專利名稱：呼氣吸氣信號的降噪的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及處理呼氣吸氣(breathing)信號(尤其是聲呼氣吸氣信號)領域，更特別地涉及處理呼氣吸氣信號的方法以及用于處理呼氣吸氣信號的系統(tǒng)。
背景技術：
呼氣吸氣信號或呼吸(respiratory)信號和呼吸率是基本的生命體征。呼吸率可以例如從測量的呼吸波形中獲得。例如，呼吸波形信號通過從外部附接到要測量其呼吸的人的傳感器電極而產生。呼吸波形也可以從心電圖(ECG)波形中導出。US6290654B1公開了一種用于檢測呼氣吸氣患者的呼氣吸氣模式的設備。天線式麥克風用來感測呼氣吸氣或打鼾的聲音。來自患者身體的可聽的聲音信號由該麥克風以及位于患者頸部上的另一氣管麥克風轉換成電信號，這些電信號被提供給A/D轉換器。來自對應A/D轉換器的輸出被提供給主動噪聲消除單元，該主動噪聲消除單元用于使用由一組延遲線元件組成的自適應線性濾波器抑制背景噪聲，每個延遲線元件由一個延遲采樣周期以及一組相應的可調節(jié)系數表示。從傳感器輸出中減去自適應線性濾波器的輸出。得到的輸出用來調節(jié)自適應線性濾波器中的抽頭權重以便最小化總的輸出的均方值。來自氣管麥克風的信號噪聲以與來自天線式麥克風的信號噪聲類似的方式進行處理。信號經過帶通濾波并且提供給氣流波形發(fā)生單元的估計的體積。

發(fā)明內容
需要放置附接到人的傳感器電極或麥克風的測量實際上是礙眼的并且對于人是不方便的。這在要處理睡眠的人的呼氣吸氣信號時尤其重要。因此，希望的是能夠處理由遠離呼氣吸氣的人放置的麥克風捕獲的呼氣吸氣信號。例如，當麥克風記錄呼氣吸氣信號時，可以將麥克風置于呼氣吸氣的人的鄰近，例如離呼氣吸氣的人50cm遠。然而，由于由呼氣吸氣引起的聲能通常非常弱，因而信噪比，即呼吸信號與噪聲之間的比率可能非常低，使得從信號中提取諸如呼吸率之類的相關呼吸參數是困難的。希望的是能夠執(zhí)行新的種類的降噪操作，以便有利于在離睡眠的人一定距離處捕獲聲呼氣吸氣信號時確定呼吸參數。已經發(fā)現，大多數麥克風(其具有內置于麥克風中的放大器)表現出這樣的傳感器噪聲，該傳感器噪聲由于放大器的Ι/f噪聲而展現出低通特性。一些像MEMS (微機電系統(tǒng)) 傳感器那樣的麥克風具有近似60dB的信噪比(SNR)，即信號-傳感器噪聲比率。其他較優(yōu)良的麥克風可能具有70-80dB的SNR范圍。希望的是提供一種用于處理呼氣吸氣信號的方法或系統(tǒng)，所述方法或系統(tǒng)有利于降低來自麥克風的傳感器噪聲。為了更好地解決這些關切中的一個或多個，在本發(fā)明的第一方面中，提供了一種處理呼氣吸氣信號的方法，該方法包括
-對于頻譜呼氣吸氣信號執(zhí)行降噪操作以便計算輸出頻譜信號，所述降噪操作使用頻譜減法；以及
-執(zhí)行降噪操作執(zhí)行步驟的頻譜減法中使用的增益函數的二維頻率和時間濾波。例如，降噪操作包括所述執(zhí)行增益函數的二維濾波的步驟。例如，所述方法進一步包括
