CN102395313B - 用于处理生理信号的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种信号处理方法，包括从被布置成监控至少一个用户的系统（9-12）获得至少一个生理信号。获得至少基于表示在至少一个用户存在其中的环境中由至少一个器具（23,24,28）汲取的电流的至少一个特征的数据的数据。该数据用于确定基于该至少一个生理信号的输出。

Description

用于处理生理信号的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种信号处理方法，包括：

从被布置成监控至少一个用户的系统获得至少一个生理信号。

本发明还涉及一种信号处理系统，包括用于从被布置成监控至少一个用户的系统获得至少一个生理信号的接口。

本发明还涉及一种计算机程序。

背景技术

US2008/0200774涉及一种保健系统，其包括被配置成围绕对象的耳朵而佩戴的壳体（shell）。将至少一个生理传感器提供给该壳体，以用于测量并输出表示对象的生理状况的生理变量。将至少一个活动传感器提供给该壳体，以用于测量并输出表示对象的活动的活动变量。将至少一个环境传感器提供给该壳体，以用于测量并输出表示对象的环境的环境变量。该系统包括处理模块，其用于处理各生理、活动和环境变量并且用于基于各生理、活动和环境变量来生成输出信号。活动传感器可以在XYZ维度（dimension）中连续地监控对象的物理活动以用于运动监控（包括跌倒监控）。在一个实施例中，该环境传感器输出环境温度。

该已知设备的问题在于，它仅使用运动传感器来解释生理数据。在这种设备的目的是监控人的物理健康状况的情况下，这不太成问题。然而，当它要做出关于人的精神状态的推断时，仅基于表征该人的运动的另外数据的解释可能是不充足的。

发明内容

本发明的目的是提供一种使得自动化系统能够更准确地辨别由于人的精神状态的变化引起的生理信号值的变化和由于其他影响引起的生理信号值的变化的上文提及类型的方法、系统和计算机程序。

该目的通过根据本发明的方法实现，该方法包括：

-从被布置成监控至少一个用户的系统获得至少一个生理信号，

-获得至少基于表示在该至少一个用户存在于其中的环境中由至少一个器具汲取的电流的至少一个特征的第二数据的第一数据，其中第一数据由便携式设备（1）通过至少一个无线通信链路接收，其中第二数据借助至少一个监控设备（22）获得，该监控设备用于监控通过与该监控设备（22）相关联的插座而提供的电流的至少一个特征，

-基于在便携式设备（1）与至少包括相应一个监控设备（22）的多个设备（15-17；18）中每一个之间的无线通信链路的特征来确定用户的位置，以及

-使用该第一数据确定基于至少一个生理信号的输出。

生理信号不必在相对较长的距离上传输。取而代之，身体传感器网络可以将生理信号中继到由用户携带的或在附近的信号处理设备。可以将至少基于表示电流的至少一个特性的第二数据的第一数据在更长距离上传递到便携式信号处理设备。而且，本发明考虑以下事实：无线信号的方向性和强度可以有利地用于定位这种信号的接收器。

表示某种生理现象（比如心率、皮肤导电性及其变化）的生理信号与人的精神状态（心情或情绪状态）非常高度相关。因此，获得这样的信号有助于自动化系统推断人的精神状态的准确度。然而，一些信号伪影（artifact）归因于其他影响，例如该人正在从事或最近已经从事的活动的类型。通过获得表示由在至少一个用户存在于其中的环境中的至少一个器具所汲取的电流的至少一个特征的数据，可以做出关于该人的活动的推断。因此，使用该数据解释该至少一个生理信号的自动化系统能够更有效地识别精神状态的变化并且相应地调节其输出。

在一实施例中，借助至少一个监控设备获得表示电流的至少一个特征的第二数据，该监控设备用于监控通过至少暂时与该监控设备相关联的插座（socket）而提供的电流的至少一个特征。

可以实现该实施例而不用在环境中的电气器具的重大修改。特别地，处理生理信号的系统不需要具有到每个器具的通信链路。

在该实施例的变型中，每个监控设备包括在插入件中，该插入件包括用于插入到壁装式插座中的插头至少一个用于接收电气器具的电源插头的插座。

可以实现该变型而不用环境的重大修改，特别是没有对建筑物中的市电电源的改变。另一个效果是，可以做出关于用户在环境中的一个或多个位置的推断，这是因为壁装式插座具有固定位置，并且在正常情况下，通过该插入件插入其中的设备会在该位置的有限距离内。

