。电极可通过例如与用户的手指皮肤接触 来感测用户的ECG信号。AFE可对由电极感测到的ECG信号进行放大，并将放大后的ECG信 号转换为数字信号。在放大后的ECG信号之中，数字滤波器可允许ECG频带通过而去除其 它频带。通过该处理，可提高ECG信号的信噪比（SNR)。
[0051] 预处理器130将ECG信号处理为具有适合用户认证的形式。ECG信号可具有可变 的时间周期和可变的强度。例如，在同一用户的ECG信号中，时间周期和强度可基于用户的 呼吸状态而变化。此外，由于通过在ECG传感器中进行采样来获取ECG信号，因此在ECG传 感器中获取的ECG信号的峰值可能与实际ECG信号的峰值不同。
[0052] 虽然在图1中未示出，但是预处理器130可包括排列器、归一化器和去除器。排列 器可基于R峰值对ECG信号进行排列。P波、QRS波、T波和U波可在ECG信号中重复出现， QRS波的R峰值可具有最大强度。因此，排列器可基于R峰值对ECG信号进行排列。在该示 例中，排列器可将连续的R峰值之间的间隔设置为一个时间周期，并基于设置的时间周期 对ECG时间周期进行排列。通过该处理，ECG信号可被排列为具有基于连续的R峰值之间 的间隔设置的时间周期的多个ECG波形。
[0053] 归一化器可基于时间周期对ECG信号进行归一化。在一个不例中，归一化器可将 ECG信号的长度设置为均一化的值。例如，当第一ECG信号的RR间隔是800微秒（μs)时， 并且当第二ECG信号的RR间隔是750μs时，归一化器可将第一ECG信号和第二ECG信号 中的每个的RR间隔设置为800μs以对第一ECG信号和第二ECG信号进行归一化。在该示 例中，当ECG信号是离散信号时，归一化器可基于插值方案对ECG信号进行归一化。在另一 示例中，归一化器可基于预定电压电平对ECG信号的幅度进行归一化。例如，归一化器可将 第一ECG信号和第二ECG信号的最大幅度电平设置为一毫伏（mV)，并基于设置的最大幅度 电平将第一ECG信号和第二ECG信号进行归一化。
[0054] 去除器可从归一化后的ECG信号的分量去除具有相对低的相关性的分量，以对归 一化后的ECG信号进行滤波。例如，去除器可确定归一化后的ECG信号的分量之间的相关 性，并从归一化后的ECG信号去除与其他或剩余的分量中的每个分量具有低于或等于预定 阈值相关性的相关性的分量。去除器可基于例如余弦相似度、皮尔逊（Pearson)相关性和 归一化后的均方根误差，确定ECG信号的分量之间的相关性。当去除器从归一化后的ECG 信号的分量去除与其他或剩余的分量具有低相关性的分量时，登记器140中运算量会减 少，并且用于对用户的ECG信息进行登记的时间也会减少。在另一实施例中，可省略去除 器。换言之，可不执行上述滤波的处理。
[0055] 预处理器130对ECG信号进行预处理或滤波。登记器140提取滤波或处理后的 ECG信号的主要误差分量和平均值。当针对单个用户提供多个滤波后的ECG信号时，登记器 140可提取滤波后的ECG信号的主要误差分量和平均值。
[0056] 在预处理器130中滤波的ECG信号可包括预定变化，该变化可反映用户的独特特 征。预定变化可由预定图案来表示，预定图案可指示滤波后的ECG信号的主要误差分量。登 记器140可在提取主要误差分量之前提取滤波后的ECG信号的平均值。登记器140可基于 滤波后的ECG信号中的多个ECG波形提取多个ECG矢量，并通过确定ECG矢量的平均来提 取指示滤波后的ECG信号的平均值的平均矢量。例如，当滤波后的ECG信号包括第一ECG 波形和第二ECG波形时，登记器140可基于第一ECG波形提取第一ECG矢量，并可基于第二 ECG波形提取第二ECG矢量，其中，第一ECG波形指示第一R峰值与第二R峰值之间的ECG 波形，第二ECG波形指示第二R峰值与第三R峰值之间的ECG波形。在该示例中，第一ECG 矢量可包括作为元素的第一ECG波形的幅度（例如，电压值），第二ECG矢量可包括作为元 素的第二ECG波形的幅度。登记器140可确定第一ECG矢量和第二ECG矢量的平均值，并 确定包括作为元素的第一ECG矢量和第二ECG矢量的平均值的平均矢量。
[0057] 登记器140可基于平均矢量与至少一个ECG矢量之间的差提取误差矩阵，并基于k 秩近似（k-rank approximation)方案从误差矩阵提取指示主要误差分量的主要误差矩阵 (dominant error matrix)。在一个示例中，登记器140可基于奇异值分解（SVD)方案从误 差矩阵提取主要误差矩阵。如下所示，使用等式1，滤波后的ECG信号的噪声可被定义为滤 波后的ECG信号与滤波后的ECG信号的平均值之间的差距。
[0058][等式1]
[0059]N(i,j) =averagei-signal； (j)
[0060] 在等式1中，N(i，j)表示第i个用户的滤波后的ECG信号中的第j个ECG波形中 出现的噪声，average;表示第i个用户的滤波后的ECG信号的平均值，signalJj)表示第 i个用户的滤波后的ECG信号的第j个ECG波形的值。登记器140可基于第i个用户的滤 波后的ECG信号中的多个ECG波形提取多个ECG矢量，并从ECG矢量减去滤波后的ECG信 号的平均矢量，从而产生指示滤波后的ECG信号的噪声的误差矩阵。在一个示例中，登记器 140可使用等式2产生误差矩阵。
[0061][等式2]
[0062] -?
