一种用于多种生理信号采集设备的信号同步方法及装置

技术领域

本发明公开一种用于多种生理信号采集设备的信号同步方法及装置，涉及生理信号采集技术领域。

背景技术

目前针对多种生理信号采集设备（以下简称采集设备），通常时间记录根据内部的时钟进行，一般仅能同步记录连接于同一台采集设备的数据；

而在实际操作当中，一台采集设备可能并不能支持所有的仪器设备连接；当遇到需多个采集设备同时记录并合并分析时，便需要对各设备间的信号进行同步；

目前主要采用的方式包括：

设置同步时间：对所有采集设备设置同样的系统时间，当结束记录时，按照时间同步所有信号；

人工定标+手动后期核对：通过人为的方式，在各个不同采集设备的信号通道上同时增加干扰信号，在采集完毕后，根据干扰信号进行对齐。

方式1虽然简便，但很难做到完全对齐，且当各采集设备内时钟频率不一致时，会存在随记录时间增加而加大的误差；

方式2除了存在无法对齐的问题外，操作过程繁琐、每个人行为的差异也导致其无法被广泛应用，并进行信号处理；

故现发明一种用于多种生理信号采集设备的信号同步方法及装置，以解决上述问题。

发明内容

本发明针对现有技术的问题，提供一种用于多种生理信号采集设备的信号同步方法及装置，所采用的技术方案为：一种用于多种生理信号采集设备的信号同步方法，所述的方法包括：

S1同时打开同步设备和各采集设备；

S2采集设备开始记录数据；同步设备开始客观计时并发出启动节律信号，使各采集设备记录该信号；

S3各采集设备分别对生理实验中的实验信号进行采集；

S4同步设备结束客观计时并发出结束节律信号，采集设备对结束节律信号进行记录；

S5同步设备输出计时结果，各采集设备分别输出数据记录；

S6根据同步设备发出的启动、结束节律信号对S3中采集的实验信号进行裁取；

S7根据S6裁取的实验信号，通过同步设备输出的计时结果计算各通道采样率，并将各通道采样率合并为同一文件进行保存。

在一些实现方式中，所述启动节律信号和结束节律信号为设定频率的脉冲电流信号。

所述脉冲电流信号，利用与其生理信号类型相应的换能设备将其转换为电信号。

在一些实现方式中，所述S6包括：

S61将截取记录时间在计时结果前的部分作为起始信号寻找段；

S62将截取记录时间在计时结果后的部分作为结束信号寻找段；

S63根据S61和S62的记录模拟起始、结束脉冲，利用线性互相关算法计算

一种用于多种生理信号采集设备的信号同步装置，所述的装置包括同步记录模块、实验记录模块、设备结束模块、计时输出模块、信号裁取模块和采样计算模块：

同步记录模块，将同步设备和各采集设备同时打开；

同步设备开始客观计时并发送出启动节律信号，所述实验记录模块利用各采集设备分别同时对启动节律信号进行记录，对生理实验中的实验信号进行采集；

同步设备结束客观计时并发出结束节律信号，所述设备结束模块利用采集设备对结束节律信号进行记录；

同步设备输出计时结果，所述计时输出模块利用各采集设备分别输出数据记录；

信号裁取模块根据设备发出的启动、结束节律信号对所述实验记录模块采集的实验信号进行裁取；

采样计算模块根据信号裁取模块裁取的试验信号，利用同步设备输出的计时结果计算各通道采样率，并将各通道采样率合并为同一文件进行保存。

在一些实现方式中，所述启动节律信号和结束节律信号为设定频率的脉冲电流信号。

在一些实现方式中，所述脉冲电流信号，利用与其生理信号类型相应的换能设备将其转换为电信号。

所述信号裁取模块具体包括起始截取模块、结束截取模块和脉冲模拟模块：

起始截取模块，将截取记录时间在计时结果前的部分作为起始信号寻找段；

结束截取模块，将截取记录时间在计时结果后的部分作为结束信号寻找段；

脉冲模拟模块，根据起始截取模块和结束截取模块的记录模拟起始、结束脉冲，利用线性互相关算法计算

一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储一条或多条计算机指令，其中，所述一条或多条计算机指令被所述处理器执行时实现如上述在一些实现方式中任意一项所述的用于多种生理信号采集设备的信号同步方法。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读取存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时用以实现如上在一些实现方式中任意一项所述的用于多种生理信号采集设备的信号同步方法。

