本发明专利技术提供了一种心音信号双通道自适应降噪算法、装置、介质及设备；其中算法包括预处理滤波器生成过程和主副通道信号预处理及降噪过程；预处理滤波器生成过程，是指在安静的环境下采样主通道信号，采用全极点模型对主通道信号作线性预测编码，求得全极点模型的传递函数，从而得到与全极点模型传递函数互为倒数的、预处理滤波器的传递函数；主副通道信号预处理及降噪过程是指：采样主通道信号和副通道信号；对主通道信号和副通道信号进行预处理，并对预处理后信号进行自适应滤波得到误差信号；之后采用传递函数与预处理滤波器传递函数互为倒数的滤波器对误差信号进行滤波处理，得到输出信号。本发明专利技术根据实测信号，以最小化心音信号方差为目标确定预处理滤波器的参数，所得预处理滤波器参数为方差最小化意义下的最优值，从而提升降噪效果。从而提升降噪效果。从而提升降噪效果。
【技术实现步骤摘要】
心音信号双通道自适应降噪算法、装置、介质及设备
[0001]本专利技术涉及医学测量和信号处理
，尤其涉及一种心音信号双通道自适应降噪算法、装置、介质及设备。
技术介绍
[0002]远程听诊可在心血管慢性病患者随诊上发挥重要作用，让患者在家享受医疗服务，而无需到大医院就诊，极大地减轻患者的负担，降低社会和经济成本。
[0003]心音听诊有效实施的前提在于获得高质量的心音信号。但远程听诊应用场合多样，不同强度水平和种类的环境噪声类型丰富；加之在远程听诊过程中，医生不了解患者所处环境的情况，难以判断所听到的异常声音为患者的额外心音或杂音还是环境噪声，容易出现误诊。且环境噪声极易掩盖微弱的异常心音信号，相当部分环境噪声的时频分布与异常心音的时频分布高度重叠，其降噪难度非常高。
[0004]双通道自适应滤波算法计算量小，易于硬件实现，且设计合理时可大幅提高信噪比，故常应用于语音信号降噪。其原理为：假设环境噪声为加性，主通道测量带噪心音，副通道采集环境噪音，副通道所测环境噪音经处理后用于部分抵消带噪心音中的噪音而实现降噪。
[0005]双通道自适应滤波算法通常采用最小均方(least mean square,LMS)、归一化最小均方(normalized least mean square,NLMS)算法或其改进算法优化滤波器的权值来实现。但是LMS或NLMS算法依赖于所测量信号以及噪声的统计特性，信号统计特性突变的情况下难以在快速收敛和低失调(misalignment)之间实现平衡。而信号统计特性突变在心音听诊过程中经常出现，特别是第一第二心音的幅值会周期性出现短时间内的大幅变化。变步长的LMS或NLMS算法可提高降噪性能，但对于第一第二心音这类幅值短时快速变化的信号，要确定合适的变步长策略并不容易。
[0006]与常用的变步长算法思路不同，在中国专利技术专利申请《用于采集体音信号的双麦克风自适应滤波算法及应用》(公开号：CN109545239A)中针对这种非平稳信号建立了一种双通道自适应滤波算法，以解决体音信号的降噪问题。双通道信号分别为主通道和副通道信号；主通道信号为带噪体音信号，副通道信号为环境噪音；对主、副通道信号作相同的预处理，对预处理后的主、副通道信号采用LMS或NLMS算法计算自适应滤波器权值并计算误差信号，以滤除主通道信号中的环境噪音；对误差信号作第一次低通滤波处理以复原体音信号，从而得到自适应滤波算法输出的体音信号。
[0007]该自适应降噪算法中所采用的主、副通道信号预处理方法可降低主通道信号的方差，提高降噪性能。但是在该专利中，其预处理方法所用的滤波器参数需要人为根据经验选定，且优选地由若干个一阶预加重环节串联而成；如此所得的滤波器效果会由于人为选定的滤波器参数不同而滤波效果有差异，不能确保滤波器取得最佳效果。更为理想的做法应为根据实际信号自动确定滤波器参数，而这仍是尚未解决的问题。
技术实现思路
[0008]为克服现有技术中的缺点与不足，本专利技术的目的在于提供一种心音信号双通道自适应降噪算法、装置、介质及设备；本专利技术根据实测信号，以最小化带噪心音信号方差为目标确定预处理滤波器的参数，所得预处理滤波器的参数为方差最小化意义下的最优值，从而提升降噪效果。
[0009]为了达到上述目的，本专利技术通过下述技术方案予以实现：一种心音信号双通道自适应降噪算法，其特征在于：经主通道采集带噪心音信号，以及副通道采集环境噪声；包括预处理滤波器生成过程和主副通道信号预处理及降噪过程；
[0010]所述预处理滤波器生成过程，是指：在安静的环境下采样主通道信号d(k)，采用N阶的全极点模型对主通道信号d(k)作线性预测编码，求得全极点模型的传递函数G(z)，从而得到预处理滤波器的传递函数H(z)＝1/G(z)；
[0011]所述主副通道信号预处理及降噪过程，是指：采样主通道信号d(k)和副通道信号n2(k)；对主通道信号d(k)和副通道信号n2(k)进行预处理；将主通道信号d(k)和副通道信号n2(k)预处理后的信号进行自适应滤波计算，得到误差信号e(k)；之后采用预处理滤波器生成过程得到的预处理滤波器传递函数的倒数1/H(z)对误差信号e(k)进行滤波处理，得到输出信号o(k)。
[0012]优选地，所述预处理滤波器生成过程，包括如下步骤：
