ECG signal, and when the frequency button is selected, outputs the frequency component of the waveform of the ECG signal, inputs the filter type, and the low pass frequency or Input the high frequency cutoff frequency and select the filter button to output the filtered result.

심전도 미분 모드는, 심전도 전처리 모드에서 필터링(대역통과된)된 심전도 신호에, 2점차동알고리즘모드, 3점 중앙 차동 알고리즘 모드, 최소자승 다항식 미분 근사식 모드중의 하나의 미분필터를 선정하여, 필터계수 입력창에서 그 미분필터의 계수를 입력하여 그 결과를 출력하며, 미분한 파형의 제곱값을 계산한 결과를 출력한다.The ECG derivative mode selects one of the two-point differential algorithm mode, the three-point central differential algorithm mode, and the least-squares polynomial differential approximation mode to the ECG signal filtered (bandpassed) in the ECG preprocessing mode. Input the coefficient of the differential filter in the filter coefficient input window and output the result, and output the result of calculating the squared value of the differential waveform.

심전도 피크검출모드는, 심전도 미분 모드에서 출력된 제곱한 데이터를 읽어들이고, 샘플개수 입력창에서 개수를 설정하고 이동평균 필터를 설정하여 이동평균 필터링을 행하여 그결과를 출력하고, 심전도 피크(QRS)검출을 위한 문턱치를 설정하고 상기 문턱치가 초과되는 QRS가 검출되면 beep음과 함께 그래프상에 나타내도록 이루어진다. 또한 1초동안의 심전도 피크(QRS)의 수를 카운트 하여 심박수로 출력한다.The ECG peak detection mode reads the squared data output in ECG differential mode, sets the number in the sample number input window, sets the moving average filter, performs moving average filtering, and outputs the result. Electrocardiogram peak (QRS) A threshold for detection is set, and when a QRS exceeding the threshold is detected, a beep sound is displayed on the graph. In addition, the number of electrocardiogram peaks (QRS) during one second is counted and output as a heart rate.

맥파신호를 이용한 피크검출실습은 맥파 전처리 모드, 맥파 미분 모드, 맥파 피크검출모드를 포함한다. Peak detection practice using the pulse wave signal includes a pulse wave preprocessing mode, a pulse wave differential mode, and a pulse wave peak detection mode.

맥파 전처리 모드는 생체신호 측정부(100)로부터 검출된 맥파신호를 저장하고, 저장된 맥파 신호를 읽어들이고 주파수 버튼이 선택되면 맥파 신호의 파형의 주파수 성분을 출력하고, 필터 타입을 입력하고 저역차단주파수 또는 고역차단주파수를 입력하여 필터 버튼을 선택하면 필터링된 결과를 출력한다.The pulse wave preprocessing mode stores the pulse wave signal detected from the biosignal measurement unit 100, reads the stored pulse wave signal, and when the frequency button is selected, outputs the frequency component of the waveform of the pulse wave signal, inputs a filter type, and a low pass cutoff frequency. Alternatively, if the filter button is selected by entering the high frequency cutoff frequency, the filtered result is output.

맥파 미분 모드는, 맥파 전처리 모드에서 필터링(대역통과된)된 심전도 신호에, 2점차동알고리즘모드, 3점 중앙 차동 알고리즘 모드, 최소자승 다항식 미분 근사식 모드중의 하나의 미분필터를 선정하여, 필터계수 입력창에서 그 미분필터의 계수를 입력하여 그 결과를 출력하며, 미분한 파형의 제곱값을 계산한 결과를 출력한다.The pulse wave differential mode selects one of the two-point differential algorithm mode, the three-point central differential algorithm mode, and the least-squares polynomial differential approximation mode to the ECG signal filtered (bandpassed) in the pulse wave preprocessing mode. Input the coefficient of the differential filter in the filter coefficient input window and output the result, and output the result of calculating the squared value of the differential waveform.

맥파 피크검출모드는, 맥파 미분 모드에서 출력된 제곱한 데이터를 읽어들이고, 샘플개수 입력창에서 개수를 설정하고 이동평균 필터를 설정하여 이동평균 필터링을 행하여 그결과를 출력하고, 맥파 피크검출을 위한 문턱치를 설정하고 상기 문턱치가 초과되는 맥파 피크가 검출되면 beep음과 함께 그래프상에 나타내도록 이루어진다. 또한 1초동안의 맥파 피크의 수를 카운트 하여 심박수로 출력한다.The pulse wave peak detection mode reads the squared data output in the pulse wave differential mode, sets the number in the sample number input window, sets the moving average filter, performs moving average filtering, and outputs the result. When a threshold is detected and a pulse wave peak exceeding the threshold is detected, a beep sound is displayed on the graph. In addition, the number of pulse wave peaks during one second is counted and output as heart rate.

도 17는 도 2의 연산처리부의 신호의 변복조 실습 모드부를 설명하기위한 설명도이다.FIG. 17 is an explanatory diagram for explaining a demodulation training mode unit of a signal of the arithmetic processing unit of FIG. 2.

신호의 변복조 실습 모드부(290)는 가상신호 또는 생체신호의 변복조 실습을 행하도록 이루어져, 가상신호를 이용한 변복조실습과 생체신호를 이용한 변복조실습을 포함한다.The signal demodulation demodulation mode 290 is configured to perform a demodulation demodulation of a virtual signal or a biosignal, and includes a demodulation demodulation exercise using a virtual signal and a demodulation demodulation exercise using a biosignal.