本发明的有益效果为：本发明装置利用同步记录模块、实验记录模块和设备结束模块配合，在各采集设备产生具有特殊规律的、必然同时发生的信号，能够减小进一步算法的提取难度；利用实时输出模块将实验记录模块和设备结束模块中各采集设备开机关机期间的计时结果同步输出再通过信号裁取模块和采样计算模块配合，通过线性互相关算法+短时间片段的方式，在保证准确性的同时，进一步减少计算量；

通过采用在本发明装置内的时作为标准时间，以释放的起止信号进行定标，最终根据定标和记录时间进行同步的方式，一方面能够解决不同时钟差异的问题，另一方面，标准化的定标序列更容易被程序捕捉，使批量化定标工作成为可能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明方法的流程图；图2是本发明装置实施例三中结构的俯视图；图3是本发明装置实施例三中结构的仰视图；图4是本发明实施例的实施流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例一：

本发明提供一种用于多种生理信号采集设备的信号同步方法，本实施例方案中主体包括两部分，一部分是硬件设计的同步设备，用于在同一时刻产生同一种特殊频率（方便算法查找）、但种类不同（包括但不限于电、声音、气流、压力）的信号；另一部分是软件部分，利用同步设备自身输出的同步信号，以及各不同采集设备记录的生理信号，利用现有算法进行同步；

在使用本发明方法时，如图1所示的流程图，首先按照S1同时打开CED生理信号采集设备、多导睡眠监测设备、录音设备和便携式气流设备开机，和各采集设备；

其中，CED生理信号采集设备和多导睡眠监测设备可采集心电、脑电、肌电、血氧、呼吸运动、气流压力、气流温度、体位、声音信号；录音设备仅可采集声音信号；便携式气流设备可采集气流压力、气流温度信号；

不同采集设备能够记录的信号有所不同，所述采集信号包括但不限于心电、脑电、肌电（颏舌肌、下颌肌等）、血氧、呼吸运动、气流压力、气流温度、体位、声音信号；

对不同类型的采集设备，需要适配相应的刺激装置（如CED生理信号采集设备需要BNC接口，多导睡眠监测设备需要脑点接口）；而对不同类型的信号，则需考虑不同种类的信号输出装置（如录音设备需要声音信号，气流设备需要气流信号）；

然后按照S2采集设备开始记录数据；同步设备开始客观计时并发出启动节律信号，使各采集设备记录该信号；

所述启动节律信号是高于正常采集的波形信号、具有规律的并且非重复、非周期性的信号，为了让各个采集设备都能够采集到信号，故启动节律信号需要满足以下两个需求：显著突出于正常信号，易于算法识别；具有特殊类型的节律，避免误判；

为突出于正常信号，在安全范围内增大刺激强度（如电流强度、声音强度）；

为保证不被重复性杂音所干扰，本发明方法将输出的启动节律信号的频率设定为2-3-5，即分别在第0、2、5、10秒进行输出启动节律信号；

接着按照S3开始生理实验，各采集设备分别对生理实验中的实验信号进行采集，同步设备启动生理实验，发信号给实验设备，同步设备启动采集设备，采集设备对实验中的生理信号进行采集，同步设备判断实验结束；

然后按照S4同步设备结束客观计时并发出结束节律信号，采集设备对结束节律信号进行记录；接着按照S5同步设备输出计时结果，各采集设备分别输出数据记录；

为保证不被重复性杂音所干扰，本发明方法将输出的结束节律信号的频率设定为1-2-5，即分别在第0、1、3、8秒进行输出结束节律信号；

接着，本发明方法按照S5步骤，将S2~S4中CED生理信号采集设备、多导睡眠监测设备、录音设备和便携式气流设备在开机关机期间的同步设备进行计时结果同步输出，向各采集设备输出节律信号；

下一步，本发明方法通过S6根据同步设备发出的启动、结束节律信号对S3中采集的实验信号进行裁取；

最后，本发明方法利用S7根据S6裁取到的，CED生理信号采集设备、多导睡眠监测设备、录音设备和便携式气流设备在开机关机期间信号，通过计时结果重新计算各通道采样率f=计时内采样帧数/计时时间，并合并为同一文件进行保存；

其中，通道采样率本身是由采集设备决定的，其主要依靠两个数据：各通道的采样点数，以及经过时间，采样率fs=采样点数/经过时间；在本发明方法的实施例中，由于考虑到同步问题，需要重新计算；

