CN106108949A - 胎心音频信号处理装置以及胎儿监护设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种胎心音频信号处理装置以及胎儿监护设备，其中，上述胎心音频信号处理装置包括：用于产生超声波束并基于所述超声波束采集胎心音频信号的胎心音频信号检测前端、与所述胎心音频信号检测前端的输出端耦合的移频输入端、与所述移频输入端耦合的移频处理模块，以及与所述移频处理模块耦合的移频输出端；所述移频处理模块用于：将所述胎心音频信号检测前端通过所述移频输入端输入的胎心音频信号进行频移处理；将频移处理后的胎心音频信号通过所述移频输出端输出。本发明提供的技术方案能够改善胎心音频信号在音频播放设备中的播放效果，提高胎儿监护广泛应用的可能性。

Description

胎心音频信号处理装置以及胎儿监护设备

技术领域

本发明涉及胎心电子监护领域，具体涉及一种胎心音频信号处理装置以及胎儿监护设备。

背景技术

超声多普勒胎儿监护仪(如下简称胎监)和超声多普勒胎儿心率仪(如下简称胎心多普勒)等胎儿监护设备在医院或社康等医疗单位应用非常广泛，并逐渐深入到家庭应用中，胎儿监护对于提升产妇和胎儿健康水平发挥着非常重要的作用。

国际上目前通用的胎儿监护方法是对胎心率(FHR，Fetal Heart Rate)进行检测，而胎心率的检测需在听取到可靠的胎心音频信号(后续简称为胎心音)下进行。在胎心电子监护领域中，采用超声波多普勒频移原理提取胎心音，其具体实现过程如下：将声源(例如装有超声多普勒传感器的超声探头)置于母腹体表并以固定频率发出超声波信号，当声源对准胎儿心脏时，超声回波的频率将受到运动心脏的调制，以此产生上述多普勒频移信号，进一步从上述多普勒频移信号中提取胎心音信号。

目前常见的基于超声波多普勒频移原理进行胎心率检测的胎心检测设备多采用超声探头和主机一体化的结构形式，一体化的胎心检测设备一方面更方便用户进行操作，另一方面也可以大大的降低成本，达到家庭用户更容易接受的价位。由上可知，胎心检测设备的重要功能之一是能够用于听取胎心音频信号，由于一体化的胎心检测设备固有的结构形式和声音传递的特点，一体化的胎心检测设备的扬声器和胎心音频信号检测前端都置于同一个超声探头中，这样非常容易产生自激啸叫的问题，使得用户难以听取到清晰的胎心音。

为了解决一体化的胎心检测设备一体机自激啸叫的问题，厂家要么将该胎心检测设备的系统增益设计的很低来降低自激啸叫发生的概率，要么设计出不含扬声器的胎心检测设备。然而，系统增益的降低将严重影响系统胎心检测设备的检测灵敏度，而如果胎心检测设备没有内置扬声器的话，那么用户必须用耳机或者其它方式来听取胎心检测设备提取的胎心音频信号，这将大大的降低用户体验，严重影响胎心检测设备一体机的使用，致使一体化的胎心检测设备胎心远远没有达到预想的效果，从而制约了家用胎心检测设备的发展应用，导致胎儿监护的广泛应用受到限制。

发明内容

本发明提供一种胎心音频信号处理装置以及胎儿监护设备，用于改善胎心音频信号在音频播放设备中的播放效果，提高胎儿监护广泛应用的可能性。

本发明一方面提供一种胎心音频信号处理装置，包括用于产生超声波束并基于所述超声波束采集胎心音频信号的胎心音频信号检测前端，所述胎心音频信号处理装置还包括：

与上述胎心音频信号检测前端的输出端耦合的移频输入端、与上述移频输入端耦合的移频处理模块，以及与上述移频处理模块耦合的移频输出端；

上述移频处理模块用于：将上述胎心音频信号检测前端通过上述移频输入端输入的胎心音频信号进行频移处理；将频移处理后的胎心音频信号通过上述移频输出端输出。

基于本发明第一方面，在第一种可能的实现方式中，上述移频处理模块包括：模拟乘法器和隔直电容；

上述模拟乘法器的输入端与上述移频输入端耦合；

上述隔直电容的两端分别与上述模拟乘法器的输出端和上述移频输出端耦合。

基于本发明第一方面，在第二种可能的实现方式中，上述移频处理模块包括：N个串联的模拟乘法器模块，其中，首个模拟乘法器模块的输入端与上述移频输入端耦合，且最后一个模拟乘法器模块的输出端与上述移频输出端耦合，上述N为大于或等于2的正整数；

