本发明属于心率测量技术领域，尤其涉及一种心率测量方法和系统。
背景技术：
现有人体心率测量的方法，按照是否需要与人体接触分为接触式心率测量方法和非接触式心率测量方法。
接触式心率测量方法是利用传感器与人体皮肤的接触，采集人体的力、热、光、电等信号，经过信号处理后提取人体心率的过程。常用的传感器包括：力传感器、光电传感器、电导联传感器。
非接触式心率测量方法是利用光源发射的光信号经人体反射后，形成反射信号，对该反射信号进行信号处理后提取人体心率的过程。常用的光信号包括可见光和非可见光，如摄像机接收的图像信号、红外线设备接收的红外线信号。
然而，现有的接触式心率测量方法对应的设备需要与人体接触，或者需要佩戴相应的设备，而且佩戴方式较为复杂，甚至一些设备需要与人体形成电的闭合回路，不方便日常佩戴。目前提供的非接触式心率测量方法虽然不需要佩戴相应的设备，但由于受到光线等干扰，导致心率测量准确率较低，测量精度达不到人们的需求。
鉴于此，克服上述现有技术所存在的技术缺陷是本技术领域亟待解决的问题。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明实施例提供了一种心率测量方法和系统，以解决现有接触式心率测量方法需要与人体接触或佩戴复杂而造成的不便，以及非接触式心率测量方法心率测量准确度较低的问题。
本发明实施例的第一方面提供了一种心率测量方法，包括：
路由器发射作为载波信号的频段信号；
网卡接收经人体的心率信号对所述频段信号进行频率调制后得到的信道状态信息信号，并将所述信道状态信息信号传输至信号处理单元；
信号处理单元对所述信道状态信息信号进行频率解调以提取心率信号，并根据所述心率信号获得心率测量数据。
具体的，所述网卡具有两个相邻的接收天线，分别为第一接收天线和第二接收天线；
所述网卡接收经人体的心率信号对所述频段信号进行频率调制后得到的信道状态信息信号的步骤，包括：
所述第一接收天线接收经人体的心率信号对所述频段信号进行频率调制后得到的第一信道状态信息信号；
所述第二接收天线接收经人体的心率信号对所述频段信号进行频率调制后得到的第二信道状态信息信号。
具体的，所述信号处理单元对所述信道状态信息信号进行频率解调以提取心率信号，并根据所述心率信号获得心率测量数据的步骤，包括：
所述信号处理单元计算所述第一信道状态信息信号和所述第二信道状态信息信号的差值，得到差分信道状态信息信号；
所述信号处理单元根据所述差分信道状态信息信号计算每个信号点的相位，得到第一相位序列；
所述信号处理单元对所述第一相位序列进行滤波处理得到，并根据所述第二相位序列提取心率信号；
所述信号处理单元通过差分阈值法对所述心率信号进行计算，得到心率测量数据。
具体的，所述信号处理单元根据所述第二相位序列提取心率信号的步骤，包括：
所述信号处理单元根据预设通带频率对所述第二相位序列进行滤波处理；
所述信号处理单元将在所述预设带通频率的范围之内的信号提取为心率信号。
优选的，在所述信号处理单元将在所述预设带通频率的范围之内的信号提取为心率信号的步骤之后，还包括：
信号处理单元对所述心率信号进行噪声信号衰减处理；
和/或：
信号处理单元对所述心率信号进行时域加窗处理。
本发明实施例的第二方面提供了一种心率测量系统，包括：
信号发射单元，用于由路由器发射作为载波信号的频段信号；
信号调制处理单元，用于由网卡接收经人体的心率信号对所述频段信号进行频率调制后得到的信道状态信息信号，并将所述信道状态信息信号传输至信号处理单元；
心率测量数据处理单元，用于由信号处理单元对所述信道状态信息信号进行频率解调以提取心率信号，并根据所述心率信号获得心率测量数据。
具体的，所述网卡具有两个相邻的接收天线，分别为第一接收天线和第二接收天线；
所述信号调制处理单元包括：
第一频率调制处理子单元，用于由所述第一接收天线接收经人体的心率信号对所述频段信号进行频率调制后得到的第一信道状态信息信号；
第二频率调制处理子单元，用于由所述第二接收天线接收经人体的心率信号对所述频段信号进行频率调制后得到的第二信道状态信息信号。
具体的，所述心率测量数据处理单元包括：
信号差值计算子单元，用于由所述信号处理单元计算所述第一信道状态信息信号和所述第二信道状态信息信号的差值，得到差分信道状态信息信号；
