DSP应用技术课程报告基于DSP的生物信号检测技术综述学号：专业方向：测控姓名：日期： 2014年1月2日目录目录1. 引言 (1)2.DSP介绍 (1)2.1 DSP概念 (1)2.2 DSP芯片的主要特点 (1)2.3 典型的DSP系统组成 (2)2.4 DSP芯片的应用 (2)3.生物信号介绍 (4)3.1 生物信号概念 (4)3.2 生物信号特点 (4)4. 生物医学信号检测 (5)4.1生物医学信号检测简介 (5)4.2生物医学信号的检测方法 (5)4.2.1 AEV方法 (6)4.2.2 频域滤波 (6)4.3基于DSP的生物信号采集系统 (6)4.3.1 DSP在心电采集系统的应用 (6)4.3.2 DSP用于心电信号自动分析 (7)5. 课程总结 (10)6.参考文献 (11)摘要及关键词中文摘要：本文介绍了DSP芯片的特点及应用，阐述了DSP在生物信号检测方面的应用，并重点介绍了一种基于DSP的生物信号检测系统——心电信号的检测及处理系统，该系统利用DSP的高性能数据处理能力，能够从微弱信号中提取生物信号并检测，精度高，实时性好，使得系统对生物信号的处理和分析能力大大提高。
关键词：DSP、生物信号检测、心电信号Abstract：In this paper, the characteristics and application of DSP chip is introduced,also the application of the DSP chip in the aspect of biological signal detection is expounded.This paper introduce a kind of biological signal detection system based on DSP-ecg signal detection and processing system.The system uses DSP data processing ability of high performance,it is able to extract biological signal from weak signal and detection.The system has high accuracy and good real-time that makes it’s ability of processing and analysis of biological signal will be greatly increased.Keywords:DSP、biological signal detection、electrocardiosignal1.引言生物医学信号的采集和处理时生物医学工程的一个重要领域，也是近年来数字信号处理技术的一个重要应用方面，由于生物信号具有信号微弱、噪声干扰严重、随机性强的特点，其检测和处理就显得十分重要。
通过DSP芯片进行检测及处理，不仅可以成功检测信号，并且实时性高，电路简单，系统功耗也可以大大降低。
2.DSP介绍2.1 DSP概念DSP从字面上来说有两种解释：一种是狭义的理解，即Digital Signal Processor，译为数字信号处理器；二是广义的理解，即Digital Signal Processing，译为数字信号处理技术。
广义来说，数字信号处理是研究用数字方法对信号进行分析、变换、滤波、检测、调制、解调以及快速算法的一门技术学科。
2.2 DSP芯片的主要特点（1）采用了数据总线和程序总线分离的哈佛结构及改进的哈佛结构。
（2）大多采用流水线以减少指令执行时间，从而增强处理器的处理能力。
（3）有专门的硬件乘法器和乘—累加指令MAC。
（4）片内有多条总线可以同时进行取指令和多个数据存取操作，并且有辅助寄存器用于寻址，它们可以在寻址访问前或访问后自动修改内容，以指向下一个要访问的地址。
（5）大多带有DMA通道控制器和串行通信接口等，配合片内总线结构，数据块传送速度会大大提高。
（6）配有中断处理器和定时控制器，可以方便地构成一个小规模系统。
（7）具有软、硬件等待功能，能与各种存取速度的存储器接口。
（8）低功耗，DSP功耗一般为0.5~4W，而采用低功耗技术的DSP只有0.1W。
2.3 典型的DSP系统组成图2.1 典型DSP系统构成典型DSP系统如图2.1所示。
其中，输入信号可以是语音信号、图像信号，也可以是视频信号，还可以是传感器的输出信号。
输入信号经过带限滤波后，通过A/D转换将模拟信号转换成数字信号。
数字信号处理一般是用DSP芯片和在其上运行的实时处理软件对A/D转换后的数字信号按照一定的算法进行处理，然后将处理后的信号输出给D/A转换器，经D/A转换、内插和平滑滤波后得到的连续模拟信号。
2.4 DSP芯片的应用随着微电子技术以及计算机技术的发展，DSP芯片的性能不断提高，价格持续下降，数字信号处理技术已经广泛而深入地应用到诸如航空、航天、雷达、声呐、通信、自动控制和生物医学工程等各个领域，并且不断开拓新的应用领域。
其典型应用如下：（1）通用数字信号处理：数字滤波、卷积、相关、FFT、希尔伯特变换、波形产生、自适应滤波、加窗和谱分析等。
（2）语音识别与处理：语音识别、合成、向量编码、声码器、语音鉴别和语音信箱等。
（3）图形/图像处理：二维/三维图形变换处理、模式识别、图像鉴别、图像增强、动画、电子地图和机器人视觉等。
