一种利用提升小波变换滤除基线漂移的方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用提升小波变换滤除基线漂移的方法，对容积脉搏波信号经过低通FIR滤波器过滤；利用提升小波变换采用bior2.2小波基函数和db4小波基函数对保存在TXT文档中的脉搏波数据进行6层分解；对两次分解所得到的第6尺度上的低频逼近系数分别置零处理，将第6层尺度上的近似系数与1～6尺度上的高频细节系数逐级进行重构；前0.6部分使用bior2.2小波基函数重构的脉搏波信号数据；后0.4部分利用db4小波基函数重构的脉搏波数据；两者结合起来重新组成与原容积脉搏波信号等长的信号。本发明的有益效果是滤除容积脉搏波信号中的基线漂移有明显的效果，在滤除基线漂移的同时，很好的保留了信号的主要细节。
【专利说明】-种利用提升小波变换滤除基线漂移的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于信号处理【技术领域】，涉及一种利用提升小波变换滤除基线漂移的方 法。
【背景技术】
[0002] 脉搏波中的基线漂移属于低频干扰，一般在IHz W下，学者们提出了许多抑制脉 搏波中基线漂移问题的解决方法，常用的方法有抵消法和滤波法两种，抵消法是利用原脉 搏波信号减去基线漂移的估计信号达到去除消除基线漂移的目的，该种方法得到的基线漂 移有很大的误差。滤波法有平均滤波，中值滤波，曲线拟合，高通滤波法，形态学处理及小波 分解法，高通滤波法会导致脉搏波的波形失真，形态学法略有偏移，曲线拟合的方法在处理 较大的漂移脉搏波信号时效果不佳，小波分解法运行时处理时间长，不方便实时应用。提升 小波保持了第一代小波（经典小波分析）的特性，但是其小波构造方法完全摆脱了化urier 变换，克服了经典小波平移和伸缩的不变性的条件，获得的小波具有经典小波的时频局部 化性质和快速变换算法等所有优点。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种利用提升小波变换滤除基线漂移的方法，解决了现有 方法得到的基线漂移有很大的误差的问题。
[0004] 本发明采用的技术方案按照W下步骤进行：
[0005] 步骤1 ;采用HKG-70红外脉搏波传感器采集指端的容积脉搏波信号，采用的采样 频率为200Hz，经过滤波电路和写在MSP430单片机内部的截止频率为10化的16阶低通FIR 滤波器滤波后共采集2400个离散的脉搏波数据，将脉搏波数据通过USB传输线传输到PC 机上储成TXT文档；
[0006] 步骤2 ;利用bior2. 2小波函数采用提升小波变换对保存在TXT文档中的脉搏波 数据进行6层分解，其具体过程为；首先，利用Matl油工具提供的提升函数Iifewave获得 小波函数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函数增加基本提升方案ELS到提升方案LS，从而返回一个新的提升方案 LSN，最后，通过Matl油工具提供的Iwt函数对保存在TXT文档中的脉搏波信号进行6维提 升小波分解，通过Maltl油工具提供的Iwtcoef函数分别获得脉搏波信号的高频细节部分 和低频逼近部分的提升小波变换系数；
[0007] 采用化4小波函数采用提升小波变换对保存在TXT文档中的脉搏波信号进行6层 分解，其具体过程为：首先，利用Matlab工具提供的提升函数Iifewave获得小波函数化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 函数增加基本提升方案ELS到提升方案LS，从而返回一个新的提升方案LSN，最后，通过 Matl油工具提供的Iwt函数对保存在TXT文档中的脉搏波信号进行6维提升小波分解，通 过Maltl油工具提供的Iwtcoef函数分别获得脉搏波信号的高频细节部分和低频逼近部分 的提升小波变换系数；
[0008] 步骤3 ;步骤2中通过Matl油工提供的Iwtcoef函数获得容积脉搏波信号的 第6层低频逼近部分的提升小波变换系数，采用Matlab工具提供的zeros函数对两次得 到的第6尺度上的低频逼近系数分别置零处理，通过Matl油工具提供的提升小波逆函数 ilwt (CA, CD, W)将置零处理后的容积脉搏波信号的第6尺度上的低频近似系数与1?6尺 度上的高频细节系数从第6层开始逐级重构直到第1层重构结束，公式中，CA为脉搏波信 号第6尺度上低频逼近系数，其中，第6层的低频逼近系数CA为脉搏波信号第6尺度上低 频逼近系数置零处理后的系数，第5层到第1层的低频逼近系数CA依次为：第6尺度到第 2尺度重构后的容积脉搏波信号，CD为从第6层到第1层的高频细节系数，W为提升小波名 称；
