CN108010537A - 一种声音报警处理方法、装置、系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种声音报警处理方法、装置及系统，本发明根据第n‑2步的正弦信号输出值以及第n‑1步的正弦信号输出值计算得到第n步的正弦信号输出值，实现了利用前面步骤的正弦信号输出值确定当前步骤的正弦信号输出值。再结合设置的第‑1步的正弦信号输出值和第‑2步的正弦信号输出值，就可以计算得到任何步骤的正弦信号输出值，从而能够避免使用语音芯片存储音频信号，减少了声音告警需要的器件数量，简化了声音告警系统的结构，减小了医疗器械的体积，节省了成本，同时提高了器件的使用效率。
Description
技术领域
本发明涉及声波处理和医疗领域，尤其涉及一种声音报警处理方法、装置、系统。
背景技术
在医护人员利用医疗器械对疾病进行检查时，尤其是进行长时间监测时，声音报警能够起到醒目的提示作用，能够有效提示医护人员需要重点对某一部分进行检查或某一部分出现了病变等。
现有技术中，如图1所示，医疗器械声音报警功能的实现利用微型计算机MCU、语音芯片、放大器以及喇叭实现。具体地，预先将报警的音频信号存储在语音芯片中，在需要报警时由微型计算机MCU控制语音芯片将其存储的音频信号输入到放大器，放大器将输入的音频信号进行放大，并传输给喇叭，由喇叭将放大的音频信号转化成声音释放出去。
现有技术中虽然能够实现声音报警，但是其利用了较多的器件，不仅造成医疗器械的体积增大，并且不能充分利用声音报警器件，造成资源的浪费，同时也增大了声音报警的成本。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何减小医疗器械的声音报警设备的体积以及降低医疗器械的声音报警的成本。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供了一种声音报警处理方法，所述方法包括如下步骤：
根据声波信号的初始相位设置第-1步的正弦信号输出值；
根据声波信号的频率和采样频率设置第-2步的正弦信号输出值以及放大系数；
根据所述放大系数、第n-2步的正弦信号输出值以及第n-1步的正弦信号输出值确定第n步的正弦信号输出值；其中，n为大于或等于0的整数；
根据所述第n步的正弦信号输出值确定第n步的基波和谐波同步输出的值。
结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述方法利用如下公式确定所述第-1步和第-2步的正弦信号输出值：
y[-1]＝sin(0)
式中，y[-1]表示所述第n-1步的正弦信号输出值，y[-2]表示所述第n-2步的正弦信号输出值，f1表示所述声波信号的频率，f2表示所述采样频率。
结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述方法利用如下公式确定所述放大系数：
A＝2cosb
其中，
式中，A表示所述放大系数，f1表示所述声波信号的频率，f2表示所述采样频率。
结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述方法利用如下公式确定所述第n步的正弦信号输出值：
Y[n]＝2Cosb×Y[n－1]－Y[n－2]
式中，Y[n]表示所述第n步的正弦信号输出值，Y[n－1]表示所述第n-1步的正弦信号输出值，Y[n－2]表示所述第n-2步的正弦信号输出值。
结合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，所述方法利用如下公式确定所述第n步的基波和谐波同步输出的值:
其中，
式中，y(n)表示所述第n步的基波和谐波同步输出的值，k表示谐波个数,取值为大于1的正整数，a表示所述初始相位，z＝0时，y(z)表示第n步的初始激励值，z＝1时，y(z)表示第n步的正弦信号输出值，z>1时，y(z)表示第n步的谐波输出值。
第二方面，提供了一种声音报警处理装置，所述装置包括：
第一初始化模块，用于根据声波信号的初始相位设置第-1步的正弦信号输出值；
第二初始化模块，用于根据声波信号的频率和采样频率设置第-2步的正弦信号输出值以及放大系数；
第一计算模块，用于根据所述放大系数、第n-2步的正弦信号输出值以及第n-1步的正弦信号输出值确定第n步的正弦信号输出值；其中，n为大于或等于0的整数；
第二计算模块，用于根据所述第n步的正弦信号输出值确定第n步的基波和谐波同步输出的值。
结合第二方面，在第一种可能的实现方式中，所述第二初始化模块利用如下公式确定所述第-1步和第-2步的正弦信号输出值：
y[-1]＝sin(0)
式中，y[-1]表示所述第n-1步的正弦信号输出值，y[-2]表示所述第n-2步的正弦信号输出值，f1表示所述声波信号的频率，f2表示所述采样频率。
结合第二方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述第二初始化模块利用如下公式确定所述放大系数：
