組長 :49912120 陳柏諺組員 :49927006 吳佳霖 49927046 葉哲溥 49927054 蔡宗訓
肺音Lung sound Signal Processing
肺音發生機制 肺音發生的機制 , 主要是因為肺葉中的
肺泡進行氣體交換 , 使空
氣中的氧被人體吸收 , 並進去血液中 , 經由循環系統送至人體其
他部分 , 組織氣體交換 , 將二氧化碳排出體外 , 肺部進行擴張與收
縮的動 , 帶動氣流運動 , 在由呼吸道中的氣流震動而產生聲能 , 有
相關 , 研究指出肺音的頻率分布主要和呼吸道的張力有關。
肺音的分類與特性 肺音可分為兩大類 , 包括沒有
疾病的正常聲音
和呼吸疾病產生的肺異音 , 正常呼吸依據其強
度 , 音調 , 位置 , 和呼氣的比例可分為 : 支氣管音 ,
肺泡音 , 主要的異肺音有爆裂音 , 乾囉音 , 以及鳴
孝音。
肺音訊號
電腦化肺音聽診系統
哮鳴音 (wheeze) 的時頻譜圖
爆裂音 (crackle) 的偵測
肺音訊號量測
肺音訊號測量的方法fs 16300
硬體架構
後級放大器 ( 調整大小 )
麥克風驅動及前級放大( 儀表放大器 )
帶拒濾波器 (60HZ ,市電 )
帶通濾波器 (20 ~ 2KHZ ,高通加低通 )
提升準位 ( 晶片 )
微控制系統
電腦端軟體分析
輸入
http://www.youtube.com/watch?v=W6a-x-SaEFo ( 肺音 )
肺音雜訊 肺音常受到雜訊的干
擾。其中,心音是主要的干擾來源。由於肺音與心音並不是線性非時變 (Linear and Time-Invariant, LTI) 且不是平穩 (Stationary)訊號,所以若使用傳統的傅立葉轉換(Fourier Transform)來進行分析,將會無法獲得正確的資訊
原始信號
Hamming 窗
FFT 濾波前
開檔
原始圖檔
0 5 10 15 20 25 300
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
Time (sec)
Am
plitu
de
Original Signal
去基線後
0 5 10 15 20 25 30-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
Time (sec)
Am
plitu
de
去 基 線 後
FFT 轉換、相位頻譜
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 40000
200
400
600
800
頻 率
Mag
nitu
de
FFT
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000-4
-2
0
2
4
f
Mag
nitu
de
相 位 頻 譜
漢明窗
0 2 4 6 8 10 12
x 104
0
0.5
1
0 2 4 6 8 10 12
x 104
-0.5
0
0.5
Time (sec)
Am
plitu
de
訊 號 漢 明 窗 後
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-5
0
5
10x 10
4
Normalized Frequency ( rad/sample)
Pha
se (
degr
ees)
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-100
-50
0
50
Normalized Frequency ( rad/sample)
Mag
nitu
de (
dB)
矩形窗
0 2 4 6 8 10 12
x 104
0
0.5
1
1.5
2
0 2 4 6 8 10 12
x 104
-1
-0.5
0
0.5
1
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-4
-3
-2
-1
0x 10
5
Normalized Frequency ( rad/sample)
Pha
se (
degr
ees)
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-200
-100
0
100
Normalized Frequency ( rad/sample)
Mag
nitu
de (
dB)
漢寧窗
0 2 4 6 8 10 12
x 104
0
0.5
1
0 2 4 6 8 10 12
x 104
-0.5
0
0.5
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-5
0
5
10x 10
4
Normalized Frequency ( rad/sample)
Pha
se (
degr
ees)
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-100
-50
0
50
Normalized Frequency ( rad/sample)
Mag
nitu
de (
dB)
三角窗
