基于DSP Builder的腦電信號小波處理

由于φ(-t)和φ(t-s)為構(gòu)造正交小波的多分辨率分析尺度函數(shù)，因此上述分解和重構(gòu)公式中取h(n)為h(-n)或h(n-s)均可。為了討論方便，且不失一般性，可將上述分解公式和重構(gòu)公式重寫為：

帶入式(9)得：

則c0(k)=c0(k-2N-1)，式(13)得到的信號是式(12)得到信號的延遲。由于序列h(n)和g(n)為因果序列，所以式(13)對應(yīng)的濾波器為因果濾波器。采用式(7)和式(8)繼續(xù)分解信號低頻分量或低頻分量與高頻分量．可得多級分解或小波包分解。

3 基于DSP Builder的小波變換設(shè)計實現(xiàn)
考慮到瞬態(tài)脈沖信號的短時性，選擇具有緊支集的Daubenchies小波作為分析小波，這樣有利于突出瞬態(tài)信號特征，DB小波函數(shù)具有良好的正交性和緊支撐性，可較好地表現(xiàn)頻域信號的連續(xù)性和突變性，在實際工程應(yīng)用中效果較好。故這里采用DB小波對腦電信號進行4級分解重構(gòu)。濾除腦電信號中存在的直流成分或緩慢基線漂移。選取DB2小波，此時M=3，且低通濾波系數(shù)(尺度函數(shù)系數(shù))如下：

由于浮點數(shù)在FPGA中實現(xiàn)比較復(fù)雜，為了減少FPGA的運算量和資源，可將濾波計算轉(zhuǎn)換為整數(shù)運算和移位運算，為此首先需將以上濾波器系數(shù)轉(zhuǎn)化為整數(shù)，對每個濾波器系數(shù)采用16位字長進行量化，即乘以215后取整數(shù)，而對濾波器的輸出信號有移15位即得到實際輸出。
以DSP Builder為平臺，對式(7)、式(8)和式(13)算法進行系統(tǒng)級建模、仿真，再利用Signal Compiler生成HDL文件，然后利用Quartus II進行時序仿真驗證。
3．1 DSP Builder實現(xiàn)lD-DWT分解
分解模塊的結(jié)構(gòu)如圖1所示。信號并行從4級延遲線輸出，與FIR濾波器系數(shù)進行卷積，然后再偶抽取便可得到近似部分和細節(jié)部分的結(jié)果。二次抽取模塊采用DSP Builder的下采樣模塊，利用Signal Compiler生成HDL文件。

為了減少系統(tǒng)耗用的硬件資源，舍去輸出結(jié)果的低8位，保證分解前后信號保持同樣能量級。從圖1中可知，各個子模塊并行工作，子模塊之間無需任何交叉信號，數(shù)據(jù)從輸入端以流水線的方式向后傳遞，實現(xiàn)實時流水線工作。二級分解模塊的設(shè)計原理同一級分解模塊。