專利名稱：信號基線處理裝置及處理方法
信號基線處理裝置及處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信號的處理裝置和處理方法，尤其涉及信號基線的處理裝 置和處理方法。背景技術(shù)：
在進(jìn)行測量時(shí)，由于外界的干擾，信號的基線會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，在對信號 中脈沖特性的信號的幅度進(jìn)行識別時(shí)，緩慢波動(dòng)的基線會(huì)影響信號中脈沖 特性的信號的幅度的準(zhǔn)確識別。例如在粒子檢測系統(tǒng)(例如血液細(xì)胞分析 儀)中，根據(jù)識別出的脈沖的峰值判斷粒子的體積。當(dāng)粒子(例如血液細(xì) 胞)流經(jīng)傳感器(寶石孔)時(shí)，會(huì)在計(jì)數(shù)信號中產(chǎn)生一個(gè)幅度與粒子(血 液細(xì)胞)體積成正比的電脈沖信號，如圖l所示，計(jì)數(shù)信號經(jīng)放大、濾波、 模數(shù)轉(zhuǎn)換后，成為數(shù)字計(jì)數(shù)信號，數(shù)字計(jì)數(shù)信號再經(jīng)過數(shù)據(jù)壓縮、存儲(chǔ)、 脈沖峰值識別后，就得到了血液細(xì)胞的體積信息。
由于外界的干擾，粒子計(jì)數(shù)信號中存在基線波動(dòng)，基線波動(dòng)對系統(tǒng)性 能的影響體現(xiàn)在
1. 波動(dòng)的基線疊加在計(jì)數(shù)信號上，抬升或拉低脈沖的峰值，影響數(shù) 字計(jì)數(shù)信號中脈沖峰值的準(zhǔn)確識別，如圖2所示；
2. 波動(dòng)的基線影響對數(shù)字計(jì)數(shù)信號的壓縮效率；
a) 數(shù)字計(jì)數(shù)信號中粒子脈沖較窄，需要以高采樣率進(jìn)行采樣才能獲 得粒子脈沖的足夠信息；同時(shí)為獲取足夠脈沖樣本，需要較長采樣時(shí)間， 因此數(shù)字計(jì)數(shù)信號的數(shù)據(jù)量很大，需要壓縮；
b) 如圖3所示，粒子脈沖間的間隔相對于細(xì)胞脈沖寬度很大，而 其對脈沖峰值識別是無用的，可通過壓縮，去掉這部分信息，再傳送給CPU 進(jìn)行存儲(chǔ)和識別。
壓縮方式可以是設(shè)定一個(gè)固定的輸出門限，大于此輸出門限的數(shù)據(jù)輸 出，否則丟棄，以此去掉細(xì)胞脈沖間的間隔。當(dāng)存在基線波動(dòng)時(shí)，輸出門 限選擇過高會(huì)損傷數(shù)字計(jì)數(shù)信號中脈沖的幅度，過低則壓縮效果變差，如 圖4所示，如選擇門限2，無法去除脈沖1到脈沖4之間的間隔，如選擇 門限l，則會(huì)損傷脈沖2、 3、 4的幅度。 并且基線可能波動(dòng)到輸出門限以下，這時(shí)，計(jì)數(shù)信號中的脈沖會(huì)有部 分由于低于輸出門限而不被輸出，導(dǎo)致脈沖幅度受到損傷，幅度較低的脈 沖甚至可能丟失。
現(xiàn)有技術(shù)中準(zhǔn)確識別基線依賴于對脈沖持續(xù)時(shí)間的準(zhǔn)確判斷；識別出 基線后，再用數(shù)字計(jì)數(shù)信號減去基線，進(jìn)行脈沖識別。這樣就有一個(gè)矛盾， 基線的準(zhǔn)確識別需要對脈沖持續(xù)時(shí)間的準(zhǔn)確判斷；而脈沖的準(zhǔn)確識別又需 要基線的準(zhǔn)確識別。因此，現(xiàn)有基線識別技術(shù)的缺點(diǎn)是
1. 通用性較差:計(jì)數(shù)信號特性的變化會(huì)對脈沖持續(xù)時(shí)間的判斷產(chǎn)生 影響，從而影響基線的識別，進(jìn)而影響脈沖峰值的準(zhǔn)確識別；
2. 基線的識別和脈沖特征值(包括脈沖起始點(diǎn)、峰值、結(jié)束點(diǎn)等) 的識別互相影響，導(dǎo)致處理方法復(fù)雜，調(diào)試難度大。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的就是解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種信號基線處 理裝置及處理方法，將粒子計(jì)數(shù)信號中的基線較完整的去除，消除其對脈 沖峰值甄別準(zhǔn)確程度及數(shù)據(jù)壓縮效率的不良影響。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種信號基線處理裝置，包括