重新计算的计时时间为同步设备的计时时间；采样点数仍为各采集设备的采样点数；即以同步设备的计时时间替代各采集设备的计时时间；

进一步的，所述启动节律信号和结束节律信号为设定频率的脉冲电流信号；

进一步的，所述脉冲电流信号，利用与其生理信号类型相应的换能设备将其转换为电信号；

再进一步的，所述S6的具体步骤如下：

S61将截取记录时间在计时结果前的部分作为起始信号寻找段；

S62将截取记录时间在计时结果后的部分作为结束信号寻找段；

重点在于信号寻找段的选取：较短的片段来源于同步装置所记录的信号当中，截取到的启动节律信号部分；结束信号也相同；

而较长的信号寻找段则来源于整段生理信号采集设备采集到的信号当中，截取的部分信号。其截取的起止点如下：

设启动节律信号-结束节律信号的记录时间长度为t，生理采集设备总记录时长为T。

用于启动节律信号的片段a1的起止点为：[0, T-t]；用于结束节律信号的片段a2的起止点为：[t, T]；

如总记录时间为30min，计时结果为27min，则0~3min作为起始信号寻找段，27~30min作为结束信号寻找段；

S63根据S61和S62的记录模拟起始、结束脉冲，利用线性互相关算法计算

如在1:23:24秒处，起始信号与模拟起始脉冲信号达到最大

实施例二：

本发明提供一种用于多种生理信号采集设备的信号同步装置，如图3、4所示，在本发明装置工作时，首先通过同步记录模块同时打开CED生理信号采集设备、多导睡眠监测设备、录音设备和便携式气流设备开机，和各采集设备；

其中，CED生理信号采集设备和多导睡眠监测设备可采集心电、脑电、肌电、血氧、呼吸运动、气流压力、气流温度、体位、声音信号；录音设备仅可采集声音信号；便携式气流设备可采集气流压力、气流温度信号；

不同采集设备能够记录的信号有所不同，所述采集信号包括但不限于心电、脑电、肌电（颏舌肌、下颌肌等）、血氧、呼吸运动、气流压力、气流温度、体位、声音信号；

对不同类型的采集设备，需要适配相应的刺激装置（如CED生理信号采集设备需要BNC接口，多导睡眠监测设备需要脑点接口）；而对不同类型的信号，则需考虑不同种类的信号输出装置（如录音设备需要声音信号，气流设备需要气流信号）；

同步设备开始客观计时并发送出启动节律信号，所述实验记录模块利用各采集设备分别同时对启动节律信号进行记录，对生理实验中的实验信号进行采集；

所述启动节律信号是高于正常采集的波形信号、具有规律的并且非重复、非周期性的信号，为了让各个采集设备都能够采集到信号，故启动节律信号需要满足以下两个需求：显著突出于正常信号，易于算法识别；具有特殊类型的节律，避免误判；

为突出于正常信号，在安全范围内增大刺激强度（如电流强度、声音强度）；

为保证不被重复性杂音所干扰，本发明方法将输出的启动节律信号的频率设定为2-3-5，即分别在第0、2、5、10秒进行输出启动节律信号；

接着使用实验记录模块开始生理实验，同步设备结束客观计时并发出结束节律信号，所述设备结束模块利用采集设备对结束节律信号进行记录；即对实验中CED生理信号采集设备、多导睡眠监测设备、录音设备和便携式气流设备采集到的生理信号进行记录，直到实验结束；

然后同步设备输出计时结果，所述计时输出模块利用各采集设备分别输出数据记录；

为保证不被重复性杂音所干扰，本发明装置将输出的结束节律信号的频率设定为1-2-5，即分别在第0、1、3、8秒进行输出结束节律信号；

接着，本发明方装置利用计时输出模块，将实验记录模块和设备结束模块中CED生理信号采集设备、多导睡眠监测设备、录音设备和便携式气流设备在开机关机期间的计时结果同步输出；

下一步，本发明装置通过信号裁取模块根据设备发出的启动、结束节律信号对所述实验记录模块采集的实验信号进行裁取；

最后，本发明装置利用采样计算模块根据信号裁取模块在CED生理信号采集设备、多导睡眠监测设备、录音设备和便携式气流设备在开机关机期间裁取的信号，通过计时结果重新计算各通道采样率f=计时内采样帧数/计时时间，并合并为同一文件进行保存；

其中，通道采样率本身是由采集设备决定的，其主要依靠两个数据：各通道的采样点数，以及经过时间，采样率fs=采样点数/经过时间；在本发明方法的实施例中，由于考虑到同步问题，需要重新计算；

