本發(fā)明涉及音頻信號處理領(lǐng)域，尤其涉及一種針對微弱胎心音的時域降噪方法。

背景技術(shù)：

胎心率是胎兒健康監(jiān)護(hù)的重要指標(biāo)，胎心率曲線直觀地顯示了胎兒的心臟功能，并且與胎兒的供氧狀況和臍帶纏繞等信息緊密相關(guān)。目前，最常規(guī)的胎心率檢測方法是采用超聲波胎心儀，超聲波胎心儀主動發(fā)射超聲波作用于胎兒心臟，利用超聲波的多普勒效應(yīng)，經(jīng)過信號處理計算出胎心率。超聲波存在安全劑量問題，醫(yī)學(xué)上不建議高頻率、長時間地使用超聲波胎心儀，這導(dǎo)致孕婦無法隨時監(jiān)控胎兒的健康狀況。針對這種問題，更加理想的胎兒健康監(jiān)護(hù)手段是采用無源式收集胎心音的檢測裝備，這種檢測裝備不發(fā)射超聲波，被動式接收胎兒的心跳聲信號，對胎兒和孕婦都十分安全，可長時間連續(xù)使用。無源式胎心音檢測裝備采用高靈敏度的聲信號采集模塊，在孕婦腹部采集胎心音，然后對胎心音做信號處理，計算胎心率并繪制曲線圖。

胎心音是一種微弱的低頻聲信號，易受環(huán)境噪聲、母體內(nèi)噪聲等干擾，采集的胎心音數(shù)據(jù)中不可避免地含有各種低頻噪聲干擾，嚴(yán)重的噪聲干擾會影響心率值的計算。在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，申請人發(fā)現(xiàn)常規(guī)的頻域濾波方法可濾除非胎心音頻段的噪聲干擾，在一定程度上提高信噪比，卻無法濾除與胎心音信號同頻段的噪聲，同頻段噪聲干擾很嚴(yán)重時，無法計算出心率值，導(dǎo)致心率曲線斷斷續(xù)續(xù)。此時需要一種可濾除與心音信號同頻段噪聲的方法，進(jìn)一步提高信噪比，改善胎心率曲線斷斷續(xù)續(xù)現(xiàn)象。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種時域自適應(yīng)加窗的胎心音降噪方法，以實現(xiàn)提高信噪比并改善胎心率曲線斷斷續(xù)續(xù)現(xiàn)象的效果。

(二)技術(shù)方案

本發(fā)明一種時域自適應(yīng)加窗的胎心音降噪方法包括：步驟A，對第i秒原始胎心音數(shù)據(jù)d_i(n)進(jìn)行濾波，濾除胎心音頻段外的干擾信號，得到胎心音濾波數(shù)據(jù)f_i(n)，其中，n＝1，2，…，Ⅳ，Ⅳ為1秒總采樣點數(shù)；步驟B，對濾波數(shù)據(jù)f_i(n)取包絡(luò)，得到包絡(luò)數(shù)據(jù)e_i(n)；步驟C，根據(jù)前M秒胎心率判定是否開啟時域自適應(yīng)加窗，若開啟加窗，則進(jìn)入步驟D，若不開啟加窗，則跳至步驟E；步驟D，時域自適應(yīng)加窗具體包括：

子步驟D1：根據(jù)上1秒胎心率值，生成當(dāng)前1秒兩個矩形窗之間的參考間距L及間距的變化長度d_H和d_L；

子步驟D2：設(shè)置寬度為w的矩形窗，在當(dāng)前1秒的包絡(luò)上移動，移動步長為v，計算每個起始位置為l_k處矩形窗內(nèi)包絡(luò)的總能量p_k，其中，k＝1，2，…，K，K為總位置點數(shù)；

子步驟D3：將當(dāng)前1秒包絡(luò)數(shù)據(jù)劃分成Q段，從p_k中找出每段中能量最大值p_q及其相應(yīng)位置l_q，q＝1，2，…，Q；

子步驟D4：從Q段最大值p_q中找出滿足條件的兩個最大值p_max1和p_max2，依次記錄其位置l_max1和l_max2；

子步驟D5：以l_max1和l_max2為加窗的起始點，分別在包絡(luò)上加寬度為w的矩形窗，將在[l_max1+w，l_max2]范圍內(nèi)的包絡(luò)置零，以及l(fā)_max1位置前和在l_max2+w位置后的l_max2-l_max1-w距離內(nèi)的包絡(luò)置零。

步驟E，根據(jù)包絡(luò)峰值間隔計算當(dāng)前1秒心率值。

(三)有益效果

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明一種時域自適應(yīng)加窗的心音降噪方法具有以下有益效果：

(1)抑制與心音信號同頻帶的噪聲，提高信噪比；

(2)補償強噪聲背景下被淹沒的微弱心音信號，使心率曲線更加連續(xù)。

附圖說明

圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例時域自適應(yīng)加窗的胎心音降噪方法的流程圖。

圖2為實測胎心音數(shù)據(jù)1的不加窗處理的心率曲線與自適應(yīng)加窗處理后的心率曲線對比；

圖3為實測胎心音數(shù)據(jù)2的不加窗處理的心率曲線與自適應(yīng)加窗處理后的心率曲線對比；

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實現(xiàn)方式，為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。實施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明并非用來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本發(fā)明一種時域自適應(yīng)加窗的胎心音降噪方法，該方法假定胎心音包絡(luò)數(shù)據(jù)上至少存在兩次心跳產(chǎn)生的兩個心音峰，在胎心率連續(xù)的情況下開啟自適應(yīng)加窗，通過一些列篩選和判決，找到兩個心音包絡(luò)峰，在心音包絡(luò)峰上加矩形窗，兩個矩形窗中間包絡(luò)及矩形窗外側(cè)一定范圍內(nèi)的包絡(luò)置零，從而保留包絡(luò)上有用胎心音信號，剔除大部分干擾信號。

