[发明专利]一种提升小波和中值滤波相结合的算法

说明书

技术领域

本发明涉及算法领域，具体涉及一种提升小波和中值滤波相结合的算法。

背景技术

心电活动是心脏的基本活动，心电图的临床应用已有上百年的历史，尽管科学技术的发展使临床诊断技术越来越现代化，但心电图至今仍是临床诊断心血管疾病的主要辅助手段，尤其是在缺血性心脏病、各种心律失常的诊断等方面仍具有独特的作用。

心电信号是一种微弱的生物电信号，信号幅度小于5mv，频率范围在0.05~250HZ之间，其能量主要集中在0.25~35HZ之间，又由于在对心电信号进行处理的过程中，不免会混入各种噪声和干扰，因而很容易引起心电信号的畸变，甚至掩盖了原始心电波形中的特征信息，

其中主要的噪声干扰有以下三种：

1）工频干扰 频率为50HZ，表现为有规律的正弦波，轻者可致心电图不整齐，干扰较大时可致心电无法辨认。是由于周围环境有交流电设备、病人肢体接触铁床、导联线接触不良或断裂等原因产生。

2）肌电干扰 频率多在10~300HZ之间，在心电图中表现为一系列不规则的细小芒刺，较易误诊为心房颤动波。是由于室温过低、被检者精神过分紧张、电极板与皮肤接触过紧等原因产生。

3）基线漂移 频率多在1HZ以下，表现为心电图基线上下摆动或突然升降，对准确判断S-T段有影响。是由于被检测者呼吸不稳、导联线牵拉过紧、电极板与皮肤接触不良等原因产生。

传统小波变换的时频定位特性在去除心电信号的噪声中有非常好的效果，但由于其基于卷积运算，而且在去除基线漂移时要将信号分解到十层左右，因此计算量大，计算复杂度高，对存储空间的需求高，不利于实时处理。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术存在的问题和不足，本发明的目的是提供了一种提升小波和中值滤波相结合的算法。本研究的目的是使用一种提升小波和中值滤波相结合的算法去除心电信号中的三种噪声。提升小波是一种更为快速有效的小波变换实现方法，它不依赖于傅里叶变换，继承了第一代小波的多分辨率特性，其主要的优点有：结构简单、运算量低、原位运算、节省存储空间、逆变换可以直接反转实现等，而且Daubechies已经证明，任何离散小波变换都可以被分解成为一系列简单的提升步骤。

技术方案：为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：一种提升小波和中值滤波相结合的算法， 

提升小波的构造分为三个过程，分解、预测和更新，具体包括以下步骤：

1）分解：将原始信号                                                分解成和两个部分，其中表示第层信号，这种分解产生的小波称为懒小波，公式如下：

                                             （I）

分解方法可以有多种，最简单的是奇偶分解，本研究中用到的就是这种方法。

2）预测：用偶数序列去预测奇数序列，先将滤波器作用于偶数序列得到，然后将奇数序列与预测值之差作为新的奇数序列，公式如下：

                                           （II）在预测过程中，我们要根据信号本身的特点，使预测值尽可能接近被预测的值，这样得到的序列就能包含更少的信息，所以在这个过程中滤波器的选择是非常重要的。

3）更新：用上一步预测过的奇数序列去更新偶数序列，先构造一个算子，使其作用于奇数序列得到，然后将其与偶数序列求和得到更新过的偶数序列，公式如下：

                                             （III）更新的目的是使原信号集的某些全局特性在其子集中继续保持。

上述三个步骤是提升小波的前向变换过程，只需要改变加减符号就可以得到它的逆向变换过程。可以看出，提升小波变换的实现过程是比较简单的。

在本研究中，我们采用提升小波将原始信号分解为三层，分别采用三层小波进行分解，保留第三层的低频信号，然后用中值滤波去除信号中的基线漂移，最后利用提升小波重构算法重构滤波之后的心电信号。

其中，上述三层小波中，第一层为haar小波，第二层用bior4.4小波，第三层用sym8小波。 

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

（1）提升小波结构简单、运算量低的特点，适合单片机实现；

（2）提升小波可以在不同的分解层用不同的小波，可以更好的去除多种干扰噪声；