Xem mẫu
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA VẬT LÝ
NGUYỄN TRUNG HIẾU
CẢI TIẾN XỬ LÝ NHIỄU
CỦA TÍN HIỆU ĐIỆN TIM BẰNG PHÉP BIẾN
ĐỔI WAVELET PACKET
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Tp. HỔ CHÍ MINH – NĂM 2016
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA VẬT LÝ
NGUYỄN TRUNG HIẾU
CẢI TIẾN XỬ LÝ NHIỄU
CỦA TÍN HIỆU ĐIỆN TIM BẰNG PHÉP BIẾN
ĐỔI WAVELET PACKET
Ngành: SƯ PHẠM VẬT LÝ
Mã số: 102
Giảng viên hướng dẫn:
ThS. TRẦN ĐẶNG BẢO ÂN
Tp. HỔ CHÍ MINH – NĂM 2016
i
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn này, ngoài những nỗ lực của bản
thân mình, tôi đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ, động viên từ ba mẹ, thầy cô và
bạn bè.
Tôi xin cảm ơn quý thầy cô trong khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm Thành phố
Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện và đưa ra những ý kiến đóng góp quý báu để tôi có
thể hoàn thành luận văn này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến ThS. Trần Đặng Bảo Ân –
giảng viên hướng dẫn luận văn này – thầy đã tận tình hướng dẫn, truyền thụ cho tôi
những kiến thức bổ ích, những kinh nghiệm vô cùng quý báu và tạo mọi điều kiện
thuận lợi cho tôi phát triển và hoàn thành luận văn.
Xin chân thành cảm ơn bà Lưu Thị Thúy – Bác sĩ khoa tim mạch bệnh viện huyện
Bình Chánh đã tư vấn và hướng dẫn cho tôi những vấn đề liên quan đến điện tâm
đồ.
Ngoài ra, tôi cũng xin cảm ơn bạn bè đã ủng hộ, động viên, giúp đỡ và góp ý cho
luận văn tốt nghiệp của tôi.
Và cuối cùng, xin cảm ơn gia đình đã tạo điều kiện và hỗ trợ về mặt tinh thần giúp
tôi hoàn thành luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn!
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 01 năm 2016
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Trung Hiếu
ii
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ i
DANH MỤC MỘT SỐ CHỮ VIẾT TẮT ............................................................. iv
DANH MỤC HÌNH VẼ .......................................................................................... vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU ..................................................................................... ix
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
Chương 1. TỔNG QUAN .........................................................................................5
1.1. Giới thiệu tổng quan ....................................................................................5
1.2. Cơ sở lý thuyết tín hiệu điện tim ................................................................6
1.2.1.
Cấu trúc giải phẫu và chức năng của tim .......................................6
1.2.2.
Quá trình hình thành tín hiệu điện tim ...........................................8
1.3. Nhiễu Gauss trắng trong tín hiệu điện tim..............................................10
Chương 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ TÍN HIỆU .......................................12
2.1. Phép biến đổi Fourier (FT – Fourier Transform).....................................12
2.1.1. Phép biến đổi Fourier liên tục (CFT – Continous Fourier
Transform) .......................................................................................................12
2.1.2. Phép biến đổi Fourier thời gian ngắn (STFT – Short Time Fourier
Transform) .......................................................................................................13
2.2. Phép biến đổi Wavelet (WT – Wavelet Transform) .................................14
2.2.1. Phép biến đổi Wavelet liên tục (CWT – Continous Wavelet
Transform) .......................................................................................................15
2.2.2. Phép biến đổi Wavelet rời rạc (DWT – Discrete Wavelet Transform)
...........................................................................................................................17
2.2.3. Phép biến đổi Wavelet Packet (WPT) .................................................20
Chương 3. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN ..........................................................23
3.1. Xử lý nhiễu tín hiệu bằng phép biến đổi Wavelet Packet ........................23
3.1.1. Mô hình xử lý nhiễu cơ bản..................................................................23
3.1.2. Nguyên tắc khử nhiễu ...........................................................................23
3.2. Phương pháp đặt ngưỡng ............................................................................24
3.2.1. Lý thuyết ngưỡng ..................................................................................24
3.2.2. Quy tắc chọn ngưỡng ............................................................................25
3.3. Đánh giá chất lượng tín hiệu .......................................................................26