-基于呼氣吸氣信號，例如基于時域中的呼氣吸氣信號，計算所述頻譜呼氣吸氣信號。例如，呼氣吸氣信號為聲呼氣吸氣信號。例如，呼氣吸氣信號為由麥克風捕獲的信號。例如，計算頻譜呼氣吸氣信號的步驟包括快速傅立葉變換(FFT)。術語“降噪操作”應當被理解為表示適合降低由頻譜呼氣吸氣信號表示的信號中包含的噪聲(例如傳感器噪聲)的操作。術語“濾波”應當被理解為包括平均、中值濾波和其他濾波算法。在使用頻譜減法的降噪操作中，如進一步在下文中進一步詳細地描述的，使用增益函數。通常，呼氣吸氣隨著時間非常緩慢地增加和減少。此外，呼氣吸氣信號的頻率內容不像例如在語音信號的共振峰中那樣表現出顯著的峰和谷。已經發(fā)現，呼氣吸氣聲音的頻譜特性表現出高達近似2kHz的相關信息。由于在呼氣吸氣信號的時頻特性中存在不表現出巨大的峰和谷的大區(qū)域，因而可以有利地應用增益函數的二維頻率和時間濾波。因此，可以在避免呼氣吸氣信號的不可接受的失真的同時改善降噪。例如，增益函數的所述二維頻率和時間濾波為二維頻率和時間平均/中值濾波， 即平均或中值濾波。通常，像平均或中值濾波那樣的濾波算法特別適合于消除異常值 (outlier)。在一個實施例中，增益函數的二維頻率和時間濾波為二維頻率和時間中值濾波。 中值濾波是特別有利的，因為它允許通過由其他值代替異常值而不平滑相關的信號部分來消除異常值。因此，改善了降噪操作的質量。例如，所述方法進一步包括基于將輸出頻譜信號轉換到時域而提供輸出信號。這對于計算呼吸參數可能是有利的。例如，將輸出頻譜信號轉換到時域可以包括逆快速傅立葉變換(IFFT)。例如，所述方法包括基于輸出頻譜信號計算至少一個呼吸參數。一個重要的呼吸參數為例如呼吸率。例如，基于通過將輸出頻譜信號轉換到時域而獲得的所述輸出信號計算所述至少一個呼吸參數。例如，所述至少一個呼吸參數為睡眠質量參數。因此，可以確定睡眠質量。例如，可以確定或估計睡眠的人的睡眠質量，并且可以基于睡眠質量估計提供控制信號。例如，該控制信號可以是用于控制或影響睡眠環(huán)境的外部因素(例如溫度、照明等等)的信號。例如，所述一個或多個控制信號可以被選擇用于改善或增強睡眠的人的睡眠。 另一種可能性是在人的睡眠質量被估計為太低(例如低于睡眠質量閾值)時，提供用于喚醒人的控制信號。在一個實施例中，基于估計的噪聲和幅度譜信號計算頻譜減法中使用的增益函數，所述幅度譜信號基于頻譜呼氣吸氣信號而被計算。例如，計算增益函數可以包括將估計
5的噪聲頻譜除以絕對值頻譜信號。然而，代替絕對值頻譜信號的是，也可以使用例如平方絕對值，即功率譜信號。因此，在這種情況下，基于幅度譜信號的平方和估計的噪聲計算增益函數。例如，降噪操作包括步驟
-基于頻譜呼氣吸氣信號計算幅度譜信號； -基于估計的噪聲和幅度譜信號計算增益函數； -執(zhí)行增益函數的二維頻率和時間濾波；以及 -通過將頻譜呼氣吸氣信號乘以濾波的增益函數計算輸出頻譜信號。換言之，降噪操作包括上述執(zhí)行增益函數的二維濾波的步驟。因此，實現了高效的降噪操作。例如，降噪操作包括估計噪聲，所述估計噪聲包括基于幅度譜信號的若干連續(xù)塊的平均操作，所述幅度譜信號基于頻譜呼氣吸氣信號而被計算。例如，可以在若干連續(xù)塊上對幅度譜信號進行平均?？商鎿Q地，例如，可以對幅度譜信號的平方(即功率譜信號)進行平均。因此，使用噪聲平穩(wěn)的先驗知識。這例如在其中噪聲主要由麥克風的傳感器噪聲確定的情形中是特別有利的，因為這樣的傳感器噪聲是高度平穩(wěn)的。例如，對于每個頻率槽(bin)， 即在其上定義頻譜信號函數的離散頻率組的每個元素，例如尤其是FFT的頻率槽，執(zhí)行平均操作。例如，所述連續(xù)塊的數量與至少1秒、優(yōu)選地至少3秒、尤其是至少10秒的時間段相應。因此，可以實現高質量的噪聲本底估計。例如，利用與至少0. 05秒、更優(yōu)選地至少0. 1秒或者甚至更優(yōu)選地至少0. 25秒的時間跨度相應的濾波器核執(zhí)行增益函數的所述二維頻率和時間濾波。