JP2013208312A - Signal analyzer, electronic equipment and program - Google Patents

Signal analyzer, electronic equipment and program Download PDF

Info

Publication number
JP2013208312A
JP2013208312A JP2012080946A JP2012080946A JP2013208312A JP 2013208312 A JP2013208312 A JP 2013208312A JP 2012080946 A JP2012080946 A JP 2012080946A JP 2012080946 A JP2012080946 A JP 2012080946A JP 2013208312 A JP2013208312 A JP 2013208312A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
signal
window function
processing
sampling data
state
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2012080946A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
有亮 ▲高▼▲橋▼
Yusuke Takahashi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2012080946A priority Critical patent/JP2013208312A/en
Priority to EP13768160.7A priority patent/EP2832288A4/en
Priority to CN201380016137.XA priority patent/CN104203089B/en
Priority to US14/388,789 priority patent/US20150065896A1/en
Priority to PCT/JP2013/002066 priority patent/WO2013145731A1/en
Publication of JP2013208312A publication Critical patent/JP2013208312A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a signal analyzer capable of performing frequency resolution processing with improved real-time properties while maintaining resolution equivalent to resolution for a conventional method, and to provide electronic equipment, a program and the like.SOLUTION: A signal analyzer 100 includes a signal acquisition unit 110 which acquires a detection signal from a detection unit 200 having a sensor, and a signal processing unit 130 which performs window function processing for sampling data of the detection signal and Fourier transform processing for data after the window function processing as frequency resolution processing. The jth sampling data Dof sampling data D-Dis data sampled in timing after timing when the ith sampling data Dis sampled (0≤i<N/2<j≤N). The signal processing unit 130 performs the window function processing by an asymmetric window function in which a window function value h (j) corresponding to Dis a maximum value and in which the window function value h (i) corresponding to Dis a value smaller than the window function value h (j).

Description

本発明は、信号解析装置、電子機器及びプログラム等に関係する。     The present invention relates to a signal analysis device, an electronic device, a program, and the like.

従来、脈拍計等の拍動検出装置(信号解析装置)を含む電子機器が広く用いられている。拍動検出装置とは、人体の心拍に由来する拍動を検出するための装置であって、例えば、腕、手のひら、手指などに装着される脈波センサーからの信号に基づいて、心拍に由来する信号を検出する装置である。実際に、心拍に由来する信号に関する情報(拍動情報)をユーザーへ提示する際には、例えば拍動情報として脈拍数などを算出し、これを提示する。   2. Description of the Related Art Conventionally, electronic devices including a pulse detection device (signal analysis device) such as a pulse meter have been widely used. The pulsation detection device is a device for detecting pulsation derived from the heartbeat of the human body, for example, based on a signal from a pulse wave sensor attached to an arm, palm, finger, etc. It is an apparatus for detecting a signal to be detected. Actually, when presenting information (pulsation information) related to a signal derived from a heartbeat to a user, for example, a pulse rate is calculated as the pulsation information and presented.

脈拍数などの拍動情報を求めるに当たっては、第1に、できる限り最近の脈波検出信号に対応する拍動情報を算出すること、第2に、より正確な拍動情報を算出すること、という2点が主な課題となっている。   In calculating the pulse information such as the pulse rate, firstly, calculating the pulse information corresponding to the latest pulse wave detection signal as much as possible, second, calculating more accurate pulse information, These two points are the main issues.

このような課題に対して、特許文献1において示される手法では、所定期間の脈波検出信号に対してFFT(高速フーリエ変換:Fast Fourier Transform)処理を行い、最大の周波数成分を脈拍スペクトルと判定し、その周波数を脈拍数へと換算している。   To solve such a problem, in the technique disclosed in Patent Document 1, FFT (Fast Fourier Transform) processing is performed on a pulse wave detection signal for a predetermined period, and the maximum frequency component is determined as a pulse spectrum. The frequency is converted into a pulse rate.

特開2007−054471号公報JP 2007-054471 A

しかし、このようなアプローチにより脈拍数を計測する場合には、次のような問題がある。まず、脈拍数をより正確に求めるためには、周波数分解処理の分解能を上げれば良いが、周波数分解処理の分解能を上げるためには、1回の脈拍数算出処理(拍動情報演算処理)に用いる脈波検出信号の検出期間を長くする必要がある。一方で、脈波検出信号の検出期間を長くするほど、より過去の脈波検出信号の周波数成分が周波数分解処理結果に含まれる。つまり、周波数分解処理の分解能を高めるほど脈拍数のリアルタイム性が低下する。   However, there are the following problems when measuring the pulse rate by such an approach. First, in order to obtain the pulse rate more accurately, the resolution of the frequency resolution process may be increased. However, in order to increase the resolution of the frequency resolution process, a single pulse rate calculation process (beat information calculation process) is performed. It is necessary to lengthen the detection period of the pulse wave detection signal to be used. On the other hand, as the detection period of the pulse wave detection signal is lengthened, the frequency component of the past pulse wave detection signal is included in the frequency decomposition processing result. That is, the real-time property of the pulse rate decreases as the resolution of the frequency resolution process is increased.

すなわち、従来の手法では、脈拍数のリアルタイム性と、周波数の分解能との両立が困難である。この課題の原因は、ハードウェアの処理能力の不足等にあるのではなく、前述した周波数分解処理のアルゴリズム(手法)にある。   That is, with the conventional method, it is difficult to achieve both real-time characteristics of the pulse rate and frequency resolution. The cause of this problem is not the lack of hardware processing capability, but the above-described frequency resolution processing algorithm (method).

本発明の幾つかの態様によれば、従来手法と同等の分解能を維持しながらリアルタイム性の改善された周波数分解処理を行うことができる信号解析装置、電子機器及びプログラム等を提供することができる。   According to some aspects of the present invention, it is possible to provide a signal analysis device, an electronic device, a program, and the like that can perform frequency decomposition processing with improved real-time characteristics while maintaining the same resolution as that of the conventional method. .

本発明の一態様は、センサーを有する検出部から検出信号を取得する信号取得部と、前記検出信号のサンプリングデータD〜D(Nは2以上の正の整数)に対する窓関数処理と、前記窓関数処理後のデータに対するフーリエ変換処理とを周波数分解処理として行う信号処理部と、を含み、前記サンプリングデータD〜Dのうちの第jのサンプリングデータDは、第iのサンプリングデータDがサンプリングされたタイミングよりも後のタイミングにサンプリングされたデータであり(整数i、jは、0≦i<N/2<j≦Nを満たす整数)、前記信号処理部は、前記第jのサンプリングデータDに対応する窓関数値h(j)が最大値となり、前記第iのサンプリングデータDに対応する窓関数値h(i)が前記窓関数値h(j)よりも小さい値となる非対称窓関数により、前記窓関数処理を行う信号解析装置に関係する。 One aspect of the present invention is a signal acquisition unit that acquires a detection signal from a detection unit having a sensor, and window function processing for sampling data D 0 to D N (N is a positive integer of 2 or more) of the detection signal; A signal processing unit that performs Fourier transform processing on the data after the window function processing as frequency decomposition processing, and the j-th sampling data D j among the sampling data D 0 to DN is the i-th sampling The data D i is data sampled at a timing later than the timing at which the data D i was sampled (integers i and j are integers satisfying 0 ≦ i <N / 2 <j ≦ N), and the signal processing unit window function value corresponding to the sampling data D j of the j h (j) is the maximum value, the second window function value corresponding to the sampling data D i of i h (i) is the window function Asymmetric window function becomes a value smaller than the value h (j), relating to the signal analysis apparatus performs the window function processing.

本発明の一態様では、第iのサンプリングデータDに対応する窓関数値h(i)を、第jのサンプリングデータDに対応する窓関数値h(j)よりも小さくすることにより、N/2<j≦Nのサンプルよりも0≦i<N/2のサンプルの信号値を大きく圧縮する。 In one aspect of the present invention, by making the window function value h (i) corresponding to the i th sampling data D i smaller than the window function value h (j) corresponding to the j th sampling data D j , The signal value of the sample of 0 ≦ i <N / 2 is compressed larger than the sample of N / 2 <j ≦ N.

これにより、窓関数処理において、最近のサンプルに比べて過去のサンプルを圧縮することができる。従って、窓関数処理を行わない場合や、対称窓関数を用いて窓関数処理を行った場合と比べて、周波数分解処理結果(脈拍数)のリアルタイム性を改善することができる。またこの効果は、次のように言い換えることもできる。窓関数処理を行わない場合や、対称窓関数を用いて窓関数処理を行った場合と同等のリアルタイム性で仕様上十分とする場合は、よりサンプリング期間を長くすることができるため、より周波数分解能の高い周波数分布を得ることができる。以降、後者の効果については記載を省略する。   Thereby, in a window function process, the past sample can be compressed compared with the recent sample. Therefore, the real-time property of the frequency decomposition processing result (pulse rate) can be improved as compared with the case where the window function processing is not performed or the case where the window function processing is performed using the symmetric window function. This effect can also be rephrased as follows. When the window function processing is not performed, or when the specification is sufficient with real-time characteristics equivalent to the case where the window function processing is performed using a symmetric window function, the sampling period can be made longer, so the frequency resolution A high frequency distribution can be obtained. Hereinafter, description of the latter effect is omitted.

また、本発明の一態様では、前記信号処理部は、前記サンプリングデータD〜Dのうちの第NのサンプリングデータDに対応する窓関数値h(N)が最小値となる前記非対称窓関数により、前記窓関数処理を行ってもよい。 In one embodiment of the present invention, the signal processing unit, the asymmetry the sampling data D 0 to D window function corresponding to the N sampled data D N of the N values h (N) is the minimum value The window function processing may be performed using a window function.

これにより、窓関数処理を行わない場合と比べ、サイドローブ特性を改善すること等が可能になる。また、対称窓関数を用いて窓関数処理を行った場合と比べて、周波数分解処理結果(脈拍数)のリアルタイム性を改善すること等が可能になる。   As a result, it is possible to improve the side lobe characteristics compared to the case where the window function processing is not performed. In addition, the real-time property of the frequency resolution processing result (pulse rate) can be improved as compared with the case where the window function processing is performed using a symmetric window function.

また、本発明の一態様では、前記信号処理部は、前記サンプリングデータD〜Dのうちの第NのサンプリングデータDに対応する窓関数値h(N)が最大値となる前記非対称窓関数により、前記窓関数処理を行ってもよい。 In one embodiment of the present invention, the signal processing unit, the asymmetry the sampling data D 0 to D window function corresponding to the N sampled data D N of the N values h (N) is the maximum value The window function processing may be performed using a window function.

これによれば、窓関数処理を行わない場合や、対称窓関数を用いて窓関数処理を行った場合と比べて、周波数分解処理結果(脈拍数)のリアルタイム性を改善すること等が可能になる。   According to this, compared with the case where window function processing is not performed or the case where window function processing is performed using a symmetric window function, it is possible to improve the real-time property of the frequency decomposition processing result (pulse rate). Become.

また、本発明の一態様では、前記信号処理部は、前記サンプリングデータD〜Dのうちの第kのサンプリングデータD〜第NのサンプリングデータD(整数kは、N/2<k<Nを満たす整数)に対応する窓関数値h(k)〜h(N)が全て最大値となる前記非対称窓関数により、前記窓関数処理を行ってもよい。 In one embodiment of the present invention, the signal processing unit, the sampling data D N (integer k sampling data D k ~ N-th of the first k of the sampling data D 0 to D N, the N / 2 < The window function processing may be performed by the asymmetric window function in which all of the window function values h (k) to h (N) corresponding to an integer satisfying k <N are maximized.

これにより、第Nのサンプリングデータだけでなく、第Nのサンプリングデータから所定の数だけ遡ったサンプリングデータに対しても、窓関数値を最大にして、圧縮率を下げること等が可能になる。従って、窓関数処理を行わない場合や、対称窓関数を用いて窓関数処理を行った場合と比べて、周波数分解処理結果(脈拍数)のリアルタイム性を改善すること等が可能になる。   As a result, not only the Nth sampling data but also sampling data that is traced a predetermined number of times from the Nth sampling data can be maximized to reduce the compression rate. Therefore, it is possible to improve the real-time property of the frequency decomposition processing result (pulse rate) compared to the case where the window function processing is not performed or the case where the window function processing is performed using a symmetric window function.

また、本発明の一態様では、前記信号処理部は、前記サンプリングデータD〜Dのうちの第pのサンプリングデータD(整数p、M及びNは、0≦p≦3M−1と、N=4M−1を満たす整数)に対しては、下式(1)により前記窓関数処理を行い、前記第qのサンプリングデータD(整数q、M及びNは、3M≦q≦4M−1と、N=4M−1を満たす整数)に対しては、下式(2)により前記窓関数処理を行ってもよい。 In the aspect of the invention, the signal processing unit may be configured to obtain p-th sampling data D p (the integers p, M, and N are 0 ≦ p ≦ 3M−1) among the sampling data D 0 to DN. , N = an integer satisfying 4M−1), the window function processing is performed by the following equation (1), and the q-th sampling data D q (integers q, M and N are 3M ≦ q ≦ 4M). −1 and an integer satisfying N = 4M−1), the window function processing may be performed by the following equation (2).

Figure 2013208312
Figure 2013208312

Figure 2013208312
Figure 2013208312

これにより、窓関数処理を行わない場合と比べ、サイドローブ特性を改善すること等が可能になる。また、対称窓関数を用いて窓関数処理を行った場合と比べて、周波数分解処理結果(脈拍数)のリアルタイム性を改善すること等が可能になる。従って、例えば脈波検出信号のレベルが低い場合にも、脈拍周波数の特定を容易にすること等が可能になる。   As a result, it is possible to improve the side lobe characteristics compared to the case where the window function processing is not performed. In addition, the real-time property of the frequency resolution processing result (pulse rate) can be improved as compared with the case where the window function processing is performed using a symmetric window function. Therefore, for example, even when the level of the pulse wave detection signal is low, it is possible to easily specify the pulse frequency.

また、本発明の一態様では、前記信号処理部は、前記サンプリングデータD〜Dのうちの第pのサンプリングデータD(整数p、M及びNは、0≦p≦3M−1と、N=4M−1を満たす整数)に対しては、下式(3)により前記窓関数処理を行い、前記第qのサンプリングデータD(整数q、M及びNは、3M≦q≦4M−1と、N=4M−1を満たす整数)に対しては、下式(4)により前記窓関数処理を行ってもよい。 In the aspect of the invention, the signal processing unit may be configured to obtain p-th sampling data D p (the integers p, M, and N are 0 ≦ p ≦ 3M−1) among the sampling data D 0 to DN. , N = integer satisfying 4M−1), the window function processing is performed by the following equation (3), and the q-th sampling data D q (integers q, M and N are 3M ≦ q ≦ 4M). −1 and an integer satisfying N = 4M−1), the window function processing may be performed by the following equation (4).

Figure 2013208312
Figure 2013208312

Figure 2013208312
Figure 2013208312

すなわち、第0、第Nのサンプリングデータにおいて、信号値だけではなく、傾きも0にすること等が可能になる。これにより、窓関数処理を行わない場合と比べ、サイドローブ特性を改善すること等が可能になる。また、対称窓関数を用いて窓関数処理を行った場合と比べて、周波数分解処理結果(脈拍数)のリアルタイム性を改善すること等が可能になる。従って、例えば脈波検出信号のレベルが低い場合にも、脈拍周波数の特定を容易にすること等が可能になる。   That is, in the 0th and Nth sampling data, it is possible to set not only the signal value but also the slope to 0. As a result, it is possible to improve the side lobe characteristics compared to the case where the window function processing is not performed. In addition, the real-time property of the frequency resolution processing result (pulse rate) can be improved as compared with the case where the window function processing is performed using a symmetric window function. Therefore, for example, even when the level of the pulse wave detection signal is low, it is possible to easily specify the pulse frequency.

また、本発明の一態様では、前記信号処理部は、前記サンプリングデータD〜Dのうちの第pのサンプリングデータD(整数p、M及びNは、0≦p≦3M−1と、N=4M−1を満たす整数)に対しては、下式(5)により前記窓関数処理を行い、前記第qのサンプリングデータD(整数q、M及びNは、3M≦q≦4M−1と、N=4M−1を満たす整数)に対しては、式h(q)=1により前記窓関数処理を行ってもよい。 In the aspect of the invention, the signal processing unit may be configured to obtain p-th sampling data D p (the integers p, M, and N are 0 ≦ p ≦ 3M−1) among the sampling data D 0 to DN. , N = integer satisfying 4M−1), the window function processing is performed by the following equation (5), and the q-th sampling data D q (integers q, M and N are 3M ≦ q ≦ 4M). −1 and an integer satisfying N = 4M−1), the window function processing may be performed by the equation h (q) = 1.

Figure 2013208312
Figure 2013208312

すなわち、第Nのサンプリングデータだけでなく、第Nのサンプリングデータから所定の数だけ遡ったサンプリングデータに対する窓関数値も最大にすることを実現すること等が可能になる。これにより、窓関数処理を行わない場合や、対称窓関数を用いて窓関数処理を行った場合と比べて、周波数分解処理結果(脈拍数)のリアルタイム性を改善すること等が可能になる。   In other words, it is possible to realize not only the Nth sampling data but also maximize the window function value for the sampling data that is a predetermined number back from the Nth sampling data. This makes it possible to improve the real-time property of the frequency decomposition processing result (pulse rate) compared to the case where the window function processing is not performed or the case where the window function processing is performed using a symmetric window function.

また、本発明の一態様では、前記信号取得部で取得される前記検出信号について信号状態の判定処理を行う信号状態判定部を含み、前記信号処理部は、前記信号状態が第1の信号状態であると判定された場合には、第1の非対称窓関数による前記窓関数処理を行い、前記信号状態が第2の信号状態であると判定された場合には、前記第1の非対称窓関数と異なる第2の非対称窓関数による前記窓関数処理を行ってもよい。   Moreover, in one mode of the present invention, the signal processing unit includes a signal state determination unit that performs a signal state determination process on the detection signal acquired by the signal acquisition unit, and the signal processing unit has the first signal state as the signal state. If it is determined that the signal state is the second signal state, the first asymmetric window function is performed. The window function processing may be performed using a second asymmetric window function different from the above.

これにより、信号状態に応じて窓関数処理に用いる非対称窓関数を変更すること等が可能になる。   This makes it possible to change the asymmetric window function used for window function processing according to the signal state.

また、本発明の一態様では、前記信号取得部で取得される前記検出信号について信号状態の判定処理を行う信号状態判定部を含み、前記信号処理部は、前記信号状態が第1の信号状態であると判定された場合には、前記非対称窓関数による前記窓関数処理と、前記窓関数処理後のデータに対する前記フーリエ変換処理とを前記周波数分解処理として行い、前記信号状態が第2の信号状態であると判定された場合には、前記検出信号に対するパワースペクトル密度推定処理を前記周波数分解処理として行ってもよい。   Moreover, in one mode of the present invention, the signal processing unit includes a signal state determination unit that performs a signal state determination process on the detection signal acquired by the signal acquisition unit, and the signal processing unit has the first signal state as the signal state. If the signal function is determined to be, the window function processing by the asymmetric window function and the Fourier transform processing on the data after the window function processing are performed as the frequency decomposition processing, and the signal state is the second signal. When it is determined that the state is the state, a power spectrum density estimation process for the detection signal may be performed as the frequency resolution process.

すなわち、例えばSN比が第2の信号状態よりも低い第1の信号状態である場合には、サイドローブ抑制効果の高い周波数分解処理を行い、SN比が第1の信号状態よりも高い第2の信号状態である場合には、更にリアルタイム性を重視した周波数分解処理を行うこと等が可能になる。   That is, for example, in the case of the first signal state in which the SN ratio is lower than the second signal state, the frequency decomposition process having a high sidelobe suppression effect is performed, and the second SN ratio is higher than that in the first signal state. In the case of the signal state, it is possible to perform frequency decomposition processing that emphasizes real-time characteristics.

これにより、窓関数処理を行わない場合や、対称窓関数を用いて窓関数処理を行った場合と比べて、周波数分解処理結果(脈拍数)のリアルタイム性が改善すること等が可能になる。   This makes it possible to improve the real-time property of the frequency decomposition processing result (pulse rate) as compared with the case where the window function processing is not performed or the case where the window function processing is performed using the symmetric window function.

また、本発明の一態様では、前記信号取得部で取得される前記検出信号について信号状態の判定処理を行う信号状態判定部を含み、前記検出部は、前記センサーである第1のセンサーの他に第2のセンサーをさらに有し、前記信号取得部は、前記第1のセンサーで取得される第1のセンサー信号に基づく第1の検出信号と、前記第2のセンサーで取得される第2のセンサー信号に基づく第2の検出信号とを前記検出部から取得し、前記信号状態判定部は、前記判定処理として、前記第2の検出信号の前記信号状態を判定する処理を行い、前記信号処理部は、前記第2の検出信号の前記信号状態が第1の信号状態であると判定された場合には、第1の非対称窓関数を前記非対称窓関数として用いて、前記窓関数処理を前記第1の検出信号に対して行い、前記第2の検出信号の前記信号状態が第2の信号状態であると判定された場合には、前記第1の非対称窓関数と異なる第2の非対称窓関数を用いて、前記窓関数処理を前記第1の検出信号に対して行ってもよい。   In one aspect of the present invention, the signal acquisition unit includes a signal state determination unit that performs a signal state determination process on the detection signal acquired by the signal acquisition unit, wherein the detection unit is the first sensor that is the sensor. The signal acquisition unit further includes a first detection signal based on the first sensor signal acquired by the first sensor and a second sensor acquired by the second sensor. A second detection signal based on a sensor signal of the second detection signal is acquired from the detection unit, and the signal state determination unit performs a process of determining the signal state of the second detection signal as the determination process, and the signal When it is determined that the signal state of the second detection signal is the first signal state, the processing unit performs the window function processing using the first asymmetric window function as the asymmetric window function. For the first detection signal When the signal state of the second detection signal is determined to be the second signal state, the window function is calculated using a second asymmetric window function different from the first asymmetric window function. Processing may be performed on the first detection signal.

これにより、第1の検出信号と異なる第2の検出信号の信号状態に応じて、窓関数処理に用いる非対称窓関数を変更して、周波数分解処理を行うこと等が可能になる。   Accordingly, it is possible to change the asymmetric window function used for the window function processing according to the signal state of the second detection signal different from the first detection signal, and perform the frequency decomposition processing.

