[發明專利]數字信號的濾波方法和裝置

有效

• 申請號: 201410546713.8
• 申請日: 2014-10-15
• 公開（公告）號: CN104318523B
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發明（設計）人: 侯桂文
• 申請（專利權）人: 北京海思敏醫療技術有限公司
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 北京金律言科知識產權代理事務所(普通合伙)11461
• 代理人: 羅延紅,逯博

技術領域

本發明涉及信號處理技術領域，尤其涉及一種數字信號的濾波方法和裝置。

背景技術

數學形態學是20世紀60年代初，建立起來的一門新型的數字圖像處理方法和理論。它的基本思想是利用一定形態結構的元素(簡稱為結構元)去度量和提取圖像中對應的形狀，以達到對圖像的分析和識別的目的。它的作用相當于一個“探針”，在圖像中不斷移動結構元，便可以考察出圖像各部分間的關系。數學形態學中最常見的基本運算有取反、平移、膨脹、腐蝕、開運算、閉運算、擊中、擊不中等，它們是數學形態學的基礎。

現有利用數學形態學實現對一維的心電圖(Electrocardiogram，ECG)信號進行數學形態學濾波，對于ECG中的基線漂移具有比較好的矯正效果，具體濾波方法為：首先，對ECG數字信號進行開運算，即對數字信號先進行一次腐蝕運算，再進行一次膨脹運算，記為然后，再對開運算后的數字信號進行閉運算，即對數字信號先進行一次膨脹運算，再進行一次腐蝕運算，記為其中，f為待濾波的一維ECG數字信號，k為結構元。信號經過開運算以后，信號的波峰會被去掉，信號經過閉運算后，信號的波谷會被去掉，而去掉的波峰與波谷的寬度取決于結構元的長度，即小于結構元寬度的波峰和波谷會被去掉，從而實現對基線漂移噪聲進行濾除。

現有技術中，對于信號長度為N的待濾波一維數字信號f(n)，(n＝0,1,2,...,N-1)中的第n個信號進行長度為M的結構元k(m)，(m＝0,1,2,...,N-1)的膨脹運算(或腐蝕運算)為，先將信號f(n)以n為中心左右反轉；將反轉后的f(n)信號平移至n-M+1處；將結構元k(m)與反轉后的f(n)信號序列相加(腐蝕運算對應為相加)；將相加結果的最大值(腐蝕運算對應為相加結果的最小值)確定為f(n)中第n個信號經過濾波后的信號值。

根據上述濾波方法，若對f(n)中的每一個信號點n對應的信號做開/閉運算，且每個點運算所需的時間的復雜度為O(M)，則整段f(n)信號的濾波所需的時間的復雜度為O(M×N)。當結構元長度較大時，運算時間則更長。而在ECG信號的基線漂移形態學濾波中，為了保證波形的不失真，結構元的長度一般要大于最長的T波的寬度，從而導致采用上述濾波方法處理ECG信號的基線漂移處理過程時間長。

發明內容

本發明的實施例提供一種數字信號的濾波方法和裝置，以實現對ECG信號的基線漂移進行數字形態學濾波。

為達到上述目的，本發明的實施例提供了一種數字信號的濾波方法，包括：

對待處理的一維數字信號f(n)，n＝0,1,2,...,N-1，應用結構元k(m)，m＝0,1,2,...,N-1，依次進行開運算和閉運算,或者依次進行閉運算和開運算，并將最終運算結果確定為所述f(n)對應的濾波信號；其中，所述k(m)為固定值,所述N為大于0的整數；所述開運算和/或閉運算中包括的腐蝕運算的具體步驟包括：

將待進行腐蝕運算的信號作為第一中間信號f(t)，t＝0,1,2,...,N-1，所述N為大于0的整數；針對新移入進所述k(m)對應的運算窗口的所述f(t)中的第t個信號，m≤t≤N-1，計算所述f(t)減所述k(m)得到的第一差值；

將所述第一差值與所述f(t)中包含在當前運算窗口的上一個運算窗口內的各信號值減所述k(m)得到的第二差值進行比較；并根據比較結果確定所述f(t)中的第t個信號對應的腐蝕運算結果。

本發明的實施例還提供了另一種數字信號的濾波方法，包括：

對待處理的一維數字信號f(n)，n＝0,1,2,...,N-1，應用結構元k(m)，m＝0,1,2,...,N-1，依次進行開運算和閉運算,或者依次進行閉運算和開運算，并將最終運算結果確定為所述f(n)對應的濾波信號；其中，所述k(m)為固定值,所述N為大于0的整數；所述開運算和/或閉運算中包括的膨脹運算的具體步驟包括：

將待進行膨脹運算的信號作為第三中間信號f(l)，l＝0,1,2,...,N-1，所述N為大于0的整數；針對新移入進所述k(m)對應的運算窗口的所述f(l)中的第l個信號，m≤l≤N-1，計算所述f(l)加所述k(m)得到的第三和值；

將所述第三和值與所述f(l)中包含在當前運算窗口的上一個運算窗口內的各信號值加所述k(m)得到的第四和值進行比較；并根據比較結果確定所述f(l)中的第l個信號對應的膨脹運算結果。

本發明的實施例還提供了一種數字信號的濾波裝置，包括：