例如，利用與降噪操作中使用的幅度譜信號的至少3個連續(xù)塊相應的濾波器核執(zhí)行增益函數的所述二維頻率和時間濾波，塊尺寸為例如512個樣本。更優(yōu)選地，塊的數量為至少5個或者甚至更優(yōu)選地至少7個。因此，可以改善降噪。例如，利用與至少40Hz、更優(yōu)選地至少75Hz或者甚至更優(yōu)選地至少IOOHz的頻率跨度相應的濾波器核執(zhí)行增益函數的所述二維頻率和時間濾波。例如，濾波器核可以與至少250Hz的頻率跨度相應。例如，利用與至少3個頻率槽、更優(yōu)選地至少5個頻率槽或者甚至更優(yōu)選地至少7個頻率槽相應的濾波器核執(zhí)行增益函數的所述二維頻率和時間濾波。因此，可以高效地移除傳感器噪聲。例如，所述方法包括以至少4kHz、優(yōu)選地至少SkHz的采樣頻率采樣呼氣吸氣信號。這種相對較高的采樣頻率的使用是有利的，因為呼氣吸氣聲音的頻譜特性表現出高達 2kHz的相關信息。因此，可以改善降噪。例如，所述方法可以包括下采樣基于輸出頻譜信號而計算的輸出信號。使用比計算呼吸參數所需頻率更高的采樣頻率以用于降噪操作允許改善降噪。例如，采樣頻率可以為至少8kHz。此外，使用高的采樣頻率允許執(zhí)行增益函數在頻率和時間上的二維濾波而不使呼氣吸氣聲音失真。在一個實施例中，所述方法進一步包括適應性調節(jié)增益函數的所述二維頻率和時間濾波中使用的濾波器核的濾波器核寬度和/或濾波器核長度；所述適應性調節(jié)基于根據增益函數的二維頻率和時間濾波而獲得的信號的第一時頻區(qū)域中包含的信號能量與第二時頻區(qū)域中包含的噪聲能量(例如音樂音調的能量)之間的比率。這樣的信號為例如濾波的增益函數、頻譜輸出函數或者輸出函數，其全部取決于濾波的增益函數。例如，所述信號可以是通過增益函數的二維頻率和時間濾波而獲得的濾波的增益函數。例如，第一時頻區(qū)域由第一頻率范圍和第一時間范圍組成，并且第二時頻區(qū)域由第二頻率范圍和第二時間范圍組成。例如，第一頻率范圍為較低的頻率范圍，并且第二頻率范圍為較高的頻率范圍。濾波器核寬度與濾波器核的頻率跨度相應，并且濾波器核長度與濾波器核的時間跨度相應。優(yōu)選地，第一和第二時頻區(qū)域被選擇成使得想要的信號(即呼氣吸氣聲音)的能量對于第一時頻區(qū)域內包含的能量產生相當大的貢獻。因此，鄰域中但是在第一時頻區(qū)域外部包含的能量，尤其是適當選擇的第二時頻區(qū)域內包含的能量可以歸結為噪聲，例如音樂音調。術語“信號能量”和“噪聲能量”指的是信號振幅的絕對值的平方積分，并且可以在時域或頻域計算。換言之，術語“噪聲能量”應當被理解為表示假定可歸結為噪聲的信號能量°例如，所述適應性調節(jié)包括優(yōu)化所述函數的第一時頻區(qū)域內包含的信號能量與第二時頻區(qū)域內包含的噪聲能量之間的比率。例如，第一時間范圍可以被選擇成使得它相應于或者包括所述信號的(局部)最大
信號能量。例如，所述第一和第二時間范圍可以沒有重疊。例如，所述第一和第二時間范圍可以是連續(xù)的時間范圍。例如，第二時間范圍可以在第一時間范圍之前。例如，逐步地，例如按照固定數量的頻率槽或者固定數量的時間塊適應性調節(jié)濾波器核寬度和/或濾波器核長度。例如，基于增益函數的二維頻率和時間濾波獲得所述信號，所述濾波利用測試濾波器核執(zhí)行，該測試濾波器核的寬度和/或長度分別不同于執(zhí)行增益函數的濾波的步驟中當前使用的濾波器核的寬度和/或長度。