件实现，并且可以被并行地计算，或者可以被时间复用以接收时域HR信号(PPG信号)和时域加速度计输出信号。
[0038]频谱图计算单元32和34可以将数字化的时域PPG信号转换到频域中。来自PPG传感器的时域信号可以被A/D转换器4a、4b周期性地采样，诸如，举例来说，以128Hz的采样频率。采样(滑动)窗口可以被建立为聚集固定数量的采样，并且在一些例子中，8秒窗口收集第一组数据点(即，128X8 = 1024个采样点)以通过频谱图计算单元32、34馈送初始FFT运算。这样，FFT可以用值8秒的数据来执行。当新的数据采样(在时间t = 9秒时，128个采样)被获取时，可以丢弃值1秒的数据(128个采样)(因此，滑动窗口)，并且可以对第二组1028个数据点获取另一个FFT。该处理可以重复，以使得可以对于1028个时域数据点的滑动窗口获取每个FFT。如以下所使用的，“数据采样”一般是指频谱图32、34或36的输出(1024个数据点)，与A/D转换器的输出完全不同。也就是说，相关的(如在后面的图3-11中所使用的)数据采样是频域中的数据采样，这些采样例如每一秒产生。数据采样被各式各样地称为频谱图采样、时间采样，或者简称为采样。
[0039]加速度计补偿单元36可以接收来自频谱图计算单元32的FDHR信号幅值以及来自频谱图计算单元34的FDA信号幅值，并且可以基于FDA信号幅值来补偿FDHR信号幅值以提供补偿后的FDHR分量幅值。本质上，加速度计补偿单元36的作用是鉴于可能存在于FDHR信号幅值中的加速度诱发的伪像来补偿FDHR信号幅值。这样的补偿趋向于减小或消除加速度诱发的伪像的影响，下面阐述这样的补偿的细节。补偿后的FDHR分量幅值可以被馈送给后处理单元38。后处理单元38可以执行几个功能中的一个或多个，诸如谐波提升和以下将说明的峰值提升。后处理单元38可以将其输出作为处理后的HR信号幅值(或者可替代地被称为处理后的PPG信号幅值)馈送给路径优化单元40。路径优化器单元40可以从处理后的HR信号幅值选择最可能的心率，并且可以将其输出提供给输出单元42。输出单元42可以包括存储器或缓冲器和相关联的I/O设备以提供适合于图1的I/O单元10的输出。时序和控制单元44根据需要将各种时序和控制信号提供给图2的其它组件。
[0040]在某些例子中，图2可以实现为软件程序，并且其中所示的各个方框可以被理解为示出根据本文中的描述的整个程序流程的流程图中的步骤。
[0041]图3示出了来自频谱图计算单元32的示例FDHR信号幅值的绘图。图3是三维(3-D)图示，其中，X、y坐标分别是时间(以秒为单位)和频率(以Hz为单位)，第三维由与每个x、y点处的傅立叶变换的幅值(绝对值)相应的点的大小表示(参见图3的放大部分)。可以看到，来自频谱图计算单元32的FDHR信号幅值的绘图包括两个分量幅值:(1)由区域HR1、HR2表示的频域心率(FDHR)分量幅值以及(2)由区域ART1、ART2、ART3表示的频域伪像(FDART)分量幅值。HR1区域表示基波频率，HR2区域是更弱的一次谐波。这些HR区域表示期望被测量的真实心率信号。一般地，也将存在更高阶次的谐波(诸如二次和三次谐波)，但是为了易于例示说明，同样地在最实用的应用中，基波和一次谐波是需要被考虑的，因为这些更高阶次的谐波的贡献和能量小于基波。ART1、ART2、ART3区域是由当设备12被进行某种锻炼或运动的用户佩戴时PPG传感器信号中固有的加速度诱发伪像造成的。这些加速度诱发伪像可以是周期性的或非周期性的。如果设备12被贴附到用户的手腕，则周期性的加速度诱发伪像可以例如由用户手臂的周期性摆动生成。