上述模拟乘法器模块包括：模拟乘法器，以及与上述模拟乘法器的输出端耦合的隔直电容。

基于本发明第一方面，在第三种可能的实现方式中，上述移频处理模块包括：半波整流单元以及与上述半波整流单元耦合的反相求和单元；

上述半波整流单元用于对上述胎心音频信号检测前端通过上述移频输入端输入的胎心音频信号进行半波整流；

上述反相求和单元用于对上述半波整流单元处理后得到的胎心音频信号进行反相求和。

基于本发明第一方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，上述移频处理模块还包括：

与上述反相求和单元耦合，用于对上述反相求和单元处理后得到的胎心音频信号进行基线矫正的基线拟合单元。

基于本发明第一方面的第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，上述半波整流单元包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一二极管、第二二极管以及第一运算放大器；

上述反相求和单元包括：第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻以及第二运算放大器；

其中，上述第一电阻的一端与上述半波整流单元的输入端耦合，且上述第一电阻的另一端与上述第一运算放大器的反相输入端耦合；

上述第二电阻的一端与上述第一运算放大器的同相输入端耦合，且上述第二电阻的另一端接地；

上述第三电阻的一端与上述第一运算放大器的反相输入端耦合，且上述第三电阻的另一端与上述第四电阻的一端耦合，且上述第四电阻的另一端与上述第二运算放大器的反相输入端耦合；

上述第一二极管的负极端与上述第一运算放大器的反相输入端耦合，且上述第一二极管的正极端与上述第一运算放大器的输出端耦合；

上述第二二极管的正极端耦合在上述第三电阻和上述第四电阻的耦合端，且上述第二二极管的负极端与上述第一运算放大器的输出端耦合；

上述第五电阻的一端与上述半波整流单元的输入端耦合，且上述第五电阻的另一端与上述第二运算放大器的反相输入端耦合；

上述第六电阻的一端与上述第二运算放大器的反相输入端耦合，且上述第六电阻的一端与上述第二运算放大器的输出端耦合；

上述第七电阻的一端与上述第二运算放大器的正相输入端耦合，且上述第七电阻的另一端接地。

基于本发明第一方面的第五种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，上述第三电阻的阻值为上述第一电阻的两倍。

基于本发明第一方面，在第七种可能的实现方式中，上述移频处理模块包括：模数转换单元，微处理单元以及数模转换单元；

上述模数转换单元用于将上述胎心音频信号检测前端通过上述移频输入端输入的胎心音频信号进行模数转换；

上述微处理单元用于将上述模数转换单元处理得到的胎心音频信号进行频移处理；

上述模数转换单元用于对上述微处理单元处理得到的胎心音频信号进行数模转换后通过上述移频输出端输出。

基于本发明第一方面的第七种可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，上述移频处理模块还包括：

耦合在上述微处理单元和上述数模转换单元之间的频率均衡单元；

上述频率均衡单元用于对上述微处理单元处理得到的胎心音频信号进行频率畸变校正；

上述数模转换单元具体用于：对上述频率均衡单元处理得到的胎心音频信号进行数模转换后通过上述移频输出端输出。

基于本发明第一方面，在第九种可能的实现方式中，上述移频处理模块包括：调制单元、解调单元、第一频率发生器和第二频率发生器；

其中，上述调制单元的输入端与上述移频输入端耦合、上述解调单元的输入端与上述调制单元的输出端耦合、上述解调单元的输出端与上述移频输出端耦合；

上述调制单元用于采用上述第一频率发生器产生的频率信号对上述胎心音频信号检测前端通过上述移频输入端输入的胎心音频信号经进行调制；

上述解调单元用于采用上述第二频率发生器产生的频率信号对上述调制单元输入的胎心音频信号进行解调。

本发明第二方面提供一种胎儿监护设备，包括：上述本发明第一方面，或上述本发明第一方面的任一种可能的实现方式所提及的胎心音频信号处理装置。

由上可见，本发明中的胎心音频信号处理装置通过对胎心音频信号检测前端输入的胎心音频信号进行频移处理，能够使得频移处理后的胎心音频信号的频率与胎心音频信号检测前端拾取的胎心音频信号的频率错开，从而可以避免在通过音频播放设备播放胎心音频信号时，因胎心音频信号检测前端拾取到该音频播放设备播放的胎心音频信号而引起的自激啸叫，一方面，达到了改善胎心音频信号在音频播放设备中的播放效果的目的，另一方面，也使得家用胎心检测设备能够更容易地被推广，提高了胎儿监护广泛应用的可能性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的胎心音频信号处理装置一个实施例结构示意图；

