不可听信号的听诊方法及装置制造方法
【专利摘要】现有听诊技术只适用于音频范围并且通过振动传导的声音信号。本发明公开一种不可听信号的听诊方法及装置，能够将不可听信号，映射到可听范围以构成可听信号。该方法包括：获取信号数据，包括可听或者不可听信号数据；从信号数据中提取信号波形；确定一个能够使信号波形通过音频播放装置发声的播放速率，将信号波形通过音频播放装置以播放速率播放听诊，或者将该播放速率与信号波形组合，构成音频信号，用音频播放器播放该音频信号实现听诊。应用本发明方法及装置，能够实现对任何够用波形曲线表述的物理量变化进行听诊，有望发掘出不可听信号内在的现有技术难以发现的信息，推动科技创新的发展。
【专利说明】不可听信号的听诊方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种信号听诊方法及装置，特别是涉及一种不可听信号的听诊方法及装置。
【背景技术】
[0002]基于听觉的对声音的识别是人类最古老的信号识别方法之一，并且仍然被广泛应用于许多领域。借助听诊器聆听人体心与肺的声音来进行医学诊断就是一个应用实例。这种对声音的听诊方法有简单易行的优点，因此，有许多研究组织和个人致力于听诊器材的研究开发。例如，中国实用新型2009200623488《主动降噪电子听诊器》能够主动消除外界环境的噪声干扰，提高听诊器的准确性和听诊的效果；又例如中国发明专利申请2011101883094《一种无线听诊器》通过无线信号发射和接收装置实现对声音信号的远程听诊。所有这些研究，其信号源都局限于可听的音频范围，也即信号源是通过震动传导的人耳能够感受的20Hz-20KHz频率范围内的声音信号。
[0003]然而，随之科技的发展，人们发现，大量的信息存在于人的耳朵无法感受的非音频或非声音信号中。例如，月球表面的地貌起伏，某地区历年的降水量增减，人体的脑电波波动，电子电路的电压变化，股票交易的价格波动或者某种物理现象的统计结果等等，都可以用波形的形式记录和表述。但是这些波形或者是频率落在音频范围以外，或者是不以震动的方式传导，因此无法被人类耳朵听到，属于不可听信号。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有信号听诊方法及装置的应用局限，提出一种对不可听信号的听诊方法及装置，能够将不可听信号，映射到可听范围以构成可听信号，从而将人类对声音的听诊识别范围扩展到不可听信号，扩大人类认识自然的“视野”。
[0005]现有的声音听诊，可分为直接听诊和间接听诊两种方式。直接听诊方式是指直接或者通过简单机械装置(例如医用听诊器)聆听声音信号；间接听诊的方式是指，先以一定的采样频率采集声音信号并且将声音信号转变为电信号或者数字信号；然后对电信号或者数字信号进行处理；再然后将电信号或数字信号通过音频播放装置，以与声音信号采样频率相同的速率还原成声音播放出来。无论采取哪种方式，都必须确保1、听到的声音和声音信号的幅度变化波形相同；2、听到的声音和声音信号的行进速度相同。本发明不可听信号的听诊方法和装置，其工作原理为，一不可听信号A，其波形变化包含了丰富的信息，但是其行进速度太快或太慢(非音频信号)，超出了人耳能够感受的范围，因此无法被人听到。假如又有一可听信号B，其波形与信号A完全相同，其行进速度刚好落在人耳能够感受的范围内(音频信号)，则可以通过聆听信号B实现对信号A波形的听诊。本发明不可听信号的听诊方法和装置，通过抽取信号A的波形，然后配以音频信号的行进速度构成信号B，从而实现了从不可听信号A到可听信号B的映射；将映射得到的信号B通过音频播放装置播放，就能实现对信号A的听诊。
[0006]本发明的上述目的可以采用以下技术方案来实现。提出一种不可听信号的听诊方法:
一种不可听信号的听诊方法，其特征在于，包括下列步骤:
获取信号数据，所说的信号数据包括可听或者不可听信号数据；
从信号数据中提取信号波形；
确定一个能够使信号波形通过音频播放装置发声的播放速率，将信号波形通过音频播放装置以该播放速率播放听诊，或者将该播放速率与信号波形组合构成音频信号，用音频播放器播放该音频信号实现听诊。