また、本発明の一態様では、前記信号取得部で取得される前記検出信号について信号状態の判定処理を行う信号状態判定部を含み、前記検出部は、前記センサーである第1のセンサーの他に第2のセンサーをさらに有し、前記信号取得部は、前記第1のセンサーで取得される第1のセンサー信号に基づく第1の検出信号と、前記第2のセンサーで取得される第2のセンサー信号に基づく第2の検出信号とを前記検出部から取得し、前記信号状態判定部は、前記判定処理として、前記第2の検出信号の前記信号状態を判定する処理を行い、前記信号処理部は、前記第2の検出信号の前記信号状態が第1の信号状態であると判定された場合には、前記非対称窓関数として第1の非対称窓関数を用いた前記第1の検出信号に対する前記窓関数処理と、前記窓関数処理後のデータに対する前記フーリエ変換処理とを前記周波数分解処理として行い、前記第2の検出信号の前記信号状態が第2の信号状態であると判定された場合には、前記第1の検出信号に対するパワースペクトル密度推定処理を前記周波数分解処理として行ってもよい。   In one aspect of the present invention, the signal acquisition unit includes a signal state determination unit that performs a signal state determination process on the detection signal acquired by the signal acquisition unit, wherein the detection unit is the first sensor that is the sensor. The signal acquisition unit further includes a first detection signal based on the first sensor signal acquired by the first sensor and a second sensor acquired by the second sensor. A second detection signal based on a sensor signal of the second detection signal is acquired from the detection unit, and the signal state determination unit performs a process of determining the signal state of the second detection signal as the determination process, and the signal When it is determined that the signal state of the second detection signal is the first signal state, the processing unit uses the first detection signal that uses the first asymmetric window function as the asymmetric window function. The window function processing for The Fourier transform processing on the data after the window function processing is performed as the frequency decomposition processing, and when it is determined that the signal state of the second detection signal is the second signal state, the first Power spectrum density estimation processing for the detected signals may be performed as the frequency resolution processing.

すなわち、第2の検出信号の信号状態に応じて信号状態を判定し、例えばSN比が第2の信号状態よりも低い第1の信号状態である場合には、サイドローブ抑制効果の高い周波数分解処理を行い、SN比が第1の信号状態よりも高い第2の信号状態である場合には、更にリアルタイム性を重視した周波数分解処理を行うこと等が可能になる。   That is, the signal state is determined according to the signal state of the second detection signal. For example, in the case of the first signal state in which the SN ratio is lower than that of the second signal state, the frequency decomposition with a high sidelobe suppression effect is achieved. When the processing is performed and the second signal state is higher in the S / N ratio than the first signal state, it is possible to perform frequency decomposition processing that emphasizes real-time characteristics.

これにより、窓関数処理を行わない場合や、対称窓関数を用いて窓関数処理を行った場合と比べて、周波数分解処理結果(脈拍数)のリアルタイム性を改善すること等が可能になる。   This makes it possible to improve the real-time property of the frequency decomposition processing result (pulse rate) compared to the case where the window function processing is not performed or the case where the window function processing is performed using a symmetric window function.

また、本発明の一態様では、前記信号状態判定部は、前記判定処理として、前記第2の検出信号に基づいて被検体の運動状態を判定する処理を行い、前記信号処理部は、前記運動状態の判定結果に基づいて、前記周波数分解処理を決定してもよい。   In the aspect of the invention, the signal state determination unit performs a process of determining an exercise state of the subject based on the second detection signal as the determination process, and the signal processing unit The frequency resolution processing may be determined based on a state determination result.

これにより、運動状態に応じて異なる周波数分解処理を行うこと等が可能になる。   This makes it possible to perform different frequency resolution processing depending on the motion state.

また、本発明の一態様では、前記検出部は、前記センサーである第1のセンサーの他に第2のセンサーをさらに有し、前記信号取得部は、前記第1のセンサーで取得される第1のセンサー信号に基づく第1の検出信号と、前記第2のセンサーで取得される第2のセンサー信号に基づく第2の検出信号とを、前記検出信号として前記検出部から取得し、前記信号処理部は、前記第2の検出信号に基づいて、前記第1の検出信号に対して信号処理を行ってもよい。   In the aspect of the invention, the detection unit further includes a second sensor in addition to the first sensor that is the sensor, and the signal acquisition unit is a first sensor acquired by the first sensor. A first detection signal based on one sensor signal and a second detection signal based on a second sensor signal acquired by the second sensor are acquired from the detection unit as the detection signal, and the signal The processing unit may perform signal processing on the first detection signal based on the second detection signal.

これにより、例えば第2検出信号を用いて、第1の検出信号のノイズ低減処理等を行うこと等が可能になる。   As a result, for example, it is possible to perform noise reduction processing of the first detection signal using the second detection signal.

また、本発明の一態様では、前記信号処理部は、前記第2の検出信号に基づいて、前記第1の検出信号に対するノイズ低減処理を前記信号処理として行ってもよい。   In the aspect of the invention, the signal processing unit may perform noise reduction processing on the first detection signal as the signal processing based on the second detection signal.

これにより、第1の検出信号に含まれるノイズを低減させ、フーリエ変換後のサイドローブ特性を改善すること等が可能になる。   As a result, it is possible to reduce the noise included in the first detection signal, improve the sidelobe characteristics after Fourier transform, and the like.

また、本発明の他の態様では、前記信号解析装置を含む電子機器に関係する。   Another aspect of the invention relates to an electronic device including the signal analysis device.

また、本発明の他の態様では、上記各部としてコンピューターを機能させるプログラムに関係する。   Another aspect of the present invention relates to a program that causes a computer to function as each of the above-described units.

本実施形態のシステム構成図。The system block diagram of this embodiment. 図2(A)、図2(B)は、拍動検出装置を含む電子機器の例。2A and 2B are examples of electronic devices including a pulsation detection device. 各窓関数の形状の比較図。The comparison figure of the shape of each window function. 各周波数分解処理の特徴の比較図。The comparison figure of the characteristic of each frequency decomposition processing. 第1の実施形態の全体の処理の流れを説明するフローチャート。The flowchart explaining the flow of the whole process of 1st Embodiment. 第1の実施形態における信号状態の判定処理の流れを説明するフローチャート。The flowchart explaining the flow of the determination process of the signal state in 1st Embodiment. 図7(A)〜図7(C)は、信号状態が良いと判定される場合の説明図。FIG. 7A to FIG. 7C are explanatory diagrams when it is determined that the signal state is good. 図8(A)〜図8(C)は、信号状態が中程度と判定される場合の説明図。8A to 8C are explanatory diagrams when the signal state is determined to be medium. 図9(A)〜図9(C)は、信号状態が悪いと判定される場合の説明図。FIG. 9A to FIG. 9C are explanatory diagrams when it is determined that the signal state is bad. 図10(A)〜図10(C)は、窓関数処理結果の比較図。FIG. 10A to FIG. 10C are comparison diagrams of the window function processing results. 第2の実施形態の全体の処理の流れを説明するフローチャート。The flowchart explaining the flow of the whole process of 2nd Embodiment. 第2の実施形態における信号状態の判定処理の流れを説明するフローチャート。The flowchart explaining the flow of the determination process of the signal state in 2nd Embodiment. 脈拍数の計測結果の比較図。The comparison figure of the measurement result of a pulse rate. 図14(A)〜図14(C)は、各運動状態における加速度検出信号のスペクトルの比較図。FIG. 14A to FIG. 14C are comparative diagrams of spectra of acceleration detection signals in each motion state. 図15(A)及び図15(B)は、運動開始時の加速度検出信号のスペクトルを示す具体例。FIGS. 15A and 15B are specific examples showing a spectrum of an acceleration detection signal at the start of exercise. 図16(A)及び図16(B)は、運動停止時の加速度検出信号のスペクトルを示す具体例。FIG. 16A and FIG. 16B are specific examples showing the spectrum of the acceleration detection signal when the movement is stopped.

以下、本実施形態について説明する。まず、本実施形態の手法の概要を説明し、次にシステム構成例について説明する。そして、フローチャート等を用いて第1の実施形態及び第2の実施形態について説明する。そして最後に、第1の実施形態及び第2の実施形態の他の適用例について説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。   Hereinafter, this embodiment will be described. First, an outline of the method of the present embodiment will be described, and then an example of a system configuration will be described. Then, the first embodiment and the second embodiment will be described using a flowchart and the like. Finally, another application example of the first embodiment and the second embodiment will be described. In addition, this embodiment demonstrated below does not unduly limit the content of this invention described in the claim. In addition, all the configurations described in the present embodiment are not necessarily essential configuration requirements of the present invention.

1.概要
従来、脈拍計等の拍動検出装置を含む電子機器が広く用いられている。拍動検出装置とは、人体の心拍に由来する拍動を検出するための装置であって、例えば、腕、手のひら、手指などに装着される脈波センサーからの信号に基づいて、心拍に由来する信号を検出する装置である。実際に、心拍に由来する信号に関する情報(拍動情報)をユーザーへ提示する際には、例えば拍動情報として脈拍数などを算出し、これを提示する。
1. 2. Description of the Related Art Conventionally, electronic devices including a pulse detector such as a pulse meter have been widely used. The pulsation detection device is a device for detecting pulsation derived from the heartbeat of the human body, for example, based on a signal from a pulse wave sensor attached to an arm, palm, finger, etc. It is an apparatus for detecting a signal to be detected. Actually, when presenting information (pulsation information) related to a signal derived from a heartbeat to a user, for example, a pulse rate is calculated as the pulsation information and presented.

脈拍数などの拍動情報を求めるに当たっては、第1に、できる限り最近の脈波検出信号に対応する拍動情報を算出すること、第2に、より正確な拍動情報を算出すること、という2点が主な課題となっている。   In calculating the pulse information such as the pulse rate, firstly, calculating the pulse information corresponding to the latest pulse wave detection signal as much as possible, second, calculating more accurate pulse information, These two points are the main issues.

このような課題に対して、前述した特許文献1において示される手法では、所定期間の脈波検出信号に対してFFT(高速フーリエ変換:Fast Fourier Transform)処理を行い、最大の周波数成分を脈拍スペクトルと判定し、その周波数を脈拍数へと換算している。   In order to deal with such a problem, in the method described in Patent Document 1 described above, FFT (Fast Fourier Transform) processing is performed on a pulse wave detection signal for a predetermined period, and the maximum frequency component is obtained as a pulse spectrum. The frequency is converted into a pulse rate.

しかし、このようなアプローチにより脈拍数を計測する場合には、次のような問題がある。まず、脈拍数をより正確に求めるためには、周波数分解処理の分解能を上げれば良いが、周波数分解処理の分解能を上げるためには、1回の脈拍数算出処理(拍動情報演算処理)に用いる脈波検出信号の検出期間を長くする必要がある。   However, there are the following problems when measuring the pulse rate by such an approach. First, in order to obtain the pulse rate more accurately, the resolution of the frequency resolution process may be increased. However, in order to increase the resolution of the frequency resolution process, a single pulse rate calculation process (beat information calculation process) is performed. It is necessary to lengthen the detection period of the pulse wave detection signal to be used.

一方で、脈波検出信号の検出期間を長くした場合には、要求されるリアルタイム性を満たさない場合が出てくる。   On the other hand, when the detection period of the pulse wave detection signal is lengthened, there are cases where the required real-time property is not satisfied.

ここで、リアルタイム性とは、応答時間の最悪値が保証されること、すなわち、要求される応答時間内に応答が返ってくることを言う。リアルタイム性は、応答が早いことや、遅いことを指す概念ではない。なお、要求される応答時間はシステム毎に異なる。したがって、例えば、あるシステムに求められる応答時間(応答期間)が32日であれば、あるシステムが丸1か月かけて応答を返したとしても、そのシステムはリアルタイム性を満たしていると言える。   Here, the real-time property means that the worst value of the response time is guaranteed, that is, the response is returned within the required response time. Real-timeness is not a concept indicating that the response is fast or slow. The required response time varies depending on the system. Therefore, for example, if the response time (response period) required for a certain system is 32 days, even if a certain system returns a response over a full month, it can be said that the system satisfies the real-time property.

また、リアルタイム性は、システムによって求められる厳密さが異なり、リアルタイム性の中には、少しの遅れも許容しないハードリアルタイム性もあれば、多少の遅れは問題としないソフトリアルタイム性もある。例えば、ハードウェアを動作させるファームウェアが行う処理等に対してはμ秒単位の遅延も許さないハードリアルタイム性が求められることが多く、一方で天気予報等に対しては数分程度の遅延があっても許容されるソフトリアルタイム性が求められている。これらの分類は、応答遅延の許容度を表すものでさり、応答時間の速さとは無関係である。   In addition, the strictness required for the real-time property varies depending on the system. Some real-time properties include hard real-time properties that do not allow a slight delay, and soft real-time properties that do not allow a slight delay. For example, hardware real-time performance that does not allow delays in the order of microseconds is often required for processing performed by firmware that operates hardware, while weather forecasts have a delay of several minutes. However, an acceptable soft real-time property is required. These classifications represent the tolerance of response delay and are independent of the speed of response time.

そして、拍動検出装置に対して求められるリアルタイム性は、前述したソフトリアルタイム性ではあるが、求められる応答時間は数秒単位であり、拍動検出装置は、できる限り今現在に近いタイミングに対応する脈拍数等を検出できることが望ましい。   The real-time property required for the pulsation detection device is the soft real-time property described above, but the required response time is in units of a few seconds, and the pulsation detection device corresponds to the timing as close as possible to the present. It is desirable to be able to detect the pulse rate and the like.

また、前述したように、脈拍数等を求めるに当たっては、所定期間の脈波検出信号に対して周波数分解処理を行う。この周波数分解処理では、脈波検出信号に対して、後述する図3に示すようなハニング窓等を用いて窓関数処理を行った後、FFT処理を行う。一般的に広く用いられているハニング窓等の窓関数は、入力信号の期間の中間(中点)において、窓関数値が最大となる。そのため、周波数分解処理の結果として描かれるスペクトル分布は、入力信号の期間の1/2の時間分過去の期待値を示す分布になる。そのため、そのスペクトル分布を元に算出される脈拍数も、入力信号の期間の1/2時間分過去の期待値として算出される。例えば、脈波検出信号の検出期間が4秒である場合には、期待値として2秒前の脈拍数が算出され、脈波検出信号の検出期間が16秒である場合には、期待値として8秒前の脈拍数が算出される。   Further, as described above, when determining the pulse rate and the like, frequency decomposition processing is performed on the pulse wave detection signal for a predetermined period. In this frequency decomposition process, a window function process is performed on the pulse wave detection signal using a Hanning window or the like as shown in FIG. 3 described later, and then an FFT process is performed. A window function such as a Hanning window that is widely used generally has a maximum window function value in the middle (midpoint) of the period of the input signal. For this reason, the spectrum distribution drawn as a result of the frequency decomposition process is a distribution that shows the expected value in the past for half the time of the period of the input signal. Therefore, the pulse rate calculated based on the spectrum distribution is also calculated as a past expected value for ½ hour of the period of the input signal. For example, when the detection period of the pulse wave detection signal is 4 seconds, the pulse rate 2 seconds before is calculated as the expected value, and when the detection period of the pulse wave detection signal is 16 seconds, the expected value is The pulse rate 8 seconds before is calculated.

このように、周波数分解処理へ入力する脈波検出信号の検出期間を長くすると分解能は向上するが、より過去の時点の期待値的スペクトル分布を求めていることになってしまい、前述したリアルタイム性は低下する。このようにリアルタイム性が低下する原因は、ハードウェアの処理能力の不足等にあるのではなく、前述した周波数分解処理のアルゴリズム(手法)にある。   As described above, when the detection period of the pulse wave detection signal input to the frequency resolution processing is lengthened, the resolution is improved, but the expected spectral distribution at a past time point is obtained, and the real-time property described above is obtained. Will decline. The reason why the real-time property is reduced in this way is not due to the lack of hardware processing capability or the like, but is due to the frequency resolution processing algorithm (method) described above.

そこで、本出願人は、以下で詳細に説明する新たな窓関数を提案する。本出願人が提案する窓関数を用いた信号解析装置等は、従来手法と同等の分解能を維持しながらリアルタイム性の改善された周波数分解処理を行うことができる。   Therefore, the applicant proposes a new window function which will be described in detail below. The signal analysis device using the window function proposed by the present applicant can perform frequency resolution processing with improved real-time characteristics while maintaining the same resolution as the conventional method.

2.システム構成例
次に、後述する第1の実施形態及び第2の実施形態の信号解析装置(拍動検出装置)100及びこれを含む電子機器の構成例を図1に示す。
2. System Configuration Example Next, FIG. 1 shows a configuration example of a signal analyzing apparatus (beat detecting apparatus) 100 and electronic equipment including the same according to a first embodiment and a second embodiment described later.

信号解析装置(拍動検出装置)100は、信号取得部110と、信号処理部130と、信号状態判定部150と、を含む。また、信号解析装置(拍動検出装置)100を含む電子機器の例としては、検出部200や、表示部70などを含む携帯端末などが挙げられる。なお、信号解析装置(拍動検出装置)100及びこれを含む電子機器は、図1の構成に限定されず、これらの一部の構成要素を省略したり、他の構成要素を追加したりするなどの種々の変形実施が可能である。   The signal analysis device (beat detection device) 100 includes a signal acquisition unit 110, a signal processing unit 130, and a signal state determination unit 150. Examples of the electronic device including the signal analysis device (beat detection device) 100 include a detection unit 200, a portable terminal including the display unit 70, and the like. Note that the signal analysis device (beat detecting device) 100 and the electronic device including the signal analysis device 100 are not limited to the configuration in FIG. 1, and some of these components are omitted or other components are added. Various modifications such as these are possible.

また、ここでは第1の実施形態及び第2の実施形態の動作をより具体的に記載するために、信号解析装置100が拍動検出装置100として用いられる場合について例示しているが、本発明及び本発明の範囲は、拍動検出装置100に限定されるものではなく、信号解析装置100を後述するように他の用途に用いることも可能である。   Further, here, in order to more specifically describe the operations of the first embodiment and the second embodiment, the case where the signal analysis device 100 is used as the pulsation detection device 100 is illustrated, but the present invention is not limited thereto. The scope of the present invention is not limited to the pulsation detecting device 100, and the signal analyzing device 100 can be used for other purposes as described later.

次に各部で行われる処理について説明する。ここでは、先に検出部200の説明を行い、信号解析装置(拍動検出装置)100へ入力される信号等の説明を行ってから、信号解析装置100の各部の説明を行う。   Next, processing performed in each unit will be described. Here, the detection unit 200 will be described first, and a signal input to the signal analysis device (beat detection device) 100 will be described, and then each unit of the signal analysis device 100 will be described.

まず、検出部200は、脈波検出部210と、体動検出部220と、を含む。なお、検出部200は、図1の構成に限定されず、これらの一部の構成要素を省略したり、他の構成要素を追加したりするなどの種々の変形実施が可能である。   First, the detection unit 200 includes a pulse wave detection unit 210 and a body motion detection unit 220. Note that the detection unit 200 is not limited to the configuration shown in FIG. 1, and various modifications such as omitting some of these components or adding other components are possible.

脈波検出部210は、脈波センサー211から得られるセンサー情報(脈波センサー信号)に基づいて脈波検出信号を出力する。脈波検出部210は、例えば脈波センサー211と、フィルター処理部215と、A/D変換部216を含むことができる。ただし、脈波検出部210は図1の構成に限定されず、これらの一部の構成要素を省略したり、他の構成要素(例えば信号を増幅する増幅部等)を追加するなどの種々の変形実施が可能である。   The pulse wave detection unit 210 outputs a pulse wave detection signal based on sensor information (pulse wave sensor signal) obtained from the pulse wave sensor 211. The pulse wave detection unit 210 can include, for example, a pulse wave sensor 211, a filter processing unit 215, and an A / D conversion unit 216. However, the pulse wave detection unit 210 is not limited to the configuration of FIG. 1, and various components such as omitting some of these components or adding other components (for example, an amplification unit that amplifies a signal) are included. Variations are possible.

脈波センサー211は、脈波センサー信号を検出するためのセンサーであり、例えば光電センサー等が考えられる。なお、脈波センサー211として光電センサーを用いる場合には、太陽光等の外光の信号成分をカットするように構成されているセンサーを用いてもよい。これは例えば、フォトダイオードを複数設け、それらの信号を用いてフィードバック処理等で差分情報を求める構成等により実現できる。   The pulse wave sensor 211 is a sensor for detecting a pulse wave sensor signal. For example, a photoelectric sensor can be considered. In addition, when using a photoelectric sensor as the pulse wave sensor 211, you may use the sensor comprised so that the signal component of external lights, such as sunlight, may be cut. This can be realized by, for example, a configuration in which a plurality of photodiodes are provided and difference information is obtained by feedback processing using these signals.

なお、脈波センサー211は光電センサーに限定されず、超音波を用いたセンサーであってもよい。この場合、脈波センサー211は2つの圧電素子を有し、一方の圧電素子を励振させて生体内に超音波を送信するとともに、当該超音波が生体の血流によって反射されたものを他方の圧電素子により受信する。送信した超音波と受信した超音波には、血流のドップラー効果によって周波数変化が生じるため、この場合にも血流量に対応する信号を取得することができ、拍動情報の推定が可能である。また、脈波センサー211として他のセンサーを用いてもよい。   The pulse wave sensor 211 is not limited to a photoelectric sensor, and may be a sensor using ultrasonic waves. In this case, the pulse wave sensor 211 has two piezoelectric elements, transmits one ultrasonic wave by exciting one of the piezoelectric elements, and converts the ultrasonic wave reflected by the blood flow of the living body into the other. Received by the piezoelectric element. Since the frequency change occurs in the transmitted ultrasound and the received ultrasound due to the Doppler effect of blood flow, a signal corresponding to the blood flow can be obtained in this case as well, and pulsation information can be estimated. . Further, another sensor may be used as the pulse wave sensor 211.

フィルター処理部215は、脈波センサー211からの脈波センサー信号に対してハイパスフィルター処理を行う。なお、ハイパスフィルターのカットオフ周波数は典型的な脈拍数から求められてもよい。例えば、通常の人の脈拍数は、毎分30回を下回るケースは非常に少ない。つまり、心拍に由来する信号の周波数は0.5Hz以下になることは稀であるから、この範囲の周波数帯の情報をカットしたとしても、取得したい信号に対する悪影響は小さいはずである。よって、カットオフ周波数としては0.5Hz程度を設定してもよい。また、状況によっては1Hz等の異なるカットオフ周波数を設定してもよい。さらに言えば、人の脈拍数には典型的な上限値を想定することも可能であるから、フィルター処理部215ではハイパスフィルター処理ではなくバンドパスフィルター処理を行ってもよい。高周波側のカットオフ周波数もある程度自由に設定可能であるが、例えば4Hz等の値を用いればよい。   The filter processing unit 215 performs high-pass filter processing on the pulse wave sensor signal from the pulse wave sensor 211. Note that the cutoff frequency of the high-pass filter may be obtained from a typical pulse rate. For example, there are very few cases where the pulse rate of a normal person falls below 30 times per minute. That is, since the frequency of the signal derived from the heartbeat is rarely 0.5 Hz or less, even if the information of the frequency band in this range is cut, the adverse effect on the signal to be acquired should be small. Therefore, about 0.5 Hz may be set as the cutoff frequency. Further, depending on the situation, a different cutoff frequency such as 1 Hz may be set. Furthermore, since it is possible to assume a typical upper limit value for the human pulse rate, the filter processing unit 215 may perform bandpass filter processing instead of high-pass filter processing. The cutoff frequency on the high frequency side can be set freely to some extent, but a value such as 4 Hz may be used.