在另一个变型中，该插入件中的至少一个分析由通过该插入件汲取电流的多个器具的至少一个汲取的电流的特征，以识别汲取电流的该多个器具的特征。

该变型能够应付经由插入件连接到壁装式插座的电源板，因为，它可以区分由插入到电源板的相应插座中的各个器具的电流使用。

在一实施例中，从多个监控设备中的每一个获得表示电流的至少一个特征的第二数据以及相关联的、标识该数据所源自的监控设备的数据。

在该实施例中，可以定位该用户，因为标识监控设备的数据可以包括表示监控设备的（相对）位置的数据或者可以被交叉引用（cross-referenced）到将每个可识别的监控设备与（相对）位置关联的数据库。

该方法的一个实施例包括：

-提供用于输入与监控设备有关的数据的用户接口，以及

-与所输入的数据相关的监控设备的标识相关联地存储所输入的数据。

该实施例可以用于定位用户，因为与监控设备的标识相关联地存储的数据可以包括用于定位监控设备的数据。该实施例还可以用于更准确地作出对一个或多个生理信号的解释，这是因为连接到监控设备的器具类型的指示包括在与监控设备的标识相关联地存储的数据中。因此。例如，电视机连接到的监控设备可以被这样识别。它正在汲取电流的事实告知执行该方法的系统有人正在看电视的事实。该电流水平甚至可以使得系统能够推断电视正在播放的音量。

该方法的一实施例包括下述至少一个：

a）当在用于获得至少一个生理信号的系统的环境中检测到缺失时，使得到至少一个器具的电流源被切断；以及

b）当在用于获得至少一个生理信号的至少一个系统的环境中检测到存在时，使得到至少一个器具的电流源被恢复。

该实施例使用在特定环境中典型地在人体上携带的设备的缺失和存在来作为用于接通或切断器具的触发器。因此，使用与为了在该环境中调适设备输出的目的而用于处理生理信号的部件相同的部件，获得了附加的节能效果。

根据另一个方面，根据本发明的信号处理系统包括：

-便携式设备，其包括：

-用于从被布置成监控至少一个用户的系统获得至少一个生理信号的接口，以及

-用于从用于监控在至少一个用户存在于其中的环境中由至少一个器具汲取的电流的至少一个特征的系统获得第一数据的接口，其中第一数据由该便携式设备通过至少一个无线通信链路接收，其中第二数据借助至少一个监控设备获得，该监控设备用于监控通过与该监控设备相关联的插座而提供的电流的至少一个特征，

其中该信号处理系统被配置成基于便携式设备与至少包括相应一个监控设备的多个设备中每一个之间的无线通信链路的特性来确定用户的位置，

-其中该信号处理系统被配置成使用该第一数据确定基于该至少一个生理信号的输出。

该系统可以提供更适合由生理信号值表征的用户的状态的输出或使得该输出被提供。

在一实施例中，该系统被配置成实现根据本发明的方法。

根据本发明另一个方面，提供一种包括指令集的计算机程序，该指令集在并入机器可读介质时中能够使得具有信息处理能力的系统执行根据本发明的方法。

附图说明

将参照附图进一步详细地阐释本发明，在附图中：

图1是其中存在身体传感器网络和电流监控器的环境的框图；

图2是包括电流监控器的插入件的透视图；

图3是初始化包括电流监控器的设备的方法的流程图；以及

图4是处理生理信号的方法的流程图。

具体实施方式

图1图示了用于解释生理信号的系统的实施例，其被配置成适当地调节其操作或使得外部设备的操作被适当调节。特别地，该系统或外部设备的输出可以以适合于用户的特定精神状态（特别是心情）的方式来调节。例如，内容呈现设备的可感知输出可以例如通过选择不同的内容数据或通过调节设备以可感知形式呈现内容数据的设置来进行调节或使之被调节。类似地，可以至少部分地基于如通过解释生理信号而确定的至少一个用户的精神状态来调节环境系统。根据该实施例，这种环境系统的输出包括环境照明参数（例如颜色、强度、方向）、气流、温度、湿度、触觉反馈等中的至少一个。