[0007]所述的不可听信号的听诊方法，其特征在于所述的从信号数据中提取信号波形的步骤，还可以进一步包括:
将所述的信号波形归一化，归一化处理中信号幅度的最大值和最小值的确定可以参考信号本身，也可以参照其他信号，也可以直接设定。
[0008]所述的不可听信号的听诊方法，其特征在于所述的确定一个能够使信号波形通过音频播放装置发声的播放速率的步骤，包括:
检查音频播放装置的声音输出。
[0009]所述的不可听信号的听诊方法，其特征在于所述的将该播放速率与信号波形组合，构成音频信号的步骤，还可以包括:
将所述的音频信号以文件形式存储。
[0010]所述的不可听信号的听诊方法，其特征在于所述的音频播放装置的信号播放速率与被听诊信号的信号采样频率无关；所述的信号数据可以包括一个或多个信号波形。
[0011]为实现本发明的上述目的和不可听信号的听诊方法，提出一种不可听信号的听诊装置:
一种不可听信号的听诊装置，包含有信号数据获取单元1，信号处理单元2和音频播放装置3，数据获取单元I获取的数据经信号处理单元2处理后由音频播放装置3播放；其特征在于:信号处理单元2从信号数据获取单元I获取信号数据并且从中提取信号波形并且确定可使信号波形通过音频播放装置3发声的播放速率，所说的播放速率与信号的采样频率无关。
[0012]所述的不可听信号的听诊装置，其特征在于所述的信号处理单元2，还可将信号波形的幅度归一化，归一化处理中信号幅度的最大值和最小值的确定可以参考信号本身，也可以参照其他信号，也可以直接设定。
[0013]所述的不可听信号的听诊装置，其特征在于所述的信号处理单元2，可以从信号数据中提取信号波形并且配以可使其通过音频播放装置发声的播放速率，构成音频信号，并且以文件形式存储。
[0014]所述的不可听信号的听诊装置，其特征在于所述的信号处理单元2，可以从多个或者一组信号数据中提取多个信号波形并且配以可使其通过音频播放装置发声的播放速率，构成多声道音频信号，并且以文件形式存储。
[0015]所述的不可听信号的听诊装置，其特征在于所述的音频播放装置3，包含有D/A数模转换单元，改变D/A转换速率可以改变音频播放装置3的播放速率；包含有电/声转换单兀,将D/A转换后的电信号转化为声音信号；还可以包含音频信号检查单兀，检测可听声音的强度。
[0016]所述的不可听信号的听诊装置，其特征在于所述的信号处理单元2，也可以从信号数据中提取信号波形并且确定一种使得该信号波形通过音频播放装置播放无法听到声音的播放速率，将该信号波形配以等于该播放速率的信号采样频率，构成非音频信号。
[0017]有多种归一化公式可以用于信号的归一化处理。本发明不可听信号的听诊方法和装置，其信号波形幅度可以按照以下归一化公式(I)，也可采用其它令归一化后信号幅度满足音频播放器播放要求的归一化公式归一化:
Y = K (X-Xmin)/(Max-Min) - K/2(I)
其中，
X为归一化前的信号波形；
Y为归一化后的信号波形；
Xmin为X的最小值；
Max为信号最大值；
Min为信号最小值；
K为归一化后的信号变化幅度，通常等于音频播放装置规定的输入信号变化幅度。
[0018]有益效果
与在先技术相比，本发明的方法及装置的有益效果在于:
1.现有听诊技术只适用于音频范围并且通过振动传导的声音信号；本发明的方法和装置突破了这些限制，凡是能够用波形表述的信号都能听诊；
2.能够充分利用通用的信号数据采集单元和音频播放装置，降低了发明实施成本，便于推广；
3.通过对不可听信号的听诊，有望发掘出不可听信号内在的现有技术难以发现的信息，推动科技创新的发展。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明方法的流程图；
图2为本发明装置的原理图；
图3为本发明各具体实施例的结构图；
图4为本发明具体实施例1的信号图。