A/D変換部216では、A/D変換処理を行い、デジタル信号を出力する。なお、上述のフィルター処理部215での処理は、A/D変換処理の前に行われるアナログフィルター処理であってもよいし、A/D変換処理の後に行われるデジタルフィルター処理であってもよい。   The A / D conversion unit 216 performs A / D conversion processing and outputs a digital signal. The processing in the filter processing unit 215 described above may be analog filter processing performed before the A / D conversion processing, or may be digital filter processing performed after the A / D conversion processing. .

体動検出部220は、種々のセンサーのセンサー情報(体動センサー信号)に基づいて体動に応じた信号(体動検出信号)を出力する。体動検出部220は、例えば体動センサー221と、フィルター処理部225と、A/D変換部226を含むことができる。ただし、体動検出部220はその他のセンサー(例えばジャイロセンサー)や、信号を増幅する増幅部等を含んでもよい。   The body motion detection unit 220 outputs a signal (body motion detection signal) corresponding to the body motion based on sensor information (body motion sensor signal) of various sensors. The body motion detection unit 220 can include, for example, a body motion sensor 221, a filter processing unit 225, and an A / D conversion unit 226. However, the body motion detection unit 220 may include other sensors (for example, a gyro sensor), an amplification unit that amplifies a signal, and the like.

体動センサーとしては、モーションセンサー(加速度センサー)や、圧力センサー(接触圧センサー)等を用いる。また、体動センサーとして、複数種類のセンサーを設けても良いし、1種類のセンサーを含む構成であってもよい。   As the body motion sensor, a motion sensor (acceleration sensor), a pressure sensor (contact pressure sensor), or the like is used. Further, as the body motion sensor, a plurality of types of sensors may be provided, or a configuration including one type of sensor may be used.

モーションセンサーは、例えば加速度センサーである。加速度センサーは、例えば外力によって抵抗値が増減する素子等で構成され、三軸の加速度情報を検知する。   The motion sensor is, for example, an acceleration sensor. The acceleration sensor is composed of an element whose resistance value is increased or decreased by an external force, for example, and detects triaxial acceleration information.

圧力センサーは、例えば接触圧センサーである。接触圧センサーは、被検体と直接接触して、接触圧を測定するものであってもよく、カフ構造などにより間接的に接触圧を測定するものであってもよい。すなわち、圧電素子を用いたものであってもよいし、気圧センサー等であってもよい。   The pressure sensor is, for example, a contact pressure sensor. The contact pressure sensor may be one that directly contacts the subject and measures the contact pressure, or may indirectly measure the contact pressure using a cuff structure or the like. That is, a piezoelectric element may be used, or an atmospheric pressure sensor or the like may be used.

フィルター処理部225は、体動センサー信号に対して種々のフィルター処理を行う。例えば、フィルター処理部225は、ハイパスフィルター処理を行ったり、バンドパスフィルター処理等を行ったりする。ただし、必ずしもフィルター処理を行わなければならない訳ではない。フィルター処理部225を含まなくても良い。   The filter processing unit 225 performs various filter processes on the body motion sensor signal. For example, the filter processing unit 225 performs high-pass filter processing, band-pass filter processing, or the like. However, the filtering process is not necessarily performed. The filter processing unit 225 may not be included.

A/D変換部226が行う処理は、A/D変換部216とほぼ同様なので説明を省略する。   Since the processing performed by the A / D conversion unit 226 is substantially the same as that of the A / D conversion unit 216, the description is omitted.

ここで一度、用語の解説を行う。まず、脈動とは、抹消血管が膨らんだり縮んだりする動きのことをいう。また、脈波とは、身体組織への血液の流入によって生じる容積変化を信号として捉えたものである。例えば、脈波は、脈波センサーからLEDを体表面へ照射し、その散乱光・反射光などをフォトダイオードで取り込んで信号波形として捉えたものである。脈波は、心臓の動きそのものではなく血管運動反応を捉えたものであり、心臓の動き以外のノイズ的要因、例えば、人間の運動、動作などによって生じる血管の容積変化等をも含んでいる。心臓の動きそのものや、脈拍数を正しく捉えるためには、このノイズ的要因を除去する必要がある。   Here, we will explain the terminology once. First, pulsation refers to a movement in which peripheral blood vessels expand or contract. Further, the pulse wave is a signal that captures a change in volume caused by the inflow of blood into the body tissue as a signal. For example, the pulse wave is obtained by irradiating a body surface with an LED from a pulse wave sensor, capturing the scattered light / reflected light with a photodiode and capturing it as a signal waveform. The pulse wave captures vasomotor reaction, not the heart motion itself, and includes noise factors other than the heart motion, for example, changes in the volume of blood vessels caused by human motion and movement. In order to correctly capture the heart motion itself and the pulse rate, it is necessary to remove this noise factor.

これに対して、拍動とは、医学的には心臓のみならず内臓一般の周期的な収縮、弛緩が繰り返された場合に起こる運動のことを指すが、ここでは特に、心臓が周期的に血液を送るポンプとしての動きのことを拍動と呼ぶ。   On the other hand, pulsation refers to a movement that occurs when the periodical contraction and relaxation of the internal organs are repeated not only in the heart, but also in the heart. The movement as a pump that sends blood is called pulsation.

さらに、体動とは、広義には、体を動かすこと全てを意味し、狭義には、歩行・ジョギングなどに伴う定常的、周期的な腕(脈拍計の装着部位近辺)の動き等を指す。   Furthermore, body movement means all the movements of the body in a broad sense, and refers to steady, periodic movements of the arm (near the site where the pulse meter is worn) associated with walking, jogging, etc. in the narrow sense. .

また、脈波センサー信号(脈波センサー原信号、脈波信号)とは、脈波センサー211が検出する信号そのもののことをいう。脈波センサー信号は、拍動成分信号と、体動ノイズ成分信号と、外乱ノイズ成分信号等を含む。なお、不整脈は、厳密には拍動成分信号に含まれるとも考えられるが、電気信号としては外乱ノイズ成分信号に含まれるものとする。   Further, the pulse wave sensor signal (pulse wave sensor original signal, pulse wave signal) refers to a signal itself detected by the pulse wave sensor 211. The pulse wave sensor signal includes a pulsation component signal, a body motion noise component signal, a disturbance noise component signal, and the like. Although it is considered that the arrhythmia is strictly included in the pulsation component signal, it is assumed that the arrhythmia is included in the disturbance noise component signal as an electrical signal.

一方、脈波検出信号とは、脈波検出部210から出力される信号のことを言う。具体的には、脈波検出信号は、脈波センサー信号に対して、フィルター処理部215がフィルター処理を行い、フィルター処理後の脈波センサー信号に対して、A/D変換部216によりA/D変換処理を行った信号のこと等をいう。ただし、前述したように、フィルター処理及びA/D変換処理の順序は、逆であってもよい。   On the other hand, the pulse wave detection signal is a signal output from the pulse wave detection unit 210. Specifically, the pulse wave detection signal is filtered by the filter processing unit 215 with respect to the pulse wave sensor signal, and the A / D conversion unit 216 performs A / D conversion on the pulse wave sensor signal after the filter processing. This refers to a signal that has undergone D conversion processing. However, as described above, the order of the filtering process and the A / D conversion process may be reversed.

さらに、体動センサー信号(体動センサー原信号、体動信号)とは、体動センサーが検出する信号そのもののことをいう。具体的には、体動センサー信号は、モーションセンサー221が検出する信号そのものを指すモーションセンサー信号や、接触圧センサーが検出する信号そのものを指す接触圧センサー信号等のことを指す。   Furthermore, the body motion sensor signal (body motion sensor original signal, body motion signal) refers to a signal itself detected by the body motion sensor. Specifically, the body motion sensor signal indicates a motion sensor signal indicating the signal itself detected by the motion sensor 221, a contact pressure sensor signal indicating the signal itself detected by the contact pressure sensor, or the like.

一方、体動検出信号とは、体動検出部220から出力される信号のことを言う。具体的には、体動検出信号は、体動センサー信号に対して、フィルター処理やA/D変換処理を行った後の信号のこと等をいう。例えば、体動検出信号は、モーションセンサー信号に対し上記の信号処理を行った後の信号であるモーション検出信号や、圧力センサー信号に対し上記の信号処理を行った後の信号である圧力検出信号等のことである。ただし、前述したように、フィルター処理及びA/D変換処理の順序は、逆であってもよい。   On the other hand, the body motion detection signal is a signal output from the body motion detection unit 220. Specifically, the body motion detection signal refers to a signal after filtering processing or A / D conversion processing is performed on the body motion sensor signal. For example, the body motion detection signal is a motion detection signal that is a signal after the above signal processing is performed on the motion sensor signal, or a pressure detection signal that is a signal after the above signal processing is performed on the pressure sensor signal. Etc. However, as described above, the order of the filtering process and the A / D conversion process may be reversed.

また、脈波センサー信号や体動センサー信号などをまとめてセンサー信号、脈波検出信号や体動検出信号などをまとめて検出信号と呼ぶ。   The pulse wave sensor signal and the body motion sensor signal are collectively referred to as a sensor signal, the pulse wave detection signal and the body motion detection signal are collectively referred to as a detection signal.

次に、信号解析装置(拍動検出装置)100の各部で行われる処理について説明する。   Next, processing performed in each unit of the signal analysis device (beat detecting device) 100 will be described.

まず、信号取得部110は、検出部200から検出信号を取得する。また、拍動検出装置100の信号取得部110は、脈波検出部210からの脈波検出信号と、体動検出部220からの体動検出信号とを取得する。信号取得部110は、検出部200と無線又は有線により接続されている場合には、データを送受信する通信部(I/F部、アンテナ部等)であってもよい。   First, the signal acquisition unit 110 acquires a detection signal from the detection unit 200. Further, the signal acquisition unit 110 of the pulsation detection device 100 acquires a pulse wave detection signal from the pulse wave detection unit 210 and a body motion detection signal from the body motion detection unit 220. The signal acquisition unit 110 may be a communication unit (I / F unit, antenna unit, or the like) that transmits and receives data when connected to the detection unit 200 wirelessly or by wire.

次に、信号処理部130は、検出信号のサンプリングデータに対して、周波数分解処理を行い、スペクトルを求める。例えば、周波数分解処理としては、検出信号のサンプリングデータに対する窓関数処理と、窓関数処理後のデータに対するフーリエ変換処理とを行う。拍動検出装置100の信号処理部130は、脈波検出部210からの脈波検出信号と、体動検出部220からの体動検出信号とに基づいて、周波数分解処理を行い、脈スペクトルを求める。   Next, the signal processing unit 130 performs frequency decomposition processing on the sampling data of the detection signal to obtain a spectrum. For example, as the frequency decomposition process, a window function process is performed on the sampling data of the detection signal and a Fourier transform process is performed on the data after the window function process. The signal processing unit 130 of the pulsation detection device 100 performs frequency resolution processing based on the pulse wave detection signal from the pulse wave detection unit 210 and the body motion detection signal from the body motion detection unit 220, and generates a pulse spectrum. Ask.

また、信号処理部130は、ノイズ低減処理部131と、窓関数処理部133と、フーリエ変換処理部135と、パワースペクトル密度推定処理部137と、を含むことができる。これらの処理部の動作の詳細については後述する。   In addition, the signal processing unit 130 can include a noise reduction processing unit 131, a window function processing unit 133, a Fourier transform processing unit 135, and a power spectrum density estimation processing unit 137. Details of the operations of these processing units will be described later.

そして、信号状態判定部150は、信号取得部110で取得される検出信号について信号状態の判定処理を行う。拍動検出装置100の信号状態判定部150は、脈波検出信号及び体動検出信号の少なくとも一方に対して信号状態の判定処理を行う。   Then, the signal state determination unit 150 performs signal state determination processing on the detection signal acquired by the signal acquisition unit 110. The signal state determination unit 150 of the pulsation detection device 100 performs signal state determination processing on at least one of the pulse wave detection signal and the body movement detection signal.

また、信号状態判定部150は、スペクトル値算出部151と、運動状態判定部153と、を含むことができる。これらの処理部の動作の詳細については後述する。   Further, the signal state determination unit 150 can include a spectrum value calculation unit 151 and an exercise state determination unit 153. Details of the operations of these processing units will be described later.

さらに、信号解析装置100が拍動検出装置100である場合には、図1のように拍動情報演算部170を含むことができる。拍動情報演算部170は、信号処理部130により求められた周波数分解処理の結果に基づいて拍動情報を演算する。ここで、拍動情報とは、拍動を数値などで表した情報のことをいい、例えば脈拍数などを指す。   Furthermore, when the signal analysis device 100 is the pulsation detection device 100, a pulsation information calculation unit 170 can be included as shown in FIG. The pulsation information calculation unit 170 calculates pulsation information based on the result of the frequency decomposition processing obtained by the signal processing unit 130. Here, the pulsation information refers to information representing the pulsation by a numerical value or the like, for example, the pulse rate.

例えば、拍動情報演算部170は、信号処理部130の解析結果(脈の周波数値)に、スムージング処理等を加えながら脈拍数に換算する処理などを行う。脈拍数を求める際には、拍動情報演算部170は、信号処理部130により求められた脈スペクトルにおいて、代表的な周波数を脈拍周波数とする処理を行ってもよい。その場合、求めた脈拍周波数を60倍した値が一般的に用いられる脈拍数(心拍数)となる。   For example, the pulsation information calculation unit 170 performs a process of converting to a pulse rate while adding a smoothing process or the like to the analysis result (pulse frequency value) of the signal processing unit 130. When calculating the pulse rate, the pulsation information calculation unit 170 may perform a process of setting a representative frequency in the pulse spectrum calculated by the signal processing unit 130 as a pulse frequency. In this case, a value obtained by multiplying the obtained pulse frequency by 60 is a commonly used pulse rate (heart rate).

なお、拍動情報は脈拍数には限定されず、例えば脈拍数を表す他の情報(心拍の周波数や周期等)であってもよい。また、拍動の状態を表す情報であってもよく、例えば血流量そのもの(或いはその変動)を表す値を拍動情報としてもよい。ただし、血流量と脈波センサー信号の信号値との関係にはユーザー毎に個人差があるため、血流量等を拍動情報とする場合には当該個人差に対応するための補正処理を行うことが望ましい。   The pulsation information is not limited to the pulse rate, and may be, for example, other information indicating the pulse rate (heartbeat frequency, period, etc.). Moreover, the information which represents the state of pulsation may be sufficient, for example, the value showing blood flow itself (or its fluctuation | variation) is good also as pulsation information. However, since the relationship between the blood flow rate and the signal value of the pulse wave sensor signal has individual differences for each user, when the blood flow rate or the like is used as pulsation information, correction processing is performed to deal with the individual differences. It is desirable.

また、信号解析装置100が拍動検出装置100ではない場合には、拍動情報演算部170の代わりに、他の情報を演算する処理部を含んでも良い。   When the signal analysis device 100 is not the pulsation detection device 100, a processing unit for calculating other information may be included instead of the pulsation information calculation unit 170.

そして、表示部70(広義には出力部)は、演算した拍動情報等の提示に用いられる各種の表示画面を表示するためのものであり、例えば液晶ディスプレイや有機ELディスプレイなどにより実現できる。   The display unit 70 (output unit in a broad sense) is for displaying various display screens used for presenting the calculated pulsation information and the like, and can be realized by, for example, a liquid crystal display or an organic EL display.

上述した電子機器が脈拍計である場合の具体例を図2(A)、図2(B)に示す。図2(A)は、腕時計型の脈拍計の例である。脈波センサー211および表示部70を含むベース部400は、保持機構300(例えばバンド等)によって、被検体(ユーザー)の左手首に装着されている。図2(B)は、指装着型の例である。被検体の指先に挿入するためのリング状のガイド302の底部に、脈波センサー211が設けられている。ただし、図2(B)の場合には、表示部70を設ける空間的余裕がないため、表示部70(及び必要に応じては拍動検出装置100に相当する機器)は他に設けられることが想定される。ただし、信号解析装置(拍動検出装置)100を含む電子機器は、脈拍計に限定されず、他にも歩数計やスマートフォンなどであってもよい。   Specific examples in the case where the electronic device described above is a pulse meter are shown in FIGS. 2 (A) and 2 (B). FIG. 2A shows an example of a wristwatch-type pulse meter. The base unit 400 including the pulse wave sensor 211 and the display unit 70 is attached to the left wrist of the subject (user) by a holding mechanism 300 (for example, a band). FIG. 2B shows an example of a finger wearing type. A pulse wave sensor 211 is provided at the bottom of a ring-shaped guide 302 for insertion into the fingertip of the subject. However, in the case of FIG. 2B, since there is no space to provide the display unit 70, the display unit 70 (and a device corresponding to the pulsation detecting device 100 if necessary) should be provided elsewhere. Is assumed. However, the electronic device including the signal analysis device (beat detecting device) 100 is not limited to the pulse meter, and may be a pedometer, a smartphone, or the like.

3.非対称窓関数
次に、後述する第1の実施形態及び第2の実施形態の信号解析装置(拍動検出装置)100において用いる窓関数について、図3を用いて説明する。図3は、サンプル数を256とした時の各窓関数の形状を比較したグラフであり、縦軸が窓関数値、横軸がサンプル番号を示す。窓関数値とは、各サンプルに乗算する重みである。
3. Asymmetric Window Function Next, a window function used in the signal analysis device (beat detecting device) 100 of the first embodiment and the second embodiment described later will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a graph comparing the shapes of the window functions when the number of samples is 256. The vertical axis represents the window function value, and the horizontal axis represents the sample number. The window function value is a weight by which each sample is multiplied.

まず、前述したハニング窓関数は、図3に示すグラフ上では左右対称の形状となる。ハニング窓関数の他にも、ブラックマン窓関数などの一般的に用いられる窓関数も同様である。このように一般的に、図3のグラフ上で左右対称の形状となる窓関数(以下では、対称窓関数と呼ぶ。)が用いられるのは、サイドローブ特性を改善させたり、隣接するパワースペクトル間で、よりパワーの大きさの差異が見えやすいようにしたりするためである。なお、サイドローブ特性とは、主成分以外の周波数の振幅が検出される度合いのことを言う。   First, the Hanning window function described above has a symmetrical shape on the graph shown in FIG. In addition to the Hanning window function, commonly used window functions such as the Blackman window function are the same. As described above, generally, a window function having a symmetrical shape on the graph of FIG. 3 (hereinafter referred to as a symmetric window function) is used to improve sidelobe characteristics or to adjacent power spectrum. This is to make it easier to see the difference in power between the two. Note that the side lobe characteristic refers to the degree to which the amplitude of a frequency other than the main component is detected.

そもそも、フーリエ変換とは、あらゆる周期関数は正弦波と余弦波の重ね合わせで表すことができるという大前提の元に、任意の時間領域の信号を周波数領域で表すことである。つまり、前提として、フーリエ変換は、周期関数に対して行うということが重要である。   In the first place, the Fourier transform is to represent a signal in an arbitrary time domain in the frequency domain on the premise that any periodic function can be represented by a superposition of a sine wave and a cosine wave. That is, as a premise, it is important that the Fourier transform is performed on a periodic function.

ここで、完全に周期的な時間信号をフーリエ変換した場合に得られるスペクトルでは、単一の周波数しか検出されない。すなわち、前述したサイドローブ特性が良く、主成分の検出が容易である。一方で、周期的でない時間信号をフーリエ変換した場合に得られるスペクトルでは、低周波から高周波までの幅広い範囲で複数の周波数が検出される。すなわち、サイドローブ特性が悪く、主成分がどの周波数であるかの判断が困難である。フーリエ変換を行う目的は、時間信号の代表的な周波数(主成分)の検出であることが多いため、サイドローブ特性は良い方が良い。   Here, only a single frequency is detected in the spectrum obtained when a completely periodic time signal is Fourier transformed. That is, the sidelobe characteristics described above are good and the main component can be easily detected. On the other hand, in a spectrum obtained when Fourier transform is performed on a non-periodic time signal, a plurality of frequencies are detected in a wide range from a low frequency to a high frequency. That is, the sidelobe characteristics are poor and it is difficult to determine which frequency the main component is. Since the purpose of performing the Fourier transform is often to detect a representative frequency (principal component) of a time signal, it is better that the sidelobe characteristics are better.

しかし、実際にフーリエ変換を行う場合に、ある時間信号から無限個のサンプルを取ることはできないため、ある時間信号の限られた範囲(期間)から有限個のサンプルを取って、サンプリングデータとし、これを入力信号とする。特にFFTを行う場合には、入力信号のサンプル数を、64、128、256等の2のべき乗にしなければいけないという制約がある。しかし、有限個のサンプルからなるサンプリングデータが、周期関数で表せる可能性は極めて低い。しかも、周波数は時間とともに変化することが多い。   However, when actually performing a Fourier transform, it is not possible to take an infinite number of samples from a certain time signal. Therefore, taking a finite number of samples from a limited range (period) of a certain time signal as sampling data, This is used as an input signal. In particular, when performing FFT, there is a restriction that the number of samples of the input signal must be a power of 2 such as 64, 128, 256, or the like. However, it is extremely unlikely that sampling data consisting of a finite number of samples can be represented by a periodic function. Moreover, the frequency often changes with time.

さらに、離散的フーリエ変換を行う際に、有限個のサンプルからなるサンプリングデータの始点と終点との連続性が担保(確保)されていない場合には、周波数分解結果に表れるサイドローブが大きくなる。   Furthermore, when performing discrete Fourier transform, if the continuity between the start point and the end point of sampling data consisting of a finite number of samples is not ensured (secured), the side lobe that appears in the frequency decomposition result becomes large.

そこで、サンプリングデータに対して窓関数処理を行い、有限個のサンプルからなるサンプリングデータの連続性を担保(確保)する。サンプリングデータを繰り返した時に周期関数で表すことができるようにする方法は、いくつかあるが、最も分かりやすい方法として、サンプリングデータの両端の値を0にし、両端の傾きも0とする方法がある。この場合には、サンプリング期間を1周期とする周期関数により、サンプリングデータを表すことができる。ハニング窓のような窓関数は、このようなアプローチを採用しているため、図3のグラフに示すような形状になる。   Therefore, a window function process is performed on the sampling data to ensure (secure) the continuity of the sampling data consisting of a finite number of samples. There are several methods for allowing the sampling data to be represented by a periodic function when it is repeated. As the most easily understood method, there is a method in which the values at both ends of the sampling data are set to 0 and the slopes at both ends are set to 0. . In this case, the sampling data can be represented by a periodic function having a sampling period of one period. Since a window function such as a Hanning window employs such an approach, it has a shape as shown in the graph of FIG.

また、フーリエ変換処理の前にこのような窓関数を用いて窓関数処理を行う周波数分解処理は、例えば、通信の分野などで行われる。その場合には、例えば、無線通信等で信号を受信し、周波数分解処理等を行って、信号に変換された元々の情報を解析する。そのため、送信元が送信した信号の波形を大きく変えてしまうと、信号に変換された元々の情報を解析することができなくなってしまうことがある。したがって、窓関数処理では、周期的な信号に加工しつつも、できるだけ元の信号の波形を維持する必要がある。そのため、ハニング窓のような窓関数は、図3のグラフで左右対称になるように設計されている。   In addition, the frequency resolution processing for performing window function processing using such a window function before Fourier transform processing is performed in the field of communication, for example. In that case, for example, a signal is received by wireless communication or the like, frequency decomposition processing or the like is performed, and the original information converted into the signal is analyzed. Therefore, if the waveform of the signal transmitted by the transmission source is greatly changed, the original information converted into the signal may not be analyzed. Therefore, in the window function processing, it is necessary to maintain the waveform of the original signal as much as possible while processing it into a periodic signal. Therefore, a window function such as a Hanning window is designed to be symmetrical in the graph of FIG.