가상신호변복조 실습은 가상신호를 변복조하는 실험을 행하거나, 정현파를 가상신호로 하여 변조하고 스피커를 통해 사운드 출력하며 출력된 사운드를 다른 컴퓨터에서 녹음하고, 녹음된 음을 검출 및 필터링을 통해 복조하여 복조된 음을 스피커를 통해 변조전 음과 비교한다.Virtual signal modulation and demodulation practice can be performed by demodulating and demodulating a virtual signal, modulating a sine wave as a virtual signal, outputting a sound through a speaker, recording the output sound on another computer, and detecting and filtering the recorded sound by demodulating it. The demodulated sound is compared with the pre-modulated sound through the speaker.

생체신호를 이용한 변복조실습은, 생체신호 측정하고 측정된 생체신호를 변조하고, 변조된 생체신호를 다시 복조하여 비교하도로고 하는 실험과, 두개의 생체신호를 동시에 측정하고, 두 신호를 다 변조한 후 복조하여 원래 생체신호들과 비교하는 실험을 행할 수 있다.Modulation and demodulation practice using biosignals involves experiments that measure biosignals, modulate measured biosignals, and demodulate and compare the modulated biosignals, simultaneously measure two biosignals and modulate both signals. The demodulation may then be performed to compare with the original biosignals.

신호의 변복조 실습 모드부(290)는 변조모드부, 복조모드부, 이중변조 모드부, 이중 복조모드부를 구비한다.The signal demodulation training mode unit 290 includes a modulation mode unit, a demodulation mode unit, a double modulation mode unit, and a dual demodulation mode unit.

변조모드부는 메모리부(300)에 기저장된 신호 또는 직접 만든 신호 또는 샹채신호 측정부(100)을 통해 측정된 신호를 입력신호로 하며, 캐리어 버튼이 선택되면어 캐리어 신호로서 소정의 정현파가 설정되고, AM 버튼(모듈레이션 버튼)이 선택되면 상기 입력신호에 소정의 정현파 신호(캐리어 신호)가 곱하여져 변조된 신호를 출력한다. The modulation mode unit is a signal pre-stored in the memory unit 300, or a signal made by the signal or the signal measured by the chanchae signal measuring unit 100 as an input signal, when a carrier button is selected, a predetermined sine wave is set as a carrier signal When the AM button (modulation button) is selected, a predetermined sinusoidal signal (carrier signal) is multiplied by the input signal to output a modulated signal.

복조모드부는 메모리부(300)에 기저장된 신호(변조되어 저장된 신호)를 입력신호로 하며, 디텍션 버튼을 선택하여, 상기 변조된 신호 중 0(zero)보다 작은 신호는 0(zero)으로 하며, 차단주파수와 계수값, (샘플링 주파수) 을 설정하여 필터(예로 저역통과 필터)를 설계하고, 확인버튼을 선택하면 필터링된 신호가 출력되며, 스피커를 통해 필터링된 신호를 소리로 확인할 수 있다. The demodulation mode unit uses a pre-stored signal (modulated and stored signal) as an input signal, selects a detection button, and sets a signal smaller than zero among the modulated signals to zero. Design a filter (eg low pass filter) by setting the cutoff frequency, count value and (sampling frequency), and select the OK button to output the filtered signal and check the filtered signal through the speaker.

이중변조 모드부는 두가지 생체신호, 예를들어 심전도와 산소포화도를 동시에 측정하여 저장하고, 이렇게 측정된 두가지 생체신호를 읽어들이며, 소정 정현파신호로 두가지 생체신호를 각각 변조하며, 변조된 생체신호들을 출력한다.The dual modulation mode unit simultaneously measures and stores two biosignals, for example, ECG and oxygen saturation, reads the two biosignals thus measured, modulates the two biosignals with a predetermined sine wave signal, and outputs the modulated biosignals. do.

이중 복조모드부는 첫번째 방식으로 이중 변조된 신호를 순차적으로 읽어들여 복조하는 방식으로, 메모리부(300)에 기저장된 신호(변조되어 저장된 신호)를 입력신호로 하며, 주파수 버튼을 선택하여 입력신호의 스펙트럼을 출력하고, 고역 차단주파수, 저역 차단주파수와 계수값을 설정하여 대역통과 필터를 설계하고, IFFT버튼을 선택하면 필터링된 신호가 출력되어 확인한다. The dual demodulation mode unit sequentially reads and demodulates a dual modulated signal in a first manner, and uses a signal (modulated and stored signal) previously stored in the memory unit 300 as an input signal, and selects a frequency button to Output the spectrum, design the bandpass filter by setting the high cutoff frequency, low cutoff frequency and the coefficient value, and select the IFFT button to check the filtered signal.

이중 복조모드부는 두번째 방식으로 동시에 복조하는 방식으로, 메모리부(300)에 기저장된 신호(이중 변조되어 저장된 신호)를 입력신호로 하며, 디텍션 버튼을 선택하여, 상기 변조된 신호들 중 0(zero)보다 작은 신호는 0(zero)으로 하며, 차단주파수와 계수값, (샘플링 주파수) 을 설정하여 필터(예로 저역통과 필터)를 설계하고, 확인버튼을 선택하면 필터링된 신호가 출력되며, 스피커를 통해 필터링된 신호를 소리로 확인할 수 있다. The dual demodulation mode unit simultaneously demodulates the signal in a second manner. The dual demodulation mode unit uses a pre-stored signal (double modulated and stored signal) as an input signal, selects a detection button, and selects zero (zero) among the modulated signals. Signals smaller than) are set to 0 (zero) .Design the filter (e.g., lowpass filter) by setting the cutoff frequency, counting value and (sampling frequency), and select the OK button to output the filtered signal. You can check the filtered signal by sound.

도 18은 도 2의 연산처리부의 데이터 통신 실습 모드부를 설명하기위한 설명도이다.FIG. 18 is an explanatory diagram for explaining a data communication training mode unit of the arithmetic processing unit of FIG. 2.

