CN113425276A - 心率监测方法、耳机及计算机存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例涉及电子通信技术领域，公开了一种心率监测方法，应用于耳机，所述耳机内置有声学传感器，所述心率监测方法包括：利用所述声学传感器采集人体的耳内振动信号，并将所述耳内振动信号转换为第一模拟电信号；对所述第一模拟电信号进行处理以得到所述人体的心率信号。本发明中心率监测方法、耳机及计算机存储介质，能够在实现人体心率监测的同时降低耳机成本，减小耳机体积。
Description
技术领域
本发明实施例涉及电子通信技术领域，特别涉及一种心率监测方法、耳机及计算机存储介质。
背景技术
随着时代的发展，生活质量的提高，健康问题越来越受到人们的关注，拥有一个健康的体魄是每个人共同的梦想。
心率，用来描述心动周期的专业术语，是指心脏每分钟跳动的次数，以第一声音为准。正常成年人安静时的心率有显著的个体差异，平均在60～100次/分钟之间，心率可因年龄、性别及其它生理情况而不同。
在现有技术中，心率检测通常采取以下方式进行获：第一种是通过心电图进行测量，该方法测量准确，但成本比较高，必须由专业医护人员进行操作，操作过程复杂，且无法根据用户的需求对心率进行及时监测；第二种是人工脉搏计数，测量心率时，打开计时工具，用一只手触摸另一只手的脉搏，在一定时间内数脉搏跳动的次数，这种方法操作简单，但误差比较大。
针对于现有技术中存在的问题，目前市场上用的大都是在可穿戴电子设备(例如：耳机)中内置专用的心率传感器来监测人体心率，该种心率传感器采用光电容积脉搏波描记法(photoplethysmographic，PPG)来监测人体心率，但此种方式导致耳机成本增加、且耳机体积增大。
发明内容
本发明实施方式的目的在于提供一种心率监测方法、耳机及计算机存储介质，能够在实现人体心率监测的同时降低耳机成本，减小耳机体积。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种心率监测方法，应用于耳机，所述耳机内置有声学传感器，所述心率监测方法包括：利用所述声学传感器采集人体的耳内振动信号，并将所述耳内振动信号转换为第一模拟电信号；对所述第一模拟电信号进行处理以得到所述人体的心率信号。
另外，所述对所述第一模拟电信号进行处理以得到所述人体的心率信号，包括：将所述第一模拟电信号进行模数转换得到第一数字信号；对所述第一数字信号进行降噪处理得到所述人体的心率信号。该方案中由于目前耳机内的电路结构大多采用数字电路以减小体积，因此，需将声学传感器得到的第一模拟电信号进行模数转换得到第一数字信号，如此，才能够由耳机内的主控芯片等电路结构进行处理。
另外，所述对所述第一数字信号进行降噪处理得到所述人体的心率信号，包括：滤除所述第一数字信号中大于第一预设频率、且小于第二预设频率的信号以得到所述人体的心率信号；其中，所述第一预设频率为人体心率的最大频率，且所述第一预设频率小于所述人体声音的最低频率，所述第二预设频率为所述人体心率的最小频率。该方案中通过设定人体心率的最大频率和最小频率(即第一预设频率和第二预设频率)来进行降噪处理，因此，能够准确滤除耳内振动信号中所包括的人体说话产生的振动信号，使得得到的心率信号的频率更加贴近人体真实的心率。
另外，将所述第一模拟电信号进行模数转换得到第一数字信号之后，且滤除所述第一数字信号中大于第一预设频率、且小于第二预设频率的信号以得到所述人体的心率信号之前，还包括：确定所述人体的运动状态；获取与所述运动状态对应的第一预设频率和第二预设频率，不同的运动状态所对应的第一预设频率的值和/或第二预设频率的值不同。该方案中针对人体在不同运动状态利用不同的第一预设频率和第二预设频率进行降噪处理，使得得到的心率信号的频率更加贴近人体真实的心率。
另外，所述耳机还内置有麦克风；所述对所述第一数字信号进行降噪处理得到所述人体的心率信号，包括：利用所述麦克风获取外部语音信号，并将所述外部语音信号转换为第二模拟电信号；对所述第二模拟电信号进行模数转换得到第二数字信号；滤除所述第一数字信号中所述第二数字信号以得到所述人体的心率信号。该方案中给出了另一种能够更加准确、较为完全地滤除耳内振动信号内所包括的人体说话产生的振动信号的实现方式。
另外，在所述对所述第一模拟电信号进行处理以得到所述人体的心率信号后，还包括：将所述人体的心率信号输出至终端设备。
