MATLAB实现ECG信号噪声去噪-滤波器

%------------------------------低通滤波器滤除肌电信号------------------------------
%-----------------带陷滤波器抑制工频干扰-------------------
%50Hz陷波器：由一个低通滤波器加上一个高通滤波器组成
%而高通滤波器由一个全通滤波器减去一个低通滤波器构成
%------------------IIR零相移数字滤波器纠正基线漂移-------------------

clc;
data = load(‘lv fei hua 0100120191218.txt’);
%[TIME,M,Fs,siginfo]=data;
%------------------------------低通滤波器滤除肌电信号------------------------------
Fs=512; %采样频率
fp=80;fs=100; %通带截止频率，阻带截止频率
rp=1.4;rs=1.6; %通带、阻带衰减
wp=2pifp;ws=2pifs;
[n,wn]=buttord(wp,ws,rp,rs,‘s’); %'s’是确定巴特沃斯模拟滤波器阶次和3dB
%截止模拟频率
[z,P,k]=buttap(n); %设计归一化巴特沃斯模拟低通滤波器，z为极点，p为零点和k为增益
[bp,ap]=zp2tf(z,P,k) %转换为Ha§,bp为分子系数，ap为分母系数
[bs,as]=lp2lp(bp,ap,wp) %Ha§转换为低通Ha(s)并去归一化，bs为分子系数，as为分母系数

[hs,ws]=freqs(bs,as); %模拟滤波器的幅频响应
[bz,az]=bilinear(bs,as,Fs); %对模拟滤波器双线性变换
[h1,w1]=freqz(bz,az); %数字滤波器的幅频响应
m=filter(bz,az,data(:,1));

figure
freqz(bz,az);title(‘巴特沃斯低通滤波器幅频曲线’);

figure
subplot(2,1,1);
%TIME = range(length(data));
TIME=1:length(data(:,1));
plot(TIME,data(:,1));
xlabel(‘t(s)’);ylabel(‘mv’);title(‘原始心电信号波形’);grid;

subplot(2,1,2);
plot(TIME,m);
xlabel(‘t(s)’);ylabel(‘mv’);title(‘低通滤波后的时域图形’);grid;

N=512;
n=0:N-1;
mf=fft(data(:,1),N); %进行频谱变换（傅里叶变换）
mag=abs(mf);
f=(0:length(mf)-1)*Fs/length(mf); %进行频率变换

figure
subplot(2,1,1)
plot(f,mag);axis([0,1500,1,50]);grid; %画出频谱图
xlabel(‘频率(HZ)’);ylabel(‘幅值’);title(‘心电信号频谱图’);

mfa=fft(m,N); %进行频谱变换（傅里叶变换）
maga=abs(mfa);
fa=(0:length(mfa)-1)*Fs/length(mfa); %进行频率变换
subplot(2,1,2)
plot(fa,maga);axis([0,1500,1,50]);grid; %画出频谱图
xlabel(‘频率(HZ)’);ylabel(‘幅值’);title(‘低通滤波后心电信号频谱图’);

wn=data(:,1);
P=10*log10(abs(fft(wn).^2)/N);
f=(0:length§-1)/length§;
figure
plot(f,P);grid
xlabel(‘归一化频率’);ylabel(‘功率(dB)’);title(‘心电信号的功率谱’);

%-----------------带陷滤波器抑制工频干扰-------------------
%50Hz陷波器：由一个低通滤波器加上一个高通滤波器组成
%而高通滤波器由一个全通滤波器减去一个低通滤波器构成
Me=100; %滤波器阶数
L=100; %窗口长度
beta=100; %衰减系数
Fs=1500;
wc1=49/Fspi; %wc1为高通滤波器截止频率，对应51Hz
wc2=51/Fspi ;%wc2为低通滤波器截止频率，对应49Hz
h=ideal_lp(0.132*pi,Me)-ideal_lp(wc1,Me)+ideal_lp(wc2,Me); %h为陷波器冲击响应
w=kaiser(L,beta);
y=h.*rot90(w); %y为50Hz陷波器冲击响应序列
m2=filter(y,1,m);

figure
subplot(2,1,1);plot(abs(h));axis([0 100 0 0.2]);
xlabel(‘频率(Hz)’);ylabel(‘幅度(mv)’);title(‘陷波器幅度谱’);grid;
N=512;
P=10*log10(abs(fft(y).^2)/N);
f=(0:length§-1);
subplot(2,1,2);plot(f,P);
xlabel(‘频率(Hz)’);ylabel(‘功率(dB)’);title(‘陷波器功率谱’);grid;

figure
subplot (2,1,1); plot(TIME,m);
xlabel(‘t(s)’);ylabel(‘幅值’);title(‘原始信号’);grid;
subplot(2,1,2);plot(TIME,m2);
xlabel(‘t(s)’);ylabel(‘幅值’);title(‘带阻滤波后信号’);grid;

figure
N=512
subplot(2,1,1);plot(abs(fft(m))*2/N);axis([0 100 0 1]);
xlabel(‘t(s)’);ylabel(‘幅值’);title(‘原始信号频谱’);grid;
subplot(2,1,2);plot(abs(fft(m2))*2/N);axis([0 100 0 1]);
xlabel(‘t(s)’);ylabel(‘幅值’);title(‘带阻滤波后信号频谱’);grid;

%其中，ideal_lp（）函数在另一个M文件中，具体如下：
%理想低通滤波器
%截止角频率wc，阶数Me

%------------------IIR零相移数字滤波器纠正基线漂移-------------------
Wp=1.42/Fs; %通带截止频率
Ws=0.62/Fs; %阻带截止频率
devel=0.005; %通带纹波
Rp=20*log10((1+devel)/(1-devel)); %通带纹波系数
Rs=20; %阻带衰减
[N Wn]=ellipord(Wp,Ws,Rp,Rs,‘s’); %求椭圆滤波器的阶次
[b a]=ellip(N,Rp,Rs,Wn,‘high’); %求椭圆滤波器的系数
[hw,w]=freqz(b,a,512);
result =filter(b,a,m2);

figure
freqz(b,a);
figure
subplot(211); plot(TIME,m2);
xlabel(‘t(s)’);ylabel(‘幅值’);title(‘原始信号’);grid
subplot(212); plot(TIME,result);
xlabel(‘t(s)’);ylabel(‘幅值’);title(‘线性滤波后信号’);grid

figure
N=512;
subplot(2,1,1);plot(abs(fft(m2))*2/N);
xlabel(‘频率(Hz)’);ylabel(‘幅值’);title(‘原始信号频谱’);grid;
subplot(2,1,2);plot(abs(fft(result))*2/N);
xlabel(‘频率(Hz)’);ylabel(‘幅值’);title(‘线性滤波后’);grid;
subplot(2,1,2);plot(abs(fft(result))*2/N);
xlabel(‘线性滤波后信号频谱’);ylabel(‘幅值’);grid;