JP6529263B2 - 並列生体信号プロセッサ及びその制御方法並びにそれを含む統合生体信号プロセッサ及びそのためのアプリケーションプロセッサ - Google Patents

Description

本発明は、並列生体信号プロセッサ及びその制御方法並びにそれを含む統合生体信号プロセッサ及びそのためのアプリケーションプロセッサに関する。

患者の健康状態を診断するための多様な医療装備が開発されている。Ｕ（ユビキタス）ヘルスケアに対する関心が高まるにつれて、日常生活でも健康信号をモニタリングし、これを分析しようとする新しい技術が試みられている。一例として、ユーザの生物学的な状態と反応を持続的にモニタリングするための生体信号プロセッサに関する研究が盛んに行われている。

このような生体信号プロセッサは、ユーザ便宜性のために超軽量、超小型の特性が求められる。限定されたバッテリ性能で超軽量、超小型の特性を満たすためには窮極的にシステムの低電力化が要求される。

本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、生体情報の抽出に適した増幅器、変換器、前処理器、及び特徴抽出器をルーティングする並列生体信号プロセッサ及びその制御方法並びにそれを含む統合生体信号プロセッサ及びそのためのアプリケーションプロセッサを提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による並列生体信号プロセッサは、増幅属性に基づいて生体信号を増幅する複数の増幅器と、変換属性に基づいて前記増幅器の増幅信号を変換する複数の変換器と、前処理属性に基づいて前記変換器の変換信号を前処理する複数の前処理器と、前記前処理器の出力信号から生体情報を抽出する複数の特徴抽出器と、を有する。

前記並列生体信号プロセッサは、前記増幅器、前記変換器、前記前処理器、及び前記特徴抽出器のそれぞれの間に接続されたスイッチングファブリックを更に含むことができる。
前記並列生体信号プロセッサは、前記スイッチングファブリックを制御し、前記生体信号が入力される対象増幅器、該対象増幅器の増幅信号が入力される対象変換器、該対象変換器の変換信号が入力される対象前処理器、及び該対象前処理器の出力信号が入力される対象特徴抽出器をルーティングするスイッチングコントローラを更に含むことができる。
前記スイッチングコントローラは、前記対象増幅器、前記対象変換器、前記対象前処理器、及び前記対象特徴抽出器をリルーティングし得る。
前記スイッチングコントローラは、動作モードに応じて前記対象増幅器、前記対象変換器、前記対象前処理器、及び前記対象特徴抽出器をルーティングし得る。
前記動作モードは、低電力動作モード及び高精密動作モードのうちの１つを含み得る。
前記増幅器、前記変換器、前記前処理器、及び前記特徴抽出器は、それぞれ並列に接続され得る。
前記増幅器はそれぞれ異なる増幅属性を有し、前記変換器はそれぞれ異なる変換属性を有し、前記前処理器はそれぞれ異なる前処理属性を有し、前記特徴抽出器はそれぞれ異なる生体情報を抽出し得る。
前記並列生体信号プロセッサは、少なくとも１つの生体信号をセンシングする少なくとも１つのセンサに接続されたポートを複数更に含むことができる。
前記並列生体信号プロセッサは、前記複数のポートと前記増幅器との間に接続されたスイッチングファブリックを更に含み、前記スイッチングコントローラは、前記複数のポートと前記増幅器との間に接続された前記スイッチングファブリックを制御し、前記対象増幅器に前記生体信号を提供し得る。
前記少なくとも１つのセンサは、電極センサ、光化学センサ、及び光電センサのうちの少なくとも１つを含み得る。
前記増幅属性は、入力インピーダンス、帯域幅、及び増幅利得のうちの少なくとも１つを含み得る。
前記増幅器は、前記増幅属性を調整し得る。
前記増幅器は、インストルメント増幅器（ＩＡ）、プログラム可能利得増幅器（ＰＧＡ）、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）のうちの少なくとも１つを含み得る。
前記変換器は、前記変換属性に応じて前記増幅信号をデジタル信号に変換し得る。
前記変換属性は、入力ダイナミックレンジ及び出力ビットレゾリューションのうちの少なくとも１つを含み得る。
前記前処理属性は、前記変換信号の不要周波数帯域をフィルタリングする属性及び前記変換信号からの前処理情報を抽出する属性のうちの少なくとも１つを含み得る。
前記前処理情報は、前記変換信号を取得した時刻に関する情報及び前記変換信号の周波数特性に関する情報のうちの少なくとも１つを含み得る。
前記並列生体信号プロセッサは、前記増幅器、前記変換器、前記前処理器、及び前記特徴抽出器に供給される電力を制御する電力コントローラを更に含むことができる。
前記並列生体信号プロセッサは、前記増幅器、前記変換器、前記前処理器、及び前記特徴抽出器の細部属性を制御するレジスタコントローラを更に含むことができる。
前記並列生体信号プロセッサは、前記生体情報を外部機器に送信する送信部を更に含むことができる。
前記並列生体信号プロセッサは、前記外部機器と有線で接続する有線インタフェースを更に含み、前記送信部は、前記有線インタフェースを用いて前記生体情報を前記外部機器に送信し得る。
前記有線インタフェースは、ＵＡＲＴ（汎用非同期送受信機）、ＳＰＩ（直列周辺装置インタフェース）、及びＩ^２Ｃ（アイ・スクエアード・シー）のうちの少なくとも１つを含み得る。
前記並列生体信号プロセッサは、前記外部機器と無線で接続する無線インタフェースを更に含み、前記送信部は、前記無線インタフェースを用いて前記生体情報を前記外部機器に送信し得る。
前記無線インタフェースは、ＢＡＮ（身体領域ネットワーク）、ＩＥＥＥ８０２．１５．１〜４準拠、及びＮＦＣ（近距離無線通信）のうちの少なくとも１つを含み得る。

上記目的を達成するためになされた本発明の一態様によるアプリケーションプロセッサは、命令語及びデータを処理するプロセッサコアと、生体信号から生体情報を抽出する並列生体信号プロセッサと、を有し、前記並列生体信号プロセッサは、前記生体信号を増幅属性に基づいて増幅する複数の増幅器と、前記増幅器の増幅信号を変換属性に基づいて変換する複数の変換器と、前記変換器の変換信号を前処理属性に基づいて前処理する複数の前処理器と、前記前処理器の出力信号から前記生体情報を抽出する複数の特徴抽出器と、前記増幅器、前記変換器、前記前処理器、及び前記特徴抽出器のそれぞれの間に接続されたスイッチングファブリックと、を含む。

上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による並列生体信号プロセッサの制御方法は、それぞれ複数の増幅器、変換器、前処理器、及び特徴抽出器を有する並列生体信号プロセッサを制御する方法であって、前記増幅器、前記変換器、前記前処理器、及び前記特徴抽出器をルーティングするステップと、前記増幅器のうちの対象増幅器を用いて生体信号を増幅するステップと、前記変換器のうちの対象変換器を用いて前記増幅された生体信号を変換するステップと、前記前処理器のうちの対象前処理器を用いて前記変換された信号を前処理するステップと、前記特徴抽出器のうちの対象特徴抽出器を用いて前記前処理された信号から生体情報を抽出するステップと、を含む。

上記目的を達成するためになされた本発明の他の態様による並列生体信号プロセッサは、第１信号及び第２信号を受信して前記第１信号及び前記第２信号をそれぞれ第１経路と第２経路とを介して同時にルーティングすることで前記第１信号及び前記第２信号を同時に処理するコントローラを有し、前記コントローラは、前記第１経路を介して、第１変換属性に基づき前記第１信号を第１変換信号に変換し、第１前処理属性に基づき前記第１変換信号を前処理して第１生体情報を抽出し、前記第２経路を介して、第２変換属性に基づき前記第２信号を第２変換信号に変換し、第２前処理属性に基づき前記第２変換信号を前処理して第２生体情報を抽出する。

前記コントローラは、前記第１信号及び前記第２信号を変換する前に、第１増幅属性に基づき前記第１信号を増幅し、第２増幅属性に基づき前記第２信号を増幅し得る。
前記第１増幅属性及び前記第２増幅属性は、少なくとも１つの入力インピーダンス、帯域幅、及び増幅利得のうちの少なくとも１つを含み、前記第１変換属性及び前記第２変換属性は、入力ダイナミックレンジ及び出力ビットレゾリューションのうちの少なくとも１つを含み、前記第１前処理属性及び第２前処理属性は、不要周波数帯域をフィルタリングする属性及び少なくとも１つの前処理情報を抽出する属性のうちの少なくとも１つを含み得る。
前記並列生体信号プロセッサは、前記第１信号及び前記第２信号を増幅する増幅器と、前記増幅された第１信号を第１変換信号に変換し、前記増幅された第２信号を第２変換信号に変換する変換器と、前記第１変換信号及び前記第２変換信号を前処理する前処理器と、前記第１生体情報及び前記第２生体情報を抽出する特徴抽出器と、を含むことができる。
前記並列生体信号プロセッサは、少なくとも１つの生体情報をセンシングするための少なくとも１つのセンサを接続するポートを更に含むことができる。
前記並列生体信号プロセッサは、前記ポートと前記増幅器との間に配置されたポートスイッチングファブリックと、前記増幅器と前記変換器との間に配置された増幅スイッチングファブリックと、前記変換器と前記前処理器との間に配置された変換スイッチングファブリックと、前記前処理器と前記特徴抽出器との間に配置された前処理スイッチングファブリックと、を更に含むことができる。