出于以下的原因，適應性調節(jié)濾波器核寬度和/或濾波器核長度是有利的。呼氣吸氣信號的特性時頻模式可以隨著時間和具體的人而變化。例如，人可以具有吸氣和呼氣，其中大多數呼氣吸氣能量集中于特定的時間跨度，而對于其他人而言，呼氣吸氣能量可能跨更長的時間跨度散布。類似地，頻率特性也可以隨著不同的人而變化。除了因人而異之外，也可能存在單個人的呼氣吸氣信號的時頻特性隨著時間的差異。例如，當這個人感冒時，通常呼氣吸氣過程通過嘴而不是鼻發(fā)生，并且時頻特性很可能改變。盡管頻譜減法造成的音樂音調可以通過選擇足夠大的核尺寸而最小化或者被移除，但是太大的核尺寸可能導致呼氣吸氣聲音的失真，例如頻譜和/或時間上的涂抹 (smear out)。因此，適應性調節(jié)濾波器核寬度和/或濾波器核長度可以在最小化呼氣吸氣聲音的失真的同時改善降噪。在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種用于處理呼氣吸氣信號的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括
-降噪單元，其用于通過對頻譜呼氣吸氣信號執(zhí)行降噪操作而計算輸出頻譜信號，其中降噪操作使用頻譜減法；以及
-濾波器單元或濾波器，其用于執(zhí)行頻譜減法中使用的增益函數的二維頻率和時間濾波。例如，所述系統(tǒng)可以適于執(zhí)行如上面所描述的處理呼氣吸氣信號的方法。
例如，所述系統(tǒng)進一步包括
-頻譜分析單元或頻譜分析器，其用于基于呼氣吸氣信號，即時域中的呼氣吸氣信號， 計算所述頻譜呼氣吸氣信號。例如，將呼氣吸氣信號輸入到頻譜分析單元。例如，將頻譜分析單元的包括頻譜呼氣吸氣信號的輸出輸入到降噪單元。例如，輸出頻譜信號由降噪單元輸出。例如，降噪單元包括濾波器單元。例如，濾波器單元為用于執(zhí)行增益函數的二維頻率和時間中值濾波的中值濾波單元。例如，頻譜分析單元、降噪單元和/或濾波器單元為用于對呼氣吸氣信號濾波的系統(tǒng)的頻譜減法單元的部分。例如，所述系統(tǒng)進一步包括用于基于將輸出頻譜信號轉換到時域而計算輸出信號的合成單元。例如，頻譜分析單元的輸出耦合到降噪單元的輸入。例如，降噪單元的輸出耦合到合成單元的輸入。例如，所述系統(tǒng)進一步包括用于基于輸出頻譜信號計算至少一個呼吸參數的呼氣吸氣分析單元。例如，降噪單元的輸出或者頻譜減法單元的輸出或者合成單元的輸出可以耦合到呼氣吸氣分析單元的輸入。在一個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括濾波器適應性調節(jié)單元，其用于適應性調節(jié)增益函數的所述二維頻率和時間濾波中使用的濾波器核的濾波器核寬度和/或濾波器核長度，其中所述適應性調節(jié)基于根據增益函數的二維頻率和時間濾波而獲得的信號的第一時頻區(qū)域中包含的信號能量與第二時頻區(qū)域中包含的噪聲能量之間的比率。濾波器適應性調節(jié)單元可以被設置用于執(zhí)行如上面所描述的適應性調節(jié)濾波器核寬度和/或濾波器核長度的步驟。本發(fā)明的這些和其他方面根據以下描述的實施例將是清楚明白的，并且將參照這些實施例進行闡述。


圖1示意性地示出了用于處理呼氣吸氣信號的系統(tǒng)以及該系統(tǒng)中的數據流。圖2示出了圖解說明呼吸吸氣信號的、比較實例的輸出信號的以及圖1系統(tǒng)的輸出信號的聲能的示圖。圖3示意性地示出了用于獲取睡眠的人的呼氣吸氣信號的設置。圖4示意性地示出了用于處理呼氣吸氣信號的系統(tǒng)的另一實施例。
