生物醫(yī)學(xué)信號處理ppt課件(編輯修改稿)
2025-02-01 13:35 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ????0001)(nnn? 系統(tǒng) ?系統(tǒng) （ System） 是指由若干相互作用和相互依賴的事物組合而成的具有某種特定功能的整體 。 ?在信號處理領(lǐng)域 ， 我們把系統(tǒng)定義為物理器件的集合 ， 它在受到輸入信號的激勵(lì)時(shí) ， 會產(chǎn)生輸出信號 。 輸入信號又稱為激勵(lì) ， 輸出信號又稱為響應(yīng) 。 ?對數(shù)字信號處理 ， 系統(tǒng)可以抽象成一種變換 ， 或一種運(yùn)算 ， 將輸入序列 x(n)變換成輸出序列 y(n)。 ? 對系統(tǒng) T， 輸入 x(t)時(shí)輸出是 y(t)， 我們稱 y(t)是系統(tǒng) T對 x(t)的響應(yīng) (Response)。 ? 當(dāng)輸入是單位沖激信號 時(shí) ， 系統(tǒng)的輸出稱為系統(tǒng)的 單位沖激響應(yīng) ， 用 h(t)表示 。 h(t)反映了系統(tǒng) T的固有的本質(zhì) ， 若系統(tǒng) T是線性時(shí)不變系統(tǒng) ， 只要知道了 h(t)， 那么對于任意的輸入 x(t)， 都可以通過公式求出其輸出： 該公式稱為卷積積分 。 ?? ?????? ?????? )()()()()()()( thtxhtxdthxty ?????)()( ttx ??? 對離散信號 ， 當(dāng)輸入是單位脈沖信號 δ(n)時(shí) ，系統(tǒng)的輸出稱為 單位脈沖響應(yīng) h(n)。 ? 例如，體表心電信號是心臟的電活動通過人體傳到體表，通過電極拾取后得到的心電圖信號。心臟是心電圖的信號源，即 x(t)， 人體可以看作是一個(gè)容積導(dǎo)體，該導(dǎo)體可看作是系統(tǒng) T，x(t)經(jīng)過系統(tǒng) T后的輸出 y(t)即是體表心電信號y(t)。 然而由于人體這一容積導(dǎo)體對心電傳輸來說是非線性的，目前還無法得出該系統(tǒng)的單位沖激響應(yīng) h(t)。 人們也正在研究如何通過體表電位標(biāo)測由反卷積來求解心電信號源的特征。 采樣 ? 采樣是完成由連續(xù)時(shí)間信號轉(zhuǎn)換為離散時(shí)間信號的工具 ， 采樣一般由 A/D轉(zhuǎn)換器完成 。 A/D轉(zhuǎn)換器就如同一個(gè)電子開關(guān) ， 如果設(shè)定采樣頻率 F， 則開關(guān)每隔 T=1/F秒短暫閉合一次 ， 將連續(xù)信號接通 ， 得到一個(gè)離散點(diǎn)的采樣值 。 假設(shè)開關(guān)每次閉合的時(shí)間為 τ秒 （ τT） ，則采樣器的輸出是一串周期為 T， 寬度為 τ， 幅度為在這段 τ時(shí)間內(nèi)原始信號的幅度的脈沖 ， 將該輸出脈沖進(jìn)行幅度量化編碼后即得到采樣的數(shù)字信號 。 作為理想化的考慮 ， 令 τ→ 0， 采樣輸出脈沖的幅度就精確地代表輸入信號在該離散時(shí)間點(diǎn)上的瞬時(shí)值 ， 此時(shí)的采樣稱為理想采樣 。 )(txa)(? txa)(txa)(tP)(txp)(tM采樣過程 (a)電子開關(guān) (b)實(shí)際采樣 (c)理想采樣 )(txa)(? txa? T T? 在對模擬信號進(jìn)行采樣之前，應(yīng)了解模擬信號的特征－即幅度特征和頻率特征。在知道某一信號的特征后，就可以確定采樣頻率、采樣精度。 ? 采樣頻率 －－即單位時(shí)間內(nèi)的采樣次數(shù)，單位為次 /秒，簡記為 Hz。 ? 采樣精度 －－對模擬信號采用多少位的數(shù)字來表達(dá)，常用的有 8位， 10位， 12位， 16位等。位數(shù)越多，精度越高。 A/D 分辨率（采樣精度） Code width = smallest detectable change in voltage = AD的輸入范圍 2 n n = of ADC bits 16bit ADC 3bit ADC Amplitude code width c Time 0 20 100 120 140 40 60 80 0 111 110 100 011 010 001 000 A/D 采樣頻率 Nyquist 采樣定理 采樣率 2倍的信號最高頻率 Adequately sampled Aliased due to undersampling 信號處理的一般方法 ? 相干平均算法 ? 相關(guān)技術(shù) ? 頻域分析技術(shù) ? 信號的濾波 ? 參數(shù)模型 ?在計(jì)算機(jī)普及應(yīng)用之前 ， 信號處理裝置或系統(tǒng)都是由模擬器件和電路組成 ， 如RLC電路 。 這種系統(tǒng)的輸入輸出信號都是模擬信號 。 隨著計(jì)算機(jī)和數(shù)字信號處理算法的發(fā)展 ， 數(shù)字信號處理得到了飛速發(fā)展 。 我們在此簡要介紹一下數(shù)字信號處理的基本方法 。 相干平均算法 ?相干平均 (Coherent Average)主要應(yīng)用于能多次重復(fù)出現(xiàn)的信號的提取 。 如果待檢測的醫(yī)學(xué)信號與噪聲重疊在一起 ， 信號如果可以重復(fù)出現(xiàn) ， 而噪聲是隨機(jī)信號 ， 可用疊加法提高信噪比 ， 從而提取有用的信號 。 ?疊加方法：按固定周期或固定觸發(fā)時(shí)刻進(jìn)行疊加。 ?效果估計(jì)： 其中 yi(t)為含有噪聲的待檢測信號 ， 其中s(t)為重復(fù)出現(xiàn)的有用信號 ， ni(t)為隨機(jī)噪聲 。 經(jīng) N次疊加后求平均 ， 則 ： )()()( tntsty ii ??? ??? ???????NiNiiNiii tnNtstntsNtyNty1 11)(1)()]()([1)(1)(?若信號 s(t)的功率為 P， 噪聲 ni(t)的方差為 δ2， 那么對每一個(gè) yi(t)， 其信噪比為 P/ δ2 。 經(jīng) N次平均后 ， 噪聲的方差變?yōu)?δ2 /N， 所以平均后信號的信噪比為 N P/ δ2 ， 提高了 N倍 。 ?例如心室晚電位為 μV級 ， 掩埋在噪聲里 ， 如按心動周期以 R
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