本発明による並列生体信号プロセッサは、複数の増幅器、複数の変換器、複数の前処理器、及び複数の特徴抽出器のうちから生体情報の抽出に適した増幅器、変換器、前処理器、及び特徴抽出器をルーティングすることができる。それにより、複数の生体信号を同時に処理することができ、生体情報の正確性を向上させ、別途のアルゴリズムを必要とせずに並列生体信号プロセッサだけで複数の生体情報を抽出することができる。

一実施形態による並列生体信号プロセッサを示すブロック図である。 一実施形態による並列生体信号プロセッサの一例を説明するための図である。 低電力動作モードで不整脈検出情報を抽出する場合の並列生体信号プロセッサの動作を説明するための図である。 高精密動作モードで不整脈検出情報を抽出する場合の並列生体信号プロセッサの動作を説明するための図である。 図４に示す第３特徴抽出器の動作を説明するための図である。 一実施形態による統合生体信号プロセッサを示すブロック図である。 一実施形態によるアプリケーションプロセッサを示すブロック図である。 一実施形態による並列生体信号プロセッサの制御方法を示す動作フローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。しかし、本発明は、一実施形態によって制限されたり限定されたりすることはない。また、各図面に提示した同一の参照符号は同一の部材を示す。

図１は、一実施形態による並列生体信号プロセッサを示すブロック図である。

図１を参照すると、本実施形態による並列生体信号プロセッサ１００は、複数の増幅器１１０、複数の変換器１２０、複数の前処理器１３０、複数の特徴抽出器１４０、及びスイッチングコントローラ１５０を含む。

本実施形態で、並列生体信号プロセッサ１００は、図２などを参照して後述するレジスタコントローラ及び電力コントローラ、複数のスイッチングファブリック、複数のポート、及び送信部を更に含む。

並列生体信号プロセッサ１００は、システムオンチップ（Ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ Ｃｈｉｐ：ＳｏＣ）で具現され得る。

複数の増幅器１１０は、並列に配置され、少なくとも１つの生体信号を１つ以上の増幅属性に応じて増幅する。本実施形態で、複数の増幅器１１０によって増幅される信号はアナログ信号である。複数の増幅器１１０が並列に配置されることで、複数の増幅器１１０のそれぞれは、他の増幅器の影響を受けることなく、予め決定した増幅属性に応じて生体信号を増幅する。ここで、増幅属性は、入力インピーダンス、帯域幅、及び増幅利得のうちの少なくとも１つを含む。一実施形態による複数の増幅器１１０は、それぞれ異なる増幅属性を有し、複数の増幅器１１０がそれぞれ増幅属性を適応的に調整する。他の実施形態で、後述するレジスタ制御部（図示せず）によって増幅属性が調整される。また、複数の増幅器１１０は、インストルメント増幅器（Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＩＡ）、プログラム可能利得増幅器（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｉｎ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＰＧＡ）、及び帯域通過フィルタ（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ：ＢＰＦ）のうちの少なくとも１つを含む。一実施形態による複数の増幅器１１０は、並列生体信号プロセッサ１００の内部に含まれる。また、他の実施形態で、複数の増幅器１１０は、並列生体信号プロセッサ１００の外部に含まれる。この場合にも、複数の増幅器は、後述するレジスタ制御部（図示せず）によって制御され得る。

複数の変換器１２０は、並列に配置され、複数の増幅器１１０の増幅信号を１つ以上の変換属性に応じて変換する。一実施形態による複数の変換器１２０は、変換属性に応じて複数の変換器の増幅信号をデジタル信号に変換する。複数の変換器１２０は、それぞれ異なる変換属性を有する。複数の変換器１２０が並列に配置されることによって、複数の変換器１２０のそれぞれは、他の変換器の影響を受けることなく、予め決定した変換属性に応じてアナログ信号をデジタル信号に変換する。ここで、変換属性は、入力ダイナミックレンジ（ｉｎｐｕｔ ｄｙｎａｍｉｃ ｒａｎｇｅ）及び出力ビットレゾリューション（ｂｉｔ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）のうちの少なくとも１つを含む。

複数の前処理器１３０は、並列に配置され、複数の変換器１２０の変換信号を１つ以上の前処理属性に応じて変換する。ここで前処理属性は、複数の特徴抽出器１４０が生体情報を抽出できるように予め実行されなければならない信号加工過程を意味する。複数の前処理器１３０は、それぞれ異なる前処理属性を有する。複数の前処理器１３０が並列に配置されることで、複数の前処理器１３０のそれぞれは、他の前処理器の影響を受けることなく、予め決定した前処理属性に応じて変換信号を前処理する。ここで、前処理属性は、変換信号の不要周波数帯域をフィルタリングする属性及び変換信号に対する１つ以上の前処理情報を抽出する属性のうちの少なくとも１つを含む。また、前処理情報は、変換信号を取得した時刻に関する情報及び変換信号の周波数特性に関する情報のうちの少なくとも１つを含む。本実施形態による複数の前処理器１３０は、ＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｕｎｉｔ）内に、固定されたハードウェアブロックで具現されるか、又はソフトウェアライブラリー（ｌｉｂｒａｒｙ）で具現される。

複数の特徴抽出器１４０は、並列に配置され、複数の前処理器１３０の出力信号から１つ以上の生体情報を抽出する。ここで、生体情報は、血糖、血圧、体重、心電図などのように人体から測定された情報、ステップ数などのようにユーザの行為によって発生する情報、及び不整脈、狭心症、心筋梗塞のような医療情報を含む。例えば、複数の特徴抽出器１４０は、前処理された心電図（ＥｌｅｃｔｒｏＣａｒｄｉｏＧｒａｐｈｙ：ＥＣＧ）信号からＲ−ピーク（ｐｅａｋ）情報を探して心臓拍動数情報を抽出し、前処理された光電脈波（ＰｈｏｔｏＰｌｅｔｈｙｓｍｏＧｒａｐｈｙ：ＰＰＧ）信号からピーク情報を探して心臓拍動数情報を抽出する。他の例として、複数の特徴抽出器１４０は、前処理された心電図信号及び前処理された光電脈波信号のピーク差を用いて血圧情報を抽出し、前処理された筋電図（ＥｌｅｃｔｒｏＭｙｏＧｒａｐｈｙ：ＥＭＧ）信号から筋肉の動き情報を抽出し、脳波（ＥｌｅｃｔｒｏＥｎｃｅｐｈａｌｏＧｒａｐｈｙ：ＥＥＧ）信号から頭脳活動情報を抽出する。本実施形態で、複数の特徴抽出器１４０は、ＭＣＵ内に、固定されたハードウェアブロックで具現されるか、又はソフトウェアライブラリーで具現される。

複数のポート（図示せず）は、少なくとも１つの生体信号をセンシングする少なくとも１つのセンサ（図示せず）と接続される。複数のポート（図示せず）は、少なくとも１つのセンサ（図示せず）から少なくとも１つの生体信号を受信し、受信した少なくとも１つの生体信号を複数の増幅器１１０に伝達する。ここで、センサは、人体部位の電位差を測定する電極センサ、ＩＳＦＥＴ（Ｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ＦＥＴ）のような光化学センサ、光の発光、吸光、蛍光、反射などを測定する光電センサ（例えば、光ダイオードセンサ）を含む。

複数のスイッチングファブリック（ｆａｂｒｉｃ）（図示せず）は、複数の増幅器１１０、複数の変換器１２０、複数の前処理器１３０、及び複数の特徴抽出器１４０をそれぞれ相互接続する。また、スイッチングファブリックは、複数のポートと複数の増幅器１１０との間に接続される。例えば、複数のポート（図示せず）と複数の増幅器１１０との間に第１スイッチングファブリックが配置され、複数の増幅器１１０と複数の変換器１２０との間に第２スイッチングファブリックが配置され、複数の変換器１２０と複数の前処理器１３０との間に第３スイッチングファブリックが配置され、複数の前処理器１３０と複数の特徴抽出器１４０との間に第４スイッチングファブリックが配置される。