图2为本发明提供的一种采用硬件方式实现的移频处理模块结构示意图；

图3为本发明提供的另一种采用硬件方式实现的移频处理模块结构示意图；

图4为本发明提供的再一种采用硬件方式实现的移频处理模块结构示意图；

图5为本发明提供的一种半波整流单元和反相求和单元电路结构示意图；

图6为本发明提供的再一种采用硬件方式实现的移频处理模块结构示意图；

图7为本发明提供的一种采用数字信号处理实现的移频处理模块结构示意图；

图8为本发明提供的一种胎儿监护设备结构示意图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本发明实施例提供一种胎心音频信号处理装置，请参阅图1，本发明实施例中的胎心音频信号处理装置，包括：

用于产生超声波束并基于上述超声波束采集胎心音频信号的胎心音频信号检测前端10；

与胎心音频信号检测前端10的输出端耦合的移频输入端11、与移频输入端11耦合的移频处理模块12，以及与移频处理模块12耦合的移频输出端13；

移频处理模块12用于：将胎心音频信号检测前端10通过移频输入端11输入的胎心音频信号进行频移处理；将频移处理后的胎心音频信号通过移频输出端13输出。

可选的，移频处理模块12具体用于：将胎心音频信号检测前端10通过移频输入端11输入的上述胎心音频信号进行频移处理，使得频移处理后的胎心音频信号的频率在音频播放设备的频率响应范围和/或人耳听觉舒适度的频率范围内(人耳听觉舒适度的频率范围可以取普通大众的人耳耳腔的谐振频率范围，例如1KHz-4KHz(“KHz”表示千赫兹，“Hz”表示赫兹))。通过将移频输入端11输入的胎心音频信号频移至音频播放设备的频率响应范围内，能够保证经移频处理模块12频移处理后的胎心音频信号可以较好的引起该音频播放设备的振动膜起振，使得在不降低超声波检测灵敏度和音频播放设备频率响应范围的情况下，达到提高胎心音频信号的检测性能、改善胎心音频信号在音频播放设备中的播放效果的目的，另外，也使得用户通过手机、电脑、普通小音响这类音频播放设备听取胎心音频信号成为可能，进一步提高了胎儿监护广泛应用的可能性。而通过将移频输入端11输入的胎心音频信号频移至人耳听觉舒适度的频率范围内，使得用户能够听取以往听取到以往难以听到的胎心音频信号，进而提高了胎心音频信号的检测灵敏度。

具体的，移频处理模块12可将胎心音频信号检测前端10通过移频输入端11输入的胎心音频信号的频率增大，并使得频移处理后的胎心音频信号的频率在音频播放设备的频率响应范围(例如最佳频率响应范围)内。举例说明，设移频输入端11输入的胎心音频信号的频率为f_d，经移频处理模块12处理后得到的胎心音频信号的频率为f_o，移动的频率为f_m，则：

f_o＝f_d+f_m。

其中，f_m为预设的频率，可以是f_d的整数倍，只需满足f_o在音频播放设备的频率响应范围内。经移频处理模块12处理后得到的胎心音频信号可更容易地被检测到。

图2所示为一种采用硬件方式实现的移频处理模块，此移频处理模块可实现对胎心音频信号进行多倍频的作用。由图2所示，图1所示的移频处理模块包括：模拟乘法器121和隔直电容122，模拟乘法器121的输入端与移频输入端11耦合，隔直电容122的两端分别与模拟乘法器121的输出端和移频输出端13耦合。利用模拟乘法器121能够实现平方运算电路。例如，令模拟乘法器121的传递函数为当u_I为正弦波且时，此时输出为输入的二倍频电压信号，为了得到纯交流信号，在模拟乘法器121的输出端增加隔直电容122，以隔离直流电压。

进一步，也可以采用多个模拟乘法器级联实现来实现多倍频，则图1所示的移频处理模块具体可包括：N个串联的模拟乘法器模块，其中，首个模拟乘法器模块的输入端与图1所示的移频输入端11耦合，且最后一个模拟乘法器模块的输出端与图1所示的移频输出端13耦合，上述N为大于或等于2的正整数。举例说明，设N为2，则移频处理模块具体为两个模拟乘法器模块(每个模拟乘法器模块的结构如图2所示串联，此时可实现4倍频的作用。在此种情况下，输入移频输入端11的胎心音频信号的频率在上述音频播放设备的频率响应范围的4分频范围内较为合适，这样输入移频输入端的胎心音频信号再经过移频处理模块的4倍频处理后，得到的胎心音频信号的频率就可落在该音频播放设备的频率响应范围内。具体，上述N的取值可以根据实际需要进行设定，此处不作限定。

