【腦電訊號】基於matlab小波睡眠監測【含Matlab原始碼 595期】

阿新 • • 發佈：2021-06-25

一、簡介

基於matlab的腦電波睡眠監測

二、原始碼

data0=rand(1,9999); %腦電訊號原始資料 
tm=0.02; %取樣時間間隔 
td=1:tm:30; %取時間1-30秒 
data=data0(1:(30-1)/tm+1); %1-30秒的資料 
figure(1)
subplot(211); 
plot(td,data); xlabel('時間（秒）'),ylabel('腦波電壓'),title('1-30s腦電圖波');

%fft變換
Fs=1000;
n=length(data);
data1=fft(data,n);%傅立葉變換%                   
df=Fs/length(data1);          %頻域解析度
Fx=df*(0:length(data1)-1);    %將橫軸變為頻率軸% 
figure(1);
subplot(212); 
plot(Fx,abs(data1));  %繪製腦電波訊號的頻譜圖%
axis([0 150 0 60]); 
title('頻譜圖');xlabel('頻率/Hz');ylabel('幅值'); 

%訊號預處理
%低通濾波——巴特沃斯濾波器

Fs=1000;  fp=30;  fs=40;  Ap=1;  As=30; 
Wp=fp/(Fs/2);%計算歸一化角頻率 
Ws=fs/(Fs/2);  
[N,Wc]=buttord(Wp,Ws,Ap,As);%計算階數和截止頻率
[b,a]=butter(N,Wc,'low');%計算H(z)分子、分母多項式係數 
[H,F]=freqz(b,a,500,Fs);%計算H(z)的幅頻響應,freqz(b,a,計算點數,取樣速率) 
figure(2)
subplot(2,2,2) ;
plot(F,20*log10(abs(H))) ;
xlabel('頻率(Hz)');  ylabel('幅度(dB)') 
axis([0 100 -30 3]); 
grid on ;
subplot(2,2,1) 
plot(F,abs(H));  
xlabel('頻率(Hz)');
 ylabel('幅度 ') ;
 title('低通濾波器');
 axis([0 100 0 2]); 
 grid on;
 subplot(2,2,3);
 pha=angle(H)*180/pi;
 plot(F,pha);
  xlabel('頻率(Hz)');
ylabel('相位(dB)')
axis([0 100 -200 200]); 
grid on;
%
%
%用低通巴特沃斯濾波器
Q=filter(b,a,data);
figure(3)
subplot(211); 
plot(td,Q);
title('過巴斯後時域圖');xlabel('時間');ylabel('幅值'); 
%fft變換
n=length(Q);
Q1=fft(Q,n);%傅立葉變換%                   
df=Fs/length(Q1);               %頻域解析度
Fx=df*(0:length(Q1)-1);    %將橫軸變為頻率軸% 
figure(3);
subplot(212); 
plot(Fx,abs(Q1));  %繪製腦電波訊號的頻譜圖%
axis([0 50 0 60]); 
title('頻譜圖');xlabel('頻率/Hz');ylabel('幅值'); 




%
%------小波閾值去噪
%------軟閾值小波去噪
[c,s]=wavedec2(Q,2,'db5');
[thr,sorh,keepapp] = ddencmp('den','wv',Q);
[xc,cxc,lxc,perf0,perfl2]=wdencmp('gbl',Q,'sym4',2,thr,sorh,keepapp);%
figure(4);
subplot(211); 
plot(td,xc);
title('小波去噪後時域圖');xlabel('時間');ylabel('幅值'); 
u=xc;

%fft變換
n=length(xc);
xc1=fft(xc,n);%傅立葉變換%                   
df=Fs/length(xc1);               %頻域解析度
Fx=df*(0:length(xc1)-1);         %將橫軸變為頻率軸% 
figure(4);
subplot(212); 
plot(Fx,abs(xc1));             %繪製聲音訊號的頻譜圖%
axis([0 60 0 100]); 
title('小波去噪後頻譜圖');xlabel('頻率/Hz');ylabel('幅值'); 

