应用研究
数事投与质用
基于Matlab的小波提升与心电信号R波检测
岑小林胡佳宗陈援峰
(广州城市职业学院广东广州510405)
摘要：本文以MIT-BIH心电数据库作为研究对象,简要介绍了使用小波变换进行心电信号检测的原理和小波提升算法的机制,期速了采用提升小波变换的方法分解ECG信号并对R波进行定位的流程。给出了matlab示例代码。
关键词:MIT-BIH小波提升Matlab
中图分类号:R540.41
文献标识码：A
文章编号:1007-9416(2014)06-0132-02
Abstract: We used the MITBIH database in our research, introduced the theary of ECG detetion using wavelet transfom and the mechanism of the Liffing Scheme, we explained how to decompose ECG sipmal by Lifing Scheme, and how to kcate the position of RWave. We also give the example code of matlab
Key Words:MITBIH Lifting Scheme Matlab
心电信号是最重要的生命体征信号之一。心脏病患或潜在的心脏病患，包括心血管疾病高危人群、亚健康人群、病情待定人群，通过心电设备记录患者在正常生活、工作及活动时的心电变化并且加以分析，可以帮助确定病情，或者捕提到潜在的心脏疾病的心电信息，对患者起到预警及监护作用
新型心电监测设备普速具备了智能诊断功能。这一功能是建立在对心电图的自动分析基础之上，要能够自动分析心电图，R波的检测是最基本的，这是因为从心电图上看，R波一般是幅度最大的波，最容易被检测到。一且定位了R波之后，再检测P波、T波和分析心电的其他细节就相对容易了。
1小波分析在R波检测中的原理
小波变换可以作为信号突变点监测的有效工具，这是由小波变换的性质决定的，信号的突变点在小波变换后的系数中将会产生峰值，峰值的幅度跟信号的突变程度有关。基于小波变换的R波检测需要对心电信号进行多尺度小波分解，然后选取某一合适层上的小波系数进行分析。不同的小波基对信号突变点的检测结果有很大的差别，使用小波变换时一个重点需要考虑的问题是选择合适的小波基。
根据小波变换的理论，当以平滑函数的一阶导数作为母小波进
even, Split odd.
p
图1小波提升算法流程
U
5-1 d-
图2Matlab读入MIT-BIH记录号100的心电图
行小波变换时，信号的奇异点对应于小波变换的一个正模极大值和二个负模极大值的极值对，信号奇异点的位置对应于极值对的交叉点。也即R波对应于小波变换后极大值对的过零点，由极值对确定过零点，即确定了R波峰值位置
由于便携式设备资源有限，运算速度和内存都不能和PC机相比，对于用传统塔式算法进行小波变换难以满足实时性的要求，这时候应该考虑使用二代小波构造方法，即小波提升的方法。小波提升是一种改善的快速小波变换，有文献指出，通过小波提升构造的小波变换，其运算速度可以比传统的塔式算法快一倍，而且它是原位运算的，也就是说不需要大量的内存来缓存运算的中间变量，
小波提升的标准步骤如图1所示，包括分裂，预测、更新三个步服
(1)分裂(Split)。分裂是指将原信号x(n)分为两个部分，通常按其序号分为x(2n)偶序列与x(2n+1)奇序列两个子集，如图所示的方框中的Split动作。
(2)预测(P、predict)。预测是指基于原始信号的相关性，用其中个序列来预测另一个序列.如图中P方框所示，一般是由even偶序
列来预测odd奇序列，预测通过预测算子P进行，结果是会得到一个预测值与奇序列的差值(n)，这个差值对应了原信号的细节部分。
d(n)= x(2n +1) P(x(2n)
(3)更新(U、uDdlate)。更新是指为了保持原信号的全局特性而用细节差值来更新偶序列。更新通过更新算子U进行，得到低额小波系数c(n)
c(n)= x(2n)+U(d(n)
通过这三步可以将给定的信号分解为代表了全局信息的低频信息和代表了局部细节的高频信息，信号的重构过程就是分解的逆变换。
2MIT-BIH心电数据库
MIT-BIHArrhythmiaDatabase是来自美国麻省理工学院的心律失常数据库，其中有4000多个动态心电记录数据，由Beth Israel医院心率失常实验室于1975年到1979年间采集。这些心电图数据以编号列出，每条记录包含三个文件，分别是atr属性文件，dat心电数据文件和hea头文件。Hea文件中记录了许多重要信息，比如编号为100的记录的头文件内客如下：
100 2 360 650000
6600
作者简介：零小林，男，湖南长沙，讲师，研究方向：嵌入式系统，数字信号处理。
胡佳宗，男广东广州.高工，研究方向：检测与控制，