A/D采樣單元，用于對計(jì)數(shù)信號進(jìn)行采樣，得到采樣數(shù)據(jù)；
基線提取單元，輸入采樣數(shù)據(jù)，用于按照采樣順序每次對N個(gè)采樣數(shù) 據(jù)按照大小進(jìn)行排序，并輸出該N個(gè)采樣數(shù)據(jù)中數(shù)值小于或等于中間值的 任一個(gè)采樣數(shù)據(jù)A (如按數(shù)值從小到大排在N個(gè)采樣數(shù)據(jù)中第N / 2-P的數(shù) 據(jù)，P可以為大于等于0小于N/2的整數(shù)，但在整個(gè)處理過程中，P不能改 變)，其中，所述N個(gè)采樣數(shù)據(jù)在數(shù)字計(jì)數(shù)信號中的分布寬度遠(yuǎn)大于數(shù)字計(jì) 數(shù)信號中的單個(gè)脈沖寬度、小于基線漂移的寬度、且大于在該分布寬度內(nèi) 的所有脈沖寬度總和的2倍；
相位補(bǔ)償單元，用于輸入采樣數(shù)據(jù)，并按照先入先出的順序輸出采樣 數(shù)據(jù)B，所述相位補(bǔ)償單元的寬度為M，所述M二1/2N;
第一減法器，用于輸入采樣數(shù)據(jù)A和采樣數(shù)據(jù)B,并將采樣數(shù)據(jù)B減 去采樣數(shù)據(jù)A后作為去基線數(shù)據(jù)輸出。
在另一個(gè)實(shí)施例中，信號基線處理裝置還包括歷史記錄FIFO (先入先 出存儲(chǔ)器)，所述歷史記錄FIFO用于輸入采樣數(shù)據(jù)，且在輸入第N+X個(gè)采 樣數(shù)據(jù)后輸出第X個(gè)采樣數(shù)據(jù)C給基線提取單元，所述基線提取單元還用 于在接收到歷史記錄FIFO輸出的第X個(gè)采樣數(shù)據(jù)C后將其內(nèi)的與采樣數(shù)據(jù) C相同的一個(gè)采樣數(shù)據(jù)刪除。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述基線提取單元包括處理器和存儲(chǔ)器，所述 處理器用于每次接收一個(gè)采樣數(shù)據(jù)，且將該采樣數(shù)據(jù)的數(shù)值作為存儲(chǔ)器中
的存儲(chǔ)空間地址，將存儲(chǔ)空間中的存儲(chǔ)值加1，當(dāng)輸入N個(gè)數(shù)據(jù)后，所述 處理器用于將存儲(chǔ)空間從最低地址開始往高地址方向?qū)ζ浯鎯?chǔ)值進(jìn)行數(shù)據(jù) 累加，確定累加值大于或等于1/2N的當(dāng)前累加地址N1，所述輸出的采樣 數(shù)據(jù)A選自于地址等于或大于當(dāng)前累加地址N1的存儲(chǔ)空間中的任一個(gè)存儲(chǔ) 空間的地址，所述處理器還用于在接收到歷史記錄FIFO輸出的采樣數(shù)據(jù)C 后令地址與采樣數(shù)據(jù)C的數(shù)值相同的存儲(chǔ)空間中的存儲(chǔ)值減1，在新輸入 采樣數(shù)據(jù)D后控制地址與新輸入采樣數(shù)據(jù)D的數(shù)值相同的存儲(chǔ)空間中的存 儲(chǔ)值加1 。
其中，所述采樣數(shù)據(jù)A優(yōu)選為將該N個(gè)采樣數(shù)據(jù)按照大小排序后的中 間值。
還進(jìn)一步包括第二減法器和比較器，所述第二減法器分別輸入第一減 法器輸出的去基線數(shù)據(jù)和門限值，并將去基線數(shù)據(jù)減去門限值后作為去門 限數(shù)據(jù)輸出到比較器，所述比較器用于將去門限數(shù)據(jù)和O進(jìn)行比較，并將 大于0的去門限數(shù)據(jù)輸出。
更進(jìn)一步包括與比較器輸出端相連的輸出FIF0。
本發(fā)明同時(shí)提供一種信號基線處理方法，包括以下步驟
Al、對計(jì)數(shù)信號進(jìn)行采樣，得到采樣數(shù)據(jù)；
Bl、按照采樣順序?qū)個(gè)采樣數(shù)據(jù)按照大小進(jìn)行排序，并輸出該N個(gè) 采樣數(shù)據(jù)中小于或等于中間值的任一個(gè)采樣數(shù)據(jù)A，其中，所述N個(gè)采樣 數(shù)據(jù)在計(jì)數(shù)信號中的分布寬度遠(yuǎn)大于計(jì)數(shù)信號中的單個(gè)脈沖寬度、小于基 線漂移的寬度、且大于在該分布寬度內(nèi)的所有脈沖寬度總和的2倍；
Cl、在N個(gè)采樣數(shù)據(jù)中選擇按照采樣順序?yàn)榈?/2N位的采樣數(shù)據(jù)B， 并將釆樣數(shù)據(jù)B減去采樣數(shù)據(jù)A后作為去基線數(shù)據(jù)輸出。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，步驟B1包括以下步驟
