CN108113649B - 生物信号处理设备和生物测量学信息检测设备及方法 - Google Patents

生物信号处理设备和生物测量学信息检测设备及方法 Download PDF

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Abstract

提供一种生物信号处理设备、生物测量学信息检测设备以及检测生物测量学信息的方法。生物信号处理设备包括：第一低通滤波器(LPF)，被配置为具有第一截止频率，并输出具有输入生物信号的小于第一截止频率的低频成分的第一预处理信号；第二低通滤波器LPF，被配置为具有第二截止频率，并输出从输入生物信号去除大于或等于第二截止频率的高频成分的第二预处理信号；处理器，被配置为基于输出的第一预处理信号和输出的第二预处理信号来输出用于生物测量学信息检测的输出生物信号。

Description

生物信号处理设备和生物测量学信息检测设备及方法
本申请要求于2016年11月29日提交到韩国知识产权局的第10-2016-0160563号韩国专利申请的优先权，所述韩国专利申请的全部公开通过引用完整地包含于此。
技术领域
与示例性实施例一致的设备和方法涉及通过处理生物信号来检测生物测量学信息。
背景技术
为了从生物信号测量心率，可分别通过低通滤波和高通滤波从生物信号去除高频噪声和低频噪声，然后可对滤波后的生物信号执行信号处理来测量心率。在这种情况下，在顺序地执行低通滤波、高通滤波和信号处理来获得最终心率的同时，可能发生时间延迟。此外，作为在滤波处理期间去除低频信息的结果，在执行信号处理来对心率校正错误的同时不能使用低频信息。此外，当由两个单独的滤波器(低通滤波器和高通滤波器)执行低通滤波和高通滤波时，因为在每个滤波器中包含一个或多个相同组件，所以这些滤波器可能占据超出必要的空间。
发明内容
示例性实施例至少解决上面的问题和/或缺点以及上面未描述的其他缺点。此外，不要求示例性实施例克服上述的缺点，并且示例性实施例可不克服上述问题中的任何问题。
根据示例性实施例的方面，提供一种生物信号处理设备，包括：第一低通滤波器LPF，被配置为具有第一截止频率，并输出具有输入生物信号的小于第一截止频率的低频成分的第一预处理信号；第二LPF，被配置为具有第二截止频率，并输出从输入生物信号去除大于或等于第二截止频率的高频成分的第二预处理信号；处理器，被配置为基于输出的第一预处理信号和输出的第二预处理信号来输出用于生物测量学信息检测的输出生物信号。
输入生物信号可被并行输入到第一LPF和第二LPF，第一LPF和第二LPF还可被配置为以并行方式对输入生物信号进行滤波。
生物信号处理设备还可包括：延迟缓冲器，被配置为调节输出的第二预处理信号和输出的第一预处理信号的延迟的量。
延迟缓冲器可连接到第二LPF的输入端和输出端中的一个或二者。
延迟缓冲器的规格可基于第一截止频率与第二截止频率之间的差而被调节，以使输出的第一预处理信号和输出的第二预处理信号同步。
处理器还可被配置为：响应于第一截止频率和第二截止频率被设置为相等，并且输出的第一预处理信号和输出的第二预处理信号中的一个预处理信号相对于输出的第一预处理信号和输出的第二预处理信号中的另一个预处理信号通过延迟缓冲器被延迟预定时间，将输出的第一预处理信号的幅度与输出的第二预处理信号的幅度进行比较以产生输出生物信号。
处理器还可被配置为：在产生的输出生物信号中确定输出的第一预处理信号和输出的第二预处理信号中的所述一个预处理信号大于输出的第一处理信号和输出的第二预处理信号中的所述另一个预处理信号的时间间隔的周期性；基于确定的周期性，从产生的输出生物信号提取心脏收缩/舒张周期。
处理器还可被配置为：响应于第一截止频率和第二截止频率被设置为不同，并且输出的第一预处理信号和输出的第二预处理信号通过延迟缓冲器彼此同步，将输出的第一预处理信号的幅度与输出的第二预处理信号的幅度进行比较以产生输出生物信号，基于产生的输出生物信号的脉冲信号之间的时间变化量，检测产生的输出生物信号的错误。
处理器还可被配置为：响应于第一截止频率和第二截止频率被设置为不同，并且输出的第一预处理信号和输出的第二预处理信号通过延迟缓冲器彼此同步，基于同步的第一预处理信号和第二预处理信号之间的幅度差，产生输出生物信号。
处理器还可被配置为：响应于第一截止频率和第二截止频率被设置为不同，并且输出的第一预处理信号和输出的第二预处理信号中的一个预处理信号相对于输出的第一预处理信号和输出的第二预处理信号中的另一个预处理信号通过延迟缓冲器被延迟预定时间，在相同时间点将输出的第一预处理信号的幅度与输出的第二预处理信号的幅度进行比较以产生输出生物信号；在产生的输出生物信号中确定第一预处理信号和第二预处理信号中的所述一个预处理信号大于第一预处理信号和第二预处理信号中的所述另一个预处理信号的时间间隔的奇异性；基于确定的奇异性，从产生的输出生物信号提取用于输入生物信号的质量评价的信号。
第一LPF和第二LPF可包括有限脉冲响应FIR滤波器或无限脉冲响应IIR滤波器。
输出生物信号包括心跳信号、心脏收缩/舒张周期信号、去除高频和低频噪声的信号、输入生物信号以及用于输入生物信号的质量评价的信号中的任意一个或任意组合。
生物信号处理设备还包括：集成滤波器，包括第一LPF和第二LPF。
根据另一示例性实施例的方面，提供一种生物测量学信息检测设备，包括：生物信号获取器，被配置为从对象获取生物信号；预处理器，包括：第一低通滤波器(LPF)，被配置为具有第一截止频率，并输出具有获取的生物信号的小于第一截止频率的低频成分的第一预处理信号；第二LPF，被配置为具有第二截止频率，并输出从获取的生物信号去除大于或等于第二截止频率的高频成分的第二预处理信号。生物测量学信息检测设备还包括：处理器，被配置为基于输出的第一预处理信号和输出的第二预处理信号来检测生物测量学信息。
生物测量学信息可包括心跳信号、心肌收缩/舒张周期信号、血压、动脉老化的程度、血糖水平、脑电图(EEG)、肌电图(EMG)和眼电图(EOG)中的任意一个或任意组合。
预处理器还可包括：延迟缓冲器，连接到第二LPF的输入端或输出端，并被配置为调节输出的第一预处理信号和输出的第二预处理信号的延迟的量。
第一LPF和第二LPF可被单独实现，并且还被配置为以并行方式对获取的生物信号进行滤波。
第一LPF和第二LPF可被实现为组合第一LPF和第二LPF的集成滤波器，并还被配置为对获取的生物信号进行完整地滤波。
生物信号获取器还可被配置为通过将光发射到对象并检测从对象散射或反射的光来获取生物信号。
生物测量学信息检测设备还可包括：通信接口，被配置为接收存储在外部存储装置中的生物信号数据；显示器，被配置为显示获取的生物信号、输出的第一预处理信号、输出的第二预处理信号和检测的生物测量学信息。
根据另一示例性实施例的方面，提供一种检测生物测量学信息的方法，包括：从对象获取生物信号；通过第一低通滤波器LPF输出具有获取的生物信号的小于第一截止频率的低频成分的第一预处理信号；通过第二LPF输出从获取的生物信号去除大于或等于第二截止频率的高频成分的第二预处理信号；基于输出的第一预处理信号和输出的第二预处理信号来检测生物测量学信息。
所述方法还可包括显示获取的生物信号、输出的第一预处理信号、输出的第二预处理信号和检测的生物测量学信息。
所述方法还可包括通过延迟缓冲器调节输出的第二预处理信号和输出的第一预处理信号的延迟的量。
根据另一示例性实施例的方面，提供一种可穿戴装置，包括：传感器，被配置为检测用户的生物信号；处理器，被配置为控制传感器检测生物信号，通过LPF对检测的生物信号进行滤波，调节滤波的生物信号的延迟的量，基于延迟的量被调节的滤波的生物信号，检测生物测量学信息；主体，在所述主体中布置传感器和处理器。
