PPG频域信号的去噪方法、设备及存储介质与流程

本技术涉及通信，尤其涉及一种ppg频域信号的去噪方法、设备及存储介质。

背景技术：

1、光电容积脉搏波描记法(photoplethysmography，ppg)是一种借助光电手段，在活体组织中检测血液容积变化的无创检测方法。由于反射光的强度与血流速度相关，同时血流速度受周期性的心率影响。因此，基于ppg信号可以实现血氧饱和度(spo2)、心率、血压等的测量。

2、但是，由于ppg信号对运动特别敏感，即容易受到运动伪影干扰。因此，在运动状态下，基于ppg信号的相关预测结果不够准确。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本技术提供一种ppg频域信号的去噪方法、设备及存储介质，旨在去除ppg频谱特征中的噪声，从而使得运动状态下也可以基于ppg信号进行精准测量。

2、第一方面，本技术提供一种ppg频域信号的去噪方法。该方法包括：获取可穿戴设备采集的光电容积脉搏波ppg信号、加速度acc信号和红外线ir信号；根据ppg频谱去噪模型、acc信号中的频谱特征、ir信号中的频谱特征，对ppg信号的频谱特征进行去噪处理，得到去噪的ppg频域信号；其中，ppg频谱去噪模型是以ppg样本信号中的频谱特征、acc样本信号中的频谱特征和ir样本信号中的频谱特征为输入，ppg频谱金标为监督信号，通过transformer encoder模型训练得到的模型。

3、由此，通过使用transformer encoder模型，以acc信号和ir信号作为去噪参考信号，采用数据驱动的方式来学习构建ppg频谱去噪模型，进而在实际应用中，使用构建的ppg频谱去噪模型，通过采集到的acc信号和ir信号对ppg频域信号进行去噪，从而使得运动状态下也可以基于ppg信号，对心率进行精准测量。

4、根据第一方面，获取可穿戴设备采集的ppg信号、acc信号和ir信号，包括：获取可穿戴设备在相同状态、相同周期内采集的ppg信号、acc信号和ir信号。

5、由此，通过约束对ppg频域信号进行去噪时选择的去噪参考信号，即acc信号和ir信号为与ppg信号在同一周期，并且可穿戴设备处于同一状态时采集的，从而保证对ppg频域信号去噪的结果的有效性，保证了去噪后的ppg频域信号能够满足理想情况下(不含噪声)的频谱特征，使得后续基于ppg频谱特征预测的心率更加精准。

6、根据第一方面，或者以上第一方面的任意一种实现方式，ppg信号、acc信号和ir信号为时域下的ppg信号、acc信号和ir信号；根据ppg频谱去噪模型、acc信号中的频谱特征、ir信号中的频谱特征，对ppg信号的频谱特征进行去噪处理，得到去噪的ppg频域信号，包括：将获取到的时域下的ppg信号、acc信号和ir信号进行时域至频域的转换，得到频域下的ppg频域信号、acc频域信号和ir频域信号；对于每一帧ppg频域信号，提取ppg频域信号中的频谱特征；对于每一帧acc频域信号，分别提取acc频域信号在x轴、y轴和z轴的频谱特征；对于每一帧ir频域信号，提取ir频域信号中的频谱特征；将ppg信号的频谱特征、ir频域信号中的频谱特征和acc频域信号在x轴、y轴和z轴的频谱特征输入ppg频谱去噪模型；将ppg频谱去噪模型的输出结果，作为去噪的ppg频域信号。

7、由此，通过将可穿戴设备采集的ppg信号、acc信号和ir信号进行时域到频域的转换，这样便可以获得不同信号的频谱特征，进而实现基于ppg频谱去噪模型对ppg频域信号进行去噪。

8、根据第一方面，或者以上第一方面的任意一种实现方式，将获取到的时域下的ppg信号、acc信号和ir信号进行时域至频域的转换，包括：对获取到的时域下的ppg信号、acc信号和ir信号进行加窗切片分帧处理，得到连续的分帧信号，分帧信号包括时域下的ppg信号、acc信号和ir信号；对于每一帧分帧信号，将分帧信号中包括的时域下的ppg信号、acc信号和ir信号进行时域至频域的转换。

9、由此，通过对可穿戴设备采集的ppg信号、acc信号和ir信号进行加窗切片分帧处理，使得每一帧分帧信号中都包括ppg信号、acc信号和ir信号，从而保证基于每一帧中acc信号的频谱特征和ir信号的频谱特征能够对ppg频域信号进行去噪，进而保证去噪后的ppg频域信号的频谱特征能够更接近于理想情况(不含噪声)下的ppg频域信号的频谱特征。