スイッチングコントローラ１５０は、複数のスイッチングファブリック（図示せず）を制御し、生体信号が入力される少なくとも１つの対象増幅器、対象増幅器の増幅信号が入力される少なくとも１つの対象変換器、対象増幅器の変換信号が入力される少なくとも１つの対象前処理器、及び対象前処理器の出力信号が入力される少なくとも１つの対象特徴抽出器をルーティングする。ここで、対象増幅器、対象変換器、対象前処理器、及び対象特徴抽出器は、複数の増幅器１１０、複数の変換器１２０、複数の前処理器１３０、及び複数の特徴抽出器１４０のうちの当該生体情報を抽出するために用いられる増幅器、変換器、前処理器、及び特徴抽出器を意味する。

スイッチングコントローラ１５０は、抽出しようとする生体情報に適する増幅器、変換器、前処理器、及び特徴抽出器を選択する。そのため、抽出される生体情報の正確性が向上して並列生体信号プロセッサ１００の自由度が向上し、並列生体信号プロセッサ１００の効率性が増加し、他のプロセッサの援助又は別途のアルゴリズムの援助なしに、並列生体信号プロセッサ１００だけで所望する生体情報を抽出することができる。

本実施形態によるスイッチングコントローラ１５０は、対象増幅器、対象変換器、対象前処理器、及び対象特徴抽出器のみならず、センサから受信した生体信号を対象増幅器に伝達する対象ポートをルーティングする。ここで、対象ポートは、複数のポート（図示せず）のうちの当該生体情報の抽出のために用いられるポートを意味する。

本実施形態によるスイッチングコントローラ１５０は、少なくとも１つの生体信号から所望する情報を抽出するために必要な仕様の対象増幅器、対象変換器、対象前処理器、及び対象特徴抽出器を接続する。例えば、心電図信号から心臓拍動数情報を抽出する場合、スイッチングコントローラ１５０は、複数の増幅器１１０のうちの増幅利得が１００である対象増幅器、複数の変換器１２０のうちの１２ビットレゾリューションの変換属性を有する対象変換器、複数の前処理器１３０のうちのＤＣオフセットを除去する前処理属性を有する対象前処理器、及び複数の特徴抽出器１４０のうちの心臓拍動数を抽出する対象特徴抽出器をルーティングする。スイッチングコントローラ１５０で、或るルーティングにより、対象増幅器は周波数帯域が０．５Ｈｚ〜４０Ｈｚの心電図信号を１００倍増幅し、対象変換器は１２ビットレゾリューションで増幅信号をデジタル信号に変換し、対象前処理器は変換信号のＤＣオフセットを除去し、対象特徴抽出器は前処理された心電図信号からＲ−ピークを探して心臓拍動数情報を抽出する。

本実施形態によるスイッチングコントローラ１５０は、複数のルーティング経路により、対象増幅器、対象変換器、対象前処理器、及び対象特徴抽出器を用いて少なくとも１つの生体信号のルーティングを行う。例えば、複数の増幅器１１０、複数の変換器１２０、複数の前処理器１３０、及び複数の特徴抽出器１４０の個数がそれぞれ３つである場合、心電図信号から心臓拍動数情報を抽出するための第１ルーティング経路は、第１増幅器、第１変換器、第３前処理器、及び第３特徴抽出器であり、筋電図信号から筋肉動き情報を抽出するための第２ルーティング経路は、第２増幅器、第２変換器、第１前処理器、及び第２特徴抽出器であると仮定する。この場合、スイッチングコントローラ１５０は、第１ルーティング経路、及び第２ルーティング経路により、２つの対象増幅器、２つの対象変換器、２つの対象前処理器、及び２つの対象特徴抽出器を同時にルーティングし、心電図信号及び筋電図信号を同時に処理することができる。ここで、「同時に」という用語は、いずれか１つの信号と異なる信号を同一の時間に処理するか、又はいずれか１つの信号と異なる信号を最小時間内に順次処理することを意味する。

本実施形態によるスイッチングコントローラ１５０は、対象増幅器、対象変換器、対象前処理器、及び対象特徴抽出器を用いて信号をリルーティング（ｒｅｒｏｕｔｉｎｇ）する。例えば、複数の増幅器１１０、複数の変換器１２０、複数の前処理器１３０、及び複数の特徴抽出器１４０の個数がそれぞれ４個であり、生体信号から血圧情報を抽出する場合、スイッチングコントローラ１５０は、例えば第１増幅器、第３増幅器、第３前処理器、及び第４特徴抽出器をそれぞれ対象増幅器、対象変換器、対象前処理器、及び対象特徴抽出器として選択する。生体信号から筋肉の動き情報を抽出する場合、スイッチングコントローラ１５０は、例えば第２増幅器、第１増幅器、第２前処理器、及び第３特徴抽出器をそれぞれ対象増幅器、対象変換器、対象前処理器、及び対象特徴抽出器として選択する。

本実施形態によるスイッチングコントローラ１５０は、動作モードに応じて対象増幅器、対象変換器、対象前処理器、及び対象特徴抽出器をルーティングする。ここで、動作モードは、低電力動作モード及び高精密動作モードを含む。例えば、複数の増幅器１１０、複数の変換器１２０、複数の前処理器１３０、及び複数の特徴抽出器１４０の個数がそれぞれ２つである場合、第１増幅器、第１変換器、及び第１前処理器は、第２増幅器、第２変換器、及び第２前処理器よりも性能が低く、消費電力が小さいと仮定する。また、第１特徴抽出器は不整脈情報を抽出し、第２特徴抽出器は頭脳活動情報を抽出する。ここで、動作モードが低電力動作モードである場合、スイッチングコントローラ１５０は、第１増幅器、第１変換器、第１前処理器、及び第１特徴抽出器のそれぞれを対象増幅器、対象変換器、対象前処理器、及び対象特徴抽出器として選択する。また、動作モードが高精密動作モードである場合、スイッチングコントローラ１５０は、第２増幅器、第２変換器、第２前処理器、及び第２特徴抽出器のそれぞれを対象増幅器、対象変換器、対象前処理器、及び対象特徴抽出器として選択する。

レジスタコントローラ（図示せず）は、複数の増幅器１１０、複数の変換器１２０、複数の前処理器１３０、及び複数の特徴抽出器１４０の細部属性を制御する。例えば、レジスタコントローラ（図示せず）は、スイッチングコントローラ１５０又は外部からの制御信号により複数の増幅器１１０の入力インピーダンス、帯域幅、増幅利得を調整し、複数の変換器１２０の入力ダイナミックレンジ、出力ビットレゾリューションを調整し、複数の前処理器１３０、複数の特徴抽出器１４０の帯域幅、サンプリングレート（ｓａｍｐｌｉｎｇ ｒａｔｅ）を調整する。

電力コントローラ（図示せず）は、複数の増幅器１１０、複数の変換器１２０、複数の前処理器１３０、複数の特徴抽出器１４０、及び複数のポート（図示せず）に供給される電力を制御する。例えば、電力コントローラ（図示せず）は、スイッチングコントローラ１５０によってルーティングされた対象ポート、対象増幅器、対象変換器、対象前処理器、及び対象特徴抽出器に電力を供給し、残りのポート、残りの増幅器、残りの変換器、残りの前処理器、及び残りの対象特徴抽出器に供給される電力を遮断する。これにより、並列生体信号プロセッサ１００の消耗電力を減少させることができる。

送信部（図示せず）は、対象特徴抽出部から抽出された生体情報を外部機器に送信する。送信部（図示せず）は、外部機器と有線で接続する有線インタフェース、及び外部機器と無線で接続する無線インタフェースのうちの少なくとも１つを含む。送信部（図示せず）は、有線インタフェース又は無線インタフェースを用いて生体情報を外部機器に送信する。一実施形態で、有線インタフェースは、汎用非同期送受信機（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ：ＵＡＲＴ）、直列周辺装置インタフェース（Ｓｅｒｉａｌ Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ：ＳＰＩ）、及びアイ・スクエアード・シー（Ｉｎｔｅｒ−Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：Ｉ^２Ｃ）のうちの少なくとも１つを含む。また、無線インタフェースは、身体領域ネットワーク（Ｂｏｄｙ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ：ＢＡＮ）、ＩＥＥＥ８０２．１５．１〜３ａ準拠のＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＩＥＥＥ８０２．１５．４準拠のＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、及びＩＳＯ／ＩＥＣ１８０９２準拠の近距離無線通信（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ：ＮＦＣ）のうちの少なくとも１つを含む。