可穿戴装置还可包括：通信接口，布置在主体中，并被配置为从生物测量学信息数据库(DB)接收生物测量学信息。处理器还可被配置为控制通信接口将检测的生物测量学信息发送到生物测量学信息DB。
可穿戴装置还可包括：显示器，布置在主体中，并被配置为显示检测的生物测量学信息。
处理器可包括：所述LPF和另一LPF，包括有限脉冲响应(FIR)滤波器或无限脉冲响应(IIR)滤波器；延迟缓冲器，被配置为调节所述LPF和所述另一LPF的输出的延迟的量，处理器还可被配置为通过所述另一LPF对检测的生物信号进行滤波。
处理器还可被配置为：基于评价检测的生物信号的质量的结果，控制传感器重新检测用户的生物信号。
根据另一示例性实施例的方面，提供一种生物信号处理设备，包括：第一低通滤波器(LPF)，被配置为对输入生物信号进行滤波，以产生具有输入生物信号的小于第一截止频率的低频成分的第一预处理信号；第二LPF，被配置为对输入生物信号进行滤波，以产生从输入生物信号去除大于或等于第二截止频率的高频成分的第二预处理信号；延迟缓冲器，被配置为延迟产生的第一预处理信号和产生的第二预处理信号中的一个预处理信号；处理器，被配置为基于输出的第一预处理信号和输出的第二预处理信号中的延迟的一个预处理信号以及输出的第一预处理信号和输出的第二预处理信号中的另一个预处理信号，产生用于生物测量学信息检测的输出生物信号。
第一截止频率可与第二截止频率不同，延迟缓冲器还可被配置为延迟产生的第二预处理信号以使产生的第二预处理信号与产生的第一预处理信号同步，处理器还可被配置为将产生的第一预处理信号反转，并将反转的第一预处理信号与同步的第二预处理信号相加，以产生带通滤波信号作为输出生物信号。
第一截止频率可与第二截止频率不同，延迟缓冲器还可被配置为延迟产生的第二预处理信号以使产生的第二预处理信号与产生的第一预处理信号同步，处理器还可被配置为将产生的第一预处理信号与同步的第二预处理信号进行比较，以产生脉冲信号作为输出生物信号。
第一截止频率可等于第二截止频率，延迟缓冲器还可被配置为将产生的第二预处理信号延迟预定的时间量，处理器还可被配置为将产生的第一预处理信号与延迟的第二预处理信号进行比较，以产生脉冲信号作为输出生物信号。
第一截止频率可与第二截止频率不同，延迟缓冲器还被配置为将产生的第二预处理信号延迟预定的时间量，处理器还可被配置为将产生的第一预处理信号与延迟的第二预处理信号进行比较，以产生脉冲信号作为输出生物信号。
附图说明
通过参照附图对示例性实施例进行描述，上述和/或其他方面将会更加清楚，其中：
图1是示出根据示例性实施例的生物信号处理设备的框图；
图2是示出具有不同截止频率的低通滤波器(LPF)的输出的曲线图；
图3是示出根据另一示例性实施例的生物信号处理设备的框图；
图4A是根据图3的示例性实施例的用于描述生物信号的处理的曲线图；
图4B是根据图3的另一示例性实施例的用于描述生物信号的处理的曲线图；
图4C是根据图3的另一示例性实施例的用于描述生物信号的处理的曲线图；
图4D是根据图3的另一示例性实施例的用于描述生物信号的处理的曲线图；
图5是示出根据另一示例性实施例的生物信号处理设备的框图；
图6A是用于描述根据示例性实施例的集成滤波器的配置的示图；
图6B是用于描述根据另一示例性实施例的集成滤波器的配置的示图；
图6C是用于描述根据示例性实施例的生物信号处理设备的处理器的示图；
图7是示出根据示例性实施例的生物测量学信息检测设备的框图；
图8是示出根据另一示例性实施例的生物测量学信息检测设备的框图；
图9是示出根据示例性实施例的生物测量学信息检测方法的流程图；
图10是根据示例性实施例的可穿戴装置的立体图；
图11是示出根据示例性实施例的安装在可穿戴装置的主体中的组件的框图。
具体实施方式
下面参照附图对示例性实施例进行更加详细地描述。
在以下描述中，即使在不同的附图中，相同的附图参考标号也被用于相同的元件。提供在描述中定义的事物(诸如具体的结构和元件)，以帮助全面理解示例性实施例。然而，应清楚，能够在没有这些具体限定的事物的情况下实践示例性实施例。此外，可不对公知的功能或构造进行详细描述，因为他们会因不必要的细节而使描述模糊。
术语“第一”、“第二”等的使用不意味着任何特定顺序，但是他们被包括以识别个体元件。此外，术语第一、第二等的使用不表示任何顺序或重要性，而是术语第一、第二等被用来区分一个元件与另一个元件。将理解，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时，说明存在阐述的元件，但不排除存在或添加一个或多个其他元件。诸如“单元”和“模块”的术语表示处理至少一个功能或操作的单元，他们可通过使用硬件、软件或者硬件和软件的组合被实现。
图1是示出根据示例性实施例的生物信号处理设备的框图。图2是示出具有不同截止频率(cutoff frequency)的低通滤波器(LPF)的输出的曲线图。参照图1，生物信号处理设备100包括第一LPF 110、第二LPF 120和处理器130。在这种情况下，可使用一个或多个处理器、存储器以及包括它们的一个或多个模块来实现处理器130。生物信号可包括生物电信号、生物力学信号、生物声学信号和生物光信号。
第一LPF 110可被设置为具有第一截止频率，并从输入的第一生物信号10输出具有低频成分的第一预处理信号11。例如，第一LPF 110可被设置为具有0.5Hz的第一截止频率fc1，并通过阻挡0.5Hz或更大的频带并且仅通过小于0.5Hz的低频成分来输出第一预处理信号11。
第二LPF 120可被设置为具有第二截止频率，并通过从第一生物信号10去除高频成分来输出第二预处理信号12。例如，第二LPF 120可被设置为具有5Hz的第二截止频率fc2，并输出第二预处理信号12，其中，第二预处理信号12中的5Hz或更大的高频成分被滤除。
当处理器130被设计为使用第一生物信号10的频带(例如，从0.7Hz到4.8Hz的频带)时，第一截止频率fc1(例如，0.5Hz)可被设置为小于或等于频带的下限(例如，0.7Hz)，第二截止频率fc2(例如，5Hz)可被设置为大于或等于频带的上限(例如，4.8Hz)。
第一LPF 110和第二LPF 120可彼此并联连接，而且第一生物信号10可同时输入到第一LPF 110和第二LPF 120二者。第一LPF 110和第二LPF 120可以以并行方式对输入的第一生物信号10进行滤波，并分别输出第一预处理信号11和第二预处理信号12。照此，通过并行处理输出的预处理信号可被输入到处理器130，使得滤波器的输入信号与输出信号之间的延迟可被有效管理。
处理器130可基于第一预处理信号11和第二预处理信号12输出用于生物测量学信息检测的第二生物信号13。例如，处理器130可使用分别通过第一LPF 110和具有与第一LPF110相同或不同的截止频率的第二LPF 120滤波的第一预处理信号11和第二预处理信号12，并输出用于生物信号检测的带通滤波信号、脉冲信号、低通滤波信号和用于质量评价的信号。
例如，LPF的截止频率设置得越低，滤波器的输出延迟可能越大。在一个示例中，在第一LPF 110的第一截止频率被设置为0.5Hz且第二LPF 120的第二截止频率被设置为5Hz的情况下，具有较低截止频率的第一LPF 110的第一预处理信号11相对于第二LPF 120的第二预处理信号12而被延迟，然后被输出。
