一種利用提升小波變換濾除基線漂移的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用提升小波變換濾除基線漂移的方法，對容積脈搏波信號經(jīng)過低通FIR濾波器過濾；利用提升小波變換采用bior2.2小波基函數(shù)和db4小波基函數(shù)對保存在TXT文檔中的脈搏波數(shù)據(jù)進(jìn)行6層分解；對兩次分解所得到的第6尺度上的低頻逼近系數(shù)分別置零處理，將第6層尺度上的近似系數(shù)與1～6尺度上的高頻細(xì)節(jié)系數(shù)逐級進(jìn)行重構(gòu)；前0.6部分使用bior2.2小波基函數(shù)重構(gòu)的脈搏波信號數(shù)據(jù)；后0.4部分利用db4小波基函數(shù)重構(gòu)的脈搏波數(shù)據(jù)；兩者結(jié)合起來重新組成與原容積脈搏波信號等長的信號。本發(fā)明的有益效果是濾除容積脈搏波信號中的基線漂移有明顯的效果，在濾除基線漂移的同時，很好的保留了信號的主要細(xì)節(jié)。
【專利說明】-種利用提升小波變換濾除基線漂移的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于信號處理【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種利用提升小波變換濾除基線漂移的方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 脈搏波中的基線漂移屬于低頻干擾，一般在IHz W下，學(xué)者們提出了許多抑制脈 搏波中基線漂移問題的解決方法，常用的方法有抵消法和濾波法兩種，抵消法是利用原脈 搏波信號減去基線漂移的估計信號達(dá)到去除消除基線漂移的目的，該種方法得到的基線漂 移有很大的誤差。濾波法有平均濾波，中值濾波，曲線擬合，高通濾波法，形態(tài)學(xué)處理及小波 分解法，高通濾波法會導(dǎo)致脈搏波的波形失真，形態(tài)學(xué)法略有偏移，曲線擬合的方法在處理 較大的漂移脈搏波信號時效果不佳，小波分解法運行時處理時間長，不方便實時應(yīng)用。提升 小波保持了第一代小波（經(jīng)典小波分析）的特性，但是其小波構(gòu)造方法完全擺脫了化urier 變換，克服了經(jīng)典小波平移和伸縮的不變性的條件，獲得的小波具有經(jīng)典小波的時頻局部 化性質(zhì)和快速變換算法等所有優(yōu)點。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種利用提升小波變換濾除基線漂移的方法，解決了現(xiàn)有 方法得到的基線漂移有很大的誤差的問題。
[0004] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案按照W下步驟進(jìn)行：
[0005] 步驟1 ;采用HKG-70紅外脈搏波傳感器采集指端的容積脈搏波信號，采用的采樣 頻率為200Hz，經(jīng)過濾波電路和寫在MSP430單片機內(nèi)部的截止頻率為10化的16階低通FIR 濾波器濾波后共采集2400個離散的脈搏波數(shù)據(jù)，將脈搏波數(shù)據(jù)通過USB傳輸線傳輸?shù)絇C 機上儲成TXT文檔；
[0006] 步驟2 ;利用bior2. 2小波函數(shù)采用提升小波變換對保存在TXT文檔中的脈搏波 數(shù)據(jù)進(jìn)行6層分解，其具體過程為；首先，利用Matl油工具提供的提升函數(shù)Iifewave獲得 小波函數(shù)bior2. 2的提升方案LS，其次，添加原始的ELS的提升方案，再次，利用Matl油工 具提供的addlift函數(shù)增加基本提升方案ELS到提升方案LS，從而返回一個新的提升方案 LSN，最后，通過Matl油工具提供的Iwt函數(shù)對保存在TXT文檔中的脈搏波信號進(jìn)行6維提 升小波分解，通過Maltl油工具提供的Iwtcoef函數(shù)分別獲得脈搏波信號的高頻細(xì)節(jié)部分 和低頻逼近部分的提升小波變換系數(shù)；