図２は、一実施形態による並列生体信号プロセッサの一例を説明するための図である。

図２を参照すると、並列生体信号プロセッサ２００は、ｋ個のポート２０１〜２０３、アナログフロントエンド部（Ａｎａｌｏｇ Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ ｕｎｉｔ：ＡＦＥ ｕｎｉｔ）２２０、アナログデジタル変換部（Ａｎａｌｏｇ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｕｎｉｔ：ＡＤＣ ｕｎｉｔ）２３０、デジタル前処理部（Ｄｉｇｉｔａｌ ｐｒｅ−ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）２４０、特徴抽出部（Ｆｅａｔｕｒｅ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｕｎｉｔ）２５０、スイッチングコントローラ（ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２６０、レジスタコントローラ（ｒｅｇｉｓｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２７０、及び電力コントローラ（ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２８０を含む。また、並列生体信号プロセッサ２００は、ｋ個のポート２０１〜２０３とアナログフロントエンド部２２０とを接続するポートスイッチングファブリック２１１、アナログフロントエンド部２２０とアナログデジタル変換部２３０とを接続するＡＦＥスイッチングファブリック２１２（増幅スイッチングファブリック）、アナログデジタル変換部２３０とデジタル前処理部２４０とを接続するＡＤＣスイッチングファブリック２１３（変換スイッチングファブリック）、デジタル前処理部２４０と特徴抽出部２５０とを接続するＤＳＰスイッチングファブリック２１４（前処理スイッチングファブリック）を含む。アナログフロントエンド部２２０はｍ個の増幅器２２１〜２２４を含み、アナログデジタル変換部２３０はｎ個の変換器２３１〜２３４を含み、デジタル前処理部２４０はｐ個の前処理器２４１〜２４４を含み、特徴抽出部２５０はｑ個の特徴抽出器２５１〜２５４を含む。

ｋ個のポート２０１〜２０３は、人体部位の電位差を測定する電極センサ、ＩＳＦＥＴのような光化学センサ、光の発光、吸光、蛍光、反射などを測定する光電センサなどのセンサに接続される。本実施形態で、ｋ個のポート２０１〜２０３は、電極センサ、光化学センサ、光電センサの他の全てのセンサと接続される。スイッチングコントローラ２６０は、ｋ個のポート２０１〜２０３のうちの抽出しようとする生体情報に適する生体信号を伝達する少なくとも１つの対象ポートを選択する、対象ポートは、自身に接続されたセンサから生体情報を受信してｍ個の増幅器２２１〜２２４のうちの少なくとも１つの増幅器に送信する。

ｍ個の増幅器２２１〜２２４は、アナログフロントエンド部２２０内に並列に配置され、ｋ個のポート２０１〜２０３のうちの少なくとも１つから入力された生体信号を増幅属性に応じて増幅する。スイッチングコントローラ２６０はｍ個の増幅器２２１〜２２４のうちの抽出しようとする生体情報に適する少なくとも１つの増幅器を対象増幅器として選択し、対象増幅器は自身の増幅属性に応じて生体信号を増幅する。本実施形態で、ｍ個の増幅器２２１〜２２４は、それぞれ異なる増幅属性を有する。例えば、ｍ個の増幅器２２１〜２２４は、入力インピーダンス、帯域幅、増幅利得のような増幅属性を調整することのできるプログラム可能増幅器である。また、ｍ個の増幅器２２１〜２２４は、インストルメント増幅器、プログラム可能利得増幅器、帯域通過フィルタのうちの少なくとも１つを含む。本実施形態で、ｋ個のポート２０１〜２０３とｍ個の増幅器２２１〜２２４との間にポートスイッチングファブリック２１１が配置され、スイッチングコントローラ２６０はｋ個のポート２０１〜２０３とｍ個の増幅器２２１〜２２４との間に配置されたポートスイッチングファブリック２１１を制御する。

ｎ個の変換器２３１〜２３４は、アナログデジタル変換部２３０内に並列に配置され、アナログフロントエンド部２２０に含まれるｍ個の増幅器２２１〜２２４のうちの少なくとも１つからの増幅信号を変換属性に応じてデジタル信号に変換する。ここで、変換属性は、入力ダイナミックレンジ及び出力ビットレゾリューションのうちの少なくとも１つを含み、ｎ個の変換器２３１〜２３４は、それぞれ異なる入力ダイナミックレンジ及び出力ビットレゾリューションを含む。スイッチングコントローラ２６０はｎ個の変換器２３１〜２３４のうちの抽出しようとする生体情報に適する変換器を対象変換器として選択し、対象変換器は自身の変換属性に応じて増幅信号をデジタル信号に変換する。

ｐ個の前処理器２４１〜２４４は、デジタル前処理部２４０内に並列に配置され、ｎ個の変換器２３１〜２３４のうちの少なくとも１つからの変換信号を前処理属性に応じて前処理する。ここで、前処理属性は、変換信号の不要周波数帯域をフィルタリングする属性、及び変換信号に対する１つ以上の前処理情報を抽出する属性のうちの少なくとも１つを含み、前処理情報は変換信号を取得した時刻に関する情報及び変換信号の周波数特性に関する情報のうちの少なくとも１つを含む。例えば、第１前処理器（２４１）の前処理属性は、変換信号の不要周波数帯域をフィルタリングする属性である。この場合、第１前処理器２４１は、高域通過フィルタ、帯域通過フィルタ、又は低域通過フィルタを含み、高域通過フィルタ、帯域通過フィルタ、又は低域通過フィルタは、ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）、ＩＩＲ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）で具実現される。他の例として、第２前処理器（２４２）の前処理属性は、変換信号を取得した時刻に関する情報を抽出する属性である。この場合、第２前処理器２４１は、変換信号のサンプルを取得した時点のローカルＲＴＣ（ｌｏｃａｌ Ｒｅａｌ Ｔｉｍｅ Ｃｌｏｃｋ）値を変換信号と共に格納する。更なる例として、第３前処理器（２４３）の前処理属性は、変換信号の周波数特性に関する情報を抽出する属性である。この場合、第３前処理器（２４３）は、高速フーリエ変換（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｓｎｆｏｒｍ：ＦＦＴ）を用いて変換信号の周波数特性に関する情報を抽出する。スイッチングコントローラ２６０はｐ個の前処理器２４１〜２４４のうちの抽出しようとする生体情報に適する少なくとも１つの前処理器を対象前処理器に選択し、対象前処理器は自身の前処理属性に応じて変換信号を前処理する。

ｑ個の特徴抽出器２５１〜２５４は、特徴抽出部２５０内に並列に配置され、ｐ個の前処理器２４１〜２４４のうちの少なくとも１つの出力信号から１つ以上の生体情報を抽出する。例えば、第１特徴抽出器（２５１）は心臓拍動数情報を抽出し、第２特徴抽出器（２５２）は血圧情報を抽出し、第３特徴抽出器（２５３）は筋肉使用量情報を抽出し、第４特徴抽出器（２５４）は頭脳活動情報を抽出する。スイッチングコントローラ２６０はｑ個の特徴抽出器２５１〜２５４のうちの抽出しようとする生体情報が抽出可能な少なくとも１つの特徴抽出器を対象特徴抽出器として選択し、対象特徴抽出器は対象前処理器の出力信号から生体情報を抽出する。

スイッチングコントローラ２６０は、ポートスイッチングファブリック２１１、ＡＦＥスイッチングファブリック２１２、ＡＤＣスイッチングファブリック２１３、ＤＳＰスイッチングファブリック２１４を制御し、抽出しようとする生体情報に適する生体信号を伝達する対象ポート、対象ポートから生体信号を受信する対象増幅器、対象増幅器の増幅信号が入力される対象変換器、対象変換器の変換信号が入力される対象前処理器、及び対象前処理器の出力信号が入力される対象特徴抽出器をルーティングする。スイッチングコントローラ２６０は、ポートスイッチングファブリック２１１を制御してアナログフロントエンド部２２０の対象増幅器が対象ポートから生体信号を受信できるようにする。スイッチングコントローラ２６０は、ＡＦＥスイッチングファブリック２１２を制御してアナログデジタル変換部２３０の対象変換器が対象増幅器からの増幅信号を受信できるようにする。スイッチングコントローラ２６０は、ＡＤＣスイッチングファブリック２１３を制御してデジタル前処理部２４０の対象前処理器が対象変換器からの変換信号を受信できるようにする。スイッチングコントローラ２６０は、ＤＳＰスイッチングファブリック２１４を制御して特徴抽出部２５０の対象特徴抽出器が対象前処理器からの出力信号を受信できるようにする。