参照图1和2，假设第一LPF 110的第一截止频率被设置为0.5Hz，第二LPF 120的第二截止频率被设置为5Hz。在这种情况下，当第一生物信号10被输入到生物信号处理设备100时，各自通过具有设置的截止频率的通带的滤波器的第一预处理信号11和第二预处理信号12可能由于截止频率之间的差异而具有延迟。例如，如在图2中所示，当第一预处理信号11和第二预处理信号12相对于第一生物信号10分别被延迟220个样本和22个样本，并被输出时，第一预处理信号11相对于第二预处理信号12被延迟198个样本并被输出，使得两个输出信号会以非同步的状态被输出。
在这种情况下，生物信号处理设备100可通过调节预处理信号的延迟来输出用于生物信号检测的第二生物信号13。这里，第二生物信号可包括各种预处理信号，其中，各种预处理信号包括心跳信号、去除了高频和低频噪声的信号、输入的第一生物信号以及用于输入的第一生物信号的质量评价的信号。
例如，生物信号处理设备100可通过将延迟缓冲器连接到第一LPF和第二LPF的输入端和/或输出端，来调节预处理信号的延迟的量。在这种情况下，与用于延迟输出的延迟缓冲器连接的LPF可以是延迟LPF(DLPF)。DLPF和LPF可被设计为彼此共享缓冲器，下面将对用于通过共享缓冲器来调节输出的延迟的量的配置进行描述。
图3是示出根据另一示例性实施例的生物信号处理设备的框图。图4A、图4B、图4C和图4D是根据图3的示例性实施例的用于描述生物信号的处理的曲线图。图4A至图4D示出在以250Hz的采样频率fs输入第一生物信号30时的根据截止频率fc和延迟的量d的预处理信号。
参照图3，生物信号处理设备300包括第一LPF 310、第二LPF 320、处理器330和延迟缓冲器340。这里，第一LPF 310、第二LPF 320和处理器330与图1的第一LPF 110、第二LPF120和处理器130执行基本相同的功能，因此下面的描述将集中在不重复的配置上。
虽然图3示出作为示例的连接到第二LPF 320的输出端的延迟缓冲器340，但是延迟缓冲器340可连接到第一LPF和/或第二LPF的输入端和输出端中的一个或二者，并且输出信号的延迟的量可根据输出信号的使用的目的(诸如，脉搏波信号的检测、带通滤波器的实现和输出信号的质量评价)而被调节。
例如，参照图2和图3，当假设第一LPF 310的截止频率被设置为0.5Hz，第二LPF320的截止频率被设置为5Hz，并且第一预处理信号31和第二预处理信号32被输出时，第一预处理信号31和第二预处理信号32相对于第一生物信号30分别被延迟220个样本和22个样本，然后被输出，使得第一预处理信号31相对于第二预处理信号32被延迟198个样本，然后被输出。
在这种情况下，延迟缓冲器340可基于每个预处理信号的延迟的量将预处理信号延迟预定采样周期，并可控制输出信号之间的延迟的程度。可基于针对滤波器(例如，第一LPF 310和第二LPF 320)设置的截止频率之间的差来确定延迟缓冲器340的规格。此外，可基于截止频率之间的差自动确定延迟缓冲器340的规格，或可通过用户或操作者来确定延迟缓冲器340的规格。例如，当第一预处理信号31被延迟220个样本然后被输出时，延迟缓冲器340可连接到第二LPF 320的输入端和/或输出端，并调节第一预处理信号31与第二预处理信号32之间的延迟以使两个输出信号彼此同步。在这种情况下，用于同步的延迟缓冲器的规格可基于截止频率差而被自动确定。
处理器330可使用调节了延迟的信号输出用于生物测量学信息检测的第二生物信号33。
例如，参照图3和图4A，生物信号处理设备300可通过使第一预处理信号和第二预处理信号同步，来输出去除低频和高频噪声的带通滤波信号作为第二生物信号33。在一个示例中，当第一截止频率和第二截止频率被不同设置，并且第一预处理信号和第二预处理信号彼此同步并通过延迟缓冲器输出时，处理器300可基于第一预处理信号与第二预处理信号之间的幅度差来提取去除低频和高频噪声的带通滤波信号。例如，在第一LPF 310的截止频率为0.5Hz且第二LPF 320的截止频率为5Hz的情况下，延迟缓冲器340可连接到第二LPF 320的输入端和/或输出端，使得信号相对于第一预处理信号的延迟而被延迟198个样本，然后被输出。
在这种情况下，处理器330可通过从第二预处理信号32去除第一预处理信号31，来输出具有0.5Hz至5Hz的通带的第二生物信号33。一旦从第二LPF 320输出的第二预处理信号32通过延迟缓冲器340被延迟，第二预处理信号32就可变得与第一预处理信号31同步。当接收到同步的第一预处理信号31和第二预处理信号32时，处理器330可关于时间轴(例如，x轴)将第一预处理信号31反转(invert)，并可将反转的第一预处理信号31与第二预处理信号32相加，以获得去除高频和低频噪声的带通信号。带通信号可对应于第二生物信号33。在这种情况下，处理器330可包括用于执行加法的一个或多个加法器。例如，由于脉冲信号具有大约0.83Hz至3.33Hz的频率(每分钟50至200周期)，所以处理器330的具有相应频率的输出可被用于检测脉冲信号。图4B是根据另一示例性实施例的用于描述生物信号处理设备300的生物信号处理的曲线图。
在另一示例中，参照图3和图4B，生物信号处理设备300可使第一预处理信号31和第二预处理信号32彼此同步，并检测使用脉冲信号提取的第二生物信号的错误，其中，脉冲信号是通过比较第一预处理信号31和第二预处理信号32的幅度而获得的。例如，脉冲信号可通过检测第二预处理信号变得大于(或者小于)第一预处理信号的时刻而被提取。
例如，处理器330可计算脉冲信号之间的时间间隔，并基于脉冲信号的时间间隔的变化来检测检测到的心跳信号的错误。在一个示例中，参照示出表示脉冲信号之间的时间差的曲线图的图4B，脉冲信号之间的时间差在大约4500至5000个样本的间隔内快速变化。在这种情况下，处理器330将脉冲信号之间的时间间隔骤然变化的间隔内的信号分类为噪声成分(诸如，运动噪声)，并将该信号检测为错误。
在另一示例中，参照图3和图4C，生物信号处理设备300可通过调节第一预处理信号和第二预处理信号的延迟的量并且将第一预处理信号31的幅度与第二预处理信号32的幅度进行比较，来输出用于提取心跳信号的第二生物信号33。例如，当第一截止频率和第二截止频率被设置为相同频率，并且第一预处理信号31和第二预处理信号32中的一个相对于另一个信号被延迟预定时间并被输出时，处理器330可基于在关于时间轴的相同时间点的第一预处理信号31与第二预处理信号32之间的幅度的比较，来提取第二生物信号33。
在一个示例中，当第一LPF 310和第二LPF 320具有5Hz的相同的截止频率时，延迟缓冲器340可连接到第二LPF 320，使得第二LPF 320的输出相对于第一预处理信号被延迟10个样本。
在这种情况下，处理器330可确定第一预处理信号31和第二预处理信号32中的一个在关于时间轴的相同时间点大于另一预处理信号的间隔的周期，并可基于确定的周期性从第二生物信号33提取心脏收缩/舒张周期。
在一个示例中，当通过从第一生物信号30去除高频噪声而产生的第一预处理信号31和第二预处理信号32被设置为在它们之间具有预定差(例如，10个样本)，并且处理器330可使用比较器来仅提取第一预处理信号31大于第二预处理信号32的区域时，在心跳信号具有规律周期的情况下，具有周期性的脉冲信号可被提取。在这种情况下，处理器330可输出提取的脉冲信号作为用于提取用户的心跳或心脏收缩/舒张周期信号的第二生物信号33。
虽然为了描述的方便，描述了提取第一预处理信号31大于第二预处理信号32的区域，但是也可提取第二预处理信号32大于第一预处理信号31的信号的区域，并可根据将被检测的生物信号或生物信号处理设备300的操作的目的来不同地设置通过预处理信号的幅度的比较的脉冲信号的提取。
