脉搏信号峰值提取方法总结
脉搏信号的采集与分析
脉搏信号的采集与分析作者:冯晓雨谢秋彦邬国梁来源:《科学大众·教师版》2019年第07期摘要:脉搏波波形中包含丰富的人体心血管系统信息,因此在心血管健康状态监测中得到了广泛的关注。
但是,获取脉搏信号的过程容易受到多种因素的干扰,导致采集的脉搏信号质量不高,影响其在健康监护管理中的应用。
在脉搏信号的获取与分析中主要包括脉搏信号的获取、预处理与数据分析等内容,本文从这四方面对脉搏信号的获取与分析展开了系统的研究。
关键词:脉搏信号采集; 脉搏信号预处理; 脉搏信号分析中图分类号:TP391.9 ; ; ; ; ; ; ;文献标识码:A ; ;文章编号:1006-3315(2019)07-200-001中医学的诊断主要依靠“望”,“闻”,“问”,“切”,其中切脉作为中医诊断的一个重要组成部分。
脉象信息中传递机体各个部分的生理与病理信息,透过脉象可以窥看人体内各个器官、组织的运行状态,为病理诊断提供依据。
我国有许多医学界乃至其他学科的学者,对脉学的理论、脉诊客观化、临床诊断和实验研究等方面进行科学研究,开展了大量的工作,做出了艰辛的努力,为脉诊客观化研究奠定了基础。
脉象仪的研发又是脉诊客观化研究工作的先导,它是临床脉诊客观化的基础。
我国先后开发并生产了多种脉象仪,主要应用于科研和教学,促进了脉象客观化研究。
脉诊仪器应该从传统医院、学校教学中走入寻常百姓家庭,未来脉诊发展的趋势应该围绕着辅助诊断、家庭保健两个方向发展。
1.脉搏信号的获取脉搏信号采集的主要过程是先由传感器将脉搏信号转换成电信号,经过放大、模数转换最终转化为计算机可存储的数字信号。
脉搏信号采集系统按照其测量的信号类型大体上可以分为三类:压力脉搏信号采集系统、光电脉搏信号采集系统和超声脉搏信号采集系统。
1.1压力脉搏信号采集系统压力脉搏信号采集系统所记录的曲线是跷动脉处透壁压随时间变化的压力随时间变化曲线,基于压力传感器的脉搏信号采集系统是脉搏信号采集系统中最为主流的类型。
脉搏信号处理y105
脉搏信号处理y105概述:脉搏信号处理是指对人体脉搏信号进行采集、滤波、特征提取等处理,以便获取有关心血管系统和心脏功能的相关信息。
本文将详细介绍脉搏信号处理的标准格式,包括任务背景、数据采集、信号滤波、特征提取和应用等方面。
任务背景:脉搏信号是人体心血管系统的重要指标之一,对于监测和评估心脏功能、血压变化等具有重要意义。
脉搏信号处理技术可以通过对脉搏信号进行分析和处理,提取出有关心血管系统的重要参数和特征,为医学诊断、健康监测等方面提供支持。
数据采集:脉搏信号的采集通常使用脉搏波传感器或光电传感器等设备。
脉搏波传感器可以通过贴附在皮肤上或固定在手腕等位置,实时采集到脉搏信号。
光电传感器则利用光电效应来感知皮肤上脉搏血流的变化,从而获取脉搏信号。
采集到的脉搏信号通常以模拟信号或数字信号的形式存在。
信号滤波:脉搏信号中可能存在噪声和干扰,为了提高信号的质量和准确性,需要对信号进行滤波处理。
常用的滤波方法包括低通滤波、高通滤波和带通滤波等。
低通滤波可以去除高频噪声,高通滤波可以去除低频噪声,带通滤波可以选择性地保留某一频段的信号。
选择合适的滤波方法和参数可以有效提取出脉搏信号中的有用信息。
特征提取:脉搏信号中包含了丰富的信息,通过对信号进行特征提取可以获取到与心血管系统相关的重要参数和特征。
常用的特征提取方法包括时域分析、频域分析和小波分析等。
时域分析可以通过统计学方法计算出脉搏信号的平均值、标准差、波形宽度等参数。