具體實施例方式圖1示例性地示出了用于處理呼氣吸氣信號的系統(tǒng)。用于處理呼氣吸氣信號的系統(tǒng)和方法將在下文中參照圖1進行描述。在圖1中，通過箭頭示意性地示出了信號或數據流。細線箭頭示出時域中的信號， 或者如果顯式提及的話，示出一個或多個參數。粗的有輪廓的箭頭表示時域中的數據塊流或者頻域中的數據塊流。置于離睡眠的人例如50cm的距離處的麥克風捕獲的呼氣吸氣信號10由采樣器或
8采樣單元12采樣并且設置成時間塊。例如，采樣頻率為8kHz。8kHz的采樣率對于保持呼氣吸氣信號中的呼氣吸氣聲音的相關信息是足夠的。例如，將信號轉換成連續(xù)的B樣本塊。 例如，B=256。采樣單元12的輸出耦合到塊級聯和加窗單元14的輸入，該塊級聯和加窗單元通過將當前塊的樣本與來自至少一個先前的塊的樣本級聯而構造連續(xù)的時間塊或者M樣本塊。例如，將當前塊的樣本與先前的塊的樣本級聯成M個樣本，其中M=2B。例如，M=512。例如，塊的M個樣本由Hann窗加窗，Hann窗也稱為升余弦窗。單元14的輸出耦合到頻譜分析單元16的輸入。例如，單元16使用FFT運算將M 樣本塊轉換到頻域。因此，單元16輸出具有M個頻率槽的復譜的連續(xù)重疊時間塊形式的頻譜呼氣吸氣信號18。單元16的輸出耦合到幅度譜計算單元20的輸入。單元20將頻譜信號18的復頻譜轉換成具有M/2+1個頻率槽的幅度譜信號22。例如，在15. 625Hz的頻率分辨率下，M/2+l=257。單元20的輸出耦合到噪聲估計單元M的輸入和增益函數計算單元沈的輸入。噪聲估計單元M估計頻譜噪聲本底并且將幅度噪聲頻譜信號觀輸出到增益函數計算單元沈。因此，單元M的輸出耦合到單元沈的另一輸入。例如，通過對幅度譜信號 22的若干連續(xù)時間塊進行平均而估計噪聲。例如，信號22的塊數量可以與10秒或更多的時間段相應。單元沈基于幅度譜信號22和估計的幅度噪聲頻譜信號觀計算增益函數30。例如，增益函數30具有這樣的頻譜的連續(xù)塊的形式以及M/2+1的塊尺寸，該頻譜具有0與1 之間的頻譜值。用于噪聲頻譜減法的增益函數的計算同樣地在例如語音增強領域中是已知的。通常，計算增益函數，使得噪聲的頻譜減法可以通過在頻域中將頻譜信號18乘以增益函數30 而執(zhí)行。例如，可以將頻譜或增益函數30計算為Gn=maX(l-Wn/|X|，λ)，其中X為頻譜呼氣吸氣信號18，W為估計的噪聲頻譜信號，并且η=0，...，M/2+1。在這里，λ為限制降噪量的所謂的頻譜本底。如果λ =0，那么獲得最大的降噪量。單元沈輸出的頻譜或增益函數30輸入到濾波單元32，例如2D中值濾波單元。濾波單元32例如執(zhí)行增益函數或頻譜30的二維頻率和時間中值濾波。例如，濾波單元32具有中值濾波核，該中值濾波核具有7個頻率槽的寬度和7個時間塊的長度。在中值濾波中， 通過取頻譜的鏡像而執(zhí)行從Μ/2+1個頻率槽到M個頻率槽的擴展。濾波單元32輸出濾波的增益函數34。單元32和單元16的輸出耦合到頻譜乘法單元36的輸入，該頻譜乘法單元將頻譜信號18和濾波的增益函數34相乘，從而執(zhí)行估計的噪聲的頻譜減法。因此，產生了輸出頻譜信號38。單元36的輸出耦合到合成單元40的輸入，該合成單元例如通過執(zhí)行IFFT將輸出頻譜信號38轉換到時域。因此，單元20、24J6、32和36形成用于對頻譜信號18執(zhí)行降噪操作，從而計算輸出頻譜信號38的降噪單元。