当用户做出手波动运动或手势时，可以生成非周期性加速度伪像。非周期性加速度一般将不具有明确定义的谐波结构。伪像补偿可以根据本文中所描述的例子被应用于周期性加速度和非周期性加速度两者。在图3中，区域ART1、ART2、ART3可以对应于周期性的加速度影响，就这点而论，与这些区域相应的频率基本上是平直的，对应于例如用户在相关的时间间隔期间的固定频率的手臂运动。HR和ART区域中的每个均可以用上侧和下侧曲线或包络表示。对于HR1，上侧曲线和下侧曲线分别由C1和C2标识，类似的曲线(未被标记)限制HR和ART区域中的每个。
[0042]如本文中所使用的，在论述傅立叶系数时所使用的词语“幅值”是傅立叶系数的绝对值。例如，在术语FDHR信号幅值、FDA信号幅值、FDHR分量幅值、FDART分量幅值以及傅立叶系数幅值中，词语“幅值”意在对应于例如通过傅立叶系数的复共轭计算的傅立叶系数的绝对值，使得这些幅值是实数，通常用浮点值表示。
[0043]图3的时间轴例示了与用户慢跑相应的时间tl和t2之间的第一时间间隔的例子；与用户跑步相应的时间t2和t3之间的示例第二时间间隔；以及与用户走路相应的时间t3和t4之间的示例第三时间间隔。可以看到，通过简单地将1轴频率乘以60以将频率转换为每分钟心跳数，y轴上的傅立叶系数的频率与心率相关。
[0044]图3的放大部分以简化的形式示出了区域HR1内的代表性时间tr时的频谱图的傅立叶系数的幅值。可以看到，较大幅值系数(用较大的圆表示)出现在形成区域HR1的包络的上侧曲线C1和下侧曲线C2的中心附近。虽然示出傅立叶系数的相对幅值或值的放大部分在代表性时间tr时仅针对区域HR1示出，但是应理解，频谱图具有全都沿着代表性时间tr (也就是说，不仅在区域HR1内，而且还在区域HR2、ART1、ART2、ART3内，甚至在这些区域的外部)的系数幅值(值)，但是区域HR1、HR2、ART1、ART2、ART3外部的幅值比这些区域内部的幅值小得多，可以被认为是噪声信号的一部分。
[0045]在图3(以及相关的频谱图图5和6)中指出，包络曲线Cl、C2内的傅立叶系数幅值包含峰值以及这些峰周围的值。理解在所示的每个主要区域之间存在附加的值较小的傅立叶系数幅值点。也就是说，在ART1和HR1之间、在HR1和ART2之间以及其它之间存在较小的傅立叶系数幅值点。这些较小的傅立叶系数幅值例如在图4的投影中被示出，通常是噪声信号的一部分或者靠近噪声信号。
[0046]为了更好地领会图3的3-D性质，图4中示出了在代表性时间tr时沿着频率(y)轴的FDHR信号幅值的示例2-D投影。因此，图4绘制了与沿着x轴的频率相对照的、y轴上的傅立叶系数的(归一化)幅值。因此，HR1的峰被看到具有大于1.8Hz的频率并且具有在代表性时间tr获取的频谱图的最高幅值。如从图3中的代表性时间tr时的HR2区域看到的大约4.2Hz处的一次谐波HR2峰的幅值也在图4中被示出。HR2处的峰的值比HR1处的峰的值小得多。图4还示出了与图3的在代表性时间tr时的区域ART1和ART2相应的ART1和ART2处的伪像分量。如图3中那样，可以看到，在图4中，频谱图的加速伪像分量很好地与真实心率分量分尚。
[0047]由加速度计测暈的加速伪像
[0048]图5示出了从频谱图计算单元34输出的示例加速度计FDA信号幅值的3_D绘图。这些频谱图可以由加速度计6的输出得到。在图5中，ART 1是基波，ART2是一次谐波，ART3是二次谐波。在一些例子中，可以忽视二次谐波和更高阶次的谐波。图5的ART1、ART2、ART3区域对应于图3的ART1、ART2、ART3区域。在图5中，不存在心率分量，因为图5的频谱图是由仅从加速度计获取的信号得到的。图5的放大部分类似于图3的放大部分，因为它意在于示出图5的3-D方面，还有频谱图峰大致落在代表性时间tr时的区域ART1的中心部分处的事实。如图3中那样，频谱图点可以既存在于区域ART1、ART2、ART3内，又存在于区域ART1、ART2、ART3的外部。点A和B在图5中被标记，并且在下面被用于根据某些例子来说明如何执行伪像补偿。