[0063] 在等式2中，Ei表示第i个用户的滤波后的ECG信号的误差矩阵。Xi表示包括多 个ECG矢量的ECG矩阵，无表示包括平均矢量的平均矩阵。此外，误差矩阵可近似为如等 式3中所示。
[0064][等式3]
[0065]
[0066] 在等式3中，&表示第i个用户的滤波后的ECG信号的权重矩阵，Bi表示第i个 用户的滤波后的ECG信号的主要误差矩阵。登记器140可基于SVD方案或低秩近似（low rankapproximation)方案将误差矩阵解为权重矩阵A;和主要误差矩阵Bp在该示 例中，主要误差矩阵&可指示基于第i个用户的独特特征的ECG信号的图案。此外，由于 通过划分误差矩阵Ei来提取主要误差矩阵Bi，因此主要误差矩阵&的秩可低于误差矩阵Ei 的秩。
[0067] 登记器140可存储包括例如平均矢量、误差矩阵和主要误差矩阵的ECG信号的提 取的信息。登记器140还可通过通信接口将ECG信息发送到图2的认证设备210。当多个 用户使用登记设备110时，登记器140可存储与各个用户中的每个相应的平均矢量、误差矩 阵和主要误差矩阵。
[0068] 图2是示出认证设备210的示例的框图。参照图2,认证设备210包括ECG信号 接收器220、预处理器230和认证器240。认证设备210基于用户的ECG信号认证用户是否 是预先登记的用户。认证设备210可将存储在图1的登记设备110中的预先登记的用户的 ECG信息与从用户获取的ECG信息进行比较，并认证与获取的ECG信息相应的用户与预先登 记的用户是否匹配。如上所述，虽然认证设备210被描述为与图1的登记设备110分开，但 是认证设备210和登记设备110可被构造在单个设备中或者可以彼此分开。如参照图1所 述，当登记设备110和认证设备210被构造在单个设备中时，ECG信号接收器1120和预处 理器1130可用于登记和认证两者。
[0069] ECG信号接收器220使用ECG传感器接收指示用户的ECG信号的目标ECG信号，并 执行与图1的ECG接收器120的操作相同的操作。预处理器230对目标ECG信号进行滤波 和处理以具有适合于认证的形式，并执行与图1的预处理器130的操作相同的操作。
[0070] 认证器240从滤波后的目标ECG信号去除参考ECG信号的主要误差分量和平均 值，并确定目标ECG信号是否对应于参考ECG信号。参考ECG信号是用户的预先登记的ECG 信号，多个参考ECG信号可分别用于多个用户。在一个示例中，认证器240可预先存储参考 ECG信号的主要误差分量和平均值的信息。此外，认证器240可从外部源（例如，图1的登 记设备110)接收预先登记的ECG信号的主要误差分量和平均值的信息。
[0071] 认证器240可基于滤波后的目标ECG信号的ECG波形提取ECG矢量。在该示例中， 认证器240可产生包括作为元素的ECG波形的幅度（例如，电压值）的ECG矢量。此外，认 证器240可基于指示参考ECG信号的平均值的平均矢量与多个ECG矢量之间的差提取误差 矩阵。认证器240可从误差矩阵去除指示参考ECG信号的主要误差分量的主要误差矩阵分 量，并确定去除了主要误差矩阵分量的误差矩阵的范数。在一个示例中，认证器240可使用 等式4确定范数。
[0072][等式 4]
[0073]
[0074] 在等式4中，Q表示第i个用户的去除主要误差矩阵分量的误差矩阵的范数，y表 示包括ECG矢量的ECG矩阵，^表示包括参考ECG信号的平均矢量的平均矩阵，表示主 要误差矩阵的第j行，k表示主要误差矩阵的秩。| | | |表示指示矢量的长度的范数。在该 示例中，范数可指示例如欧几里德范数、L1范数和/或P范数。例如，当试图被认证的用户 的目标ECG信号包括第一ECG波形和第二ECG波形时，认证器240可基于第一ECG波形和 第二ECG波形产生第一ECG矢量和第二ECG矢量，并通过从第一ECG矢量和第二ECG矢量 减去参考ECG信号的平均矢量来产生误差矩阵y-i。
[0075] 认证器240可基于确定的范数确定ECG信号是否对应于预先登记的ECG信号。在 一示例中，认证器240可将误差矩阵的范数和去除了主要误差矩阵分量的误差矩阵的范数 进行比较，以确定ECG信号是否对应于预先登记的ECG信号。