데이터 통신 실습 모드부(295)는 임의의 신호의 통신프로토콜 실습과 생신호의 통신 프로토콜 실습을 포함한다.The data communication training mode unit 295 includes communication protocol training of arbitrary signals and communication protocol training of live signals.

임의의 신호의 통신프로토콜 실습은 프로토콜의 구조이해 실험을 위해 톱니파 실험을 행하여, 파형 및 프로토콜 확인하며, 생체신호의 통신 프로토콜 실습은 심전도, 호흡, 산소포화도 등의 생체신호 측정하고 파형 및 프로토콜 확인한다. 즉, 데이터 통신 실습 모드부(295)는 톱니파 프로토콜모드, 생체신호 프로토콜모드를 포함한다.Arbitrary signal communication protocols practice sawtooth wave experiments to understand the structure of the protocol, and confirm the waveform and protocol, and biological protocol communication protocols measure the biosignals such as electrocardiogram, respiration, oxygen saturation, and confirm the waveform and protocol. . That is, the data communication training mode unit 295 includes a sawtooth protocol mode and a biosignal protocol mode.

톱니파 프로토콜모드는 톱니파 전송버튼이 선택되고, 오픈(open) 버튼이 선택되면 통신 포트가 열리고 데이터가 수신된다. 연결되지 않은 경우 포트를 확인해달라는 메시지가 출력되면, 포트를 재설정한다. 오픈(open) 버튼이 선택된 경우, 톱니파 데이터가 전송되는 것을 출력하여 확인하고, 잡음 온(on)버튼을 눌러 잡음이 포함된 데이터가 전송되는 것을 확인할 수 있다. 스톱버튼이 선택되면 통신이 멈추고 프로토콜 데이터창에 프로토콜이 표시된다. 에러 Bit ON/OFF 버튼을 이용하여 에러 Bit를 조절하고 파일 세이브 버튼을 이용하여 표시된 프로토콜을 파일로 저장한다.In the sawtooth protocol mode, a sawtooth transmission button is selected, and when an open button is selected, a communication port is opened and data is received. If no message is displayed, reset the port. When the open button is selected, the sawtooth wave data is outputted and confirmed, and the noise on button is pressed to confirm that the data including the noise is transmitted. When the stop button is selected, communication stops and the protocol is displayed in the protocol data window. Error Bit Use the ON / OFF button to adjust the Error Bit and use the File Save button to save the displayed protocol as a file.

생체신호 프로토콜모드는 생체신호를 측정하면서 신호 전송이 가능하도록 이루어진 수단으로, 오픈(open) 버튼이 선택되면 통신 포트가 열리고 생체신호 측정부(100)를 통해 검출된 생체신호가 들어온다. 스톱버튼이 선택되면 통신이 멈추고 프로토콜 데이터창에 프로토콜이 표시된다. 표시된 프로토콜을 분석하여 출력한다. 이경우 생체신호가 심전도 일경우 HR(심박수)를 분석하며, 생체신호가 호흡신호일경우 RESP를 분석하며, 생체신호가 산소포화도일경우 SPO2를 분석한다.The biosignal protocol mode is a means configured to transmit a signal while measuring a biosignal. When an open button is selected, a communication port is opened and a biosignal detected by the biosignal measuring unit 100 is input. When the stop button is selected, communication stops and the protocol is displayed in the protocol data window. Analyze and print the displayed protocol. In this case, HR (heart rate) is analyzed when the biosignal is electrocardiogram, RESP is analyzed when the biosignal is respiratory signal, and SPO2 is analyzed when the biosignal is oxygen saturation.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, which can be variously modified and modified by those skilled in the art to which the present invention pertains. Modifications are possible. Accordingly, the spirit of the present invention should be understood only by the claims set forth below, and all equivalent or equivalent modifications thereof will belong to the scope of the present invention.

90: 디지털 신호처리용 실험키트 100:생체신호측정부
200:연산처리부 210:생체신호 검출 실습 모드부
220:신호원리 실습 모드부
230:신호와 시스템의 시간영역 표현 실습 모드부
240:신호와 시스템의 주파수영역 표현 실습 모드부
250:샘플링 실습모드부 260:필터 기초 실습 모드부
270:FIR 필터 실습 모드부 280:IIR 필터 실습 모드부
285:필터응용 실습 모드부 290:신호의 변복조 실습 모드부
295:데이터 통신 실습 모드부 300:메모리부
400:키트 출력부 500:통신인터페이스부
600:출력부 700:설정부
90: test kit for digital signal processing 100: biological signal measuring unit
200: calculation processing unit 210: bio-signal detection training mode unit
220: signal principle training mode
230: Time domain representation training mode section of the signal and system
240: Frequency domain representation training mode of the signal and system
250: sampling training mode unit 260: filter basic training mode unit
270: FIR filter training mode part 280: IIR filter training mode part
285: filter application training mode unit 290: signal modulation and demodulation training mode unit
295: data communication training mode unit 300: memory unit
400: kit output unit 500: communication interface unit
600: output part 700: setting part

Claims (28)