[0020]图中:信号数据获取单元I信号处理单元2音频播放装置3 A/D转换单元11USB接口单元12 I/O网络接口单元13 CPU运算单元21 Memory存储器单元22 D/A转换单元31电/声转换单元32 Monitor音频信号检查单元33
【具体实施方式】
[0021]以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
[0022]图1为本发明不可听信号的听诊方法的流程图。本发明不可听信号的听诊方法，其具体实施包括下列步骤:
1、获取信号数据；
2、从信号数据中提取信号波形； 3、确定一个能够使信号波形通过音频播放装置发声的播放速率，将信号波形通过音频播放装置以该播放速率播放听诊；或者将该播放速率与信号波形组合构成音频信号，用音频播放器播放该音频信号实现听诊。
[0023]具体实现中，所述的信号数据可以是可听或者不可听信号数据，可以包括一个或多个信号波形；所述的能够使信号波形通过音频播放装置发声的播放速率，可以通过检查音频播放装置的声音输出来确定。本领域普通技术人员都知道有许多种检查音频播放装置的声音输出的方法，以下实施例给出的仅仅是其中的三种而非全部。
[0024]图2是本发明不可听信号的听诊装置的原理图。图2中，数据采集单元I可以包含传感器，A/D转换器以及采样控制电路，将不可听信号采集并且转化为电信号或者数字信号；也可以包括各种数据接口，例如，文件或者数据读取装置，直接读取第三方仪器或设备对不可听信号的测量结果；再例如，网络接口，直接接收远程传输过来的信号数据；数据处理单元2包含数据运算单元和数据寄存单元，能够从数据采集单元I接收信号数据并且从中提取信号波形，而且能够将输入信号幅度归一化为后续音频播放装置3要求的输入信号幅度并且配备合适的音频播放速率，由后续的音频播放装置3播放，或者将所述信号波形和所述音频播放速率构成音频信号并以音频文件格式存储供音频播放器播放；音频播放装置3包括D/A转换单元和电/声转换单元，能够按照数据处理单元2指定的播放速率将数字信号通过D/A转换单元转换成模拟信号并且进一步通过电/声转换单元转换成声音播放出来，还可以包括音频信号检查单元检测音频播放装置是否播出声音。
[0025]具体地，所述的音频播放装置是指包括D/A转换单元和电/声转换单元的音频信号播放装置；音频播放器是指包括各种市售的软件或硬件音频播放器产品，能够播放各种按照规定的音频文件格式存储的音频文件。
[0026]以下结合图3和图4描述的实施例进一步说明本发明方法和装置的工作原理。
[0027]实施例1
图3和图4说明本发明方法和装置的实施例1。数据采集单元I包含的A/D采样单元11，以10MHz的采样频率在一个DC/DC转换电路板上测量得到一个电压信号并且将信号存储于信号分析单元2包含的Memory存储单元22，信号的波形如图4(a)所示；信号的频谱如图4(b)所示，表明该信号的主要频率分量频率分布于2MHz-50MHz，并且在14MHz处有较强的频率分量；这些频率远远高于人耳能感受的20kHz的音频上限，因此该信号为不可听信号。被采集的信号数据包含有信号波形和采样频率等多种参数，数据处理单元2包含的CPU运算单元21通过从被采集的信号数据中忽略除信号波形以外的参数，或者从被采集的信号数据中仅仅拷贝波形数据，实现了对信号波形的抽取，并且对信号波形做进一步的归一化处理。本实施例用耳朵聆听来实现检查音频播放装置的声音输出。具体过程为，改变D/A数模变换单元31的数模变换速度以改变音频播放装置的播放频率，同时聆听音频播放装置的声音，当播放速率为11.025KHz时，也即将图4(a)信号按照11.025KHz的速率映射处理后播放时，听见了清晰的噪声和有规律的噼啪声响，再尝试以921Hz播放速率播放，也即将图4(a)信号按照921Hz的速率映射处理后播放，可听到带有背景噪声的类似心跳的“砰”音。图4(c)是图4(a)信号按11.025KHz播放速率映射处理后的可听信号图，可见映射处理前后波形不变，波形行进时间从映射前的8.192微秒变为映射后的0.73秒。