图3所示为另一种采用硬件方式实现的移频处理模块，由图3可见，图1所示的移频处理模块包括：半波整流单元123以及与半波整流单元123耦合的反相求和单元124。半波整流单元123用于对输入半波整流单元123的胎心音频信号(也即上述胎心音频信号检测前端通过上述移频输入端输入的胎心音频信号)进行半波整流；反相求和单元124用于对半波整流单元123处理后得到的胎心音频信号进行反相求和。具体的，半波整流单元123对输入半波整流单元123的胎心音频信号的正半周(或负半周)按比例进行反转，反相求和单元124对半波整流单元123处理后得到的胎心音频信号与输入半波整流单元123的胎心音频信号的负半周(或正半周)进行反相求和，从而可得到时域倍频后的胎心音频信号。

进一步，由于反相求和单元124输出的胎心音频信号可能会有基线漂移、不平稳的特点，因此，在图3的基础上，如图4所示，图3所示的移频处理模块还包括：与反相求和单元124耦合，用于对反相求和单元124处理后得到的胎心音频信号进行基线矫正的基线拟合单元125。通过基线拟合单元125对反相求和单元124输出的胎心音频信号进行基线的矫正，可以去除胎心音频信号中的低频直流分量。

可选的，半波整流单元123和反相求和单元124的具体电路结构可以如图5所示，由图5可见，半波整流单元123包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一二极管D1、第二二极管D2以及第一运算放大器A1；反相求和单元124包括：第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7以及第二运算放大器A2。

其中，第一电阻R1的一端与半波整流单元123的输入端耦合，且第一电阻R1的另一端与第一运算放大器A1的反相输入端耦合；第二电阻R2的一端与第一运算放大器A1的同相输入端耦合，且第二电阻R2的另一端接地；第三电阻R3的一端与第一运算放大器A1的反相输入端耦合，且第三电阻R3的另一端与第四电阻R4的一端耦合，且第四电阻R4的另一端与第二运算放大器A2的反相输入端耦合；第一二极管D1的负极端与第一运算放大器A1的反相输入端耦合，且第一二极管D1的正极端与第一运算放大器A1的输出端耦合；第二二极管D2的正极端耦合在第三电阻R3和第四电阻R4的耦合端，且第二二极管D2的负极端与第一运算放大器A1的输出端耦合；第五电阻R5的一端与半波整流单元123的输入端耦合，且第五电阻R5的另一端与第二运算放大器A2的反相输入端耦合；第六电阻R6的一端与第二运算放大器A2的反相输入端耦合，且第六电阻R6的一端与第二运算放大器A2的输出端耦合；第七电阻R7的一端与第二运算放大器A2的正相输入端耦合，且第七电阻R7的另一端接地。

可选的，令第三电阻R3的阻值为第一电阻R1的两倍，以实现2倍频的效果。下面对通过图5所示的电路结构实现2倍频的效果进行说明：

如图5所示，Uo1输出实现的是半波精密整流的功能，当Ui>0时，必然使第一运算放大器A1的输出小于0，从而导致第二二极管D2导通，第一二极管D1截止，电路实现反相比例运算，即其中，R为第一电阻R1的阻值，当Ui<0时，必然使第一运算放大器A1的输出大于0，从而导致第一二极管D1导通，第二二极管D2截止，此时第三电阻R3中电流为零，因此，输出电压Uo1＝0，从而实现半波整流的功能。Uo1输出可以用如下表示：

(为便于描述，后续将该公式描述为公式1)。

之后如图5所示，利用反相求和单元124将Uo1和Ui的负半周波形相加，就可以实现全波整流，第二运算放大器A2组成的反相求和单元124输出电压Uo2如公式2所示：Uo2＝-Uo1-Ui(为便于描述，后续将该公式描述为公式2)。把公式1代入公式2可得出：

$Uo2=\left\{\begin{array}{cc}Ui\mathrm{...........}& (Ui>0)\\ -Ui\mathrm{.........}& (Ui\&le;0)\end{array}\right..$

由上可见，图5所示的电路结构可以实现绝对值功能，实现胎心音频信号在基线一端的波形反转到另一端，且胎心音频信号的频率发生2倍频的变化，因此可以实现胎心音频信号的2倍频输出。