다수의 센서를 포함하여 심전도(ECG), 혈압(NIBP), 호흡(RESP), 혈중 산소포화농도(SpO2), 체온(TEMP)중 하나 이상을 포함하는 생체신호를 검출하는 생체신호 측정부;
메모리부에 기 저장된 파형을 읽어들이거나, 상기 생체신호 측정부로부터 생체신호를 수신하여, 입력신호로 하고, 사용자가 입력한 시간(T)과 주파수 범위(f)의 값을 설정부로부터 수신하여, 상기 시간(T)과 주파수 범위(f)에 따라 프리에 변환을 행하는, 신호원리 실습 모드부를 포함하는 연산처리부;
상기 연산처리부의 연산결과을 그래프 또는 데이터로 출력하는 출력부;
를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 디지털 신호 처리용 실험키트.
A biosignal measurement unit including a plurality of sensors to detect a biosignal including one or more of electrocardiogram (ECG), blood pressure (NIBP), respiration (RESP), blood oxygen saturation concentration (SpO2), and body temperature (TEMP);
Read the pre-stored waveform in the memory unit or receive the bio-signal from the bio-signal measuring unit as an input signal, and receive the values of the time (T) and the frequency range (f) input by the user from the setting unit An arithmetic processing unit including a signal principle training mode unit for performing pre-transformation according to the time T and the frequency range f;
An output unit for outputting a calculation result of the operation processor as a graph or data;
Experimental kit for digital signal processing, characterized in that consisting of.
다수의 센서를 포함하며 맥파신호를 포함하는 생체신호를 검출하는 생체신호 측정부;
메모리부에 기 저장된 파형을 읽어들이거나, 상기 생체신호 측정부로부터 생체신호를 수신하여, 입력신호로 하고, 사용자가 설정한 블랙박스의 시스템 신호를 설정부로부터 수신하여, 상기 입력신호와 상기 시스템 신호의 콘볼루션을 행하는, 신호와 시스템의 시간영역 표현 실습 모드부를 포함하는 연산처리부;
상기 연산처리부의 연산결과를 그래프 또는 데이터로 출력하는 출력부;
를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 디지털 신호 처리용 실험키트.
A biosignal measurement unit including a plurality of sensors and detecting a biosignal including a pulse wave signal;
Read a waveform previously stored in a memory unit, or receive a bio-signal from the bio-signal measuring unit as an input signal, and receives a system signal of a black box set by a user from a setting unit, the input signal and the system An arithmetic processing unit including a time domain representation training mode unit of the signal and the system to perform a convolution of the signal;
An output unit for outputting a calculation result of the operation processor as a graph or data;
Experimental kit for digital signal processing, characterized in that consisting of.
다수의 센서를 포함하며 산소포화도신호를 포함하는 생체신호를 검출하는 생체신호 측정부;
메모리부에 기 저장된 파형을 읽어들이거나, 상기 생체신호 측정부로부터 생체신호를 수신하여, 입력신호로 하고, 저역통과 필터, 고역통과 필터, 대역통과 필터, 대역저지 필터 들 중 하나의 필터 타입과 차단 주파수가 설정되어 필터가 설계되면, 설계된 필터에 의해 입력신호를 필터링하는, 신호와 시스템의 주파수영역 표현 실습 모드부를 포함하는 연산처리부;
상기 연산처리부의 연산결과를 그래프 또는 데이터로 출력하는 출력부;
를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 디지털 신호 처리용 실험키트.
A biosignal measurement unit including a plurality of sensors and detecting a biosignal including an oxygen saturation signal;
Reads a waveform previously stored in the memory unit or receives a bio-signal from the bio-signal measuring unit as an input signal, and a filter type of one of a low pass filter, a high pass filter, a band pass filter, and a band stop filter. A calculation processing unit including a frequency domain representation training mode unit for filtering the input signal by the designed filter when the cutoff frequency is set and the filter is designed;
An output unit for outputting a calculation result of the operation processor as a graph or data;
Experimental kit for digital signal processing, characterized in that consisting of.
다수의 센서를 포함하며 산소포화도신호를 포함하는 생체신호를 검출하는 생체신호 측정부;
메모리부에 기 저장된 파형을 읽어들이거나, 상기 생체신호 측정부로부터 생체신호를 수신하여, 입력신호로 하고, 사용자가 설정한 샘플링 주파수를 설정부로부터 수신하거나, 사용자가 설정한 샘플링 레이트를 설정부로 부터 수신하여, 샘플링을 행하여 출력하는 샘플링 실습모드부를 포함하는 연산처리부;
상기 연산처리부의 연산결과를 그래프 또는 데이터로 출력하는 출력부;
를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 디지털 신호 처리용 실험키트.
A biosignal measurement unit including a plurality of sensors and detecting a biosignal including an oxygen saturation signal;
Reads a waveform previously stored in the memory unit, receives a biosignal from the biosignal measuring unit as an input signal, receives a sampling frequency set by the user from the setter, or sets a sampling rate set by the user to the setter. An arithmetic processing unit including a sampling training mode unit for receiving a sampling signal from the base station;
An output unit for outputting a calculation result of the operation processor as a graph or data;
Experimental kit for digital signal processing, characterized in that consisting of.
다수의 센서를 포함하며 산소포화도신호를 포함하는 생체신호를 검출하는 생체신호 측정부;
메모리부에 기 저장된 파형을 읽어들이거나, 상기 생체신호 측정부로부터 생체신호를 수신하여, 입력신호로 하고, 설정된 샘플포인트 수와 이동평균필터를 설정부로부터 수신함에 의해 필터를 설계하거나, 설정된 FIR 필터의 차분방정식의 계수를 설정부로부터 수신함에 의해 필터를 설계하여, 설계된 필터에 의해 필터링을 행하는, FIR필터 기초 실습 모드부를 포함하는 연산처리부;
상기 연산처리부의 연산결과를 그래프 또는 데이터로 출력하는 출력부;
를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 디지털 신호 처리용 실험키트.
A biosignal measurement unit including a plurality of sensors and detecting a biosignal including an oxygen saturation signal;
