[發(fā)明專(zhuān)利]心音信號(hào)雙通道自適應(yīng)降噪算法、裝置、介質(zhì)及設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011278315.4
• 申請(qǐng)日: 2020-11-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112562701B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 莫鴻強(qiáng);田軍章;田翔
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華南理工大學(xué);廣東省第二人民醫(yī)院（廣東省衛(wèi)生應(yīng)急醫(yī)院）;佛山市百步梯醫(yī)療科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G10L19/26
• 分類(lèi)號(hào): G10L19/26;G10L21/0216;A61B7/04
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 霍健蘭;梁瑩

本發(fā)明提供了一種心音信號(hào)雙通道自適應(yīng)降噪算法、裝置、介質(zhì)及設(shè)備；其中算法包括預(yù)處理濾波器生成過(guò)程和主副通道信號(hào)預(yù)處理及降噪過(guò)程；預(yù)處理濾波器生成過(guò)程，是指在安靜的環(huán)境下采樣主通道信號(hào)，采用全極點(diǎn)模型對(duì)主通道信號(hào)作線性預(yù)測(cè)編碼，求得全極點(diǎn)模型的傳遞函數(shù)，從而得到與全極點(diǎn)模型傳遞函數(shù)互為倒數(shù)的、預(yù)處理濾波器的傳遞函數(shù)；主副通道信號(hào)預(yù)處理及降噪過(guò)程是指：采樣主通道信號(hào)和副通道信號(hào)；對(duì)主通道信號(hào)和副通道信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，并對(duì)預(yù)處理后信號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)濾波得到誤差信號(hào)；之后采用傳遞函數(shù)與預(yù)處理濾波器傳遞函數(shù)互為倒數(shù)的濾波器對(duì)誤差信號(hào)進(jìn)行濾波處理，得到輸出信號(hào)。本發(fā)明根據(jù)實(shí)測(cè)信號(hào)，以最小化心音信號(hào)方差為目標(biāo)確定預(yù)處理濾波器的參數(shù)，所得預(yù)處理濾波器參數(shù)為方差最小化意義下的最優(yōu)值，從而提升降噪效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)測(cè)量和信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種心音信號(hào)雙通道自適應(yīng)降噪算法、裝置、介質(zhì)及設(shè)備。

背景技術(shù)

遠(yuǎn)程聽(tīng)診可在心血管慢性病患者隨診上發(fā)揮重要作用，讓患者在家享受醫(yī)療服務(wù)，而無(wú)需到大醫(yī)院就診，極大地減輕患者的負(fù)擔(dān)，降低社會(huì)和經(jīng)濟(jì)成本。

心音聽(tīng)診有效實(shí)施的前提在于獲得高質(zhì)量的心音信號(hào)。但遠(yuǎn)程聽(tīng)診應(yīng)用場(chǎng)合多樣，不同強(qiáng)度水平和種類(lèi)的環(huán)境噪聲類(lèi)型豐富；加之在遠(yuǎn)程聽(tīng)診過(guò)程中，醫(yī)生不了解患者所處環(huán)境的情況，難以判斷所聽(tīng)到的異常聲音為患者的額外心音或雜音還是環(huán)境噪聲，容易出現(xiàn)誤診。且環(huán)境噪聲極易掩蓋微弱的異常心音信號(hào)，相當(dāng)部分環(huán)境噪聲的時(shí)頻分布與異常心音的時(shí)頻分布高度重疊，其降噪難度非常高。

雙通道自適應(yīng)濾波算法計(jì)算量小，易于硬件實(shí)現(xiàn)，且設(shè)計(jì)合理時(shí)可大幅提高信噪比，故常應(yīng)用于語(yǔ)音信號(hào)降噪。其原理為：假設(shè)環(huán)境噪聲為加性，主通道測(cè)量帶噪心音，副通道采集環(huán)境噪音，副通道所測(cè)環(huán)境噪音經(jīng)處理后用于部分抵消帶噪心音中的噪音而實(shí)現(xiàn)降噪。

雙通道自適應(yīng)濾波算法通常采用最小均方(least mean square，LMS)、歸一化最小均方(normalized least mean square，NLMS)算法或其改進(jìn)算法優(yōu)化濾波器的權(quán)值來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是LMS或NLMS算法依賴于所測(cè)量信號(hào)以及噪聲的統(tǒng)計(jì)特性，信號(hào)統(tǒng)計(jì)特性突變的情況下難以在快速收斂和低失調(diào)(misalignment)之間實(shí)現(xiàn)平衡。而信號(hào)統(tǒng)計(jì)特性突變?cè)谛囊袈?tīng)診過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)，特別是第一第二心音的幅值會(huì)周期性出現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)的大幅變化。變步長(zhǎng)的LMS或NLMS算法可提高降噪性能，但對(duì)于第一第二心音這類(lèi)幅值短時(shí)快速變化的信號(hào)，要確定合適的變步長(zhǎng)策略并不容易。

與常用的變步長(zhǎng)算法思路不同，在中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)《用于采集體音信號(hào)的雙麥克風(fēng)自適應(yīng)濾波算法及應(yīng)用》(公開(kāi)號(hào)：CN109545239A)中針對(duì)這種非平穩(wěn)信號(hào)建立了一種雙通道自適應(yīng)濾波算法，以解決體音信號(hào)的降噪問(wèn)題。雙通道信號(hào)分別為主通道和副通道信號(hào)；主通道信號(hào)為帶噪體音信號(hào)，副通道信號(hào)為環(huán)境噪音；對(duì)主、副通道信號(hào)作相同的預(yù)處理，對(duì)預(yù)處理后的主、副通道信號(hào)采用LMS或NLMS算法計(jì)算自適應(yīng)濾波器權(quán)值并計(jì)算誤差信號(hào)，以濾除主通道信號(hào)中的環(huán)境噪音；對(duì)誤差信號(hào)作第一次低通濾波處理以復(fù)原體音信號(hào)，從而得到自適應(yīng)濾波算法輸出的體音信號(hào)。

該自適應(yīng)降噪算法中所采用的主、副通道信號(hào)預(yù)處理方法可降低主通道信號(hào)的方差，提高降噪性能。但是在該專(zhuān)利中，其預(yù)處理方法所用的濾波器參數(shù)需要人為根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選定，且優(yōu)選地由若干個(gè)一階預(yù)加重環(huán)節(jié)串聯(lián)而成；如此所得的濾波器效果會(huì)由于人為選定的濾波器參數(shù)不同而濾波效果有差異，不能確保濾波器取得最佳效果。更為理想的做法應(yīng)為根據(jù)實(shí)際信號(hào)自動(dòng)確定濾波器參數(shù)，而這仍是尚未解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的目的在于提供一種心音信號(hào)雙通道自適應(yīng)降噪算法、裝置、介質(zhì)及設(shè)備；本發(fā)明根據(jù)實(shí)測(cè)信號(hào)，以最小化帶噪心音信號(hào)方差為目標(biāo)確定預(yù)處理濾波器的參數(shù)，所得預(yù)處理濾波器的參數(shù)為方差最小化意義下的最優(yōu)值，從而提升降噪效果。