在另一示例中，参照图3和图4D，生物信号处理设备300可通过调节第一预处理信号31和第二预处理信号32的延迟的量并且将第一预处理信号31的幅度与第二预处理信号32的幅度进行比较，来输出用于评价第一生物信号的质量的第二生物信号33。例如，当第一截止频率和第二截止频率被不同设置，并且第一预处理信号31和第二预处理信号32中的一个相对于另一个预处理信号被延迟预定时间并通过延迟缓冲器输出时，处理器330可通过将第一预处理信号31的幅度与第二预处理信号32的幅度进行比较来确定第一预处理信号31和第二预处理信号32中的一个大于另一个的间隔的奇异性(irregularity)，并可基于确定的奇异性从第二生物信号33提取用于评价第一生物信号的质量的信号。
在一个示例中，第一LPF 310可充当全通滤波器或输出完整的第一生物信号。当第二LPF 320的截止频率被设置为5Hz时，延迟缓冲器340可连接到第二LPF 320的输入端和/或输出端，使得来自第二LPF 320的输出与第一预处理信号31同步。
在这种情况下，处理器330将第二预处理信号32的幅度与第一预处理信号31的幅度进行比较以计算第一预处理信号31大于第二预处理信号32的区域，并基于计算的区域的奇异性提取用于评价第一生物信号30的质量的信号，其中，第二预处理信号32已通过调节其延迟的量而与第一预处理信号31同步。
在一个示例中，当第一生物信号30包含高频噪声(诸如，运动噪声)，并且第一生物信号30的质量因此而不佳时，第一预处理信号31与第二预处理信号32的比较结果可被提取有如在图4D的示图(a)中所示的不规则图案。当第一生物信号30不包含任何的噪声，并且第一生物信号30的质量因此而良好时，第一预处理信号31与第二预处理信号32的比较结果可以以与如在图4D的示图(b)中所示的周期心跳信号类似的脉冲的形式出现。照此，处理器330可输出通过将彼此同步的第一预处理信号31与第二预处理信号32的幅度进行比较而获得的用于确定第一生物信号的信号质量的第二生物信号33。
图5是示出根据另一示例性实施例的生物信号处理设备的框图。参照图5，生物信号处理设备500包括集成滤波器510和处理器520。
集成滤波器510可通过将延迟缓冲器连接到两个或更多个LPF以调节从各自的两个或更多个LPF输出的信号的延迟而被配置，并可输出包括输入的第一生物信号50的低频成分的第一预处理信号51以及滤除第一生物信号50的高频成分的第二预处理信号52。
例如，集成滤波器510可包括被设置为具有不同截止频率的两个或更多个LPF。由于LPF特性，随着LPF的截止频率变得更低，LPF的输出信号延迟得更久。因此，被设置为具有不同截止频率的两个或更多个LPF的输出可通过根据设置的截止频率之间的差改变它们的延迟的量而被输出。
集成滤波器510可包括用于调节从各自的两个或更多个LPF输出的信号的延迟的量的延迟缓冲器。这里，延迟缓冲器可连接到LPF的输入端和/或输出端，并可调节输出的延迟的量。在这种情况下，延迟的量可通过调节延迟缓冲器的规格N而以样本为单位被调节，连接到延迟缓冲器的LPF可被称为DLPF。
例如，集成滤波器510可通过基于截止频率之间的差调节延迟缓冲器的规格来使第一预处理信号51与第二预处理信号52彼此同步。在一个示例中，当假设集成滤波器510包括被设置为具有0.5Hz的截止频率的第一LPF和被设置为具有5Hz的截止频率的第二LPF，并且第一LPF的输出相对于第一生物信号被延迟220个样本，第二LPF的输出被延迟22个样本时，第二LPF的输出被进一步延迟198个样本(220个样本–22个样本)，使得第一LPF的输出与第二LPF的输出同步。在这种情况下，延迟缓冲器连接到第二LPF的输入端和/或输出端，使得第二LPF的输出被进一步延迟198个样本(220个样本–22个样本)。因此，第一LPF的输出(例如，第一预处理信号)与第二LPF的输出(例如，第二预处理信号)能彼此同步。
集成滤波器510可包括两个或更多个LPF。例如，在集成滤波器510包括具有0.5Hz的截止频率的第一LPF、具有5Hz的截止频率的第二LPF和具有50Hz的截止频率的第三LPF的假设下，第一LPF的输出可相对于第一生物信号被延迟220个样本，第二LPF的输出可相对于第一生物信号被延迟22个样本，第三LPF的输出可相对于第一生物信号被延迟2个样本。
在这种情况下，为了参照第一LPF的输出而使第二LPF和第三LPF的输出彼此同步，第二LPF的输出被进一步延迟198个样本(220个样本–22个样本)，第三LPF的输出被进一步延迟218个样本(220个样本–2个样本)。
在集成滤波器510中，延迟缓冲器可连接到第二LPF的输入端和/或输出端以将第二LPF的输出延迟198个样本(220个样本–22个样本)，并且延迟缓冲器可连接到第三LPF的输入端和/或输出端以将第三LPF的输出延迟218个样本(220个样本–2个样本)，使得第一LPF的输出(例如，第一预处理信号)、第二LPF的输出(例如，第二预处理信号)和第三LPF的输出(例如，第三预处理信号)可彼此同步。
在另一示例中，在集成滤波器510包括具有0.5Hz的截止频率的第一LPF和具有5Hz的截止频率的第二LPF的情况下，第一LPF的输出可相对于第一生物信号被延迟220个样本，第二LPF的输出可相对于第一生物信号被延迟22个样本。在这种情况下，集成滤波器510可调节第二LPF的输出的延迟的量，使得第一LPF的输出与第二LPF的输出相差10个样本。即，集成滤波器510可通过将延迟缓冲器连接到第二LPF的输入端和/或输出端使得第二LPF的输出被延迟188个样本或208个样本，来调节第二LPF的输出的延迟的量，以允许第二LPF的输出与第一LPF的输出相差10个样本。
包括在集成滤波器510中的滤波器可根据信号处理的目的而与延迟缓冲器连接，从而滤波器的输出的延迟的量被调节，使得全部的输出信号彼此同步或者使得滤波器的输出彼此相差预定数量的样本。
在集成滤波器510包括一个或多个LPF以及两个或更多个DLPF的情况下，可部分地组合LPF和DLPF的重复配置。
图6A是用于描述根据示例性实施例的集成滤波器的配置的示图。参照图6A，LPF601和DLPF 602被集成到图5的集成滤波器510中，并且集成滤波器510的一个或多个电路组件作为LPF 601的部分并且也作为DLPF 602的部分。即，LPF 601和DLPF 602共享一个或多个相同电路组件。LPF 601和DLPF 602可被实现为具有如在图6A中所示的无限脉冲响应(IIR)滤波器结构。例如，基于IIR滤波器的集成滤波器510的LPF 601包括缓冲器，DLPF 602与LPF 601部分地共享缓冲器，使得用于同步的延迟缓冲器的数量N可被减少。
当第一生物信号60被输入时，集成滤波器510可通过LPF 601输出第一预处理信号并且通过DLPF 602输出第二预处理信号。照此，通过共享重复的元件，缓冲器规格可被减小。然而，示例性实施例不限于上面的描述，并且可使用具有有限脉冲响应(FIR)滤波器结构来实现集成滤波器510。用于实现LPF和DLPF的缓冲器设置得越多，延迟缓冲器的数量越可被有效减少。
图6B是用于描述根据另一示例性实施例的集成滤波器的配置的示图。参照图6A和图6B，可使用具有FIR滤波器结构的一个或多个LPF来实现图5的集成滤波器510，并且这些LPF可彼此并联并输出第一至第n预处理信号。此外，集成电路510可输出第一至第n预处理信号，其中，第一至第n预处理信号的延迟的量通过调节连接到LPF的延迟缓冲器的规格N而被调节。
图6C是用于描述根据示例性实施例的生物信号处理设备的处理器的示图。