%--  第一段波過帶通濾波器------------
n=length(xc);
fs=[0.1,5];fp=[0.5,3];
fo=1200;                            %取樣頻率
wp=2.*fp./fo;ws=2.*fs./fo;
rp=1;as=40;
f = design(fdesign.bandpass(fs(1),fp(1),fp(2),fs(2),as,rp,as,fo),'butter');
y1=filter(f,xc);

yt1=fft(y1,n);
df=Fs/length(yt1);              %頻域解析度
Fx=df*(0:length(yt1)-1);         %將橫軸變為頻率軸% 
figure(5);
subplot(3,1,1),plot(td,y1); 
xlabel('時間（秒）'),ylabel('腦波電壓'),title('1-30s第一階段腦電圖波');
subplot(3,1,2);
plot(Fx,abs(yt1));             %繪訊號的頻譜圖%
axis([0 6 0 100]); 
title('第一階段頻譜圖');xlabel('頻率/Hz');ylabel('幅值');
%功率譜
fs=800;ts=1/fs;
t=0:ts:2;
nfft=64;
power1=(norm(y1)^2/length(y1+1));
spow1=abs(fft(y1,nfft).^2);
f=(0:nfft-1)/ts/nfft;
f=f-fs/2;
figure(5);
subplot(3,1,3);
plot(f,fftshift(spow1),'k');
title('第一階段功率譜圖');xlabel('頻率');ylabel('功率譜');
disp(['power1=',num2str(power1),'.']);

 
%--  第二段波過帶通濾波器------------
n=length(u);
fs=[3,9];fp=[4,7];
fo=1200;                            %取樣頻率
wp=2.*fp./fo;ws=2.*fs./fo;
rp=1;as=40;
f = design(fdesign.bandpass(fs(1),fp(1),fp(2),fs(2),as,rp,as,fo),'butter');
y2=filter(f,u);

yt2=fft(y2,n);
df=Fs/length(yt2);              %頻域解析度
Fx=df*(0:length(yt2)-1);         %將橫軸變為頻率軸% 
figure(6);
subplot(3,1,1);
plot(td,y2);
xlabel('時間（秒）');ylabel('腦波電壓');title('1-30s第二階段腦電圖波');
subplot(3,1,2);
plot(Fx,abs(yt2));             %繪訊號的頻譜圖%
axis([2 15 0 50]); 
title('第二階段頻譜圖');xlabel('頻率/Hz');ylabel('幅值');
%功率譜
fs=800;ts=1/fs;
t=0:ts:2;
nfft=64;
power2=(norm(y2)^2/length(y2+1));
spow2=abs(fft(y2,nfft).^2);
f=(0:nfft-1)/ts/nfft;
f=f-fs/2;
figure(6);
subplot(3,1,3);
plot(f,fftshift(spow2),'k');
title('第一階段功率譜圖');xlabel('頻率');ylabel('功率譜');
disp(['power2=',num2str(power2),'.']);


%--  第三段波過帶通濾波器------------
n=length(u);
fs=[7,14];fp=[8,13];
fo=1200;                            %取樣頻率
wp=2.*fp./fo;ws=2.*fs./fo;
 
f = design(fdesign.bandpass(fs(1),fp(1),fp(2),fs(2),as,rp,as,fo),'butter');
y3=filter(f,u);

 
df=Fs/length(yt3);              %頻域解析度
Fx=df*(0:length(yt3)-1);         %將橫軸變為頻率軸% 
figure(7);
subplot(3,1,1);
plot(td,y3);
xlabel('時間（秒）');ylabel('腦波電壓');title('1-30s第三階段腦電圖波');
subplot(3,1,2);
plot(Fx,abs(yt3));             %繪訊號的頻譜圖%
axis([4 16 0 30]); 
title('第三階段頻譜圖');xlabel('頻率/Hz');ylabel('幅值');
%功率譜
fs=800;ts=1/fs;
t=0:ts:2;
nfft=64;
power3=(norm(y3)^2/length(y3+1));
spow3=abs(fft(y3,nfft).^2);
f=(0:nfft-1)/ts/nfft;
f=f-fs/2;
figure(7);
subplot(3,1,3);
plot(f,fftshift(spow3),'k');
title('第三階段功率譜圖');xlabel('頻率');ylabel('功率譜');
disp(['power3=',num2str(power3),'.']);