しかし、拍動検出(計測)の分野で、前述した対称窓関数を使用して周波数分解処理を行った場合には、前述したように周波数分解能を上げた時に、リアルタイム性が低下するという問題がある。この問題は、ハニング窓のような対象窓関数では、サンプリング期間の中間で窓関数値が最大となることを原因とする。すなわち、サンプリング期間を長くすればするほど、窓関数値が最大となるタイミングがより過去になってしまい、要求される応答時間が短くなればなるほど、リアルタイム性を満たすことが困難になる。   However, in the field of pulsation detection (measurement), when the frequency resolution processing is performed using the above-described symmetric window function, there is a problem that the real-time property decreases when the frequency resolution is increased as described above. is there. This problem is caused by the window function value being maximized in the middle of the sampling period in the target window function such as the Hanning window. In other words, the longer the sampling period is, the more the timing at which the window function value becomes maximum becomes in the past, and the shorter the required response time, the more difficult it is to satisfy real-time characteristics.

一方で、拍動検出装置などの一部の信号解析装置により取得したい情報は、時間信号の主な周波数(主成分)であると言える。すなわち、信号の波形(信号の振幅)自体は重要ではなく、波形が崩れても問題はない。時間信号の周波数の主成分が重要である。具体的に言えば、拍動検出装置であれば、1分間にどのくらい脈を打ったかという脈拍数は知りたいが、どのくらいの強さで脈を打ったかという情報は必ずしも必要ではない。   On the other hand, it can be said that the information desired to be acquired by some signal analysis devices such as a pulsation detection device is the main frequency (principal component) of the time signal. That is, the signal waveform (signal amplitude) itself is not important, and there is no problem even if the waveform collapses. The main component of the frequency of the time signal is important. More specifically, in the case of a pulsation detecting device, it is desired to know the pulse rate of how much the pulse was beaten in one minute, but information on how strong the pulse was beaten is not always necessary.

そこで、本出願人は、窓関数値が最大となるタイミングをサンプリング期間の中間から意図的にずらした窓関数を考案した。前述した例からも分かる通り、周波数分解処理の結果として検出される周波数は、窓関数値が最大となるタイミングの実際の周波数と相関が強く、窓関数値が最大となるタイミングの周波数の期待値とも言える。   Therefore, the present applicant has devised a window function in which the timing at which the window function value becomes maximum is intentionally shifted from the middle of the sampling period. As can be seen from the above example, the frequency detected as a result of the frequency resolution processing has a strong correlation with the actual frequency at the timing at which the window function value is maximized, and the expected frequency at the timing at which the window function value is maximized. It can also be said.

そのため、窓関数値が最大となるタイミングを、サンプリング期間の中間から現在のタイミング寄りにずらした窓関数を用いる。これにより、最近のサンプルに対して重みをより大きくし、過去のサンプルに対しては信号レベルを圧縮する。これにより、窓関数処理を行わない場合や、対称窓関数を用いて窓関数処理を行った場合と比べて、周波数分解処理結果(脈拍数)のリアルタイム性が改善される。   Therefore, a window function is used in which the timing at which the window function value is maximum is shifted from the middle of the sampling period toward the current timing. This increases the weight for the latest sample and compresses the signal level for the past sample. Thereby, compared with the case where window function processing is not performed, or the case where window function processing is performed using a symmetric window function, the real-time property of the frequency decomposition processing result (pulse rate) is improved.

具体例としては、形状が左右非対称になる窓関数(非対称窓関数)で、例えば図3に示す Type1〜Type3のような窓関数を提案する。   As a specific example, a window function such as Type 1 to Type 3 shown in FIG.

Type1〜Type3の窓関数は、三角関数をベースとしており、0.5Hz以下の周波数帯で構成されており、窓関数自体の周波数は、正常な人体でとり得る脈拍の周波数帯と乖離している。そのため、算出したスペクトルにおいて、脈拍のスペクトル(0.5Hz以上)と窓関数のスペクトルとを混同することはない。   The window functions of Type 1 to Type 3 are based on a trigonometric function and are configured in a frequency band of 0.5 Hz or less, and the frequency of the window function itself deviates from the frequency band of a pulse that can be taken by a normal human body. . Therefore, in the calculated spectrum, the pulse spectrum (0.5 Hz or more) and the window function spectrum are not confused.

Type3の窓関数では、最近の信号サンプルに対して、一切信号レベルの圧縮を行わないようにしている。図4の各周波数分解処理の特徴を対比した表に示す通り、FFT区間(サンプリング区間)の両端の値を0、傾きを0とする場合(ハニング窓関数や後述するType2の窓関数等)と比べると、サイドローブ特性は犠牲となり、脈波検出信号がノイズを多く含む場合への対応性が低くなる。しかし一方で、更にリアルタイム性を改善することができる。   In the Type 3 window function, no signal level compression is performed on recent signal samples. As shown in the table comparing the characteristics of each frequency decomposition process in FIG. 4, when the values at both ends of the FFT interval (sampling interval) are 0 and the slope is 0 (Hanning window function, Type 2 window function described later, etc.) In comparison, the sidelobe characteristics are sacrificed, and the response to the case where the pulse wave detection signal contains a lot of noise is reduced. However, on the other hand, the real-time property can be further improved.

また、Type2の窓関数では、入力信号の両端の値が0、傾きも0となるように、信号レベルを圧縮する。図4に示す通り、窓関数値が最大となるタイミングをずらした影響は無いとは言えないが、Type3の窓関数等と比べれば良好なサイドローブ特性を持つため、脈波検出信号がノイズを多く含む場合に用いるのに適している。   In the Type 2 window function, the signal level is compressed so that the values at both ends of the input signal are 0 and the slope is 0. As shown in FIG. 4, it cannot be said that there is no effect of shifting the timing at which the window function value is maximized, but the pulse wave detection signal has no noise because it has better sidelobe characteristics than the Type 3 window function. Suitable for use when many are included.

そして、Type1の窓関数では、入力信号の両端の値が0となるように、信号レベルを圧縮する。ただし、両端の傾きを0にしていない分、図4に示す通り、Type2と比べるとサイドローブ特性の性能は若干落ちる。一方で、信号の圧縮度合はType2と比べて小さいため、脈波検出信号のレベルが低い場合であっても、拍動を示すパワースペクトル値はより明確になりやすい。なお、Type1〜Type3の窓関数の具体的な式については、後述する。   In the Type 1 window function, the signal level is compressed so that the values at both ends of the input signal become zero. However, as shown in FIG. 4, the sidelobe performance is slightly reduced as compared to Type 2 because the inclination of both ends is not zero. On the other hand, since the degree of compression of the signal is smaller than Type 2, even if the level of the pulse wave detection signal is low, the power spectrum value indicating pulsation tends to be clearer. A specific expression of the window functions of Type 1 to Type 3 will be described later.

4.第1の実施形態
4.1. 手法
次に、第1の実施形態の手法について説明する。第1の実施形態の信号解析装置(拍動検出装置)100は、脈波検出信号のSN比(signal-noise ratio)の状態に応じて周波数分解処理の手順を選択する。
4). First embodiment 4.1. Method Next, the method of the first embodiment will be described. The signal analysis device (beat detection device) 100 according to the first embodiment selects a frequency decomposition processing procedure according to the signal-noise ratio state of the pulse wave detection signal.

まず、第一に、SN比の状態が良好であると判断される場合、すなわち体動ノイズや突発的な外乱の混入が少ないと判断される時には、周波数分解処理として、パワースペクトル密度推定処理を行う。この場合には、前述した非対称窓関数を使用した窓関数処理を行わない。窓関数処理を行わなくても、十分に精度の高い周波数分解処理を行うことができると考えられるためである。パワースペクトル密度推定処理の具体的な方法としては、AR(Auto-Regressive)法や、最大エントロピー法などがある。   First, when it is determined that the S / N ratio is good, that is, when it is determined that there is little mixing of body motion noise or sudden disturbance, power spectrum density estimation processing is performed as frequency resolution processing. Do. In this case, the window function processing using the asymmetric window function described above is not performed. This is because it is considered that sufficiently accurate frequency decomposition processing can be performed without performing window function processing. Specific methods of the power spectrum density estimation process include an AR (Auto-Regressive) method and a maximum entropy method.

これによれば、観測タイミングの直前の脈波検出信号波形に基づいて、周波数分布を得ることができるため、更にリアルタイム性を改善することができる。   According to this, since the frequency distribution can be obtained based on the pulse wave detection signal waveform immediately before the observation timing, the real-time property can be further improved.

第二に、SN比の状態が劣悪であると判断される場合、すなわち体動ノイズの割合が高い場合や、突発的で大きい外乱の混入を検出した場合等には、周波数分解処理として、前述したType1又はType2の非対称窓関数を用いて窓関数処理を行い、窓関数処理後のデータに対してFFTを行う。   Second, when it is determined that the state of the SN ratio is inferior, that is, when the proportion of body motion noise is high, or when sudden and large disturbance is detected, the frequency decomposition process is performed as described above. The window function processing is performed using the asymmetric window function of Type 1 or Type 2, and FFT is performed on the data after the window function processing.

これによれば、窓関数処理を行わない場合や、一般的な窓関数を用いて窓関数処理を行った場合と比べて、周波数分解処理結果(脈拍数)のリアルタイム性が改善される。さらに、後述するType3の窓関数を用いて窓関数処理を行う場合に比べて、よりサイドローブを抑えて、サイドローブ特性を高めることができる。そのため、微小振幅な拍動波形であっても拍動スペクトルを特定しやすい。   According to this, compared with the case where window function processing is not performed or the case where window function processing is performed using a general window function, the real-time property of the frequency decomposition processing result (pulse rate) is improved. Furthermore, compared with the case where the window function processing is performed using a Type 3 window function described later, the side lobes can be further suppressed and the side lobe characteristics can be improved. Therefore, it is easy to specify the pulsation spectrum even if the pulsation waveform has a small amplitude.

第三に、SN比の状態が前述した良好である場合と、劣悪である場合の中間であると判断された場合には、周波数分解処理として、前述したType3の非対称窓関数を用いて窓関数処理を行い、窓関数処理後のデータに対してFFTを行う。   Third, when it is determined that the S / N ratio state is intermediate between the above-described good state and the poor state, the window function using the above-described asymmetric window function of Type 3 is used as the frequency decomposition process. Processing is performed, and FFT is performed on the data after the window function processing.

これによれば、窓関数処理を行わない場合は勿論、一般的な窓関数やType1やType2の非対称窓関数を用いて窓関数処理を行った場合と比べて、周波数分解処理結果(脈拍数)のリアルタイム性が改善される。一方、サイドローブの抑制効果については、Type1やType2の非対称窓関数を用いる場合よりも低いが、そもそもさほどSN比の状態が悪くない場合に適用するため問題とはならない。   According to this, not only when the window function processing is not performed, but also when the window function processing is performed using a general window function or an asymmetric window function of Type 1 or Type 2, the frequency decomposition processing result (pulse rate). Real-time performance is improved. On the other hand, the side lobe suppression effect is lower than that of using Type 1 or Type 2 asymmetric window functions, but it is not a problem because it is applied when the SN ratio is not so bad in the first place.

4.2. 処理の流れ
拍動検出装置100が拍動情報として脈拍数を計測する際の具体的な処理の流れを、図5のフローチャートに示す。また、拍動検出装置100に接続された検出部200は、脈波センサー211の他に、体動センサー221として加速度センサーを有するものとする。
4.2. Process Flow A specific process flow when the pulsation detecting device 100 measures the pulse rate as the pulsation information is shown in the flowchart of FIG. The detection unit 200 connected to the pulsation detection device 100 has an acceleration sensor as the body motion sensor 221 in addition to the pulse wave sensor 211.

まず、検出部200から脈波検出信号と、体動検出信号として加速度検出信号を取得する(S101)。そして、脈波検出信号に基づいて、脈波検出信号の信号状態を判定する(S102)。信号状態の具体的な判定方法については後述する。   First, an acceleration detection signal is acquired as a pulse wave detection signal and a body motion detection signal from the detection unit 200 (S101). Based on the pulse wave detection signal, the signal state of the pulse wave detection signal is determined (S102). A specific method for determining the signal state will be described later.

次に、加速検出信号を用いて、脈波検出信号に対して体動ノイズ除去フィルター処理を行う(S103)。そして、判定した信号状態に基づいて、脈波検出信号に対して行う周波数分解処理を決定する(S104)。そして、実際に脈波検出信号に対して周波数分解処理を行い(S105)、周波数分解処理の結果に基づいて、脈拍周波数を特定する(S106)。そして、脈拍周波数を脈拍数へ換算し(S107)、表示部70に脈拍数を表示する(S108)。最後に、計測を継続するか否かの判定を行い(S109)、計測を継続しないと判定した場合には、処理を終了する。一方、計測を継続すると判定した場合には、ステップS100〜S110の処理を繰り返す。   Next, body motion noise removal filter processing is performed on the pulse wave detection signal using the acceleration detection signal (S103). Then, based on the determined signal state, frequency resolution processing to be performed on the pulse wave detection signal is determined (S104). Then, frequency decomposition processing is actually performed on the pulse wave detection signal (S105), and the pulse frequency is specified based on the result of the frequency decomposition processing (S106). Then, the pulse frequency is converted into a pulse rate (S107), and the pulse rate is displayed on the display unit 70 (S108). Finally, it is determined whether or not to continue the measurement (S109). If it is determined that the measurement is not continued, the process is terminated. On the other hand, if it is determined that the measurement is to be continued, the processes of steps S100 to S110 are repeated.

次に、ステップS102の信号状態の判定方法の具体例を図6のフローチャートを用いて説明する。   Next, a specific example of the signal state determination method in step S102 will be described with reference to the flowchart of FIG.

まず、16秒間に256サンプル分の脈波検出信号と体動検出信号(加速度検出信号)のデータを取得する(S200)。そして、取得した脈波検出信号及び体動検出信号(加速度検出信号)に対して、通常のFFT処理を行い(S201)、各スペクトルに対して図7(A)のような表を作成する。図7(A)では、adrがスペクトル番号、valがスペクトル値を示す。さらに、図7(B)に示すように脈波検出信号のスペクトルを降順にソートする(S202)。   First, pulse wave detection signals and body movement detection signals (acceleration detection signals) for 256 samples are acquired for 16 seconds (S200). Then, normal FFT processing is performed on the acquired pulse wave detection signal and body motion detection signal (acceleration detection signal) (S201), and a table as shown in FIG. 7A is created for each spectrum. In FIG. 7A, adr represents a spectrum number and val represents a spectrum value. Further, as shown in FIG. 7B, the spectrum of the pulse wave detection signal is sorted in descending order (S202).

そして、拍動信号スペクトル比を算出する(S203)。具体的には、最大スペクトルの大きさと、その他のスペクトルのうちの所定のスペクトル(例えば、5番目や10番目に大きいもの。ただし、5番目と10番目に限らない。)との、大きさの比を算出する。そして、この比が小さい場合には、非定常的なノイズが少ない状態であり、脈波検出信号が限られた周波数成分で構成されていると判断する。すなわち、余分な周波数成分を含まず、ノイズが少ないため、SN比が高い(良好な状態)と判断する。一方、この比が大きい場合には、非定常的なノイズが大きいか、観測期間内で周波数変動が大きいと判断する。すなわち、SN比が低い(劣悪な状態)と判断する。   Then, the pulsation signal spectrum ratio is calculated (S203). Specifically, the size of the maximum spectrum and a predetermined spectrum (for example, the fifth or the tenth largest spectrum, but not limited to the fifth or the tenth) among the other spectra. Calculate the ratio. If this ratio is small, it is determined that there is little unsteady noise and the pulse wave detection signal is composed of limited frequency components. That is, it is determined that the S / N ratio is high (good state) because it does not include an extra frequency component and there is little noise. On the other hand, when this ratio is large, it is determined that the non-stationary noise is large or the frequency fluctuation is large within the observation period. That is, it is determined that the SN ratio is low (poor state).

具体的には、最大スペクトルと5番目に大きいスペクトルとの比pr5が、第1の閾値である0.5よりも小さいか否か、かつ、最大スペクトルと10番目に大きいスペクトルとの比pr10が第2の閾値である0.2よりも小さいか否かを判定する(S204)。   Specifically, whether or not the ratio pr5 between the largest spectrum and the fifth largest spectrum is smaller than 0.5, which is the first threshold, and the ratio pr10 between the largest spectrum and the tenth largest spectrum is It is determined whether or not the second threshold value is smaller than 0.2 (S204).

最大スペクトルと5番目に大きいスペクトルとの比pr5が、第1の閾値である0.5よりも小さく、最大スペクトルと10番目に大きいスペクトルとの比pr10が第2の閾値である0.2よりも小さいと判断した場合には、SN比の状態が良好である(SN比が高い)と判断(推定)し、周波数分解処理としてパワースペクトル密度推定処理を行うと決定する(S205)。   The ratio pr5 between the largest spectrum and the fifth largest spectrum is smaller than 0.5, which is the first threshold, and the ratio pr10 between the largest spectrum and the tenth largest spectrum is more than 0.2, which is the second threshold. If it is determined that the SNR is also small, it is determined (estimated) that the S / N ratio is good (S / N ratio is high), and it is determined that the power spectrum density estimation process is performed as the frequency resolution process (S205).

例えば、図7(A)〜図7(C)の例では、pr5は、pr5=1033.663/2973.406=0.3476360として計算され、pr10=503.500/2973.406=0.1693344として計算される。そして、pr5は、0.5よりも小さく、pr10は0.2よりも小さいため、SN比の状態が良好であると判断される。なお、この時の脈波検出信号の時間波形と、FFT結果は、図7(C)のようになる。   For example, in the example of FIGS. 7A to 7C, pr5 is calculated as pr5 = 1033.663 / 2973.406 = 0.376360, and pr10 = 503.500 / 297.406 = 0.1693344 Is calculated as Since pr5 is smaller than 0.5 and pr10 is smaller than 0.2, it is determined that the state of the SN ratio is good. The time waveform of the pulse wave detection signal at this time and the FFT result are as shown in FIG.

一方、ステップS204で、判定条件を満たさなかった場合には、最大スペクトルと5番目に大きいスペクトルとの比pr5が、第3の閾値である0.7よりも小さいか否か、かつ、最大スペクトルと10番目に大きいスペクトルとの比pr10が第4の閾値である0.5よりも小さいか否かを判定する(S206)。   On the other hand, if the determination condition is not satisfied in step S204, whether or not the ratio pr5 between the maximum spectrum and the fifth largest spectrum is smaller than 0.7, which is the third threshold, and the maximum spectrum It is determined whether or not the ratio pr10 between the spectrum and the tenth largest spectrum is smaller than the fourth threshold value 0.5 (S206).

最大スペクトルと5番目に大きいスペクトルとの比pr5が、第3の閾値である0.7よりも小さく、最大スペクトルと10番目に大きいスペクトルとの比pr10が第4の閾値である0.5よりも小さいと判断した場合には、SN比の状態が劣悪である(SN比が低い)と判断(推定)し、周波数分解処理としてType2の非対称窓関数による窓関数処理とFFTを行うと決定する(S207)。具体的には、図9(A)〜図9(C)の例が該当する。   The ratio pr5 between the largest spectrum and the fifth largest spectrum is smaller than 0.7, which is the third threshold, and the ratio pr10 between the largest spectrum and the tenth largest spectrum is more than 0.5, which is the fourth threshold. Is also determined (estimated) as the signal-to-noise ratio is inferior (the signal-to-noise ratio is low), and it is determined to perform the window function processing and FFT using the asymmetric window function of Type 2 as the frequency resolution processing. (S207). Specifically, the examples of FIGS. 9A to 9C correspond.

一方、ステップS206で、判定条件を満たさなかった場合には、SN比の状態が中程度であると判断(推定)し、周波数分解処理としてType3の非対称窓関数による窓関数処理とFFTを行うと決定する(S208)。具体的には、図8(A)〜図8(C)の例が該当する。   On the other hand, if the determination condition is not satisfied in step S206, it is determined (estimated) that the state of the S / N ratio is medium, and the window function processing using the asymmetric window function of Type 3 and FFT are performed as the frequency resolution processing. Determine (S208). Specifically, the examples of FIGS. 8A to 8C correspond.

また、信号状態の判定方法は、上記の方法に限定されず、任意の方法により行ってよい。   Moreover, the determination method of a signal state is not limited to said method, You may carry out by arbitrary methods.

以上の本実施形態の信号解析装置100は、センサーを有する検出部200から検出信号を取得する信号取得部110と、検出信号のサンプリングデータD〜D(Nは2以上の正の整数)に対する窓関数処理と、窓関数処理後のデータに対するフーリエ変換処理とを周波数分解処理として行う信号処理部130と、を含む。ここで、サンプリングデータD〜Dのうちの第jのサンプリングデータDは、第iのサンプリングデータDがサンプリングされたタイミングよりも後のタイミングにサンプリングされたデータである(整数i、jは、0≦i<N/2<j≦Nを満たす整数)。そして、信号処理部130は、第jのサンプリングデータDに対応する窓関数値h(j)が最大値となり、第iのサンプリングデータDに対応する窓関数値h(i)が窓関数値h(j)よりも小さい値となる非対称窓関数により、窓関数処理を行う。なお、窓関数処理は、信号処理部130内の窓関数処理部133により行われ、フーリエ変換処理は、信号処理部130内のフーリエ変換処理部135によって行われるものとする。 The signal analysis device 100 of the present embodiment described above includes a signal acquisition unit 110 that acquires a detection signal from the detection unit 200 having a sensor, and sampling data D 0 to D N (N is a positive integer of 2 or more) of the detection signal. And a signal processing unit 130 that performs a frequency decomposition process on the window function process for and the Fourier transform process on the data after the window function process. Here, the j-th sampling data D j among the sampling data D 0 to DN is data sampled at a timing later than the timing at which the i- th sampling data D i is sampled (integer i, j is an integer satisfying 0 ≦ i <N / 2 <j ≦ N). The signal processing unit 130 then sets the window function value h (j) corresponding to the j-th sampling data D j to the maximum value, and the window function value h (i) corresponding to the i- th sampling data D i is the window function. Window function processing is performed using an asymmetric window function that is smaller than the value h (j). Note that the window function processing is performed by the window function processing unit 133 in the signal processing unit 130, and the Fourier transform processing is performed by the Fourier transform processing unit 135 in the signal processing unit 130.