Bll、將該N個(gè)待排序的采樣數(shù)據(jù)的數(shù)值作為存儲(chǔ)空間地址，將相同數(shù) 值的數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)作為存儲(chǔ)空間對應(yīng)地址的存儲(chǔ)值，將待排序的采樣數(shù)據(jù)存 入該存儲(chǔ)空間中；
B12、將存儲(chǔ)空間從最低地址開始往高地址方向?qū)ζ浯鎯?chǔ)值進(jìn)行數(shù)據(jù) 累加，確定累加值等于1/2N-P的當(dāng)前累加地址N1，其中P為大于或等于0 且小于1/2N的整數(shù)；
B13、將當(dāng)前累加地址N1作為采樣數(shù)據(jù)A輸出。
當(dāng)輸入一個(gè)新的采樣數(shù)據(jù)后還包括以下步驟將地址與該N個(gè)采樣數(shù) 據(jù)中的第一個(gè)采樣數(shù)據(jù)的數(shù)值相同的存儲(chǔ)空間中的存儲(chǔ)值減1，將地址與 新輸入采樣數(shù)據(jù)的數(shù)值相同的存儲(chǔ)空間中的存儲(chǔ)值加1。
本發(fā)明的有益效果是1)本發(fā)明將采樣數(shù)據(jù)通過中值濾波算法輸出基 線值，將計(jì)數(shù)信號減去基線值，消除基線對脈沖幅值的影響，以脈沖的真 正幅度作為識別對象，從而將基線的處理和脈沖的識別分離開來，基線的 識別和脈沖特征值的識別不會(huì)相互影響，因此易于調(diào)試。2)通用性好，通 過對待排序的采樣數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)N的設(shè)置，可以適應(yīng)各種信號特性的變化。3) 運(yùn)算效率高。普通的中值濾波算法在保證實(shí)時(shí)性的條件下，待排序的采樣 數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)N通常只能做到10以下；在同樣的運(yùn)算資源條件下，本發(fā)明通 過構(gòu)造的存儲(chǔ)空間，把具有相同數(shù)據(jù)的采樣數(shù)據(jù)作為一個(gè)整體進(jìn)行排序， 可輕易做到數(shù)千個(gè)采樣點(diǎn)的中值濾波，適合高速信號采樣系統(tǒng)。
圖1是粒子通過寶石孔引起的脈沖波形示意圖2是基線的緩慢漂移示意圖3是脈沖間隔示意圖4是對脈沖設(shè)置門限的示意圖； 圖5是本發(fā)明實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6是中值濾波算法原理示意圖； 圖7、 8、 9是窗口寬度設(shè)置示意圖； 圖10是采樣數(shù)據(jù)排序后的數(shù)據(jù)分布示意圖； 圖11是含基線的計(jì)數(shù)信號示意圖； 圖12是計(jì)數(shù)信號中提取的基線示意圖； 圖13是去掉基線后的計(jì)數(shù)信號示意圖； 圖14是本發(fā)明實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖15是本發(fā)明實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖16是本發(fā)明實(shí)施例三的中值濾波流程圖； 圖17是本發(fā)明實(shí)施例三中存儲(chǔ)空間地址/數(shù)值分布示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的特征及優(yōu)點(diǎn)將通過實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。 實(shí)施例一
請參考圖5，基線處理裝置包括A/D采樣單元、基線提取單元、相位 補(bǔ)償單元、第一減法器、第二減法器和比較器。A/D采樣單元用于對計(jì)數(shù)
信號進(jìn)行采樣，得到采樣數(shù)據(jù)；基線提取單元輸入采樣數(shù)據(jù)，用于按照采 樣順序?qū)個(gè)采樣數(shù)據(jù)按照大小進(jìn)行排序，并輸出該N個(gè)采樣數(shù)據(jù)中小于 或等于中間值的任一個(gè)采樣數(shù)據(jù)A，其中，所述N個(gè)采樣數(shù)據(jù)在數(shù)字計(jì)數(shù)
