小波变换的尺度与信号频率之间有一一对应的关系,为了正确进行心电信号的识别,还必须选择正确正确的特征尺度。经多次数字仿真和分析,试验表明,QRS 波的能量主要集中在尺度23 上。以尺度23 为中心无论尺度变大或变小,QRS 波的能量都将逐渐减小。而对于低频的T 波来说,其能量主要集中在24 尺度上。在更大的尺度2 j (j ≥ 5)上,QT 波的能量衰减变大,而干扰的能量却变得很大,同时尺度愈大运算量愈大。因此,本文仅选用了从21~ 24 的4 个尺度对心电信号进行分解与合成。
2.2.3 阈值函数选取与阈值t 的确定
阈值函数分为硬阈值和软阈值两种,设djk为小波变换系数,djk'为阈值处理后的小波变换系数,若按硬阈值方法处理:
若按软阈值方法处理:
又因为硬阈值由于阈值函数不连续性会引起较大的方差,且不稳定,对数据小的变化比较灵敏。所以本文采用软阈值方法处理。[5]
阈值的确定是小波收缩消噪最关键的一步,阈值过小,则方差偏大,数据欠平滑;阈值过大,会使数据过平滑,信号的奇异性可能丧失。对小波系数进行阈值操作过程中,有两种方式,其一对每一个小波系数进行阈值操作,其二是成块习俗进行阈值操作。由信号的奇异性理论,心电信号里的噪声具有负的奇异性,其幅度和稠密度随尺度的增大而减小,而信号则相反。因此阈值的选取不能单一,本文选用自适应阈值来克服这种缺点,阈值选取公式如下:其中,N 为心电信号采样点数,j 为本级尺度,z 为常数,本文实验中取z=1。[6]
3、实验步骤及结果分析
本文实验采用的标准心电数据来源于MIT-BIH 数据库,如图1 所示,采样率360Hz,A/D转换精度12 位。高斯白噪声加入标准的心电信号仿真噪声污染信号,信噪比为10dB,如图2 所示。
图1 标准心电信号
图2 含噪声的心电信号
首先我们利用三次B 样条小波对包含噪声的ECG 信号进行二进离散小波变换,尺度取为4,并计算出信号各尺度的小波变换系数,其变换结果如图3 所示:然后根据软阈值法,利用自适应阈值法设定的阈值去调整小波变换系数,去除心电信号中的随机噪声,最后对调整后的小波变换系数进行逆变换,这样就得到了除噪后的信号数据,画出仿真图如图4 所示:
图3 心电信号的四尺度小波分解
图4 软阈值下用自适应阈值消噪后的心电信号
4、 总结与展望
本文提出了小波阈值的心电信号噪声消除方法,实验表明这种消噪方法对于心电信号的噪声抑制是非常有效的,在消除噪声以后保持了心电信号的基本波形特征,选用自适应阈值法具有自适应性,适合非平稳的心电信号消噪处理,与传统的心电信号消噪方法相比有明显的优越性。同时,小波阈值消噪技术由于种种优良的特性,得到了很多研究者的关注,得到了很多研究者的关注,大大拓宽了小波消噪的范围,这些研究会大大丰富小波消噪理论,推动小波消噪技术取得更大的发展。