复旦大学：《生理学》课程教学资源（PPT课件）医学信号处理的原理和方法——数字信号预处理

上一讲复习 我们所研究的许多生物电信号（模拟信号)实际 上都是连续信号，或者称连续时间函数，记作×(t) t的取值从一∞到十∞。在用计算机处理这些信号时， 必须首先对连续信号采样，即按一定的时间间隔T进 行取值，得到离散时间信号x(nT)(n=,-2, 1,0,1,2,)。采样在计算机上的实现，实际上是每 隔一定的时间间隔T,由CU发出控制信号启动模/ 数转换部件把模拟信号的幅度转换成相应的数字量 然后由CU取回用以运算、分析和储存，量化后的离 散信号称为数字信号

上一讲复习 我们所研究的许多生物电信号（模拟信号）实际 上都是连续信号，或者称连续时间函数，记作x(t)， t的取值从－∞到＋∞。在用计算机处理这些信号时， 必须首先对连续信号采样，即按一定的时间间隔Ｔ进 行取值 ， 得 到 离 散 时 间 信 号 x(nT) (n=···,-2,- 1,0,1,2,···)。采样在计算机上的实现，实际上是每 隔一定的时间间隔Ｔ，由CPU发出控制信号启动模／ 数转换部件把模拟信号的幅度转换成相应的数字量， 然后由CPU取回用以运算、分析和储存，量化后的离 散信号称为数字信号

采样流程图 初始化 BUSY 启动采样 Vin N <转换完了吗？ 读取数据 保存数据 ADC START . N定时到了吗 Dn

采样流程图

X() P① P)=∑6t-nT) x(n)=x(t)·P(t)= X(n) Ex(nT)-64-nT) Il

  =− = − n P(t)  (t nT)   =− =  =  − n x(n) x(t) P(t) x(nT)  (t nT)

第六讲数字信号预处理 为了改善信号的质量，提高计算机分析、处理的可靠性和准 确性，往往需要对信号进行预处理，如应用触发叠加的方法以减 少体表诱发电位信号中的随机噪声，使信噪比得到明显提高；应 用数字滤波器以去除信号中的工频干扰和其它干扰；应用基线修 正使信号便于判别和测量；应用小波变换使信号突现所关心的频 率成分；应用自适应系统以去除混在胎儿心音中的母亲心音等。 有时，为了存储大量的信息，需将采集的数据按一定的规律进 行压缩，这也是一种常用的信号预处理方法。 除此以外，象找峰（谷）值、提高信号峰（谷）的锐度以及对 信号求导等，也可归入信号预敵处理的范畴

第六讲 数字信号预处理 ⚫ 为了改善信号的质量，提高计算机分析、处理的可靠性和准 确性，往往需要对信号进行预处理，如应用触发叠加的方法以减 少体表诱发电位信号中的随机噪声，使信噪比得到明显提高；应 用数字滤波器以去除信号中的工频干扰和其它干扰；应用基线修 正使信号便于判别和测量；应用小波变换使信号突现所关心的频 率成分；应用自适应系统以去除混在胎儿心音中的母亲心音等。 ⚫ 有时，为了存储大量的信息，需将采集的数据按一定的规律进 行压缩，这也是一种常用的信号预处理方法。 ⚫ 除此以外，象找峰（谷）值、提高信号峰（谷）的锐度以及对 信号求导等，也可归入信号预处理的范畴

本讲内容 数据压缩 。 数字滤波 ·基线修正 ·小波变换和自适应系统

本讲内容 • 数据压缩 • 数字滤波 • 基线修正 • 小波变换和自适应系统

第一节数据压缩技术 算一笔数据占用磁盘空间的帐 例如： 当以10,000Hz频率（采样间隔100微秒）对四导生物电信号 进行采样时，假定每个采样值以二字节存放，记录时间为 12小时，那么数据量为： L三2*4*10000*60*60*12 =3456000000(Bytes) =3375000(K bytes) =3295.9(M bytes)) 3.22 (G bytes)

第一节 数据压缩技术 算一笔数据占用磁盘空间的帐 例如： 当以10,000Hz频率（采样间隔100微秒）对四导生物电信号 进行采样时，假定每个采样值以二字节存放，记录时间为 12小时，那么数据量为： L = 2*4*10000*60*60*12 = 3456000000 (Bytes) = 3375000 (K bytes) = 3295.9 (M bytes) = 3.22 (G bytes)

降低数据量的方法 (1)采用合适的采样率 (2) 数据压缩

降低数据量的方法 （1）采用合适的采样率 （2）数据压缩

(1)采用合适的采样率 。根据信号分析的预期目标，在不发生“混迭效应” 的前提下，尽可能降低信号的采样率。 。在采集多路信号时，可对不同信号采用不同的采 样率。 。对于某些具有平坦段和快速变化段的信号，可采 用“变频”采样的办法，即在不同的信号段采用 不同的采样频率

（1）采用合适的采样率 ⚫ 根据信号分析的预期目标, 在不发生“混迭效应” 的前提下，尽可能降低信号的采样率。 ⚫ 在采集多路信号时，可对不同信号采用不同的采 样率。 ⚫ 对于某些具有平坦段和快速变化段的信号，可采 用“变频”采样的办法，即在不同的信号段采用 不同的采样频率

不等频采样和变频采样 A 4AAAAAvAA

不等频采样和变频采样

(2)数据压缩 Huffman 细当 基于统计 膜型的压 缩技术 算术 通用无损 编码 数据压缩 LZ77 基于字典 LZ78 arc 压 缩技术 缩技 LZ COMPRESS 音频玉缩 P3等 多媒体 视频压缩AVI,PG2等 数据玉缩 (有损压缩) 二值图像 传真机标准 灰度图像 FELICS、JPEG等 图像压缩 彩色图像GIR,JPEG等 人矢量图像

（2）数据压缩