[发明专利]IIR滤波器的零相位实现方法及零相位IIR滤波装置

说明书

技术领域：

本发明涉及信号处理领域，尤其是对生理信号中基线漂移成分进行零相位滤 波的方法。

背景技术：

在生理信号如心电信号的采集、放大、检测及记录过程中，来自外界的各种 干扰，主要有工频干扰、基线漂移、肌电干扰和各种高频干扰，对信号影响较大。 对心电信号基线漂移进行数字滤波，目前有很多种方法，[1]、吴翔明、吴筱辉、 宋水孝心电图基线漂移成因及其消除的实验研究《心电学杂志》1989年8卷 3期，起止页码：191-192。[2]、赵鹏心电图机发生基线漂移现象的分析《甘 肃科技纵横》2004年33卷6期，起止页码：188-192。其中滑动平均滤波方法 简单，但需要的平均点数太多，计算量很大；插值拟合法是建立在P-R段特征 点正确识别的基础上的，如果特征点定位准确，效果较好，但如果波形识别不准 确，特征点寻找错误，该算法性能将严重下降；简单整系数滤波器采用IIR的递 归结构实现FIR滤波，所用系数均为整数，计算量相对较小，适合单片机实现， 采用FIR滤波器去除工频干扰的缺点是，处理延时较大；自适应滤波器其实为 一种特殊的陷波器，它能取得不错的效果，但是由于收敛因子e值很小，因此该 滤波器计算量很大；小波变换法是近年来发展起来的研究热点，它滤波效果好， 对波形无损，但是由于该方法较为复杂，需要用到小波分解和小波重构，因此计 算量同样很大。

基于正反向IIR的基线漂移滤波器，是目前见诸报道较多并已在部分心电图 机上应用的技术。其主要思想是：首先使信号序列正向通过滤波器得到第一次滤 波的输出(S-T段有失真)，然后将第一次滤波的输出序列进行时域翻转，将时 域翻转后的序列通过同样的滤波器进行二次滤波，将正向滤波引起的失真的S -T段还原为正常形态，二次滤波后的输出再次进行时域翻转，则可得到零相移 的信号。这样的处理方法保持了IIR滤波器陡直的幅频特性、递归实现滤波算法 的优点，同时也克服了其非线性相位响应的缺点。在离线心电信号处理中，这种 方法有一定的优势。但其固有的缺陷，反向IIR滤波不能实时实现，限制了其在 运动心电、连续心电等实时性要求高的场合下的运用。

美国专利US5318036公开了一种解决实时性问题的方案，其方法是：数字 化数据被用第一个微处理器实现的一个IIR滤波器连续滤波；然后，(前向滤波 后的)数据被存储于一个缓冲器，缓冲器中的数据被按逆时间顺序、在相互交叠 的3秒段中读出；每一段被用于第二个IIR滤波器的输入，该滤波器用第二个微 处理器实现、实质上和第一个IIR滤波器有相同的代码；每一个反方向滤波段的 第一个1.5秒被忽略，以便滤波器输出的稳定。我们不加证明地指出，这种方法 虽然解决了实时滤波的问题，但是会引入一个周期性的噪声——截短效应问题。

发明内容：

针对现有技术的不足本发明提供一种基于IIR滤波器、同时又有良好相位线 性的实时方案。本发明的发明目的是要解决以下问题，1、后向滤波的实时性；2、 整个系统幅频特性波纹；3、IIR滤波器截短效应问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种IIR滤波器实现零相位的方法，对输入信号先进行后向IIR滤波，所 述后向IIR滤波的传递函数为：