[0007] 采用化4小波函數(shù)采用提升小波變換對保存在TXT文檔中的脈搏波信號進(jìn)行6層 分解，其具體過程為：首先，利用Matlab工具提供的提升函數(shù)Iifewave獲得小波函數(shù)化4 的提升方案LS，其次，添加原始的化S的提升方案，再次，利用Matl油工具提供的addlift 函數(shù)增加基本提升方案ELS到提升方案LS，從而返回一個新的提升方案LSN，最后，通過 Matl油工具提供的Iwt函數(shù)對保存在TXT文檔中的脈搏波信號進(jìn)行6維提升小波分解，通 過Maltl油工具提供的Iwtcoef函數(shù)分別獲得脈搏波信號的高頻細(xì)節(jié)部分和低頻逼近部分 的提升小波變換系數(shù)；
[0008] 步驟3 ;步驟2中通過Matl油工提供的Iwtcoef函數(shù)獲得容積脈搏波信號的 第6層低頻逼近部分的提升小波變換系數(shù)，采用Matlab工具提供的zeros函數(shù)對兩次得 到的第6尺度上的低頻逼近系數(shù)分別置零處理，通過Matl油工具提供的提升小波逆函數(shù) ilwt (CA, CD, W)將置零處理后的容積脈搏波信號的第6尺度上的低頻近似系數(shù)與1?6尺 度上的高頻細(xì)節(jié)系數(shù)從第6層開始逐級重構(gòu)直到第1層重構(gòu)結(jié)束，公式中，CA為脈搏波信 號第6尺度上低頻逼近系數(shù)，其中，第6層的低頻逼近系數(shù)CA為脈搏波信號第6尺度上低 頻逼近系數(shù)置零處理后的系數(shù)，第5層到第1層的低頻逼近系數(shù)CA依次為：第6尺度到第 2尺度重構(gòu)后的容積脈搏波信號，CD為從第6層到第1層的高頻細(xì)節(jié)系數(shù)，W為提升小波名 稱；
[0009] 步驟4 ;將步驟3中采用bior2. 2和化4兩種小波函數(shù)重構(gòu)得到的容積脈搏波信 號在0. 6處做結(jié)合處理，其中，前0. 6部分使用bior2. 2小波函數(shù)重構(gòu)的脈搏波信號數(shù)據(jù)， 后0. 4部分利用化4小波基函數(shù)重構(gòu)的脈搏波數(shù)據(jù)；兩者結(jié)合起來重新組成與原容積脈搏 波信號等長的信號，從而達(dá)到去除基線漂移的目的。
[0010] 容積脈搏波信號采集過程中，由于人體的動態(tài)變化，所W采集到的容積脈搏波信 號往往會受到噪聲的嚴(yán)重影響，其中由人體呼吸等引起的基線漂移就是其中的一種。本發(fā) 明是在總結(jié)現(xiàn)有的去脈容積脈搏波基線漂移方法效果不佳或者處理時間長的缺點的基礎(chǔ) 上提出的，意在，即能處理時間短，又能很好的去除脈搏波信號中的基線漂移獲得良好脈搏 波信號。
[0011] 本發(fā)明的有益效果是濾除容積脈搏波信號中的基線漂移有明顯的效果，在濾除基 線漂移的同時，很好的保留了信號的主要細(xì)節(jié)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1是包含基線漂移的容積脈搏波的波形圖；
[0013] 圖2是包含基線漂移的容積脈搏波的頻譜圖；
[0014] 圖3是容積脈搏波經(jīng)bior2. 2小波函數(shù)提升后的頻譜圖；
[0015] 圖4是容積脈搏波經(jīng)化4小波基函數(shù)提升后的頻譜圖；
[0016] 圖5是容積脈搏波經(jīng)bior2. 2和化4小波基函數(shù)提升后的頻譜圖；
[0017] 圖6是容積脈搏波波經(jīng)db4小波函數(shù)小波變換后的頻譜圖；
[0018] 圖7是容積脈搏波經(jīng)bior2. 2小波函數(shù)小波換換后的頻譜圖。

【具體實施方式】
[0019] 下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0020] 針對傳統(tǒng)濾除容積脈搏波基線漂移效果不佳的特點，提出了一種利用提升小波變 換濾除基線漂移的方法，按照W下步驟進(jìn)行：
[0021] 步驟1 ;采用HKG-70紅外脈搏波傳感器采集指端的容積脈搏波信號，采用的采樣 頻率為200Hz，經(jīng)過濾波電路和寫在MSP430單片機內(nèi)部的截止頻率為10化的16階低通FIR 濾波器濾波后共采集2400個離散的脈搏波數(shù)據(jù)，將脈搏波數(shù)據(jù)通過USB傳輸線傳輸?shù)絇C 機上儲成TXT文檔。
