基于MATLAB的心电信号分析及滤波.pdf-资料库

weixin_38699726-12093409-201412-87.pdf-第1页.png

第1页 / 共6页

weixin_38699726-12093409-201412-87.pdf-第2页.png

第2页 / 共6页

weixin_38699726-12093409-201412-87.pdf-第3页.png

第3页 / 共6页

weixin_38699726-12093409-201412-87.pdf-第4页.png

第4页 / 共6页

weixin_38699726-12093409-201412-87.pdf-第5页.png

第5页 / 共6页

weixin_38699726-12093409-201412-87.pdf-第6页.png

第6页 / 共6页

中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 基于 MATLAB 的心电信号分析及滤波刘明洋，李雅梅** （辽宁工程技术大学电气与控制工程学院，葫芦岛市 125105） 5 摘要：本文主要介绍了心电信号的一些基本特点，并且利用 FFT（快速傅里叶变换）对其进行频谱分析，然后采用 FIR 数字滤波器对心电信号进行去噪处理。主要包括对心电信号的采集、选择合适的窗函数构成有限冲激响应数字滤波器（FIR）、滤波。最后利用 MATLAB 进行仿真。比较滤波前后的结果。关键词：心电信号；FIR；MATLAB 中图分类号：TN919.5 10 Analysis and filtering of ECG signals based on MATLAB LIU Mingyang, LI Yamei 15 20 (College of electrical and control engineering of Liaoning Technical University, Huludao 125105) Abstract: This paper mainly introduces some basic characteristics of the ECG signal, and using the FFT (fast Fu Liye transform) and analyzing the frequency spectrum, and then using the denoising of ECG signals of FIR digital filter. Mainly includes the collection, selection of appropriate window function composed of FIR filter, filtering of ECG signals. Finally, using MATLAB simulation. Comparison of the results before and after filtering. Key words: ECG signal; FIR; MATLAB 0 引言心电信号的处理在医学等领域有着重要的意义，它是一些心脑血管疾病等诊断重要依 25 据，所以准确的处理心电信号就非常重要了然而，心电信号由人体和外界许多因素的影响较大，因此它具有许多特殊的性质：信号弱，只有 10pV～5mV；其次，由于人体自身的噪声，弱信号，然而，人体是一个非常复杂的系统，很容易通过心电信号噪声干扰；再次有较强的随机性。所以对心电信号的去噪就十分重要了。此次选用的 FIR 数字滤波器进行滤波，FIR 滤波 30 器的系统函数只有零点，除原点外，没有极点，所以 FIR 滤波器总是稳定的。基于这些优点，用 FIR 非常合适。 1 心电信号的读取 1.1 心电信号采集和时域波形心电信号选用 MIT-BIH 数据库，MIT-BIH 数据库是美国麻省理工学院提供的，它一个 35 权威性的国际心电图检测标准库，广泛应用于医疗行业等。选择此中一个用来做被处理的心电信号，为了使用 MATLAB 时候读取方便，把下载下来的原始心电信号数据转换成 txt 格式。之后使用 MATLAB 自带的 textread 函数，读取 txt 格式的心电信号，并且用 MATLAB 画出它的时域波形。时域波形如下：作者简介：刘明洋（1993 年），男，本科生，主要研究方向：数字信号处理通信联系人：李雅梅（1966 年），女，副教授，主要研究方向：数字信号处理. E-mail: liyamei518@163.com - 1 -

中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 40 图 1 时域波形 Figure 1 The time domain waveform 1.2 原始心电信号频谱图利用 MATLAB 内的 fft 函数做出频谱图 45 图 2 原始信号频谱图 Figure 2 The original signal spectrum - 2 -