例えば、筋肉使用量情報を抽出するために人体に電極センサを取り付け、心臓拍動数情報を抽出するために人体に光ダイオードセンサ及び圧力センサを取り付ける。この場合、電極センサは筋電図信号をセンシングし、光ダイオードセンサは光電脈波信号をセンシングし、圧力センサは圧力信号をセンシングする。筋肉使用量情報及び心臓拍動数情報を同時に提供するために、並列生体信号プロセッサ２００は、筋電図信号、光電脈波信号、及び圧力信号を同時に処理する。そのために、スイッチングコントローラ２６０は、例えば筋電図信号を処理するための第１ポート（２０１）、第１増幅器（２２１）、第２変換器（２３２）、第１前処理器（２４１）、及び第３特徴抽出器（２５３）をルーティングし、光電脈波信号を処理するための第２ポート（２０２）、第２増幅器（２２２）、第３変換器（２３３）、第２前処理器（２４２）、第１特徴抽出器（２５１）、及び圧力信号を処理するための第３ポート（２０３）、第３増幅器（２２３）、第１変換器（２３１）、第３前処理器（２４３）、第１特徴抽出器（２５１）をルーティングする。第３特徴抽出器（２５３）は、前処理された筋電図信号から筋肉使用量情報を抽出し、第１特徴抽出器（２５１）は、前処理された光電脈波信号及び前処理された圧力信号から心臓拍動数情報を抽出する。このように、並列生体信号プロセッサ２００は、１つのチップで複数の生体信号処理を行うことができる。これにより、並列生体信号プロセッサ２００にセンサが用いられる場合、低電力小型センサが具現される。また、並列生体信号プロセッサ２００は、追加的な生体信号処理アルゴリズムを必要とせずに、複数の生体信号処理を行うことができる。

レジスタコントローラ２７０は、ｍ個の増幅器２２１〜２２４、ｎ個の変換器２３１〜２３４、ｐ個の前処理器２４１〜２４４、及びｑ個の特徴抽出器２５１〜２５４の細部属性を制御する。

電力コントローラ２８０は、ｍ個の増幅器２２１〜２２４、ｎ個の変換器２３１〜２３４、ｐ個の前処理器２４１〜２４４、及びｑ個の特徴抽出器２５１〜２５４に供給される電力を制御する。例えば、スイッチングコントローラ２６０が第１増幅器（２２１）、第１変換器（２３１）、第１前処理器（２４１）、及び第１特徴抽出器（２５１）をルーティングする場合、電力コントローラ２８０は、第１増幅器（２２１）、第１変換器（２３１）、第１前処理器（２４１）、及び第１特徴抽出器（２５１）に電力を供給し、残りの増幅器、残りの変換器、及び残りの対象特徴抽出器に供給される電力を遮断する。

図３〜図５は、一実施形態による並列生体信号プロセッサの動作を説明するための図である。

図３は、低電力動作モードで不整脈検出情報を抽出する場合の並列生体信号プロセッサの動作を説明するための図である。

図３を参照すると、並列生体信号プロセッサ３００は、４個のポート（３０１〜３０４）、アナログフロントエンド部３２０、アナログデジタル変換部３３０、デジタル前処理部３４０、特徴抽出部３５０、スイッチングコントローラ３６０、レジスタコントローラ３７０、及び電力コントローラ３８０を含む。また、並列生体信号プロセッサ３００は、４個のポート（３０１〜３０４）とアナログフロントエンド部３２０とを接続するポートスイッチングファブリック３１１、アナログフロントエンド部３２０とアナログデジタル変換部３３０とを接続するＡＦＥスイッチングファブリック３１２、アナログデジタル変換部３３０とデジタル前処理部３４０とを接続するＡＤＣスイッチングファブリック３１３、デジタル前処理部３４０と特徴抽出部３５０とを接続するＤＳＰスイッチングファブリック３１４を含む。第１ポート３０１は第１電極センサに接続され、第２ポート３０２は第２電極センサに接続され、第３ポート３０３は第１光ダイオードセンサに接続され、第４ポート３０４は第２光ダイオードセンサに接続される。

アナログフロントエンド部３２０は、３つの増幅器（３２１〜３２３）を含む。例えば第１増幅器３２１は、６ｄＢの増幅利得を有し、−１１５ｄＢのＣＭＲＲ（Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｏｄｅ Ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ Ｒａｔｉｏ）の特性を有する高性能増幅器であり、第２増幅器３２２及び第３増幅器３２３は、１ｄＢの増幅利得を有し、−１００ｄＢのＣＭＲＲ特性を有する低電力増幅器である。アナログデジタル変換部３３０は、２つの変換器（３３１、３３２）を含む。例えば第１変換器３３１は２４ビットレゾリューションを有するデルタ・シグマ変換器（ｄｅｌｔａ−ｓｉｇｍａ ＡＤＣ）であり、第２変換器３３２は１２ビットレゾリューションを有するＳＡＲ変換器（Ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ Ｒｅｇｉｓｔｅｒ ＡＤＣ）である。デジタル前処理部３４０は、４個の前処理器（３４１〜３４４）を含む。第１前処理器３４１及び第３前処理器３４３は変換信号の不要周波数帯域をフィルタリングし、第２前処理器３４２及び第４前処理器３４４は変換信号を取得した時刻に関する情報を抽出する。特徴抽出部３５０は、３つの特徴抽出器（３５１〜３５３）を含み。第１特徴抽出器３５１は前処理された生体信号から心臓拍動数情報を抽出し、第２特徴抽出器３５２は前処理された生体信号から不整脈検出情報を抽出し、第３特徴抽出器３５３は前処理された生体信号から血圧情報を抽出する。

不整脈を検出するために、スイッチングコントローラ３６０は、対象ポート、対象増幅器、対象変換器、対象前処理器、及び対象特徴抽出器をルーティングする。スイッチングコントローラ３６０は、第１電極センサ及び第２電極センサのうちのセンシングする心電図信号の品質が優れる第１電極センサに接続された第１ポート３０１を対象ポートとして選択する。スイッチングコントローラ３６０は、電力消耗が少ない第２増幅器３２２及び第２変換器３３２を対象増幅器及び対象変換器として選択する。また、スイッチングコントローラ３６０は、４０Ｈｚを超過する周波数帯域を除去するために、第１前処理器３４１を対象前処理器として選択し、不整脈検出情報を抽出する第２特徴抽出器３５２を対象特徴抽出器として選択する。点線に示すように、スイッチングコントローラ３６０は、ポートスイッチングファブリック３１１、ＡＦＥスイッチングファブリック３１２、ＡＤＣスイッチングファブリック３１３、及びＤＳＰスイッチングファブリック３１４を制御し、第１ポート３０１、第２増幅器３２２、第２変換器３３２、第１前処理器３４１、及び第２特徴抽出器３５２をルーティングする。そのため、第１ポート３０１は、第１電極センサから心電図信号を受信して第２増幅器３２２に送信し、第２増幅器３２２は、受信した心電図信号を１ｄＢの増幅利得及び−１００ｄＢのＣＭＲＲ特性に応じて増幅する。１２ビットレゾリューションを有する第２変換器３３２は、増幅信号を２５６Ｈｚでサンプリングする。心電図信号は０〜４０Ｈｚ周波数帯域で意味のある情報を含むため、第１前処理器３４１は、デジタルフィルタのタップ（ｔａｐ）数と係数を変更し、サンプリングされた心電図信号の４０Ｈｚを超過する周波数帯域をフィルタリングする。第２特徴抽出器３５２は、フィルタリングされた心電図信号からリアルタイムで不整脈を検出する。

図４は、高精密動作モードで不整脈検出情報を抽出する場合の並列生体信号プロセッサの動作を説明するための図である。

図４を参照すると、並列生体信号プロセッサ４００は、４個のポート（４０１〜４０４）、アナログフロントエンド部４２０、アナログデジタル変換部４３０、デジタル前処理部４４０、特徴抽出部４５０、スイッチングコントローラ４６０、レジスタコントローラ４７０、電力コントローラ４８０、及び４個のスイッチファブリック（４１１〜４１４）を含む。第１増幅器４２１〜第３増幅器４２３、第１変換器４３１、第２変換器４３２、第１前処理器４４１〜第４前処理器４４４、第１特徴抽出器４５１〜第３特徴抽出器４５３は、図３に示す第１増幅器３２１〜第３増幅器３２３、第１変換器３３１、第２変換器３３２、第１前処理器３４１〜第４前処理器３４４、第１特徴抽出器３５１〜第３特徴抽出器３５３と同一である。

不整脈検出情報と共に血圧情報と心臓拍動数情報が共に提供されると、医療診断の正確性は高くなる。心臓拍動数情報及び不整脈検出情報は心電図信号から抽出され、血圧情報は心電図情報及び光電脈波信号から抽出される。そのため、並列生体信号プロセッサ４００は、第１ルーティング経路を用いて心電図信号を処理し、第２ルーティング経路を用いて光電脈波信号を処理する。本実施形態で、不整脈検出情報、血圧情報、及び心臓拍動数情報を同時に抽出するため、並列生体信号プロセッサ４００は、第１ルーティング経路及び第２ルーティング経路を同時に処理することができる。