在所示的实施例中，向用户提供了便携式数据处理设备1，例如个人数字助理（PDA）、智能电话或专用设备。便携式设备1包括中央处理单元2和主存储器3以及数据存储设备4（例如固态或磁性非易失性存储设备）。在所示的实施例中，它还包括显示器驱动器5和显示器6以及用户输入设备7，例如键盘、指示设备和与显示器6组合的触敏设备中的至少一个。通过这些部件，便携式设备1能够提供图形用户接口（GUI）。

便携式数据处理设备1一般地是电池供电的。它一般地会在用户的身体上携带。该便携式数据处理设备1还具有到例如根据IrDA、蓝牙、UWB、Z-Wave或ZigBee标准实现的个人区域网络（PAN9）的网络接口8。

生理传感器10-12也连接到PAN9，通过该PAN9，它们向便携式数据处理设备1提供表示至少一个相应的生理信号的数据。可以由信号量化的生理参数的实例包括：心率、呼吸率、皮肤导电性、皮肤导电性响应的数量、体温、心率变化、肌肉活动性、呼吸率与心率正弦曲线之间的关联性等。这些生理参数是已经发现与人类的精神状态（特别是心情）相关联的参数。应当理解，取决于要提供的生理信号，生理传感器10-12进行的测量可以是不接触的或者传感器10-12可以保持直接接触皮肤。在一种变型中，生理传感器10-12中的一个或多个是固定的，但是当便携式数据处理设备1在一定范围内时集成到PAN9中。因此，例如，传感器10-12可以包括在椅子中，并且当用户坐下时建立与用户的便携式数据处理设备1的接触。在另一种变型中，一个或多个生理传感器集成到便携式数据处理设备1中，例如压力传感器集成到用户输入设备7中。

便携式数据处理设备1还包括第二网络接口13，即到可以是无线局域网或广域网的第二无线网络14的接口。第二网络14可以包括无线蜂窝网络或根据IEEE802.11x标准之一的无线局域网。第二网络14使得便携式数据处理设备1能够与壁上插座插入件15-17交换数据，通过图1的实例示出了其中三个壁上插座插入件。在一个可替代实施例中，壁上插座插入件15-17借助电力线网络（例如根据G.hn/G.9960标准提案）和第二网络14与这种电力线网络之间的网关来通信。

图2示出壁上插座插入件的特定实施例18，其包括用于插入壁装式插座中的插头18和复制该壁装式插座的插座20，该插座20用于接纳电气器具的电源插头（未示出）。还提供了用于激活壁上插座插入件18的按钮21。

举例来说，图1图示了第一壁上插座插入件15包括用于监控由相应的电气器具23、24通过第一壁上插座插入件15汲取的电流的至少一个特征的监控设备22。第一壁上插座插入件15包括用于处理测量的值并基于这些测量的值提供数据的处理设备25。使用到第二网络14的网络接口26将该数据传送到便携式数据处理设备1。应当注意，第一壁上插座插入件15用于获得由相应的器具23、24汲取的电流的多个特征中任意一个，包括电压、电流、功率、功耗的移动平均值、频率、电压与电流之间的相位角等等。第一壁上插座插入件15特别地还可以检测电压和/或电流中模式的存在。事实上，这样的模式可以用于区分两个电气器具23、24，例如检测哪一个是操作的或哪些特征（例如功耗）可归因于哪一个。图1的第一壁上插座插入件15还包括用于接通和切断到电器器具23、24的电源的开关27。

其他的壁上插座插入件16、17相似于第一壁上插座插入件15。在示出的实例中，第三器具28连接到第二壁上插座插入件16，同时没有器具插入到第三壁上插座插入件17中。

在所示出的实施例中，壁上插座插入件15-18以图3中指示的方式被初始化。

在第一步骤29中，将壁上插座插入件15-18插入到壁装式插座中，或者否则被加电（例如通过按压按钮21）。壁上插座插入件15-18轮询（poll）无线网络14以发现便携式数据处理设备1（步骤30）。