[0013]SG1步，设定预处理滤波器的阶数N，其中N≥2，预处理滤波器的传递函数为H(z)＝1+a1z
‑1+...+a
N
z
‑
N
，其中a
i
，i∈{1，...，N}，为待定参数；
[0014]SG2步，在安静的环境下，以采样频率F
s
测量主通道信号d(k)，主通道信号d(k)持续时间超过一次心动周期；
[0015]SG3步，采用N阶的全极点模型对主通道信号d(k)作线性预测编码(Linear Prediction Coding，LPC)，求得全极点模型的传递函数
[0016]SG4步，将b
i
，i∈{1，...，N}，代入到a
i
中，得到预处理滤波器的传递函数H(z)；
[0017]所述主副通道信号预处理及降噪过程，包括如下步骤：
[0018]SA1步，初始化当前时刻序号k＝0，自适应滤波器权值w(0，j)＝0，j∈{0，...，M
‑
1}，其中M为自适应滤波器阶数，M＞N；
[0019]SA2步，以采样频率F
s
分别测量当前时刻主通道信号d(k)和副通道信号n2(k)；
[0020]SA3步，计算当前时刻的预处理结果和
[0021]若k＜N，则主通道预处理后信号副通道预处理后信号自适应滤波器权值w(k+1，j)＝w(k，j)，输出信号o(k)＝d(k)，并转至SA8步；
[0022]若N≤k＜M，则主通道预处理后信号若N≤k＜M，则主通道预处理后信号副通道预处理后信号副通道预处理后信号自适应滤波器权值w(k+1，j)＝w(k，j)，输出信号o(k)＝d(k)，并转至SA8步；
[0023]若k≥M，则主通道预处理后信号若k≥M，则主通道预处理后信号副通道预处理后信号并转至SA4步；
[0024]SA4步，计算自适应滤波器输出y(k)：
[0025][0026]SA5步，计算误差信号e(k)：
[0027][0028]SA6步，更新自适应滤波器权值w(k+1，j)：
[0029][0030]其中，ζ为一很小的正数以防止分母为0；η2为自适应滤波器权值优化的步长；
[0031]SA7步，采用传递函数为的滤波器对误差信号e(k)进行滤波得到输出o(k)；
[0032]SA8步，判断自适应降噪终止指示变量：若自适应降噪终止指示变量为真，则结束自适应降噪算法，否则k＝k+1，跳至SA2步计算下一时刻自适应降噪算法的输出o(k)。
[0033本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种心音信号双通道自适应降噪算法，其特征在于：经主通道采集带噪心音信号，以及副通道采集环境噪声；包括预处理滤波器生成过程和主副通道信号预处理及降噪过程；所述预处理滤波器生成过程，是指：在安静的环境下采样主通道信号d(k)，采用N阶的全极点模型对主通道信号d(k)作线性预测编码，求得全极点模型的传递函数G(z)，从而得到预处理滤波器的传递函数H(z)＝1/G(z)；所述主副通道信号预处理及降噪过程，是指：采样主通道信号d(k)和副通道信号n2(k)；对主通道信号d(k)和副通道信号n2(k)进行预处理；将主通道信号d(k)和副通道信号n2(k)预处理后的信号进行自适应滤波计算，得到误差信号e(k)；之后采用预处理滤波器生成过程得到的预处理滤波器传递函数的倒数1/H(z)对误差信号e(k)进行滤波处理，得到输出信号o(k)。2.根据权利要求1所述的心音信号双通道自适应降噪算法，其特征在于：所述预处理滤波器生成过程，包括如下步骤：SG1步，设定预处理滤波器的阶数N，其中N≥2，预处理滤波器的传递函数为H(z)＝1+a1z
‑1+...+a
N
z
‑
N
，其中a
i
，i∈{1，...，N}，为待定参数；SG2步，在安静的环境下，以采样频率F
s
测量主通道信号d(k)，主通道信号d(k)持续时间超过一次心动周期；SG3步，采用N阶的全极点模型对主通道信号d(k)作线性预测编码，求得全极点模型的传递函数SG4步，将b
i
，i∈{1，...，N}，代入到a
i
中，得到预处理滤波器的传递函数H(z)；所述主副通道信号预处理及降噪过程，包括如下步骤：SA1步，初始化当前时刻序号k＝0，自适应滤波器权值w(0，j)＝0，j∈{0，...，M
‑
1}，其中M为自适应滤波器阶数，M＞N；SA2步，以采样频率F
s
分别测量当前时刻主通道信号d(k)和副通道信号n2(k)；SA3步，计算当前时刻的预处理结果和若k＜N，则主通道预处理后信号副通道预处理后信号自适应滤波器权值w(k+1，j)＝w(k，j)，输出信号o(k)＝d(k)，并转至SA8步；若N≤k＜M，则主通道预处理后信号理后信号副通道预处理后信号副通道预处理后信号自适应滤波器权值w(k+1，j)＝w(k，j)，输出信号o(k)＝d(k)，并转至SA8步；若k≥M，则主通道预处理后信号若k≥M，则主通道预处理后信号副通道预...
【专利技术属性】
技术研发人员：莫鸿强，田军章，田翔，
申请(专利权)人：广东省第二人民医院广东省卫生应急医院佛山市百步梯医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。