频域分析可以将信号转换到频域,通过计算功率谱密度等参数来描述信号的频率特征。
小波分析可以将信号分解成不同频率的子信号,从而提取出不同频率段的脉搏特征。
应用:脉搏信号处理在医学领域有着广泛的应用。
例如,通过分析脉搏信号可以评估心脏功能的健康状况,判断心脏是否存在异常。
同时,脉搏信号处理还可以用于血压监测、心律失常检测、心血管疾病诊断等方面。
此外,随着智能穿戴设备的普及,脉搏信号处理技术还可以应用于健康监测、运动训练等领域,为人们提供个性化的健康管理服务。
中医脉象采集及处理方法的研究进展
中医脉象采集及处理方法研究进展引言脉诊是中医诊断的重要组成部分,在中医理论及实践中占有非常重要的地位, 一直以来,人们都把脉诊作为诊断病情的依据之一。
但是,中医诊脉主要依靠医生指尖的感觉,其对脉象的表述也都采用比喻、想象等方法,这就造成了脉象描述界限不清,意义不明,而且医生手感不一,理解有异,因而脉诊很难建立一个统一的客观标准,大大影响了诊断的精度,同时严重制约了脉诊学的发展,随着现代医学的发展,传统的诊脉方法遭遇了前所未有的挑战。
随着中医的逐渐势微,脉诊的客观化研究迫在眉睫。
脉诊客观化是现代脉诊学的一项重要内容,其主要任务是利用先进的科学理论和技术对脉象数据进行测量、记录、分析、量化,并对测量结果进行标准化、规范化处理,以起到辅助诊断、。
脉象的研究如今主要集中在“硬”和“软”——即脉象采集传感器和数据处理方法——两个方面。
下面分别加以论述。
从上面的论述可以看出,脉搏和脉象与心血管系统功能状态密切相关,同时在免疫系统、神经系统、内分泌系统等人体平衡调控系统的作用下,综合反映人体生理、病理状态信息,.是人体各器官功能的间接体现,不同部位、不同器官、不同系统一旦受到病理因素的影响,人体的自然平衡就会出现倾斜,这些系统就会从生理上做出调节,病理上做出反应,而这些功能的发挥都会直接或间接地引起心血管系统及脉象呈现出与之对应的表现。
脉象正是通过心血管系统这一信息平台,综合来自全身各系统的信息,反映全身的生理病理改变〔19]。
但是,脉搏信号和传统的中医脉象不尽相同,脉搏波在人体表面的很多部位都可以取到,它不仅仅反应心血管系统的功能,更重要的是它是人体机能的集中反应,“一寸口是脉之大要会,为阴阳十二经络会合的要点,”“心主血脉”,血靠心气的推动沿脉道循环周身,内至腑脏经络,外达四肢百骸,腑脏之气也,通过血脉而输布全身。
所以脉象信号包含很丰富的生理病理信息,而不仅仅是单纯的搏动而已〔州。
故而,在中医脉象的形成机制方面很多问题仍有待进一步的探讨和研究。
情感识别中脉搏信号的特征提取与分析
础 上 提 取 脉 搏 信 号 的 时 域 特 征 ,对 情 感 状 态 进 行 分 类 . 实 验 结 果 表 明 ,脉 搏 率 均 值 等 特 征 对 悲 伤 、愤 怒 和 恐 惧 3 种 情感 的 总 体 分 类 正 确 率 均 能 达 到 6 以 上 . 5
关
键
词 : 搏 波 ;离 散 小 波 变 换 ;脉 搏 率 ;情 感 识 别 脉
本文 采用美 国 B o a 公 司提 供 的多 导 生 理记 录仪 MP 5 ,通过 让 被 试 参 加 情 感诱 发 实验 的方 法 ,采 ip c 10 集在 不 同情感状 态 下产 生 的脉搏 信号 .对 采 集 的脉 搏 信 号 进行 离 散 小 波 变 换 ,通过 对 主 波 、潮波 、重 搏 波 准确定 位后 提取 原 始脉搏 信 号时 域特 征 , 在不 同情 感状 态下 ,进行 脉 搏时 域特 征分 析. 并
1 数 据 采 集
1 1 实验 对象及 实 验素 材 .