信號中的分布寬度遠(yuǎn)大于數(shù)字計(jì)數(shù)信號中的單個(gè)脈沖寬度、小于基線漂移 的寬度、且大于在該分布寬度內(nèi)的所有脈沖寬度總和的2倍；相位補(bǔ)償單 元用于輸入采樣數(shù)據(jù)，并按照先入先出的順序輸出采樣數(shù)據(jù)B，所述相位 補(bǔ)償單元的寬度為M，可緩存M個(gè)采樣數(shù)據(jù)，且M二1/2N;第一減法器用于 輸入采樣數(shù)據(jù)A和采樣數(shù)據(jù)B，并將采樣數(shù)據(jù)B減去采樣數(shù)據(jù)A后作為去 基線數(shù)據(jù)輸出，第二減法器分別輸入第一減法器輸出的去基線數(shù)據(jù)和門限 值，并將去基線數(shù)據(jù)減去門限值后作為去門限數(shù)據(jù)輸出到比較器，所述比 較器用于將去門限數(shù)據(jù)和0進(jìn)行比較，并將大于0的去門限數(shù)據(jù)輸出。
在基線提取單元中采用中值濾波算法對待排序的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理， 中值濾波算法從待處理的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)頭開始，順序取出固定長度數(shù)列(如 圖6中虛線框所示)，對此數(shù)列按大小進(jìn)行排序，輸出大小為中間值的數(shù) 據(jù)。此固定長度即中值濾波算法的窗口寬度，窗口從數(shù)據(jù)頭開始，向數(shù)據(jù) 尾逐步移動(dòng)，就完成了對數(shù)據(jù)的處理。
對于數(shù)字計(jì)數(shù)信號，將數(shù)字計(jì)數(shù)信號窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)按大小排序成一個(gè) 數(shù)列，輸出數(shù)列中大小為中間值的數(shù)，通過窗口從數(shù)據(jù)頭到數(shù)據(jù)尾的逐步 移動(dòng)，完成數(shù)據(jù)的處理，在不損傷寬度遠(yuǎn)小于窗口的脈沖前提下，可有效 去除寬度遠(yuǎn)大于窗口的基線。
數(shù)字計(jì)數(shù)信號中主要成分的寬度從大到小依此是基線、氣泡脈沖、 粒子脈沖、高頻噪聲。需要在去掉基線的同時(shí)，、保留數(shù)字計(jì)數(shù)信號中的粒 子脈沖和氣泡脈沖，因此在本發(fā)明中，待排序的N個(gè)采樣數(shù)據(jù)在計(jì)數(shù)信號 中的分布寬度(即窗口寬度)的設(shè)置很重要，要求窗口寬度滿足-
1. 窗口寬度遠(yuǎn)大于粒子脈沖寬度，如圖7所示，這樣當(dāng)窗口包含脈沖 持續(xù)點(diǎn)時(shí)，窗口中脈沖持續(xù)點(diǎn)(即指脈沖上的采樣點(diǎn))都排在窗口數(shù)列中 比較大的一端；
2. 窗口寬度遠(yuǎn)小于基線的波動(dòng)寬度，因此當(dāng)窗口移動(dòng)到數(shù)字計(jì)數(shù)信號 的某一個(gè)位置時(shí)，相當(dāng)于對數(shù)字計(jì)數(shù)信號的基線進(jìn)行采樣，輸出結(jié)果和數(shù) 字計(jì)數(shù)信號中這一點(diǎn)的基線值很接近，如圖8所示；
3. 在數(shù)字計(jì)數(shù)信號的各點(diǎn)，窗口寬度內(nèi)粒子脈沖的寬度總和不超過窗 口寬度的1/2,否則使用中值濾波算法對數(shù)字計(jì)數(shù)信號處理時(shí)，可能輸出 脈沖持續(xù)點(diǎn)的數(shù)值，造成基線虛高，損傷脈沖的幅值。如圖9所示，當(dāng)選 擇窗口2時(shí)，窗口內(nèi)四個(gè)脈沖的寬度總和超過了窗口 2寬度的1/2，這樣， 輸出的結(jié)果不是真正的基線，而是脈沖持續(xù)點(diǎn)的數(shù)值，識別出的基線比實(shí) 際高。而當(dāng)選擇窗口 1時(shí)，窗口內(nèi)四個(gè)脈沖的寬度總和不超過窗口 1寬度 的1/2，可以準(zhǔn)確識別基線；
根據(jù)粒子通過寶石孔的流速可知粒子的脈沖寬度，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，可知粒 子流過寶石孔的時(shí)間分布情況，根據(jù)以上三個(gè)條件可確定窗口寬度。
氣泡是數(shù)字計(jì)數(shù)信號中的有用信息，需保留，但不要求無損，因此要 求窗口寬度大于氣泡脈沖寬度的兩倍，當(dāng)窗口包含氣泡時(shí)，氣泡上的點(diǎn)都 排在窗口數(shù)列中比較大的一端，不超過數(shù)列的中點(diǎn)，因此中值濾波不會(huì)輸 出氣泡上的點(diǎn)的數(shù)值，去基線后，氣泡信息被保留。