ここで、周波数分解処理は、時間信号に含まれる周波数を分解(解析)する処理であり、種々の方法があるが、本実施形態では、周波数分解処理として、窓関数処理とフーリエ変換処理とを行う。また、前述したように、窓関数処理とフーリエ変換処理の代わりに、パワースペクトル密度推定処理を周波数分解処理として行っても良い。   Here, the frequency decomposition process is a process of decomposing (analyzing) the frequency included in the time signal, and there are various methods. In this embodiment, as the frequency decomposition process, a window function process and a Fourier transform process are performed. Do. Further, as described above, power spectrum density estimation processing may be performed as frequency decomposition processing instead of window function processing and Fourier transform processing.

また、検出信号のサンプリングデータD〜Dは、検出信号からサンプリングした(N+1)個のサンプルのことである。Nは2以上の正の整数であれば良いが、前述したようにFFTを行う場合には、サンプル数は2のべき乗である必要がある。この場合には、例えば、N+1=2、4、8、16、32、64、128、192、256、512、1024、2048、4096・・・等になる。ただし、FFT以外のフーリエ変換を行う場合等では、サンプル数は2のべき乗でなくても良い。 The sampling data D 0 to D N of the detection signals is that sampled from the detection signal of the (N + 1) samples. N may be a positive integer greater than or equal to 2, but when performing FFT as described above, the number of samples needs to be a power of two. In this case, for example, N + 1 = 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 192, 256, 512, 1024, 2048, 4096, etc. However, when performing Fourier transform other than FFT, the number of samples may not be a power of two.

そして、本実施形態では、第jのサンプリングデータDに対応する窓関数値h(j)が最大値となり、第iのサンプリングデータDに対応する窓関数値h(i)が窓関数値h(j)よりも小さい値となる非対称窓関数を用いる。また、整数i、jは、0≦i<N/2<j≦Nを満たす整数である。 In this embodiment, the window function value h (j) corresponding to the j-th sampling data D j is the maximum value, and the window function value h (i) corresponding to the i- th sampling data D i is the window function value. An asymmetric window function having a value smaller than h (j) is used. The integers i and j are integers satisfying 0 ≦ i <N / 2 <j ≦ N.

つまり、本実施形態では、第iのサンプリングデータDに対応する窓関数値h(i)を、第jのサンプリングデータDに対応する窓関数値h(j)よりも小さくすることにより、N/2<j≦Nのサンプルよりも0≦i<N/2のサンプルの信号値を大きく圧縮する。 In other words, in the present embodiment, the window function value h (i) corresponding to the i th sampling data D i is made smaller than the window function value h (j) corresponding to the j th sampling data D j , The signal value of the sample of 0 ≦ i <N / 2 is compressed larger than the sample of N / 2 <j ≦ N.

例えば、図3の例で言えば、N+1=256であり、整数iは、0≦i≦127を満たす整数であり、整数jは、127≦j≦255を満たす整数である。従って、図3のグラフの右側で窓関数値h(j)が最大となり、グラフの左側の窓関数値h(i)は、常にh(j)よりも小さくなる。前述したType1〜Type3の窓関数は全てこの条件を満たしている。   For example, in the example of FIG. 3, N + 1 = 256, the integer i is an integer that satisfies 0 ≦ i ≦ 127, and the integer j is an integer that satisfies 127 ≦ j ≦ 255. Therefore, the window function value h (j) is maximized on the right side of the graph of FIG. 3, and the window function value h (i) on the left side of the graph is always smaller than h (j). All the window functions of Type 1 to Type 3 described above satisfy this condition.

これにより、窓関数処理において、最近のサンプルに比べて過去のサンプルを圧縮することができる。従って、窓関数処理を行わない場合や、対称窓関数を用いて窓関数処理を行った場合と比べて、周波数分解処理結果(脈拍数)のリアルタイム性を改善することができる。また、窓関数処理を行わない場合や、対称窓関数を用いて窓関数処理を行った場合と同等のリアルタイム性で仕様上十分とする場合は、よりサンプリング期間を長くすることができるため、より周波数分解能の高い周波数分布を得ることができる。   Thereby, in a window function process, the past sample can be compressed compared with the recent sample. Therefore, the real-time property of the frequency decomposition processing result (pulse rate) can be improved as compared with the case where the window function processing is not performed or the case where the window function processing is performed using the symmetric window function. In addition, if the window function processing is not performed or if the specification is sufficient with the same real-time characteristics as when the window function processing is performed using a symmetric window function, the sampling period can be made longer. A frequency distribution with high frequency resolution can be obtained.

また、前述したように、サンプリングデータは、両端の値が0であれば、周期関数で表すことができる信号波形により近づくため、フーリエ変換を行った時にサイドローブ特性を向上させることができる。   As described above, since the sampling data is closer to a signal waveform that can be expressed by a periodic function if the values at both ends are 0, the sidelobe characteristics can be improved when Fourier transform is performed.

そこで、信号処理部130は、サンプリングデータD〜Dのうちの第NのサンプリングデータDに対応する窓関数値h(N)が最小値となる非対称窓関数により、窓関数処理を行ってもよい。 Therefore, the signal processing unit 130, the asymmetric window function when the sampling data D 0 to D window function corresponding to the N sampled data D N of the N values h (N) is the minimum value, performing window function processing May be.

すなわち、図3の例で言えば、第255のサンプル数に対する窓関数値h(255)=0とする。この場合、窓関数値h(255)=0と乗算された信号値は0となる。図3のType1及びType2の窓関数は、このような特性を持つ。   That is, in the example of FIG. 3, the window function value h (255) = 0 for the 255th sample number. In this case, the signal value multiplied by the window function value h (255) = 0 is 0. The window functions of Type 1 and Type 2 in FIG. 3 have such characteristics.

これにより、窓関数処理を行わない場合と比べ、サイドローブ特性を改善すること等が可能になる。また、対称窓関数を用いて窓関数処理を行った場合と比べて、周波数分解処理結果(脈拍数)のリアルタイム性を改善すること等が可能になる。具体的な適用結果については、図10(A)〜図10(C)を用いて後述する。   As a result, it is possible to improve the side lobe characteristics compared to the case where the window function processing is not performed. In addition, the real-time property of the frequency resolution processing result (pulse rate) can be improved as compared with the case where the window function processing is performed using a symmetric window function. Specific application results will be described later with reference to FIGS. 10 (A) to 10 (C).

次に、Type1の非対称窓関数の具体的な式を例示する。   Next, a specific expression of the asymmetric window function of Type 1 is illustrated.

信号処理部130は、サンプリングデータD〜Dのうちの第pのサンプリングデータD(整数p、M及びNは、0≦p≦3M−1と、N=4M−1を満たす整数)に対しては、下式(1)により窓関数処理を行い、第qのサンプリングデータD(整数q、M及びNは、3M≦q≦4M−1と、N=4M−1を満たす整数)に対しては、下式(2)により窓関数処理を行ってもよい。 The signal processing unit 130 calculates the p-th sampling data D p among the sampling data D 0 to DN (integers p, M and N are integers satisfying 0 ≦ p ≦ 3M−1 and N = 4M−1). Is subjected to window function processing according to the following expression (1), and q-th sampling data D q (integers q, M and N are integers satisfying 3M ≦ q ≦ 4M−1 and N = 4M−1) ) May be subjected to window function processing according to the following equation (2).

Figure 2013208312
Figure 2013208312

Figure 2013208312
Figure 2013208312

すなわち、前述した図3の例では、N+1=256、M=64であるため、0≦p≦191のサンプリングデータDに対しては、式(1)により窓関数処理を行い、192≦q≦255のサンプリングデータDに対しては、下式(2)により窓関数処理を行う。 That is, in the example of FIG. 3 described above, because it is N + 1 = 256, M = 64, relative to the 0 ≦ p ≦ 191 sampling data D p, performs window function processing by the formula (1), 192 ≦ q for ≦ 255 sampling data D q, performs window function processing by the following equation (2).

また、Type1の非対称窓関数は、Type2の窓関数と比べて、信号の圧縮度合が小さい。そのため、脈波検出信号のレベルが低い場合であっても、拍動を示すパワースペクトル値が明確になりやすく、脈拍周波数の特定を容易にすること等が可能になる。   In addition, the asymmetric window function of Type 1 has a smaller signal compression degree than the window function of Type 2. Therefore, even when the level of the pulse wave detection signal is low, the power spectrum value indicating pulsation is easily clarified, and the pulse frequency can be easily specified.

次に、Type2の非対称窓関数の具体的な式を例示する。   Next, a specific expression of the asymmetric window function of Type 2 is illustrated.

信号処理部130は、サンプリングデータD〜Dのうちの第pのサンプリングデータD(整数p、M及びNは、0≦p≦3M−1と、N=4M−1を満たす整数)に対しては、下式(3)により窓関数処理を行い、第qのサンプリングデータD(整数q、M及びNは、3M≦q≦4M−1と、N=4M−1を満たす整数)に対しては、下式(4)により窓関数処理を行ってもよい。 The signal processing unit 130 calculates the p-th sampling data D p among the sampling data D 0 to DN (integers p, M and N are integers satisfying 0 ≦ p ≦ 3M−1 and N = 4M−1). Is subjected to window function processing according to the following expression (3), and q-th sampling data D q (integers q, M and N are integers satisfying 3M ≦ q ≦ 4M−1 and N = 4M−1) ) May be subjected to window function processing according to the following equation (4).

Figure 2013208312
Figure 2013208312

Figure 2013208312
Figure 2013208312

すなわち、前述した図3の例では、N+1=256、M=64であるため、0≦p≦191のサンプリングデータDに対しては、式(3)により窓関数処理を行い、192≦q≦255のサンプリングデータDに対しては、下式(4)により窓関数処理を行う。 That is, in the example of FIG. 3 described above, since N + 1 = 256 and M = 64, the window function processing is performed on the sampling data D p with 0 ≦ p ≦ 191 according to Equation (3), and 192 ≦ q for ≦ 255 sampling data D q, performs window function processing by the following equation (4).

これにより、第Nのサンプリングデータにおいて、信号値だけではなく、傾きも0にすること等が可能になる。   As a result, in the Nth sampling data, not only the signal value but also the slope can be set to zero.

また、図10(A)〜図10(C)には、各周波数分解処理の結果を示している。各図の上図は、16秒分の脈波検出信号の時間波形を示しており、各図の下図は、上図に示す脈波検出信号のFFT結果を示している。図10(A)は、窓関数処理を行わない場合の例であり、図10(B)は後述するType3の非対称窓関数により窓関数処理を行った場合の例を示し、図10(C)はType2の非対称窓関数により窓関数処理を行った場合の例を示している。   10A to 10C show the results of each frequency decomposition process. The upper diagram of each figure shows the time waveform of the pulse wave detection signal for 16 seconds, and the lower diagram of each figure shows the FFT result of the pulse wave detection signal shown in the upper diagram. FIG. 10A shows an example in the case where window function processing is not performed, and FIG. 10B shows an example in which window function processing is performed using an asymmetric window function of Type 3 to be described later, and FIG. Shows an example in which window function processing is performed using an asymmetric window function of Type2.

図10(A)〜図10(C)のFFT結果が示す通り、非対称窓関数による窓関数処理後の信号にFFTをかけた場合には、パワースペクトルの分布が狭まる。つまり、サイドローブが抑制され、サイドローブ特性が高まる。これは、過去の信号部分を圧縮したことによる効果である。その結果として、より脈拍を示す周波数を特定しやすくなる。さらに、この結果を比較すると、Type2の非対称窓関数を用いた時の結果(図10(C))が、3つのFFT結果の中で最もサイドローブ特性が良いことが分かる。   As shown by the FFT results in FIGS. 10A to 10C, when the FFT is applied to the signal after the window function processing by the asymmetric window function, the distribution of the power spectrum is narrowed. That is, the side lobe is suppressed and the side lobe characteristics are enhanced. This is an effect obtained by compressing the past signal portion. As a result, it becomes easier to specify the frequency indicating the pulse. Furthermore, when this result is compared, it can be seen that the result when the Type 2 asymmetric window function is used (FIG. 10C) has the best sidelobe characteristics among the three FFT results.

従って、Type2の非対称窓関数を用いれば、よりサイドローブ特性を高めることが可能となり、ノイズがひどい状態でも脈拍周波数を特定すること等が可能になる。   Therefore, if the asymmetric window function of Type 2 is used, the sidelobe characteristics can be further improved, and the pulse frequency can be specified even in a state where the noise is severe.

また、前述したように、例えばSN比の状態が良好であると判断される場合、すなわち体動ノイズや突発的な外乱の混入が少ないと判断される時には、サイドローブがあまり発生しないため、サイドローブ特性を必ずしも向上させる必要はない。この場合には、サイドローブ特性を向上させるよりも、よりリアルタイム性を重視するような窓関数処理を行うことが望ましい。   Further, as described above, for example, when it is determined that the state of the SN ratio is good, that is, when it is determined that there is little body motion noise or sudden disturbance, side lobes are not generated so much. It is not always necessary to improve the lobe characteristics. In this case, it is desirable to perform window function processing that emphasizes real-time characteristics rather than improving the sidelobe characteristics.

そこで、信号処理部130は、サンプリングデータD〜Dのうちの第NのサンプリングデータDに対応する窓関数値h(N)が最大値となる非対称窓関数により、窓関数処理を行ってもよい。 Therefore, the signal processing unit 130, the asymmetric window function when the sampling data D 0 to D window function corresponding to the N sampled data D N of the N values h (N) is the maximum value, performs window function processing May be.

例えば、窓関数値h(N)=1であれば、第Nのサンプルデータの信号値の圧縮を行わないことになる。h(N)=1でなくとも、他のサンプルデータに対して、圧縮率を最も低くすることができる。   For example, if the window function value h (N) = 1, the signal value of the Nth sample data is not compressed. Even if h (N) = 1, the compression rate can be made the lowest for other sample data.

これによれば、図10(A)のように窓関数処理を行わずにフーリエ変換を行う場合は勿論、一般的な窓関数やType1やType2の非対称窓関数を用いて窓関数処理を行った場合と比べて、周波数分解処理結果(脈拍数)のリアルタイム性を改善すること等が可能になる。   According to this, not only when performing Fourier transform without performing window function processing as shown in FIG. 10 (A), but also by performing window function processing using a general window function or an asymmetric window function of Type 1 or Type 2. Compared to the case, it is possible to improve the real-time property of the frequency decomposition processing result (pulse rate).

また、第Nのサンプリングデータだけでなく、第Nのサンプリングデータから所定の数だけ遡ったサンプリングデータに対しても、窓関数値を大きくして、圧縮率を下げれば、周波数分解処理結果(脈拍数)のリアルタイム性が改善される。   Further, not only the Nth sampling data but also sampling data that is traced back by a predetermined number from the Nth sampling data, if the window function value is increased and the compression rate is lowered, the frequency decomposition processing result (pulse rate) Number) real-time characteristics are improved.

そこで、信号処理部130は、サンプリングデータD〜Dのうちの第kのサンプリングデータD〜第NのサンプリングデータD(整数kは、N/2<k<Nを満たす整数)に対応する窓関数値h(k)〜h(N)が全て最大値となる非対称窓関数により、窓関数処理を行ってもよい。 Therefore, the signal processing unit 130 converts the sampling data D 0 to DN to the k-th sampling data D k to the N-th sampling data D N (the integer k is an integer satisfying N / 2 <k <N). The window function processing may be performed by an asymmetric window function in which the corresponding window function values h (k) to h (N) are all the maximum values.

例えば図3に示すType3の非対称窓関数の例で言えば、第192〜第255のサンプリングデータに対応する窓関数h(192)〜h(255)を全て最大値である1に設定している。   For example, in the example of the asymmetric window function of Type 3 shown in FIG. 3, the window functions h (192) to h (255) corresponding to the 192nd to 255th sampling data are all set to 1, which is the maximum value. .

これにより、第Nのサンプリングデータだけでなく、第Nのサンプリングデータから所定の数だけ遡ったサンプリングデータに対しても、窓関数値を最大にして、圧縮率を下げること等が可能になる。よって、窓関数処理を行わない場合や、対称窓関数を用いて窓関数処理を行った場合、あるいはType1やType2の非対称窓関数を用いて窓関数処理を行った場合と比べて、周波数分解処理結果(脈拍数)のリアルタイム性を改善すること等が可能になる。   As a result, not only the Nth sampling data but also sampling data that is traced a predetermined number of times from the Nth sampling data can be maximized to reduce the compression rate. Therefore, compared with the case where window function processing is not performed, the case where window function processing is performed using a symmetric window function, or the case where window function processing is performed using an asymmetric window function of Type 1 or Type 2, frequency decomposition processing is performed. It is possible to improve the real-time result (pulse rate).

次に、Type3の非対称窓関数の具体的な式を例示する。   Next, a specific expression of the Type 3 asymmetric window function is illustrated.

信号処理部130は、サンプリングデータD〜Dのうちの第pのサンプリングデータD(整数p、M及びNは、0≦p≦3M−1と、N=4M−1を満たす整数)に対しては、下式(5)により窓関数処理を行い、第qのサンプリングデータD(整数q、M及びNは、3M≦q≦4M−1と、N=4M−1を満たす整数)に対しては、式h(q)=1により窓関数処理を行ってもよい。 The signal processing unit 130 calculates the p-th sampling data D p among the sampling data D 0 to DN (integers p, M and N are integers satisfying 0 ≦ p ≦ 3M−1 and N = 4M−1). Is subjected to window function processing according to the following equation (5), and q-th sampling data D q (integers q, M and N are integers satisfying 3M ≦ q ≦ 4M−1 and N = 4M−1) ) May be subjected to window function processing according to the equation h (q) = 1.

Figure 2013208312
Figure 2013208312

すなわち、前述した図3の例では、N+1=256、M=64であるため、0≦p≦191のサンプリングデータDに対しては、式(5)により窓関数処理を行い、192≦q≦255のサンプリングデータDに対しては、式h(q)=1により窓関数処理を行う。 That is, in the example of FIG. 3 described above, because it is N + 1 = 256, M = 64, relative to the 0 ≦ p ≦ 191 sampling data D p, performs window function processing by the equation (5), 192 ≦ q for ≦ 255 sampling data D q, performs window function processing by the formula h (q) = 1.

これにより、第Nのサンプリングデータだけでなく、第Nのサンプリングデータから所定の数だけ遡ったサンプリングデータに対する窓関数値も最大にすることを実現すること等が可能になる。例えば、図10(B)の上図に示すグラフでも、グラフ右側の64サンプルの信号値は、図10(A)の上図に示す元の波形から圧縮されていないことが分かる。   As a result, it is possible to realize not only the Nth sampling data but also the maximum window function value for the sampling data that is traced a predetermined number from the Nth sampling data. For example, in the graph shown in the upper diagram of FIG. 10B, it can be seen that the signal values of 64 samples on the right side of the graph are not compressed from the original waveform shown in the upper diagram of FIG.

なお、窓関数値は、窓関数処理を行う度に算出するのではなく、あらかじめ計算しておいた値を配列変数に保持しておいてもよい。これにより計算量を低減することができる。   The window function value may not be calculated every time the window function process is performed, but a value calculated in advance may be held in the array variable. Thereby, the amount of calculation can be reduced.

さて、以上のType1〜Type3までの非対称窓関数は、前述したように信号状態に応じて使い分けることが望ましい。また周波数分解処理は、窓関数処理とFFTを行う処理に限定されず、パワースペクトル密度推定処理を行った方が良い場合もある。   Now, it is desirable that the above asymmetric window functions from Type 1 to Type 3 are properly used according to the signal state as described above. Further, the frequency decomposition process is not limited to the window function process and the FFT process, and it may be better to perform the power spectrum density estimation process.

そこで、本実施形態の拍動検出装置100は、脈波検出部210からの脈波検出信号と、体動検出部220からの体動検出信号とに基づいて、周波数分解処理を行う信号処理部130と、周波数分解処理の結果に基づいて拍動情報を演算する拍動情報演算部170と、脈波検出信号及び体動検出信号の少なくとも一方に対して信号状態の判定処理を行う信号状態判定部150と、を含んでもよい。そして、信号処理部130は、信号状態判定部150による信号状態の判定結果に応じて異なる周波数分解処理を行う。   Therefore, the pulsation detection device 100 of the present embodiment is a signal processing unit that performs frequency resolution processing based on the pulse wave detection signal from the pulse wave detection unit 210 and the body motion detection signal from the body motion detection unit 220. 130, a pulsation information calculation unit 170 that calculates pulsation information based on the result of the frequency decomposition process, and a signal state determination that performs a signal state determination process on at least one of the pulse wave detection signal and the body movement detection signal Part 150 may be included. Then, the signal processing unit 130 performs different frequency resolution processing according to the determination result of the signal state by the signal state determination unit 150.

これにより、信号状態に応じて異なる周波数分解処理を行うこと等が可能になる。   This makes it possible to perform different frequency resolution processing depending on the signal state.

また、前述した窓関数処理は、脈波検出信号にノイズが多く含まれているか否かによって、使用する窓関数を切り替えるべきであるため、SN比が高いと推定できるか、低いと推定できるかといった判断に基づいて、信号状態を判断してもよい。   In addition, since the window function processing described above should switch the window function to be used depending on whether or not the pulse wave detection signal contains a lot of noise, can it be estimated that the SN ratio is high or low? The signal state may be determined based on such a determination.

すなわち、信号処理部130は、脈波検出信号が第1の信号状態であると判定された場合には、第1の周波数分解処理を行い、脈波検出信号が第1の信号状態よりもSN比が高い第2の信号状態であると判定された場合には、第2の周波数分解処理を行ってもよい。   That is, when it is determined that the pulse wave detection signal is in the first signal state, the signal processing unit 130 performs the first frequency decomposition process, and the pulse wave detection signal is SN more than the first signal state. When it is determined that the second signal state has a high ratio, the second frequency decomposition process may be performed.

これにより、SN比が異なる信号状態に応じて、異なる周波数分解処理を行うこと等が可能になる。   As a result, it is possible to perform different frequency resolution processing according to signal states having different SN ratios.

また、信号状態によっては、前述した例のように窓関数処理を行わずに、パワースペクトル密度推定処理等を周波数分解処理として行っても良い。   Further, depending on the signal state, power spectrum density estimation processing or the like may be performed as frequency resolution processing without performing window function processing as in the above-described example.

すなわち、本実施形態の信号解析装置100は、信号取得部110で取得される検出信号について信号状態の判定処理を行う信号状態判定部150を含んでもよい。そして、信号処理部130は、信号状態が第1の信号状態であると判定された場合には、非対称窓関数による窓関数処理と、窓関数処理後のデータに対するフーリエ変換処理とを周波数分解処理として行い、信号状態が第2の信号状態であると判定された場合には、検出信号に対するパワースペクトル密度推定処理を周波数分解処理として行ってもよい。なお、パワースペクトル密度推定処理は、信号処理部130内のパワースペクトル密度推定処理部137によって行われるものとする。   That is, the signal analysis apparatus 100 according to the present embodiment may include a signal state determination unit 150 that performs a signal state determination process on the detection signal acquired by the signal acquisition unit 110. When it is determined that the signal state is the first signal state, the signal processing unit 130 performs frequency resolution processing on window function processing using an asymmetric window function and Fourier transform processing on the data after the window function processing. If the signal state is determined to be the second signal state, the power spectrum density estimation process for the detection signal may be performed as a frequency decomposition process. It is assumed that the power spectrum density estimation process is performed by the power spectrum density estimation processing unit 137 in the signal processing unit 130.