10、根据第一方面，或者以上第一方面的任意一种实现方式，对获取到的时域下的ppg信号、acc信号和ir信号进行加窗切片分帧处理，包括：以窗口大小为8s，窗口移动步长为1s的加窗设置，对获取到的时域下的ppg信号、acc信号和ir信号进行加窗切片分帧处理。

11、根据第一方面，或者以上第一方面的任意一种实现方式，采集ppg样本信号、acc样本信号和ir样本信号的可穿戴设备的设备类型、资源配置与采集ppg信号、acc信号和ir信号的可穿戴设备相同。

12、由此，通过保证训练ppg频谱去噪模型时使用的样本数据来源与实际应用场景中数据来源相同，进而可以更好地保证去噪结果的精准度。

13、根据第一方面，或者以上第一方面的任意一种实现方式，ppg频谱金标根据心率测试仪采集到的心率金标确定；其中，心率金标为心率测试仪在可穿戴设备采集ppg样本信号、acc样本信号和ir样本信号时，采集到的具有绝对精准度的心率。

14、根据第一方面，或者以上第一方面的任意一种实现方式，ppg频谱金标采用滤波构造方式对心率金标进行处理得到。

15、根据第一方面，或者以上第一方面的任意一种实现方式，ppg频谱金标采用启发式构造方式对心率金标进行处理得到。

16、根据第一方面，或者以上第一方面的任意一种实现方式，ppg频谱去噪模型基于一个transformer encoder模型训练获得。

17、根据第一方面，或者以上第一方面的任意一种实现方式，ppg频谱去噪模型基于两个transformer encoder模型训练获得；其中，第一个transformer encoder模型的输入为每一帧ppg样本信号中的频谱特征、acc样本信号中的频谱特征和ir样本信号中的频谱特征，用于建立多通道特征之间的映射关系；其中，第二个transformer encoder模型的输入为对第一个transformer encoder模型的输入的输出进行特征平均后的频谱特征，用于建立多帧特征之间的时序映射关系。

18、根据第一方面，或者以上第一方面的任意一种实现方式，在得到去噪的ppg频域信号之后，方法还包括：基于去噪的ppg频域信号，预测佩戴可穿戴设备的用户的心率。

19、由此，通过基于ppg频谱去噪模型对ppg频域信号进行去噪，从而可以使得ppg频域信号的频谱特征能够恢复到理想情况，进而在运动状态下也可以基于ppg信号进行精准测量。

20、第二方面，本技术提供了一种电子设备。该电子设备包括：存储器和处理器，存储器和处理器耦合；存储器存储有程序指令，程序指令由处理器执行时，使得所述电子设备执行第一方面或第一方面的任意可能的实现方式中的方法的指令。

21、其中，在一些可能的实现方式中，该电子设备可以为可穿戴设备，如智能手表、智能手环、智能指环等。

22、在另一些可能的实现方式中，该电子设备可以为具备强大处理能力的设备，如pc机等。

23、第二方面以及第二方面的任意一种实现方式分别与第一方面以及第一方面的任意一种实现方式相对应。第二方面以及第二方面的任意一种实现方式所对应的技术效果可参见上述第一方面以及第一方面的任意一种实现方式所对应的技术效果，此处不再赘述。

24、第三方面，本技术提供了一种计算机可读介质，用于存储计算机程序，该计算机程序包括用于执行第一方面或第一方面的任意可能的实现方式中的方法的指令。

25、第三方面以及第三方面的任意一种实现方式分别与第一方面以及第一方面的任意一种实现方式相对应。第三方面以及第三方面的任意一种实现方式所对应的技术效果可参见上述第一方面以及第一方面的任意一种实现方式所对应的技术效果，此处不再赘述。

26、第四方面，本技术提供了一种计算机程序，该计算机程序包括用于执行第一方面或第一方面的任意可能的实现方式中的方法的指令。

27、第四方面以及第四方面的任意一种实现方式分别与第一方面以及第一方面的任意一种实现方式相对应。第四方面以及第四方面的任意一种实现方式所对应的技术效果可参见上述第一方面以及第一方面的任意一种实现方式所对应的技术效果，此处不再赘述。

28、第五方面，本技术提供了一种芯片，该芯片包括处理电路、收发管脚。其中，该收发管脚、和该处理电路通过内部连接通路互相通信，该处理电路执行第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式中的方法，以控制接收管脚接收信号，以控制发送管脚发送信号。

29、第五方面以及第五方面的任意一种实现方式分别与第一方面以及第一方面的任意一种实现方式相对应。第五方面以及第五方面的任意一种实现方式所对应的技术效果可参见上述第一方面以及第一方面的任意一种实现方式所对应的技术效果，此处不再赘述。