第一相位序列计算子单元，用于由所述信号处理单元根据所述差分信道状态信息信号计算每个信号点的相位，得到第一相位序列；
心率信号提取子单元，用于由所述信号处理单元对所述第一相位序列进行滤波处理得到第二相位序列，并根据所述第二相位序列提取心率信号；
心率测量数据处理子单元，用于由所述信号处理单元通过差分阈值法对所述心率信号进行计算，得到心率测量数据。
具体的，所述心率信号提取子单元具体用于：
由所述信号处理单元根据预设通带频率对所述第二相位序列进行滤波处理；
由所述信号处理单元将在所述预设带通频率的范围之内的信号提取为心率信号。
优选的，所述心率信号提取子单元还包括：
衰减处理子单元，用于由信号处理单元对所述心率信号进行噪声信号衰减处理；和/或：
时域加窗处理子单元，用于由信号处理单元对所述心率信号进行时域加窗处理。
本发明实施例的第三方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例的第一方面提供的心率测量方法的步骤。
其中，所述计算机程序包括：
信号发射单元，用于由路由器发射作为载波信号的频段信号；
信号调制处理单元，用于由网卡接收经人体的心率信号对所述频段信号进行频率调制后得到的信道状态信息信号，并将所述信道状态信息信号传输至信号处理单元；
心率测量数据处理单元，用于由信号处理单元对所述信道状态信息信号进行频率解调以提取心率信号，并根据所述心率信号获得心率测量数据。
具体的，所述网卡具有两个相邻的接收天线，分别为第一接收天线和第二接收天线；
所述信号调制处理单元包括：
第一频率调制处理子单元，用于由所述第一接收天线接收经人体的心率信号对所述频段信号进行频率调制后得到的第一信道状态信息信号；
第二频率调制处理子单元，用于由所述第二接收天线接收经人体的心率信号对所述频段信号进行频率调制后得到的第二信道状态信息信号。
具体的，所述心率测量数据处理单元包括：
信号差值计算子单元，用于由所述信号处理单元计算所述第一信道状态信息信号和所述第二信道状态信息信号的差值，得到差分信道状态信息信号；
第一相位序列计算子单元，用于由所述信号处理单元根据所述差分信道状态信息信号计算每个信号点的相位，得到第一相位序列；
心率信号提取子单元，用于由所述信号处理单元对所述第一相位序列进行滤波处理得到第二相位序列，并根据所述第二相位序列提取心率信号；
心率测量数据处理子单元，用于由所述信号处理单元通过差分阈值法对所述心率信号进行计算，得到心率测量数据。
具体的，所述心率信号提取子单元具体用于：
由所述信号处理单元根据预设通带频率对所述第二相位序列进行滤波处理；
由所述信号处理单元将在所述预设带通频率的范围之内的信号提取为心率信号。
优选的，所述心率信号提取子单元还包括：
衰减处理子单元，用于由信号处理单元对所述心率信号进行噪声信号衰减处理；和/或：
时域加窗处理子单元，用于由信号处理单元对所述心率信号进行时域加窗处理。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：通过采用常用的路由器和网卡，在对人体心率信号进行调制和解调制后提取并计算对应的心率测量数据，使得心率测量过程中的设备部署简单，解决了人们佩戴不方便的问题，同时，由于仅采用市面现有的设备，相应地减低了心率测量的成本，并通过信号解调制更好地还原心率信号，获得了较为精确的心率测量数据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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是本发明实施例提供的一种心率测量方法的实现流程图；
图2是本发明实施例提供的步骤s103中的信号处理单元对信道状态信息信号进行频率解调以提取心率信号，并根据所述心率信号获得心率测量数据的方法的实现流程图；
图3是本发明实施例提供的步骤s203中的信号处理单元根据所述第二相位序列提取心率信号的方法的具体实现流程图；