参照图5和图6C，图5的处理器520可使用在集成滤波器510中预处理的第一预处理信号51和第二预处理信号51，来输出用于生物信号检测的第二生物信号53。这里，第二生物信号53可包括(但不限于)心跳信号、去除高频和低频噪声的信号、输入的第一生物信号、脉冲信号和用于输入的第一生物信号的质量评价的信号。第二生物信号53可包括用于生物测量学信息检测的各种预处理信号。
例如，处理器520可通过调节第一预处理信号61和第二预处理信号62的延迟的量并将第一预处理信号61和第二预处理信号62的幅度进行比较，来输出脉冲信号63。在一个示例中，在集成滤波器510包括第一LPF和第二LPF并且第一LPF和第二LPF的截止频率被设置为相同的情况下，集成滤波器510可调节延迟的量，使得第二低通滤波器的输出相对于第一低通滤波器的输出被延迟10个样本，其中，集成滤波器中的延迟缓冲器可连接到第二低通滤波器的输入端和/或输出端。在这种情况下，处理器520可通过使用比较器仅提取第一预处理信号61大于第二预处理信号62的区域，来输出脉冲信号63。
在这种情况下，处理器520可使用提取的脉冲信号63的周期性和奇异性来提取收缩/舒张周期和用于输入的第一生物信号60的质量评价的信号。
例如，在输入的第一生物信号是心脏收缩/舒张周期信号并包括少量噪声的情况下，提取的脉冲信号可呈现与心脏收缩/舒张周期信号的周期性类似的周期性。相反，在输入的第一生物信号包括各种频率范围的包括噪声(诸如，运动噪声)的信号的情况下，可无规律地提取没有周期性的脉冲信号。当提取的脉冲信号具有周期性并形成预定数量的样本的周期组时，处理器520可将该脉冲组提取作为心脏收缩/舒张周期信号，并使用提取的脉冲信号的奇异性来提取用于输入的第一生物信号的质量评价的信号。
在另一示例中，处理器520可使用彼此同步的第一预处理信号61和第二预处理信号62来将去除高频和低频噪声的带通滤波信号64输出作为第二生物信号53。例如，在集成滤波器510包括第一低通滤波器和第二低通滤波器并且第一低通滤波器和第二低通滤波器的截止频率被设置为彼此不同的情况下，具有较低截止频率的低通滤波器的输出可被进一步延迟和输出，并且集成滤波器510可基于进一步延迟的输出的延迟的量来调节延迟缓冲器的规格，并延迟其他输出信号，使得输出信号可彼此同步。在这种情况下，处理器520可关于时间轴将第一预处理信号61反转，并可对反转的第一预处理信号61和第二预处理信号62进行求和，以输出去除高频和低频噪声的带通滤波信号64。在这种情况下，处理器520可包括一个或多个加法器。
如上面参照图5和图6C所述，可使用集成LPF和DLPF的结构来实现根据示例性实施例的生物信号处理设备500，并且生物信号处理设备500可从输入的第一生物信号60来输出第一预处理信号61、第二预处理信号62、脉冲信号63和带通滤波信号64。
图7是示出根据示例性实施例的生物测量学信息检测设备的框图。参照图7，生物测量学信息检测设备700包括生物信号获取器710、预处理器720和处理器730。预处理器720和处理器730均可使用一个或多个处理器、存储器以及包括它们的一个或多个模块来实现。
生物信号获取器710可包括能感测包括生物电信号、生物力学信号、生物声学信号和生物光信号的各种生物信号的传感器。例如，生物信号获取器710可包括将光发射到对象并检测从对象散射或反射的光的光传感器。在这种情况下，光传感器可包括(但不限于)被配置为以近红外线(NIR)带或中红外线(MIR)带发射光的光源。此外，光源可包括发光二极管(LED)或激光二极管，光传感器可包括(但不限于)诸如光电晶体管(PTr)或电荷耦合器件(CCD)的检测器。
例如，生物信号获取器710可通过将光发射到用户的手腕并检测从手腕返回的光来获取光电血管容积图(PPG)信号。此外，生物信号获取器710可从附着在对象上的电极获取诸如脑电图(EEG)、肌电图(EMG)和眼电图(EOG)的生物电信号。
预处理器720可包括一个或多个LPF，对输入的生物信号进行预处理，并输出预处理信号。例如，根据将被检测的生物测量学信息(例如，心率、心肌收缩/舒张周期、血压、动脉老化的程度、血糖水平、EEG、EMG和EOG等)的特性和使用目的，预处理器720可适当调节第一预处理信号和第二预处理信号的延迟的量或者使输出信号彼此同步。例如，LPF的特性在于：它的截止频率设置得越低，输出相对于输入信号延迟得越大，因此，预处理器720可包括用于调节输出信号的延迟的量的延迟缓冲器。
例如，预处理器720可调节延迟的量，使得输出信号彼此同步。在一个示例中，当预处理器720包括一个或多个LPF，第一预处理信号相对于输入信号被延迟220个样本然后从第一LPF输出，第二预处理信号相对于输入信号被延迟22个样本然后从第二LPF输出时，预处理器720可通过将延迟缓冲器连接到第二LPF的输入端和/或输出端来调节输出信号的延迟的量，使得第二预处理信号被进一步延迟198个样本。
在另一示例中，预处理器720可通过将延迟缓冲器连接到LPF的输入端和/或输出端来适当调节输出信号的延迟的量。例如，当预处理器720可包括截止频率不同的第一LPF和第二LPF，并且第一LPF和第二LPF分别输出第一预处理信号和第二预处理信号时，预处理器720可通过将延迟缓冲器连接到第一LPF和/或第二LPF的输入端和/或输出端来调节输出信号的延迟的量，使得第一预处理信号和第二预处理信号之间的延迟的量变成10个样本。
预处理器720可包括一个或多个LPF，这些LPF可彼此独立地实现并以并行方式处理获取的生物信号。例如，在预处理器720包括第一LPF和第二LPF的情况下，第一LPF和第二LPF可彼此独立地实现并彼此并行处理获取的生物信号。此外，用于调节将被输出的预处理信号的延迟的量的延迟缓冲器可独立连接到第一LPF和/或第二LPF的输入端和/或输出端，并调节每个LPF的输出信号的延迟的量。
在另一示例中，预处理器720可包括一个或多个LPF，这些LPF可被实现为以集成的方式组合LPF并处理获取的生物信号的集成滤波器。例如，在预处理器720包括第一LPF和第二LPF的情况下，第一LPF和第二LPF可以以它们共享缓冲器的方式彼此连接，并且用于调节将被输出的预处理信号的延迟的量的延迟缓冲器可以以共享缓冲器的方式连接到第一LPF和/或第二LPF的输入端和/或输出端，并可调节输出信号的延迟的量。在一个示例中，第一LPF和第二LPF可以基于IIR滤波器结构或FIR滤波器结构以它们共享缓冲器的方式被实现。
处理器730可通过处理输出的预处理信号来检测生物测量学信息。例如，处理器730可将反转的第一预处理信号和第二预处理信号相加，并基于去除高频和低频噪声的带通滤波信号来检测生物测量学信息。在一个示例中，当在预处理器720中同步的第一预处理信号和第二预处理信号分别具有0.5Hz和5Hz的截止频率时，处理器730可使用第二预处理信号与第一预处理信号之间的差，来输出具有0.5Hz至5Hz的通带的带通滤波信号。由于脉冲信号具有大约0.83Hz至3.33Hz的频率(每分钟50至200周期)，所以处理器730的具有相应频率的输出可被用于检测脉冲信号。
图8是示出根据另一示例性实施例的生物测量学信息检测设备的框图。参照图8，生物测量学信息检测设备800包括生物信号获取器810、预处理器820、处理器830、通信接口840、存储器850和显示器860。在这种情况下，生物信号获取器810、预处理器820和处理器830执行与生物信号获取器710、预处理器720和处理器730的功能基本相同的功能，因此，下面的描述将集中在不重复的元件上。
通信接口840可通过有线或无线网络连接到生物信号获取设备，并可从生物信号获取设备实时获取生物信号数据，或可从外部存储装置接收生物信号数据。例如，通信接口840可响应于来自处理器830的控制指令访问外部装置并获取生物信号数据，并可将由处理器830检测的用户的生物测量学信息发送到外部装置。
