ЦИФРОВАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ СИГНАЛА

Предварительная цифровая фильтрация ЭКС предшествует алгоритмам, осуществляющим анализ сигнала, и служит для выполнения преобразований сигнала, улучшающих условия работы и повышающих эффективность этих алгоритмов. В наиболее общем виде можно выделить три этапа фильтрации, решающие отдельные задачи предобработки ЭКС: фильтрация нижних частот, верхних частот и сетевой наводки. На рис.1 представлена типичная последовательность процедур предварительной цифровой фильтрации ЭКС и вид спектра мощности на всех этапах формирования и обработки сигнала. Предполагается, что на вход алгоритма поступает смесь полезного сигнала с аддитивной помехой. Основная доля мощности сигнала, снимаемого, например, с использованием стандартной ЭКГ-аппаратуры, сосредоточена в полосе частот, не превышающих 50 Гц . О спектре помех, вообще говоря, нельзя высказать никаких определенных предположений, за исключением того, что он ограничен характеристиками аналогового тракта съема и усиления сигнала, имеющего обычно полосу пропускания от 0,1 до 100 Гц. Отдельно на рисунке выделена составляющая сетевой помехи, которая почти всегда присутствует в сигнале.

Рис. 1. Последовательность процедур предварительной цифровой фильтрации сигнала (слева) и вид спектра мощности сигнала на всех этапах обработки (справа); спектр G_i(f) соответствует сигналу u_i(t)

В первую очередь наиболее целесообразно устранить сетевую наводку, сравнительно легко поддающуюся ослаблению с помощью режекторного фильтра. Далее с использованием ФНЧ осуществляется подавление высокочастотных помех. Эту процедуру можно также интерпретировать как ограничение спектра сигнала сверху, что в принципе дает возможность на последующих этапах обработки снизить частоту отсчетов по отношению к исходной за счет прореживания отсчетов.

На последнем этапе предобработки с помощью ФВЧ выполняется высокочастотная фильтрация, которая позволяет практически полностью избавиться от постоянной составляющей и смещения изолинии от движения пациента и в значительной степени снизить амплитуду сигнала.

Сигнал, получаемый на выходе этой цепочки фильтров, представляет собой смесь полезного сигнала, в котором сохранены основные частотные составляющие, и той части помех, спектр которой лежит в полосе пропускания результирующей частотной характеристики используемых фильтров. Дальнейшее устранение помех методами цифровой фильтрации не представляется возможным, так как это привело бы к подавлению самого сигнала. Приняв за основу приведенную последовательность процедур цифровой фильтрации сигнала, рассмотрим цифровые методы, которые могут быть использованы для реализации каждого из этапов предварительной фильтрации.