[0022] 步驟2 ;利用bior2. 2小波函數(shù)采用提升小波變換對保存在TXT文檔中的脈搏波 數(shù)據(jù)進(jìn)行6層分解，其具體過程為；首先，利用Matl油工具提供的提升函數(shù)Iifewave獲得 小波函數(shù)bior2. 2的提升方案LS。其次，添加原始的ELS的提升方案。再次，利用Matl油 工具提供的addlift函數(shù)增加基本提升方案ELS到提升方案LS，從而返回一個新的提升方 案LSN。最后，通過Matl油工具提供的Iwt函數(shù)對保存在TXT文檔中的脈搏波信號進(jìn)行6 維提升小波分解，通過Maltl油工具提供的Iwtcoef函數(shù)分別獲得脈搏波信號的高頻細(xì)節(jié) 部分和低頻逼近部分的提升小波變換系數(shù)。
[0023] 同樣采用化4小波函數(shù)采用提升小波變換對保存在TXT文檔中的脈搏波信號進(jìn) 行6層分解，方法與采用bior2. 2采用提升小波變換的方法基本相同，不同的地方為把 bior2. 2小波函數(shù)改為化4小波函數(shù)即可。
[0024] 步驟3 ;步驟2中可W通過Matl油工提供的Iwtcoef函數(shù)獲得容積脈搏波信號的 第6層低頻逼近部分的提升小波變換系數(shù)，采用Matl油工具提供的zeros函數(shù)對兩次得 到的第6尺度上的低頻逼近系數(shù)分別置零處理，通過Matl油工具提供的提升小波逆函數(shù) ilwt (CA, CD, W)將置零處理后的容積脈搏波信號的第6尺度上的低頻近似系數(shù)與1?6尺 度上的高頻細(xì)節(jié)系數(shù)從第6層逐級重構(gòu)直到第1層重構(gòu)結(jié)束。公式中，CA為脈搏波信號第 6尺度上低頻逼近系數(shù)，其中，第6層的低頻逼近系數(shù)CA為脈搏波信號第6尺度上低頻逼近 系數(shù)置零處理后的系數(shù)，第5層到第1層的低頻逼近系數(shù)CA依次為：第6尺度到第2尺度 重構(gòu)后的脈搏波信號，CD為從第6層到第1層的高頻細(xì)節(jié)系數(shù)，W為提升小波名稱。
[002引步驟4 ;將步驟3中采用bior2. 2和化4兩種小波函數(shù)重構(gòu)得到的容積脈搏波信 號在0. 6處做結(jié)合處理。其中，前0. 6部分使用bior2. 2小波函數(shù)重構(gòu)的脈搏波信號數(shù)據(jù)， 后0. 4部分利用化4小波基函數(shù)重構(gòu)的脈搏波數(shù)據(jù)；
[0026] 兩者結(jié)合起來重新組成與原容積脈搏波信號等長的信號，從而達(dá)到去除基線漂移 的目的。
[0027] W上所述僅是對本發(fā)明的較佳實施方式而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限 巧||，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對W上實施方式所做的任何簡單修改，等同變化與修飾，均 屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。通過實驗表明，該方法濾除容積脈搏波信號中的基線漂移 有明顯的效果，在濾除基線漂移的同時，很好的保留了信號的主要細(xì)節(jié)。
[0028] 對本發(fā)明方法進(jìn)行驗證；為了得到利用提升小波變換采用bior2. 2和化4小波 函數(shù)相結(jié)合的方法去除容積脈搏波中基線漂移的效果，本實驗將處理結(jié)果分別與單獨采用 bior2. 2和化4小波函數(shù)利用小波提升的方法對容積脈搏波信號的處理結(jié)果，W及單獨采 用bior2. 2和化4小波函數(shù)利用傳統(tǒng)小波變換的方法對容積脈搏波信號處理后的結(jié)果進(jìn)行 了比較，他們的處理容積脈搏波信號的結(jié)果如圖1-7所示，圖1是包含基線漂移的容積脈搏 波的波形圖；圖2是包含基線漂移的容積脈搏波的頻譜圖；圖3是容積脈搏波經(jīng)bior2. 2小 波函數(shù)提升后的頻譜圖；圖4是容積脈搏波經(jīng)化4小波基函數(shù)提升后的頻譜圖；圖5是容積 脈搏波經(jīng)bior2. 2和化4小波基函數(shù)提升后的頻譜圖。圖6是容積脈搏波波經(jīng)化4小波函 數(shù)小波變換后的頻譜圖，圖7是容積脈搏波經(jīng)bior2. 2小波函數(shù)小波換換后的頻譜圖。用 該些方去除基線漂移后的信噪比如表1所示。
