文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200587
中文引用格式： 李昊宇，張榮芬，劉宇紅. 單心動(dòng)周期分割及MFCC特征提取系統(tǒng)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2020，46(12)：121-128，133.
英文引用格式： Li Haoyu，Zhang Rongfen，Liu Yuhong. Single heart period segmentation and MFCC feature extraction system[J]. Application of Electronic Technique，2020，46(12)：121-128，133.
0 引言
心血管疾病包括動(dòng)脈粥樣硬化、高血壓、高血脂等多種疾病。《中國(guó)心血管病報(bào)告2017》概要[1]中指出中國(guó)心血管疾病患病率持續(xù)上升，直到2015年心血管疾病死亡率仍高居中國(guó)城鄉(xiāng)居民主要疾病死亡率首位，且發(fā)病人群低齡化嚴(yán)重。心血管疾病的潛伏期長(zhǎng)，發(fā)病突然，在預(yù)防的同時(shí)，盡早確診是降低心血管疾病威脅的重要一步。目前多依賴于心電圖、血常規(guī)、CT成像等傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)手段進(jìn)行心血管疾病篩查，需要醫(yī)生具有較高醫(yī)術(shù)，且主觀性強(qiáng)。因此，利用現(xiàn)代化數(shù)字手段對(duì)心血管疾病進(jìn)行分析，輔助醫(yī)生確診疾病具有重要意義。大數(shù)據(jù)技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)的發(fā)展使得利用數(shù)字方法處理、識(shí)別人體生理信號(hào)，從而輔助傳統(tǒng)醫(yī)療方式對(duì)病人的心血管疾病做出診斷成為可能[1-3]。近幾年，大量心音身份識(shí)別，異常心音識(shí)別研究結(jié)果皆表明使用心音進(jìn)行識(shí)別是可行的，這些研究多采用機(jī)器學(xué)習(xí)的方式對(duì)心音進(jìn)行分類(lèi)，取得了較好的效果。成謝鋒團(tuán)隊(duì)[4-6]做了大量相關(guān)工作，給出了心音識(shí)別的可行性與未來(lái)工作方向的討論，同時(shí)也進(jìn)行了異常心音識(shí)別等研究，提出了一種心音小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[7]，針對(duì)早搏心音具有較好的識(shí)別效果。
由于心音信號(hào)具有單周期平穩(wěn)性[8]，在對(duì)心音進(jìn)行特征提取時(shí)需先提取其單心動(dòng)周期，但目前的心音識(shí)別研究中多采用同步ECG(Electro Cardio Gram)進(jìn)行輔助分割[9]或人工分割，這種分割方式在需要進(jìn)行大量數(shù)據(jù)訓(xùn)練時(shí)實(shí)用性較低，且無(wú)法構(gòu)成完整系統(tǒng)。目前已有的心音分割算法[10-11]，前者采用形態(tài)學(xué)濾波與峰間距計(jì)算進(jìn)行周期心動(dòng)分割，規(guī)避了包絡(luò)提取時(shí)包絡(luò)毛刺的干擾，后者采用自相關(guān)函數(shù)進(jìn)行周期估計(jì)，均具有較高分割準(zhǔn)確度，但對(duì)心音質(zhì)量要求較高，魯棒性差，且未能給出成熟系統(tǒng)。此外，在心音識(shí)別時(shí)，應(yīng)用MFCC(Mel Frequency Cepstral Coefficients)特征參數(shù)進(jìn)行識(shí)別優(yōu)勢(shì)明顯。MFCC通過(guò)將音頻從標(biāo)準(zhǔn)頻率域映射至MEL標(biāo)度頻率域，使其更符合人耳聽(tīng)覺(jué)特性[12-13]，能夠更好地表征發(fā)聲器官的頻率響應(yīng)特性。在深度學(xué)習(xí)的心音識(shí)別中也能較好反映心音產(chǎn)生模型的頻響特性，提高識(shí)別精確度。例如，Chairisni Lubis[14]與Tien-En Chen[15]在各自的心音識(shí)別系統(tǒng)中均采用MFCC作為特征參數(shù)，識(shí)別準(zhǔn)確度較高，魯棒性強(qiáng)。可見(jiàn)，在研究高效的心音心動(dòng)周期分割方法的同時(shí)給出MFCC特征參數(shù)，是進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)智能心音識(shí)別系統(tǒng)的基礎(chǔ)。本文針對(duì)目前使用機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行心音識(shí)別的研究中存在的心動(dòng)周期分割以及MFCC特征提取問(wèn)題，提出了一種基于低頻提取的單心動(dòng)周期自動(dòng)分割及MFCC特征提取系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠直接采集心音信號(hào)，提取心音信號(hào)中的單心動(dòng)周期并計(jì)算其MFCC特征參數(shù)，為后續(xù)的機(jī)器學(xué)習(xí)提供大量原始數(shù)據(jù)，對(duì)心音識(shí)別系統(tǒng)從理論研究向?qū)嶋H應(yīng)用過(guò)渡有積極意義。
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作者信息：
李昊宇，張榮芬，劉宇紅
(貴州大學(xué) 大數(shù)據(jù)與信息工程學(xué)院，貴州 貴陽(yáng)550025)