在本發(fā)明的一個示例性實施例中，提供了對實測胎心音進(jìn)行時域自適應(yīng)加窗的胎心音降噪方法的演示。圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例時域自適應(yīng)加窗的胎心音降噪方法的流程圖。請參照圖1，本實施例包括：

步驟A，對第i秒原始胎心音數(shù)據(jù)d_i(n)進(jìn)行濾波，濾除胎心音頻段外的干擾信號，得到胎心音濾波數(shù)據(jù)f_i(n)，其中，n＝1，2，…，N，Ⅳ為1秒總采樣點數(shù)；

步驟B，對濾波數(shù)據(jù)f_i(n)取包絡(luò)，得到包絡(luò)數(shù)據(jù)e_i(n)；

步驟C，判斷前M秒是否連續(xù)計算出在正常范圍內(nèi)的胎心率，若是，則開啟時域自適應(yīng)加窗，進(jìn)入步驟D，若不是，則不開啟加窗，跳至步驟E：

步驟D，在包絡(luò)數(shù)據(jù)e_i(n)進(jìn)行自適應(yīng)加窗，輸出新包絡(luò)數(shù)據(jù)，具體包括：

子步驟D1：根據(jù)上1秒胎心率值，生成當(dāng)前1秒兩個矩形窗之間的參考間距L及間距的變化長度d_H和d_L；

子步驟D1中，參考間距L、間距的變化長度d_H和d_L可通過以下公式計算：

其中，Ⅳ為1秒總采樣點數(shù)，f₀為上一秒胎心率，胎心率為f₀表示每分鐘f₀次心跳，只為胎心率變化值。這里需要注意的是，心跳的頻率一般不會突變，胎心率變化值不宜設(shè)置過大。

子步驟D2：設(shè)置寬度為w的矩形窗，在當(dāng)前1秒的包絡(luò)上移動，移動步長為v，計算每個起始位置為l_k處矩形窗內(nèi)包絡(luò)的總能量p_k，其中，k＝1，2，…，K，K為總位置點數(shù)；

子步驟D2中需要注意的是，建議矩形窗的寬度w小于1/2L，若矩形窗寬度太寬，降噪效果可能不佳，同時，移動步長為v不宜過大。

子步驟D3：將當(dāng)前1秒包絡(luò)數(shù)據(jù)劃分成Q段，從p_k中找出每段中能量最大值p_q及其相應(yīng)位置l_q，q＝1，2，…，Q；

子步驟D4：從Q段最大值p_q中找出滿足條件的兩個最大值p_max1和p_max2，依次記錄其位置l_max1和l_max2；

子步驟D4選擇兩個最大值的必需滿足以下三個條件：

條件a：l_max2-l_max1的值在[L-d_L，L+d_H]范圍內(nèi)；

條件b：l_max1在設(shè)定的起始范圍內(nèi)；

條件c：p_max1與p_max2的比值不超過2。

子步驟D5：以l_max1和l_max2為加窗的起始點，分別在包絡(luò)上加寬度為w的矩形窗，將在[l_max1+w，l_max2]范圍內(nèi)的包絡(luò)置零，以及l(fā)_max1位置前和在l_max2+w位置后的l_max2-l_max1-w距離內(nèi)的包絡(luò)置零。

子步驟D5中需要注意的是，如當(dāng)前1秒包絡(luò)上存在三個心跳包絡(luò)峰，在對其中兩個包絡(luò)峰加矩形窗后，并對矩形窗之間及兩側(cè)一定范圍內(nèi)包絡(luò)置零后，第三個心跳包絡(luò)峰仍然保留了下來，且其附近的噪聲也得到一定程度抑制。

步驟E，根據(jù)包絡(luò)峰值間隔計算當(dāng)前1秒心率值。

圖2至圖3給出了兩組實測胎心音數(shù)據(jù)的不加窗處理的心率曲線與自適應(yīng)加窗處理后的心率曲線對比圖，可以看出，由于噪聲干擾，未加窗處理前的心率曲線出現(xiàn)斷斷續(xù)續(xù)現(xiàn)象，斷續(xù)一般持續(xù)幾秒到十幾鐘，經(jīng)過自適應(yīng)加窗處理后，抑制了噪聲干擾，心率曲線非常連續(xù)。

至此，已經(jīng)結(jié)合附圖對本實施例進(jìn)行了詳細(xì)描述。依據(jù)以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對本發(fā)明一種時域自適應(yīng)加窗的胎心音降噪方法有了清楚的認(rèn)識。

此外，上述對各元件和方法的定義并不僅限于實施例中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形狀或方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對其進(jìn)行簡單地更改或替換。

綜上所述，本發(fā)明一種時域自適應(yīng)加窗的胎心音降噪方法，通過對胎心音數(shù)據(jù)的包絡(luò)進(jìn)行自適應(yīng)加窗，保留了包絡(luò)上有用胎心音信號，剔除了大部分干擾信號。當(dāng)噪聲干擾造成心率曲線斷續(xù)時，該項降噪方法可使心率曲線更加連續(xù)。

以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。