图6所示为再一种采用硬件方式实现的移频处理模块，由图6可见，图1所示的移频处理模块包括：调制单元126、解调单元127、第一频率发生器128和第二频率发生器129。调制单元126的输入端与移频输入端11耦合、解调单元127的输入端与调制单元126的输出端耦合、解调单元127的输出端与移频输出端13耦合。第一频率发生器128为调制单元126提供调制所需的频率信号，第二频率发生器129为解调单元127提供解调所需的频率信号。调制单元126用于采用第一频率发生器128产生的频率信号对上述胎心音频信号检测前端通过上述移频输入端输入的胎心音频信号经进行调制。解调单元127用于采用第二频率发生器129产生的频率信号对调制单元126输入的胎心音频信号进行解调。举例说明，设第一频率发生器128产生的频率信号的频率为f1，第二频率发生器129产生的频率信号的频率为f2，移频输入端11输入的胎心音频信号的频率为fd，则经过图6所示实施例的移频处理模块处理后的胎心音频信号的频率fo＝fd+f1-f2。可见，通过设置f1-f2的值即可实现任意频率的移频，包括正向移频、负向移频等。

图7所示为一种采用数字信号处理实现的移频处理模块，如图7所示，图1所示的移频处理模块包括：模数转换单元1210，微处理单元1211以及数模转换单元1212。

模数转换单元1210用于将输入模数转换单元1210的胎心音频信号(也即上述胎心音频信号检测前端通过上述移频输入端输入的胎心音频信号)进行模数转换；微处理单元1211用于将模数转换单元1210处理得到的胎心音频信号进行频移处理；数模转换单元1212用于对微处理单元1211处理得到的胎心音频信号进行数模转换后输出。进一步，微处理单元1211可具体用于将模数转换单元1210处理得到的胎心音频信号进行频移处理，并使得频移处理后的胎心音频信号的频率在音频播放设备的频率响应范围和/或人耳听觉舒适度的频率范围内。

在一种应用场景中，微处理单元1211采用时域倍频方式对模数转换单元1210处理得到的胎心音频信号进行频移处理，进一步，还可使得频移处理后的胎心音频信号的频率在音频播放设备的频率响应范围和/或人耳听觉舒适度的频率范围内。可选的，微处理单元1211采用全波重复的时域倍频方式或者半波重复的时域倍频方式对模数转换单元1210处理得到的胎心音频信号进行频移处理，改变胎心音频信号的频谱分布特征，使其到达一个较高的频率(通常情况下，原始的胎心音频信号的频率要低于音频播放设备的频率响应范围的下限值)，从而提高胎心音频信号的响度。具体的，微处理单元1211采用半波反向重复的时域倍频方式对模数转换单元1210处理得到的胎心音频信号进行频移处理。上述半波反向重复的时域倍频方式的设计思路如下：以过零点为分界，首先对胎心音频信号进行半波识别，并缓存当前半波数据和当前半波的反向数据，然后根据输入的胎心音频信号波形方向和倍频后上一半波波形方向，确定倍频输出时先输出与原信号方向相同的波形还是反向波形，使倍频后的胎心音频信号波形保持正反向交替波形输出。

在另一种应用场景中，微处理单元1211采用频谱搬移方式对模数转换单元1210处理得到的胎心音频信号进行频移处理，进一步，还可使得频移处理后的胎心音频信号的频率在音频播放设备的频率响应范围和/或人耳听觉舒适度的频率范围内。例如，微处理单元1211可将模数转换单元1210处理得到的胎心音频信号的频谱高保真地搬移到上述音频播放设备的频率响应范围内，使得胎心音频信号音调增高(通常情况下，原始的胎心音频信号的频率要低于音频播放设备的频率响应范围的下限值)。具体的，微处理单元1211采用频谱搬移方式对模数转换单元1210处理得到的胎心音频信号进行频移处理的方式可如下：对模数转换单元1211处理得到的胎心音频信号进行傅里叶变换，得到上述胎心音频信号的频谱信号，根据上述胎心音频信号的频谱信号与上述音频播放设备的频率响应范围之间的偏差，将上述胎心音频信号的频谱信号整体搬移至上述音频播放设备的频率响应范围内，得到搬移后的频谱信号；对上述搬移后的频谱信号进行傅里叶逆变换，得到频移处理后的胎心音频信号。

在再一种应用场景中，由于时域倍频方式可能会使胎心音频信号变得相对杂散，而频谱搬移方式可能会使胎心音频信号相对单一。因此，微处理单元1211可以采用时域倍频和频谱搬移相结合的方式对模数转换单元1210处理得到的胎心音频信号进行频移处理，使得频移处理后的胎心音频信号听起来更加饱满和自然。进一步，使得经上述时域倍频和频谱搬移相结合的方式频移处理后的胎心音频信号的频率在音频播放设备的频率响应范围和/或人耳听觉舒适度的频率范围内。具体处理方式可如下：微处理单元1211对模数转换单元1210处理得到的胎心音频信号分别进行时域倍频处理和傅里叶变换，得到倍频信号和频谱信号，之后根据上述频谱信号与上述音频播放设备的频率响应范围之间的偏差，将上述频谱信号整体搬移至上述音频播放设备的频率响应范围内，得到频谱搬移信号；然后将上述倍频信号进行傅里叶变换后，与上述频谱搬移信号进行加权叠加，得到叠加合成的信号；最后对上述叠加合成的信号进行傅里叶逆变换，将傅里叶逆变换后得到的信号作为上述微处理单元1211处理后得到的胎心音频信号。