中国科技论文在线 2 FIR 滤波器的设计 2.1 FIR 滤波器简介 http://www.paper.edu.cn FIR(Finite Impulse Response)滤波器：有限长单位冲激响应滤波器，又称为非递归型滤 50 波器，是数字信号处理系统中最基本的元件。它的主要特点如下： 1) 可以实现严格的线性相位，这对图像、视频以及数据信号的处理都是非常重要的。这是 IIR（无限长单位冲激响应滤波器）所不能比的。 2) FIR 的 h(n)是有限长的，因而滤波器一定是稳定的。 3) 由于 h(n)是有限长的，因而可以用 FFT 算法过滤信号，可以极大的提高运算速度。 4) 在同等滤波器性能要求下，FIR 滤波器的阶次要比 IIR 高的多，这是他的缺点[1][2][3]。 55 2.2 窗函数设计法 2.2.1 窗函数设计法的基本思路 1) 给定要求的理想频率响应，一般给定分段常数的理想频率特性。 2) 求出 60 3) 给加窗，窗函数为，窗函数点数为 N，截断后的序列为， 4) 求出加窗后的频率响应 [1][2][3]。 2.2.2 理想低通线性相位数字滤波器的表达式本次主要过滤掉心电信号的 50Hz 的工频干扰，以及 50Hz 以上的高频干扰，所以选用低 65 通滤波器。下面为理想低通线性相位数字滤波器的表达式[1][2][3]。频率响应：单位抽样响应： 70 75 本次介绍的是汉宁窗： - 3 - jdHe1()[()]2jjjnddhnIDTFTHeHeed()dhn()dhn()()()ddhnhnn01nN()jHe,00,jcjdceHesin[0.36(39)],39139()20.36,jjndnnnhneedn(1)/2N12()[1cos()]()21NnnRnN

中国科技论文在线 2.2.3 几种常用的窗函数比较 http://www.paper.edu.cn 表 1 几种窗函数参数比较（β =7.865） Table 1 Comparison of several window function parameters (beta =7.865) 窗函数过度带宽△ω 阻带最小衰减（dB）通带边沿衰减旁瓣峰值主瓣宽度矩形窗三角窗汉宁窗海明窗布莱克曼窗凯泽窗 1.8π/N 6.1π/N 6.2π/N 6.6π/N 11π/N 10π/N 80 3 心电信号滤波器 3.1 设计要求 21 25 44 53 74 80 0.815 0.503 0.055 0.021 0.00173 0.000868 -13 -25 -31 -41 -57 -57 4π/N 8π/N 8π/N 8π/N 12π/N 本文主要以滤掉心电信号的 50Hz 以上的信号干扰为例，通带截止频率 fp=45Hz，阻带截止频率 fs=50Hz，阻带最小衰减 40dB 。采样频率 f=250Hz 3.2 设计步骤 85 根据以上要求以及表 1，可以选用汉宁窗设计 FIR。首先把模拟域的指标转换成数字域：计算出： 90 在求出：频率响应如下图所示： - 4 - 22405020.3220.4250250()/20.360.40.320.08pspscpsffff6.2178392NN()dhn78sin[0.36(39)][1cos()](),392(39)39()()()0.36,39dnnRnnnhnhnnn()hn78sin[0.36(39)][1cos()](),392(39)39()()()0.36,39dnnRnnnhnhnnn

中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 95 图 3 滤波器频率响应图 Figure 3 The frequency response of the filter graph 4 MATLAB 仿真结果时域滤波前后对比： 100 图 4 滤波前后时域波形的对比 Figure 4 Time domain waveform comparison before and after filtering 滤波前后频谱对比: - 5 -

中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 105 图 5 滤波前后频域波形的对比 Figure 5 Comparison of the frequency domain waveforms before and after filtering 以上两组图即为应用 MATLAB 的仿真处理[4][5][6]。 5 结论本文给出了基于 MATLAB 对心电信号的分析方法，以及 FIR 低通滤波器的基本设计思路 110 和过程。并且应用 MATLAB 这款强大的软件进行了仿真，来验证滤波器的设计，从仿真图可以看出，滤波器满足了设计要求，虑掉了心电信号的一些噪声。同时也体现了 FIR 滤波器的优点。 [参考文献] (References) [1] 程佩青，数字信号处理教程[M]．北京：清华大学出版社，2003． [2] 余成波，杨菁等．数字信号处理及 MATLAB 实现[M]．北京：清华大学出版社，2005． [3] 丁玉美，高西全等．数字信号处理[M]．西安：西安电子科技大学出版社,2000． [4] 罗军辉，罗勇江等．MATLAB7.0 在数字信号处理中的应用[M]．北京：机械工业出版社，2005 [5] 阎晓艳，傅丰林等.FIR 数字滤波器的设计及其在 MATLAB 中的仿真实现[J].电子科技．2004（5）．43~46 [6] 赵琳，王淑伟，邢帆．基于 Matlab 的数字滤波器设计方法研究[J]．产业与科技论坛．2008（9）．157~158 115 120 - 6 -

资料库

基于MATLAB的心电信号分析及滤波.pdf

相关推荐

开发技术

热门标签

最新资料