CN212489919U - 视频生物电采集系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供一种视频生物电采集系统。视频生物电采集系统包括同步中心设备、音频视频采集设备、生物电采集设备和控制设备，其中，所述同步中心设备与所述音频视频采集设备和所述生物电采集设备连接，所述控制设备与所述音频视频采集设备和所述生物电采集设备连接。上述视频生物电采集系统可以有效提高生物电信号和视频信号的同步精度。

Description

视频生物电采集系统

技术领域

本实用新型涉及生物电技术领域，具体地，涉及一种视频生物电采集系统。

背景技术

在生物电信号采集过程中，常需要同时录制视频，在分析生物电信号的过程中，需要观测同步采集的视频，分析受试者状态。例如，可以在采集肌电信号的同时采集记录了患者的步态、医生的指令的视频等。

现有生物电信号和视频信号同步的技术，很多是通过协调世界时(UTC)同步实现的。但在多时钟系统中和非联网系统中，想要获取精确的UTC是不可能实现的，这就造成了生物电信号和视频信号的不同步，通常会有数秒的偏差，随着采集时间的延长，偏差可能更大。

实用新型内容

为了至少部分地解决现有技术中存在的问题，提供一种视频生物电采集系统。

根据本实用新型一个方面，提供一种视频生物电采集系统，包括同步中心设备、音频视频采集设备、生物电采集设备和控制设备，其中，同步中心设备与音频视频采集设备和生物电采集设备连接，控制设备与音频视频采集设备和生物电采集设备连接。

示例性地，同步中心设备包括音频播放装置，音频视频采集设备包括音频采集装置，音频采集装置与音频播放装置之间的间距小于预设距离。

示例性地，同步中心设备包括超声波音频播放装置，音频视频采集设备包括超声波音频采集装置。

示例性地，同步中心设备通过并口或串口连接方式与生物电采集设备连接。

根据本实用新型实施例的视频生物电采集系统，可以有效提高生物电信号和视频信号的同步精度。

在实用新型内容中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本实用新型内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

以下结合附图，详细说明本实用新型的优点和特征。

附图说明

本实用新型的下列附图在此作为本实用新型的一部分用于理解本实用新型。附图中示出了本实用新型的实施方式及其描述，用来解释本实用新型的原理。在附图中，

图1示出根据本实用新型一个实施例的视频生物电采集系统的示意性框图；以及

图2示出根据本实用新型一个实施例的视频信号与生物电信号的采集和分析流程的示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，提供了大量的细节以便能够彻底地理解本实用新型。然而，本领域技术人员可以了解，如下描述仅示例性地示出了本实用新型的优选实施例，本实用新型可以无需一个或多个这样的细节而得以实施。此外，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行详细描述。

为了至少部分地解决上述技术问题，本实用新型实施例提供一种视频生物电采集系统。根据本实用新型实施例的视频生物电采集系统可以借助与视频信号同步的音频信号与生物电信号进行对齐，进而将视频信号与生物电信号对齐。本实用新型实施例提供的视频信号和生物电信号同步技术可以应用于任何合适类型的生物电信号的研究和应用领域，包括但不限于心电信号、肌电信号、脑电信号等。

根据本实用新型一个方面，提供一种视频生物电采集系统。图1示出根据本实用新型一个实施例的视频生物电采集系统100的示意性框图。如图1所示，视频生物电采集系统100包括同步中心设备110、音频视频采集设备120、生物电采集设备130和控制设备140。

同步中心设备110用于将同一初始同步信号分成两路，以获得音频同步信号和生物电同步信号，将音频同步信号与音频信号一起以声音形式输出，并将生物电同步信号与生物电信号一起输入至生物电采集设备。

音频视频采集设备120与同步中心设备110连接，用于采集包含音频同步信号和音频信号的混合音频信号，并采集视频信号，其中，音频信号和视频信号具有时间同步关系。

生物电采集设备130与同步中心设备110连接，用于采集包含生物电同步信号和生物电信号的混合生物电信号。

控制设备140与音频视频采集设备120和生物电采集设备130连接，用于基于混合生物电信号中的生物电同步信号的时间戳与混合音频信号中的音频同步信号的时间戳，将生物电信号与音频信号对齐，并基于音频信号与视频信号的时间同步关系以及生物电信号与音频信号的对齐结果，将生物电信号与视频信号对齐。基于时间戳对齐信号的方式可以采用任何合适的现有的信号对齐技术实现。

