[发明专利]一种基于音频信号的心率监测方法、装置及系统

权利要求书

1.一种基于音频信号的心率监测方法，其特征在于，所述基于音频信号的心率监测方法包括：

通过扬声器向外发射调频连续波；

通过麦克风接收声波信号，所述声波信号包括所述调频连续波经过人体胸腔反射得到的反射声波信号和所述调频连续波由所述扬声器直接到达所述麦克风的直接声波信号，所述反射声波信号包括心跳反射声波信号和呼吸反射声波信号；

对所述声波信号进行处理得到心率；

其中，所述对所述声波信号进行处理得到心率包括：

将所述声波信号中的所述直接声波信号滤除得到所述反射声波信号；

将所述反射声波信号转变为基带信号，并计算所述基带信号的相位；

对所述基带信号进行傅里叶变换得到反射声波信号频谱；

根据心跳频率范围和呼吸频率范围在所述反射声波信号频谱中将所述心跳反射声波信号和所述呼吸反射声波信号进行分离得到心率。

2.根据权利要求1所述的基于音频信号的心率监测方法，其特征在于，所述麦克风包括第一麦克风和第二麦克风，所述声波信号包括所述第一麦克风的声波信号和所述第二麦克风的声波信号。

3.根据权利要求2所述的基于音频信号的心率监测方法，其特征在于，所述将所述声波信号中的直接声波信号滤除得到所述反射声波信号包括：

通过傅里叶变换计算所述第一麦克风的声波信号r₁(t)和所述第二麦克风的声波信号r₂(t)之间的相对延时δ_t，

其中，F[r₁(t)]表示所述第一麦克风的声波信号r₁(t)的傅里叶变换，F^*[r₂(t)]表示所述第二麦克风的声波信号r₂(t)的傅里叶变换的共轭，f表示与F[r₁(t)]F^*[r₂(t)]对应的频率，x表示待求未知量；

计算所述第一麦克风的声波信号r₁(t)和所述第二麦克风的声波信号r₂(t)之间的互相关系数c，

其中，r₂^shif(t)表示r₂(t)的傅里叶逆变换；

将r₂^shif(t)放大c倍，得到将所述直接声波信号从所述声波信号中滤除后得到所述反射声波信号r^cancel(t)，

r^cancel(t)＝r₁(t)-cr₂^shif(t)。

4.根据权利要求3所述的基于音频信号的心率监测方法，其特征在于，所述将所述反射声波信号转变为基带信号，并计算所述基带信号的相位包括：

所述反射声波信号r^cancel(t)为：

其中，α表示信号幅度，为常数；f_c表示载波频率，F_h＝19kHz，F_l＝17kHz；T_S表示周期，T_S＝10.7ms；τ(t)表示发射的调频连续波与接收的反射声波信号之间的时延，Δf表示调频连续波的信号频率与反射声波信号的频率差，k表示信号频率线性增长的斜率，B表示带宽，B＝F_h-F_l；当时，N₁＝N-1，当时，N₁＝N，N∈Z，Z表示整数；

将所述反射声波信号r^cancel(t)转变为基带信号r_b(t)，

对所述基带信号r_b(t)进行傅里叶变换得到频谱，并选择对应频偏的频点信号b(t)，

对所述频点信号b(t)取相位，得到所述基带信号的相位φ(t)＝2πf_cτ(t)。