當(dāng)窗口寬度選擇合適時(shí),N個(gè)采樣數(shù)據(jù)中的脈沖持續(xù)點(diǎn)都排在窗口數(shù) 列中比較大的一端，因此中值濾波的輸出不受脈沖持續(xù)點(diǎn)數(shù)值的影響，如 圖10所示，從而粒子檢測系統(tǒng)的數(shù)字計(jì)數(shù)信號中的粒子脈沖被無損的輸 出，氣泡脈沖信息被保留、基線被去除，如圖11、圖12、圖13，圖11 是含有基線的計(jì)數(shù)信號，脈沖的幅值被拉高，圖12是提取出的基線，圖 13是減去基線后的計(jì)數(shù)信號，可見，基線對脈沖的影響被消除了。
A/D釆樣單元對模擬計(jì)數(shù)信號進(jìn)行采樣后，將采樣數(shù)據(jù)同時(shí)輸入基線 提取單元和相位補(bǔ)償單元?；€提取單元將輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，當(dāng)輸入 N個(gè)點(diǎn)的采樣數(shù)據(jù)后，基線提取單元輸出這N個(gè)點(diǎn)的數(shù)列中，大小為中間 點(diǎn)的數(shù)值，即采樣數(shù)據(jù)A。相位補(bǔ)償單元通常采用先入先出存儲(chǔ)器(即 FIF0)，該相位補(bǔ)償FIFO的寬度為M， M=N/2，當(dāng)輸入N個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)后，前 N/2個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)已被輸出，此時(shí)相位補(bǔ)償FIFO輸出的數(shù)(即采樣數(shù)據(jù)B) 就是N個(gè)采樣點(diǎn)中的第N/2個(gè)點(diǎn)的采樣數(shù)據(jù)，采樣數(shù)據(jù)B減去基線提取單 元輸出的采樣數(shù)據(jù)A，即得到第N/2個(gè)點(diǎn)的去基線數(shù)據(jù)。
本實(shí)施例中，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，基線提取單元輸出的采樣數(shù) 據(jù)A還可以是小于中間值的任意一個(gè)采樣數(shù)據(jù)，如圖IO所示，即可以將由 大到小排列在中間值之后的任意一個(gè)采樣數(shù)據(jù)作為基線值輸出。當(dāng)采樣數(shù) 據(jù)B減去采樣數(shù)據(jù)A后，得出的是采樣數(shù)據(jù)B所處位置的點(diǎn)的去基線數(shù)據(jù)。
相位補(bǔ)償FIFO輸出的數(shù)減去基線提取單元輸出的數(shù)得到的結(jié)果通過 第二減法器減去輸出門限，再將去門限數(shù)據(jù)通過比較器和0比較，大于0 的就通過輸出FIFO輸出該點(diǎn)的去門限數(shù)據(jù)。
完成這一系列的動(dòng)作后，A/D芯片會(huì)再輸入下一個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，基線提 取單元將輸入的第一個(gè)采樣數(shù)據(jù)刪除，重復(fù)以上動(dòng)作，以輸出下一個(gè)點(diǎn)的
基線。
實(shí)施例二
請參考圖14，基線處理裝置包括A/D采樣單元、基線提取單元、相位 補(bǔ)償單元、歷史記錄FIF0、第一減法器、第二減法器、比較器和輸出FIF0。 歷史記錄FIFO寬度為N，其作用是存放需要丟棄的數(shù)據(jù)，當(dāng)輸入N個(gè)點(diǎn)的 采樣數(shù)據(jù)、基線提取單元采用中值濾波法計(jì)算完第N/2點(diǎn)的基線后，A/D 采樣單元會(huì)輸出第N+1個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)給基線提取單元、相位補(bǔ)償單元和歷史 記錄FIF0，歷史記錄FIFO中輸出數(shù)字計(jì)數(shù)信號中第一個(gè)采樣數(shù)據(jù)C給基 線提取單元，基線提取單元在接收到歷史記錄FIFO輸出的第一個(gè)采樣數(shù)據(jù) C后將其內(nèi)的與第一個(gè)采樣數(shù)據(jù)C相同的一個(gè)采樣數(shù)據(jù)刪除，以便在下次 排序時(shí)不包括該采樣數(shù)據(jù)。然后，基線提取單元再對數(shù)字計(jì)數(shù)信號中第2 到第N+1個(gè)點(diǎn)進(jìn)行排序，輸出第N/2+l個(gè)點(diǎn)的基線?？砂凑张c實(shí)施例一相 同的方法得到去基線數(shù)據(jù)和去門限數(shù)據(jù)。
