CN102386889B - 基线漂移去除方法、装置及中值滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基线漂移去除方法、装置及中值滤波器，其方法包括：获取预定数量的采样点信号值，形成初始排序列；对初始排序列从小到大进行排序，得到初始中位数；获取下一个采样点信号值，置于初始排序列末位，并删除初始排序列中第一个采样点信号值，形成当前排序列；根据下一个采样点信号值及初始中位数，获取当前排序列的中位数；根据当前排序列的中位数及下一个采样点信号值计算当前去除基线漂移的信号值。本发明不需要对每个滤波器窗口内的所有信号采样点进行排序，简便、快速，加快了基线漂移去除过程；在获取中位数时，将下一个采样点信号值与上一排序列的中位数依据大小顺序依次进行选择判断，进一步提高该了快速算法的速度。

Description

基线漂移去除方法、装置及中值滤波器

技术领域

本发明涉及信号基线漂移技术领域，尤其涉及一种基于中值滤波的基线漂移去除方法、装置及中值滤波器。

背景技术

信号的基线漂移现象在通信、医疗等众多领域广泛存在，漂移是基线的一种向上或向下的缓慢移动，可在较长时间内观察到，往往可以掩蔽噪声和小的波动，严重影响了信号的后续处理。

以电视信号为例，在电视信号的采集、放大、检测及记录过程中，往往存在来自外界的各种干扰，在环境温度不恒定的情况下，上述各过程中的输入信号往往随着温度的快速变化，叠加一种向上或向下的缓慢移动，由于长时间的叠加幅度很大，往往可以掩蔽噪声和小的波动，甚至使得输出信号超出了信号值的取值范围，严重影响了信号的后续处理。

现有技术中，通常采用中值滤波器对信号的基线漂移进行矫正，将原始输入信号减去干扰数据即可得到滤波后的数据。

然而，直接使用中值滤波的方法，在滤波窗口较长(如滤波器长度N＝4096个信号采样点时)的情况下，由于需要计算中位数，首先需要对每个滤波器窗口内的4096个信号采样点进行排序，该排序算法运行速度较慢，即使使用较快的快速排序算法，也往往难以达到系统设计的要求。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种简便快速的基线漂移去除方法、装置及中值滤波器。

为了达到上述目的，本发明提出一种基线漂移去除方法，包括以下步骤：

获取预定数量的采样点信号值，形成初始排序列；

对所述初始排序列从小到大进行排序，得到初始中位数；

获取下一个采样点信号值，置于所述初始排序列末位，并删除所述初始排序列中第一个采样点信号值，形成当前排序列；

根据所述下一个采样点信号值及初始中位数，获取所述当前排序列的中位数；

根据所述当前排序列的中位数及所述下一个采样点信号值计算当前去除基线漂移的信号值。

优选地，所述根据下一个采样点信号值及初始中位数，获取所述当前排序列的中位数的步骤包括：

若所述下一个采样点信号值等于所述初始中位数，则所述当前排序列的中位数为所述下一个采样点信号值；

若所述下一个采样点信号值大于所述初始中位数，则所述当前排序列的中位数为所述初始排序列中位于所述初始中位数后一位的采样点信号值；

若所述下一个采样点信号值小于所述初始中位数，则所述当前排序列的中位数为所述初始排序列中位于所述初始中位数前一位的采样点信号值。

优选地，所述对初始排序列从小到大进行排序，得到初始中位数的步骤包括：

对初始排序列从小到大进行排序，得到初始排序数组；

根据所述初始排序数组，获取初始中位数。

优选地，所述初始排序列中采样点信号值的预定数量等于对采样点信号进行滤波的滤波器的长度。

优选地，所述根据当前排序列的中位数及所述下一个采样点信号值计算当前去除基线漂移的信号值的步骤包括：将所述下一个采样点信号值减去所述当前排序列的中位数即为当前去除基线漂移的信号值。