实 验对 象为 年龄 在 2 O岁 左 右 的 大 一 学 生 .所 有 被 试 身 体 健 康 ,无 心 脏 疾 病 血 管 疾 病 和 精 神 疾 病
病 史.
实验 采用 影像 素材 .影像 素材 能 够 更 加 真 实 可 靠 的 唤起 被试 的 内心 情 感 .影 像 素 材 时 间 总 长 度 为 5 0
第 3 5卷 第 3期
Vo .3 No 3 1 5 .
西 南 师 范 大 学 学 报 ( 自然 科 学 版 )
人体脉象信号特征提取方法的分析研究
人体脉象信号特征提取方法的分析研究
李墅娜;宋文爱
【期刊名称】《辽宁中医杂志》
【年(卷),期】2008(35)4
【摘要】目的:用现代信号处理方法将人体脉象信号客观的描述出来以揭示中医脉诊的奥秘。
方法:运用小波模极大分析方法对多种脉象信号进行特征提取。
结果:脉象信号的主要特征被很好的提取出来。
结论:小波模极大分析方法可以提取出脉象信号的主要特征。
【总页数】2页(P483-484)
【关键词】脉象;特征提取;小波变换
【作者】李墅娜;宋文爱
【作者单位】中北大学
【正文语种】中文
【中图分类】R241.1
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1.基于小波变换的中医脉象信号特征提取与分析 [J], 岳沛平;李训铭
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3.基于小波变换的脉象信号特征提取方法 [J], 张丽琼;王炳和
4.小波变换在脉象信号特征提取中的应用 [J], 杨丽娟;陈雷;雷松泽
5.脉象信号的特征提取 [J], 杨丽娟;宋蛰存
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脉搏信号的采集与分析
脉搏信号的采集与分析脉搏信号采集与分析技术在医学和健康领域具有重要意义,可以帮助医生判断病人的健康状况,监测患者的心率、血压等生理参数。
本文将介绍脉搏信号的采集与分析的原理、方法和应用,并探讨其在临床医学和健康管理中的价值。
一、脉搏信号的采集技术脉搏信号采集是指通过传感器或设备获取患者的脉搏信号的过程。
目前常用的脉搏信号采集技术主要包括以下几种:1. 传统脉搏测量仪器:如手动测量血压的血压计、心率测量仪器等。
这些仪器通过袖带、探头等装置将患者的脉搏信号传感到设备上,然后通过人工观察或数码显示来获取信号。
2. 传感器技术:现代医疗设备中常采用传感器技术来实现脉搏信号的自动化采集,如心率监测仪、血氧监测设备等。
这些传感器可以直接接触患者的皮肤或通过非接触式技术测量脉搏信号,并将信号传输到数据采集系统上。
3. 无线蓝牙技术:近年来,随着智能医疗设备的发展,蓝牙技术被应用于脉搏信号的采集。
医疗环境中的脉搏仪器可以通过蓝牙与移动设备或云端系统连接,实现对患者脉搏信号的实时监测和记录。
以上这些技术都可以实现对患者脉搏信号的准确采集,为后续的信号分析和处理提供了数据基础。
二、脉搏信号的分析方法脉搏信号的分析,主要是指通过信号处理和算法技术对采集的生物信号进行特征提取、模式识别等处理,以获取患者的生理状况信息。
常用的脉搏信号分析方法包括以下几种:1. 特征提取:通过信号处理技术提取脉搏信号的频率、幅值、时域和频域特征等,用于描述信号的基本特性,如心率、脉搏波形等。
2. 模式识别:利用机器学习、神经网络等方法对脉搏信号进行分类和识别,比如识别心律失常、血压异常等生理状态。
3. 时间序列分析:通过对连续脉搏信号的统计分析和动态建模,揭示脉搏信号的变化规律和趋势,如血压随时间的波动、心率的趋势等。
4. 预测与预警:基于脉搏信号的分析,可以利用数学模型和算法对病人的生理状况进行预测和预警,提前发现可能的健康风险。
以上这些方法在脉搏信号的分析中发挥着重要作用,可以为医生提供客观的生理参数和病情信息,帮助其做出更准确的诊断和治疗决策。
脉搏信号的特征点提取方法研究
脉搏信号的特征点提取方法研究摘要脉搏为体表可触摸到的动脉搏动,它的信号特征对研究心血管系统疾病有着极重要的意义.临床上,我们经常通过分析其波形形态的变化,对病患的心血管系统疾病进行初步诊断。