Designing a filter by reading a pre-stored waveform in a memory unit or receiving a biosignal from the biosignal measuring unit as an input signal and receiving a set number of sample points and a moving average filter from the setter, or setting a set FIR An arithmetic processing unit including a FIR filter basic training mode unit for designing a filter by receiving coefficients of a differential equation of the filter from a setting unit and performing filtering by the designed filter;
An output unit for outputting a calculation result of the operation processor as a graph or data;
Experimental kit for digital signal processing, characterized in that consisting of.
다수의 센서를 포함하며 산소포화도신호를 포함하는 생체신호를 검출하는 생체신호 측정부;
메모리부에 기 저장된 파형을 읽어들이거나, 상기 생체신호 측정부로부터 생체신호를 수신하여, 입력신호로 하고, 설정된 IIR 필터의 차분방정식의 계수에 의해 설계된 필터에 의해 필터링을 행하는, IIR 필터 기초 실습 모드부를 포함하는 연산처리부;
상기 연산처리부의 연산결과를 그래프 또는 데이터로 출력하는 출력부;
를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 디지털 신호 처리용 실험키트.
A biosignal measurement unit including a plurality of sensors and detecting a biosignal including an oxygen saturation signal;
IIR filter basic practice of reading a waveform previously stored in a memory unit or receiving a biosignal from the biosignal measuring unit as an input signal and filtering by a filter designed by coefficients of differential equations of the set IIR filter. A calculation processing unit including a mode unit;
An output unit for outputting a calculation result of the operation processor as a graph or data;
Experimental kit for digital signal processing, characterized in that consisting of.
다수의 센서를 포함하며 산소포화도신호를 포함하는 생체신호를 검출하는 생체신호 측정부;
메모리부에 기 저장된 파형을 읽어들이거나, 상기 생체신호 측정부로부터 생체신호를 수신하여, 입력신호로 하고, 설정된 차단주파수에 따른 LPF를 구현하되, 직사각형 창함수, 삼각형(바틀렛) 창함수, 해닝 창함수, 해밍창함수 , 블랙맨 창함수, 카이저 창함수 중 설정된 하나의 창함수가 적용되는 LPF를 설계하여, 설계된 LPF에 의해 상기 입력신호를 필터링하는, FIR 필터 실습 모드부를 포함하는 연산처리부;
상기 연산처리부의 연산결과를 그래프 또는 데이터로 출력하는 출력부;
를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 디지털 신호 처리용 실험키트.
A biosignal measurement unit including a plurality of sensors and detecting a biosignal including an oxygen saturation signal;
Read the pre-stored waveform in the memory unit or receive the bio-signal from the bio-signal measuring unit as an input signal, and implement LPF according to the set cutoff frequency, but the rectangular window function, the triangle (bartlet) window function, and the hanning An arithmetic processing unit including an FIR filter training mode unit for designing an LPF to which one of a window function, a hamming window function, a blackman window function, and a Kaiser window function is applied, and filtering the input signal by a designed LPF;
An output unit for outputting a calculation result of the operation processor as a graph or data;
Experimental kit for digital signal processing, characterized in that consisting of.
다수의 센서를 포함하여 맥파를 포함하는 생체신호를 검출하는 생체신호 측정부;
메모리부에 기 저장된 파형을 읽어들이거나, 상기 생체신호 측정부로부터 생체신호를 수신하여, 입력신호로 하고, 설정된 차분 방정식의 계수값, 즉, 1차 차분 방정식 또는 2차 차분방정식중 하나의 차분 방정식의 계수값에 따라 필터를 설계하고, 설계된 필터로 필터링하는 IIR 필터 실습 모드부를 포함하는 연산처리부;
상기 연산처리부의 연산결과를 그래프 또는 데이터로 출력하는 출력부;
를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 디지털 신호 처리용 실험키트.
A biosignal measuring unit detecting a biosignal including a pulse wave including a plurality of sensors;
Read a waveform previously stored in a memory unit or receive a biosignal from the biosignal measuring unit as an input signal, and set a coefficient value of a set differential equation, that is, one of a first-order difference equation and a second-order difference equation An arithmetic processor including an IIR filter training mode unit for designing a filter according to coefficient values of an equation and filtering the designed filter;
An output unit for outputting a calculation result of the operation processor as a graph or data;
Experimental kit for digital signal processing, characterized in that consisting of.
다수의 센서를 포함하여 맥파와 심전도를 포함하는 생체신호를 검출하는 생체신호 측정부;
상기 생체신호 측정부로부터 생체신호를 수신하여, 입력신호로 하고, 설정된 필터 타입, 저역차단주파수, 고역차단주파수에 의해 필터를 설계하고, 설계된 대역통과 필터로 필터링하며,
상기 대역통과 필터로 필터링된 심전도 신호를, 2점차동알고리즘모드, 3점 중앙 차동 알고리즘 모드, 최소자승 다항식 미분 근사식 모드중의 하나의 미분필터에, 설정된 미분필터의 계수에 의해 설계된 미분필터로 필터링하여, 미분 파형을 출력하고, 상기 미분파형의 제곱값을 계산한 결과를 출력하는 필터응용 실습 모드부를 포함하는 연산처리부;
상기 연산처리부의 연산결과를 그래프 또는 데이터로 출력하는 출력부;
를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 디지털 신호 처리용 실험키트.
A biosignal measuring unit detecting a biosignal including a pulse wave and an electrocardiogram including a plurality of sensors;
Receiving a bio-signal from the bio-signal measuring unit as an input signal, the filter is designed by the set filter type, low-pass frequency, high-pass cut-off frequency, filtered by the designed bandpass filter,
The ECG signal filtered by the bandpass filter is a differential filter designed by the coefficient of the differential filter set to one of the two-point differential algorithm mode, the three-point central differential algorithm mode, and the least square polynomial differential approximation mode. An arithmetic processor including a filter application training mode unit configured to filter and output a differential waveform and output a result of calculating a squared value of the differential waveform;