在这种情况下，外部装置可以是使用测量的生物信号的医疗设备，用于输出结果的打印机或用于显示估计的皮肤状况信息的显示装置。此外，外部装置可以是(但不限于)数字TV、台式计算机、移动电话、智能电话、平板计算机、笔记本计算机、个人数字助理(PDA)、便携式多媒体播放器、导航系统、MP3播放器、数码相机、可穿戴装置、以及用于处理数字信号的电子装置。
此外，通信接口840可包括用于通过蓝牙、蓝牙低功耗(BLE)通信、近场通信(NFC)、无线局域网(WLAN)通信、ZigBee通信、红外数据协会(IrDA)通信、WiFi直接(WFD)通信、超宽带(UWB)通信、Ant+通信、Wi-Fi通信、射频识别(RFID)通信、3G通信、4G通信和5G通信等进行通信的一个或多个模块。
存储器850可存储获取的生物测量学信息、预处理信号、生物测量学信息检测结果、用户的个人信息以及各种类型的信息。例如，存储器850可根据延迟的量将获取的生物信号的预处理结果分类并存储到不同的类别中，并可存储预处理信号的操作(例如，求和，比较等)。此外，存储器850不限于上面的示例，并可通过针对每个用户子划分种类来存储并管理生物测量学信息以及检测的目标生物测量学信息(例如，心率、心肌收缩/舒张周期、血压、动脉老化的程度、血糖水平、EEG、EMG和EOG等)。
在这种情况下，存储器850可包括(但不限于)闪存、硬盘、微型多媒体卡、卡型存储器(例如，SD或XD存储器)、随机存取存储器(RAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁存储器、磁盘和光盘。
显示器860可将包括从预处理器820输出的一个或多个预处理信号和处理器830的生物测量学信息检测结果的各种类型的信息输出给用户。例如，显示器860可以是在不同部分中显示第一预处理信号、第二预处理信号和生物测量学信息检测结果并包括用户界面(UI)的可触摸显示器，其中，通过用户界面调节预处理信号的延迟的量或选择预处理信号的操作(例如，求和，比较等)。
图9是示出根据示例性实施例的生物测量学信息检测方法的流程图。图9的生物测量学信息检测方法可以是由图8的生物测量学信息检测设备800执行以检测生物测量学信息的方法的一个示例。
在操作910，生物测量学信息检测设备800从能检测包括生物电信号、生物力学信号、生物声学信号和生物光信号的各种生物信号的传感器获取生物信号。例如，生物测量学信息检测设备800可通过将光发射到对象并检测从对象散射或反射的光来获取生物光信号。
在操作920，生物测量学信息检测设备800可根据将被检测的生物测量学信息(例如，心率、心肌收缩/舒张周期、血压、动脉老化的程度、血糖水平、EEG、EMG和EOG等)的特性和使用目的来预处理获取的生物信号。此外，生物测量学信息检测设备800可通过调节延迟缓冲器的规格来调节预处理信号之间的延迟的程度。
例如，生物测量学信息检测设备800可适当调节预处理信号的延迟的量，并使输出信号彼此同步。在一个示例中，在生物测量学信息检测设备800从一个或多个LPF输出一个或多个预处理信号的情况下，生物测量学信息检测设备800可通过将延迟缓冲器连接到任意LPF的输入端和/或输出端来调节输出信号的延迟的量，此时，基于延迟输出最大的LPF的输出，可通过将延迟缓冲器连接到另一LPF的输入端和/或输出端来调节延迟的量。
在操作930，生物测量学信息检测设备800基于输出的预处理信号检测生物测量学信息。例如，当生物测量学信息检测设备800使用去除高频和低频噪声的带通滤波信号来检测脉冲信号时，生物测量学信息检测设备800可通过使用同步的预处理信号来输出具有预定通带的信号。例如，当第一预处理信号和第二预处理信号被设置为具有不同截止频率，并且第一和第二预处理信号彼此同步然后通过延迟缓冲器输出时，生物测量学信息检测设备800可基于第一预处理信号与第二预处理信号之间的幅度差来提取去除高频和低频噪声的带通滤波信号。例如，生物测量学信息检测设备800可通过将经由调节延迟的量而与第一预处理信号同步的第二预处理信号与通过将第一预处理信号关于时间轴(例如，x轴)反转而得到的反转的第一预处理信号相加，来提取去除高频和低频噪声的带通滤波信号。在这种情况下，生物测量学信息检测设备800可通过将通带设置为0.5Hz至5Hz来检测脉冲信号。
在另一示例中，当生物测量学信息检测设备800使用预处理信号的脉冲信号检测心跳信号时，生物测量学信息检测设备800可通过将第一预处理信号与第二预处理信号的幅度进行比较来输出脉冲信号，并仅提取第一预处理信号大于第二预处理信号的区域，其中，第一预处理信号与第二预处理信号被调节为在它们之间具有预定数量的延迟(例如，10个样本)。在这种情况下，生物测量学信息检测设备800可使用输出的脉冲信号来提取用于心跳信号和输入的第一生物信号的质量评价的信号。在一个示例中，在第一截止频率和第二截止频率被设置为彼此不同，并且第一预处理信号和第二预处理信号中的一个相对于另一个预处理信号被延迟预定时间的情况下，生物测量学信息检测设备800可在关于时间轴的相同时间点将第一预处理信号与第二预处理信号的幅度进行比较，确定第一预处理信号和第二预处理信号中的一个大于另一个的区域的奇异性，并基于确定的奇异性从第二生物信号提取用于输入的第一生物信号的质量评价的信号。
例如，在输入的第一生物信号是心脏收缩/舒张周期信号并包括少量噪声的情况下，提取的脉冲信号可呈现与心脏收缩/舒张周期信号的周期性类似的周期性。相反，在输入的第一生物信号包括各种频率范围的包括噪声(诸如，运动噪声)的信号的情况下，可无规律地提取没有周期性的脉冲信号。当提取的脉冲信号具有周期性并形成预定数量的样本的周期组时，生物测量学信息检测设备800可将该脉冲组提取作为心脏收缩/舒张周期信号，并使用提取的脉冲信号的奇异性来提取用于输入的第一生物信号的质量评价的信号。
在操作940，生物测量学信息检测设备800在显示器上输出或显示检测的生物测量学信息。例如，生物测量学信息检测设备800可将包括一个或多个预处理信号和生物测量学信息检测结果的各种类型的信息输出到用户。在一个示例中，生物测量学信息检测设备800可在可触摸显示器上显示检测的生物测量学信息，其中，可触摸显示器在不同部分中显示第一预处理信号、第二预处理信号和生物测量学信息检测结果并包括用户界面(UI)，其中，通过用户界面调节预处理信号的延迟的量或选择预处理信号的操作(例如，求和、比较等)。
分别输出第一预处理信号和第二预处理信号的第一LPF和第二LPF可被配置为FIR滤波器或IIR滤波器，并共享用于调节第一LPF和第二LPF的输出的延迟的量的一个或多个缓冲器。例如，基于IIR滤波器的LPF包括缓冲器，DLPF与LPF部分地共享缓冲器，使得有效减少延迟缓冲器的数量的结构可被实现。然而，本公开的方面不限于上面的示例，并且可使用FIR滤波器结构来实现LPF。用于实现LPF和DLPF的缓冲器设置得越多，由LPF使用的延迟缓冲器的数量越可被有效减少。
图10是根据示例性实施例的可穿戴装置的立体图。图11是示出根据示例性实施例的安装在可穿戴装置的主体中的组件的框图。
如在图10和图11中所示，生物测量学信息检测设备的示例性实施例可安装在智能带型可穿戴装置中。然而，这是出于描述的方便的示例，因此，它可不被解释为示例性实施例仅被应用于智能带型可穿戴装置。
参照图10和图11，可穿戴装置1000包括主体1010和包括带状构件1013和1014的带，主体1010包括传感器1110、处理器1120和通信接口1130。
带可被形成为柔性的，并可被弯曲以环绕手腕或从手腕分离。在这种情况下，用于向可穿戴装置供电的电池可安装在主体1010或带状构件1013和1014内部。