[0009] 步骤4 ;将步骤3中采用bior2. 2和化4两种小波函数重构得到的容积脉搏波信 号在0. 6处做结合处理，其中，前0. 6部分使用bior2. 2小波函数重构的脉搏波信号数据， 后0. 4部分利用化4小波基函数重构的脉搏波数据；两者结合起来重新组成与原容积脉搏 波信号等长的信号，从而达到去除基线漂移的目的。
[0010] 容积脉搏波信号采集过程中，由于人体的动态变化，所W采集到的容积脉搏波信 号往往会受到噪声的严重影响，其中由人体呼吸等引起的基线漂移就是其中的一种。本发 明是在总结现有的去脉容积脉搏波基线漂移方法效果不佳或者处理时间长的缺点的基础 上提出的，意在，即能处理时间短，又能很好的去除脉搏波信号中的基线漂移获得良好脉搏 波信号。
[0011] 本发明的有益效果是滤除容积脉搏波信号中的基线漂移有明显的效果，在滤除基 线漂移的同时，很好的保留了信号的主要细节。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1是包含基线漂移的容积脉搏波的波形图；
[0013] 图2是包含基线漂移的容积脉搏波的频谱图；
[0014] 图3是容积脉搏波经bior2. 2小波函数提升后的频谱图；
[0015] 图4是容积脉搏波经化4小波基函数提升后的频谱图；
[0016] 图5是容积脉搏波经bior2. 2和化4小波基函数提升后的频谱图；
[0017] 图6是容积脉搏波波经db4小波函数小波变换后的频谱图；
[0018] 图7是容积脉搏波经bior2. 2小波函数小波换换后的频谱图。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0020] 针对传统滤除容积脉搏波基线漂移效果不佳的特点，提出了一种利用提升小波变 换滤除基线漂移的方法，按照W下步骤进行：
[0021] 步骤1 ;采用HKG-70红外脉搏波传感器采集指端的容积脉搏波信号，采用的采样 频率为200Hz，经过滤波电路和写在MSP430单片机内部的截止频率为10化的16阶低通FIR 滤波器滤波后共采集2400个离散的脉搏波数据，将脉搏波数据通过USB传输线传输到PC 机上储成TXT文档。
[0022] 步骤2 ;利用bior2. 2小波函数采用提升小波变换对保存在TXT文档中的脉搏波 数据进行6层分解，其具体过程为；首先，利用Matl油工具提供的提升函数Iifewave获得 小波函数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函数增加基本提升方案ELS到提升方案LS，从而返回一个新的提升方 案LSN。最后，通过Matl油工具提供的Iwt函数对保存在TXT文档中的脉搏波信号进行6 维提升小波分解，通过Maltl油工具提供的Iwtcoef函数分别获得脉搏波信号的高频细节 部分和低频逼近部分的提升小波变换系数。
[0023] 同样采用化4小波函数采用提升小波变换对保存在TXT文档中的脉搏波信号进 行6层分解，方法与采用bior2. 2采用提升小波变换的方法基本相同，不同的地方为把 bior2. 2小波函数改为化4小波函数即可。
[0024] 步骤3 ;步骤2中可W通过Matl油工提供的Iwtcoef函数获得容积脉搏波信号的 第6层低频逼近部分的提升小波变换系数，采用Matl油工具提供的zeros函数对两次得 到的第6尺度上的低频逼近系数分别置零处理，通过Matl油工具提供的提升小波逆函数 ilwt (CA, CD, W)将置零处理后的容积脉搏波信号的第6尺度上的低频近似系数与1?6尺 度上的高频细节系数从第6层逐级重构直到第1层重构结束。公式中，CA为脉搏波信号第 6尺度上低频逼近系数，其中，第6层的低频逼近系数CA为脉搏波信号第6尺度上低频逼近 系数置零处理后的系数，第5层到第1层的低频逼近系数CA依次为：第6尺度到第2尺度 重构后的脉搏波信号，CD为从第6层到第1层的高频细节系数，W为提升小波名称。
[002引步骤4 ;将步骤3中采用bior2. 2和化4两种小波函数重构得到的容积脉搏波信 号在0. 6处做结合处理。其中，前0. 6部分使用bior2. 2小波函数重构的脉搏波信号数据， 后0. 4部分利用化4小波基函数重构的脉搏波数据；
[0026] 两者结合起来重新组成与原容积脉搏波信号等长的信号，从而达到去除基线漂移 的目的。