本實(shí)施例可很好地控制基線提取單元?jiǎng)h除N個(gè)采樣數(shù)據(jù)中的第一個(gè)采 樣數(shù)據(jù)。
實(shí)施例三-
請參考圖15，本實(shí)施例是在實(shí)施例一、二的基礎(chǔ)上更優(yōu)選的實(shí)施例， 基線提取單元包括處理器和存儲(chǔ)器。處理器用于接收N個(gè)采樣數(shù)據(jù)，且將 該N個(gè)待排序的采樣數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)的數(shù)值作為存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)空間地址， 將相同數(shù)值的數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)作為存儲(chǔ)空間對應(yīng)地址的存儲(chǔ)值，將待排序的采 樣數(shù)據(jù)存入該存儲(chǔ)空間中，所述處理器用于將存儲(chǔ)空間從最低地址開始往 高地址方向?qū)ζ浯鎯?chǔ)值進(jìn)行數(shù)據(jù)累加，確定累加值等于(1/2N-P)的當(dāng)前累 加地址Nl， P可以根據(jù)信號的特性選大于等于0且小于1/2N的整數(shù)，但在 整個(gè)處理過程中不能改變，所述采樣數(shù)據(jù)A等于當(dāng)前累加地址N1，當(dāng)Pi 時(shí)，相當(dāng)于采樣數(shù)據(jù)A為將N個(gè)采樣數(shù)據(jù)按照大小排序后的中間值，當(dāng)P〉0 時(shí)，相當(dāng)于采樣數(shù)據(jù)A為在N個(gè)采樣數(shù)據(jù)中按從小到大排在1/2N-P的一個(gè) 采樣數(shù)據(jù)。
由于設(shè)計(jì)的窗口寬度比較高(例如待排序的N個(gè)采樣數(shù)據(jù)可高達(dá)4096 點(diǎn))，需要采用一種快速的中值濾波算法，圖16為此算法流程圖(以N等 于1024點(diǎn)為例)，其核心思想是把具有相同數(shù)值的數(shù)據(jù)作為一個(gè)整體進(jìn)行 排序。構(gòu)造一塊存儲(chǔ)空間，將待排序數(shù)列中的數(shù)據(jù)的數(shù)值作為存儲(chǔ)空間的 地址，將相同數(shù)值的數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)作為存儲(chǔ)空間對應(yīng)地址的存儲(chǔ)值，將待排 序數(shù)列放入這個(gè)存儲(chǔ)空間中。
下面以N等于1024為例進(jìn)行說明。
存儲(chǔ)空間可看作一個(gè)橫軸為數(shù)據(jù)的數(shù)值(與采樣精度相關(guān)，如精度為 12bit，則橫軸為0-4096)，縱軸為數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)(如N等于1024，則縱軸數(shù) 據(jù)和為1024)的數(shù)據(jù)分布直方圖。圖17中橫軸為1106處的數(shù)值為12， 就是說待排序數(shù)列中，數(shù)值為1106的數(shù)共有12個(gè)，橫軸為1108處的數(shù)值 為20，表示待排序數(shù)列中，值為1108的數(shù)共有20個(gè)。
要計(jì)算窗口數(shù)列中從小到大的第512個(gè)數(shù)的數(shù)值E，可對圖17中的直 方圖進(jìn)行積分，把存儲(chǔ)空間從最低地址O往高地址方向進(jìn)行數(shù)據(jù)累加，直 到加上某一個(gè)當(dāng)前累加地址N1中的數(shù)據(jù)后，累加值大于或等于512，那么 中值E就等于地址N1。
采樣是持續(xù)進(jìn)行的，每周期需要在數(shù)列中增加一個(gè)新數(shù)，同時(shí)去掉數(shù) 列中最老的數(shù)據(jù)。當(dāng)刪除第一個(gè)采樣數(shù)據(jù)C時(shí)，將存儲(chǔ)空間中地址為C的 存儲(chǔ)值減一；當(dāng)插入一個(gè)新的采樣數(shù)據(jù)D時(shí)，將存儲(chǔ)空間的地址為D的存 儲(chǔ)值加一。因此一個(gè)周期內(nèi)只要執(zhí)行兩次對存儲(chǔ)空間的讀出/寫入操作，即 可完成排序，不需要任何比較器資源。
