基于LabVIEW2011的心音信号时变滤波的实现*

韦 哲 辛 迈 蔡亭亭 罗 琛

时变滤波是在当前信号分析当中有着广泛应用的处理方法之一，在雷达工程，油气勘探，地震学研究和计算机信息系统中都能见其应用优势的显现[1-5]。作为当前应用的主流——线性时变滤波，他所基于的理论较多，代表性的有S变换，傅里叶变换，短时傅里叶变换及小波分析等[6]。

公式1便是对线性化时变滤波的解释，以x(v)为输入信号，y(t)为经过滤波后的输出信号，整个滤波处理的关键所在就是对于q(t,v)这个滤波函数的选取。实践证明，上述方法各有优势，应该根据不同需要进行选用，对此的具体应用研究一直是信号处理领域中的热点。本研究正是立足于线性时变滤波的方法而开展的，具体操作则是通过LabVIEW2011进行图形化编程实现，把该方法引入到心音信号处理的领域中，将对研究起到一定的推动作用[7-8]。

1 心音信号处理系统的构建

1.1 整体设计构成

通过自制的无线心音信号传感器将所采集到的心音信号输入实时显示系统。通过该系统，采集者可见实时心音信号波形图样；通过利用重播系统可以将采集到的波形进行重播复现；同时，调用时变滤波系统，即可实现对于信号的时变滤波处理。具体设计流程如图1所示。

图1 系统工作流程图

1.2 实时采集显示模块和重播模块设计

利用LabVIEW2011为软件进行编程，基于计算机声卡，配合无线传感器进行心音信号采集[9]。利用该模块对心音采集后，系统前面板以及所采集到的波形和重播功能，上述内容在前文“基于2.4 G技术的心音传感器设计”当中已有详述。

在进行信号采集的同时，为了方便以后分析和数据处理的需要，所设计的系统将心音数据以wav格式的音频文件进行存储，该类型文件与音频的高等质量——CD格式一样，也是44.1 K的取样频率，16位量化[10-12]。

图3 心音波形重播图样(上)，时变滤波后图(下)

因此，通过wav格式存储的音频具有高保真的音质，能与传感器的无损采集传输在参数上进行无缝衔接，从理论和实践的基础上保证了以后分析的准确有效。

1.3 时变滤波模块设计

根据时变滤波的理论，将所需要实现的功能进行程序化设计。利用LabVIEW2011的高级工具包[13]实现编程，后面板如图2所示。

图2 基于时变滤波所设计的滤波器后面板图样

2 心音信号时变滤波系统的实验论证

将通过滤波处理的波形与重播波形进行对比分析，如图3所示。经过时变滤波处理后的波形信号特征明显，实现了对于杂波有效滤除。

按照编程的设定，所用的时变滤波器的滤波强度(阈值)是可调的，这就能够根据所采集波形的具体情况进行灵活有效的前期处理，为下一步的心音分析做好了充分准备[14]。

3 结语

本实验心音数据来源于兰州军区兰州总医院干二科，初步应用证明：该系统能实现对于心音信号的实时采集显示和重播，并能在此基础之上完成对于所采集到的信号进行实时时变滤波处理；同时，由于编程的参数设定，该时变滤波器的强度可控，效果良好且工态灵活。

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