心电图

中北大学 课程设计任务书 2010/2011 学年第 二 学期 学 院： 信息与通信工程学院 专 业： 电子信息科学与技术 学 生 姓 名： 学 号： 课程设计题目： 心电图 起 迄 日 期： 6 月 13 日～ 6 月 24 日 课程设计地点： 中北大学 指 导 教 师： 李永红 系 主 任： 程耀瑜 下达任务书日期: 2011 年 6 月 13 日 课 程 设 计 任 务 书 1．设计目的： 通过本课程设计，主要训练和培养学生综合应用所学过的信号及信息处理等课程的相关知识，独立完成信号仿真及信号处理的能力。包括：查阅资料、合理性的设计、分析和解决实际问题的能力，数学仿真软件Matlab和C语言程序设计的学习和应用，培养化书写书的能力。 1． 掌握模拟—数字变换滤波器的设计方法 2． 掌握冲激响应变换滤波器的设计方法 3． 掌握Buttworth的IIR数字滤波器设计原理及方法 4． 熟悉有关频谱分析理论知识并对实际心电图离散信号进行频谱分析 5． 掌握Buttworth低通滤波器通过Matlab实现的方法 6． 初步掌握Matlab语言及相关程序的调试 7． 进一步熟悉FFT快速傅立叶变换方法及其对离散信号处理 2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）： 如一实际心电图信号采样序列样本x(n)，其中存在工业高频干扰： X(n)={-4,-2,0,-4,-6,-4,-2,-4,-6,-6,-4,-4,-6,-6,-2,6,12,8,0,-16,-38,-84,-90,-66,-32,-4,-2,-4,8,12, 12,10,6,6,4,0,0,0,0,0,-2,-2,0,0,-2,-2,-2,-2,0} 设计以低通滤波器，以离散信号x(n)输入序列，滤除其干扰成分。 具体要求： 1 熟悉有关频谱分析理论知识，对心电图信号作频谱分析 2 熟悉有关滤波器设计理论知识，选择合适滤波器技术指标和类型，设计滤波器并得到滤波器参数 3 实现信号频谱分析和滤波等有关Matlab函数 4 写总结报告及基本原理，有关程序，得出图表，结果分析，总结. 3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书()、图纸、实物样品等〕： 课 程 设 计 任 务 书 4．主要参考文献： 1 桂志国，楼国红，陈友兴。数字信号处理.科学出版社，2009 2. 程佩青《数字信号处理教程》北京清华大学出版社2007年2月. 3. 赵知劲、刘顺兰《数字信号处理实验》.浙江大学出版社. 4. 肖伟、刘忠等《 MATLAB程序设计与应用》清华大学出版社、北京交通大学出版社. 5. 胡良剑、孙晓君 《 MATLAB数学实验》.高等教育出版社. 5．设计成果形式及要求： 课程设计说明书 仿真结果 6．工作及进度： 2011年6月13日~6月17日 了解设计题目及熟悉资料； 6月18日 ~6月19日 确定各题目要求计算相关参数； 6月20日~6月21日 结合各题目确定具体设计； 6月22日~6月23日 结合要求具体设计并仿真、整理报告； 6月24日 答辩。 系主任审查意见： 签字： 年 月 日 目录 1． 数字滤波器简介 …………………………………………………………1 1．1数字滤波器的简单介绍……………………………………………………1 1．2 IIR滤波器的设计原理…………………………………………………1 1.3 FIR滤波器的设计原理…………………………………………………1 1.4 FIR滤波器的窗函数设计法………………………………………………2 2． MATLAB简介……………………………………………………………2 3． 程序…………………………………………………………………………3 4． 运行结果……………………………………………………………………5 5． 参考文献……………………………………………………………………6 6． 结束语………………………………………………………………………6 一．数字滤波器简介： 1．1数字滤波器的简单介绍 在对信号进行传输、检测及估计等过程中，都要广泛的使用滤波器。数字滤波器是一种常用的离散时间系统，它的作用是利用离散时间系统的特性对输入序列进行加工处理，将输入序列经过一定的运算后转变为输出数字序列，从而达到改变信号频谱的目的，因此，它是数字信号处理的基础 对于一个输入、输出关系给定的系统（即已知系统的系统函数或差分方程），可以用不同结构的的数字网络来实现。如果不考虑量化误差的影响，不同实现方法的性能是等效的。但如果考虑量化误差的影响，不同实现方法的性能会有一定的误差。以此，数字滤波器的运算结构对与滤波器的性能及设计指标的实现是非常重要的。 数字滤波器是一种用来过滤时间离散信号的数字系统，通过对抽样数据进行数学处理来达到频域滤波的目的。可以设计系统的频率响应，让它满足一定的要求，从而对通过该系统的信号的某些特定的频率成分进行过滤，这就是滤波器的基本原理。如果系统是一个连续系统，则滤波器称为模拟滤波器。如果系统是一个离散系统，则滤波器称为数字滤波器。 信号 通过线性系统后，其输出 就是输入信号 和系统冲激响应 的卷积。除了 外， 的波形将不同于输入波形 。从频域分析来看，信号通过线性系统后，输出信号的频谱将是输入信号的频谱与系统传递函数的乘积。除非 为常数，否则输出信号的频谱将不同于输入信号的频谱，某些频率成分 较大的模，因此， 中这些频率成分将得到加强，而另外一些频率成分 的模很小甚至为零， 中这部分频率分量将被削弱或消失。因此，系统的作用相当于对输入信号的频谱进行加权。 1．2 IIR滤波器的设计原理 IIR数字滤波器的设计一般是利用目前已经很成熟的模拟滤波器的设计方法来进行设计，通常采用模拟滤波器原型有butterworth函数、chebyshev函数、bessel函数、椭圆滤波器函数等。 IIR数字滤波器的设计步骤： （1） 按照一定规则把给定的滤波器技术指标转换为模拟低通滤波器的技术指标； （2） 根据模拟滤波器技术指标设计为响应的模拟低通滤波器； （3） 很据脉冲响应不变法和双线性不变法把模拟滤波器转换为数字滤波器； （4） 如果要设计的滤波器是高通、带通或带阻滤波器，则首先把它们的技术指标转化为模拟低通滤波器的技术指标，设计为数字低通滤波器，最后通过频率转换的方法来得到所要的滤波器。 1.3 FIR滤波器的设计原理 FIR滤波器通常采用窗函数方法来设计。窗设计的基本思想是，首先选择一个适当的理想选频滤波器（它总是具有一个非因果，无限持续时间脉冲响应），然后街区（加窗）它的脉冲响应得到线性相位和因果FIR滤波器。我们用Hd（e^jw）表示理想的选频滤波器，它在通带上具有单位增益和线性相位，在阻带上具有零响应。一个带宽wc