此外，用于检测用户的生物信号的传感器1110可包括在可穿戴装置1000的主体1010中。例如，传感器1110可包括向用户的皮肤发射光并通过从皮肤散射或反射的光的光谱测量光的频谱的光谱仪。此外，带状构件1013和1014可由用于根据用户的脉冲测量电阻变化的可变电阻材料形成。然而，这是示例性实施例，本公开的方面不限于以上，从而传感器1110可包括能测量生物电信号、生物力学信号、生物声学信号和生物光信号的各种类型的传感器。
处理器1120可通过控制传感器1110的传感器来获取用于检测生物测量学信息的生物信号，并通过将生物信号通过LPF来对获取的生物信号进行滤波。在这种情况下，随着LPF的截止频率根据LPF的特性越低，LPF的输出相对于输入信号延迟得越大，然后被输出。处理器1120可通过在LPF的输入端和/或输出端适当调节延迟缓冲器的规格，来调节输出的延迟的量。
例如，当处理器1120包括一个或多个LPF并输出一个或多个信号时，基于由于最低截止频率而延迟最大并被输出的LPF的信号，处理器1120可通过将延迟缓冲器连接到另一LPF的输入端和/或输出端来调节输出信号的延迟的量或使输出信号同步。
处理器1120可使用通过调节延迟的量而预处理的生物信号来检测生物测量学信息。例如，由于脉冲信号具有大约0.83Hz至3.33Hz的频率(每分钟50至200周期)，所以处理器的具有相应频率的输出可被用于检测脉冲信号。处理器1120可使用具有分别被设置为0.5Hz和5Hz的截止频率的LPF来对输入的生物信号进行滤波，延迟具有5Hz的截止频率的LPF的输出以使两个LPF的输出信号同步，将由具有较低截止频率的LPF滤波的信号关于时间轴反转，并通过将两个输出信号相加来输出去除高频和低频噪声的信号，从而检测脉冲信号。
处理器1120可基于由传感器1110检测的生物信号的质量评价的结果来控制传感器1110。例如，当检测的生物信号包括大量噪声，并因而被评价为具有低质量时，处理器1120可通过控制传感器1110调节照射到皮肤上的光量来发射更多的光，并重新检测生物信号。相反，当检测的生物信号的质量被评价为良好时，处理器1120通过控制传感器1110减少发射到皮肤的光量以节省功耗。照此，处理器1120可基于输入的第一生物信号的评价质量的结果来控制各种传感器(例如，光谱仪和检测器等)，并灵活地获取生物信号。
处理器1120可包括一个或多个LPF，并对输入的生物信号进行滤波。在这种情况下，LPF可被配置为FIR滤波器或IIR滤波器。例如，基于IIR滤波器的LPF包括缓冲器，DLPF与LPF部分地共享缓冲器，使得有效减少延迟缓冲器的数量的结构可被实现。
通信接口1130可根据处理器1120的控制将信息发送到具有相对高性能的用户的便携式终端，从而向用户提供信息。此外，通信接口1130可以以有线/无线通信方式连接到生物测量学信息数据库(DB)，以根据处理器1120的生物测量学信息发送/接收指令来接收生物测量学信息和发送检测的生物测量学信息。例如，通信接口1130可连接到能测量用户的生物信号的外部生物信号测量设备并接收生物信号，而不是接收由传感器1110感测的生物信号，并可响应于处理器1120的控制指令将检测的生物测量学信息发送到外部生物测量学信息DB或用户的便携式终端。
可穿戴装置1000还包括安装在主体1010中的操作器1012和显示器1011。
操作器1012可接收用户的控制命令，将控制命令发送到处理器1120，并包括用于输入开启/关闭可穿戴装置1000的电源的命令的电源按钮。
显示器1011可将包括生物测量学信息检测结果的各种类型的信息显示给用户。例如，显示器1011可被实现为在不同部分中显示第一预处理信号、第二预处理信号和生物测量学信息检测结果并包括用户界面(UI)的可触摸显示器，其中，通过用户界面调节预处理信号的延迟的量或选择预处理信号的操作(例如，求和，比较等)。
虽然不限于此，但示例性实施例可被实现为计算机可读记录介质中的计算机可读代码。计算机可读记录介质是能够存储随后可被计算机系统读取的数据的任何数据存储装置。计算机可读记录介质的示例包括：只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光学数据存储器。计算机可读记录介质还可被分布到联网的计算机系统上，使得计算机可读代码以分布的方式被存储和执行。此外，示例性实施例可被写为计算机程序，该计算机程序经由计算机可读传输介质(诸如，载波)来传输，并且可被执行程序的通用或专用数字计算机接收和实现。此外，应理解，在示例性实施例中，上述设备和装置的一个或多个单元可包括电路、处理器和微处理器等，并且可执行存储在计算机可读介质中的计算机程序。
前述的示例性实施例是示例性的，不应被解释为限制。本教导能被容易地应用到其它类型的设备。此外，示例性实施例的描述意图在于说明性的，而不是为了限制权利要求的范围，并且很多替换物、修改和变形对本领域技术人员来说将是清楚的。

Claims (30)

1.一种生物信号处理设备，包括：
第一低通滤波器，被配置为具有第一截止频率，并输出具有输入生物信号的小于第一截止频率的低频成分的第一预处理信号；
第二低通滤波器，被配置为具有第二截止频率，并输出从输入生物信号去除大于或等于第二截止频率的高频成分的第二预处理信号；
延迟缓冲器，被配置为调节输出的第二预处理信号和输出的第一预处理信号的延迟的量，其中，延迟缓冲器的规格基于第一截止频率与第二截止频率之间的差而被调节，以使输出的第一预处理信号和输出的第二预处理信号同步；
处理器，被配置为基于同步的输出的第一预处理信号和输出的第二预处理信号来输出用于生物测量学信息检测的输出生物信号。
2.如权利要求1所述的生物信号处理设备，其中，输入生物信号被并行输入到第一低通滤波器和第二低通滤波器，
第一低通滤波器和第二低通滤波器还被配置为以并行方式对输入生物信号进行滤波。
3.如权利要求1所述的生物信号处理设备，其中，延迟缓冲器连接到第二低通滤波器的输入端和输出端中的一个或二者。
4.如权利要求1所述的生物信号处理设备，其中，处理器还被配置为：响应于第一截止频率和第二截止频率被设置为相等，并且输出的第一预处理信号和输出的第二预处理信号中的一个预处理信号相对于输出的第一预处理信号和输出的第二预处理信号中的另一个预处理信号通过延迟缓冲器被延迟预定时间，将输出的第一预处理信号的幅度与输出的第二预处理信号的幅度进行比较以产生输出生物信号。
5.如权利要求4所述的生物信号处理设备，其中，处理器还被配置为：
在产生的输出生物信号中确定输出的第一预处理信号和输出的第二预处理信号中的所述一个预处理信号大于输出的第一预处理信号和输出的第二预处理信号中的所述另一个预处理信号的时间间隔的周期性；
基于确定的周期性，从产生的输出生物信号提取心脏收缩/舒张周期。
6.如权利要求1所述的生物信号处理设备，其中，处理器还被配置为：响应于第一截止频率和第二截止频率被设置为不同，并且输出的第一预处理信号和输出的第二预处理信号通过延迟缓冲器彼此同步：
将输出的第一预处理信号的幅度与输出的第二预处理信号的幅度进行比较以产生输出生物信号，
基于产生的输出生物信号的脉冲信号之间的时间变化量，检测产生的输出生物信号的错误。
7.如权利要求1所述的生物信号处理设备，其中，处理器还被配置为：响应于第一截止频率和第二截止频率被设置为不同，并且输出的第一预处理信号和输出的第二预处理信号通过延迟缓冲器彼此同步，基于同步的第一预处理信号和第二预处理信号之间的幅度差，产生输出生物信号。