（4）仪器：瞬态分析、函数发生、波形产生、数据采集、频率合成、勘探、地震预测与处理等。
（5）军事：雷达、声呐、航空、航天、导航、导弹制导、保密通信、全球定位、电子对抗、情报收集与处理等。
（6）计算机：阵列处理器、图形加速器、因特网、工作站和多媒体计算机。
（7）家用电器：数字电视、高清晰度电视（HDTV）、VCD/DVD/CD、高保真音响、玩具与游戏机、数字电话等。
（8）汽车：防滑刹车、引擎控制、伺服控制、振动分析、安全气囊的控制器等。
（9）多媒体个人数字化产品：数码相机、MP3、掌上电脑、电子词典、数码录音笔、数码复读机等。
（10）医学工程：助听器、X射线扫描、远程医疗、核磁共振、心电图/脑电图、病员监护与超声设备等。
（11）自动控制：磁盘/光盘伺服控制、机器人控制、发动机控制和引擎控制、基站、传真、会议电视、程控交换机、寻呼等。
（12）通信：编/译码器、自适应均衡、回波抵消、同步、分集接收、数字调制解调、软件无线电和扩频通信等。
3.生物信号介绍3.1 生物信号概念生物医学信号属于强噪声背景下的低频微弱信号，它是由复杂的生命体发出的不稳定的自然信号，从信号本身特征、检测方式到处理技术，都不同于一般的信号。
生物信号如从电的性质来讲，可以分成电信号和非电信号，如心电、肌电、脑电等属于电信号；其它如体温、血压、呼吸、血流量、脉博、心音等属于非电信号，非电信号又可分为：①机械量，如振动(心音、脉搏、心冲击、Korotkov 音等)、压力(血压、气血和消化道内压等)、力(心肌张力等)；②热学量，如体温；③光学量，如光透射性(光电脉波、血氧饱和度等)；④化学量，如血液的pH值、血气、呼吸气体等。
如从处理的维数来看，可以分成一维信号和二维信号，如体温、血压、呼吸、血流量、脉博、心音等属于一维信号；而脑电图、心电图、肌电图、x光片、超声图片、CT图片、核磁共振(Mm)图像等则属于二维信号。
3.2 生物信号特点生物医学信号的检测方法生物医学信号由于受到人体诸多因素的影响，因而有着一般信号所没有的特点。
（1）信号弱，例如从母体腹部取到的胎儿心电信号10—50 V。
脑干听觉诱发响应信号小于1 。
（2）噪声强，由于人体自身信号弱，加之人体又是一个复杂的整体，因此信号易受噪声的干扰。
如胎儿心电混有很强噪声，它一方面来自肌电、工频等干扰，另一方面，在胎儿心电中不可避免地含有母亲心电，母亲心电相对我们要提取的胎儿心电则变成了噪声。
（3）频率范围一般较低，除心音信号频谱成份稍高外，其他电生理信号频谱一般较低。
（4）随机性强，生物医学信号不但是随机的，而且是非平稳的。
4. 生物医学信号检测4.1生物医学信号检测简介随着科学技术的发展，医学科学已经进入了一个崭新的阶段，从定性医学走向定量医学，在这一过程中，生物医学信号的检测是最基础有是最重要的工作。
生物医学信号检测是对生物体中包含的生命现象、状态、性质和成分等信息进行检测和量化的技术。
在生命科学研究中，在医学研究及临床诊断、病人监护、治疗控制中，在人工器官及其测评中，以及在运动医学研究中，生物医学信号测量都是一种最重要的基础性技术。
在生物医学工程的所有领域，包括生物力学、生物材料、生物医学电磁学、生物系统的建模与仿真等，都必须直接或间接应用生物医学检测技术。
绝大部分生物医学信号都是噪声比很低的微弱信号，且一般都是伴随着噪声和干扰的信号。
而对于此类信号必须采用抑制噪声的处理技术。
对于生物医学信号检测来说，经常需要考虑的噪声有：工频干扰、电机接触噪声、运动轨迹、呼吸引起的基线漂移和不同信号之间的相互干扰。
由于生物系统十分复杂，生物体内的信息丰富，生物信号检测技术十分重要。
生物医学传感器是获取各种生物信息并将其转换成易于测量和处理的信号（一般为电信号）的器件，是生物医学信号检测的关键技术。
4.2生物医学信号的检测方法生物信号检测技术是生物医学工程学科研究中的一个先导技术，由于研究者所站的立场、目的以及采用的检测方法不同，使生物医学信号的检测技术分类呈现多样化：○1无创检测、微创检测、有创检测；○2在体检测、离体检测；○3直接检测、间接检测；○4非接触检测、体表检测、体内检测；○5生物电检测、生物非电量检测；○6形态检测、功能检测○7处于拘束状态下的生物体检测、处于自然状态下的生物体检测；○8透射法检测、反射法检测；○9一维信号检测、多维信号检11分子级检测、细胞级检测、系统级检测。
测；○10一次量检测、二次量分析检测；○下面具体介绍两种能减少噪声的测量方法。
4.2.1 AEV方法AEV方法原始通信研究中用于提高信噪比的一种叠加平均法，在医学研究中也叫平均诱发反应法，简称AEV（Averaged Evoked Response）方法。
所谓诱发反应是指肌体对某个外加刺激所产生的反应，AEV方法常用来检测那些微弱的生物医学信号。
AEV方法要求噪声是随机的，并且其协方差为零，信号是周期或可重复产生的，这样经过N平方次叠加，信噪比可提高N倍，使用AEV方法的关键是寻找叠加的时间基准点。
4.2.2 频域滤波频域滤波是数字滤波中常用的一种方法，是消除生物医学信号中的噪声的另一种有效方法，当信号频谱与噪声频谱不相重叠时，或虽有重叠但信号在重叠部分的能量很小时，可用频域滤波的方法来消除干扰。
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