本发明还提出一种基线漂移去除装置，包括：

第一获取模块，用于获取预定数量的采样点信号值，形成初始排序列；

第一计算模块，用于对所述初始排序列从小到大进行排序，得到初始中位数；

第二获取模块，用于获取下一个采样点信号值，置于所述初始排序列末位，并删除所述初始排序列中第一个采样点信号值，形成当前排序列；

第三获取模块，用于根据所述下一个采样点信号值及初始中位数，获取所述当前排序列的中位数；

第二计算模块，用于根据所述当前排序列的中位数及所述下一个采样点信号值计算当前去除基线漂移的信号值。

优选地，所述第三获取模块还用于当所述下一个采样点信号值等于所述初始中位数时，判断所述当前排序列的中位数为所述下一个采样点信号值；当所述下一个采样点信号值大于所述初始中位数时，判断所述当前排序列的中位数为所述初始排序列中位于所述初始中位数后一位的采样点信号值；以及当所述下一个采样点信号值小于所述初始中位数时，判断所述当前排序列的中位数为所述初始排序列中位于所述初始中位数前一位的采样点信号值。

优选地，所述第一计算模块还用于对初始排序列从小到大进行排序，得到初始排序数组；并根据所述初始排序数组，获取初始中位数。

优选地，所述初始排序列中采样点信号值的预定数量等于对采样点信号进行滤波的滤波器的长度。

本发明还提出一种去除基线漂移的中值滤波器，包括如上所述的基线漂移去除装置。

本发明提出的一种基线漂移去除方法、装置及中值滤波器，通过获取预定数量的采样点信号值，形成初始排序列；对初始排序列从小到大进行排序，得到初始中位数；获取下一个采样点信号值(作为当前采样点信号值)，置于初始排序列末位，并删除初始排序列中第一个采样点信号值，形成当前排序列；根据下一个采样点信号值及初始中位数，获取当前排序列的中位数，将该下一个采样点信号值(即当前采样点信号值)减去当前排序列的中位数即为当前去除基线漂移的信号值，该基线漂移去除方法不需要对每个滤波器窗口内的所有信号采样点进行排序，简便、快速，加快了基线漂移去除过程；而且在获取当前排序列的中位数时，将下一个采样点信号值与上一个排序列的中位数进行比较，依据大小顺序依次进行选择判断，由此进一步提高该了快速算法的速度。

附图说明

图1是本发明基线漂移去除方法一实施例的流程示意图；

图2是本发明基线漂移去除方法一实施例中根据下一个采样点信号值及初始中位数，获取当前排序列的中位数的流程示意图；

图3是本发明基线漂移去除装置一实施例的结构示意图；

图4是本发明去除基线漂移的中值滤波器一实施例的结构示意图。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例解决方案主要是：通过获取预定数量的采样点信号值，形成初始排序列；对初始排序列从小到大进行排序，得到初始中位数；获取下一个采样点信号值(作为当前采样点信号值)，置于初始排序列末位，并删除初始排序列中第一个采样点信号值，形成当前排序列；根据下一个采样点信号值及初始中位数，获取当前排序列的中位数，将该下一个采样点信号值(即当前采样点信号值)减去当前排序列的中位数即为当前去除基线漂移的信号值，使得基线漂移去除方法简便、快速。

为了达到去除基线漂移的目的，本发明将当前信号值减去包含当前信号的滤波器长度为N个信号的中位数，即为一种较为简便快速的基于中值滤波的基线漂移处理方法。

请参照图1所示，本发明一实施例提出的一种基线漂移去除方法，包括：

步骤S101，获取预定数量的采样点信号值，形成初始排序列；

本实施例通过中值滤波器对采样信号进行中值滤波处理，去除采样信号中的基线漂移。由于中值滤波器的长度一定，比如为N，则中值滤波器每次可以处理N个采样点信号。

首先，如需统计一段长度的信号，对其进行基线漂移处理，中值滤波器首先从上述信号中获取N个采样点信号值，作为初始排序列，以便对其进行排序。

步骤S102，对初始排序列从小到大进行排序，得到初始中位数；

中值滤波器对获取的N个初始排序列从小到大进行排序，得到一个长度为N的排好序的初始排序数组；获取该初始排序数组的中间值，即为该初始排序列的初始中位数。

步骤S103，获取下一个采样点信号值，置于初始排序列末位，并删除初始排序列中第一个采样点信号值，形成当前排序列；

该下一个采样点信号值作为当前采样点信号值(以下称为当前采样点信号值)，为了获取该当前采样点信号值去除基线漂移后的信号值，本步骤将该当前采样点信号值插入中值滤波器中的上述初始排序列的末位，并删除初始排序列中第一个采样点信号值，得到长度为N的当前排序列。