つまり、信号解析装置100を拍動検出装置100に限定して言い換えると、信号処理部130は、脈波検出信号が第1の信号状態であると判定された場合には、第1の周波数分解処理として、脈波検出信号のサンプリングデータに対する窓関数処理と、窓関数処理後のデータに対するフーリエ変換処理とを行い、脈波検出信号が第2の信号状態であると判定された場合には、第2の周波数分解処理としてパワースペクトル密度推定処理を行ってもよい。   That is, if the signal analysis device 100 is limited to the pulsation detection device 100, in other words, the signal processing unit 130 performs the first frequency decomposition when it is determined that the pulse wave detection signal is in the first signal state. As processing, when performing window function processing on the sampling data of the pulse wave detection signal and Fourier transform processing on the data after the window function processing, and determining that the pulse wave detection signal is in the second signal state, A power spectrum density estimation process may be performed as the second frequency resolution process.

ここで、パワースペクトル密度推定処理は、通常のFFTにより周波数分布を演算する場合と比べ、より短期間の観測信号しか得られなくても、長期間の観測信号に対してFFT処理を行う場合と同等の周波数分解能と、周波数の峻別性が得られる計算アルゴリズムである。脈拍検出以外の分野では、例えば、地震の発生周期解析や海洋潮流解析などで使用されることが多い。   Here, the power spectrum density estimation processing is performed when FFT processing is performed on a long-term observation signal even when only a short-term observation signal is obtained, compared with a case where the frequency distribution is calculated by normal FFT. This is a calculation algorithm capable of obtaining the same frequency resolution and frequency distinction. In fields other than pulse detection, it is often used in, for example, earthquake occurrence cycle analysis and ocean current analysis.

具体的には、パワースペクトル密度推定処理を行う場合には、例えば、現在から2秒前程度の信号波形のみを用いて、脈拍数を算出すること等が可能となる。その場合には、2秒前よりも過去の脈波検出信号に含まれる周波数成分を無視できる。   Specifically, when performing the power spectrum density estimation process, for example, it is possible to calculate the pulse rate using only the signal waveform about 2 seconds before the present time. In that case, the frequency component included in the pulse wave detection signal in the past can be ignored than two seconds ago.

これにより、SN比が第2の信号状態よりも低い第1の信号状態である場合には、サイドローブ抑制効果の高い周波数分解処理を行い、SN比が第1の信号状態よりも高い第2の信号状態である場合には、更にリアルタイム性を重視した周波数分解処理を行うこと等が可能になる。   As a result, when the S / N ratio is the first signal state lower than the second signal state, the frequency decomposition process with a high sidelobe suppression effect is performed, and the S / N ratio is higher than that of the first signal state. In the case of the signal state, it is possible to perform frequency decomposition processing that emphasizes real-time characteristics.

さらに、信号処理部130は、脈波検出信号が第1の信号状態であると判定された場合には、第jのサンプリングデータDに対応する窓関数値h(j)が最大値となり、第iのサンプリングデータDに対応する窓関数値h(i)が窓関数値h(j)よりも小さい値となる非対称窓関数により、窓関数処理を行ってもよい。 Further, when the signal processing unit 130 determines that the pulse wave detection signal is in the first signal state, the window function value h (j) corresponding to the j-th sampling data D j is the maximum value, The window function processing may be performed by an asymmetric window function in which the window function value h (i) corresponding to the i-th sampling data D i is smaller than the window function value h (j).

これにより、窓関数処理を行わない場合や、対称窓関数を用いて窓関数処理を行った場合と比べて、周波数分解処理結果(脈拍数)のリアルタイム性を改善すること等が可能になる。   This makes it possible to improve the real-time property of the frequency decomposition processing result (pulse rate) compared to the case where the window function processing is not performed or the case where the window function processing is performed using a symmetric window function.

さらに、信号処理部130は、信号状態が第1の信号状態であると判定された場合には、第1の非対称窓関数による窓関数処理を行い、信号状態が第2の信号状態であると判定された場合には、第1の非対称窓関数と異なる第2の非対称窓関数による窓関数処理を行ってもよい。   Further, when it is determined that the signal state is the first signal state, the signal processing unit 130 performs window function processing using the first asymmetric window function, and the signal state is the second signal state. If it is determined, a window function process using a second asymmetric window function different from the first asymmetric window function may be performed.

つまり、信号解析装置100を拍動検出装置100に限定して言い換えると、信号処理部130は、脈波検出信号が第1の信号状態であると判定された場合には、第1の周波数分解処理として、第1の窓関数を用いた、脈波検出信号のサンプリングデータに対する窓関数処理と、窓関数処理後の第1のデータに対するフーリエ変換処理とを行い、脈波検出信号が第2の信号状態であると判定された場合には、第2の周波数分解処理として、第1の窓関数と異なる第2の窓関数を用いた、脈波検出信号のサンプリングデータに対する窓関数処理と、窓関数処理後の第2のデータに対するフーリエ変換処理とを行ってもよい。   That is, if the signal analysis device 100 is limited to the pulsation detection device 100, in other words, the signal processing unit 130 performs the first frequency decomposition when it is determined that the pulse wave detection signal is in the first signal state. As the processing, the window function processing for the sampling data of the pulse wave detection signal using the first window function and the Fourier transform processing for the first data after the window function processing are performed, and the pulse wave detection signal becomes the second If it is determined that the signal state is present, a window function process for sampling data of the pulse wave detection signal using a second window function different from the first window function as the second frequency resolution process; You may perform the Fourier-transform process with respect to the 2nd data after a function process.

さらに、信号処理部130は、脈波検出信号が第1の信号状態であると判定された場合には、第jのサンプリングデータDに対応する窓関数値h(j)が最大値となり、第iのサンプリングデータDに対応する窓関数値h(i)が窓関数値h(j)よりも小さい値となる非対称窓関数を第1の窓関数として、窓関数処理を行い、脈波検出信号が第2の信号状態であると判定された場合には、第1の窓関数と異なる非対称窓関数である第2の窓関数により窓関数処理を行ってもよい。 Further, when the signal processing unit 130 determines that the pulse wave detection signal is in the first signal state, the window function value h (j) corresponding to the j-th sampling data D j is the maximum value, The window function processing is performed using the asymmetric window function in which the window function value h (i) corresponding to the i-th sampling data D i is smaller than the window function value h (j) as the first window function, and the pulse wave When it is determined that the detection signal is in the second signal state, the window function processing may be performed using a second window function that is an asymmetric window function different from the first window function.

すなわち、信号状態が第1の信号状態である時と、第2の信号状態である時に、それぞれ異なる非対称窓関数を用いて窓関数処理を行ってもよい。   That is, when the signal state is the first signal state and when the signal state is the second signal state, the window function processing may be performed using different asymmetric window functions.

例えば、信号状態が第1の信号状態である場合には、第1の窓関数として前述したType3の非対称窓関数を用いて窓関数処理を行い、信号状態が第2の信号状態である場合には、第2の窓関数として前述したType2の非対称窓関数を用いて窓関数処理を行うこと等ができる。なお、場合によっては、対称窓関数を用いても良い。   For example, when the signal state is the first signal state, the window function processing is performed using the above-described asymmetric window function of Type 3 as the first window function, and the signal state is the second signal state. Can perform window function processing using the Type 2 asymmetric window function described above as the second window function. In some cases, a symmetric window function may be used.

これにより、信号状態に応じて異なる窓関数処理を行うこと等が可能になる。さらに、信号状態に応じて窓関数処理に用いる非対称窓関数を変更すること等が可能になる。   This makes it possible to perform different window function processing depending on the signal state. Furthermore, it becomes possible to change the asymmetric window function used for the window function processing according to the signal state.

また、上記のようにSN比の状態に基づいて信号状態を判断する場合には、SN比を求める必要があるが、SN比を直接求めることは困難であるため、他の情報からSN比を推定する必要がある。   Further, when determining the signal state based on the state of the SN ratio as described above, it is necessary to obtain the SN ratio, but since it is difficult to directly obtain the SN ratio, the SN ratio is obtained from other information. It is necessary to estimate.

そこで、信号状態判定部150は、脈波検出信号の周波数分解処理によって得られる周波数スペクトルのうち、最大のスペクトル値を示す第1のスペクトルと、第1のスペクトル以外の、少なくとも一つの第2のスペクトルとのスペクトル値の比を算出して、信号状態の判定処理を行ってもよい。なお、スペクトル値の算出処理は、信号状態判定部150のスペクトル値算出部151が行うものとする。   Therefore, the signal state determination unit 150 includes at least one second spectrum other than the first spectrum and the first spectrum indicating the maximum spectrum value among the frequency spectra obtained by the frequency resolution processing of the pulse wave detection signal. A signal state determination process may be performed by calculating a ratio of a spectrum value to a spectrum. Note that the spectrum value calculation process is performed by the spectrum value calculation unit 151 of the signal state determination unit 150.

具体的には、図6のフローチャートを用いて説明した通りである。   Specifically, it is as described with reference to the flowchart of FIG.

これにより、SN比を推定して、信号状態を求めること等が可能になる。   Thereby, it is possible to estimate the signal-to-noise ratio and obtain the signal state.

5.第2の実施形態
5.1. 手法
次に、第2の実施形態の手法について説明する。前述したように、周波数分解処理の分解能を上げるためには、1回の脈拍数算出処理に用いる脈波検出信号の検出期間(サンプリング期間)を長くする必要がある。この検出期間中に脈拍が変化しない場合には、特定のスペクトルが明確にピーク値を示すため、脈拍周波数の特定が比較的容易である。
5. Second Embodiment 5.1. Method Next, the method of the second embodiment will be described. As described above, in order to increase the resolution of the frequency resolution processing, it is necessary to lengthen the detection period (sampling period) of the pulse wave detection signal used for one pulse rate calculation process. When the pulse does not change during this detection period, the specific spectrum clearly shows the peak value, and therefore it is relatively easy to specify the pulse frequency.

一方で、その検出期間内において、脈拍数が大きく変化している場合には、スペクトルが広帯域に分散するため、ピークスペクトルの特定が難しくなる。例えば、前述した検出期間内、に座っている状態(脈拍60)からジョギングを開始して、脈拍が150程度まで上がるとすると、1〜2.5Hzの区間に脈拍スペクトルが分散することになる。個々の周波数スペクトルの大きさも横並びとなるため、どの周波数を脈拍周波数であると判定すればよいか、条件判断の難易度が上がることになる。   On the other hand, when the pulse rate has changed greatly within the detection period, the spectrum is dispersed over a wide band, so that it is difficult to specify the peak spectrum. For example, if jogging is started from the state of sitting in the above-described detection period (pulse 60) and the pulse rises to about 150, the pulse spectrum is dispersed in the interval of 1 to 2.5 Hz. Since the magnitudes of the individual frequency spectra are also arranged side by side, the difficulty of condition determination increases which frequency should be determined as the pulse frequency.

そこで、第2の実施形態の信号解析装置(拍動検出装置)100は、体動検出信号に基づいて、運動状態を判定し、運動状態に応じて周波数分解処理の手順を選択する。   Therefore, the signal analyzing apparatus (beat detecting apparatus) 100 according to the second embodiment determines an exercise state based on the body movement detection signal, and selects a frequency resolution processing procedure according to the exercise state.

運動状態が安静状態と判定された場合、すなわち加速度検出信号などの体動検出信号において、微細な動きしか検出されない場合には、周波数分解処理として、パワースペクトル密度推定処理を行う。   When it is determined that the motion state is a resting state, that is, when only a minute motion is detected in a body motion detection signal such as an acceleration detection signal, a power spectrum density estimation process is performed as a frequency resolution process.

次に、運動状態が定常的運動状態であると判断された場合には、周波数分解処理として、Type3の窓関数を用いて、窓関数処理を行い、窓関数処理後のデータに対してFFTを行う。具体的に、定常的運動状態とは、歩行している状態やジョギングしている状態などを指し、被検体がほぼ一定の周期(リズム)で体を動かしている状態のことを言う。すなわち、定常的運動状態とは、周期性を有する運動をしている状態のことを指す。   Next, when it is determined that the motion state is a steady motion state, the window function processing is performed using the Type 3 window function as the frequency resolution processing, and the FFT is performed on the data after the window function processing. Do. Specifically, the steady motion state refers to a state where the subject is walking, a state where the subject is jogging, or the like, and refers to a state where the subject moves his / her body at a substantially constant cycle (rhythm). In other words, the steady motion state refers to a state of performing a motion having periodicity.

そして、運動状態が非定常的運動状態であると判断された場合には、周波数分解処理として、Type1やType2の窓関数を用いて、窓関数処理を行い、窓関数処理後のデータに対してFFTを行う。具体的に、非定常的運動状態とは、体操している状態や、球技をしている状態等を指し、被検体がバラバラの周期(不特定な周期)で体を動かしている状態のことを言う。すなわち、非定常的運動状態とは、周期性を有さない運動をしている状態のことを指す。   When it is determined that the motion state is an unsteady motion state, the window function processing is performed using the window function of Type 1 or Type 2 as the frequency resolution processing, and the data after the window function processing is performed. Perform FFT. Specifically, the unsteady state of motion refers to a state of physical exercise or a state of playing a ball game, etc., and a state in which the subject is moving in a disjoint cycle (unspecified cycle). Say. That is, the non-stationary movement state refers to a state where the movement is not periodic.

さらに、安静状態から定常的運動状態又は非定常的運動状態へと、運動状態が変化したことを検出した場合、すなわち被検体が運動を開始したことを検出した場合には、周波数分解処理として、Type1やType2の窓関数を用いて、窓関数処理を行い、窓関数処理後のデータに対してFFTを行う。   Furthermore, when it is detected that the motion state has changed from a resting state to a steady motion state or an unsteady motion state, that is, when it is detected that the subject has started motion, Window function processing is performed using the window functions of Type 1 and Type 2, and FFT is performed on the data after the window function processing.

一方、定常的運動状態又は非定常的運動状態から安静状態へと、運動状態が変化したことを検出した場合、すなわち被検体が運動を停止したことを検出した場合には、周波数分解処理としてパワースペクトル密度推定を行う。   On the other hand, when it is detected that the motion state has changed from a steady motion state or an unsteady motion state to a resting state, that is, when it is detected that the subject has stopped moving, power is used as a frequency decomposition process. Perform spectral density estimation.

5.2. 処理の流れ
拍動検出装置100が拍動情報として脈拍数を計測する際の具体的な処理の流れを、図11のフローチャートに示す。また、拍動検出装置100に接続された検出部200は、脈波センサー211の他に、体動センサー221として加速度センサーを有するものとする。
5.2. Process Flow A specific process flow when the pulsation detecting device 100 measures the pulse rate as the pulsation information is shown in the flowchart of FIG. The detection unit 200 connected to the pulsation detection device 100 has an acceleration sensor as the body motion sensor 221 in addition to the pulse wave sensor 211.

基本的な処理の流れは、第1の実施形態の図5に示した処理の流れと同様であるが、ステップS102に対応するステップS302が異なっている。本実施形態では、加速度検出信号に基づいて、被検体の運動状態を判定する(S302)。   The basic processing flow is the same as the processing flow shown in FIG. 5 of the first embodiment, but step S302 corresponding to step S102 is different. In the present embodiment, the motion state of the subject is determined based on the acceleration detection signal (S302).

次に、ステップS302の運動状態の判定方法の具体例を図12のフローチャートを用いて説明する。   Next, a specific example of the determination method of the exercise state in step S302 will be described using the flowchart of FIG.

まず、加速度検出信号に基づいて、ユーザーに動きがあるか否かを判定する(S400)。   First, based on the acceleration detection signal, it is determined whether or not the user is moving (S400).

ユーザーに動きがあると判定した場合には、加速度検出信号データの周波数分解処理を行う(S401)。なお、ここで行う周波数分解処理は、脈波検出信号に対して行う周波数分解処理ではない。そして、定常的運動中か否かを判断し(S402)、定常的運動状態であると判断した場合には、定常的運動状態を運動状態の暫定判定結果とする(S403)。   When it is determined that the user has a motion, frequency resolution processing is performed on the acceleration detection signal data (S401). Note that the frequency decomposition processing performed here is not frequency decomposition processing performed on the pulse wave detection signal. Then, it is determined whether or not it is in steady motion (S402), and when it is determined that it is in a steady motion state, the steady motion state is set as a temporary determination result of the motion state (S403).

一方、定常的運動状態ではないと判断した場合には、非定常的運動状態を運動状態の暫定判定結果とする(S404)。   On the other hand, when it is determined that it is not a steady motion state, the unsteady motion state is set as a temporary determination result of the motion state (S404).

次に、ステップS403又はS404の後に、前回判定時の運動状態が安静状態だったか否かを判定する(S405)。   Next, after step S403 or S404, it is determined whether or not the exercise state at the previous determination was a resting state (S405).

そして、前回判定時の運動状態が安静状態だった場合には、運動開始を検出したと判断し(S406)、運動状態判定処理を終了する。   If the exercise state at the time of the previous determination is a resting state, it is determined that the start of exercise has been detected (S406), and the exercise state determination process ends.

一方、前回判定時の運動状態が安静状態ではなかったと判定した場合には、前回判定時の運動状態がステップS403で決定した暫定運動状態と一致するか否かを判定する(S407)。すなわち、ここでは、運動が変化したか否かを判断している。   On the other hand, if it is determined that the exercise state at the time of the previous determination is not a resting state, it is determined whether or not the exercise state at the time of the previous determination matches the provisional exercise state determined in step S403 (S407). That is, it is determined here whether or not the exercise has changed.

前回判定時の運動状態が暫定運動状態と一致した場合には、運動状態が変化しておらず、同じ運動を継続していると考えられるため、暫定運動状態を判定結果として確定し(S408)、運動状態判定処理を終了する。   If the exercise state at the time of the previous determination coincides with the provisional exercise state, it is considered that the exercise state has not changed and the same exercise is continued, so the provisional exercise state is determined as the determination result (S408). The exercise state determination process is terminated.

一方、前回判定時の運動状態が暫定運動状態と一致しない場合には、同じ運動を継続していないと考えられるため、運動状態が変化中であると判断し(S409)、運動状態判定処理を終了する。   On the other hand, if the exercise state at the time of the previous determination does not match the provisional exercise state, it is considered that the same exercise is not continued, so it is determined that the exercise state is changing (S409), and the exercise state determination process is performed. finish.

さらに、ステップS400において、ユーザーに動きがないと判定した場合には、暫定判定結果を安静状態とする(S410)。そして、前回判定時の運動状態が安静状態ではない場合には、運動停止を検出したと判断し(S412)、運動状態判定処理を終了する。   Furthermore, when it is determined in step S400 that the user does not move, the provisional determination result is set to a resting state (S410). If the exercise state at the time of the previous determination is not a resting state, it is determined that an exercise stop has been detected (S412), and the exercise state determination process ends.

一方、前回判定時の運動状態が安静状態だった場合には、ユーザーに動きがないと判断し、安静状態であると判断し(S413)、運動状態判定処理を終了する。以上が運動状態の判定処理の流れである。   On the other hand, if the exercise state at the time of the previous determination is a resting state, it is determined that there is no movement in the user, it is determined that the user is in a resting state (S413), and the exercise state determination process ends. The above is the flow of the motion state determination process.

次に、本実施形態を適用した場合と、本実施形態を用いない場合の脈拍数の計測結果を比較したグラフを図13に示す。   Next, FIG. 13 shows a graph comparing the measurement results of the pulse rate when the present embodiment is applied and when the present embodiment is not used.

図13に示す計測結果は、歩行している状態(300秒付近)から1分程度ジョギングし、360秒付近から再び歩行したときの脈拍数の時間推移を示している。本実施形態を適用したことにより、経過時間に対してより早いタイミングで脈拍数の上昇、下降を観測できていると言える。   The measurement result shown in FIG. 13 shows the time transition of the pulse rate when jogging for about 1 minute from the walking state (around 300 seconds) and walking again from around 360 seconds. By applying this embodiment, it can be said that the rise and fall of the pulse rate can be observed at an earlier timing with respect to the elapsed time.

以上の本実施形態では、検出部200は、センサーである第1のセンサーの他に第2のセンサーをさらに有してもよい。この時、信号取得部110は、第1のセンサーで取得される第1のセンサー信号に基づく第1の検出信号と、第2のセンサーで取得される第2のセンサー信号に基づく第2の検出信号とを検出部200から取得してもよい。   In the above embodiment, the detection unit 200 may further include a second sensor in addition to the first sensor that is a sensor. At this time, the signal acquisition unit 110 performs the second detection based on the first detection signal based on the first sensor signal acquired by the first sensor and the second sensor signal acquired by the second sensor. The signal may be acquired from the detection unit 200.

そして、信号状態判定部150は、判定処理として、第2の検出信号の信号状態を判定する処理を行ってもよい。さらに、信号処理部130は、第2の検出信号の信号状態が第1の信号状態であると判定された場合には、第1の非対称窓関数を非対称窓関数として用いて、窓関数処理を第1の検出信号に対して行い、第2の検出信号の信号状態が第2の信号状態であると判定された場合には、第1の非対称窓関数と異なる第2の非対称窓関数を用いて、窓関数処理を第1の検出信号に対して行ってもよい。   And the signal state determination part 150 may perform the process which determines the signal state of a 2nd detection signal as determination processing. Further, when it is determined that the signal state of the second detection signal is the first signal state, the signal processing unit 130 performs the window function processing using the first asymmetric window function as the asymmetric window function. When it is determined that the signal state of the second detection signal is the second signal state, the second asymmetric window function different from the first asymmetric window function is used. Thus, the window function processing may be performed on the first detection signal.

これにより、第1の検出信号と異なる第2の検出信号の信号状態に応じて、窓関数処理に用いる非対称窓関数を変更して、周波数分解処理を行うこと等が可能になる。   Accordingly, it is possible to change the asymmetric window function used for the window function processing according to the signal state of the second detection signal different from the first detection signal, and perform the frequency decomposition processing.

また、信号処理部130は、第2の検出信号の信号状態が第1の信号状態であると判定された場合には、非対称窓関数として第1の非対称窓関数を用いた第1の検出信号に対する窓関数処理と、窓関数処理後のデータに対するフーリエ変換処理とを周波数分解処理として行い、第2の検出信号の信号状態が第2の信号状態であると判定された場合には、第1の検出信号に対するパワースペクトル密度推定処理を周波数分解処理として行ってもよい。   In addition, when the signal processing unit 130 determines that the signal state of the second detection signal is the first signal state, the first detection signal using the first asymmetric window function as the asymmetric window function. When the window function processing for and the Fourier transform processing for the data after the window function processing are performed as frequency decomposition processing, and it is determined that the signal state of the second detection signal is the second signal state, the first The power spectrum density estimation process for the detected signal may be performed as a frequency resolution process.