第１ルーティング経路により心電図信号を処理するために、スイッチングコントローラ４６０は、ポートスイッチングファブリック４１１、ＡＦＥスイッチングファブリック４１２、ＡＤＣスイッチングファブリック４１３、及びＤＳＰスイッチングファブリック４１４を制御し、対象ポート、対象増幅器、対象変換器、第１対象前処理器、第２対象前処理器、第１対象特徴抽出器〜第３対象特徴抽出器をルーティングする。スイッチングコントローラ４６０は、第１電極センサ及び第２電極センサのうちのセンシングする心電図信号の品質が優れる第１電極センサと、第１電極センサに接続された第１ポート４０１を対象ポートとして選択する。スイッチングコントローラ４６０は、増幅率が高く、ノイズ抑制力が優れる第１増幅器４２１を対象増幅器として選択し、増幅信号をより精密に変換する第１変換器４３１を対象変換器として選択する。また、スイッチングコントローラ４６０は、４０Ｈｚを超過する周波数帯域を除去するために、第１前処理器４４１を第１対象前処理器として選択し、変換信号を取得した時刻に関する情報を抽出するために、第２前処理器４４２を第２対象前処理器として選択する。スイッチングコントローラ４６０は、心臓拍動数情報を抽出する第１特徴抽出器４５１、不整脈検出情報を抽出する第２特徴抽出器４５２、及び血圧情報を抽出する第３特徴抽出器４５３をそれぞれ第１対象特徴抽出器、第２対象特徴抽出器、第３対象特徴抽出器として選択する。点線に示すように、第１ルーティングの経路により、第１ポート４０１は第１電極センサから心電図信号を受信して第１増幅器４２１に送信し、第１増幅器４２１は受信した心電図信号を６ｄＢの増幅利得及び−１１５ｄＢのＣＭＲＲ特性に応じて増幅する。２４ビットレゾリューションを有する第１変換器４３１は、増幅信号を１０２４Ｈｚ又は２０４８Ｈｚでサンプリングする。心電図信号は０〜４０Ｈｚ周波数帯域で意味のある情報を含むため、第１前処理器４４１は、デジタルフィルタのタップ（ｔａｐ）数と係数を変更し、サンプリングされた心電図信号の４０Ｈｚを超過する周波数帯域をフィルタリングする。第２前処理器４４２は、第１変換器４３１の変換信号のサンプルを取得した時点のローカルＲＴＣ値を抽出する。第１特徴抽出器４５１は前処理された心電図信号から心臓拍動数情報を抽出し、第２特徴抽出器４５２は前処理された心電図信号から不整脈を検出する。第３特徴抽出器４５３は、前処理された心電図信号、心電図信号のローカルＲＴＣ値、及び第２ルーティング経路を介して取得する前処理された光電脈波信号、光電脈波信号のローカルＲＴＣ値を用いて血圧情報を抽出する。

第２ルーティング経路により光電脈波信号を処理するために、スイッチングコントローラ４６０は、ポートスイッチングファブリック４１１、ＡＦＥスイッチングファブリック４１２、ＡＤＣスイッチングファブリック４１３、及びＤＳＰスイッチングファブリック４１４を制御し、対象ポート、対象増幅器、対象変換器、第１対象前処理器、第２対象前処理器、対象特徴抽出器をルーティングする。スイッチングコントローラ４６０は、第１光ダイオードセンサ及び第２光ダイオードセンサのうち、センシングする光電脈波信号の品質が優れる第２光ダイオードセンサに接続された第４ポート４０４を対象ポートとして選択する。スイッチングコントローラ４６０は、電力消耗が少ない第３増幅器４２３及び第２変換器４３２を対象増幅器及び対象変換器として選択する。また、スイッチングコントローラ４６０は、５Ｈｚを超過する周波数帯域を除去するために第３前処理器４４３を第１対象前処理器として選択し、変換信号を取得した時刻に関する情報を抽出するために第４前処理器４４４を第２対象前処理器として選択する。スイッチングコントローラ４６０は、血圧情報を抽出する第３特徴抽出器４５３を対象特徴抽出器として選択する。

図４に示す太線のように、第２ルーティング経路により、第４ポート４０４は第２光ダイオードセンサから光電脈波信号を受信して第３増幅器４２３に送信し、第３増幅器４２３は受信した光電脈波信号を１ｄＢの増幅利得及び−１００ｄＢのＣＭＲＲ特性に応じて増幅する。１２ビットレゾリューションを有する第２変換器４３２は、増幅信号を２５６Ｈｚでサンプリングする。第３前処理器４４３は、デジタルフィルタのタップ（ｔａｐ）数と係数を変更し、サンプリングされた光電脈波信号の５Ｈｚを超過する周波数帯域をフィルタリングする。第４前処理器４４４は、第２変換器４３２の変換信号のサンプルを取得した時点のローカルＲＴＣ値を抽出する。第３特徴抽出器４５３は、第１ルーティング経路を介して取得する前処理された心電図信号、心電図信号のローカルＲＴＣ値、及び第２ルーティング経路を介して取得する前処理された光電脈波信号、光電脈波信号のローカルＲＴＣ値を用いて血圧情報を抽出する。

並列生体信号プロセッサ４００は、第１ルーティング経路及び第２ルーティング経路を同時に処理し、第１ルーティング経路及び第２ルーティング経路を用いて抽出した心臓拍動数情報、不整脈検出情報、及び血圧情報を外部に送信する。

図５は、図４に示す第３特徴抽出器の動作を説明するための図である。

図５を参照すると、図４に示す第３特徴抽出器４５３は、第１ルーティング経路を介して心電図信号５１０及び心電図信号５１０のローカルＲＴＣ値を取得し、第２ルーティング経路を介して光電脈波信号５２０及び光電脈波信号５２０のローカルＲＴＣ値を取得する。図４に示す第３特徴抽出器４５３は、心電図信号５１０（ＥＣＧ波形）で最も高い数値を有するＲ−ピーク値５１１を抽出し、光電脈波信号５２０（ＰＰＧ波形）で最も高い数値を有するピーク値５２１を抽出し、Ｒ−ピーク値５１１とピーク値５２１との間の時間差を示す脈波伝達時間（Ｐｕｌｓｅ Ｔｒａｎｓｉｔ Ｔｉｍｅ：ＰＴＴ）を算出する。図４に示す第３特徴抽出器４５３は、算出した脈波伝達時間を用いてカフレス血圧（ｃｕｆｆ−ｌｅｓｓ ｂｌｏｏｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）情報を抽出する。

図６は、一実施形態による統合生体信号プロセッサを示すブロック図である。

図６を参照すると、統合生体信号プロセッサ６００は、並列生体信号プロセッサ６１０、送信部６２０、有線インタフェース６３０、及び無線インタフェース６４０を含む。

並列生体信号プロセッサ６１０は、少なくとも１つの生体信号を１つ以上の増幅属性に基づいて増幅する複数の増幅器と、複数の増幅器の増幅信号を１つ以上の変換属性に基づいて変換する複数の変換器と、複数の変換器の変換信号を１つ以上の前処理属性に基づいて前処理する複数の前処理器と、複数の前処理器の出力信号から１つ以上の生体情報を抽出する複数の特徴抽出器と、複数の増幅器、複数の変換器、複数の前処理器、及び複数の特徴抽出器のそれぞれの間に接続された複数のスイッチングファブリックと、を含む。また、並列生体信号プロセッサ６１０は、複数のスイッチングファブリックを制御し、少なくとも１つの生体信号が入力される少なくとも１つの対象増幅器、対象増幅器の増幅信号が入力される少なくとも１つの対象変換器、対象変換器の変換信号が入力される少なくとも１つの対象前処理器、及び対象前処理器の出力信号が入力される少なくとも１つの対象特徴抽出器をルーティングするスイッチングコントローラを含む。スイッチングコントローラのルーティングによって、並列生体信号プロセッサ６１０は生体信号から生体情報を抽出する。

送信部６２０は、並列生体信号プロセッサ６１０から抽出された生体情報を有線インタフェース６３０又は無線インタフェース６４０を介して外部に送信する。一実施形態において、並列生体信号プロセッサ６１０から抽出された生体情報をパケット化して外部に送信する。有線インタフェース６３０は、汎用非同期送受信機（ＵＡＲＴ）、直列周辺装置インタフェース（ＳＰＩ）、及びアイ・スクエアード・シー（Ｉ^２Ｃ）のうちの少なくとも１つを含む。また、無線インタフェース６４０は、身体領域ネットワーク（ＢＡＮ）、ブルートゥース（登録商標）、ジグビー（登録商標）、及び近距離無線通信（ＮＦＣ）のうちの少なくとも１つを含む。