重新计算的计时时间为同步设备的计时时间；采样点数仍为各采集设备的采样点数；即以同步设备的计时时间替代各采集设备的计时时间；

进一步的，所述启动节律信号和结束节律信号为设定频率的脉冲电流信号；

进一步的，所述脉冲电流信号，利用与其生理信号类型相应的换能设备将其转换为电信号；

再进一步的所述信号裁取模块具体包括起始截取模块、结束截取模块和脉冲模拟模块：

起始截取模块：将截取记录时间在计时结果前的部分作为起始信号寻找段；

结束截取模块：将截取记录时间在计时结果后的部分作为结束信号寻找段；

脉冲模拟模块：根据起始截取模块和结束截取模块的记录模拟起始、结束脉冲，利用线性互相关算法计算

如总记录时间为30min，计时结果为27min，则0~3min作为起始信号寻找段，27~30min作为结束信号寻找段；

脉冲模拟模块根据起始截取模块和结束截取模块记录模拟起始、结束脉冲，利用线性互相关算法计算

如在1:23:24秒处，起始信号与模拟起始脉冲信号达到最大

实施例三：

在实施例二的基础上，本发明装置的结构如图2、3所示；本发明装置启动节律信号，该启动节律信号被相应换能装置，如蜂鸣器、微型气泵转换为声信号和压力信号，如原本采集信号即为电信号则无需换能。

实施例四：

本实施例提供一种电子设备，本实施例提供了一种电子设备，该电子设备可以包括存储器和处理器，如图3所示，存储器和处理器集成于电路板中，所述存储器上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述实施例中所述的用于多种生理信号采集设备的信号同步方法；可以理解，电子设备还可以包括，输入/输出(I/O)接口，以及通信组件；设置5号电池盒，为本方面电子设备提供电能；

所述输入/输出(I/O)接口，为对接相应采集设备端口，如图2所示，设计以下接口：

设置BNC接口对应CED生理信号采集装置；

设置脑电接口对应多导睡眠监测装置；

设置蜂鸣器换能装置对应录音设备；

设置压力换能装置，分别对应便携式气流设备；

所述本发明电子设备设有四个可伸长的脉冲输出BNC接口，能够2米范围内的采集设备进行安装，所述脉冲电流信号，利用相应的换能器转换为其他信号，帮助不具有电信号传感器的设备同样进行定标和同步；

通过本发明电子设备在各采集设备产生具有特殊规律的、必然同时发生的信号，能够大大减小进一步算法的提取难度；而通过线性互相关算法+短时间片段的方式，在保证准确性的同时，进一步减少计算量；

其中，处理器用于执行如实施例中的多种生理信号采集设备的信号同步方法中的全部或部分步骤；存储器用于存储各种类型的数据，这些数据例如可以包括电子设备中的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据；

所述处理器可以是专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Cricuit，简称ASIC)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field ProgrammableGateArray，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述实施例中的多种生理信号采集设备的信号同步方法；

所述存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static Random Access Memery，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EEPROM),可擦除可编程只读存储器(Erasable ProgrammableRead-Only Memory，简称EPROM),可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM),只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。

实施例五：

本实施例还提供一种计算机可读存储介质；在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中；

基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤；

而前述的存储介质包括：闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，SD或DX存储器等)、随机访问存储器(RAM)、静态随机访问存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁性存储器、磁盘、光盘、服务器、APP应用商城等等各种可以存储程序校验码的介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时可以实现如下方法步骤：

S1在各采集设备开机后进行信号同步记录；

S2输出启动节律信号，以使得各采集设备记录到该信号，各采集设备开机时开始客观计时；

S3同步设备启动生理实验，发信号给实验设备，同步设备启动采集设备，采集设备对实验中的生理信号进行采集，同步设备判断实验结束；

S4输出结束节律信号，以使得各采集设备记录到该信号，在各采集设备关机时结束客观计时；

S5将S2~S4中各采集设备开机关机期间的计时结果同步输出；

S6根据启动、结束节律信号对S3中记录的信号进行裁取；

S7根据S6裁取的信号，通过计时结果重新计算各通道采样率，并合并为同一文件进行保存。

具体的实施方式和产生的效果可以参考上述实施例中所述，本发明在此不再赘述。

本公开的保护范围不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本公开进行各种改动和变形而不脱离本公开的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本公开权利要求及其等同技术的范围，则本公开的意图也包含这些改动和变形在内。