心音信号特征自动提取方法_2

文档序号:9917504阅读:来源:国知局
段点与第i个周期第一心音的右包络分段点之间,横坐标小于第i个周期第一心音的左能量 分段点横坐标且短时过零率等于3倍Zs的第i个周期第一心音的左过零率分段点,以及横坐 标大于第i个周期第一心音的右能量分段点横坐标且短时过零率等于3倍Zs的第i个周期第 一心音的右过零率分段点;获取第i个周期第二心音的左包络分段点与第i个周期第二心音 的右包络分段点之间,横坐标小于第i个周期第二心音的左能量分段点横坐标且短时过零 率等于3倍Zs的第i个周期第二心音的左过零率分段点,以及横坐标大于第i个周期第二心 音的右能量分段点横坐标且短时过零率等于3倍Zs的第i个周期第二心音的右过零率分段 占.
[0044] 其中Zs为没有信号波动时的短时过零率;
[0045] clO)在横轴上,将第i个周期第一心音的左过零率分段点坐标和第i个周期第二心 音的左过零率分段点坐标从左到右依次保存在左过零率分段数组的第i组数据中,将第i 个周期第一心音的右过零率分段点坐标和第i个周期第二心音的右过零率分段点坐标从左 到右依次保存在右过零率分段数组Br的第i组数据中;
[0046] cll)按照上述步骤c7-cl0的方法对处理信号η个周期中其余周期信号进行处理。 [0047] 进一步,所述步骤d)的具体步骤为:
[0048] dl 1)根据左包络分段数组Cl,右包络分段数组Cr,左过零率分段数组Bl和右过零率 分段数组Br确定信号包络的最终分段点数组R,L,即
[0049]
[0050] 其中,数组L中每两个数据为一组数据,依次命名为第i个周期第一心音的左分段 点和第i个周期第二心音的左分段点;数组R中每两个数据为一组数据,依次命名为第i个周 期第一心音的右分段点和第i个周期第二心音的右分段点;定位第i个周期第一心音的左分 段点与第i个周期第一心音的右分段点的区间为第i个周期第一心音分段区,定位第i个周 期第二心音的左分段点与第i个周期第二心音的右分段点的区间为第i个周期第二心音分 段区;
[0051] dl2)通过峰逐层算法求取处理信号包络中第i个周期的局部极大值,确定位于第i 个周期第一心音分段区的极大值为第i个周期第一心音特征值,确定位于第i个周期第二心 音分段区的极大值为第i个周期第二心音特征值;并将这2个极大值点对应的横坐标保存在 数组peak的第i组数据中;
[0052] dl3)按照上述步骤dll、dl2的方法对处理信号包络η个周期中其余周期信号进行 分段定位;
[0053] dl4)结合心音信号时域特征,确定所有第一心音特征值与第二心音特征值,提取 心音信号特征。相比于现有技术,本发明具有如下优点:
[0054] 1)本发明采用中提琴积分波形方法提取心音信号包络,计算简单,速度快,能有效 的提取心音信号的特征包络,在时域上能保留心音信号的原始信息,尤其适用于对含有噪 声和干扰的心音信号的分析处理,为临床上心脏疾病的早期诊断与治疗提供了一种成本 低、可靠性高的辅助分析方法。
[0055] 2)本发明中结合中提琴积分波形方法,短时能量和过零率对信号包络进行定位, 提高了信号分段的有效性,以及特征值的准确性。
【附图说明】
[0056]图1为实施例中心音信号特征自动提取方法的步骤框图。
【具体实施方式】
[0057]心音信号特征自动提取方法,如图1所示,包括如下几个步骤:
[0058] a)对采集到的心音信号进行重采样后,再经过预处理得到预处理信号XT(k);
[0059] b)利用中提琴积分波形方法,提取预处理信号XT(k)中的信号包络ET(m)JP:
[0060]
[00611其中,Lt是步长,k为系数,m=0,l,2,. . .,M,M为预处理信号XT(k)的长度,预处理信 号XT(k)为离散信号,其长度是指XT(k)中的数据个数。芯(m;)为2倍Lt区间内的预处理信号 XT(k)的信号均值;
[0062] c)对信号包络进行分段;
[0063] d)定位得到第一心音分段区和第二心音分段区,计算得到第一心音分段区的第一 心音特征值和第二心音分段区的第二心音特征值,提取心音信号特征。
[0064]所述步骤a的具体步骤为:
[0065] al)对所述采集到的心音信号进行重采样后得到采样信号,用高通滤波器和陷波 滤波器对采样信号进行滤波得到滤波信号,降低计算复杂度。
[0066] a2)对滤波信号进行小波多分辨率分析去噪,得到所述预处理信号XT(k)。