A＝2cosb
其中，
式中，A表示所述放大系数，f1表示所述声波信号的频率，f2表示所述采样频率。
结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述第一计算模块利用如下公式确定所述第n步的正弦信号输出值：
Y[n]＝2Cosb×Y[n－1]－Y[n－2]
式中，Y[n]表示所述第n步的正弦信号输出值，Y[n－1]表示所述第n-1步的正弦信号输出值，Y[n－2]表示所述第n-2步的正弦信号输出值。
结合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，所述第二计算模块利用如下公式确定所述第n步的基波和谐波同步输出的值:
其中，
式中，y(n)表示所述第n步的基波和谐波同步输出的值，k表示谐波个数,取值为大于1的正整数，a表示所述初始相位，z＝0时，y(z)表示第n步的初始激励值，z＝1时，y(z)表示第n步的正弦信号输出值，z>1时，y(z)表示第n步的谐波输出值。
第三方面，提供了一种声音报警系统，所述系统包括上述声音报警处理装置。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：
本发明能够根据第n-2步的正弦信号输出值以及第n-1步的正弦信号输出值计算得到第n步的正弦信号输出值，实现了利用前面步骤的正弦信号输出值确定当前步骤的正弦信号输出值，结合设置的第-1步的正弦信号输出值和第-2步的正弦信号输出值，就可以计算得到任何步骤的正弦信号输出值，从而能够避免使用语音芯片存储音频信号，减少了音频告警需要的器件数量，简化了声音告警系统的结构，减小了医疗器械的体积，节省了成本，同时提高了器件的使用效率。
附图说明
图1为现有技术中医疗器械声音报警系统结构示意图。
图2为本发明一个实施例的声音报警处理方法的流程图；
图3为本发明再一个实施例的声音报警处理方法的流程图；
图4为本发明一个实施例的声音报警处理装置的框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一种声音报警处理方法，如图2所示，该方法包括如下步骤：
110、根据声波信号的初始相位设置第-1步的正弦信号输出值；
此步骤中，第-1步的正弦信号输出值可以为sin(a)，a表示所述初始相位，a取值为了时，sin(a)＝0，即第-1步的正弦信号输出值为0。
120、根据声波信号的频率和采样频率设置第-2步的正弦信号输出值以及放大系数；
具体地，第-1步和第-2步的正弦信号输出值可以利用如下公式计算：
y[-1]＝sin(0)
式中，y[-1]表示所述第n-1步的正弦信号输出值，y[-2]表示第n-2步的正弦信号输出值，f1表示声波信号的频率，f2表示采样频率。
放大系数可以利用如下公式计算：
A＝2cosb
其中，
式中，A表示放大系数，f1表示声波信号的频率，f2表示采样频率。
这里的声波信号的频率和采样频率可以根据具体要求灵活设置。
130、根据放大系数、第n-2步的正弦信号输出值以及第n-1步的正弦信号输出值确定第n步的正弦信号输出值；其中，n为大于或等于0的整数；
具体地，此步骤中利用如下公式确定第n步的正弦信号输出值：
Y[n]＝2Cosb×Y[n－1]－Y[n－2]
式中，Y[n]表示第n步的正弦信号输出值，Y[n－1]表示第n-1步的正弦信号输出值，Y[n－2]表示第n-2步的正弦信号输出值。
第n步的正弦信号输出值还可以表示为如下公式：
那么第n步的正弦信号输出值还可以利用如下公式表示：
Sin(a+nb)＝2CosbSin[a+(n－1)b]－Sin[a+(n－2)b]
140、根据第n步的正弦信号输出值确定第n步的基波和谐波同步输出的值；
具体地，此步骤中利用如下公式确定第n步的基波和谐波同步输出的值:
其中，
式中，y(n)表示第n步的基波和谐波同步输出的值，k表示谐波个数,取值为大于1的正整数，a表示所述初始相位，z＝0时，y(z)表示第n步的初始激励值，z＝1时，y(z)表示第n步的正弦信号输出值，z>1时，y(z)表示第n步的谐波输出值。谐波个数k优选的为4，但是本发明对谐波个数并不进行限定，例如可以取5、6、7等。
本实施例根据第n-2步的正弦信号输出值以及第n-1步的正弦信号输出值计算得到第n步的正弦信号输出值，实现了利用前面步骤的正弦信号输出值确定当前步骤的正弦信号输出值，结合设置的第-1步的正弦信号输出值和第-2步的正弦信号输出值，就可以计算得到任何步骤的正弦信号输出值，从而能够避免使用语音芯片存储音频信号，减少了音频告警需要的器件数量，简化了声音告警系统的结构，减小了医疗器械的体积，节省了成本，同时提高了器件的使用效率。
应当说明的是，上述实施例的方法能够用于医疗器械上的声音报警，例如应用于医用输注泵声音报警，但是本发明实施例对上述方法的应用场景并不进行限定，上述方法还可以用于其他任何需要声音报警的场合，例如将上述方法应用于车辆报警。
下面再通过一个实施例对上述方法进行详细介绍。