图4是本发明实施例提供的一种心率测量系统的示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、系统、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。请参考图1，图1示出了本发明实施例提供的一种心率测量方法的实现流程，详述如下：
在步骤s101中，路由器发射作为载波信号的频段信号。
在本发明实施例中，路由器(router)，是连接因特网中各局域网、广域网的设备，它会根据信道的情况自动选择和设定路由，以最佳路径，按前后顺序发送信号。
在这里，路由器包括但不限于有线路由器和无线路由器，路由器所发射的频段信号包括但不限于2.4g信号和5g信号，该频段信号也可以理解为初始csi(channelstateinformation，信道状态信息)信号。
在这里，将路由器所发送的频段信号作为载波信号，以获取人体心率信号加载该载波信号后得到的调制信号。
在步骤s102中，网卡接收经人体的心率信号对所述频段信号进行频率调制后得到的信道状态信息信号，并将所述信道状态信息信号传输至信号处理单元。
在本发明实施例中，频段信号，即初始csi信号经人体的心率信号进行频率调制后所得到的信号为最终csi信号，该最终csi信号由网卡接收并传输至相应的信号处理单元。
在这里，网卡包括无线网卡。具体的，网卡具有两个相邻的接收天线，分别为第一接收天线和第二接收天线。网卡中的每个接收天线均可以接收与之建立信道连接的路由器所发射的信号，即网卡所接收的信号为最终csi信号。在对最终csi信号进行解调制的过程中，为了方便描述，将该最终csi信号简称为csi信号。
步骤s102，网卡接收经人体的心率信号对所述频段信号进行频率调制后得到的信道状态信息信号，具体包括：
所述第一接收天线接收经人体的心率信号对所述频段信号进行频率调制后得到的第一信道状态信息信号；
所述第二接收天线接收经人体的心率信号对所述频段信号进行频率调制后得到的第二信道状态信息信号。
在本发明实施例中，网卡具有至少两个接收天线，这样，每个接收天线所接收到调制后的信道状态信息信号的时间序列不同，从而存在了差异，但载波信号的相位差在一定误差下通常是保持不变的，可以将其视为变化量中的不变量，在经过心率信号进行频率调制后，调制后的信道状态信息信号的相位差会呈现周期性的变化，可以通过相位差变化的性质，对调制后的信道状态信息信号进行解调制以计算心率测量参数。
在这里，当网卡具有多个接收天线时，第一信道状态信息信号和第二信道状态信息信号可以分别为相邻两个接收天线的信道状态信息信号；也可以为相邻n个接收天线的信道状态信息信号，n为正整数，这里不做具体限定。
在步骤s103中，信号处理单元对所述信道状态信息信号进行频率解调以提取心率信号，并根据所述心率信号获得心率测量数据。
在本发明实施例中，信号处理单元可以为对调制后的信道状态信息信号进行频率解调制以获取心率测量数据的应用程序，该应用程序可以适应安装在各种智能设备上比如智能手机、平板、笔记本电脑等等。
具体的，如图2所示，提供了步骤s103中信号处理单元对所述信道状态信息信号进行频率解调以提取心率信号，并根据所述心率信号获得心率测量数据的方法的具体实现流程：
在步骤s201中，所述信号处理单元计算所述第一信道状态信息信号和所述第二信道状态信息信号的差值，得到差分信道状态信息信号。
在本发明实施例中，将第一信道状态信息信号记为csi_1，将第二信道状态信息信号记为csi_2，由于csi信号为复数序列，那么csi_1和csi_2均为复数序列，并且这两个复数序列的长度一致。优选的，csi_1和csi_2为同一接收时刻所采集的信号。
在这里，将csi_1和csi_2进行相减后得到的差值记为subcsi，即subcsi对应为差分信道状态信息信号。
在步骤s202中，所述信号处理单元根据所述差分信道状态信息信号计算每个信号点的相位，得到第一相位序列。
在本发明实施例中，信号处理单元对差分信道状态信息信号进行计算，从中提取信道状态信息信号中各个信号点的相位，形成第一相位序列。
在步骤s203中，所述信号处理单元对所述第一相位序列进行滤波处理得到第二相位序列，并根据所述第二相位序列提取心率信号。
在本发明实施例中，第二相位序列具体为原第一相位序列经过滤波处理后得到的与第一相位序列相似的相位序列。