An output unit for outputting a calculation result of the operation processor as a graph or data;
Experimental kit for digital signal processing, characterized in that consisting of.
다수의 센서를 포함하여 맥파를 포함하는 생체신호를 검출하는 생체신호 측정부;
상기 생체신호 측정부로부터 생체신호를 수신하여, 오픈(open) 버튼이 선택되면 통신 포트가 열리고 상기 생체신호 측정부를 통해 검출된 생체신호가 전송되며, 스톱버튼이 선택되면 전송이 멈추고 프로토콜 데이터창에 상기 생체신호의 프로토콜이 표시되도록 제어하는 데이터 통신 실습 모드부를 포함하는 연산처리부;
상기 연산처리부의 연산결과를 그래프 또는 데이터로 출력하는 출력부;
를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 디지털 신호 처리용 실험키트.
A biosignal measuring unit detecting a biosignal including a pulse wave including a plurality of sensors;
Receiving a bio-signal from the bio-signal measuring unit, when the open button is selected, a communication port is opened and the bio-signal detected through the bio-signal measuring unit is transmitted. When the stop button is selected, the transmission is stopped and the protocol data window is displayed. An arithmetic processing unit including a data communication training mode unit for controlling a protocol of the biosignal to be displayed;
An output unit for outputting a calculation result of the operation processor as a graph or data;
Experimental kit for digital signal processing, characterized in that consisting of.
제1항에 있어서,
상기 신호원리 실습 모드부는
사용자가 설정한 고조파의 차수의 값을 설정부로부터 수신하여, 상기 차수만큼 정현파를 선형적으로 조합시켜 출력함에 의해 푸리에 급수를 실험하도록 이루어진 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 신호 처리용 실험키트.
The method of claim 1,
The signal principle training mode unit
And receiving the value of the order of harmonics set by the user from the setting unit, and performing a Fourier series experiment by linearly combining the sinusoids by the order and outputting the Fourier series.
제2항에 있어서
상기 신호와 시스템의 시간영역 표현 실습 모드부는
저항(R)과 커패시터(C)의 직렬회로 양단에 입력(전원) vi(t)=VIN[V]가 인가되고, 커패시터(C)에 걸린 전압(출력) vout(t)일때, 단 커패시터(C)의 초기전압은 0라 하면, 이 회로의 임펄스 응답
Figure pat00027
으로,
설정된 입력전원 VIN[t]에 따라 vout(t)에서 각각 입력에 따른 출력전압을 출력하도록 이루어진 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 신호 처리용 실험키트.
The method of claim 2
The time domain representation training mode of the signal and system
When input (power) v i (t) = V IN [V] is applied across the series circuit of resistor (R) and capacitor (C) and the voltage (output) applied to capacitor (C) v out (t), If the initial voltage of capacitor C is 0, impulse response of this circuit
Figure pat00027
to,
Experimental kits for digital signal processing, characterized in that further comprising the output voltage according to the input at each v out (t) according to the set input power V IN [t].
제2항에 있어서
상기 신호와 시스템의 시간영역 표현 실습 모드부는
저항(R)과 인덕터(L)의 직렬회로 양단에 입력(전원) vi(t)=[u(t)-u(t-1)][V]이 인가되며, 인덕터(L)에 흐르는 전류(출력) i(t)을 구하고자 할때, 단 인덕터(L)의 초기전압은 0라 하면, 이 회로의 임펄스 응답
Figure pat00028
가 되므로,
설정된 입력전원 VIN[t]에 따라 i(t)에서 각각 입력에 따른 출력전류을 출력하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 신호 처리용 실험키트.
The method of claim 2
The time domain representation training mode of the signal and system
Input (power) v i (t) = [u (t) -u (t-1)] [V] is applied across the series circuit of the resistor R and the inductor L, and flows through the inductor L. When the current (output) i (t) is to be obtained, the impulse response of this circuit is assumed that the initial voltage of the inductor L is 0.
Figure pat00028
Becomes,
Experimental kit for digital signal processing, characterized in that further comprising outputting the output current according to the input at i (t), respectively, according to the set input power supply V IN [t].
제2항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연산처리부는
메모리부에 기 저장된 파형을 읽어들이거나, 상기 생체신호 측정부로부터 생체신호를 수신하여, 입력신호로 하고, 사용자가 입력한 시간(T)과 주파수 범위(f)의 값을 설정부로부터 수신하여, 상기 시간(T)과 주파수 범위(f)에 따라 프리에 변환을 행하는, 신호원리 실습 모드부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 신호 처리용 실험키트.
The method according to any one of claims 2 to 10,
The operation processing unit
Read the pre-stored waveform in the memory unit or receive the bio-signal from the bio-signal measuring unit as an input signal, and receive the values of the time (T) and the frequency range (f) input by the user from the setting unit And a signal principle training mode unit for performing pre-transformation according to the time (T) and the frequency range (f).
제1항, 제2항, 제4항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연산처리부는,
메모리부에 기 저장된 파형을 읽어들이거나, 상기 생체신호 측정부로부터 생체신호를 수신하여, 입력신호로 하고, 저역통과 필터, 고역통과 필터, 대역통과 필터, 대역저지 필터 들 중 하나의 필터 타입과 차단 주파수가 설정되어 필터가 설계되면, 설계된 필터에 의해 입력신호를 필터링하는, 신호와 시스템의 주파수영역 표현 실습 모드부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 신호 처리용 실험키트.
The method according to any one of claims 1, 2 and 4 to 10,
The operation processing unit,
Reads a waveform previously stored in the memory unit or receives a bio-signal from the bio-signal measuring unit as an input signal, and a filter type of one of a low pass filter, a high pass filter, a band pass filter, and a band stop filter. And a cutoff frequency is set and the filter is designed, and the experiment kit for digital signal processing further comprises a frequency domain representation training mode unit for filtering the input signal by the designed filter.