本实施例的总体思想是利用波形合成输出离散的正弦信号，本实施例利用两个无穷冲击响应电路IIR把正弦输出信号反馈到输入端来产生自激，从而输出离散的正弦信号。
具体地包括如下步骤：
步骤一、设置初始值，即设置第-1步的正弦信号输出值和第-2步的正弦信号输出值。第-1步的正弦信号输出值设置为0，第-2步的正弦信号输出值设置为Sin(2πb)。通过这两个初始值来使系统自激；第-2步的正弦信号输出值和第-1步的基波初始值即为初始激励值；
步骤二、如图3所示，Sin(a+(n－1)b)和Sin(a+(n－2)b)分别是第(n－1)步和第(n－2)步的输出值；y表示对应IIR的放大系数；则当前步骤输出值等于第(n－1)的输出值乘x(放大系数)和第(n－2)的输出值乘y(放大系数)再求和，具体计算公式如下：
sin(a+nb)＝xsin[a+(n-2)b]+ysin[a+(n-1)b] (1)
式(1)中的a表示正弦波的初始相位；b表示系统的采样步长，b＝输出波形频率÷系统的采样频率；n表示系统已运行的步数。
利用三角函数的两角和差公式展开式(1)得式(2)：
Sin(a+nb)＝(xCos2b+yCosb)×Sin(a+nb)－(xSin2b+ySinb)×Cos(a+nb) (2)
要使式(2)成立，则xCos2b+yCosb＝1，xSin2b+ySinb＝0，计算可得x＝-1,y＝2Cosb；由此可代入式(2)得式(3)：
Sin(a+nb)＝2CosbSin[a+(n－1)b]－Sin[a+(n－2)b](3)
通过式(3)的设置b，将式(3)转换成一个迭代函数第n步的表达式如下式(4)所示:
Y[n]＝2Cosb×Y[n－1]－Y[n－2] (4)
步骤三、通过式(4)来实现需要的正弦限号输出函数Sin(a+nb)，令
则：
叠加在基波上的谐波输出函数为：
其中，f1表示输出正弦波频率，取值为大于0的有限小数；f2表示采样频率，取值为大于0的有限小数；由此可得第n步基波和谐波同步输出的公式如下式(5)所示：
式(5)中n为所需要的最高次值，即迭代的步骤数量。z表示谐波个数，取值为1的整数倍。当n＝0时，y[-1]和y[-2]为初始激励值。其中，
y[-1]＝sin(0)
本实施例的可以通过计算得到第n步的波形输出，在实际应用中可以采用MCU实时计算输出的声波，从而了突破了以音频芯片存储声音信号的方式，提高了MCU的使用率且节约了硬件成本，使硬件系统结构更简单，布置更方便。
对应于上述声音报警处理方法，本发明实施例还公开了一种声音报警处理装置，如图4所示，该装置包括：
第一初始化模块，用于根据声波信号的初始相位设置第-1步的正弦信号输出值；
第二初始化模块，用于根据声波信号的频率和采样频率设置第-2步的正弦信号输出值以及放大系数；
第一计算模块，用于根据放大系数、第n-2步的正弦信号输出值以及第n-1步的正弦信号输出值确定第n步的正弦信号输出值；其中，n为大于或等于0的整数；
第二计算模块，用于根据第n步的正弦信号输出值确定第n步的基波和谐波同步输出的值。
具体地，第二初始化模块利用如下公式确定第-1步和第-2步的正弦信号输出值：
y[-1]＝sin(0)
式中，y[-1]表示所述第n-1步的正弦信号输出值，y[-2]表示第n-2步的正弦信号输出值，f1表示声波信号的频率，f2表示采样频率。
第二初始化模块利用如下公式确定放大系数：
A＝2cosb
其中，
式中，A表示放大系数，f1表示声波信号的频率，f2表示采样频率。
第一计算模块利用如下公式确定第n步的正弦信号输出值：
Y[n]＝2Cosb×Y[n－1]－Y[n－2]
式中，Y[n]表示第n步的正弦信号输出值，Y[n－1]表示第n-1步的正弦信号输出值，Y[n－2]表示第n-2步的正弦信号输出值。
第二计算模块利用如下公式确定第n步的基波和谐波同步输出的值:
其中，
式中，y(n)表示第n步的基波和谐波同步输出的值，k表示谐波个数,取值为大于1的正整数，a表示所述初始相位，z＝0时，y(z)表示第n步的初始激励值，z＝1时，y(z)表示第n步的正弦信号输出值，z>1时，y(z)表示第n步的谐波输出值。
本实施的装置实现了利用前面步骤的正弦信号输出值确定当前步骤的正弦信号输出值，结合设置的第-1步的正弦信号输出值和第-2步的正弦信号输出值，就可以计算得到任何步骤的正弦信号输出值，从而能够避免使用语音芯片存储音频信号，减少了音频告警需要的器件数量，简化了声音告警系统的结构，减小了医疗器械的体积，节省了成本，同时提高了器件的使用效率。
应当说明的是，上述声音报警处理装置可以应用于医疗器械，但本发明实施例对此并不进行限定，例如上述声音报警处理装置还可以应用于车辆上。上述声音报警处理装置可以具体为MCU或其他具有计算和处理功能器件，本发明对此并不进行限定。
应当说明的是，本发明实施例的声音报警处理装置上述实施例的声音报警处理方法相对应的硬件，本发明实施例的方法的每个步骤与本发明实施例的装置的处理步骤是一一对应的，因此对于其中重复的部分，不再进行赘述。