另外，所述对所述第一模拟电信号进行处理以得到所述人体的心率信号之后，还包括：判断所述人体的心率信号的频率是否超出预设阈值；若超出所述预设阈值，则发出语音提示。该方案中在耳机内部设置报警功能，当获取到的人体的心率信号的频率超出预设阈值，发出语音提示，使得耳机能够在脱离终端设备(例如手机)实现心率监测的同时还具备预警功能。
本发明的实施方式还提供了一种耳机，其特征在于，所述耳机内置有声学传感器、以及与所述声学传感器连接的主控芯片；所述声学传感器用于采集人体的耳内振动信号，将所述耳内振动信号转换为第一模拟电信号；所述主控芯片用于获取所述第一模拟电信号，并对所述第一模拟电信号进行处理以得到所述人体的心率信号。
另外，所述声学传感器包括：语音加速度计或语音处理单元。
本发明的实施方式还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述心率监测方法。
本发明实施方式提供了一种心率监测方法，利用耳机内原本用于获取人体声音信号的声学传感器来获取人体的耳内振动信号，并将耳内振动信号转换为第一模拟电信号；对第一模拟电信号进行处理以得到人体的心率信号。相较于目前在耳机中内置专用的心率传感器(例如脉搏波传感器)来检测人体心率来说，本申请中充分利用耳机内已有的声学传感器，通过算法实现心率信号的获取，能够在实现心率监测的同时大幅降低耳机成本，减小耳机体积。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是根据本发明第一实施方式的心率监测方法的流程示意图；
图2是根据本发明第二实施方式的心率监测方法的流程示意图；
图3是根据本发明第三实施方式的耳机的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
本发明的第一实施方式涉及一种心率监测方法，本实施方式的核心在于应用于耳机，所述耳机内置有声学传感器，所述心率监测方法包括：利用所述声学传感器采集人体的耳内振动信号，并将所述耳内振动信号转换为第一模拟电信号；对所述第一模拟电信号进行处理以得到所述人体的心率信号。
利用耳机内原本用于获取人体声音信号的声学传感器来获取人体的耳内振动信号，并将耳内振动信号转换为第一模拟电信号；对第一模拟电信号进行处理以得到人体的心率信号。相较于目前在耳机中内置专用的心率传感器(例如脉搏波传感器)来检测人体心率来说，本申请中充分利用耳机内已有的声学传感器，通过算法实现心率信号的获取，能够在实现心率监测的同时大幅降低耳机成本，减小耳机体积。
下面对本实施方式的心率监测方法的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。
本实施方式中的心率监测方法的流程示意图如图1所示：
步骤101：利用声学传感器采集人体的耳内振动信号，并将耳内振动信号转换为第一模拟电信号。
具体地说，目前耳机内部设置有声学传感器，声学传感器用于获取人体说话时耳朵内的耳内振动信号，将耳内振动信号与麦克风检测到的气导信号结合在一起，可以在强噪声环境下提取出高品质的语音信号。发明人经过研究发现，耳朵附近有大量动脉，会有脉搏产生，跳动的时候会引起振动，因此，声学传感器检测到的耳内振动信号中还包括人体动脉跳动产生的信号，可用于表征人体的心率信号。上述声学传感器例如：语音加速度计(Voice Acceleration，简称为VACC)、或者语音处理单元(Voice processing unit，简称为VPU)。
当前在耳机内设置专用的心率传感器用于检测人体心率，但此种方式导致耳机成本增加、且耳机体积增大。其中，心率传感器例如：脉搏波传感器，脉搏波传感器采用光电容积脉搏波描法(photoplethysmographic，简称为PPG)，因此又称为PPG传感器。基于上述问题，发明人发现：可充分利用耳机内已有的声学传感器所得到的耳内振动信号来实现心率信号的获取。
基于上述原因，本实施例中采用声学传感器采集人体的耳内振动信号，并采用声学传感器将耳内振动信号转换为第一模拟电信号。这里所说的耳内振动信号可以理解为骨导信号。
步骤102：将第一模拟电信号进行模数转换得到第一数字信号。
由于目前耳机内的电路结构大多采用数字电路以减小体积，因此，需将声学传感器得到的第一模拟电信号进行模数转换得到第一数字信号，如此，才能够由耳机内的主控芯片等电路结构进行处理。
在得到第一数字信号后，可对第一数字信号进行降噪处理得到人体的心率信号。