便携式数据处理设备1根据预定的协议作出响应（步骤31）以设立到壁上插座插入件15-18的链路。

在所示出的实施例中，还在显示器6上提供（步骤32）图形用户接口（GUI），从而允许用户输入与壁上插座插入件15-18相关的数据。该数据包括下述至少一个：壁上插座插入件的名称、连接到壁上插座插入件15-18的电子器具23、24、28的一个或多个名称或其类型的名称、提供壁上插座插入件15-18的房间的名称或类型以及位置（例如作为罗盘上的点）。

获得了用户输入之后（步骤33），便携式数据处理设备1将所述位置和其他相关特征传输给壁上插座插入件15-18（步骤34）。在另一个实施例中，便携式数据处理设备1将该数据本地地存储在数据库中。

壁上插座插入件15-18分析连接的电气器具23、24、28的功耗模式（步骤35），从而获悉如何借助设备的电签名区分不同的设备。在该首先初始化之后，壁上插座插入件15-18存储其设置（步骤36），由此准备好向具有连接的生理传感器10-12的便携式数据处理设备1提供背景信息。该背景信息提供有价值的输入，以用于评估由包括生理传感器10-12的身体传感器网络（BSN）测量的精神生理信号。

壁上插座插入件15-18还可以实现的一个功能是节能功能。在已经被提供了（步骤34）关于连接到它的电气器具23、24、28的类型的信息之后，例如设有开关27的第一壁上插座插入件15，可以根据是否检测到连接到BSN的便携式数据处理设备1来接通和切断到电气器具23、24的电流源。为此，第一壁上插座插入件15可以简单地不时轮询网络14以确定是否存在设备1。如果设备1或类似设备都不存在，则切断电流源。一旦再次检测到便携式设备1，则恢复电路源。只有被告知适当的电气器具23、24（例如照明器具或类似）被设置成经由它汲取电流时，壁上插座插入件15才会实现该功能。

在图4中概括地图示了评估由包括生理传感器10-12的身体传感器网络（BSN）测量的精神生理信号的处理。便携式数据处理设备1经由PAN9获得生理信号（步骤37）。它还通过使用从壁上插座插入件15-18接收的无线信号的多边测量定位（multilateration）来确定用户的位置（步骤38）。确定用户的位置的其他方法是可设想到的，但是基于便携式数据处理设备1与壁上插座插入件15-18之间的无线通信链路的特征的确定不需要附加的装备。

便携式数据处理设备1还接收来自壁上插座插入件15-18的活动的报告（步骤39），其基于表示由连接到相应壁上插座插入件15-18的任何器具23、24、28汲取的电流的至少一个特征的数据。例如，壁上插座插入件15-18之一可以报告咖啡机或洗碟机正被使用或者刚被使用了。

便携式数据处理设备1处理生理信号（步骤40）以确定用户的精神状态（特别是心情），并且确定对该情况下精神状态的适当响应（步骤42）。这些步骤40-42中至少一个利用在先前步骤38、39中提供的位置和活动信息来调节基于根据或对应于生理数据的数据的算法。

作为实例，如果用户被确定为在电视机43附近并且生理信号指示受挫，则该信号被解释为意指用户正在看他或她不喜欢的节目。适当的响应会是确定使得切换到不同频道的输出（步骤44），并且通过第二网络或另一个通信链路向电视机43提供适当的命令。在另一个实例中，便携式数据处理设备1可以确定用户在咖啡机附近（步骤38）。适当的输出随后将是酿造更柔滑类型的咖啡的命令。

在另一个实例中，便携式数据处理设备1可以确定用户在刚刚使用（步骤39）的咖啡机附近（步骤38）。该信息随后用于根据生理信号的类型来调适基于生理信号确定用户的精神状态的处理。例如，已知人的皮肤电反应对咖啡因的摄取反应强烈。因此，在该用途的情况下，提供适当输出的处理中的前两个步骤40、41针对位置和活动数据来进行调适。

在又一个实施例中，例如如果便携式数据处理设备1具有资源来以可感知的形式呈现音轨，则便携式数据处理设备1可以使用它从壁上插座插入件15-18接收的背景信息来调适它自己根据生理信号的输出。因此，便携式数据处理设备1可以提供用户知道他或她被推断的精神状态的输出以及基于该精神状态的输出，以及使得提供这些输出。