图4(d)是映射处理后信号的频谱图，可见原来不可听的14MHz的较强信号频率分量经过映射处理后变为1400Hz，并且信号波形包含的主要频率分量范围变为200Hz-5500Hz，落入音频范围，能够被人充分聆听。映射处理后得到的音频信号经过音频播放装置3包含的D/A转换单元31转变成模拟电压，通过电/声转换单元32转换成声音。本领域的普通技术人员可以通过一边聆听声响一边调整音频播放装置的播放速率找到适合自己聆听的播放速率，记录声响的间隔时间并且结合播放速率和信号采样频率，估算出映射前后的信号频率，并且从对噪声的听诊了解噪声的特点。通过与电路板上其他测试点的不可听信号采用同样方法的听诊结果比较，可以帮助了解电磁干扰(EMI)在电路板上的分布。
[0028]实施例2
本实施例2的信号听诊方法和装置构造同实施例1，所不同的是以同样的采样频率在电路板上获取多个测试点的电压数据并存储于Memory存储单元22中，然后CPU运算单元21在所有获得的信号中找出具有最大波形幅度变化的信号，并以此信号为参考信号计算信号幅度的最大值和最小值，然后将该最大值和最小值用于根据公式(I)计算所有信号的归一化，使得波形变化幅度最大的参考信号播放后的声音最大，其他波形变化幅度小的信号播放后的声音较小，从而能够听辨出不同信号的不同强度。同样道理，也可以根据经验直接给定信号的最大值和最小值，然后根据该最大值和最小值计算所有信号的归一化，同样也能达到根据声响判断信号强度的目的。如果各个信号以自己作为参考信号计算波形幅度最大值和最小值然后归一化处理，则所有信号都能以最大音量播出。
[0029]实施例3
本实施例3的信号听诊方法和装置构造同实施例1，所不同的是，所述的信号处理单元2，从信号数据中提取信号波形并且配以可使其通过音频播放装置发声的播放速率，构成音频信号后以文件格式存储于存储单元22，并且通过数据信号获取单元I包含的I/O网络接口或者USB接口输出。本领域普通技术人员都知道，有许多通用的音频播放器能够播放通用格式的音频文件，这些音频文件的格式通常包括WAV，MP3, WMA, RA, RM, RMX等等。本应用实例首先将上述映射结果构成的音频文件以WAV格式保存。其方法为，将映射文件的播放速率，波形数据长度和数据的分辨率(可选8位，16位，32位；通常8位或16位就能满足声音听辨的要求)写入WAV文件的文件头部分，波形数据跟随其后。由于音频播放器都是以信号的采样频率相同的播放速率播放音频文件使得播放的声音和原始信号行进速度相同，本实施例将映射结果音频文件的播放速率直接写入WAV文件的文件头“信号采样频率”参数。应用所说的WAV音频文件生成方法，本实施例3还将映射结果音频信号以MP3，WMA，RA，RM，RMX等等格式存储成音频文件，并且被各种通用音频播放器播放。
[0030]实施例4
本实施例4的信号听诊方法和装置构造同实施例3，所不同的是，所述的信号处理单元2从两个信号数据中提取两个信号波形并且配以可使其通过音频播放装置发声的播放速率，构成双声道音频信号，并且以WAV文件格式存储。用户可以用通用音频播放器播放该文件，并且通过立体声耳机用左右耳朵聆听不同的不可听信号的波形，比较两者的不同。
[0031]实施例5
本实施例5的信号听诊方法和装置构造同实施例1，所不同的是，所说的音频播放装置3包含的音频信号检查单元33，包含有带通滤波单元和音频电压检测单元，所说的带通滤波单元从D/A转换后的模拟信号中去除音频范围以外的成分，然后由所说的音频电压检测单元测量滤波后的音频信号强度，从而完成了所说的检查音频播放装置的声音输出。根据音频信号强度的大小可以判断当前音频播放装置3使用的播放速率是否使得音频播放装
//、.直友尸。
[0032]实施例6
本实施例6的信号听诊方法和装置构造同实施例5，所不同的是，所说的音频播放装置3包含的音频信号检查单元33，包含麦克风和放大电路，能够拾取音频播放装置3播放的声音并且经放大电路放大为电平信号，从而完成了所说的检查音频播放装置的声音输出。根据电平信号的大小可以判断当前音频播放装置3使用的播放速率是否使得音频播放装置友尸?
