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南昌航空大学学士学位论文
通带截止频率为2*pi*20Hz,阻带截止频率约为2*pi*25Hz。通带最大衰减为3db,阻带最小衰减为10db。用这种低通滤波器可以滤去幅度上的50Hz以上的波段。但是这样会使原始的心电低频信号削弱，影响对心电信号的分析。因为正常信号没出现基线漂移，所以用低通滤波器对正常心电信号滤波时并没有太大差别。但异常心电信号出现了基线漂移，用低通滤波器滤波后如图3.4。
图3.4 低通滤波后的异常心电图
从滤波后图形可以看出低通滤波器没有解决基线漂移问题。
3.2.2 带通配合窗函数滤波
带通滤波器是指能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器。一个理想的带通滤波器应该有一个完全平坦的通带，在通带内没有放大或者衰减。实际上，并不存在理想的带通滤波器。滤波器并不能够将期望频率范围外的所有频率完全衰减掉，尤其是在所要的通带外还有一个被衰减但是没有被隔离的范围。这通常称为滤波器的滚降现象，并且使用每十倍频的衰减幅度的dB数来表示。通常，滤波器的设计尽量保证滚降范围越窄越好，这样滤波器的性能就与
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设计更加接近。然而，随着滚降范围越来越小，通带就变得不再平坦，开始出现“波纹”。这种现象在通带的边缘处尤其明显，这种效应称为吉布斯现象。
如图3.5是设计的带通滤波器的幅频特性图。
图3.5 带通滤波器的幅频特性图
在这次的心电信号滤波中写的matlab带通代码如下： wp=[0.9 50]/400; ws=[0.3 100]/400; rp=3; rs=10;
[N,wc]=buttord(wp,ws,rp,rs,'s'); [Bz,Az]=butter(N,wc); [H,w]=freqz(Bz,Az); y=filter(Bz,Az,b);
通带频率范围为0.9-50Hz,阻带频率范围是0.3-100Hz，通带衰减系数是3db,阻带衰减系数是10db。
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现在将异常的心电信号通过带通滤波器，如图3.6
图3.6 带通滤波器滤波后心电图
与异常信号心电图3.2对比，可以看到带通滤波器解决了基线漂移问题。这样才能为后面R波检测提供有利条件。
3.3 最终方案的选择
综合上述滤波分析，这次的心率检测系统我采用的是第二种方案。先将心电信号用textread函数进行读取，然后通过编程将原心电信号显示，再通过一个带通滤波器及窗函数滤波器。这样可以有效的去除基线漂移及毛刺的影响。由于信号中存在噪声的特点，基线漂移和呼吸等低频干扰在1Hz 以下，而脉搏信号主要在低频范围，所以可以设计让信号先通过一个巴特沃斯带通滤波器，借以滤除基线漂移、呼吸引起的干扰，通带截止频率设置为Wp=[0.9,50]，阻带截止频率设置为Ws=[0.3,100],通带波纹系数Rp=3,阻带波纹系数Rs=10。
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心电信号滤波流程图如下3.7：
去除基线漂移
通过Buttord和butter命
令组成的巴特沃斯带通 滤波器
通过哈明窗函数滤波
滤波信号
3.7 滤波流程图
心电滤波窗函数代码如下： N=50; wc=0.3;
window=blackman(N); hn=fir1(N-1,wc,window); y1=filter(hn,1,y);
N为定义的窗函数的长度，其中wc为对π归一化的数字频率，0≤wc≤1。这里因为缺省window参数，那么firl函数会默认为hamming窗。
用textread命令读取脉搏信号的TXT文件
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