1.介紹

什么是陷波器？

其實就是一直特殊的帶通濾波器，只不過一般它的頻帶極窄，可以理解為就是濾除某種特定頻率的濾波器。

為什么心電圖ECG需要陷波器？

由于我們所處的環境，到處都有50/60Hz的交流電，所以采集的人體心電信號常常伴有50/60Hz頻率的信號干擾，也就是常說的工頻干擾，常規的低通濾波器很難完全把干擾濾除，這個需要設定一個針對特定頻率50/60Hz有很強的濾除作用的濾波器。

2.濾波器實現

這里我們直接使用IIR濾波，來設計陷波器，使用的是直接型 II結構。

使用matlab的fdatool工具設計濾波器參數（這里只以50Hz為例，其它頻率同理），經過反復測試，最終設計參數如下

圖1 50Hz陷波器

?

接下來是濾波器的輸入/輸出函數模型，熟悉的話，可以直接用IIR濾波直接型 II結構的數學模型，這里我們使用matlab推導，導出剛剛設計的濾波器的Realize mode,如下：

圖2 陷波器Realize mode

推導如下：（假設輸入為x,系統輸出為y）

st0?= x - a(2)*st1 - a(3)*st2;

y = st0*b(1) + st1*b(2)+st2*b(3);

st2 = st1;

st1 = st0;

其中a,b參數就是剛才設計的濾波器參數，濾波器的參數和數學模型都有了，下一章節我們將對濾波器的性能進行驗證。

3.算法驗證

我們這里直接使用matlab驗證，導出上一章節設計的濾波器，使用一段真實的心電圖，人為加上工頻干擾，輸入濾波器，看濾波器輸出能否把干擾濾除。

導入心電圖：

%0.導入原始數據 orig_x = load('D:\Documents\MATLAB\ecg_test.txt'); figure(1); subplot(4,1,1); plot(orig_x); title('原始信號');

生成50Hz干擾信號：

%1.生成噪聲信號 fs = 50; %頻率 N = length(orig_x); %采樣點數 dt = 1/250; %采樣間隔 n = dt:dt:N*dt; noise = 120*sin(2*pi*fs*n); subplot(4,1,2); plot(noise); title('噪聲信號');

心電圖信號疊加干擾信號：

%2.信號疊加 orig_x_add_noise = orig_x + noise; subplot(4,1,3); plot(orig_x_add_noise); title('疊加后的信號');

最后一步，濾波：

%3.低通濾波處理 ld = notch_50Hz_boke; lp_output = filter(ld,orig_x_add_noise); subplot(4,1,4); plot(lp_output); title('陷波濾波后的信號');

可以看到，原本心電信號是很干凈的，疊加了50Hz的干擾后，幾乎把信號全部淹沒了，但經過陷波器濾波后，信號又恢復了原樣，說明濾波效果良好。

圖3 濾波形性能驗證

4.評價

本章節，我們借助matlab設計了一個陷波器，并推導了濾波器的輸入/輸出數學模型，最后使用一個實例驗證了濾波器的性能。本章節是使用IIR濾波來設計陷波器，其實目前這個陷波器濾波效果還不是最好的，目前可以使用另一種更高效的方式實現陷波器，就是使用自適應濾波器來實現，具體細節在其它章節會詳細講解。

?

總結

以上是生活随笔為你收集整理的心电图ECG常用滤波器之陷波器的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。