本发明实施例还公开了一种声音报警系统，该系统包括上述实施例中的声音报警处理装置。同样的，该系统也能够利用前面步骤的正弦信号输出值确定当前步骤的正弦信号输出值，结合设置的第-1步的正弦信号输出值和第-2步的正弦信号输出值，就可以计算得到任何步骤的正弦信号输出值，从而能够避免使用语音芯片存储音频信号，减少了音频告警需要的器件数量，简化了声音告警系统的结构，减小了医疗器械的体积，节省了成本，同时提高了器件的使用效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种声音报警处理方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
根据声波信号的初始相位设置第-1步的正弦信号输出值；
根据声波信号的频率和采样频率设置第-2步的正弦信号输出值以及放大系数；
根据所述放大系数、第n-2步的正弦信号输出值以及第n-1步的正弦信号输出值确定第n步的正弦信号输出值；其中，n为大于或等于0的整数；
根据所述第n步的正弦信号输出值确定第n步的基波和谐波同步输出的值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法利用如下公式确定所述第-1步和第-2步的正弦信号输出值：
y[-1]＝sin(0)
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</mrow>
式中，y[-1]表示所述第n-1步的正弦信号输出值，y[-2]表示所述第n-2步的正弦信号输出值，f1表示所述声波信号的频率，f2表示所述采样频率。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法利用如下公式确定所述放大系数：
A＝2cosb
其中，
<mrow>
<mi>b</mi>
<mo>=</mo>
<mn>2</mn>
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<mi>f</mi>
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<mn>2</mn>
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</mfrac>
</mrow>
式中，A表示所述放大系数，f1表示所述声波信号的频率，f2表示所述采样频率。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法利用如下公式确定所述第n步的正弦信号输出值：
Y[n]＝2Cosb×Y[n－1]－Y[n－2]
式中，Y[n]表示所述第n步的正弦信号输出值，Y[n－1]表示所述第n-1步的正弦信号输出值，Y[n－2]表示所述第n-2步的正弦信号输出值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法利用如下公式确定所述第n步的基波和谐波同步输出的值:
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其中，
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</mrow>
</mrow>
式中，y(n)表示所述第n步的基波和谐波同步输出的值，k表示谐波个数,取值为大于1的正整数，a表示所述初始相位，z＝0时，y(z)表示第n步的初始激励值，z＝1时，y(z)表示第n步的正弦信号输出值，z>1时，y(z)表示第n步的谐波输出值。
6.一种声音报警处理装置，其特征在于，所述装置包括：
第一初始化模块，用于根据声波信号的初始相位设置第-1步的正弦信号输出值；
第二初始化模块，用于根据声波信号的频率和采样频率设置第-2步的正弦信号输出值以及放大系数；
第一计算模块，用于根据所述放大系数、第n-2步的正弦信号输出值以及第n-1步的正弦信号输出值确定第n步的正弦信号输出值；其中，n为大于或等于0的整数；
第二计算模块，用于根据所述第n步的正弦信号输出值确定第n步的基波和谐波同步输出的值。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二初始化模块利用如下公式确定所述第-1步和第-2步的正弦信号输出值：
y[-1]＝sin(0)
<mrow>
<mi>y</mi>
<mo>&lsqb;</mo>
<mo>-</mo>
<mn>2</mn>
<mo>&rsqb;</mo>
<mo>=</mo>
<mi>s</mi>
<mi>i</mi>
<mi>n</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>2</mn>
<mi>&pi;</mi>
<mfrac>
<msub>
<mi>f</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<msub>