제1항 내지 제3항, 제5항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연산처리부는,
메모리부에 기 저장된 파형을 읽어들이거나, 상기 생체신호 측정부로부터 생체신호를 수신하여, 입력신호로 하고, 사용자가 설정한 샘플링 주파수를 설정부로부터 수신하거나, 사용자가 설정한 샘플링 레이트를 설정부로 부터 수신하여, 샘플링을 행하여 출력하는 샘플링 실습모드부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 신호 처리용 실험키트.
The method according to any one of claims 1 to 3, 5 to 10,
The operation processing unit,
Reads a waveform previously stored in the memory unit, receives a biosignal from the biosignal measuring unit as an input signal, receives a sampling frequency set by the user from the setter, or sets a sampling rate set by the user to the setter. Experimental kits for digital signal processing, characterized in that it further comprises a sampling training mode unit for receiving from the sampling and output.
제1항 내지 제4항, 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연산처리부는,
메모리부에 기 저장된 파형을 읽어들이거나, 상기 생체신호 측정부로부터 생체신호를 수신하여, 입력신호로 하고, 설정된 샘플포인트 수와 이동평균필터를 설정부로부터 수신함에 의해 필터를 설계하거나, 설정된 FIR 필터의 차분방정식의 계수를 설정부로부터 수신함에 의해 필터를 설계하여, 설계된 필터에 의해 필터링을 행하는, FIR필터 기초 실습 모드부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 신호 처리용 실험키트.
The method according to any one of claims 1 to 4, 6 to 10,
The operation processing unit,
Designing a filter by reading a pre-stored waveform in a memory unit or receiving a biosignal from the biosignal measuring unit as an input signal and receiving a set number of sample points and a moving average filter from the setter, or setting a set FIR And an FIR filter basic training mode unit for designing a filter by receiving coefficients of a differential equation of the filter from a setting unit, and performing filtering by the designed filter.
제1항 내지 제5항, 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연산처리부는,
메모리부에 기 저장된 파형을 읽어들이거나, 상기 생체신호 측정부로부터 생체신호를 수신하여, 입력신호로 하고, 설정된 IIR 필터의 차분방정식의 계수에 의해 설계된 필터에 의해 필터링을 행하는, IIR 필터 기초 실습 모드부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 신호 처리용 실험키트.
The method according to any one of claims 1 to 5, 7 to 10,
The operation processing unit,
IIR filter basic practice of reading a waveform previously stored in a memory unit or receiving a biosignal from the biosignal measuring unit as an input signal and filtering by a filter designed by coefficients of differential equations of the set IIR filter. Experimental kits for digital signal processing further comprising a mode unit.
제1항 내지 제6항, 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연산처리부는,
메모리부에 기 저장된 파형을 읽어들이거나, 상기 생체신호 측정부로부터 생체신호를 수신하여, 입력신호로 하고, 설정된 차단주파수에 따른 LPF를 구현하되, 직사각형 창함수, 삼각형(바틀렛) 창함수, 해닝 창함수, 해밍창함수 , 블랙맨 창함수, 카이저 창함수 중 설정된 하나의 창함수가 적용되는 LPF를 설계하여, 설계된 LPF에 의해 상기 입력신호를 필터링하는, FIR 필터 실습 모드부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 신호 처리용 실험키트.
The method according to any one of claims 1 to 6 and 8 to 10,
The operation processing unit,
Read the pre-stored waveform in the memory unit or receive the bio-signal from the bio-signal measuring unit as an input signal, and implement LPF according to the set cutoff frequency, but the rectangular window function, the triangle (bartlet) window function, and the hanning Designing an LPF to which one of the window function, Hamming window function, Blackman window function, Kaiser window function set is applied, and further comprises a FIR filter training mode unit for filtering the input signal by the designed LPF Experimental kit for digital signal processing.
제1항 내지 제7항, 제9항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연산처리부는,
메모리부에 기 저장된 파형을 읽어들이거나, 상기 생체신호 측정부로부터 생체신호를 수신하여, 입력신호로 하고, 설정된 차분 방정식의 계수값, 즉, 1차 차분 방정식 또는 2차 차분방정식중 하나의 차분 방정식의 계수값에 따라 필터를 설계하고, 설계된 필터로 필터링하는 IIR 필터 실습 모드부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 신호 처리용 실험키트.
The method according to any one of claims 1 to 7, and 9 to 10,
The operation processing unit,
Read a waveform previously stored in a memory unit or receive a biosignal from the biosignal measuring unit as an input signal, and set a coefficient value of a set differential equation, that is, one of a first-order difference equation and a second-order difference equation Designing a filter according to the coefficient value of the equation, the experimental kit for digital signal processing further comprises an IIR filter training mode for filtering by the designed filter.
제1항 내지 제8항, 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연산처리부는,
상기 생체신호 측정부로부터 생체신호를 수신하여, 입력신호로 하고, 설정된 필터 타입, 저역차단주파수, 고역차단주파수에 의해 필터를 설계하고, 설계된 대역통과 필터로 필터링하며,
상기 대역통과 필터로 필터링된 심전도 신호를, 2점차동알고리즘모드, 3점 중앙 차동 알고리즘 모드, 최소자승 다항식 미분 근사식 모드중의 하나의 미분필터에, 설정된 미분필터의 계수에 의해 설계된 미분필터로 필터링하여, 미분 파형을 출력하고, 상기 미분파형의 제곱값을 계산한 결과를 출력하는 필터응용 실습 모드부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 신호 처리용 실험키트.
The method according to any one of claims 1 to 8, 10,
The operation processing unit,