[0067] 所述信号预处理部分用于对信号进行滤波去噪等处理,较少噪声干扰,提高信噪 比。
[0068]所述步骤b的具体步骤为:
[0069] bl)通过以下公式计算得到步长Lt:
[0070] Lt=O · 5*0 · l*Fs;
[0071] 其中,Fs为所述步骤a中重采样的采样频率;0.1是个经验值,根据第一心音的时长 确定。第一心音的时长一般为0.1s~0.16s,通过适当改变Lt的大小可改变信号包络的光滑 度,若Lt过大,信号包络过于平滑则会导致部分有用信号的损失,特别是异常信号的特征波 形;若Lt过小,信号包络粗糙,不利于对信号进行分段和定位,因此本发明选择的Lt为0.1。
[0072] b2)求取2倍LtK间内的预处理信号XT(k)的信号均值,即:
[0073]
[0074] b3)利用中提琴积分波形方法,提取预处理信号XT(k)中的信号包络Et(HI)JP:
[0075]
[0076] 所述信号包络提取部分采用中提琴积分波形方法来实现信号包络的提取,包络较 为光滑,特别是对信噪比较低的信号效果明显,为后续的分段定位以及特征提取工作打下 基础。
[0077]下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。 [0078] 实施例1:
[0079]所述步骤c)的具体步骤为:
[0080] cl)对信号包络ET(m)进行加窗分帧处理后,截取光滑的η个周期的信号包络为处 理信号包络;设定阈值线Level = 0.01截取处理信号包络,对处理信号包络η个周期中第i个 周期信号进行分段的方法如下:
[0081] c2)阈值线Level = O.01与处理信号包络的第i个周期信号有4个相交点,在横轴 上,这4个相交点从左到右依次命名为第i个周期第一心音的左包络分段点,第i个周期第一 心音的右包络分段点,第i个周期第二心音的左包络分段点,第i个周期第二心音的右包络 分段点;在横轴上,将这4个相交点坐标从左到右依次保存在包络分段数组C的第i组数据 中;
[0082] c3)在包络分段数组C中,依次提取出第i个周期第一心音的左包络分段点坐标和 第i个周期第二心音的左包络分段点坐标并保存在左包络分段数组α的第i组数据中,依次 提取出第i个周期第一心音的右包络分段点坐标和第i个周期第二心音的右包络分段点并 坐标保存在右包络分段数组Cr的第i组数据中;
[0083] c4)按照上述步骤c2、c3的方法对处理信号包络η个周期中其余周期信号进行分 段。
[0084]该步骤是对信号包络进行初次分段定位。
[0085] 在本实施例中,所述步骤d)的具体步骤为:对处理信号包络η个周期中第i个周期 信号做如下处理:
[0086] dl)获取存放在左包络分段数组α中第i组数据和右包络分段数组Cr中第i组数据: 第i个周期第一心音的左包络分段点,第i个周期第一心音的右包络分段点,第i个周期第二 心音的左包络分段点,第i个周期第二心音的右包络分段点;定位第i个周期第一心音的左 包络分段点与第i个周期第一心音的右包络分段点的区间为第i个周期第一心音分段区,定 位第i个周期第二心音的左包络分段点与第i个周期第二心音的右包络分段点的区间为第i 个周期第二心音分段区;
[0087] d2)通过峰逐层算法求取处理信号包络中第i个周期的局部极大值,确定位于第i 个周期第一心音分段区内的极大值为第i个周期第一心音特征值,确定位于第i个周期第二 心音分段区内的极大值为第i个周期第二心音特征值;并将这2个极大值点对应的横坐标保 存在数组peak的第i组数据中;
[0088] d3)按照上述步骤dl、d2的方法对处理信号包络η个周期中其余周期信号进行分段 定位;
[0089] d4)结合心音信号时域特征,确定所有第一心音特征值与第二心音特征值,提取心 音信号特征。
[0090] 实施例1采用中提琴积分波形方法提取心音信号包络,计算简单,速度快,能有效 的提取心音信号的特征包络,在时域上能保留心音信号的原始信息。
[0091] 实施例2:
[0092] 实施例1中所述步骤c4)后面还包括以下步骤:
[0093] c5)获取预处理信号XT(k)中横坐标范围与处理信号包络横坐标范围相同的时间 段信号为处理信号;
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