一种心电信号降噪方法

摘要

本发明公开了一种心电信号降噪方法，包括以下步骤：(1)对原始心电信号进行均值滤波，计算每一信号点的梯度值g_i及衰减系数h_i，并判断该信号点为边缘信号点或非边缘信号点；(2)对原始心电信号的进行非局部均值降噪，得到非局部均值预滤波结果；(3)对步骤(2)中获得的非局部均值预滤波结果，根据步骤(1)获得的梯度值g_i结果修正。本发明对不同的心电信号波段，自适应调整衰减系数，有效抑制心电信号中噪声的同时更好地保护信号细节，滤波效果良好。

主权项

一种心电信号降噪方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对原始心电信号O进行均值滤波，计算每一信号点的梯度值g_i及衰减系数h_i，并判断该信号点为边缘信号点或非边缘信号点；(1‑1)对原始心电信号O进行均值滤波，得到均值滤波心电信号I；(1‑2)对于均值滤波心电信号I中的每一点i，计算其梯度值g_i并判断该点是否为边缘区域信号点，并根据判断结果计算衰减系数h_i，其中：梯度值g_i为其左邻域信号点与该信号点差值的平均值；判断该点是否为边缘区域信号点，方法如下：根据预先设定的梯度阈值T，判断该信号点为边缘区信号点或非边缘区信号点，当g_i大于T，判断该信号点为边缘区信号点，否则判断该信号点位非边缘区信号点；根据判断结果计算衰减系数h_i，按照式(I)计算：$h_i=\left\{\begin{array}{cc}\frac{h_0}{\sqrt{1+{\left(\frac{g_i}{g_{\max }}\right)}^2}}& g_i>T\\ h_0& g_i\le T\end{array}\right.---\left(I\right)$其中g_max是预先设定的梯度值的最大值，h₀为固定衰减系数；(2)对原始心电信号O的进行非局部均值降噪，得到非局部均值预滤波结果M，其中每一点M_i按照式(II)计算，$M_i=\underset{j\in \Omega }{\Sigma }\omega (i,j)·O_j---\left(\mathrm{II}\right)$其中，Ω为搜索窗，ω(i,j)为信号块与相似窗权重，采用式(III)计算：$\omega (i,j)=\frac{1}{C_i}\exp (-\frac{G*{\left|\right|O\left(N_i\right)-O\left(N_j\right)\left|\right|}_2^2}{h_i^2})---\left(\mathrm{III}\right)$其中，G是高斯核函数，C_i为归一化参数，O(N_i)为信号块，O(N_j)为相似窗，h_i为步骤(1)获得的衰减系数；(3)对步骤(2)中获得的非局部均值预滤波结果M，根据步骤(1)获得的梯度值g_i结果修正，得到降噪后的心电信号；(3‑1)对于非局部均值预滤波结果M每一点M_i，计算其梯度值g′_i，梯度值g′_i为其左邻域信号点与该信号点差值的平均值，根据预先设定的梯度阈值T，判断该信号点为边缘区信号点或非边缘区信号点；如果判断结果与根据步骤(1‑2)判断的结果相同，则该点不需要修正，将M_i作为降噪后的心电信号，否则执行步骤(3‑2)；(3‑2)对非局部均值预滤波结果中需要修正的点M_i进行修正：将式(I)中的g_i替换为g′_i，得到该点的修正后的衰减参数h′_i，将式(III)中的h_i替换为h′_i，得到该点修正后的信号块与相似窗权重ω(i,j)'，将式(II)中的ω(i,j)替换为ω(i,j)'，得到该点修正后的非局部均值预滤波结果M′_i，将M′_i作为降噪后的心电信号。