具体的，当人体并未说话时，耳内振动信号主要包括人体动脉跳动产生的信号。因此，在得到第一数字信号后，可直接利用已有的滤波器对第一数字信号进行降噪处理得到人体的心率信号。
而当人体说话时，由于耳内振动信号还包括人体说话产生的振动信号，因此，直接利用已有的滤波器对第一数字信号进行降噪处理的效果有限。针对于此，发明人经过深入研究发现：声音的振动频率在500hz～3000hz之间，远远大于心率的振动频率(60～180次每分钟，即1hz～3hz)，因此，可根据声音振动频率和心率振动频率的差异对得到的第一数字信号进行降噪处理，具体如下：
滤除第一数字信号中大于第一预设频率、且小于第二预设频率的信号以得到人体的心率信号；其中，第一预设频率为人体心率的最大频率，且第一预设频率小于人体声音的最低频率，第二预设频率为人体心率的最小频率。
本实施例中根据人体心率的振动频率范围确定出第一预设频率和第二预设频率，第一预设频率为人体心率的最大频率且第一预设频率小于人体声音的最低频率，例如：第一预设频率可设置为4hz、5hz等；第二预设频率为人体心率的最小频率，例如：第二预设频率可设置为0.5hz或0.8hz等。上述第一预设频率和第二预设频率的取值仅为举例说明，不应以此为限。在实际应用中，由于每个人体的心率的振动频率范围不同，第一预设频率和第二预设频率可由用户自行设定。
通过设定人体心率的最大频率和最小频率(即第一预设频率和第二预设频率)来进行降噪处理，因此，能够准确滤除耳内振动信号中所包括的人体说话产生的振动信号，使得得到的心率信号的频率更加贴近人体真实的心率。
由于在不同运动状态下，人体心率的振动频率范围并不完全相同，因此，本实施例中在对第一数字信号进行降噪处理时，首先确定人体的运动状态；然后确定与人体的运动状态对应的第一预设频率和第二预设频率，不同的运动状态所对应的第一预设频率的值和/或第二预设频率的值不同。根据人体所处的运动状态不同，给予第一预设频率和/或第二预设频率不同的值，针对人体在不同运动状态利用不同的第一预设频率和第二预设频率进行降噪处理，使得得到的心率信号的频率更加贴近人体真实的心率。具体如下步骤103和步骤104所述。
步骤103：确定人体的运动状态。
由于人体在不同的运动状态(例如：走路、慢跑、快跑、深蹲等)下，人体的运动加速度存在差异，因此可通过获取人体的运动加速度来确定人体的运动状态。具体可利用耳机内置的加速度传感器来获取人体的运动加速度，或利用耳机内置的通讯模块(例如：蓝牙模块)从手机端获取人体的运动加速度。
步骤104：获取与运动状态对应的第一预设频率和第二预设频率，不同的运动状态所对应的第一预设频率的值和/或第二预设频率的值不同。
可预先在耳机的主控芯片内存储各运动状态所对应的第一预设频率和第二预设频率，如此，在确定用户的运动状态后可直接确定与该运动状态对应的第一预设频率和第二预设频率，利用当前运动状态下的第一预设频率和第二预设频率进行降噪处理，使得得到的心率信号的频率更加贴近人体真实的心率。
步骤105：滤除第一数字信号中大于第一预设频率、且小于第二预设频率的信号以得到人体的心率信号，其中，第一预设频率为人体心率的最大频率，且第一预设频率小于人体声音的最低频率，第二预设频率为人体心率的最小频率。
在一些例子中，在对第一模拟电信号进行处理以得到人体的心率信号后，还包括：将人体的心率信号输出至终端设备。可利用耳机内置的通讯模块(例如：蓝牙模块)将人体的心率信号输出至终端设备(例如手机)，如此，可在终端显示人体的实时心率，或者，显示人体心率变化的曲线图，也可在手机端设置报警功能，当心率超出人体心率的最大阈值时发出警报。
在一些例子中，对第一模拟电信号进行处理以得到人体的心率信号之后，还包括：判断人体的心率信号的频率是否超出预设阈值；若超出预设阈值，则发出语音提示。本实施例中在耳机内部设置报警功能，当获取到的人体的心率信号的频率超出预设阈值，发出语音提示，使得耳机能够在脱离终端设备(例如手机)实现心率监测的同时还具备预警功能。
与相关技术相比，本发明实施方式提供了一种心率监测方法，利用耳机内原本用于获取人体声音信号的声学传感器来获取人体的耳内振动信号，并将耳内振动信号转换为第一模拟电信号；对第一模拟电信号进行处理以得到人体的心率信号。相较于目前在耳机中内置专用的心率传感器(例如脉搏波传感器)来检测人体心率来说，本申请中充分利用耳机内已有的声学传感器，通过算法实现心率信号的获取，能够在实现心率监测的同时大幅降低耳机成本，减小耳机体积。