当然，微处理单元1211也可以采用其它方式对模数转换单元1210处理得到的胎心音频信号进行频移处理，此处不作限定。

进一步，在图7所示实施例的基础上，移频处理模块还可包括：耦合在微处理单元1211和数模转换单元1212之间的频率均衡单元。上述频率均衡单元用于对微处理单元1211处理得到的胎心音频信号进行频率畸变校正；数模转换单元1212具体用于：对上述频率均衡单元处理得到的胎心音频信号进行数模转换后通过上述移频输出端输出。

以下对上述频率均衡单元的处理过程进行说明。根据人耳对声音的敏感程度，普通大众的人耳耳腔的谐振频率是1KHz-4KHz，同时人耳对声音的感知主要通过信号中各频谱分量幅值获取，对各分量的相位不敏感。20-60Hz这段频率影响声音的空间感，60-100Hz这段频率影响声音的浑厚感，100-150Hz这段频率影响声音的丰满度，150-300Hz这段频率影响声音的力度，300-500Hz这段频率影响声音厚度和力度，500-1000Hz这段频率影响声音的整体感，但是800Hz是一个“危险频率”。1KHz-2KHz这段频率范围通透感明显，顺畅感强，2KHz-3KHz这段频率是影响声音的明亮度。上述频率均衡单元的处理过程即为根据人耳对不同频率声音的敏感程度不用而选择不同的预加重滤波器进行级联滤波的过程。

为了更加灵活地调节不同频率分量的信号强度，上述频率均衡单元可以通过多个预加重滤波器级联方式实现。首先，参考人耳对不同频段内信号的敏感程度不同，对微处理单元1211频移处理后的信号频率进行分段，然后设计多个预加重滤波器分别对不同频率段内的信号进行非线性增强或者抑制，最后将这些预加重滤波器进行级联，实现对整个频段内的信号调节。通过上述频率均衡单元的处理，可以使胎心音频信号的低频分量被稍微抑制一些，防止出现低频共振声，而高频分量被抑制得相对较多一些，防止声音过于僵硬和呆板，同时中低频分量相对于中高频分量被增强的力度大一些，增加胎心音频信号的声音力度感和厚重感，使胎心音频信号听起来更加的清晰自然。具体地，上述预加重滤波器可以选用IIR形式的二阶预加重滤波器，该二阶预加重滤波器的差分方程为：y(n)＝x(n)-a₀x(n-1)-a₁x(n-2)+by(n-1)，其中，y(n)为输出序列，x(n)为输入序列，a₀、a₁和b为预加重系数(也即滤波器系数)。由该差分方程可看出，该二阶预加重滤波器的输出不仅与输入有关，而且与过去的输出有关。优选地，当需要对胎心音频信号的中频成分增强时，预加重滤波器参数特征要求a₀为正、a₁为负，b为正。

需要说明的是，本发明实施例也可以在图2-6所示的任一移频处理模块之后耦合一频率均衡单元，通过该频率均衡单元对该移频处理模块输出的胎心音频信号进行频率畸变校正，之后再通过移频输出端输出经该频率均衡单元处理后的胎心音频信号。具体的，该频率均衡单元的实现方式可以参照图7所示实施例中关于频率均衡单元的描述，此处不再赘述。

需要说明的是，图1～7所示实施例中的移频处理模块输出的胎心音频信号的频率可以是图1～7所示实施例中的移频输入端输入的胎心音频信号的整数倍(例如2倍频、3倍频、4倍频等)，也可以是图1～7所示实施例中的移频输入端输入的胎心音频信号的正向移频任意数值。本发明实施例中提及的音频播放设备为用于播放胎心音频信号的设备，该音频播放设备具体可以为集成在具备胎心检测功能的胎儿监护设备(例如胎心监测设备)中的扬声器模块，或者，也可以为其它具备音频信号播放功能的设备(例如手机、平板电脑、音响等)，此处不作限定。并且，在不同时期用于播放胎心音频信号的音频播放设备可能不同，用户可以自主选择或切换用于播放胎心音频信号的音频播放设备。