[0027] W上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限 巧||，凡是依据本发明的技术实质对W上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均 属于本发明技术方案的范围内。通过实验表明，该方法滤除容积脉搏波信号中的基线漂移 有明显的效果，在滤除基线漂移的同时，很好的保留了信号的主要细节。
[0028] 对本发明方法进行验证；为了得到利用提升小波变换采用bior2. 2和化4小波 函数相结合的方法去除容积脉搏波中基线漂移的效果，本实验将处理结果分别与单独采用 bior2. 2和化4小波函数利用小波提升的方法对容积脉搏波信号的处理结果，W及单独采 用bior2. 2和化4小波函数利用传统小波变换的方法对容积脉搏波信号处理后的结果进行 了比较，他们的处理容积脉搏波信号的结果如图1-7所示，图1是包含基线漂移的容积脉搏 波的波形图；图2是包含基线漂移的容积脉搏波的频谱图；图3是容积脉搏波经bior2. 2小 波函数提升后的频谱图；图4是容积脉搏波经化4小波基函数提升后的频谱图；图5是容积 脉搏波经bior2. 2和化4小波基函数提升后的频谱图。图6是容积脉搏波波经化4小波函 数小波变换后的频谱图，图7是容积脉搏波经bior2. 2小波函数小波换换后的频谱图。用 该些方去除基线漂移后的信噪比如表1所示。
[0029] 表1几种方法去除基线漂移后的信噪比
[0030]
【权利要求】
1. 一种利用提升小波变换滤除基线漂移的方法，按照以下步骤进行： 步骤1 :采用HKG-70红外脉搏波传感器采集指端的容积脉搏波信号，采用的采样频率 为200Hz，经过滤波电路和写在MSP430单片机内部的截止频率为10Hz的16阶低通FIR滤 波器滤波后共采集2400个离散的脉搏波数据，将脉搏波数据通过USB传输线传输到PC机 上储成TXT文档； 步骤2 :利用bior2. 2小波函数采用提升小波变换对保存在TXT文档中的脉搏波数据 进行6层分解，其具体过程为：首先，利用Matlab工具提供的提升函数lifewave获得小波 函数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函数增加基本提升方案ELS到提升方案LS，从而返回一个新的提升方案LSN， 最后，通过Matlab工具提供的lwt函数对保存在TXT文档中的脉搏波信号进行6维提升小 波分解，通过Maltlab工具提供的lwtcoef函数分别获得脉搏波信号的高频细节部分和低 频逼近部分的提升小波变换系数； 采用db4小波函数采用提升小波变换对保存在TXT文档中的脉搏波信号进行6层分 解，其具体过程为：首先，利用Matlab工具提供的提升函数lifewave获得小波函数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 函数增加基本提升方案ELS到提升方案LS，从而返回一个新的提升方案LSN，最后，通过 Matlab工具提供的lwt函数对保存在TXT文档中的脉搏波信号进行6维提升小波分解，通 过Maltlab工具提供的lwtcoef函数分别获得脉搏波信号的高频细节部分和低频逼近部分 的提升小波变换系数； 步骤3 :步骤2中通过Matlab工提供的lwtcoef函数获得容积脉搏波信号的第6 层低频逼近部分的提升小波变换系数，采用Matlab工具提供的zeros函数对两次得到 的第6尺度上的低频逼近系数分别置零处理，通过Matlab工具提供的提升小波逆函数 ilwt (CA，⑶，W)将置零处理后的容积脉搏波信号的第6尺度上的低频近似系数与1?6尺 度上的高频细节系数从第6层逐级重构直到第1层重构结束，公式中，CA为脉搏波信号第6 尺度上低频逼近系数，其中，第6层的低频逼近系数CA为脉搏波信号第6尺度上低频逼近 系数置零处理后的系数，第5层到第1层的低频逼近系数CA依次为：第6尺度到第2尺度 重构后的脉搏波信号，CD为从第6层到第1层的高频细节系数，W为提升小波名称； 步骤4 :将步骤3中采用bior2. 2和db4两种小波函数重构得到的容积脉搏波信号在 〇. 6处做结合处理，其中，前0. 6部分使用bior2. 2小波函数重构的脉搏波信号数据，后0. 4 部分利用db4小波基函数重构的脉搏波数据；两者结合起来重新组成与原容积脉搏波信号 等长的信号，从而达到去除基线漂移的目的。
【文档编号】A61B5/02GK104224140SQ201410454853
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月9日 优先权日:2014年9月9日
【发明者】陈真诚, 朱健铭, 梁永波, 刘彦伟 申请人:桂林电子科技大学