基于小波变换的脉搏信号分析仪的设计.doc

第28卷第4期仪器仪表学报Vol.28No.4
2007年4月ChineseJournalofScientificInstrument

基于小波变换的脉搏信号分析仪的设计
陈若珠1，周红标1,2，田守军1
（1兰州理工大学电信学院甘肃兰州730050；
2江苏淮阴工学院电信系江苏淮安223001）
摘要：提出一种基于自适应阈值的信号小波消噪方法，仿真试验表明该方法消噪效果优于传统的软、硬阈值法。采用COM组件技术无缝集成LabVIEW与MATLAB实现虚拟脉搏信号分析仪的设计，该分析仪具有信号采集、消噪、特征提取和网络传输等功能，具有非常实用的价值。
关键词：脉搏信号；小波变换；LabVIEW；信号消噪
中图分类号：TH772；TP391.9文献标识码：A国家标准学科分类代码:510.40
Designofpulsesignalanalysisinstrumentbasedonwavelettransform
ChenRuozhu1,ZhouHongbiao1,2,TianShoujun1
(1CollegeofElectricalandInformationEngineering,LanzhouUniv.ofTech.,Lanzhou730050,China;
2DepartmentofElectricalandInformationEngineering,HuaiyinInstituteofTech.,Huaiyin223001,China)
Abstract：Thedenoisingmethodbasedonwaveletwithadaptivethresholdingisproposed.Thesimulationexperimentindicatesthattheproposedmethodisbetterthantraditionalwaveletthresholdingdenoisingmethods.AnewtypeofvirtualpulsesignalanalysisinstrumentbasedonseamlessintegrationtechnologybetweenLabVIEWandMATLABisdesignedinthispaper.Thefunctions,suchasdataacquisition,signaldenoising,featureextractionandnetworkcommunicationarerealizedinthisinstrumentwhichpresentsagoodresultthroughthepreliminaryapplicationtotheclinicalpractice.
Keywords：pulsesignal;wavelettransform;LabVIEW;signaldenoising
1引言
脉搏信号是一种非平稳的微弱生理信号，它包含有丰富的人体健康状况信息，具有重要的临床诊断价值。在采集脉搏信号过程中，由于仪器、人体活动等因素而使采集的信号常伴有各种干扰，包括人体呼吸和测量压电膜移动引起的基线漂移、肌肉紧张引起的干扰以及工频干扰等[1]。因此，在提取脉搏信号特征值之前消除噪声是一项极其重要的工作。小波变换具有良好的时频分辨特性，很适合用来消除脉搏信号的噪声，常用的有阈值法、平移不变量法和模极大值法等，本文基于小波阈值消噪法提出了一种新的阈值函数用于脉搏信号的去噪。文献[2]利用小波变换对15例海洛因吸毒者和15例正常人的脉象信号进行分析，提出各尺度-小波能量值作为判断正常人和吸毒者的特征向量；文献[3]根据脉搏波图面积变化提取特征值K来反映心血管疾病患者生理病理上的变化。本文设计的分析仪在分别从时域和频域提取特征值的基础上，利用小波变换对脉搏信号进行时频域联合分析，提取各尺度能量值作为特征值来诊断心血管疾病患者的动脉硬化情况。
MathWorks公司开发的MATLAB带有小波工具箱，其中有大量的小波函数可供调用，但它很难实现对计算机端口的控制，同时也不适宜做上位机界面。NI公司推出的LabVIEW是一种面向对象的虚拟仪器编程语言，具有优异的人机交互性能。本文利用COM组件法将MATLAB编写的脉搏信号小波消噪和小波提取特征值算法程序无缝集成到LabVIEW中完成脉搏信号分析仪的设计，同时基于DataSocket技术实现了分析仪数据的网络传输功能。
2基于小波变换的脉搏信号消噪
2.1自适应阈值消噪原理
Donoho等人提出对信号进行离散正交小波变换，然后通过选择适当小波系数重构的方法，得到对原信号的一个估计值，这种方法称为小波变换的阈值去噪法。其主要原理是：信号经小波变换后，噪声能量小于信号能量，与之对应的小波系数也将小于信号