图2示出根据本实用新型一个实施例的视频信号与生物电信号的采集和分析流程的示意图。下面结合图1和图2描述本实用新型实施例。初始同步信号可以由同步中心设备110(图2示出为同步中心)生成和输出。可选地，初始同步信号可以在单独的通道上传输，并分成两路信号，一路称为音频同步信号，一路称为生物电同步信号。两路同步信号可以分别叠加到生物电信号(即生物电数据)和音频信号(即音频数据)上。音频同步信号叠加到音频信号上采用声音形式实现，即在播放原始的音频信号的同时，播放音频同步信号。为此，可以将音频同步信号转换为与音频信号一致的信号格式，以能够在音频播放装置中播放。需注意，音频信号和音频同步信号可以采用同一音频播放装置或不同音频播放装置播放，所述音频播放装置可以是诸如扬声器等。音频播放装置输出的声音形式的音频信号和音频同步信号可以由同一音频采集装置采集，其采集到的是包含音频同步信号和音频信号的混合音频信号，所述音频采集装置可以是诸如拾音器等。

示例性地，同步中心设备110可以通过并口或串口连接方式与生物电采集设备130连接。生物电同步信号可以通过并口或串口传输方式与生物电信号一起输入至生物电采集设备130，进而在生物电采集设备130中进行叠加。为此，可以将生物电同步信号转换为与生物电信号一致的信号格式，以能够由生物电采集设备130采集。生物电采集设备130采集到的是生物电同步信号和生物电信号的混合生物电信号。生物电采集设备130可以是生物电采集系统中的生物电放大器。在一个示例中，生物电同步信号可以由用于采集生物电信号的生物电采集系统中的外部触发源生成。在另一个示例中，生物电同步信号可以由独立于生物电采集系统的其他附加设备生成。

本领域技术人员可知，采集到混合音频信号之后，可以对其进行处理，从中识别出音频同步信号和音频信号的位置和波形。类似地，采集到混合生物电信号之后，可以对其进行处理，从中识别出生物电同步信号和生物电信号的位置和波形。

视频信号和音频信号本身可以处于同一采集系统，如默认同步采集的摄像头和拾音器下，二者具有时间同步特性，因此，在信号同步分析时，只要对齐音频信号上的音频同步信号和生物电信号上的生物电同步信号，就可以进一步将视频信号与生物电信号对齐了。

如果按照现有技术那样将生物电信号直接与视频信号同步的话，需要对采集到的视频图像进行处理和分析，而视频图像处理需要依托一定的算法，而且视频容易受到过往路人、医生、其他患者的干扰，导致稳定性下降。与二维视频信号相比，本实用新型对一维音频信号进行处理来间接将生物电信号和视频信号同步，这样可以降低分析难度，而且声音比较难以被障碍物遮挡，可以提高信号的稳定性。

通过在音频信号和生物电信号中采用同步信号进行标记的方法，可以使生物电信号和音频信号的同步精度达到1ms。此外，可以基于音频和视频信号的同步特性，进一步将生物电信号与视频信号同步，这种同步方式可以达到(对于60Hz的视频信号来说)8.3ms甚至更高的同步精度(该精度受限于视频信号刷新率)。总之，区别于现有的通过UTC同步对生物电信号和视频信号进行同步的方式，根据本实用新型实施例的视频生物电采集系统可以有效提高生物电信号和视频信号的同步精度。

根据本实用新型实施例，初始同步信号可以是开关信号或连续脉冲信号。本领域技术人员可以理解初始同步信号是开关信号或连续脉冲信号的实现方式，本文不做赘述。由于音频信号和生物电信号波形通常比较复杂，叠加简单的开关信号或连续脉冲便于从混合后的信号中识别出同步信号所在的位置，这样可以简单快速地实现同步。

可选地，视频生物电采集系统100还可以包括存储器(未示出)，其与控制设备140连接，用于将生物电信号、音频信号、生物电信号与音频信号的对齐结果、视频信号、生物电信号与视频信号的对齐结果中的一项或多项存储起来。

同步中心设备110可以仅用于输出音频同步信号和生物电同步信号，音频信号可以由独立于同步中心设备110的其他音频播放装置输出，生物电信号可以由独立于同步中心设备110的其他生物电传感器取得并输入至生物电采集设备。可选地，同步中心设备110还可以用于输出音频信号和/或生物电信号，这可以通过在同步中心设备110中集成用于输出音频信号的音频播放装置以及用于输出生物电信号的生物电传感器来实现。

同步中心设备110和控制设备140之一或二者可以采用合适的硬件搭建而成，例如，可以采用中央处理单元(CPU)、微控制器(MCU)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑阵列(FPGA)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其它形式的处理单元实现。可选地，同步中心设备110和控制设备140可以集成在一起。

音频视频采集设备120可以包括用于采集包含音频同步信号和音频信号的混合音频信号的音频采集装置，以及用于采集视频信号的视频采集装置，所述音频采集装置可以是诸如拾音器等，所述视频采集装置可以是诸如摄像头等。