單元40的輸出耦合到塊重疊和相加單元42的輸入，該塊重疊和相加單元基于從單元40接收的M樣本塊的重疊部分的相加計算B樣本塊。例如，所述B樣本塊是非重疊的連續(xù)塊。單元42輸出的塊由轉換器單元44轉換成形成輸出信號46的連續(xù)樣本序列。例如，轉換器單元44執(zhí)行下采樣。因此，輸出信號46可以具有比采樣單元12的采樣頻率更低的采樣頻率。例如，轉換器單元44的輸出輸入到呼氣吸氣信號評估單元48，該呼氣吸氣信號評估單元基于輸出信號46計算至少一個呼吸參數50。呼吸參數例如可以為呼吸率。例如， 呼氣吸氣信號評估單元48可以以同樣地在本領域中已知的方式根據輸出信號46計算呼吸率。例如，用于處理呼氣吸氣信號的系統(tǒng)可以包括用于執(zhí)行計算機程序的處理器，該計算機程序適于執(zhí)行上面描述的方法。例如，該處理器和/或計算機程序可以包括和/或形成上面描述的單元(例如單元12、14、16、20、24、洸、28、32、36、40、42、44和/或48)中的一個或多個。例如，該處理器和/或計算機程序可以是適于執(zhí)行上面描述的方法的計算機的一部分。圖2示出了表示隨著時間的信號的聲能的示圖(A)。聲能以涉及圖1系統(tǒng)的采樣單元12輸出的信號值的任意單位示出。示圖(A)示出了呼氣吸氣的人跨近似M秒的呼氣吸氣信號的真實記錄。該呼氣吸氣信號通過使用置于離呼氣吸氣的人近似50cm處的麥克風而被記錄。采樣率為8000Hz， 并且使用了 B=256和M=512的值。由圖可見，信噪比是差的，并且呼吸的聲音是眼睛不可見的。作為一個比較實例，示圖(B)示出了從如圖1中所示的系統(tǒng)獲得的，但是單元32 沒有執(zhí)行中值濾波的輸出信號。因此，示圖(B)示出了估計的噪聲的常規(guī)頻譜減法的結果。 已經發(fā)現，頻譜減法方法在輸出信號中產生音樂音調，這些音調具有時間和頻率上的高度隨機的特性。這些音樂音調或異常值中的一些在示圖(B)中可見。這樣的異常值可能容易被呼氣吸氣信號評估單元或過程錯誤地分類為呼氣吸氣。示圖(C)示出了利用包括2D中值濾波單元32的圖1系統(tǒng)處理示圖(A)的呼氣吸氣信號的結果。7頻率槽乘7時間塊的核尺寸用來獲得示圖(C)中所示的輸出信號46。由圖可見，有效地移除了音樂音調。因此，可以改善單元48對呼吸參數的分類和提取。由于呼氣吸氣隨著時間非常緩慢地增加和減少，并且由于呼氣吸氣的頻率內容也不像其例如存在于語音的元音中那樣表現出巨大的峰和谷，因而可以在二維中執(zhí)行中值濾波而不過度地使呼氣吸氣聲音失真。圖3示意性地示出了用于使用置于睡眠的人M鄰近的一個或多個麥克風52捕獲呼氣吸氣信號10的可能設置。例如，兩個麥克風52置于床的前面角落處。使用不同位置處的兩個麥克風允許適應睡眠的人討的位置變化。例如，可以針對與不同麥克風52相應的兩個呼氣吸氣信號10執(zhí)行上面描述的方法，并且可以選擇具有較高信噪比的呼氣吸氣信號以便計算所述至少一個呼吸參數。圖4示出了用于處理呼氣吸氣信號的系統(tǒng)的另一實施例，該系統(tǒng)與圖1系統(tǒng)的不同之處在于，降噪單元進一步包括濾波器適應性調節(jié)單元56。增益函數計算單元沈的輸出耦合到濾波器適應性調節(jié)單元56的輸入。濾波器適應性調節(jié)單元56確定由濾波單元32 使用的濾波器參數，尤其是濾波器核寬度Nf和濾波器核長度Nt。單元56的參數輸出耦合到單元32的參數輸入。