应当注意，上述实施例说明而非限制本发明，并且本领域技术人员将能够设计许多可替代实施例，而不脱离所附权利要求的范围。在权利要求中，括号之间的任何附图标记不应当被解释为限制权利要求。词语“包括”不排除权利要求所列之外的元件或步骤的存在。元件前的词语“一”、“一个”不排除多个这样的元件的存在。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的起码事实并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。

在一实施例中，使用了固定设备来取代便携式数据处理设备1。当身体传感器网络在一定范围内时，固定设备建立了到身体传感器网络的链路，该身体传感器网络包括至少一个生理传感器和无线收发器。

在该实施例中或在又一个实施例中，用于提供与电流监控设备相关联的数据的GUI由与适当的远程控制单元（未示出）相结合的固定设备（例如电视机43）来提供。

在另一个实施例中，除了所描述的壁上插座插入件15-17之外，还使用了对应于上述壁上插座插入件15-18但适用于与模拟电话一起使用且包括插座和插头（例如根据RJ11或BS6312标准）的壁上插座插入件。

Claims (9)

1.一种信号处理方法，包括：

-从被布置成监控至少一个用户的系统（9-12)获得至少一个生理信号，

-至少基于表示电流的至少一个特征的第二数据获得第一数据，所述电流在所述至少一个用户存在于其中的环境中由至少一个器具（23,24,28）汲取，其中第一数据由便携式设备（1）通过至少一个无线通信链路接收，其中第二数据借助至少一个监控设备（22）获得，该监控设备用于监控通过与该监控设备（22）相关联的插座而提供的电流的至少一个特征，

-基于在所述便携式设备（1）与至少包括相应一个监控设备（22）的多个设备（15-17；18）中每一个之间的无线通信链路的特征来确定用户的位置，以及

-使用该第一数据确定基于所述至少一个生理信号和所述用户相对于所述至少一个器具位置的输出。

2.根据权利要求1的方法，

其中借助至少一个监控设备（22）获得表示电流的至少一个特征的第二数据，该监控设备用于监控通过至少暂时与该监控设备（22）相关联的插座而提供的电流的至少一个特征。

3.根据权利要求2的方法，

其中每个监控设备（22）包括在插入件（15-17；18）中，该插入件（18）包括用于插入壁装式插座中的插头（19）和至少一个用于接纳电气器具（23,24,28）的电源插头的插座（20）。

4.根据权利要求3的方法，

其中该插入件（15）中的至少一个分析由通过该插入件（15）汲取电流的多个器具（23,24）中的至少一个汲取的电流的特征，以标识汲取电流的多个器具（23,24）的特征。

5.根据权利要求2的方法，

其中从多个监控设备（22）中的每一个获得表示电流的至少一个特征的第二数据，以及相关联的标识所述数据所源自的各监控设备（22）的数据。

6.根据权利要求2的方法，包括：

-提供用于输入与监控设备（22）有关的数据的用户接口，以及

-与所输入的数据相关的监控设备（22）的标识相关联地存储所输入的数据。

7.根据权利要求1的方法，包括下述至少一个：

a）当在用于获得所述至少一个生理信号的系统（9-12）的环境中检测到缺失时，使得到至少一个器具（23,24,28）的电流源被切断；以及

b）当在用于获得所述至少一个生理信号的至少一个系统（9-12）的环境中检测到存在时，使得到至少一个器具（23,24,28）的电流源被恢复。

8.一种信号处理系统，包括：

-便携式设备（1），其包括：

-用于从被布置成监控至少一个用户的系统（9-12）获得至少一个生理信号的接口（8），以及

-用于基于第二数据获得第一数据的接口（13），所述第二数据表示在至少一个用户存在于其中的环境中由至少一个器具（23,24,28）汲取的电流的至少一个特征，其中第一数据由该便携式设备（1）通过至少一个无线通信链路接收，其中第二数据借助至少一个监控设备（22）获得，该监控设备用于监控通过与该监控设备（22）相关联的插座而提供的电流的至少一个特征，

其中该信号处理系统(1)被配置成基于便携式设备(1)与至少包括相应一个监控设备（22）的多个设备（15-17；18）中每一个之间的无线通信链路的特性来确定用户的位置，

其中该信号处理系统被配置成使用该第一数据来确定基于所述至少一个生理信号和所述用户相对于所述至少一个器具位置的输出。

9.根据权利要求8的系统，被配置成执行根据权利要求1-7中任一项的方法。