可以理解的是，由于路由器和网卡位于不同的空间区域，在两者之间会存在各种障碍物的频率干扰，比如家用电器、宠物及其他电子产品的频率干扰，因此，信道状态信息信号中包含了这些障碍物所发出的干扰信号。在根据该信道状态信息信号计算得到的第一相位序列中相应地也包含了这些干扰信号的相位序列，因此需要滤除这些干扰信号，以得到较为精确的心率信号。
优选的，这里所进行的滤波处理优先为hampel滤波处理，通过将所得到的第一相位序列进行hampel滤波计算处理后得到第二相位序列，其具体计算过程如下：
假设得到的第一相位序列为xk-k,...,xk,...,xk+k，滑动窗口长度为k，经过hampel处理后得到的第二相位序列为yk，那么，可以表示为：
其中，mk为序列xk-k,...,xk,...,xk+k的中位数，sk是根据中位数估算的参数，t是调整因子，可介于0和1之间。
在这里，sk＝1.4826*medianj∈[-k,k]{|xk-j-mk|}，其中median{a}操作是对第一相位序列a求中位数。
优选的，在进行hampel滤波处理后，将所得到的第二相位序列进行野点去除处理，以得到更为精确的第二相位序列，降低心率测量的误差率。
具体的，如图3所示，提供了步骤s203中信号处理单元根据所述第二相位序列提取心率信号的方法的具体实现流程：
在步骤s301中，所述信号处理单元根据预设通带频率对所述第二相位序列进行滤波处理。
在本发明实施例中，所进行的滤波处理为fir带通滤波处理，优选的，将通带设定为0.5hz～3.33hz，即预设通带频率为0.5hz～3.33hz。在这里，该预设通带频率对应的心率范围为30～200次每分钟。
在步骤s302中，所述信号处理单元将在所述预设带通频率的范围之内的信号提取为心率信号。
在本发明实施例中，在进行滤波处理去除非心率频带后得到心率频带，该心率频带的频率范围为预设通带频率内的频率，该符合预设通带频率范围的心率频带即为所要提取的心率信号。
在步骤s204中，所述信号处理单元通过差分阈值法对所述心率信号进行计算，得到心率测量数据。
在本发明实施例中，采用差分阈值法，对该心率信号进行计算得到心率测量数据。
优选的，由于存在着与人体心率范围接近或相同的其他非心率信号的干扰，而仅采用传统频域滤波无法滤除该非心率信号的干扰，还需要对该频带范围内的干扰信号进行噪声信号衰减处理，以获取更为精确的心率信号。
具体的，非心率信号包括在心率频率范围内的固定频率干扰信号和在心率频率范围内的非固定频率干扰信号
对于固定频率干扰信号，为了获取更为精确的心率信号，在步骤s302之后，还包括以下步骤：
信号处理单元对所述心率信号进行噪声信号衰减处理。
具体的，衰减处理过程具体为：
信号处理单元根据预设固定频率，通过高阶陷波器对所述心率信号进行衰减处理。
对于非固定频率干扰信号，为了获取更为精确的心率信号，在步骤s302之后，还包括以下步骤：
信号处理单元对所述心率信号进行时域加窗处理。
具体的，时域加窗处理过程具体为：
信号处理单元获取网卡的接收频率，并将所述接收频率作为时域加窗的窗口长度；
信号处理单元根据所述窗口长度对所述心率信号进行时域加窗处理。
在本发明实施例中，通过采用常用的路由器和网卡，在对人体心率信号进行调制和解调制后提取并计算对应的心率测量数据，使得心率测量过程中的设备部署简单，解决了人们佩戴不方便的问题，同时，由于仅采用市面现有的设备，相应地减低了心率测量的成本，并通过信号解调制更好地还原心率信号，获得了较为精确的心率测量数据。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
对应于上文实施例所述的一种心率测量方法，图4示出了本发明实施例提供的一种心率测量系统的示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
参照图4，该系统包括：
信号发射单元41，用于由路由器发射作为载波信号的频段信号；
信号调制处理单元42，用于由网卡接收经人体的心率信号对所述频段信号进行频率调制后得到的信道状态信息信号，并将所述信道状态信息信号传输至信号处理单元；
心率测量数据处理单元43，用于由信号处理单元对所述信道状态信息信号进行频率解调以提取心率信号，并根据所述心率信号获得心率测量数据。
