快速中值滤波在心电图ECG中的应用

1.算法介绍和实现

首先来搞明白，什么是快速中值滤波？

快速中值滤波非常简单，就是用过去连续N个数据，再对这N个数据进行排序，取排序后的中间那个数据，做为当前的输出，N即为窗口的长度。

算法实现：

1.设置一个缓存区1，用来缓存原始窗口数据，长度为N；再设置一样同样的缓存区2，用来放排序后的窗口数据

2.输入信号到缓存区1，缓存区1未满时，不断重复2过程，返回0。

3.缓存区1已满，复制全部数据到缓存区2，对缓存区2进行冒泡排序，返回中值。

4.取出最早进入缓冲区1中数据data，在缓存区2中找到这个数据，直接删除，找到新数据x合适的位置，插入新数据x，返回中值，循环4，直到全部信号已过算法。

这里实现的时候，用了一些小技巧，每次新数据来的时候，不用每次都对整个窗口去全部排序，那样计算量会非常大，而是直接删除掉一个最早的数据，直接把新数据插入到合适的位置（这里找位置要想高效也可以用二分法查找），这样一来计算量就非常小。

2.在心电图ECG上的应用

快速中值滤波第一个应用，是用来处理漂移非常小的ECG心电图信号，可以很好的保存波形的特征，基本可以做到无失真，做法是设置一个比较长的窗（一般为1~2秒采样的数据长度），将原始数据x输入到算法中，算法出来的基本是信号的直流分量或者频率超级低的基线漂移信号x1，将原始信号x减去算法得到的信号x1，即为想要的信号。

该应用的前提是ECG信号的干扰信号频率极低，但在实际应用中，心电图本身由于阻抗不稳定、肌肉紧张、呼吸等原因，都会导致心电图有较大的基线漂移，所以该应用实际用的不多。

快速中值滤波第二个应用，不是直接使用算法的输出结果，比如该算法能提取基本的基线漂移，我们可以使用这些数据来做一些判断，比如系统是不是漂移非常严重，或者配合其他算法，对结果进行二次运算，得到最终结果。

3.评价

该算法的特点是简单，运算量小，同时对于提取频率非常低的干扰信号非常有效，同时该算法最大的优势是带来的失真度极小，下图为在实际项目中使用快速中值滤波滤除基线漂移的效果：

图3 快速中值滤波滤基线漂移

可以看出，使用快速中值滤波滤基线漂移，出来的心电图ECG还是很容易漂移，但是很好的保留了信号的特征值，所以快速中值滤波适合处理提取频率非常低的干扰信号，或者对系统漂移情况进行快速判断。