步骤S104，根据下一个采样点信号值及初始中位数，获取当前排序列的中位数；

步骤S105，根据当前排序列的中位数及下一个采样点信号值计算当前去除基线漂移的信号值。

上述步骤S104及步骤S105中，为了获取当前排序列的中位数，以便根据当前排序列的中位数获取当前采样点信号去除基线漂移的信号值，将当前采样点信号值与初始排序列中的中位数即初始中位数进行比较，若当前采样点信号值等于初始中位数，则认为当前排序列的中位数为该当前采样点信号值；若当前采样点信号值大于初始中位数，则认为当前排序列的中位数为初始排序列中位于初始中位数后一位的采样点信号值；若当前采样点信号值小于初始中位数，则认为当前排序列的中位数为初始排序列中位于初始中位数前一位的采样点信号值。

得到当前排序列的中位数后，将当前采样点信号值减去当前排序列的中位数即为当前采样点信号去除基线漂移后的信号值。

对后续下一个采样点信号值进行基线漂移的去除过程，依据上述原理进行。此时，上述当前排序列即替代上述初始排序列，并将后续的下一个采样点信号值作为当前采样点信号值，插入更新后的初始排序列，后续处理过程同上。

具体地，如图2所示，上述步骤S104包括：

步骤S1041，判断下一个采样点信号值是否等于初始中位数；若等于，则进入步骤S1042；若大于，则进入步骤S1043；若小于，则进入步骤S1044；

步骤S1042，当前排序列的中位数为下一个采样点信号值；

步骤S1043，当前排序列的中位数为初始排序列中位于初始中位数后一位的采样点信号值；

步骤S1044，当前排序列的中位数为初始排序列中位于初始中位数前一位的采样点信号值。

以下举例说明本实施例基于中值滤波器去除基线漂移的基本原理：

假设待处理的信号值依次为10、8、9、2、11、7、9、9、......，同时假设中值滤波器的长度N为5。

第一次处理时，首先对初始排序列A[10、8、9、2、11]进行处理，从小到大进行排序后，得到对应的排好序的数组为[2、8、9、10、11]，从该排好序的数组中获得初始中位数Mid0＝9；

第二次处理时，此时，获取下一个信号值为7，将该下一个信号值7插入上一处理序列(初始排序列)A的末位，并将上一处理序列A的第一个信号值10从正在处理的序列中删除，形成新的处理序列(当前排序列)B[8、9、2、11、7]，然后对该新的处理序列B[8、9、2、11、7]进行处理，此时，该新的处理序列B对应的排好序的数组为[2、7、8、9、11]，从中获知该新的处理序列B的中位数应该为8，在判断新的处理序列B的中位数时，本实施例根据该下一个信号值7与上一处理序列A的中位数(初始中位数)Mid0进行比较获取。

具体地，此时，下一个信号值7小于上一处理序列A的中位数Mid09，因此，新的处理序列B的中位数Mid1为Mid09在上一处理序列A中的前一位数8，即Mid1＝8；

第三次处理时，上一处理序列更新为B[8、9、2、11、7]，此时，获取下一个信号值为9，将该下一个信号值9插入上一处理序列B[8、9、2、11、7]的末位，并将上一处理序列B中的第一个信号值8从正在处理的序列中删除，形成新的处理序列C[9、2、11、7、9]，然后对该新的处理序列C[9、2、11、7、9]进行处理，此时，该新的处理序列C对应的排好序的数组为[2、7、9、9、11]，从中获知该新的处理序列C的中位数应该为9。

在判断时，此时，下一个信号值9大于上一处理序列B[8、9、2、11、7]的中位数Mid1＝8，所以新的处理序列C[9、2、11、7、9]的中位数Mid2为上一处理序列B的中位数Mid 8在上一处理序列B中的后一位数9，即Mid2＝9；

第四次处理时，上一处理序列更新为C[9、2、11、7、9]，此时，获取下一个信号值为9，并将该下一个信号值9插入上一处理序列C[9、2、11、7、9]的末位，并将上一处理序列C中的第一个信号值9从正在处理的序列中删除，形成新的处理序列D[2、11、7、9、9]，然后对该新的处理序列D[2、11、7、9、9]进行处理，此时，该新的处理序列D对应的排好序的数组为[2、7、9、9、11]，从中获知该新的处理序列D的中位数应该为9。