[0029] 表1幾種方法去除基線漂移后的信噪比
[0030]

【權(quán)利要求】
1. 一種利用提升小波變換濾除基線漂移的方法，按照以下步驟進(jìn)行： 步驟1 :采用HKG-70紅外脈搏波傳感器采集指端的容積脈搏波信號，采用的采樣頻率 為200Hz，經(jīng)過濾波電路和寫在MSP430單片機內(nèi)部的截止頻率為10Hz的16階低通FIR濾 波器濾波后共采集2400個離散的脈搏波數(shù)據(jù)，將脈搏波數(shù)據(jù)通過USB傳輸線傳輸?shù)絇C機 上儲成TXT文檔； 步驟2 :利用bior2. 2小波函數(shù)采用提升小波變換對保存在TXT文檔中的脈搏波數(shù)據(jù) 進(jìn)行6層分解，其具體過程為：首先，利用Matlab工具提供的提升函數(shù)lifewave獲得小波 函數(shù)bior2. 2的提升方案LS，其次，添加原始的ELS的提升方案，再次，利用Matlab工具提 供的addlift函數(shù)增加基本提升方案ELS到提升方案LS，從而返回一個新的提升方案LSN， 最后，通過Matlab工具提供的lwt函數(shù)對保存在TXT文檔中的脈搏波信號進(jìn)行6維提升小 波分解，通過Maltlab工具提供的lwtcoef函數(shù)分別獲得脈搏波信號的高頻細(xì)節(jié)部分和低 頻逼近部分的提升小波變換系數(shù)； 采用db4小波函數(shù)采用提升小波變換對保存在TXT文檔中的脈搏波信號進(jìn)行6層分 解，其具體過程為：首先，利用Matlab工具提供的提升函數(shù)lifewave獲得小波函數(shù)db4的 提升方案LS，其次，添加原始的ELS的提升方案，再次，利用Matlab工具提供的addlift 函數(shù)增加基本提升方案ELS到提升方案LS，從而返回一個新的提升方案LSN，最后，通過 Matlab工具提供的lwt函數(shù)對保存在TXT文檔中的脈搏波信號進(jìn)行6維提升小波分解，通 過Maltlab工具提供的lwtcoef函數(shù)分別獲得脈搏波信號的高頻細(xì)節(jié)部分和低頻逼近部分 的提升小波變換系數(shù)； 步驟3 :步驟2中通過Matlab工提供的lwtcoef函數(shù)獲得容積脈搏波信號的第6 層低頻逼近部分的提升小波變換系數(shù)，采用Matlab工具提供的zeros函數(shù)對兩次得到 的第6尺度上的低頻逼近系數(shù)分別置零處理，通過Matlab工具提供的提升小波逆函數(shù) ilwt (CA，⑶，W)將置零處理后的容積脈搏波信號的第6尺度上的低頻近似系數(shù)與1?6尺 度上的高頻細(xì)節(jié)系數(shù)從第6層逐級重構(gòu)直到第1層重構(gòu)結(jié)束，公式中，CA為脈搏波信號第6 尺度上低頻逼近系數(shù)，其中，第6層的低頻逼近系數(shù)CA為脈搏波信號第6尺度上低頻逼近 系數(shù)置零處理后的系數(shù)，第5層到第1層的低頻逼近系數(shù)CA依次為：第6尺度到第2尺度 重構(gòu)后的脈搏波信號，CD為從第6層到第1層的高頻細(xì)節(jié)系數(shù)，W為提升小波名稱； 步驟4 :將步驟3中采用bior2. 2和db4兩種小波函數(shù)重構(gòu)得到的容積脈搏波信號在 〇. 6處做結(jié)合處理，其中，前0. 6部分使用bior2. 2小波函數(shù)重構(gòu)的脈搏波信號數(shù)據(jù)，后0. 4 部分利用db4小波基函數(shù)重構(gòu)的脈搏波數(shù)據(jù)；兩者結(jié)合起來重新組成與原容積脈搏波信號 等長的信號，從而達(dá)到去除基線漂移的目的。
【文檔編號】A61B5/02GK104224140SQ201410454853
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月9日
【發(fā)明者】陳真誠, 朱健銘, 梁永波, 劉彥偉 申請人:桂林電子科技大學(xué)