可以將與若干頻率槽的寬度和若干時間塊的長度相應的核尺寸解釋為濾波的模型階。因此，Nf為針對頻率的模型階并且Nt為針對時間的模型階。為了適應性調節(jié)單元32使用的濾波器核的濾波器核寬度Nf和濾波器核長度Nt， 單元56執(zhí)行以下計算步驟。單元56確定用于計算想要的信號(即呼氣吸氣聲音)的信號能量的第一時間范圍。 例如，確定增益函數的信號能量達到最大值所在的檢測時刻t。例如，將第一時間范圍設置為[t-0.25，t+0. 25]，其中時間值以秒為單位給出。例如，確定用于計算噪聲信號的信號能量的第二時間范圍。例如，將第二時間范圍設置為[t-0. 75，t-0. 25]。例如，然后使用與單元32當前使用的濾波器核具有相同的核尺寸的測試濾波器核執(zhí)行增益函數的二維頻率和時間濾波，從而創(chuàng)建濾波的信號。例如，計算在第一時間范圍內且在例如信號的0_2kHz的第一或較低頻率范圍內包含的信號能量，并且計算在第二時間范圍以及例如2-4kHz的第二或較高頻率范圍內的信號能量，并且計算這兩個信號能量值之間的比率。如果該比率大于特定閾值，那么假設存在呼氣吸氣聲音。然而，如果該比率小于閾值，則這意味著所描述的音樂音調存在于所述較高的頻率范圍內。因此，降噪是不充分的。在例如不充分降噪的情況下，可以針對一個或多個不同核尺寸的測試濾波器核重復利用測試濾波器核對增益函數濾波以及確定所述比率的步驟，并且可以選擇最優(yōu)的核尺寸。然后，將選擇的核濾波器寬度Nf和核濾波器長度Nt輸出到濾波單元32。例如，可以使用核尺寸或核階為(Nttest，Nf test) = (Nt -1, Nf), (Nt, Nf _1)，(Nt, Nf), (Nt, Nf +1)，(Nt +1，Nf)的測試濾波器核確定所述比率，其中(Nt，Nf)為當前的核尺寸。例如，可以將具有最優(yōu)比率的核階選擇為新的核尺寸。例如，可以針對若干呼氣吸氣重復上面描述的確定第一和第二時間范圍以及針對各時間范圍確定所述比率的步驟，并且可以將該比率在所述若干呼氣吸氣上平均。例如，在特定時間過去之后，例如每10分鐘，單元56可以降低針對時間和頻率的模型階，即將濾波器核寬度和長度減少例如值1。因此，可以應用模型階隨著時間的泄漏。 如果為了通過使用不同尺寸的測試濾波器核確定所述比率，僅僅測試了具有比單元32中當前使用的濾波器核更大的濾波器核寬度和/或更大的濾波器核長度的測試濾波器核，那么這是特別有用的。如上面所描述的適應性調節(jié)濾波器核寬度和/或濾波器核長度允許確定單獨的個人的最優(yōu)濾波器核尺寸、該個人的呼氣吸氣狀況和/或聲學條件。因此，可以改善呼吸參數50的計算。盡管在所述附圖和前面的描述中已經詳細地圖示和描述了本發(fā)明，但是這樣的圖示和描述應當被認為是說明性或示例性的，而不是限制性的。本發(fā)明并不限于所公開的實施例。本領域技術人員在實施要求保護的本發(fā)明時，根據對于所述附圖、本公開以及所附權利要求書的研究，應當能夠理解并實施所公開實施例的變型。在權利要求書中，措詞“包括/包含”并沒有排除其他的元件或步驟，并且不定冠詞“一”并沒有排除復數。權利要求書中的任何附圖標記都不應當被視為對范圍的限制。
權利要求
1.處理呼氣吸氣信號的方法，包括-對于頻譜呼氣吸氣信號(18)執(zhí)行降噪操作以便計算輸出頻譜信號(38)，所述降噪操作使用頻譜減法；以及-執(zhí)行降噪操作執(zhí)行步驟的頻譜減法中使用的增益函數(30)的二維頻率和時間濾波 (32)。
2.如權利要求1所述的方法，其中增益函數(30)的所述二維頻率和時間濾波(32)為二維頻率和時間平均或中值濾波。