在判断时，此时，下一个信号值9等于上一处理序列C[9、2、11、7、9]的中位数Mid2＝9，所以新的处理序列D[2、11、7、9、9]的中位数Mid3＝该下一个信号值9。

上述对当前处理序列的中位数的判断过程中，按照当前采样点信号值是否等于、大于或小于上一处理序列的中位数的、由大到小的顺序进行判断，若分别定义当前采样点信号值等于、大于及小于上一处理序列的中位数为a、b、c三个判断分支，按照a、b、c三个分支的出现频率从大到小排列三个分支的次序，如果属于第一个分支，则不需要进行第二个、第三个分支的判断和运算，如果属于第二个分支，不需要进行第三个分支的判断和运算，且三个分支的出现频率是从大到小排列，由此减少了比较次数，可以进一步提高该本实施例去除基线漂移快速算法的速度；而需要进行基线漂移处理的统计的采样信号的三个分支的出现频率往往具有与真实信号存在统计一致性的特点，因此，该判断方法可进一步快速完成基线漂移的去除。

本实施例不需要对每个滤波器窗口内的所有信号采样点进行排序，简便、快速，加快了基线漂移去除过程；而且在获取当前排序列的中位数时，将下一个采样点信号值与上一个排序列的中位数进行比较，依据大小顺序依次进行选择判断，由此进一步提高该了快速算法的速度。

如图3所示，本发明一实施例提出一种基线漂移去除装置，包括：第一获取模块301、第一计算模块302、第二获取模块303、第三获取模块304以及第二计算模块305；其中：

第一获取模块301，用于获取预定数量的采样点信号值，形成初始排序列；

第一计算模块302，用于对所述初始排序列从小到大进行排序，得到初始中位数；

第二获取模块303，用于获取下一个采样点信号值，置于初始排序列末位，并删除初始排序列中第一个采样点信号值，形成当前排序列；

第三获取模块304，用于根据下一个采样点信号值及初始中位数，获取当前排序列的中位数；

第二计算模块305，用于根据当前排序列的中位数及所述下一个采样点信号值计算当前去除基线漂移的信号值。

本实施例基线漂移去除装置可以设置在中值滤波器内，通过该装置对采样信号进行中值滤波处理，去除采样信号中的基线漂移。由于中值滤波器的长度一定，比如为N，则中值滤波器每次可以处理N个采样点信号。

首先，如需统计一段长度的信号，对其进行基线漂移处理，中值滤波器首先通过第一获取模块301从上述需统计的信号中获取N个采样点信号值，作为初始排序列；

之后，通过第一计算模块302对第一获取模块301获取的N个初始排序列从小到大进行排序，得到一个长度为N的排好序的初始排序数组；获取该初始排序数组的中间值，即为该初始排序列的初始中位数。

该下一个采样点信号值作为当前采样点信号值(以下称为当前采样点信号值)，为了获取该当前采样点信号值去除基线漂移后的信号值，本实施例通过第二获取模块303将该当前采样点信号值插入中值滤波器中的上述初始排序列的末位，并删除初始排序列中第一个采样点信号值，得到长度为N的当前排序列。

为了获取当前排序列的中位数，以便根据当前排序列的中位数获取当前采样点信号去除基线漂移的信号值，通过第三获取模块304将当前采样点信号值与初始排序列中的中位数即初始中位数进行比较，若当前采样点信号值等于初始中位数，则认为当前排序列的中位数为该当前采样点信号值；若当前采样点信号值大于初始中位数，则认为当前排序列的中位数为初始排序列中位于初始中位数后一位的采样点信号值；若当前采样点信号值小于初始中位数，则认为当前排序列的中位数为初始排序列中位于初始中位数前一位的采样点信号值。

得到当前排序列的中位数后，通过第二计算模块305将当前采样点信号值减去当前排序列的中位数即为当前采样点信号去除基线漂移后的信号值。

对后续下一个采样点信号值进行基线漂移的去除过程，依据上述原理进行。此时，上述当前排序列即替代上述初始排序列，并将后续的下一个采样点信号值作为当前采样点信号值，插入更新后的初始排序列，后续处理过程同上。

如图4所示，本发明还提出一种去除基线漂移的中值滤波器，包括上述实施例中所述的基线漂移去除装置401。其中，基线漂移去除装置401的内部结构及功能原理请参照上述实施例所描述的内容，在此不作详述。