これにより、第2の検出信号の信号状態に応じて信号状態を判定し、例えばSN比が第2の信号状態よりも低い第1の信号状態である場合には、サイドローブ抑制効果の高い周波数分解処理を行い、SN比が第1の信号状態よりも高い第2の信号状態である場合には、更にリアルタイム性を重視した周波数分解処理を行うこと等が可能になる。   As a result, the signal state is determined according to the signal state of the second detection signal. For example, when the first signal state is lower than the second signal state in the S / N ratio, the frequency having a high sidelobe suppression effect is obtained. When the decomposition process is performed and the second signal state is higher than the first signal state in the SN ratio, it is possible to perform a frequency decomposition process that emphasizes real-time characteristics.

また、信号状態判定部150は、判定処理として、第2の検出信号に基づいて被検体の運動状態を判定する処理を行ってもよい。そして、信号処理部130は、運動状態の判定結果に基づいて、第1の検出信号に対して行う処理を決定してもよい。なお、運動状態の判定処理は、信号状態判定部150に含まれる運動状態判定部153が行うものとする。   Further, the signal state determination unit 150 may perform a process of determining the motion state of the subject based on the second detection signal as the determination process. And the signal processing part 130 may determine the process performed with respect to a 1st detection signal based on the determination result of an exercise state. Note that the exercise state determination process is performed by the exercise state determination unit 153 included in the signal state determination unit 150.

つまり、信号解析装置100を拍動検出装置100に限定して言い換えると、信号状態判定部150は、信号状態の判定処理として、体動検出信号に基づいて被験体の運動状態を判定する処理を行ってもよい。そして、信号処理部130は、運動状態に応じて異なる周波数分解処理を行ってもよい。   That is, in other words, limiting the signal analysis device 100 to the pulsation detection device 100, the signal state determination unit 150 performs a process of determining the exercise state of the subject based on the body movement detection signal as the signal state determination process. You may go. And the signal processing part 130 may perform different frequency decomposition processing according to an exercise state.

前述したように、具体的に運動状態としては、安静状態、定常的運動状態、非定常的運動状態等がある。ここで、体動センサーとして加速度センサーを用いる場合の具体的な運動状態の判定処理の例について、図14(A)〜図14(C)を用いて説明する。図14(A)〜図14(C)は、各運動状態における加速度検出信号のスペクトルを示す。各図の上図は、16秒分の加速度検出信号の時間波形を示しており、各図の下図は、上図に示す加速度検出信号のFFT結果を示している。   As described above, specific motion states include a rest state, a steady motion state, and an unsteady motion state. Here, a specific example of the determination process of the motion state when an acceleration sensor is used as the body motion sensor will be described with reference to FIGS. 14 (A) to 14 (C). FIG. 14A to FIG. 14C show spectra of acceleration detection signals in each motion state. The upper part of each figure shows the time waveform of the acceleration detection signal for 16 seconds, and the lower part of each figure shows the FFT result of the acceleration detection signal shown in the upper part.

まず、図14(A)の場合には、加速度検出信号の振幅が所定の閾値以下であるため、「安静状態」と判定する。図14(B)の場合には、加速度検出信号の振幅が所定の閾値以上であるため、「動きあり」と判定する。加えて、特定の周波数域に、相対的に際立って大きなパワースペクトルがないため、「非定常的運動状態」と判定する。さらに、図14(C)の場合には、図14(B)の場合と同様に、加速度検出信号の振幅が所定の閾値以上であるため、「動きあり」と判定する。加えて、特定の周波数域に、相対的に際立って大きなパワースペクトルがあるため、「定常的運動状態」と判定する。   First, in the case of FIG. 14A, since the amplitude of the acceleration detection signal is equal to or less than a predetermined threshold value, it is determined as “rest state”. In the case of FIG. 14B, since the amplitude of the acceleration detection signal is greater than or equal to a predetermined threshold, it is determined that “there is motion”. In addition, since there is no relatively large power spectrum in a specific frequency range, it is determined as an “unsteady motion state”. Further, in the case of FIG. 14C, as in the case of FIG. 14B, the amplitude of the acceleration detection signal is greater than or equal to a predetermined threshold value, and therefore it is determined that “there is motion”. In addition, since there is a relatively large power spectrum in a specific frequency range, it is determined as a “steady motion state”.

これにより、運動状態に応じて異なる周波数分解処理を行うこと等が可能になる。   This makes it possible to perform different frequency resolution processing depending on the motion state.

具体的には、信号処理部130は、運動状態が定常的運動状態であると判定された場合には、第1の周波数分解処理を行い、運動状態が非定常的運動状態であると判定された場合には、第2の周波数分解処理を行ってもよい。   Specifically, when it is determined that the motion state is a steady motion state, the signal processing unit 130 performs a first frequency decomposition process, and the motion state is determined to be an unsteady motion state. In such a case, the second frequency decomposition process may be performed.

これにより、脈波検出信号が周期性を有する場合と、周期性を有さない場合において、それぞれ異なる周波数分解処理を行うこと等が可能になる。   Thereby, it is possible to perform different frequency resolution processing, for example, when the pulse wave detection signal has periodicity and when it does not have periodicity.

さらに、信号処理部130は、運動状態が定常的運動状態であると判定された場合には、第1の周波数分解処理として、第1の窓関数を用いた、脈波検出信号のサンプリングデータに対する窓関数処理と、窓関数処理後の第1のデータに対するフーリエ変換処理とを行い、運動状態が非定常的運動状態であると判定された場合には、第2の周波数分解処理として、第1の窓関数と異なる第2の窓関数を用いた、脈波検出信号のサンプリングデータに対する窓関数処理と、窓関数処理後の第2のデータに対するフーリエ変換処理とを行ってもよい。   Furthermore, when it is determined that the motion state is a steady motion state, the signal processing unit 130 uses the first window function as a first frequency decomposition process and performs sampling on the pulse wave detection signal sampling data. When the window function process and the Fourier transform process on the first data after the window function process are performed and it is determined that the motion state is an unsteady motion state, the first frequency decomposition process is performed as the first frequency decomposition process. A window function process for the sampling data of the pulse wave detection signal and a Fourier transform process for the second data after the window function process may be performed using a second window function different from the above window function.

これにより、脈波検出信号が周期性を有する場合と、周期性を有さない場合において、それぞれ異なる窓関数を用いて窓関数処理を行うこと等が可能になる。   This makes it possible to perform window function processing using different window functions, for example, when the pulse wave detection signal has periodicity and when it does not have periodicity.

ここで、脈波検出信号のサンプリングデータD〜D(Nは2以上の正の整数)のうちの第jのサンプリングデータDは、第iのサンプリングデータDがサンプリングされたタイミングよりも後のタイミングにサンプリングされたデータである(整数i、jは、0≦i<N/2<j≦Nを満たす整数)。 Here, the j-th sampling data D j among the sampling data D 0 to D N (N is a positive integer of 2 or more) of the pulse wave detection signal is based on the timing at which the i- th sampling data D i is sampled. (Integers i and j are integers satisfying 0 ≦ i <N / 2 <j ≦ N).

この時、信号処理部130は、運動状態が定常的運動状態であると判定された場合には、第jのサンプリングデータDに対応する窓関数値h(j)が最大値となり、第iのサンプリングデータDに対応する窓関数値h(i)が窓関数値h(j)よりも小さい値となる非対称窓関数を第1の窓関数として、窓関数処理を行い、運動状態が非定常的運動状態であると判定された場合には、第1の窓関数と異なる非対称窓関数である第2の窓関数により窓関数処理を行ってもよい。 At this time, if the signal processing unit 130 determines that the motion state is a steady motion state, the window function value h (j) corresponding to the jth sampling data Dj becomes the maximum value, and the i th The window function processing is performed using the asymmetric window function in which the window function value h (i) corresponding to the sampling data D i is smaller than the window function value h (j) as the first window function, and the motion state is not When it is determined that the stationary motion state is present, the window function processing may be performed using a second window function that is an asymmetric window function different from the first window function.

すなわち、運動状態が定常的運動状態である時に用いる窓関数と、非定常的運動状態である時に用いる窓関数は、それぞれ異なる非対称窓関数であってもよい。   That is, the window function used when the motion state is a steady motion state and the window function used when the motion state is an unsteady motion state may be different from each other.

これにより、脈波検出信号が周期性を有する場合と、周期性を有さない場合において、それぞれ異なる非対称窓関数を用いて窓関数処理を行うこと等が可能になる。   This makes it possible to perform window function processing using different asymmetric window functions, for example, when the pulse wave detection signal has periodicity and when it does not have periodicity.

また、運動状態が安静状態の時には、脈波検出信号に体動などによるノイズはほとんど含まれない。   Further, when the exercise state is a resting state, the pulse wave detection signal hardly includes noise due to body movement or the like.

そこで、信号処理部130は、運動状態が安静状態であると判定された場合には、第1の周波数分解処理を行い、運動状態が定常的運動状態又は非定常的運動状態であると判定された場合には、第2の周波数分解処理を行ってもよい。   Therefore, when it is determined that the motion state is a resting state, the signal processing unit 130 performs the first frequency decomposition process, and determines that the motion state is a steady motion state or an unsteady motion state. In such a case, the second frequency decomposition process may be performed.

これにより、運動状態が安静状態である場合と、運動状態が定常的運動状態又は非定常的運動状態である場合とで、異なる周波数分解処理を行うこと等が可能になる。   Accordingly, it is possible to perform different frequency decomposition processing, for example, when the motion state is a resting state and when the motion state is a steady motion state or an unsteady motion state.

具体的には、信号処理部130は、運動状態が安静状態であると判定された場合には、第1の周波数分解処理としてパワースペクトル密度推定処理を行い、運動状態が運動中状態であると判定された場合には、第2の周波数分解処理として、脈波検出信号のサンプリングデータに対する窓関数処理と、窓関数処理後のデータに対するフーリエ変換処理とを行ってもよい。   Specifically, when it is determined that the exercise state is the resting state, the signal processing unit 130 performs the power spectrum density estimation process as the first frequency decomposition process, and the exercise state is the in-exercise state. If it is determined, as the second frequency decomposition process, a window function process for the sampling data of the pulse wave detection signal and a Fourier transform process for the data after the window function process may be performed.

これにより、運動状態が定常的運動状態又は非定常的運動状態である場合には、サイドローブの抑制効果の高い周波数分解処理を行い、運動状態が安静状態である場合には、更にリアルタイム性を重視した周波数分解処理を行うこと等が可能になる。   As a result, when the motion state is a steady motion state or an unsteady motion state, frequency decomposition processing with a high side lobe suppression effect is performed, and when the motion state is a resting state, real-time characteristics are further improved. It is possible to perform an important frequency decomposition process.

また、信号処理部130は、運動状態が定常的運動状態又は非定常的運動状態であると判定された場合には、第jのサンプリングデータDに対応する窓関数値h(j)が最大値となり、第iのサンプリングデータDに対応する窓関数値h(i)が窓関数値h(j)よりも小さい値となる非対称窓関数を第1の窓関数として、窓関数処理を行ってもよい。 Further, when it is determined that the motion state is a steady motion state or an unsteady motion state, the signal processing unit 130 has a maximum window function value h (j) corresponding to the j-th sampling data D j. The window function processing is performed using the asymmetric window function in which the window function value h (i) corresponding to the i th sampling data D i is smaller than the window function value h (j) as the first window function. May be.

これにより、運動状態が定常的運動状態又は非定常的運動状態である場合に、非対称窓関数による窓関数処理を行って、リアルタイム性の改善された周波数分解処理を行うこと等が可能となる。   Thus, when the motion state is a steady motion state or an unsteady motion state, it is possible to perform a window function process using an asymmetric window function and perform a frequency resolution process with improved real-time characteristics.

また、加速度検出信号のスペクトルに基づいて運動を開始したか否かを判定し、判定結果に基づき、実行する周波数分解処理を切り替えても良い。図15(A)には、運動開始前の加速度検出信号のスペクトルを示しており、図15(B)には、運動開始直後の加速度検出信号のスペクトルを示している。具体的な判定方法は図12のフローチャートに示した通りである。このように、加速度検出信号の波形を観測すれば、運動を開始したか否かを判断することができる。   Further, it may be determined whether or not exercise has started based on the spectrum of the acceleration detection signal, and the frequency resolution processing to be executed may be switched based on the determination result. FIG. 15A shows the spectrum of the acceleration detection signal before the start of exercise, and FIG. 15B shows the spectrum of the acceleration detection signal immediately after the start of exercise. A specific determination method is as shown in the flowchart of FIG. In this way, by observing the waveform of the acceleration detection signal, it can be determined whether or not exercise has started.

さらに、加速度検出信号のスペクトルに基づいて運動を停止したか否かを判定し、判定結果に基づき、実行する周波数分解処理を切り替えても良い。図16(A)には、運動中の加速度検出信号のスペクトルを示しており、図16(B)には、運動停止直後の加速度検出信号のスペクトルを示している。具体的な判定方法は図12のフローチャートに示した通りである。このように、加速度検出信号の波形を観測すれば、運動を停止したか否かを判断することができる。   Further, it may be determined whether or not the exercise is stopped based on the spectrum of the acceleration detection signal, and the frequency resolution processing to be executed may be switched based on the determination result. FIG. 16A shows the spectrum of the acceleration detection signal during exercise, and FIG. 16B shows the spectrum of the acceleration detection signal immediately after stopping the exercise. A specific determination method is as shown in the flowchart of FIG. Thus, by observing the waveform of the acceleration detection signal, it is possible to determine whether or not the exercise has been stopped.

さて、前述した第2の検出信号の用途は、信号状態の判定だけには限られない。   Now, the use of the second detection signal described above is not limited to the determination of the signal state.

すなわち、信号処理部130は、第2の検出信号に基づいて、第1の検出信号に対して信号処理を行ってもよい。   That is, the signal processing unit 130 may perform signal processing on the first detection signal based on the second detection signal.

具体的には、信号処理部130(ノイズ低減処理部131)は、第2の検出信号に基づいて、第1の検出信号に対するノイズ低減処理を、前述した信号処理として行ってもよい。   Specifically, the signal processing unit 130 (noise reduction processing unit 131) may perform the noise reduction processing on the first detection signal as the signal processing described above based on the second detection signal.

ここで、拍動検出装置100においては、脈波センサーから取得される脈波センサー信号(或いはそれから取得される脈波検出信号)には種々のノイズが混入することが想定される。よって、脈波センサー信号に含まれる体動ノイズ成分等を低減するノイズ低減処理を行わないとすれば、検出される拍動情報にもノイズの影響が及ぶため、当該拍動情報の値は装着者の実際の拍動を正確に表していない可能性がある。この場合に、拍動情報を単純に出力したのでは、当該拍動情報に基づくユーザーの判断を誤らせかねない。   Here, in the pulsation detection device 100, it is assumed that various noises are mixed in the pulse wave sensor signal acquired from the pulse wave sensor (or the pulse wave detection signal acquired therefrom). Therefore, if noise reduction processing that reduces body movement noise components included in the pulse wave sensor signal is not performed, the detected pulsation information will be affected by noise, so the value of the pulsation information is attached May not accurately represent the person's actual beat. In this case, if the pulsation information is simply output, the user's judgment based on the pulsation information may be mistaken.

そこで、ノイズ低減処理部131は、第1の検出信号である体動検出信号を用いて、脈波検出信号から体動に起因したノイズ(体動ノイズ成分)を低減する処理を行ってもよい。   Therefore, the noise reduction processing unit 131 may perform processing for reducing noise (body motion noise component) due to body motion from the pulse wave detection signal using the body motion detection signal that is the first detection signal. .

ここで、体動ノイズ成分(体動ノイズ成分信号)とは、脈波センサー信号に含まれる成分信号のうち、人間の定常的な運動・動作(体動)等に起因して生じた血管の容積変化を示す成分信号のことをいう。例えば、腕や指に装着する脈拍計の場合、歩行中、ジョギング中の腕振りの影響で、その腕振りのリズムに合わせて血管に容積変化が生じる。このように人間が定常的な動作をすることにより、体動ノイズ成分は、周期的信号となり、その動作の周波数を持った成分信号となる。また、体動ノイズ成分は、脈波センサー装着部位近辺に装着した加速度センサーが出力する信号の波形と相関性が高いという特徴を持つ。   Here, the body motion noise component (body motion noise component signal) is a component signal included in the pulse wave sensor signal, which is a blood vessel generated due to human steady motion / motion (body motion) or the like. A component signal indicating a change in volume. For example, in the case of a pulse meter attached to an arm or a finger, the volume of the blood vessel changes in accordance with the rhythm of the arm swing due to the effect of the arm swing while walking or jogging. When a human performs a steady motion in this way, the body motion noise component becomes a periodic signal, and becomes a component signal having the frequency of the motion. In addition, the body motion noise component has a feature that it has a high correlation with the waveform of a signal output from the acceleration sensor mounted in the vicinity of the site where the pulse wave sensor is mounted.

脈波センサー211から取得された脈波センサー信号には、心拍に起因する成分の他に、体動に起因する成分等も含まれている。それは、拍動情報の演算に用いられる脈波検出信号(DC成分カット後の脈波センサー信号)でも同様である。このうち拍動情報の演算に有用であるのは心拍に起因する成分であって、体動等に起因する成分は演算の妨げとなる。よって、体動センサーを用いて体動に起因する信号(体動検出信号)を取得し、脈波検出信号から体動検出信号と相関のある信号成分(推定体動ノイズ成分と呼ぶ)を除去することで、脈波検出信号に含まれる体動ノイズ成分を低減する。ただし、脈波検出信号中の体動ノイズ成分と、体動センサーからの体動検出信号は、ともに同一の体動に起因する信号であったとしてもその信号レベルまで同一であるとは限らない。よって、例えば、体動検出信号に対して適応的にフィルター係数が決定されるフィルター処理を行うことで推定体動ノイズ成分を算出し、脈波検出信号と算出した推定体動ノイズ成分のみからなる信号との差分をとるものとする。   The pulse wave sensor signal acquired from the pulse wave sensor 211 includes a component caused by body movement in addition to a component caused by heartbeat. The same applies to the pulse wave detection signal (pulse wave sensor signal after the DC component cut) used for the calculation of pulsation information. Of these, components useful for the calculation of pulsation information are components caused by heartbeats, and components caused by body movements obstruct the calculation. Therefore, a signal (body motion detection signal) resulting from body motion is acquired using a body motion sensor, and a signal component correlated with the body motion detection signal (referred to as an estimated body motion noise component) is removed from the pulse wave detection signal. By doing so, the body movement noise component contained in the pulse wave detection signal is reduced. However, even if the body motion noise component in the pulse wave detection signal and the body motion detection signal from the body motion sensor are signals resulting from the same body motion, the signal level is not necessarily the same. . Therefore, for example, an estimated body motion noise component is calculated by performing filter processing in which a filter coefficient is adaptively determined for the body motion detection signal, and only the pulse wave detection signal and the calculated estimated body motion noise component are included. The difference from the signal is taken.

これにより、第1の検出信号に含まれるノイズを低減させ、フーリエ変換後のサイドローブ特性を改善すること等が可能になる。   As a result, it is possible to reduce the noise included in the first detection signal, improve the sidelobe characteristics after Fourier transform, and the like.

また、ノイズ低減処理等の信号処理は、第1の実施形態においても行うことができる。ノイズ低減処理によりノイズを低減させることができれば、前述した第1の実施形態の信号状態が変わるため、よりリアルタイム性を重視した周波数分解処理を行うこと等が可能になる。   Signal processing such as noise reduction processing can also be performed in the first embodiment. If noise can be reduced by the noise reduction processing, the signal state of the first embodiment described above changes, so that it is possible to perform frequency decomposition processing that places more emphasis on real-time performance.

6.その他の適用例
前述した信号解析装置(拍動検出装置)100は、脈拍計測に限らず、その他の計測(解析)においても利用することができる。例えば、各種センサー信号を計測し、その周波数分解結果に基づいて周期、速度、頻度などを算出する分野であれば、あらゆる分野において利用可能である。これにより、従来手法と同等の分解能を維持しながらリアルタイム性の改善された周期、速度、頻度などを算出することができる。
6). Other Application Examples The signal analysis device (beat detection device) 100 described above can be used not only for pulse measurement but also for other measurement (analysis). For example, it can be used in any field as long as various sensor signals are measured and the period, speed, frequency, and the like are calculated based on the frequency decomposition result. As a result, it is possible to calculate the period, speed, frequency, etc. with improved real-time characteristics while maintaining the same resolution as the conventional method.

さらに具体的には、信号解析装置100は、単位時間あたりの歩数を計測するピッチ計測や、加速度検出信号に基づく運動の反復周期計測等に利用することができる。その他にも、心拍間隔のゆらぎを周波数分析することで、交感神経や副交感神経の機能を推定する心拍変動解析(自律神経分析)や、呼吸周期解析、血圧調節周期解析、脳波に含まれる自発電位の計測、気候変動解析、太陽黒点活動の周期解析など、多くの計測や解析に利用することができる。   More specifically, the signal analysis apparatus 100 can be used for pitch measurement for measuring the number of steps per unit time, measurement of a repetition period of movement based on an acceleration detection signal, and the like. In addition, heart rate variability analysis (autonomic nerve analysis) that estimates the function of sympathetic and parasympathetic nerves by frequency analysis of heart rate interval fluctuations, respiratory cycle analysis, blood pressure regulation cycle analysis, self-power generation included in brain waves It can be used for many measurements and analyses, such as measurement of position, climate change analysis, and periodic analysis of sunspot activity.

また、前述した第1の実施形態又は第2の実施形態等の信号解析装置(拍動検出装置)100及び電子機器等は、その処理の一部または大部分をプログラムにより実現してもよい。   In addition, the signal analysis device (beat detecting device) 100 and the electronic device or the like of the first embodiment or the second embodiment described above may realize part or most of the processing by a program.

これにより、第1の実施形態又は第2の実施形態等の処理をプログラムにより実現することが可能になる。プログラムは、例えば、スマートフォン等のようなデバイスの処理部(例えばDSP)等に読み出されて実行されるプログラムであってもよい。   As a result, the processing of the first embodiment or the second embodiment can be realized by a program. The program may be a program that is read and executed by a processing unit (for example, a DSP) of a device such as a smartphone.

また、ユーザーが装着する脈波検出デバイスは、脈波センサー211と、脈波センサー211からの脈波センサー信号を無線又は有線で通信する通信部から構成されてもよい。その場合、第1の実施形態又は第2の実施形態のプログラムは、脈波検出デバイスとは別体として設けられ、前述した通信部から脈波センサー信号を受信する情報処理システムの処理部(例えばCPU)等に読み出されて実行される。この情報処理システムはPC等のユーザーによる装着が想定されないものであってもよいし、スマートフォン等のユーザーによる装着(携帯)が想定されるものであってもよい。また、インターネット等のネットワークを介して接続されたサーバーシステム等を情報処理システムとしてもよい。   Further, the pulse wave detection device worn by the user may include a pulse wave sensor 211 and a communication unit that communicates a pulse wave sensor signal from the pulse wave sensor 211 wirelessly or by wire. In that case, the program of the first embodiment or the second embodiment is provided as a separate body from the pulse wave detection device, and a processing unit (for example, an information processing system that receives a pulse wave sensor signal from the communication unit described above (for example, CPU) and the like are executed. This information processing system may not be assumed to be worn by a user such as a PC, or may be assumed to be worn (mobile) by a user such as a smartphone. Further, a server system or the like connected via a network such as the Internet may be used as the information processing system.