[0049]补偿加速伪像的HR傅立叶系数幅值
[0050]图6例示了示例的补偿后的FDHR分量幅值。也就是说，图6是由加速度补偿单元36补偿之后的图3的频谱图。伪像ARTUART2等可以容易地从图5标识，并且在被如此标识之后，对于标识的区域ART1、ART2的补偿可以应用于图3以得到图6。尽管图6没有示出任何定义的伪像区域(诸如ART1、ART2)，但是与这些区域相应的点一般为非零，并且可以接近噪声水平，就这点而论，在图6中未被明确地示出。(在这一点上，注意图3也没有明确地示出噪声区域，但是一般地，在图3和6中，将存在如图4所示的全部都沿着每个代表性时间采样tr的非零傅立叶系数幅值噪声值)。实际上，伪像的傅立叶系数幅值已经减小到这些幅值与噪声水平相当、因此在图6中未被明确示出的这样的程度。
[0051]图6的放大部分示出了三个标记点P1、P2和P3。这三个点被用在后面对如下面结合图9A-9C、10A-10C和11详细描述的奖励/惩罚算法或方法的描述中。
[0052]根据例子，伪像分量ART1、ART2的每个峰点和周围的峰点的FFT系数可以用基于该峰的任一侧的系数值的插入值取代。可以通过要求ART1、ART2等超过预定阈值来标识峰。可以通过获取伪像峰的任一侧的第一个局部极小值来选择峰的任一侧的点。对于ART1，代表性时间tr时的峰的任一侧的第一个局部极小值用图5的点A和B表示。下面更详细地说明该插值。
[0053]伪像补偿
[0054]可以参照图4、5、7和8来理解伪像补偿。图7示出了代表性时间tr时的、ART1区域的FDART分量幅值到y或频率轴上的示例投影。类似于图4的投影，图7在时间tr时将图5的区域ART1的3-D表示投影为2-D表示。参照图7，点A可以位于ART1峰的右边的第一个局部极小值处(朝向更高频率方向)，而点B可以位于ART1峰的左边的第一个局部极小值处(朝向更低频率方向)。根据某些例子，可以通过获取这两个点之间的均值或平均值来在点A和B之间进行插值，然后用该均值或平均值取代A和B之间的所有点。在其它例子中，可以通过绘制如图7中的点线所示的点A和B之间的直线并且使用沿着该线的值取代ART1峰的值来进行插值。这样的取代的结果是，ART1区域(以及所有的ART谐波区域)中的峰和周围的点被非零值取代，因此高效地补偿频域PPG信号中的加速伪像。
[0055]当然，如上所述的取代ART1的伪像峰的方法可以针对所有伪像峰(ART1、ART2、ART3等)、针对所有的在其期间数据在加速度补偿单元36中被处理的时间(例如，每一秒)执行。
[0056]在伪像补偿之后，频谱图可以采取图8所示的形式。图8类似于图4，但是现在加速度诱发伪像已经诸如通过减小幅值被补偿，以使得它们对HR基波峰和HR谐波峰的系数幅值的影响大幅减小或最小化。图8还可以依照图6的代表性时间tr时的频谱图到频率轴(y轴)上的2-D投影来理解。图8和图6的关系与图4和图3的关系相同。
[0057]将明白，补偿不想要的伪像信号ARTUART2等以使得只有真实心率信号区域HR1、HR2等保留的其它方法对于本领域的技术人员可能是显而易见的。
[0058]在伪像区域为非周期性的情况下，将不存在谐波，并且在这种情况下，只有单个伪像峰被补偿。
[0059]图