8.如权利要求1所述的生物信号处理设备，其中，处理器还被配置为：响应于第一截止频率和第二截止频率被设置为不同，并且输出的第一预处理信号和输出的第二预处理信号中的一个预处理信号相对于输出的第一预处理信号和输出的第二预处理信号中的另一个预处理信号通过延迟缓冲器被延迟预定时间：
在相同时间点将输出的第一预处理信号的幅度与输出的第二预处理信号的幅度进行比较以产生输出生物信号；
在产生的输出生物信号中确定输出的第一预处理信号和输出的第二预处理信号中的所述一个输出的预处理信号大于输出的第一预处理信号和输出的第二预处理信号中的所述另一个输出的预处理信号的时间间隔的奇异性；
基于确定的奇异性，从产生的输出生物信号提取用于输入生物信号的质量评价的信号。
9.如权利要求1所述的生物信号处理设备，其中，第一低通滤波器和第二低通滤波器包括有限脉冲响应FIR滤波器或无限脉冲响应IIR滤波器。
10.如权利要求1所述的生物信号处理设备，其中，输出生物信号包括心跳信号、心脏收缩/舒张周期信号、去除高频和低频噪声的信号、输入生物信号以及用于输入生物信号的质量评价的信号中的任意一个或任意组合。
11.如权利要求1所述的生物信号处理设备，还包括：集成滤波器，包括第一低通滤波器和第二低通滤波器。
12.一种生物测量学信息检测设备，包括：
生物信号获取器，被配置为从对象获取生物信号；
预处理器，包括：
第一低通滤波器，被配置为具有第一截止频率，并输出具有获取的生物信号的小于第一截止频率的低频成分的第一预处理信号；
第二低通滤波器，被配置为具有第二截止频率，并输出从获取的生物信号去除大于或等于第二截止频率的高频成分的第二预处理信号；
延迟缓冲器，被配置为调节输出的第一预处理信号和输出的第二预处理信号的延迟的量，其中，延迟缓冲器的规格基于第一截止频率与第二截止频率之间的差而被调节，以使输出的第一预处理信号和输出的第二预处理信号同步，
处理器，被配置为基于同步的输出的第一预处理信号和输出的第二预处理信号来检测生物测量学信息。
13.如权利要求12所述的生物测量学信息检测设备，其中，生物测量学信息包括心跳信号、心肌收缩/舒张周期信号、血压、动脉老化的程度、血糖水平、脑电图EEG、肌电图EMG和眼电图EOG中的任意一个或任意组合。
14.如权利要求12所述的生物测量学信息检测设备，其中，延迟缓冲器连接到第二低通滤波器的输入端或输出端。
15.如权利要求12所述的生物测量学信息检测设备，其中，第一低通滤波器和第二低通滤波器被单独实现，并且还被配置为以并行方式对获取的生物信号进行滤波。
16.如权利要求12所述的生物测量学信息检测设备，其中，第一低通滤波器和第二低通滤波器被实现为组合第一低通滤波器和第二低通滤波器的集成滤波器，并且还被配置为对获取的生物信号进行完整地滤波。
17.如权利要求12所述的生物测量学信息检测设备，其中，生物信号获取器还被配置为通过将光发射到对象并检测从对象散射或反射的光来获取生物信号。
18.如权利要求12所述的生物测量学信息检测设备，还包括：
通信接口，被配置为接收存储在外部存储装置中的生物信号数据；
显示器，被配置为显示获取的生物信号、输出的第一预处理信号、输出的第二预处理信号和检测的生物测量学信息。
19.一种检测生物测量学信息的方法，包括：
从对象获取生物信号；
通过第一低通滤波器输出具有获取的生物信号的小于第一截止频率的低频成分的第一预处理信号；
通过第二低通滤波器输出从获取的生物信号去除大于或等于第二截止频率的高频成分的第二预处理信号；
通过延迟缓冲器调节输出的第二预处理信号和输出的第一预处理信号的延迟的量，其中，延迟缓冲器的规格基于第一截止频率与第二截止频率之间的差而被调节，以使输出的第一预处理信号和输出的第二预处理信号同步；
基于同步的输出的第一预处理信号和输出的第二预处理信号来检测生物测量学信息。
20.如权利要求19所述的方法，还包括显示获取的生物信号、输出的第一预处理信号、输出的第二预处理信号和检测的生物测量学信息。
21.一种可穿戴装置，包括：
传感器，被配置为检测用户的生物信号；
处理器，被配置为：
控制传感器检测生物信号；
通过低通滤波器对检测的生物信号进行滤波；
调节滤波的生物信号的延迟的量；
基于延迟的量被调节的滤波的生物信号，检测生物测量学信息；
主体，在所述主体中布置传感器和处理器，
其中，处理器包括：
所述低通滤波器和另一低通滤波器，其中，所述低通滤波器被配置为具有第一截止频率，所述另一低通滤波器被配置为具有第二截止频率；
延迟缓冲器，被配置为调节所述低通滤波器和所述另一低通滤波器的输出的延迟的量，其中，延迟缓冲器的规格基于第一截止频率与第二截止频率之间的差而被调节，以使所述低通滤波器的输出和所述另一低通滤波器的输出同步，
其中，处理器还被配置为通过所述另一低通滤波器对检测的生物信号进行滤波。
22.如权利要求21所述的可穿戴装置，还包括：通信接口，布置在主体中，并被配置为从生物测量学信息数据库接收生物测量学信息，
其中，处理器还被配置为控制通信接口将检测的生物测量学信息发送到生物测量学信息数据库。
23.如权利要求21所述的可穿戴装置，还包括：显示器，布置在主体中，并被配置为显示检测的生物测量学信息。
24.如权利要求21所述的可穿戴装置，其中，所述低通滤波器和所述另一低通滤波器包括有限脉冲响应FIR滤波器或无限脉冲响应IIR滤波器。
25.如权利要求21所述的可穿戴装置，其中，处理器还被配置为：基于评价检测的生物信号的质量的结果，控制传感器重新检测用户的生物信号。
26.一种生物信号处理设备，包括：
第一低通滤波器，被配置为对输入生物信号进行滤波，以产生具有输入生物信号的小于第一截止频率的低频成分的第一预处理信号；
第二低通滤波器，被配置为对输入生物信号进行滤波，以产生从输入生物信号去除大于或等于第二截止频率的高频成分的第二预处理信号；
延迟缓冲器，被配置为延迟产生的第一预处理信号和产生的第二预处理信号中的一个预处理信号；
处理器，被配置为基于产生的第一预处理信号和产生的第二预处理信号中的延迟的一个预处理信号以及产生的第一预处理信号和产生的第二预处理信号中的另一个预处理信号，产生用于生物测量学信息检测的输出生物信号，
其中，延迟缓冲器被配置为调节产生的第二预处理信号和产生的第一预处理信号的延迟的量，其中，延迟缓冲器的规格基于第一截止频率与第二截止频率之间的差而被调节，以使产生的第一预处理信号和产生的第二预处理信号同步。
27.如权利要求26所述的生物信号处理设备，其中，第一截止频率与第二截止频率不同，
延迟缓冲器还被配置为延迟产生的第二预处理信号以使产生的第二预处理信号与产生的第一预处理信号同步，
处理器还被配置为将产生的第一预处理信号反转，并将反转的第一预处理信号与同步的第二预处理信号相加，以产生带通滤波信号作为输出生物信号。
28.如权利要求26所述的生物信号处理设备，其中，第一截止频率与第二截止频率不同，
延迟缓冲器还被配置为延迟产生的第二预处理信号以使产生的第二预处理信号与产生的第一预处理信号同步，
处理器还被配置为将产生的第一预处理信号与同步的第二预处理信号进行比较，以产生脉冲信号作为输出生物信号。
29.如权利要求26所述的生物信号处理设备，其中，第一截止频率等于第二截止频率，
延迟缓冲器还被配置为将产生的第二预处理信号延迟预定的时间量，
处理器还被配置为将产生的第一预处理信号与延迟的第二预处理信号进行比较，以产生脉冲信号作为输出生物信号。
30.如权利要求26所述的生物信号处理设备，其中，第一截止频率与第二截止频率不同，
延迟缓冲器还被配置为将产生的第二预处理信号延迟预定的时间量，
处理器还被配置为将产生的第一预处理信号与延迟的第二预处理信号进行比较，以产生脉冲信号作为输出生物信号。
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