0 2 4 6 8 10 12
x 104
0
0.5
1
0 2 4 6 8 10 12
x 104
-0.5
0
0.5
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-5
0
5
10x 10
4
Normalized Frequency ( rad/sample)
Pha
se (
degr
ees)
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-100
-50
0
50
Normalized Frequency ( rad/sample)
Mag
nitu
de (
dB)
黑人窗
0 2 4 6 8 10 12
x 104
0
0.5
1
0 2 4 6 8 10 12
x 104
-0.5
0
0.5
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-5
0
5
10
15x 10
4
Normalized Frequency ( rad/sample)
Pha
se (
degr
ees)
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-100
-50
0
50
Normalized Frequency ( rad/sample)
Mag
nitu
de (
dB)
漢明窗 , 傅立葉 頻譜分析
矩形窗 , 傅立葉 頻譜分析
漢寧窗 , 傅立葉 頻譜分析
三角窗 , 傅立葉 頻譜分析
黑人窗 , 傅立葉 頻譜分析
M 點移動平均濾波器 (M=3)
M 點移動平均濾波器 (M=1)
M 點移動平均濾波器 (M=20)
M 點移動平均濾波器 (M=30)
Butterworth
Chebyshev 型 I
Chebyshev 型 II
Elliptic
訊號 butter 漢明窗後
訊號 chebyshev I 型 漢明窗後
訊號 chebyshev II 型 漢明窗後
訊號 elliptic 漢明窗後
低通 FFT
帶通 FFT
高通 FFT
帶拒 FFT
波德圖程式
Butterworth 波德圖
Chebyshev 型 I 波德圖
Chebyshev 型 II 波德圖
Elliptic 波德圖
移動平均濾波器程式
移動平均濾波器
同步平均
樣板訊號 (48000:64000)
交互相關係數
平均後的圖
重疊後
PSD 程式
PSD
PSD 週期圖與 Welch 50% 的比較figure(32)subplot(211)periodogram(yt2,hamming(length(yt2)),2048,fs)subplot(212)pwelch(yt2,hamming(1024),512,2048,fs)
figure(33)subplot(211)periodogram(yt2,hanning(length(yt2)),2048,fs)subplot(212)pwelch(yt2,hanning(1024),512,2048,fs)
figure(34)subplot(211)periodogram(yt2,blackman(length(yt2)),2048,fs)subplot(212)pwelch(yt2,blackman(1024),512,2048,fs)
figure(35)subplot(211)periodogram(yt2, rectwin((length(yt2))),2048,fs)subplot(212)pwelch(yt2,rectwin(1024),512,2048,fs)
figure(36)subplot(211)periodogram(yt2,bartlett(length(yt2)),2048,fs)subplot(212)pwelch(yt2,bartlett(1024),512,2048,fs)
Yule-Walker AR 方法
Nfft=512 P 到 13~15 階時就無明顯
變化
Yule-Walker AR 方法1~3 階
Yule-Walker AR 方法4~6 階
Yule-Walker AR 方法7~9 階
Yule-Walker AR 方法10~12 階
Yule-Walker AR 方法13~15 階
Welch( 紅 )&Yule-Walker( 藍 )的比較 1 階
Welch( 紅 )&Yule-Walker( 藍 )的比較 13 階
結論
可能的雜訊
頻率範圍
1. 市電雜訊
60HZ
2. 白雜訊 DC-10*12次方
3. 生理雜訊
4. 人為雜訊
0-30HZ
消除白雜訊方法 移動平均濾波器
同號平均濾波器
訊號分析 頻率域
傅立葉轉換 非週期性
功率頻譜分析 隨機訊號
結論
頻譜的旁辦效應(洩漏誤差 )
抑制 對訊號加窗
分辨率 提高 與主辨有關
窗型函數選擇
當訊號切得太短補零點運算
結論
X{n}
濾波去基線飄移
切訊號N 點訊號 加窗
FFT給 NFFT 的大小
頻譜 強度 相位
PSD強度頻譜平方
加窗
PSD 經典估計方法Periogam puder
PSD 的現代估計方法Pyuier, 皆數 P 的決定