図６に示す並列生体信号プロセッサ６１０には、図１〜図５を参照して説明した並列生体信号プロセッサに関する内容がそのまま適用されるため、詳細な説明は省略する。

図７は、一実施形態によるアプリケーションプロセッサを示すブロック図である。

図７を参照すると、アプリケーションプロセッサ７００は、プロセッサコア７１０、及び並列生体信号プロセッサ７２０を含む。

プロセッサコア７１０は、複数の命令語及びデータを処理する。

並列生体信号プロセッサ７２０は、少なくとも１つの生体信号を１つ以上の増幅属性に基づいて増幅する複数の増幅器と、複数の増幅器の増幅信号を１つ以上の変換属性に基づいて変換する複数の変換器と、複数の変換器の変換信号を１つ以上の前処理属性に基づいて前処理する複数の前処理器と、複数の前処理器の出力信号から１つ以上の生体情報を抽出する複数の特徴抽出器と、複数の増幅器、複数の変換器、複数の前処理器、及び複数の特徴抽出器のそれぞれの間に接続された複数のスイッチングファブリックと、を含む。また、並列生体信号プロセッサ７２０は、複数のスイッチングファブリックを制御し、少なくとも１つの生体信号が入力される少なくとも１つの対象増幅器、対象増幅器の増幅信号が入力される少なくとも１つの対象変換器、対象変換器の変換信号が入力される少なくとも１つの対象前処理器、及び対象前処理器の出力信号が入力される少なくとも１つの対象特徴抽出器をルーティングするスイッチングコントローラを含む。スイッチングコントローラは、プロセッサコア７１０の制御によって対象変換器、対象増幅器、対象前処理器、及び対象特徴抽出器をルーティングする。

図７に示す並列生体信号プロセッサ７２０には、図１〜図５を参照して説明した並列生体信号プロセッサに関する内容がそのまま適用されるため、詳細な説明は省略する。

図８は、一実施形態による並列生体信号プロセッサの制御方法を示す動作フローチャートである。

図８を参照すると、並列生体信号プロセッサの制御装置は、並列生体信号プロセッサに含まれる複数の増幅器、複数の変換器、複数の前処理器、及び複数の特徴抽出器から少なくとも１つの生体信号が入力される少なくとも１つの対象増幅器、対象増幅器の増幅信号が入力される少なくとも１つの対象変換器、対象変換器の変換信号が入力される少なくとも１つの対象前処理器、及び対象前処理器の出力信号が入力される少なくとも１つの対象特徴抽出器をルーティングする（ステップＳ８１０）。

また、並列生体信号プロセッサの制御装置は、ルーティングされた対象増幅器、対象変換器、対象前処理器、及び対象特徴抽出器を用いて少なくとも１つの生体信号から少なくとも１つの生体情報を抽出する（ステップＳ８２０）。

図８に示す一実施形態による並列生体信号プロセッサの制御方法は、図１〜図７を参照して説明した内容がそのまま適用されるため、詳細な説明は省略する。

以上で説明した装置は、ハードウェア構成要素、ソフトウェア構成要素、及び／又はハードウェア構成要素及びソフトウェア構成要素の組合せで具現される。例えば、プロセッサ、コントローラ、ＡＬＵ（ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ ｌｏｇｉｃ ｕｎｉｔ）、デジタル信号プロセッサ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ：ＤＳＰ）、マイクロコンピュータ、ＦＰＡ（ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ａｒｒａｙ）、ＰＬＵ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｕｎｉｔ）、マイクロプロセッサー、又は、命令（ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）を実行して応答する異なる装置のように、１つ以上の汎用コンピュータ又は特殊目的のコンピュータを用いて具現される。処理装置は、オペレーティングシステム（ＯＳ）及びＯＳ上で行われる１つ以上のソフトウェアアプリケーションを実行する。また、処理装置は、ソフトウェアの実行に応答してデータをアクセス、格納、操作、処理、及び生成する。理解の便宜のために、処理装置は１つ使用されるものと説明した場合もあるが、当該の技術分野で通常の知識を有する者は、処理装置が複数の処理要素（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ）及び／又は複数類型の処理要素を含むことが分かる。例えば、処理装置は、複数のプロセッサ又は１つのプロセッサ及び１つのコントローラを含む。また、並列プロセッサ（ｐａｒａｌｌｅｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）のような、他の処理構成も可能である。

ソフトウェアは、コンピュータプログラム、コード、命令、又はこれらのうちの１つ以上の組合せを含み、希望通りに動作するように処理装置を構成し、独立的又は結合的に処理装置に命令する。ソフトウェア及び／又はデータは、処理装置によって解釈され、処理装置に命令又はデータを提供するためにあらゆる類型の機械、構成要素、物理的装置、仮想装置、コンピュータ格納媒体又は装置、送信信号波によって永久的又は一時的に具現化される。ソフトウェアは、ネットワークに接続されたコンピュータシステム上に分散され、分散された方法で格納されるか又は実行される。ソフトウェア及びデータは１つ以上のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納される。

本実施形態による方法は、多様なコンピュータ手段を介して様々な処理を実行するプログラム命令の形態で具現され、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録される。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などのうちの１つ又はその組合せを含む。記録媒体に記録されるプログラム命令は、本発明の目的のために特別に設計されて構成されたものでもよく、コンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知のものであり、使用可能なものであってもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体の例としては、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク及び磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体、光ディスクのような光磁気媒体、及びＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を保存して実行するように特別に構成されたハードウェア装置が含まれる。プログラム命令の例には、コンパイラによって作られるような機械語コードだけでなく、インタープリタなどを用いてコンピュータによって実行される高級言語コードが含まれる。ハードウェア装置は、本発明の動作を行うために１つ以上のソフトウェアモジュールとして作動するように構成されてもよく、その逆も同様である。

以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。

１００、２００、３００、４００、６１０、７２０ 並列生体信号プロセッサ
１１０、２２１〜２２４ 増幅器
１２０、２３１〜２３４ 変換器
１３０、２４１〜２４４ 前処理器
１４０、２５１〜２５４ 特徴抽出器
１５０、２６０、３６０ スイッチングコントローラ
２０１、２０２、２０３ ポート
２１１、３１１、４１１ ポートスイッチングファブリック
２１２、３１２、４１２ ＡＦＥスイッチングファブリック
２１３、３１３、４１３ ＡＤＣスイッチングファブリック
２１４、３１４、４１４ ＤＳＰスイッチングファブリック
２２０、３２０、４２０ アナログフロントエンド（ＡＦＥ）部
２３０、３３０、４３０ アナログデジタル変換（ＡＤＣ）部
２４０、３４０、４４０ デジタル前処理部
２５０、３５０、４５０ 特徴抽出部
２７０、３７０、４７０ レジスタコントローラ
２８０、３８０、４８０ 電力コントローラ
３０１〜３０４、４０１〜４０４ 第１〜第３ポート
３２１〜３２３、４２１〜４２３ 第１〜第３増幅器
３３１、４３１ 第１変換器
３３２、４３２ 第２変換器
３４１〜３４４、４４１〜４４４ 第１〜第４前処理器
３５１〜３５３、４５１〜４５３ 第１〜第３特徴抽出器
５１０ 心電図信号
５１１ Ｒ−ピーク値
５２０ 光電脈波信号
５２１ ピーク値
６００ 統合生体信号プロセッサ
６２０ 送信部
６３０ 有線インタフェース
６４０ 無線インタフェース
７００ アプリケーションプロセッサ
７１０ プロセッサコア

Claims (25)