具体的，所述网卡具有两个相邻的接收天线，分别为第一接收天线和第二接收天线；
所述信号调制处理单元42包括：
第一频率调制处理子单元，用于由所述第一接收天线接收经人体的心率信号对所述频段信号进行频率调制后得到的第一信道状态信息信号；
第二频率调制处理子单元，用于由所述第二接收天线接收经人体的心率信号对所述频段信号进行频率调制后得到的第二信道状态信息信号。
具体的，所述心率测量数据处理单元43包括：
信号差值计算子单元，用于由所述信号处理单元计算所述第一信道状态信息信号和所述第二信道状态信息信号的差值，得到差分信道状态信息信号；
第一相位序列计算子单元，用于由所述信号处理单元根据所述差分信道状态信息信号计算每个信号点的相位，得到第一相位序列；
心率信号提取子单元，用于由所述信号处理单元对所述第一相位序列进行滤波处理得到第二相位序列，并根据所述第二相位序列提取心率信号；
心率测量数据处理子单元，用于由所述信号处理单元通过差分阈值法对所述心率信号进行计算，得到心率测量数据。
具体的，所述心率信号提取子单元具体用于：
由所述信号处理单元根据预设通带频率对所述第二相位序列进行滤波处理；
由所述信号处理单元将在所述预设带通频率的范围之内的信号提取为心率信号。
优选的，所述心率信号提取子单元还包括：
衰减处理子单元，用于由信号处理单元对所述心率信号进行噪声信号衰减处理；和/或：
时域加窗处理子单元，用于由信号处理单元对所述心率信号进行时域加窗处理。
在本发明实施例中，通过采用常用的路由器和网卡，在对人体心率信号进行调制和解调制后提取并计算对应的心率测量数据，使得心率测量过程中的设备部署简单，解决了人们佩戴不方便的问题，同时，由于仅采用市面现有的设备，相应地减低了心率测量的成本，并通过信号解调制更好地还原心率信号，获得了较为精确的心率测量数据。
可以理解的是，上述各单元被存储在存储器中形成计算机程序，由处理器执行所述计算机程序实现上述各系统实施例中个单元的功能，例如图4所示单元41至43的功能。
示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个单元，所述一个或者多个单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序的执行过程。例如，所述计算机程序可以被分割成信号发射单元41、信号调制处理单元42、心率测量数据处理单元43，各单元具体功能如下：
信号发射单元41，用于由路由器发射作为载波信号的频段信号；
信号调制处理单元42，用于由网卡接收经人体的心率信号对所述频段信号进行频率调制后得到的信道状态信息信号，并将所述信道状态信息信号传输至信号处理单元；
心率测量数据处理单元43，用于由信号处理单元对所述信道状态信息信号进行频率解调以提取心率信号，并根据所述心率信号获得心率测量数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述系统的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块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，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，系统或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，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。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/单元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，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或系统、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。