iii
3.3.1. Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR – Signal to Noise Ratio) ....................26
3.3.2. Độ lệch bình phương trung bình (MSE – Mean Square Error) .......27
3.3.3. Phần trăm căn bậc hai trung bình bình phương sai số (PRD –
Percentage Root Mean Square Different) .....................................................27
3.4. Lưu đồ thuật toán.........................................................................................27
Chương 4. KẾT QUẢ .............................................................................................29
4.1. Khảo sát quy tắc entropy tối ưu .................................................................29
4.1.1. Entropy Shannon ..................................................................................29
4.1.2. Đánh giá entropy tối ưu trong phép biến đổi Wavelet Packet ..........33
4.2. Đánh giá phép biến đổi Wavelet Packet và phép biến đổi Wavelet rời rạc
...............................................................................................................................36
4.2.1. Về hiệu quả khử nhiễu ..........................................................................36
4.2.2. Về độ phân giải tín hiệu ........................................................................38
4.2.3. Áp dụng trên các tín hiệu khác nhau ..................................................40
4.3. Xây dựng giao diện xử lý nhiễu tín hiệu điện tim bằng phép biến đổi
Wavelet Packet ....................................................................................................43
4.3.1. Thiết kế giao diện ..................................................................................44
4.3.2. Thực thi hàm trong GUIDE .................................................................50
4.3.3. Sử dụng giao diện xử lý nhiễu tín hiệu điện tim bằng phép biến đổi
Wavelet Packet ................................................................................................56
4.3.4. Đánh giá giao diện xử lý nhiễu tín hiệu điện tim bằng phép biến đổi
Wavelet Packet ................................................................................................57
4.4. Xây dựng giao diện ngân hàng tín hiệu điện tim ......................................58
4.4.1. Tiền xử lý tín hiệu .................................................................................58
4.4.2. Xử lý tín hiệu .........................................................................................59
4.4.3. Thiết kế giao diện ..................................................................................59
4.4.4. Nhập dữ liệu (Thực thi hàm trong GUIDE) .......................................60
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .............................................................62
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ .......................................................65
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................66
PHỤ LỤC .................................................................................................................68
nguon tai.lieu . vn
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA VẬT LÝ
NGUYỄN TRUNG HIẾU
CẢI TIẾN XỬ LÝ NHIỄU
CỦA TÍN HIỆU ĐIỆN TIM BẰNG PHÉP BIẾN
ĐỔI WAVELET PACKET
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Tp. HỔ CHÍ MINH – NĂM 2016
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA VẬT LÝ
NGUYỄN TRUNG HIẾU
CẢI TIẾN XỬ LÝ NHIỄU
CỦA TÍN HIỆU ĐIỆN TIM BẰNG PHÉP BIẾN
ĐỔI WAVELET PACKET
Ngành: SƯ PHẠM VẬT LÝ
Mã số: 102
Giảng viên hướng dẫn:
ThS. TRẦN ĐẶNG BẢO ÂN
Tp. HỔ CHÍ MINH – NĂM 2016
i
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn này, ngoài những nỗ lực của bản
thân mình, tôi đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ, động viên từ ba mẹ, thầy cô và
bạn bè.
Tôi xin cảm ơn quý thầy cô trong khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm Thành phố
Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện và đưa ra những ý kiến đóng góp quý báu để tôi có
thể hoàn thành luận văn này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến ThS. Trần Đặng Bảo Ân –
giảng viên hướng dẫn luận văn này – thầy đã tận tình hướng dẫn, truyền thụ cho tôi
những kiến thức bổ ích, những kinh nghiệm vô cùng quý báu và tạo mọi điều kiện
thuận lợi cho tôi phát triển và hoàn thành luận văn.
Xin chân thành cảm ơn bà Lưu Thị Thúy – Bác sĩ khoa tim mạch bệnh viện huyện
Bình Chánh đã tư vấn và hướng dẫn cho tôi những vấn đề liên quan đến điện tâm
đồ.
Ngoài ra, tôi cũng xin cảm ơn bạn bè đã ủng hộ, động viên, giúp đỡ và góp ý cho
luận văn tốt nghiệp của tôi.
Và cuối cùng, xin cảm ơn gia đình đã tạo điều kiện và hỗ trợ về mặt tinh thần giúp
tôi hoàn thành luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn!