1. 増幅属性に基づいて生体信号を増幅する少なくとも第１増幅器及び第２増幅器を含む複数の増幅器と、
   変換属性に基づいて前記増幅器の増幅信号を変換する少なくとも第１変換器及び第２変換器を含む複数の変換器と、
   前処理属性に基づいて前記変換器の変換信号を前処理する少なくとも第１前処理器及び第２前処理器を含む複数の前処理器と、
   前記前処理器の出力信号から生体情報を抽出する少なくとも第１特徴抽出器及び第２特徴抽出器を含む複数の特徴抽出器と、
   前記生体信号が入力される対象増幅器、該対象増幅器の増幅信号が入力される対象変換器、該対象変換器の変換信号が入力される対象前処理器、及び該対象前処理器の出力信号が入力される対象特徴抽出器を動作モードに応じてルーティングするスイッチングコントローラと、を有し、
   前記第１増幅器、前記第１変換器、及び前記第１前処理器は、前記第２増幅器、前記第２変換器、及び前記第２前処理器よりも低消費電力であり、
   前記動作モードは、低電力動作モード及び高精密動作モードを含み、
   前記動作モードが前記低電力動作モードである場合、前記スイッチングコントローラは、前記第１増幅器、前記第１変換器、前記第１前処理器、及び前記第１特徴抽出器のそれぞれを前記対象増幅器、前記対象変換器、前記対象前処理器、及び前記対象特徴抽出器として選択し、
   前記動作モードが前記高精密動作モードである場合、前記スイッチングコントローラは、前記第２増幅器、前記第２変換器、前記第２前処理器、及び前記第２特徴抽出器のそれぞれを前記対象増幅器、前記対象変換器、前記対象前処理器、及び前記対象特徴抽出器として選択することを特徴とする並列生体信号プロセッサ。
2. 前記増幅器、前記変換器、前記前処理器、及び前記特徴抽出器のそれぞれの間に接続されたスイッチングファブリックを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の並列生体信号プロセッサ。
3. 前記スイッチングコントローラは、前記スイッチングファブリックを制御することを特徴とする請求項２に記載の並列生体信号プロセッサ。
4. 前記スイッチングコントローラは、前記対象増幅器、前記対象変換器、前記対象前処理器、及び前記対象特徴抽出器をリルーティングすることを特徴とする請求項３に記載の並列生体信号プロセッサ。
5. 前記増幅器、前記変換器、前記前処理器、及び前記特徴抽出器は、それぞれ並列に接続されることを特徴とする請求項１に記載の並列生体信号プロセッサ。
6. 前記増幅器はそれぞれ異なる増幅属性を有し、
   前記変換器はそれぞれ異なる変換属性を有し、
   前記前処理器はそれぞれ異なる前処理属性を有し、
   前記特徴抽出器はそれぞれ異なる生体情報を抽出することを特徴とする請求項１に記載の並列生体信号プロセッサ。
7. 少なくとも１つの生体信号をセンシングする少なくとも１つのセンサに接続されたポートを複数更に含むことを特徴とする請求項３に記載の並列生体信号プロセッサ。
8. 前記複数のポートと前記増幅器との間に接続されたスイッチングファブリックを更に含み、
   前記スイッチングコントローラは、前記複数のポートと前記増幅器との間に接続された前記スイッチングファブリックを制御し、前記対象増幅器に前記生体信号を提供することを特徴とする請求項７に記載の並列生体信号プロセッサ。
9. 前記少なくとも１つのセンサは、電極センサ、光化学センサ、及び光電センサのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項７に記載の並列生体信号プロセッサ。
10. 前記増幅属性は、入力インピーダンス、帯域幅、及び増幅利得のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の並列生体信号プロセッサ。
11. 前記増幅器は、前記増幅属性を調整することを特徴とする請求項１に記載の並列生体信号プロセッサ。
12. 前記増幅器は、インストルメント増幅器（ＩＡ）、プログラム可能利得増幅器（ＰＧＡ）、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の並列生体信号プロセッサ。
13. 前記変換器は、前記変換属性に応じて前記増幅信号をデジタル信号に変換することを特徴とする請求項１に記載の並列生体信号プロセッサ。
14. 前記変換属性は、入力ダイナミックレンジ及び出力ビットレゾリューションのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の並列生体信号プロセッサ。
15. 前記前処理属性は、前記変換信号の不要周波数帯域をフィルタリングする属性及び前記変換信号からの前処理情報を抽出する属性のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の並列生体信号プロセッサ。
16. 前記前処理情報は、前記変換信号を取得した時刻に関する情報及び前記変換信号の周波数特性に関する情報のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１５に記載の並列生体信号プロセッサ。
17. 前記増幅器、前記変換器、前記前処理器、及び前記特徴抽出器に供給される電力を制御する電力コントローラを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の並列生体信号プロセッサ。
18. 前記増幅器、前記変換器、前記前処理器、及び前記特徴抽出器の細部属性を制御するレジスタコントローラを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の並列生体信号プロセッサ。
19. 請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の並列生体信号プロセッサと、
    生体情報を外部機器に送信する送信部と、を備えることを特徴とする統合生体信号プロセッサ。
20. 前記外部機器と有線で接続する有線インタフェースを更に含み、
    前記送信部は、前記有線インタフェースを用いて前記生体情報を前記外部機器に送信することを特徴とする請求項１９に記載の統合生体信号プロセッサ。
21. 前記有線インタフェースは、ＵＡＲＴ（汎用非同期送受信機）、ＳＰＩ（直列周辺装置インタフェース）、及びＩ^２Ｃ（アイ・スクエアード・シー）のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２０に記載の統合生体信号プロセッサ。
22. 前記外部機器と無線で接続する無線インタフェースを更に含み、
    前記送信部は、前記無線インタフェースを用いて前記生体情報を前記外部機器に送信することを特徴とする請求項１９に記載の統合生体信号プロセッサ。
23. 前記無線インタフェースは、ＢＡＮ（身体領域ネットワーク）、ＩＥＥＥ８０２．１５．１〜４準拠、及びＮＦＣ（近距離無線通信）のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２２に記載の統合生体信号プロセッサ。
24. 命令語及びデータを処理するプロセッサコアと、
    生体信号から生体情報を抽出する並列生体信号プロセッサと、を有し、
    前記並列生体信号プロセッサは、
    前記生体信号を増幅属性に基づいて増幅する少なくとも第１増幅器及び第２増幅器を含む複数の増幅器と、
    前記増幅器の増幅信号を変換属性に基づいて変換する少なくとも第１変換器及び第２変換器を含む複数の変換器と、
    前記変換器の変換信号を前処理属性に基づいて前処理する少なくとも第１前処理器及び第２前処理器を含む複数の前処理器と、
    前記前処理器の出力信号から前記生体情報を抽出する少なくとも第１特徴抽出器及び第２特徴抽出器を含む複数の特徴抽出器と、
    前記生体信号が入力される対象増幅器、該対象増幅器の増幅信号が入力される対象変換器、該対象変換器の変換信号が入力される対象前処理器、及び該対象前処理器の出力信号が入力される対象特徴抽出器を動作モードに応じてルーティングするスイッチングコントローラと、
    前記増幅器、前記変換器、前記前処理器、及び前記特徴抽出器のそれぞれの間に接続されたスイッチングファブリックと、を含み、
    前記第１増幅器、前記第１変換器、及び前記第１前処理器は、前記第２増幅器、前記第２変換器、及び前記第２前処理器よりも低消費電力であり、
    前記動作モードは、低電力動作モード及び高精密動作モードを含み、
    前記動作モードが前記低電力動作モードである場合、前記スイッチングコントローラは、前記第１増幅器、前記第１変換器、前記第１前処理器、及び前記第１特徴抽出器のそれぞれを前記対象増幅器、前記対象変換器、前記対象前処理器、及び前記対象特徴抽出器として選択し、
    前記動作モードが前記高精密動作モードである場合、前記スイッチングコントローラは、前記第２増幅器、前記第２変換器、前記第２前処理器、及び前記第２特徴抽出器のそれぞれを前記対象増幅器、前記対象変換器、前記対象前処理器、及び前記対象特徴抽出器として選択することを特徴とするアプリケーションプロセッサ。
25. 少なくとも第１増幅器及び第２増幅器を含む複数の増幅器、少なくとも第１変換器及び第２変換器を含む複数の変換器、少なくとも第１前処理器及び第２前処理器を含む複数の前処理器、及び少なくとも第１特徴抽出器及び第２特徴抽出器を含む複数の特徴抽出器を有する並列生体信号プロセッサを制御する方法であって、
    生体信号が入力される対象増幅器、該対象増幅器の増幅信号が入力される対象変換器、該対象変換器の変換信号が入力される対象前処理器、及び該対象前処理器の出力信号が入力される対象特徴抽出器を動作モードに応じてルーティングするステップと、
    前記対象増幅器を用いて生体信号を増幅するステップと、
    前記対象変換器を用いて前記増幅された生体信号を変換するステップと、
    前記対象前処理器を用いて前記変換された信号を前処理するステップと、
    前記対象特徴抽出器を用いて前記前処理された信号から生体情報を抽出するステップと、を含み、
    前記第１増幅器、前記第１変換器、及び前記第１前処理器は、前記第２増幅器、前記第２変換器、及び前記第２前処理器よりも低消費電力であり、
    前記動作モードは、低電力動作モード及び高精密動作モードを含み、
    前記動作モードが前記低電力動作モードである場合、前記第１増幅器、前記第１変換器、前記第１前処理器、及び前記第１特徴抽出器のそれぞれが前記対象増幅器、前記対象変換器、前記対象前処理器、及び前記対象特徴抽出器として選択され、
    前記動作モードが前記高精密動作モードである場合、前記第２増幅器、前記第２変換器、前記第２前処理器、及び前記第２特徴抽出器のそれぞれが前記対象増幅器、前記対象変換器、前記対象前処理器、及び前記対象特徴抽出器として選択されることを特徴とする並列生体信号プロセッサの制御方法。
    

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