本发明的第二实施方式涉及一种心率监测方法。第二实施方式与第一实施方式大致相同，不同之处在于，本实施例中通过耳机内置的麦克风获取外部语音信号，外部语音信号中包括人体说话时的声音信号，将麦克风获取到的外部语音信号转换为第二模拟电信号，并对第二模拟电信号进行模数转换得到第二数字信号，如此，便可滤除第一数字信号中所包含的第二数字信号以得到更加贴近人体真实的心率信号。
本实施方式中的心率监测方法的流程示意图如图2所示，具体包括：
步骤201：利用声学传感器采集人体的耳内振动信号，并将耳内振动信号转换为第一模拟电信号。
步骤202：将第一模拟电信号进行模数转换得到第一数字信号。
上述步骤201和步骤202与第一实施方式中的步骤101和步骤102大致相同，为避免重复，本实施例中不再赘述。
针对于耳内振动信号包括人体说话产生的振动信号的情况，本实施例中给出了另一种能够更加准确、较为完全地滤除耳内振动信号内所包括的人体说话产生的振动信号的实现方式。利用耳机内置的麦克风获取外部语音信号，并将外部语音信号转换为第二模拟电信号；对第二模拟电信号进行模数转换得到第二数字信号；滤除第一数字信号中第二数字信号以得到人体的心率信号。本实施例中通过耳机内置的麦克风获取外部语音信号，外部语音信号中包括人体说话时的声音信号，将麦克风获取到的外部语音信号转换为第二模拟电信号，并对第二模拟电信号进行模数转换得到第二数字信号，如此，便可滤除第一数字信号中所包含的第二数字信号以得到更加贴近人体真实的心率信号。具体如下步骤203和步骤204所述。
步骤203：利用麦克风获取外部语音信号，并将外部语音信号转换为第二模拟电信号。
本实施例中利用耳机内已有的麦克风获取外部语音信号，该外部语音信号包括人体说话时的声音信号，利用麦克风将外部语音信号转换为第二模拟电信号。
步骤204：对第二模拟电信号进行模数转换得到第二数字信号。
由于目前耳机内的电路结构大多采用数字电路以减小体积，因此，需将麦克风得到的第二模拟电信号进行模数转换得到第二数字信号，如此，才能够由耳机内的主控芯片等电路结构进行处理，以进行后续的滤波操作。
步骤205：滤除第一数字信号中第二数字信号以得到人体的心率信号。
通过滤除表征耳内振动信号的第一数字信号中表征人体说话时声音信号的第二数字信号，实现对第一数字信号的降噪处理得到更加贴近人体真实的心率信号。
在一些例子中，在对第一模拟电信号进行处理以得到人体的心率信号后，还包括：将人体的心率信号输出至终端设备。可利用耳机内置的通讯模块(例如：蓝牙模块)将人体的心率信号输出至终端设备(例如手机)，如此，可在终端显示人体的实时心率，或者，显示人体心率变化的曲线图，也可在手机端设置报警功能，当心率超出人体心率的最大阈值时发出警报。
在一些例子中，对第一模拟电信号进行处理以得到人体的心率信号之后，还包括：判断人体的心率信号的频率是否超出预设阈值；若超出预设阈值，则发出语音提示。本实施例中在耳机内部设置报警功能，当获取到的人体的心率信号的频率超出预设阈值，发出语音提示，使得耳机能够在脱离终端设备(例如手机)实现心率监测的同时还具备预警功能。
与相关技术相比，本发明实施方式提供了一种心率监测方法，通过滤除表征耳内振动信号的第一数字信号中表征人体说话时声音信号的第二数字信号，实现对第一数字信号的降噪处理得到更加贴近人体真实的心率信号。
上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。
本发明第三实施方式涉及一种耳机，如图3所示，耳机内置有声学传感器1、以及与声学传感器1连接的主控芯片2；声学传感器1用于采集人体的耳内振动信号，将耳内振动信号转换为第一模拟电信号；主控芯片2用于获取第一模拟电信号，并对第一模拟电信号进行处理以得到人体的心率信号。
目前耳机内部设置有声学传感器1，声学传感器1用于获取人体说话时耳朵内的耳内振动信号，将耳内振动信号与麦克风检测到的气导信号结合在一起，可以在强噪声环境下提取出高品质的语音信号。发明人经过研究发现，耳朵附近有大量动脉，会有脉搏产生，跳动的时候会引起振动，因此，声学传感器1检测到的耳内振动信号中还包括人体动脉跳动产生的信号，可用于表征人体的心率信号。上述声学传感器1包括：语音加速度计(VoiceAcceleration，简称为VACC)、或者语音处理单元(Voice processing unit，简称为VPU)。
当前在耳机内设置专用的心率传感器用于检测人体心率，但此种方式导致耳机成本增加、且耳机体积增大。其中，心率传感器例如：脉搏波传感器，脉搏波传感器采用光电容积脉搏波描法(photoplethysmographic，简称为PPG)，因此又称为PPG传感器。基于上述问题，发明人发现：可充分利用耳机内已有的声学传感器1所得到的耳内振动信号来实现心率信号的获取。