脈波検出デバイスと、プログラムが実行される情報処理システムが別体である場合、拍動情報のユーザーへの提示に用いられる表示部70は任意の箇所に設けられる。例えば、情報処理システムの表示部70に表示してもよいし、脈波検出デバイスに表示部70を設け、情報処理システムから出力された拍動情報を表示してもよい。また、異なる機器(例えば情報処理システムとしてサーバーシステムを用いた場合の任意のクライアント装置等)の表示部70に表示してもよい。   When the pulse wave detection device and the information processing system on which the program is executed are separate, the display unit 70 used for presenting pulsation information to the user is provided at an arbitrary location. For example, you may display on the display part 70 of an information processing system, the display part 70 may be provided in a pulse wave detection device, and the pulsation information output from the information processing system may be displayed. Moreover, you may display on the display part 70 of a different apparatus (for example, arbitrary client apparatuses, etc. when a server system is used as an information processing system).

そして、上記のプログラムは、情報記憶媒体に記録される。ここで、情報記録媒体としては、DVDやCD等の光ディスク、光磁気ディスク、ハードディスク(HDD)、不揮発性メモリーやRAM等のメモリーなど、情報処理システム等によって読み取り可能な種々の記録媒体を想定できる。   The above program is recorded on an information storage medium. Here, as the information recording medium, various recording media that can be read by an information processing system such as an optical disk such as a DVD or a CD, a magneto-optical disk, a hard disk (HDD), a memory such as a nonvolatile memory or a RAM can be assumed. .

以上のように第1の実施形態及び第2の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、信号解析装置(拍動検出装置)100、電子機器及びプログラム等の構成、動作も第1の実施形態及び第2の実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。   As described above, the first embodiment and the second embodiment have been described in detail. However, it is easy for those skilled in the art that many modifications that do not substantially depart from the novel matters and effects of the present invention are possible. You can understand. Accordingly, all such modifications are intended to be included in the scope of the present invention. For example, a term described at least once together with a different term having a broader meaning or the same meaning in the specification or the drawings can be replaced with the different term in any part of the specification or the drawings. Further, the configuration and operation of the signal analysis device (beat detecting device) 100, the electronic device, the program, and the like are not limited to those described in the first embodiment and the second embodiment, and various modifications can be made. is there.

70 表示部、100 信号解析装置(拍動検出装置)、110 信号取得部、
130 信号処理部、131 ノイズ低減処理部、133 窓関数処理部、
135 フーリエ変換処理部、137 パワースペクトル密度推定処理部、
150 信号状態判定部、151 スペクトル値算出部、153 運動状態判定部、170 拍動情報演算部、200 検出部、210 脈波検出部、
211 脈波センサー、215 フィルター処理部、216 A/D変換部、
220 体動検出部、221 体動センサー(モーションセンサー)、
225 フィルター処理部、226 A/D変換部、300 保持機構、
302 ガイド、400 ベース部
70 display unit, 100 signal analysis device (beat detection device), 110 signal acquisition unit,
130 signal processing units, 131 noise reduction processing units, 133 window function processing units,
135 Fourier transform processing unit, 137 power spectrum density estimation processing unit,
150 signal state determination unit, 151 spectrum value calculation unit, 153 exercise state determination unit, 170 pulsation information calculation unit, 200 detection unit, 210 pulse wave detection unit,
211 pulse wave sensor, 215 filter processing unit, 216 A / D conversion unit,
220 body motion detector, 221 body motion sensor (motion sensor),
225 filter processing unit, 226 A / D conversion unit, 300 holding mechanism,
302 guide, 400 base

Claims (16)

センサーを有する検出部から検出信号を取得する信号取得部と、
前記検出信号のサンプリングデータD〜D(Nは2以上の正の整数)に対する窓関数処理と、前記窓関数処理後のデータに対するフーリエ変換処理とを周波数分解処理として行う信号処理部と、
を含み、
前記サンプリングデータD〜Dのうちの第jのサンプリングデータDは、
第iのサンプリングデータDがサンプリングされたタイミングよりも後のタイミングにサンプリングされたデータであり(整数i、jは、0≦i<N/2<j≦Nを満たす整数)、
前記信号処理部は、
前記第jのサンプリングデータDに対応する窓関数値h(j)が最大値となり、前記第iのサンプリングデータDに対応する窓関数値h(i)が前記窓関数値h(j)よりも小さい値となる非対称窓関数により、前記窓関数処理を行うことを特徴とする信号解析装置。
A signal acquisition unit for acquiring a detection signal from a detection unit having a sensor;
A signal processing unit that performs window function processing on the sampling data D 0 to D N (N is a positive integer of 2 or more) of the detection signal and Fourier transform processing on the data after the window function processing as frequency decomposition processing;
Including
Sampling data D j of the j-th of the sampling data D 0 to D N, the
Data sampled at a timing later than the timing at which the i- th sampling data D i is sampled (integers i and j are integers satisfying 0 ≦ i <N / 2 <j ≦ N),
The signal processing unit
The window function value h (j) corresponding to the j-th sampling data D j is the maximum value, and the window function value h (i) corresponding to the i- th sampling data D i is the window function value h (j). A signal analysis apparatus that performs the window function processing using an asymmetric window function having a smaller value.
請求項1において、
前記信号処理部は、
前記サンプリングデータD〜Dのうちの第NのサンプリングデータDに対応する窓関数値h(N)が最小値となる前記非対称窓関数により、前記窓関数処理を行うことを特徴とする信号解析装置。
In claim 1,
The signal processing unit
By the asymmetric window function the sampling data D 0 to D window function corresponding to the N sampled data D N of the N values h (N) is the minimum value, and performs the window function processing Signal analysis device.
請求項1において、
前記信号処理部は、
前記サンプリングデータD〜Dのうちの第NのサンプリングデータDに対応する窓関数値h(N)が最大値となる前記非対称窓関数により、前記窓関数処理を行うことを特徴とする信号解析装置。
In claim 1,
The signal processing unit
By the sampling data D 0 to D the asymmetric window function N-th sampling data D corresponding to the N window function value h (N) is the maximum value of N, and performs the window function processing Signal analysis device.
請求項3において、
前記信号処理部は、
前記サンプリングデータD〜Dのうちの第kのサンプリングデータD〜第NのサンプリングデータD(整数kは、N/2<k<Nを満たす整数)に対応する窓関数値h(k)〜h(N)が全て最大値となる前記非対称窓関数により、前記窓関数処理を行うことを特徴とする信号解析装置。
In claim 3,
The signal processing unit
Sampling data D N of the sampling data D k ~ N-th of the first k of the sampling data D 0 to D N (integer k is, N / 2 <k <integer satisfying N) window function corresponding to the value h ( The signal analysis apparatus characterized in that the window function processing is performed by the asymmetric window function in which k) to h (N) are all maximum values.
請求項2において、
前記信号処理部は、
前記サンプリングデータD〜Dのうちの第pのサンプリングデータD(整数p、M及びNは、0≦p≦3M−1と、N=4M−1を満たす整数)に対しては、下式(1)により前記窓関数処理を行い、
Figure 2013208312
前記第qのサンプリングデータD(整数q、M及びNは、3M≦q≦4M−1と、N=4M−1を満たす整数)に対しては、下式(2)により、
Figure 2013208312
前記窓関数処理を行うことを特徴とする信号解析装置。
In claim 2,
The signal processing unit
For the p-th sampling data D p among the sampling data D 0 to DN (integers p, M and N are integers satisfying 0 ≦ p ≦ 3M−1 and N = 4M−1), The window function processing is performed by the following equation (1),
Figure 2013208312
For the q-th sampling data D q (integers q, M and N are integers satisfying 3M ≦ q ≦ 4M−1 and N = 4M−1), the following equation (2):
Figure 2013208312
A signal analysis apparatus that performs the window function processing.
請求項2において、
前記信号処理部は、
前記サンプリングデータD〜Dのうちの第pのサンプリングデータD(整数p、M及びNは、0≦p≦3M−1と、N=4M−1を満たす整数)に対しては、下式(3)により前記窓関数処理を行い、
Figure 2013208312
前記第qのサンプリングデータD(整数q、M及びNは、3M≦q≦4M−1と、N=4M−1を満たす整数)に対しては、下式(4)により、
Figure 2013208312
前記窓関数処理を行うことを特徴とする信号解析装置。
In claim 2,
The signal processing unit
For the p-th sampling data D p among the sampling data D 0 to DN (integers p, M and N are integers satisfying 0 ≦ p ≦ 3M−1 and N = 4M−1), The window function processing is performed by the following equation (3),
Figure 2013208312
For the q-th sampling data D q (integers q, M and N are integers satisfying 3M ≦ q ≦ 4M−1 and N = 4M−1),
Figure 2013208312
A signal analysis apparatus that performs the window function processing.
請求項2において、
前記信号処理部は、
前記サンプリングデータD〜Dのうちの第pのサンプリングデータD(整数p、M及びNは、0≦p≦3M−1と、N=4M−1を満たす整数)に対しては、下式(5)により前記窓関数処理を行い、
Figure 2013208312
前記第qのサンプリングデータD(整数q、M及びNは、3M≦q≦4M−1と、N=4M−1を満たす整数)に対しては、式h(q)=1により前記窓関数処理を行うことを特徴とする信号解析装置。
In claim 2,
The signal processing unit
For the p-th sampling data D p among the sampling data D 0 to DN (integers p, M and N are integers satisfying 0 ≦ p ≦ 3M−1 and N = 4M−1), The window function processing is performed by the following equation (5),
Figure 2013208312
For the q-th sampling data D q (integers q, M and N are integers satisfying 3M ≦ q ≦ 4M−1 and N = 4M−1), the window is given by the equation h (q) = 1. A signal analysis apparatus characterized by performing function processing.
請求項1乃至7のいずれかにおいて、
前記信号取得部で取得される前記検出信号について信号状態の判定処理を行う信号状態判定部を含み、
前記信号処理部は、
前記信号状態が第1の信号状態であると判定された場合には、第1の非対称窓関数による前記窓関数処理を行い、
前記信号状態が第2の信号状態であると判定された場合には、前記第1の非対称窓関数と異なる第2の非対称窓関数による前記窓関数処理を行うことを特徴とする信号解析装置。
In any one of Claims 1 thru | or 7,
A signal state determination unit that performs a signal state determination process on the detection signal acquired by the signal acquisition unit;
The signal processing unit
When it is determined that the signal state is the first signal state, the window function processing by the first asymmetric window function is performed,
When it is determined that the signal state is the second signal state, the signal processing apparatus performs the window function processing using a second asymmetric window function different from the first asymmetric window function.
請求項1乃至7のいずれかにおいて、
前記信号取得部で取得される前記検出信号について信号状態の判定処理を行う信号状態判定部を含み、
前記信号処理部は、
前記信号状態が第1の信号状態であると判定された場合には、前記非対称窓関数による前記窓関数処理と、前記窓関数処理後のデータに対する前記フーリエ変換処理とを前記周波数分解処理として行い、
前記信号状態が第2の信号状態であると判定された場合には、前記検出信号に対するパワースペクトル密度推定処理を前記周波数分解処理として行うことを特徴とする信号解析装置。
In any one of Claims 1 thru | or 7,
A signal state determination unit that performs a signal state determination process on the detection signal acquired by the signal acquisition unit;
The signal processing unit
When it is determined that the signal state is the first signal state, the window function processing by the asymmetric window function and the Fourier transform processing on the data after the window function processing are performed as the frequency decomposition processing. ,
When it is determined that the signal state is the second signal state, a power spectrum density estimation process for the detection signal is performed as the frequency decomposition process.
請求項1乃至7のいずれかにおいて、
前記信号取得部で取得される前記検出信号について信号状態の判定処理を行う信号状態判定部を含み、
前記検出部は、
前記センサーである第1のセンサーの他に第2のセンサーをさらに有し、
前記信号取得部は、
前記第1のセンサーで取得される第1のセンサー信号に基づく第1の検出信号と、前記第2のセンサーで取得される第2のセンサー信号に基づく第2の検出信号とを前記検出部から取得し、
前記信号状態判定部は、
前記判定処理として、前記第2の検出信号の前記信号状態を判定する処理を行い、
前記信号処理部は、
前記第2の検出信号の前記信号状態が第1の信号状態であると判定された場合には、第1の非対称窓関数を前記非対称窓関数として用いて、前記窓関数処理を前記第1の検出信号に対して行い、
前記第2の検出信号の前記信号状態が第2の信号状態であると判定された場合には、前記第1の非対称窓関数と異なる第2の非対称窓関数を用いて、前記窓関数処理を前記第1の検出信号に対して行うことを特徴とする信号解析装置。
In any one of Claims 1 thru | or 7,
A signal state determination unit that performs a signal state determination process on the detection signal acquired by the signal acquisition unit;
The detector is
In addition to the first sensor that is the sensor, it further has a second sensor,
The signal acquisition unit
A first detection signal based on a first sensor signal acquired by the first sensor and a second detection signal based on a second sensor signal acquired by the second sensor are transmitted from the detection unit. Acquired,
The signal state determination unit
As the determination process, a process of determining the signal state of the second detection signal,
The signal processing unit
When it is determined that the signal state of the second detection signal is the first signal state, the window function processing is performed using the first asymmetric window function as the asymmetric window function. To the detection signal,
When it is determined that the signal state of the second detection signal is the second signal state, the window function processing is performed using a second asymmetric window function different from the first asymmetric window function. A signal analyzing apparatus, wherein the signal analyzing apparatus performs the first detection signal.
請求項1乃至7のいずれかにおいて、
前記信号取得部で取得される前記検出信号について信号状態の判定処理を行う信号状態判定部を含み、
前記検出部は、
前記センサーである第1のセンサーの他に第2のセンサーをさらに有し、
前記信号取得部は、
前記第1のセンサーで取得される第1のセンサー信号に基づく第1の検出信号と、前記第2のセンサーで取得される第2のセンサー信号に基づく第2の検出信号とを前記検出部から取得し、
前記信号状態判定部は、
前記判定処理として、前記第2の検出信号の前記信号状態を判定する処理を行い、
前記信号処理部は、
前記第2の検出信号の前記信号状態が第1の信号状態であると判定された場合には、前記非対称窓関数として第1の非対称窓関数を用いた前記第1の検出信号に対する前記窓関数処理と、前記窓関数処理後のデータに対する前記フーリエ変換処理とを前記周波数分解処理として行い、
前記第2の検出信号の前記信号状態が第2の信号状態であると判定された場合には、前記第1の検出信号に対するパワースペクトル密度推定処理を前記周波数分解処理として行うことを特徴とする信号解析装置。
In any one of Claims 1 thru | or 7,
A signal state determination unit that performs a signal state determination process on the detection signal acquired by the signal acquisition unit;
The detector is
In addition to the first sensor that is the sensor, it further has a second sensor,
The signal acquisition unit
A first detection signal based on a first sensor signal acquired by the first sensor and a second detection signal based on a second sensor signal acquired by the second sensor are transmitted from the detection unit. Acquired,
The signal state determination unit
As the determination process, a process of determining the signal state of the second detection signal,
The signal processing unit
When it is determined that the signal state of the second detection signal is the first signal state, the window function for the first detection signal using the first asymmetric window function as the asymmetric window function Performing the processing and the Fourier transform processing on the data after the window function processing as the frequency decomposition processing,
When it is determined that the signal state of the second detection signal is the second signal state, a power spectrum density estimation process for the first detection signal is performed as the frequency resolution process. Signal analysis device.
請求項10又は11において、
前記信号状態判定部は、
前記判定処理として、前記第2の検出信号に基づいて被検体の運動状態を判定する処理を行い、
前記信号処理部は、
前記運動状態の判定結果に基づいて、前記周波数分解処理を決定することを特徴とする信号解析装置。
In claim 10 or 11,
The signal state determination unit
As the determination process, a process of determining the motion state of the subject based on the second detection signal is performed,
The signal processing unit
The signal analysis apparatus, wherein the frequency resolution processing is determined based on the determination result of the motion state.
請求項1乃至7のいずれかにおいて、
前記検出部は、
前記センサーである第1のセンサーの他に第2のセンサーをさらに有し、
前記信号取得部は、
前記第1のセンサーで取得される第1のセンサー信号に基づく第1の検出信号と、前記第2のセンサーで取得される第2のセンサー信号に基づく第2の検出信号とを、前記検出信号として前記検出部から取得し、
前記信号処理部は、
前記第2の検出信号に基づいて、前記第1の検出信号に対して信号処理を行うことを特徴とする信号解析装置。
In any one of Claims 1 thru | or 7,
The detector is
In addition to the first sensor that is the sensor, it further has a second sensor,
The signal acquisition unit
A first detection signal based on a first sensor signal acquired by the first sensor and a second detection signal based on a second sensor signal acquired by the second sensor; Obtained from the detection unit as
The signal processing unit
A signal analyzing apparatus that performs signal processing on the first detection signal based on the second detection signal.
請求項13において、
前記信号処理部は、
前記第2の検出信号に基づいて、前記第1の検出信号に対するノイズ低減処理を前記信号処理として行うことを特徴とする信号解析装置。
In claim 13,
The signal processing unit
A signal analysis apparatus that performs noise reduction processing on the first detection signal as the signal processing based on the second detection signal.
請求項1乃至14のいずれかに記載の信号解析装置を含むことを特徴とする電子機器。   An electronic apparatus comprising the signal analysis device according to claim 1. センサーを有する検出部から検出信号を取得する信号取得部と、
前記検出信号のサンプリングデータD〜D(Nは2以上の正の整数)に対する窓関数処理と、前記窓関数処理後のデータに対するフーリエ変換処理とを周波数分解処理として行う信号処理部として、
コンピューターを機能させ、
前記サンプリングデータD〜Dのうちの第jのサンプリングデータDは、
第iのサンプリングデータDがサンプリングされたタイミングよりも後のタイミングにサンプリングされたデータであり(整数i、jは、0≦i<N/2<j≦Nを満たす整数)、
前記信号処理部は、
前記第jのサンプリングデータDに対応する窓関数値h(j)が最大値となり、前記第iのサンプリングデータDに対応する窓関数値h(i)が前記窓関数値h(j)よりも小さい値となる非対称窓関数により、前記窓関数処理を行うことを特徴とするプログラム。
A signal acquisition unit for acquiring a detection signal from a detection unit having a sensor;
As a signal processing unit that performs window function processing on sampling data D 0 to D N (N is a positive integer of 2 or more) of the detection signal and Fourier transform processing on the data after the window function processing as frequency decomposition processing,
Make the computer work,
Sampling data D j of the j-th of the sampling data D 0 to D N, the
Data sampled at a timing later than the timing at which the i- th sampling data D i is sampled (integers i and j are integers satisfying 0 ≦ i <N / 2 <j ≦ N),
The signal processing unit
The window function value h (j) corresponding to the j-th sampling data D j is the maximum value, and the window function value h (i) corresponding to the i- th sampling data D i is the window function value h (j). The window function processing is performed by an asymmetric window function having a smaller value.
JP2012080946A 2012-03-30 2012-03-30 Signal analyzer, electronic equipment and program Pending JP2013208312A (en)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012080946A JP2013208312A (en) 2012-03-30 2012-03-30 Signal analyzer, electronic equipment and program
EP13768160.7A EP2832288A4 (en) 2012-03-30 2013-03-26 Pulse detection device, electronic apparatus, and program
CN201380016137.XA CN104203089B (en) 2012-03-30 2013-03-26 Pulsation detector and electronic equipment
US14/388,789 US20150065896A1 (en) 2012-03-30 2013-03-26 Pulsation detecting device, electronic apparatus, and program
PCT/JP2013/002066 WO2013145731A1 (en) 2012-03-30 2013-03-26 Pulse detection device, electronic apparatus, and program

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012080946A JP2013208312A (en) 2012-03-30 2012-03-30 Signal analyzer, electronic equipment and program

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2013208312A true JP2013208312A (en) 2013-10-10

Family

ID=49526822

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012080946A Pending JP2013208312A (en) 2012-03-30 2012-03-30 Signal analyzer, electronic equipment and program

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2013208312A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017507724A (en) * 2014-03-06 2017-03-23 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェKoninklijke Philips N.V. Physiological characteristics determination device
JPWO2015098977A1 (en) * 2013-12-25 2017-03-23 旭化成株式会社 Pulse wave measuring device, portable device, medical device system, and biological information communication system
CN114259206A (en) * 2021-12-02 2022-04-01 萤雪科技(佛山)有限公司 Pulse wave fitting method, system, computer equipment and readable storage medium

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2015098977A1 (en) * 2013-12-25 2017-03-23 旭化成株式会社 Pulse wave measuring device, portable device, medical device system, and biological information communication system
JP2017507724A (en) * 2014-03-06 2017-03-23 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェKoninklijke Philips N.V. Physiological characteristics determination device
CN114259206A (en) * 2021-12-02 2022-04-01 萤雪科技(佛山)有限公司 Pulse wave fitting method, system, computer equipment and readable storage medium
CN114259206B (en) * 2021-12-02 2024-03-29 萤雪科技(佛山)有限公司 Pulse wave fitting method, system, computer device and readable storage medium

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2013145731A1 (en) Pulse detection device, electronic apparatus, and program
WO2013132844A1 (en) Pulse monitor and program
JP5799581B2 (en) Biorhythm disturbance degree calculation device, biological rhythm disturbance degree calculation system, biological rhythm disturbance degree calculation method, program, and recording medium
WO2015004915A1 (en) Biometric information processing device and biometric information processing method
JP6310401B2 (en) Method, system and computer program for processing a signal representing a physiological rhythm
JP2017042386A (en) Biological information processing system and program
CN106999072B (en) Multi-channel ballistocardiograph with cepstral smoothing and quality-based dynamic channel selection
US8603002B2 (en) Apparatus and method for calculating microvibration feature quantity
JP2014171589A (en) Atrial fibrillation analyzation equipment and program
JP6010979B2 (en) Pulsation detection device, electronic device and program
CN112244794A (en) Vital sign detection method and device based on periodic characteristics and storage medium
JP2013208312A (en) Signal analyzer, electronic equipment and program
De Giovanni et al. Ultra-low power estimation of heart rate under physical activity using a wearable photoplethysmographic system
JP5488135B2 (en) Biological information processing device
JP6115329B2 (en) Biological information processing apparatus and biological information processing method
JP2016202603A (en) Biological information processing system, program and control method for biological information processing system
CN107405086B (en) Measurement device, measurement method, and program
JP2013183845A (en) Pulsation detector, electronic device and program
US20130211273A1 (en) Method and apparatus for heart rate measurement
JP5800776B2 (en) Biological motion information detection device
JP5035370B2 (en) Motion detection device, motion detection method, and program
JP2016182165A (en) Biological signal processing device, biological signal processing program, computer readable recording medium recording biological signal processing program and biological signal processing method
JP5998563B2 (en) Pulsation detection device, electronic device and program
CN114652288A (en) Non-cuff type dynamic blood pressure measuring system
JP2013202059A (en) Pulse monitor and program