本发明实施例中的胎心音频信号处理装置可以集成在具备胎心检测功能的胎儿监护设备或上述音频播放设备中，此处不作限定。

由上可见，本发明实施例中的胎心音频信号处理装置通过对输入的胎心音频信号进行频移处理，能够使得频移处理后的胎心音频信号的频率与原始拾取的胎心音频信号的频率错开，从而可以避免在通过音频播放设备播放胎心音频信号时，因胎心音频信号检测前端拾取到该音频播放设备播放的胎心音频信号而引起的自激啸叫，一方面，达到了改善胎心音频信号在音频播放设备中的播放效果的目的，另一方面，也使得家用胎心检测设备能够更容易地被推广，提高了胎儿监护广泛应用的可能性。另外，由于胎心音频信号跟语音信号有所不同，胎心音频信号只需要能听取到心跳频率即可，因此，即使本发明实施例中的胎心音频信号处理装置对原始的胎心音频信号的频率进行较大幅度的改变，也不会影响听觉效果。而语音信号一旦频率改变很大的话，可能使得播报的语音信号失真或导致听不清播报的语音信息，影响听觉效果。

实施例二

本发明实施例提供一种胎儿监护设备，包括：胎心音频信号处理装置，该胎心音频信号处理装置的具体结构可以参照图1至图7中的任一胎心音频信号处理装置，此处不再赘述。

下面以一具体应用场景为例，对一种应用前述实施例提及的胎心音频信号处理装置(例如图1至图7中的任一胎心音频信号处理装置)的胎儿监护设备进行描述，如图8所示，该胎儿监护设备除了包含上述胎心音频信号处理装置之外，还包括：音频滤波放大单元、采包络单元、采集处理单元、显示单元、音频功放单元和扬声器。其中，本发明实施例中的胎心音频信号检测前端包括：脉冲发生单元、发射驱动单元、超声换能晶片、接收预放大单元、解调处理单元。

上述脉冲发生单元产生连续波(CW，Continuous Wave)或脉冲波(PW，Pulse Wave)来驱动上述发射驱动单元进行功率放大，并且，上述脉冲发生单元驱动上述解调处理单元产生解调本征信号。上述发射驱动单元驱动上述超声换能晶片产生超声波束，其中上述超声换能晶片可以是单晶片也可以是多晶片，超声波束经过孕妇腹部传播到运动的心脏，超声波束遇到运动的心脏产生超声多普勒信号，超声多普勒信号经上述超声换能晶片进行压电转换后转换为超声多普勒电信号，超声多普勒电信号经过上述接收预放大单元进行信号预放大处理后进入上述解调处理单元，上述解调处理单元对经过接收预放大单元放大后的超声多普勒电信号进行解调处理，经过解调后的信号(也即前述胎心音频信号)进入上述音频滤波放大单元进行信号滤波放大处理，然后经过上述胎心音频信号处理装置进行频移处理，使得处理后的信号的频率在上述扬声器的频率响应范围(例如最佳频率响应范围)内，之后将上述胎心音频信号处理装置处理得到的信号经过上述音频功放单元进行音频功率放大，最终驱动上述扬声器发出胎心音(即通过上述扬声器播放胎心音频信号)。另外，经过上述音频滤波放大单元进行放大后的信号另一路进入上述采包络单元进行包络处理，上述采包络单元产生胎心包络信号，胎心包络信号经过上述采集处理单元进行包络采集和相关胎心率计算算法，计算出胎心率，胎心率经过上述显示单元进行显示。一般的，上述采包络单元也可以采用数字滤波的形式集成在上述采集处理单元中。

可选的，上述采包络单元和上述胎心音频信号处理装置直接在上述采集处理单元内部实现，这样电路设计更加简单，成本更低。利用上述采集处理单元内部的模数转换单元采集上述音频滤波放大单元处理好的胎心音频信号，经过上述采集处理单元数字整流滤波来实现胎心率包络的提取，同时对胎心音频信号进行数字信号处理实现频移处理，再通过上述采集处理单元内部的数模转换单元实现频移处理后的信号的输出，最后通过上述音频功放单元驱动上述扬声器单元发出胎心音。进一步，还可以在上述胎心音频信号处理装置和上述音频功放单元之间增加滤波放大单元，使播放的胎心音质更佳，信噪比更高，检测灵敏度更高。

需要说明的是，在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和设备，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，上述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上为对本发明所提供的一种胎心音频信号处理装置以及胎儿监护设备的描述，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种胎心音频信号处理装置，包括用于产生超声波束并基于所述超声波束采集胎心音频信号的胎心音频信号检测前端，其特征在于，所述胎心音频信号处理装置还包括：