<mi>f</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
式中，y[-1]表示所述第n-1步的正弦信号输出值，y[-2]表示所述第n-2步的正弦信号输出值，f1表示所述声波信号的频率，f2表示所述采样频率。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二初始化模块利用如下公式确定所述放大系数：
A＝2cosb
其中，
<mrow>
<mi>b</mi>
<mo>=</mo>
<mn>2</mn>
<mi>&pi;</mi>
<mfrac>
<msub>
<mi>f</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<msub>
<mi>f</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
</mfrac>
</mrow>
式中，A表示所述放大系数，f1表示所述声波信号的频率，f2表示所述采样频率。
所述第一计算模块利用如下公式确定所述第n步的正弦信号输出值：
Y[n]＝2Cosb×Y[n－1]－Y[n－2]
式中，Y[n]表示所述第n步的正弦信号输出值，Y[n－1]表示所述第n-1步的正弦信号输出值，Y[n－2]表示所述第n-2步的正弦信号输出值。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第二计算模块利用如下公式确定所述第n步的基波和谐波同步输出的值:
<mrow>
<mi>y</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>n</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>=</mo>
<munderover>
<mo>&Sigma;</mo>
<mrow>
<mi>z</mi>
<mo>=</mo>
<mn>0</mn>
</mrow>
<mi>k</mi>
</munderover>
<mi>Y</mi>
<mo>&lsqb;</mo>
<mi>z</mi>
<mo>&rsqb;</mo>
</mrow>
其中，
<mrow>
<mi>Y</mi>
<mo>&lsqb;</mo>
<mi>n</mi>
<mo>&rsqb;</mo>
<mo>=</mo>
<mi>s</mi>
<mi>i</mi>
<mi>n</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mi>a</mi>
<mo>+</mo>
<mn>2</mn>
<mi>&pi;</mi>
<mi>n</mi>
<mfrac>
<msub>
<mi>f</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<msub>
<mi>f</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
式中，y(n)表示所述第n步的基波和谐波同步输出的值，k表示谐波个数,取值为大于1的正整数，a表示所述初始相位，z＝0时，y(z)表示第n步的初始激励值，z＝1时，y(z)表示第n步的正弦信号输出值，z>1时，y(z)表示第n步的谐波输出值。
10.一种声音报警系统，其特征在于，所述系统包括权利要求6至9任一项所述的声音报警处理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201711489360.2A CN108010537A (zh) | 2017-12-30 | 2017-12-30 | 一种声音报警处理方法、装置、系统 |
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| CN201711489360.2A CN108010537A (zh) | 2017-12-30 | 2017-12-30 | 一种声音报警处理方法、装置、系统 |
Publications (1)
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|---|---|
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| CN (1) | CN108010537A (zh) |
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- 2017-12-30 CN CN201711489360.2A patent/CN108010537A/zh active Pending
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