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 01 năm 2016
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Trung Hiếu
ii
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ i
DANH MỤC MỘT SỐ CHỮ VIẾT TẮT ............................................................. iv
DANH MỤC HÌNH VẼ .......................................................................................... vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU ..................................................................................... ix
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
Chương 1. TỔNG QUAN .........................................................................................5
1.1. Giới thiệu tổng quan ....................................................................................5
1.2. Cơ sở lý thuyết tín hiệu điện tim ................................................................6
1.2.1.
Cấu trúc giải phẫu và chức năng của tim .......................................6
1.2.2.
Quá trình hình thành tín hiệu điện tim ...........................................8
1.3. Nhiễu Gauss trắng trong tín hiệu điện tim..............................................10
Chương 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ TÍN HIỆU .......................................12
2.1. Phép biến đổi Fourier (FT – Fourier Transform).....................................12
2.1.1. Phép biến đổi Fourier liên tục (CFT – Continous Fourier
Transform) .......................................................................................................12
2.1.2. Phép biến đổi Fourier thời gian ngắn (STFT – Short Time Fourier
Transform) .......................................................................................................13
2.2. Phép biến đổi Wavelet (WT – Wavelet Transform) .................................14
2.2.1. Phép biến đổi Wavelet liên tục (CWT – Continous Wavelet
Transform) .......................................................................................................15
2.2.2. Phép biến đổi Wavelet rời rạc (DWT – Discrete Wavelet Transform)
...........................................................................................................................17
2.2.3. Phép biến đổi Wavelet Packet (WPT) .................................................20
Chương 3. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN ..........................................................23
3.1. Xử lý nhiễu tín hiệu bằng phép biến đổi Wavelet Packet ........................23
3.1.1. Mô hình xử lý nhiễu cơ bản..................................................................23
3.1.2. Nguyên tắc khử nhiễu ...........................................................................23
3.2. Phương pháp đặt ngưỡng ............................................................................24
3.2.1. Lý thuyết ngưỡng ..................................................................................24
3.2.2. Quy tắc chọn ngưỡng ............................................................................25
3.3. Đánh giá chất lượng tín hiệu .......................................................................26
iii
3.3.1. Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR – Signal to Noise Ratio) ....................26
3.3.2. Độ lệch bình phương trung bình (MSE – Mean Square Error) .......27
3.3.3. Phần trăm căn bậc hai trung bình bình phương sai số (PRD –
Percentage Root Mean Square Different) .....................................................27
3.4. Lưu đồ thuật toán.........................................................................................27
Chương 4. KẾT QUẢ .............................................................................................29
4.1. Khảo sát quy tắc entropy tối ưu .................................................................29
4.1.1. Entropy Shannon ..................................................................................29
4.1.2. Đánh giá entropy tối ưu trong phép biến đổi Wavelet Packet ..........33
4.2. Đánh giá phép biến đổi Wavelet Packet và phép biến đổi Wavelet rời rạc
...............................................................................................................................36
4.2.1. Về hiệu quả khử nhiễu ..........................................................................36
4.2.2. Về độ phân giải tín hiệu ........................................................................38
4.2.3. Áp dụng trên các tín hiệu khác nhau ..................................................40
4.3. Xây dựng giao diện xử lý nhiễu tín hiệu điện tim bằng phép biến đổi
Wavelet Packet ....................................................................................................43
4.3.1. Thiết kế giao diện ..................................................................................44
4.3.2. Thực thi hàm trong GUIDE .................................................................50
4.3.3. Sử dụng giao diện xử lý nhiễu tín hiệu điện tim bằng phép biến đổi
Wavelet Packet ................................................................................................56
4.3.4. Đánh giá giao diện xử lý nhiễu tín hiệu điện tim bằng phép biến đổi
Wavelet Packet ................................................................................................57
4.4. Xây dựng giao diện ngân hàng tín hiệu điện tim ......................................58
4.4.1. Tiền xử lý tín hiệu .................................................................................58
4.4.2. Xử lý tín hiệu .........................................................................................59
4.4.3. Thiết kế giao diện ..................................................................................59
4.4.4. Nhập dữ liệu (Thực thi hàm trong GUIDE) .......................................60
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .............................................................62
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ .......................................................65
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................66
PHỤ LỤC .................................................................................................................68