可以將本發(fā)明中的基線提取單元、相位補(bǔ)償單元、歷史記錄寄存器、 第一減法器、第二減法器和比較器制作在FPGA中，基線提取單元中的存儲(chǔ) 空間可以在FPGA外或FPGA內(nèi)部。在A/D采樣的一個(gè)周期內(nèi)，完成一個(gè)點(diǎn) 的基線運(yùn)算，輸出基線，并將數(shù)據(jù)送給CPU進(jìn)行處理，因此，本發(fā)明是一 種實(shí)時(shí)的基線處理方法，不增加測量的時(shí)間。
本發(fā)明可應(yīng)用到所有通過使用傳感器測量脈沖信號以進(jìn)行粒子體積識 別的儀器包含但不限于血液細(xì)胞分析儀、尿液分析儀、骨髓分析儀、流 式細(xì)胞儀等醫(yī)療器械和實(shí)驗(yàn)室分析儀器等，也可應(yīng)用于去掉脈沖特性的噪 聲，輸出緩慢變化的信號。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說 明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù) 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若 干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種信號基線處理裝置，其特征在于包括A/D采樣單元，用于對計(jì)數(shù)信號進(jìn)行采樣，得到采樣數(shù)據(jù)；基線提取單元，用于輸入采樣數(shù)據(jù)，每次按采樣順序?qū)個(gè)采樣數(shù)據(jù)按大小進(jìn)行排序，輸出該N個(gè)采樣數(shù)據(jù)中數(shù)值小于或等于中間值的某一個(gè)采樣數(shù)據(jù)A，其中，所述N個(gè)采樣數(shù)據(jù)在計(jì)數(shù)信號中的分布寬度遠(yuǎn)大于計(jì)數(shù)信號中的單個(gè)脈沖寬度，小于基線漂移的寬度，且大于在該分布寬度內(nèi)所有脈沖寬度總和的2倍；相位補(bǔ)償單元，用于輸入數(shù)字信號，并按照先入先出的順序輸出采樣數(shù)據(jù)B，相位補(bǔ)償單元的寬度為M，且M＝N/2；第一減法器，用于輸入采樣數(shù)據(jù)A和采樣數(shù)據(jù)B，并將采樣數(shù)據(jù)B減去采樣數(shù)據(jù)A后作為去基線數(shù)據(jù)輸出。
2. 如權(quán)利要求1所述的信號基線處理裝置，其特征在于還包括歷 史記錄FIFO,所述歷史記錄FIFO用于輸入采樣數(shù)據(jù)，且在輸入第N+X個(gè) 采樣數(shù)據(jù)后輸出第X個(gè)采樣數(shù)據(jù)C給基線提取單元，所述基線提取單元還 用于在接收到歷史記錄FIFO輸出的第X個(gè)采樣數(shù)據(jù)C后將其內(nèi)的與采樣 數(shù)據(jù)C相同的一個(gè)采樣數(shù)據(jù)刪除。
3. 如權(quán)利要求2所述的信號基線處理裝置，其特征在于所述基線 提取單元包括處理器和存儲(chǔ)器，所述處理器用于每次接收一個(gè)采樣數(shù)據(jù)， 且將該采樣數(shù)據(jù)的數(shù)值作為存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)空間地址，將存儲(chǔ)空間中的存 儲(chǔ)值加l，當(dāng)輸入N個(gè)數(shù)據(jù)后，所述處理器用于將存儲(chǔ)空間從最低地址開 始往高地址方向?qū)ζ浯鎯?chǔ)值進(jìn)行數(shù)據(jù)累加，確定累加值大于或等于1/2N 的當(dāng)前累加地址Nl，所述輸出的釆樣數(shù)據(jù)A選自于地址等于或大于當(dāng)前累 加地址N1的存儲(chǔ)空間中的地址，所述處理器還用于在接收到歷史記錄FIFO 輸出的采樣數(shù)據(jù)C后令地址與采樣數(shù)據(jù)C的數(shù)值相同的存儲(chǔ)空間中的存儲(chǔ) 值減1，在新輸入采樣數(shù)據(jù)D后控制地址與新輸入采樣數(shù)據(jù)D的數(shù)值相同 的存儲(chǔ)空間中的存儲(chǔ)值加l。
4. 如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的信號基線處理裝置，其特征在 于所述采樣數(shù)據(jù)A為該N個(gè)采樣數(shù)據(jù)中按照大小排序后的中間值。
