这个信号有什么噪音?(初学者问题)

信息处理 信号分析
2021-12-29 04:30:01

有这个原始的心电图信号,我在 Matlab 中获得了它的频率内容。信号以 600Hz 采样。以下是信号和频率内容。我想知道干扰是什么。我对 DSP 很陌生,我觉得我缺乏一些常识来通过观察信号来理解它。

在我看来,孤立的山峰是噪音。我怎么知道噪音是哪一个?

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4个回答

从频谱图(频域图)中,您可以看到 60 Hz 的大信号和谐波。如果这是在一个有 60 Hz 电源的区域记录的,这将是电源拾音器。在上面的时间图上,该信号的峰峰值幅度约为 0.5 个单位。(请注意,500 ms 内有 30 个周期。)

在我看来,孤立的山峰是噪音。

正如 JRE 和 MBaz 建议的那样,了解您想要的信号是什么样子会有所帮助。关于 ECG的Wikipedia 文章给出了 ECG 轨迹的理想化视图(以及一些实际绘图)。您应该能够看到孤立的峰值实际上是您想要的信号的一部分。您的患者的脉率似乎约为 75 bpm。

您想要的所有信号似乎都低于 25 Hz。要消除电源干扰,一种方法是对信号进行低通滤波或使用梳状陷波滤波器去除 60 Hz 及其谐波。陷波滤波器可能对您想要的信号影响较小,但无论使用什么滤波器,您都需要考虑其幅度和相位响应将如何影响您想要的信号。

一种方法是减法。您生成干扰信号的本地副本并将其从原始输入中减去,留下所需的 ECG。由于这不是基于滤波器,因此不会对信号产生不必要的幅度或相位影响。

你的困难不是因为缺乏常识(如果有的话);相反,原因是问题没有很好地说明。为了能够区分信号和噪声,您需要先了解有关信号的一些信息。

例如,不可能降低 AM 传输中的噪声。音频可能听起来很嘈杂,但如果传输的信号本来是嘈杂的怎么办?这是不可能的!

因此,您的第一步是了解 ECG 信号,以便您识别不应该存在的信号部分,并将其称为“噪声”。例如,如果您能够说纯 ECG 信号的频率成分永远不会超过 50 Hz,那么您可以自信地将高于该频率的正弦曲线称为“噪声”。

您可以通过了解信号来区分噪声和信号——您应该对它的外观有所了解。

或者,一些“噪声”源是众所周知的,因此您可以了解它们的外观,并可以将它们排除在可能是信号的事物之外。

在您的情况下,您有一个具有某些已知特征的信号与具有已知特征的干扰源相遇。

从心电图信号开始。它具有已知的特征。信号来自心电图。它代表心跳。

你对心跳了解多少?

最明显的是它们相对较慢。它们每秒发生的次数多于一次。每秒一次的频率为 1 Hz。

查看您的心电图信号图。您说采样率为每秒 600 个样本。信号的哪一部分大约每秒重复一次(每 600 个数据点左右?)大尖峰。这些是你的心跳。

你已经消除了大尖峰,因为你认为它们是噪音,而恒定的波是信号。

看看恒波。它在一秒钟内重复数十次。那是你的心跳,听起来像是持续不断的嗡嗡声。你的脉搏会超过每分钟 360 次。

您的 FFT 会告诉您更多有关干扰的信息。在 60 Hz 处有一条垂直线。这就是美国使用的交流电源的频率 - 这就是从您家中的电源插座输出的频率。

您可以消除 60Hz 作为您的信号。它对于心跳来说太快了,并且是常见的干扰源。在欧洲或世界其他地区,50Hz 更为常见,因为它们使用 50Hz 的电力线网络。

您还可以消除 FFT 的 120 Hz 和 180 Hz 分量。它们甚至更快,并且与 60Hz 的电源线频率有关。

鉴于这是 ECG 信号,您还可以将您的信号与其他人的 ECG 图片进行比较。

这里有一张图片显示了心电图信号的样子。

这是图像:

在此处输入图像描述

  • A = 有噪声和 60Hz 干扰的心电图
  • B = 有噪声的心电图
  • C = 清洁心电图

A 看起来很像您的心电图信号。如果你清理它,你会得到类似 C 的东西。

您可以通过了解信号的外观并挑选出该形状,或者通过了解干扰的外观并忽略该形状来区分信号和噪声。无论哪种方式,您都必须对信号有所了解才能将它们分开。

由于 60 或 50 Hz(几乎)无处不在,因此很难完全避免。过滤通常是第一个建议,但同样重要的是要询问是否没有办法避免或减少输入处的捕获,并且不要盲目地应用过滤器。

如果干扰足够大,后续级(放大器和 A/D 转换器)可能会饱和,并完全丢失信号。虽然我教 DSP,但我想强调我们不应该忘记信号调理。

在输入端使用隔离放大器和参考电极,可以大大清除信号。Hewlett Packard 曾经发表过一篇描述他们设备的期刊,并且有几篇关于心电图问题的好文章。尽管现在很古老,但问题并没有太大变化,文章在描述它们方面做得非常好:

HP Journal,1981 年,10 月号,第 16 页...:新绘图技术带来了一种新型心电图仪。 https://www.hpl.hp.com/hpjournal/pdfs/IssuePDFs/1981-10.pdf

HP Journal,1991 年 10 月号,第 21 页...:使用混合模数应用专用 IC 测量 ECG 信号 https://www.hpl.hp.com/hpjournal/pdfs/IssuePDFs/1991-10。 pdf