[发明专利]一种基于非负矩阵分解的心肺音分离的方法及装置

权利要求书

1.一种基于非负矩阵分解的心肺音分离的方法，其特征在于，所述方法包括：

从获取到的时域心肺音混合信号中分离出先验心音信号和先验肺音信号；

对所述先验心音信号进行短时傅里叶变换，以得到心音信号的相位矩阵和多个心音信号的非负幅度矩阵，并对所述先验肺音信号进行短时傅里叶变换，以得到肺音信号的相位矩阵和多个肺音信号的非负幅度矩阵；

对多个所述心音信号的非负幅度矩阵进行稀疏非负矩阵分解，得到心音信号的基矩阵，并对多个所述肺音信号的非负幅度矩阵进行稀疏非负矩阵分解，得到肺音信号的基矩阵，并将所述心音信号的基矩阵和所述肺音信号的基矩阵组合成时域心肺音混合信号的基矩阵；其中，所述稀疏非负矩阵分解为L0范数约束的稀疏非负矩阵分解；

根据所述时域心肺音混合信号的基矩阵对所述时域心肺音混合信号进行非负矩阵分解，得到时域心肺音混合信号的系数矩阵，并根据所述心音信号的基矩阵和所述肺音信号的基矩阵从所述时域心肺音混合信号的系数矩阵中找寻出心音信号的系数矩阵和肺音信号的系数矩阵；

将所述心音信号的系数矩阵初步重构还原成心音信号的初步幅度矩阵，并将所述肺音信号的系数矩阵重构还原成肺音信号的初步幅度矩阵；

对所述心音信号的初步幅度矩阵和所述成肺音信号的初步幅度矩阵进行掩码，得到心音信号的幅度矩阵和肺音信号的幅度矩阵；

根据所述心音信号的幅度矩阵和所述心音信号的相位矩阵重构出心音信号，并通过所述肺音信号的幅度矩阵和所述肺音信号的相位矩阵重构出肺音信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在得到心音信号的非负幅度矩阵、肺音信号的非负幅度矩阵之后，所述方法进一步包括：

分别对所述心音信号的非负幅度矩阵和所述肺音信号的非负幅度矩阵进行去噪。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述分别对所述心音信号的非负幅度矩阵和所述肺音信号的非负幅度矩阵进行去噪包括：

根据所述心音信号的非负幅度矩阵计算出心音信号的平均值，并根据所述肺音信号的非负幅度矩阵计算出肺音信号的平均值；

去除低于所述心音信号的非负幅度矩阵中低于所述心音信号的平均值的预先设定倍数的值，并去除低于所述肺音信号的非负幅度矩阵中低于所述肺音信号的平均值的预先设定倍数的值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述心音信号的幅度矩阵和所述心音信号的相位矩阵重构出心音信号，并通过所述肺音信号的幅度矩阵和所述肺音信号的相位矩阵重构出肺音信号包括：

根据所述心音信号的幅度矩阵和所述心音信号的相位矩阵经过短时傅里叶逆变换得到所述心音信号，并通过所述肺音信号的幅度矩阵和所述肺音信号的相位矩阵经过短时傅里叶逆变换得到所述肺音信号。

5.一种基于非负矩阵分解的心肺音分离的装置，其特征在于，所述装置包括：

粗分离模块：用于从获取到的时域心肺音混合信号中分离出先验心音信号和先验肺音信号；

训练模块：用于对所述先验心音信号进行短时傅里叶变换，以得到心音信号的相位矩阵和多个心音信号的非负幅度矩阵，并对所述先验肺音信号进行短时傅里叶变换，以得到肺音信号的相位矩阵和多个肺音信号的非负幅度矩阵；对多个所述心音信号的非负幅度矩阵进行稀疏非负矩阵分解，得到心音信号的基矩阵，并对多个所述肺音信号的非负幅度矩阵进行稀疏非负矩阵分解，得到肺音信号的基矩阵，并将所述心音信号的基矩阵和所述肺音信号的基矩阵组合成时域心肺音混合信号的基矩阵；其中，所述稀疏非负矩阵分解为L0范数约束的稀疏非负矩阵分解；

分解模块：用于根据所述时域心肺音混合信号的基矩阵对所述时域心肺音混合信号进行非负矩阵分解，得到时域心肺音混合信号的系数矩阵，并根据所述心音信号的基矩阵和所述肺音信号的基矩阵从所述时域心肺音混合信号的系数矩阵中找寻出心音信号的系数矩阵和肺音信号的系数矩阵；将所述心音信号的系数矩阵初步重构还原成心音信号的初步幅度矩阵，并将所述肺音信号的系数矩阵重构还原成肺音信号的初步幅度矩阵；对所述心音信号的初步幅度矩阵和所述成肺音信号的初步幅度矩阵进行掩码，得到心音信号的幅度矩阵和肺音信号的幅度矩阵；根据所述心音信号的幅度矩阵和所述心音信号的相位矩阵重构出心音信号，并通过所述肺音信号的幅度矩阵和所述肺音信号的相位矩阵重构出肺音信号。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括：

去噪单元：用于在短时傅里叶变换单元之后，分别对所述心音信号的非负幅度矩阵和所述肺音信号的非负幅度矩阵进行去噪。