与所述胎心音频信号检测前端的输出端耦合的移频输入端、与所述移频输入端耦合的移频处理模块，以及与所述移频处理模块耦合的移频输出端；

所述移频处理模块用于：将所述胎心音频信号检测前端通过所述移频输入端输入的胎心音频信号进行频移处理；将频移处理后的胎心音频信号通过所述移频输出端输出。

2.根据权利要求1所述的胎心音频信号处理装置，其特征在于，

所述移频处理模块包括：模拟乘法器和隔直电容；

所述模拟乘法器的输入端与所述移频输入端耦合；

所述隔直电容的两端分别与所述模拟乘法器的输出端和所述移频输出端耦合。

3.根据权利要求1所述的胎心音频信号处理装置，其特征在于，

所述移频处理模块包括：N个串联的模拟乘法器模块，其中，首个模拟乘法器模块的输入端与所述移频输入端耦合，且最后一个模拟乘法器模块的输出端与所述移频输出端耦合，所述N为大于或等于2的正整数；

所述模拟乘法器模块包括：模拟乘法器，以及与所述模拟乘法器的输出端耦合的隔直电容。

4.根据权利要求1所述的胎心音频信号处理装置，其特征在于，所述移频处理模块包括：半波整流单元以及与所述半波整流单元耦合的反相求和单元；

所述半波整流单元用于对所述胎心音频信号检测前端通过所述移频输入端输入的胎心音频信号进行半波整流；

所述反相求和单元用于对所述半波整流单元处理后得到的胎心音频信号进行反相求和。

5.根据权利要求4所述的胎心音频信号处理装置，其特征在于，所述移频处理模块还包括：

与所述反相求和单元耦合，用于对所述反相求和单元处理后得到的胎心音频信号进行基线矫正的基线拟合单元。

6.根据权利要求5所述的胎心音频信号处理装置，其特征在于，所述半波整流单元包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一二极管、第二二极管以及第一运算放大器；

所述反相求和单元包括：第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻以及第二运算放大器；

其中，所述第一电阻的一端与所述半波整流单元的输入端耦合，且所述第一电阻的另一端与所述第一运算放大器的反相输入端耦合；

所述第二电阻的一端与所述第一运算放大器的同相输入端耦合，且所述第二电阻的另一端接地；

所述第三电阻的一端与所述第一运算放大器的反相输入端耦合，且所述第三电阻的另一端与所述第四电阻的一端耦合，且所述第四电阻的另一端与所述第二运算放大器的反相输入端耦合；

所述第一二极管的负极端与所述第一运算放大器的反相输入端耦合，且所述第一二极管的正极端与所述第一运算放大器的输出端耦合；

所述第二二极管的正极端耦合在所述第三电阻和所述第四电阻的耦合端，且所述第二二极管的负极端与所述第一运算放大器的输出端耦合；

所述第五电阻的一端与所述半波整流单元的输入端耦合，且所述第五电阻的另一端与所述第二运算放大器的反相输入端耦合；

所述第六电阻的一端与所述第二运算放大器的反相输入端耦合，且所述第六电阻的一端与所述第二运算放大器的输出端耦合；

所述第七电阻的一端与所述第二运算放大器的正相输入端耦合，且所述第七电阻的另一端接地。

7.根据权利要求1所述的胎心音频信号处理装置，其特征在于，所述移频处理模块包括：模数转换单元，微处理单元以及数模转换单元；

所述模数转换单元用于将所述胎心音频信号检测前端通过所述移频输入端输入的胎心音频信号进行模数转换；

所述微处理单元用于将所述模数转换单元处理得到的胎心音频信号进行频移处理；

所述模数转换单元用于对所述微处理单元处理得到的胎心音频信号进行数模转换后通过所述移频输出端输出。

8.根据权利要求7所述的胎心音频信号处理装置，其特征在于，所述移频处理模块还包括：

耦合在所述微处理单元和所述数模转换单元之间的频率均衡单元；

所述频率均衡单元用于对所述微处理单元处理得到的胎心音频信号进行频率畸变校正；

所述数模转换单元具体用于：对所述频率均衡单元处理得到的胎心音频信号进行数模转换后通过所述移频输出端输出。

9.根据权利要求1所述的胎心音频信号处理装置，其特征在于，所述移频处理模块包括：调制单元、解调单元、第一频率发生器和第二频率发生器；

其中，所述调制单元的输入端与所述移频输入端耦合、所述解调单元的输入端与所述调制单元的输出端耦合、所述解调单元的输出端与所述移频输出端耦合；

所述调制单元用于采用所述第一频率发生器产生的频率信号对所述胎心音频信号检测前端通过所述移频输入端输入的胎心音频信号经进行调制；

所述解调单元用于采用所述第二频率发生器产生的频率信号对所述调制单元输入的胎心音频信号进行解调。

10.一种胎儿监护设备，其特征在于，包括：

如权利要求1至9任一项所述的胎心音频信号处理装置。