本实施例中利用耳机内原本用于获取人体声音信号的声学传感器1来获取人体的耳内振动信号，并将耳内振动信号转换为第一模拟电信号；对第一模拟电信号进行处理以得到人体的心率信号。相较于目前在耳机中内置专用的心率传感器(例如脉搏波传感器)来检测人体心率来说，本申请中充分利用耳机内已有的声学传感器1，通过算法实现心率信号的获取，能够在实现心率监测的同时大幅降低耳机成本，减小耳机体积。
主控芯片2包括：与声学传感器1连接的模数转换器21、以及与模数转换器21连接的降噪模块22，模数转换器21用于将所述第一模拟电信号进行模数转换得到第一数字信号，降噪模块22用于对第一数字信号进行降噪处理得到人体的心率信号，具体的降噪模块22可实现如第一实施方式或第二实施方式中所述的对第一数字信号进行降噪的方法。耳机还包括与模数转换器21连接的麦克风3。
本发明的第四实施方式还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一实施方式或第二实施方式中的心率监测方法。
即，本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
Claims (10)
1.一种心率监测方法，其特征在于，应用于耳机，所述耳机内置有声学传感器，所述心率监测方法包括：
利用所述声学传感器采集人体的耳内振动信号，并将所述耳内振动信号转换为第一模拟电信号；
对所述第一模拟电信号进行处理以得到所述人体的心率信号。
2.根据权利要求1所述的心率监测方法，其特征在于，所述对所述第一模拟电信号进行处理以得到所述人体的心率信号，包括：
将所述第一模拟电信号进行模数转换得到第一数字信号；
对所述第一数字信号进行降噪处理得到所述人体的心率信号。
3.根据权利要求2所述的心率监测方法，其特征在于，所述对所述第一数字信号进行降噪处理得到所述人体的心率信号，包括：
滤除所述第一数字信号中大于第一预设频率、且小于第二预设频率的信号以得到所述人体的心率信号；
其中，所述第一预设频率为人体心率的最大频率，且所述第一预设频率小于所述人体声音的最低频率，所述第二预设频率为所述人体心率的最小频率。
4.根据权利要求3所述的心率监测方法，其特征在于，将所述第一模拟电信号进行模数转换得到第一数字信号之后，且滤除所述第一数字信号中大于第一预设频率、且小于第二预设频率的信号以得到所述人体的心率信号之前，还包括：
确定所述人体的运动状态；
获取与所述运动状态对应的第一预设频率和第二预设频率，不同的运动状态所对应的第一预设频率的值和/或第二预设频率的值不同。
5.根据权利要求2所述的心率监测方法，其特征在于，所述耳机还内置有麦克风；所述对所述第一数字信号进行降噪处理得到所述人体的心率信号，包括：
利用所述麦克风获取外部语音信号，并将所述外部语音信号转换为第二模拟电信号；
对所述第二模拟电信号进行模数转换得到第二数字信号；
滤除所述第一数字信号中所述第二数字信号以得到所述人体的心率信号。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的心率监测方法，其特征在于，在所述对所述第一模拟电信号进行处理以得到所述人体的心率信号后，还包括：将所述人体的心率信号输出至终端设备。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的心率监测方法，其特征在于，所述对所述第一模拟电信号进行处理以得到所述人体的心率信号之后，还包括：
判断所述人体的心率信号的频率是否超出预设阈值；
若超出所述预设阈值，则发出语音提示。
8.一种耳机，其特征在于，所述耳机内置有声学传感器、以及与所述声学传感器连接的主控芯片；
所述声学传感器用于采集人体的耳内振动信号，将所述耳内振动信号转换为第一模拟电信号；
所述主控芯片用于获取所述第一模拟电信号，并对所述第一模拟电信号进行处理以得到所述人体的心率信号。
9.根据权利要求8所述的耳机，其特征在于，所述声学传感器包括：语音加速度计或语音处理单元。
10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一所述的心率监测方法。
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