[0033]实施例7
本实施例7的信号听诊方法和装置构造同前述实施例，所不同的是，所述的信号数据包括了 1、某地区历年的降水量增减，2、人体的脑电波波动，3、2007年美元对欧元的兑换汇率的中间价的每天价格变化，由信号数据获取单元I的USB接口 12分别读入，信号处理单元2抽取信号波形并且按照公式(I)以信号各自的幅度最大值和最小值分别进行归一化，通过任意调整音频播放装置3的播放速率寻找合适的听诊效果，分别以900Hz，8000Hz和500Hz的播放速率播放上述不可听信号数据，听到了清晰的数据波形的声音。
[0034]实施例8
本实施例8的装置构造与前述实施例相同，所不同的是通过信号获取单元I包含的USB接口 12读取一个WAV格式的音频信号文件，通过信号处理单元2从信号数据中提取信号波形并且确定一个使得该信号波形通过音频播放装置播放无法听到声音的播放速率，然后将该信号波形配以等于该播放速率的信号采样频率，构成非音频信号。具体方法是以该播放速率替代WAV文件头中的信号采样频率参数。这样处理后的WAV文件能够被各种通用音频播放器播放，但是听不见声音。
[0035]本领域普通技术人员可以理解上述实施例方法中的全部或者部分流程的实现，是可以通过计算机程序来指令相关硬件完成的。所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，运行时执行包括上述各方法的实施例的流程。其中，上述实施例中的数据获取单元I可以是计算机的文件输入装置或数据输入接口，如光盘，USB接口，网络接口等，用于获取数据并且送往数据处理单元2处理；数据处理单元2可以是计算机的CPU和存储器，用于完成信号映射，归一化处理或者对输出音频信号强度的判断处理，以及音频文件存盘；音频播放装置3可以是计算机内置的音频播放器，用于数据处理单元2处理后的音频数据的D/A转换及播放；上述实施例中数据处理单元2生成的音频文件可存储在计算机的内存和磁盘中，通过网络接口或者USB接口输出。
[0036]以上所述仅为本发明的部分实施例，并非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
【权利要求】
1.一种不可听信号的听诊方法，其特征在于，包括下列步骤: 获取信号数据，所说的信号数据包括可听或者不可听信号数据； 从信号数据中提取信号波形； 确定一个能够使信号波形通过音频播放装置发声的播放速率，将信号波形通过音频播放装置以该播放速率播放听诊，或者将该播放速率与信号波形组合构成音频信号，用音频播放器播放该音频信号实现听诊。
2.根据权利要求1所述的不可听信号的听诊方法，其特征在于所述的从信号数据中提取信号波形的步骤，还可以进一步包括: 将所述的信号波形归一化，归一化处理中信号幅度的最大值和最小值的确定可以参考信号本身，也可以参照其他信号，也可以直接设定。
3.根据权利要求1所述的不可听信号的听诊方法，其特征在于所述的确定一个能够使信号波形通过音频播放装置发声的播放速率的步骤，包括: 检查音频播放装置的声音输出。
4.根据权利要求1所述的不可听信号的听诊方法，其特征在于所述的将该播放速率与信号波形组合，构成音频信号的步骤，还可以包括: 将所述的音频信号以文件形式存储。
5.根据权利要求1所述的不可听信号的听诊方法，其特征在于所述的音频播放装置的信号播放速率与被听诊信号的信号采样频率无关;所述的信号数据可以包括一个或多个信号波形。
6.一种不可听信号的听诊装置，包含有信号数据获取单元(I)，信号处理单元(2)和音频播放装置(3)，数据获取单元(I)获取的数据经信号处理单元(2)处理后由音频播放装置(3)播放；其特征在于:信号处理单元(2)从信号数据获取单元(I)获取信号数据并且从中提取信号波形并且确定可使信号波形通过音频播放装置(3)发声的播放速率，所说的播放速率与信号的采样频率无关。
7.根据权利要求6所述的不可听信号的听诊装置，其特征在于所述的信号处理单元(2)，还可将信号波形的幅度归一化，归一化处理中信号幅度的最大值和最小值的确定可以参考信号本身，也可以参照其他信号，也可以直接设定。
8.根据权利要求6所述的不可听信号的听诊装置，其特征在于所述的信号处理单元(2)，可以从信号数据中提取信号波形并且配以可使其通过音频播放装置发声的播放速率，构成音频信号，并且以文件形式存储；也可以从多个或者一组信号数据中提取多个信号波形并且配以可使其通过音频播放装置发声的播放速率，构成多声道音频信号，并且以文件形式存储。
9.根据权利要求6所述的不可听信号的听诊装置，其特征在于所述的音频播放装置(3)，包含有D/A数模转换单元，改变D/A转换速率可以改变音频播放装置3的播放速率；包含有电/声转换单元，将D/A转换后的电信号转化为声音信号；还可以包含音频信号检查单元，检测可听声音的强度。
10.根据权利要求6所述的不可听信号的听诊装置，其特征在于所述的信号处理单元(2)，也可以从信号数据中提取信号波形并且确定一种使得该信号波形通过音频播放装置播放无法听到声音的播放速率，将该信号波形配以等于该播放速率的信号采样频率，构成非音频信号。
【文档编号】A61B7/04GK104510492SQ201310465951
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2013年10月6日 优先权日:2013年10月6日
【发明者】吴伟 申请人:吴伟