根据本实用新型实施例，所述同步中心设备110可以包括超声波音频播放装置，所述音频视频采集设备120可以包括超声波音频采集装置。超声波音频播放装置用于输出音频同步信号，音频同步信号的频率可以落入超声波频率范围内，即音频同步信号的频率高于20KHz。可选地，超声波音频播放装置可以进一步用于输出音频信号。超声波音频采集装置用于采集包含音频同步信号和音频信号的混合音频信号。

音频同步信号以超声波形式播放，这样可以达到在不影响被测对象(受试者)的条件下进行同步的目的。在这种情况下，可以采用比人耳能够听到的声音所需采集频率更高的频率来采集音频同步信号和音频信号的混合音频信号。

根据本实用新型实施例，同步中心设备110可以包括音频播放装置，音频视频采集设备120可以包括音频采集装置，音频采集装置与音频播放装置之间的间距小于预设距离。具体地，同步中心设备110可以包括用于将音频同步信号与音频信号一起以声音形式输出的音频播放装置，音频视频采集设备120可以包括用于采集包含音频同步信号和音频信号的混合音频信号的音频采集装置，音频同步信号的频率落入人耳能够听到的频率范围内，音频采集装置与音频播放装置之间的间距小于预设距离。

预设距离可以是任何合适的距离，本实用新型不对此进行限制。预设范围可以设置得尽量小，即音频采集装置与音频播放装置布置得尽量近。本领域技术人员可以理解，人耳能够听到的频率范围是20Hz至20KHz的范围。除超声波以外，音频同步信号还可以采用人耳能够听到的声音形式播放，在这种情况下，可以将音频采集装置与音频播放装置布置得尽量近一些，以降低对被测对象的影响。

虽然本实施例中并未限定视频信号、音频信号与生物电信号的传输介质，但是本领域技术人员能够理解，视频信号、音频信号和生物电信号的传输可以选用任何适用的现有技术中的信号传输方式。例如，音频视频采集设备120可以通过有线或无线通信方式将混合音频信号和视频信号传输到控制设备140，生物电采集设备130可以通过有线或无线通信方式将混合生物电信号传输到控制设备140。

示例性地，所述视频信号与所述生物电信号各自含有时间戳，并且所述视频信号与所述生物电信号的时间戳使用同一信号源校准。虽然本实用新型实施例中并未限定所述视频信号的时间戳(主要是起始时间戳)与所述生物电信号的时间戳(主要是起始时间戳)的关系，但是本领域技术人员能够理解，所述生物电信号的时间戳与所述视频信号中的时间戳优选是精确同步的，通过使用同一信号源校准视频信号与生物电信号的时间戳，可以进一步提高视频信号与生物电信号的同步性。

同步采集视频信号与生物电信号的流程大致如下：

1.生物电信号采集开始，并记录时间戳；

2.音频信号和视频信号采集开始，并各自记录时间戳；

3.在任一时刻，例如每隔一段时间，判断一次生物电信号与音频信号是否需要对齐，若是，则开始执行下述操作，否则继续采集生物电信号、音频信号和视频信号；

4.由同步中心设备输出同步信号同时叠加到生物电信号和音频信号之中，以分别在生物电信号和音频信号上作标记，认为这一时刻的生物电信号和音频信号是同时采集的；

5.在采集设备分别采集到生物电信号和音频信号后，读取信号上的同步标记，并以此为基准进行信号同步，以达到生物电信号和音频信号同步的目的；

6.由于视频信号和音频信号具有时间同步特性，因此可以将生物电信号进一步与视频信号同步。

通过上述方式，可以在采集视频信号、音频信号和生物电信号的过程中，保证三者之间的同步。

应该注意的是上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本实用新型可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式或对具体实施方式的说明，本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种视频生物电采集系统，其特征在于，包括同步中心设备、音频视频采集设备、生物电采集设备和控制设备，其中，所述同步中心设备与所述音频视频采集设备和所述生物电采集设备连接，所述控制设备与所述音频视频采集设备和所述生物电采集设备连接。

2.根据权利要求1所述的视频生物电采集系统，其特征在于，所述同步中心设备包括音频播放装置，所述音频视频采集设备包括音频采集装置，所述音频采集装置与所述音频播放装置之间的间距小于预设距离。

3.根据权利要求1所述的视频生物电采集系统，其特征在于，所述同步中心设备包括超声波音频播放装置，所述音频视频采集设备包括超声波音频采集装置。

4.根据权利要求1所述的视频生物电采集系统，其特征在于，所述同步中心设备通过并口或串口连接方式与所述生物电采集设备连接。

5.根据权利要求1至4任一项所述的视频生物电采集系统，其特征在于，所述视频生物电采集系统还包括存储器，与所述控制设备连接。

Images