3.如權利要求1或2所述的方法，進一步包括-基于呼氣吸氣信號(10)，計算所述頻譜呼氣吸氣信號(18)。
4.如前面的權利要求中任何一項所述的方法，進一步包括-基于輸出頻譜信號(38)計算至少一個呼吸參數(50)。
5.如前面的權利要求中任何一項所述的方法，其中降噪操作包括步驟-基于頻譜呼氣吸氣信號(18)計算幅度譜信號(22)；-基于估計的噪聲(24)和幅度譜信號(22)計算增益函數(30)；-執(zhí)行增益函數(30)的二維頻率和時間濾波(32)；以及-通過將頻譜呼氣吸氣信號(18)乘以濾波的增益函數(34)計算輸出頻譜信號(38)。
6.如前面的權利要求中任何一項所述的方法，其中利用與至少0.05秒的時間跨度相應的濾波器核執(zhí)行增益函數(30)的所述二維頻率和時間濾波(32)。
7.如前面的權利要求中任何一項所述的方法，其中利用與至少40Hz的頻率跨度相應的濾波器核執(zhí)行增益函數(30)的所述二維頻率和時間濾波(32)。
8.如前面的權利要求中任何一項所述的方法，進一步包括-適應性調節(jié)(56)增益函數(30)的所述二維頻率和時間濾波(32)中使用的濾波器核的濾波器核寬度和/或濾波器核長度，其中所述適應性調節(jié)基于根據增益函數的二維頻率和時間濾波而獲得的信號的第一時頻區(qū)域中包含的信號能量與第二時頻區(qū)域中包含的噪聲能量之間的比率。
9.用于處理呼氣吸氣信號的系統(tǒng)，包括-降噪單元(20，對，26，32，36)，其用于通過對頻譜呼氣吸氣信號(18)執(zhí)行降噪操作而計算輸出頻譜信號(38 )，其中降噪操作使用頻譜減法；以及-濾波器單元(32)，其用于執(zhí)行頻譜減法中使用的增益函數(30)的二維頻率和時間濾波。
10.如權利要求9所述的系統(tǒng)，進一步包括-頻譜分析單元(16)，其用于基于呼氣吸氣信號(10)計算所述頻譜呼氣吸氣信號 (18)。
11.如權利要求9或10所述的系統(tǒng)，進一步包括-濾波器適應性調節(jié)單元(56)，其用于適應性調節(jié)增益函數(30)的所述二維頻率和時間濾波(32)中使用的濾波器核的濾波器核寬度和/或濾波器核長度，其中所述適應性調節(jié)基于根據增益函數的二維頻率和時間濾波而獲得的信號的第一時頻區(qū)域中包含的信號能量與第二時頻區(qū)域中包含的噪聲能量之間的比率。
12.計算機程序或計算機程序產品，用于在計算機上執(zhí)行時執(zhí)行如權利要求1-8中任何一項所述的方法。
13.數據載體，包括用于執(zhí)行如權利要求1-8中任何一項所述的方法的步驟的計算機程序。
14.計算機，用于執(zhí)行如權利要求12所述的計算機程序。
全文摘要
本發(fā)明涉及處理呼氣吸氣信號的系統(tǒng)和方法。對于頻譜呼氣吸氣信號(18)執(zhí)行降噪操作以便計算輸出頻譜信號(38)，所述降噪操作使用頻譜減法；并且執(zhí)行降噪操作執(zhí)行步驟的頻譜減法中使用的增益函數(30)的二維頻率和時間濾波(32)，例如增益函數的二維頻率和時間中值濾波。例如，基于呼氣吸氣信號計算所述頻譜呼氣吸氣信號。
文檔編號A61B7/00GK102469978SQ201080030613
公開日2012年5月23日 申請日期2010年7月2日 優(yōu)先權日2009年7月7日
發(fā)明者M. M. 德克西 R. 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司