5. 如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的信號基線處理裝置,其特征在 于還包括第二減法器和比較器，所述第二減法器分別輸入第一減法器輸 出的去基線數(shù)據(jù)和門限值，并將去基線數(shù)據(jù)減去門限值后作為去門限數(shù)據(jù)輸出到比較器，所述比較器用于將去門限數(shù)據(jù)和o進(jìn)行比較，并將大于o的去門限數(shù)據(jù)輸出。
6. 如權(quán)利要求5所述的信號基線處理裝置，其特征在于還包括與比較器輸出端相連的輸出FIF0。
7. —種信號基線處理方法，其特征在于包括以下步驟-Al、對計(jì)數(shù)信號進(jìn)行采樣，得到采樣數(shù)據(jù)；Bl、按照采樣順序每次取N個(gè)采樣數(shù)據(jù)按照大小進(jìn)行排序，并輸出該 N個(gè)采樣數(shù)據(jù)中數(shù)值小于或等于中間值的任一個(gè)采樣數(shù)據(jù)A，其中，所述N個(gè)采樣數(shù)據(jù)在計(jì)數(shù)信號中的分布寬度遠(yuǎn)大于計(jì)數(shù)信號中的單個(gè)脈沖寬度、 小于基線漂移的寬度、且大于在該分布寬度內(nèi)的所有脈沖寬度總和的2倍； C1、在N個(gè)采樣數(shù)據(jù)中選擇按照采樣順序位于第1/2N位的采樣數(shù)據(jù)B， 并將采樣數(shù)據(jù)B減去采樣數(shù)據(jù)A后作為去基線數(shù)據(jù)輸出。
8. 如權(quán)利要求7所述的信號基線處理方法，其特征在于在步驟 Bl中包括以下步驟Bll、將該N個(gè)待排序的采樣數(shù)據(jù)的數(shù)值作為存儲(chǔ)空間地址，將相同 數(shù)值的數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)作為存儲(chǔ)空間對應(yīng)地址的存儲(chǔ)值，將待排序的采樣數(shù)據(jù) 存入該存儲(chǔ)空間中；B12、將存儲(chǔ)空間從最低地址開始往高地址方向?qū)ζ浯鎯?chǔ)值進(jìn)行數(shù)據(jù) 累加，確定累加值等于1/2N-P的當(dāng)前累加地址N1，其中P為大于或等于0 且小于1/2N的整數(shù)；B13、將當(dāng)前累加地址N1作為采樣數(shù)據(jù)A輸出。
9. 如權(quán)利要求8所述的信號基線處理方法，其特征在于當(dāng)輸入一 個(gè)新的采樣數(shù)據(jù)后還包括以下步驟將地址與該N個(gè)采樣數(shù)據(jù)中的第一個(gè) 采樣數(shù)據(jù)的數(shù)值相同的存儲(chǔ)空間中的存儲(chǔ)值減1，將地址與新輸入采樣數(shù) 據(jù)的數(shù)值相同的存儲(chǔ)空間中的存儲(chǔ)值加1。
10. 如權(quán)利要求8或9所述的信號基線處理方法，其特征在于所述 采樣數(shù)據(jù)A為將N個(gè)采樣數(shù)據(jù)按照大小排序后中間值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種針對包含分布不均勻的脈沖和變化緩慢的基線的信號的基線處理裝置，此裝置包括A/D采樣單元，用于對計(jì)數(shù)信號進(jìn)行采樣，得到采樣數(shù)據(jù)；基線提取單元，用于輸入采樣數(shù)據(jù)，當(dāng)輸入的采樣數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)≥N后，每次按采樣順序?qū)個(gè)采樣數(shù)據(jù)按大小進(jìn)行排序，輸出該N個(gè)采樣數(shù)據(jù)中大小等于中間值的任一采樣數(shù)據(jù)A，其中，所述N個(gè)采樣數(shù)據(jù)的寬度遠(yuǎn)大于數(shù)字信號中的單個(gè)脈沖寬度，小于基線漂移的寬度，且大于在該分布寬度內(nèi)所有脈沖寬度總和的2倍；相位補(bǔ)償單元，用于輸入數(shù)字信號，并按照先入先出的順序輸出采樣數(shù)據(jù)B，相位補(bǔ)償單元的寬度為M，且M＝N/2；第一減法器，用于輸入采樣數(shù)據(jù)A和采樣數(shù)據(jù)B，并將采樣數(shù)據(jù)B減去采樣數(shù)據(jù)A后作為去基線數(shù)據(jù)輸出。
文檔編號G01N15/10GK101344475SQ20071007588
公開日2009年1月14日 申請日期2007年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月13日
發(fā)明者興 史, 歡 祁, 趙天鋒, 黃大欣 申請人:深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司