本发明实施例基线漂移去除方法、装置及中值滤波器，通过获取预定数量的采样点信号值，形成初始排序列；对初始排序列从小到大进行排序，得到初始中位数；获取下一个采样点信号值(作为当前采样点信号值)，置于初始排序列末位，并删除初始排序列中第一个采样点信号值，形成当前排序列；根据下一个采样点信号值及初始中位数，获取当前排序列的中位数，将该下一个采样点信号值(即当前采样点信号值)减去当前排序列的中位数即为当前去除基线漂移的信号值，该基线漂移去除方法不需要对每个滤波器窗口内的所有信号采样点进行排序，简便、快速，加快了基线漂移去除过程；而且在获取当前排序列的中位数时，将下一个采样点信号值与上一个排序列的中位数进行比较，依据大小顺序依次进行选择判断，由此进一步提高该了快速算法的速度。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种基线漂移去除方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取预定数量的采样点信号值，形成初始排序列；

对所述初始排序列从小到大进行排序，得到初始中位数；

获取下一个采样点信号值，置于所述初始排序列末位，并删除所述初始排序列中第一个采样点信号值，形成当前排序列；

根据所述下一个采样点信号值及初始中位数，获取所述当前排序列的中位数；

所述根据下一个采样点信号值及初始中位数，获取所述当前排序列的中位数的步骤包括：

若所述下一个采样点信号值等于所述初始中位数，则所述当前排序列的中位数为所述下一个采样点信号值；

若所述下一个采样点信号值大于所述初始中位数，则所述当前排序列的中位数为所述初始排序列中位于所述初始中位数后一位的采样点信号值；

若所述下一个采样点信号值小于所述初始中位数，则所述当前排序列的中位数为所述初始排序列中位于所述初始中位数前一位的采样点信号值；

定义当前采样点信号值等于、大于及小于上一处理序列的中位数为a、b、c三个判断分支，按照a、b、c三个分支的出现频率从大到小排列三个分支的次序；

根据所述当前排序列的中位数及所述下一个采样点信号值计算当前去除基线漂移的信号值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对初始排序列从小到大进行排序，得到初始中位数的步骤包括：

对初始排序列从小到大进行排序，得到初始排序数组；

根据所述初始排序数组，获取初始中位数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述初始排序列中采样点信号值的预定数量等于对采样点信号进行滤波的滤波器的长度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据当前排序列的中位数及所述下一个采样点信号值计算当前去除基线漂移的信号值的步骤包括：将所述下一个采样点信号值减去所述当前排序列的中位数即为当前去除基线漂移的信号值。

5.一种基线漂移去除装置，其特征在于，包括：

第一获取模块，用于获取预定数量的采样点信号值，形成初始排序列；

第一计算模块，用于对所述初始排序列从小到大进行排序，得到初始中位数；

第二获取模块，用于获取下一个采样点信号值，置于所述初始排序列末位，并删除所述初始排序列中第一个采样点信号值，形成当前排序列；

第三获取模块，用于根据所述下一个采样点信号值及初始中位数，获取所述当前排序列的中位数；

所述第三获取模块还用于当所述下一个采样点信号值等于所述初始中位数时，判断所述当前排序列的中位数为所述下一个采样点信号值；当所述下一个采样点信号值大于所述初始中位数时，判断所述当前排序列的中位数为所述初始排序列中位于所述初始中位数后一位的采样点信号值；当所述下一个采样点信号值小于所述初始中位数时，判断所述当前排序列的中位数为所述初始排序列中位于所述初始中位数前一位的采样点信号值；以及定义当前采样点信号值等于、大于及小于上一处理序列的中位数为a、b、c三个判断分支，按照a、b、c三个分支的出现频率从大到小排列三个分支的次序；

第二计算模块，用于根据所述当前排序列的中位数及所述下一个采样点信号值计算当前去除基线漂移的信号值。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一计算模块还用于对初始排序列从小到大进行排序，得到初始排序数组；并根据所述初始排序数组，获取初始中位数。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述初始排序列中采样点信号值的预定数量等于对采样点信号进行滤波的滤波器的长度。

8.一种去除基线漂移的中值滤波器，其特征在于，包括权利要求5-7中任一项所述的基线漂移去除装置。