Receiving a bio-signal from the bio-signal measuring unit as an input signal, the filter is designed by the set filter type, low-pass frequency, high-pass cut-off frequency, filtered by the designed bandpass filter,
The ECG signal filtered by the bandpass filter is a differential filter designed by the coefficient of the differential filter set to one of the two-point differential algorithm mode, the three-point central differential algorithm mode, and the least square polynomial differential approximation mode. And a filter application training mode unit for filtering, outputting a differential waveform, and outputting a result of calculating the squared value of the differential waveform.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 생체신호 측정부로부터 생체신호를 수신하여, 오픈(open) 버튼이 선택되면 통신 포트가 열리고 상기 생체신호 측정부를 통해 검출된 생체신호가 전송되며, 스톱버튼이 선택되면 전송이 멈추고 프로토콜 데이터창에 상기 생체신호의 프로토콜이 표시되도록 제어하는 데이터 통신 실습 모드부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 신호 처리용 실험키트.
The method according to any one of claims 1 to 9,
Receiving a bio-signal from the bio-signal measuring unit, when the open button is selected, a communication port is opened and the bio-signal detected through the bio-signal measuring unit is transmitted. When the stop button is selected, the transmission is stopped and the protocol data window is displayed. Experimental kit for digital signal processing further comprises a data communication training mode for controlling to display the protocol of the bio-signals.
다수의 센서와, 각 센서 구동수단을 구비하여 각각의 센서를 통해 신체의 일부분으로부터 심전도, 혈압, 호흡, 혈중 산소포화농도, 체온을 포함하는 생체신호를 검출하는 생체신호 측정부;
상기 각 센서의 동작 제어를 위한 제어신호를 출력하여 각 센서를 구동시키며 각 센서에서 측정되는 전기적 신호를 증폭 및 필터링하여 디지털 처리하는 디지털 신호 처리부;
상기 디지털 신호 처리부에서 디지털 처리된 각 생체신호들의 유/무선 전송을 위한 통신 인터페이스를 수행하는 통신 인터페이스부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체신호의 디지털 신호 처리용 실험키트.
A biosignal measuring unit including a plurality of sensors and respective sensor driving means for detecting a biosignal including an electrocardiogram, blood pressure, respiration, blood oxygen saturation concentration, and body temperature from a part of the body through each sensor;
A digital signal processor for driving each sensor by outputting a control signal for controlling the operation of each sensor, and amplifying and filtering an electrical signal measured by each sensor to digitally process the sensor;
And a communication interface unit configured to perform a communication interface for wired / wireless transmission of each biosignal digitally processed by the digital signal processor.
제23항에 있어서,
상기 생체신호 측정부의 각 센서에서 검출되는 생체신호를 아날로그 형태로 각각 출력하기 위한 다수의 아날로그 출력단자를 포함하는 키트 출력부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체신호의 디지털 신호 처리용 실험키트.
The method of claim 23, wherein
And a kit output unit including a plurality of analog output terminals for outputting the biosignals detected by the sensors of the biosignal measuring unit in analog form, respectively.
제23항에 있어서,
상기 통신 인터페이스부로 송출되는 생체신호들을 실시간 분석하여 그 분석결과값들을 저장하거나 출력하는 표시부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생체신호의 디지털 신호 처리용 실험키트.
The method of claim 23, wherein
And a display unit which analyzes the bio signals transmitted to the communication interface in real time and stores or outputs analysis results thereof.
제23항에 있어서, 상기 생체신호 측정부는,
전기적 절연으로 구분된 심전도/호흡 측정부와 체온 측정부;
가압 펌프 제어, 배기 밸브 제어, 압력 센서 입력부로 구성된 혈압 측정부; 및,
적외선 LED 제어, 광센서 입력부로 구성된 산소 포화도 측정부로 구성되는 것을 특징으로 하는 생체신호의 디지털 신호 처리용 실험키트.
The method of claim 23, wherein the bio-signal measuring unit,
Electrocardiogram / breath measuring unit and body temperature measuring unit separated by electrical insulation;
A blood pressure measuring unit including a pressure pump control, an exhaust valve control, and a pressure sensor input unit; And,
Experimental kit for digital signal processing of biological signals, characterized in that consisting of an infrared LED control, an oxygen saturation measuring unit consisting of an optical sensor input unit.
제23항에 있어서, 상기 디지털 신호 처리부는,
심전도와 호흡 및 체온의 측정 및 신호 처리를 위한 제1 디지털 신호 처리부와,
혈중 산소 포화도와 혈압의 측정 및 신호 처리를 위한 제2 디지털 신호 처리부로 구성되는 것을 특징으로 하는 생체신호의 디지털 신호 처리용 실험키트.
The method of claim 23, wherein the digital signal processing unit,
A first digital signal processor for measuring ECG and respiration and body temperature and signal processing;
Experimental kit for digital signal processing of biological signals comprising a second digital signal processing unit for measuring blood oxygen saturation and blood pressure and signal processing.
제23항에 있어서, 상기 디지털 신호 처리부는
상기 생체신호 측정부에서 측정된 생체신호에 대한 콘볼루션, FFT, IFFT, 샘플링, FIR 필터, IIR 필터, 변조, 복조 처리를 위한 디지털 신호처리 프로세스가 탑재되는 것을 특징으로 하는 생체신호의 디지털 신호 처리용 실험키트.
The method of claim 23, wherein the digital signal processing unit
Digital signal processing of a biological signal, characterized in that the digital signal processing process for the convolution, FFT, IFFT, sampling, FIR filter, IIR filter, modulation, demodulation processing for the biological signal measured by the biological signal measuring unit is mounted Experiment Kit.
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