在线数字滤波器在生物信号处理中的应用

"本文讨论了在线数字滤波器在生物信号处理中的应用，特别是整系数滤波器的设计，适用于科研和工程领域。文章作者P.A.Lynn在1977年的《医学与生物工程计算》杂志上发表，提出了一种低通递归数字滤波器，具有整数乘法器和线性相位特性。此外，文章还探讨了扩展该类滤波器以涵盖高通、带通和带阻（'陷波'）滤波器的可能性。在PDP11小型计算机上的实际操作表明，这些滤波器可以使用机器代码简单编程，并能实现高达约8kHz的采样率的在线操作。通过一个陷波器设计去除心电图波形中的工频干扰的例子，展示了此类滤波器的实际应用。关键词包括：数字滤波器、在线计算、信号处理、陷波滤波器。" 在生物信号处理中，数字滤波器已经成为一种重要的工具，特别是在科研和工程领域。整系数滤波器由于其计算简便和硬件实现的便捷性，受到了广泛关注。1977年，P.A.Lynn提出了一类具有整数乘法器和线性相位特性的低通递归数字滤波器。这类滤波器的设计方法在当时是创新的，它允许在小型计算机上进行高效处理，如PDP11。 低通滤波器是数字信号处理中最基础的滤波器类型，主要作用是平滑信号，去除高频噪声。而整系数滤波器的优势在于，其所有运算都可以用整数进行，避免了浮点运算带来的复杂性和潜在误差，适合硬件实现。此外，线性相位特性保证了滤波后的信号不会发生时间延迟，这对于保持信号的同步至关重要。 论文进一步探讨了如何将这种滤波器设计扩展到其他类型的滤波器，包括高通、带通和带阻滤波器。高通滤波器用于保留高频成分，去除低频噪声；带通滤波器则用于选择特定频率范围内的信号；带阻滤波器（陷波滤波器）则用于消除特定频率点的干扰，如电源频率干扰。在实际应用中，这些滤波器对于从生物信号中提取有用信息至关重要。 作者通过一个实例展示了陷波滤波器在去除心电图（ECG）波形中工频干扰的有效性。工频干扰通常来自电源，且频率固定，陷波滤波器能精确地消除这个频率点的噪声，从而提高信号质量。这表明在线数字滤波器在实时监测和分析生物信号时具有巨大潜力。 这篇论文为生物信号处理提供了一种实用的数字滤波器设计方法，不仅限于理论研究，而且在实际操作中具有可行性。通过整系数滤波器的设计和应用，科研和工程人员能够更有效地处理和分析生物信号，为医疗诊断和生物研究提供了有力的技术支持。