这也足以说明脉搏信号在心血管生理病理研究方面占据着重要的地位。
而用MATLAB软件工具实现的阈值法,是现在微弱信号特征提取一种比较常见、代码相对简易的算法,但此原始的方法存在着缺陷,分析结果也容易出现较大的偏差。
因此本文对传统的阈值算法进行了改进,采用了差分的阈值方法,可以进一步完善脉搏信号特征点的提取.关键词:脉搏信号;特征提取;差分阈值法;MATLAB软件ABSTRACTPulse is the arterial pulse touched on surface,it has indispensable meaning to reaserch cardiovascular disease.Clinically we often have a preliminary diagnosis of patients with cardiovascular disease according to analysing the change of waveform morphology.This is enough to prove that pulse signal plays an important role in the research of cardiovascular physiology and pathology. And threshold method based on MATLAB is an usual kind of algorithm that has the relatively simple code in field of weak signal feature extraction recently,but there are several bugs in this method,while its result also appears big deviation。
血压脉搏振荡波的三重软件滤波提取算法
・
电子测量与仪器学报
J OU RN A L O F E L E CT RO NI C ME A S U R E ME NT A ND I N S T RUM . 3
4 5 4・
2 0 1 5年 3月
Xu Yo n g f e n g He Yu c h e n g Z h o u L i n
( 1 .S c h o o l o f I n f o r ma t i o n S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g ,Hu a q i a o U n i v e r s i t y ,X i a me n 3 6 1 0 2 1 ,C h i n a ;
摘
要: 脉搏振荡 波的准确提 取是提高示 波法血压测量 精度 的一个 关键 问题 。传 统 的硬件 滤波器 由于 电子元 件 内部 干扰
及各种 噪声 , 使得 所获脉搏振荡 波往往不具 备测量所需 的明显波形 特征 , 从 而导致较 大 的血 压测量 误差 。针对 脉搏振荡 波 提取和处理 问题 , 提出基 于软件 滤波 的三 重滤波算法 。首先通过 递推 均值 滤波 法从 原始 混合 压力 信号 中有 效提 取 出带噪 的脉搏振荡 波 ; 然 后根据噪声信 号 的特点 , 利 用 中值滤 波法 完成 去 噪处 理 ; 最 后再 通过 递 推均 值滤 波 , 实 现对 振荡 波 的平 滑, 最终得到去 噪且波形特 征明显的脉搏 振荡波 。在 M A T L A B 平 台分别 对单 重 、 两重 和三重 滤波算 法进行 仿 真 , 同时 引入 平均欧 氏距 离 、 均方根误差 和相关系数等对 结果进行评 价 。评 价结 果 表明相 比于单重 、 两 重滤 波法 , 三 重滤 波具 有更 高 的
脉搏信号峰值提取方法总结
• (3)去掉所有的最大值点(主波),再找出剩余极大值点中 的最大值和次大值,即潮波和重搏波。
极值法提取脉搏信号的主波、潮波
阈值法检测脉搏信号峰值的缺点
非标准脉搏波形 较长时间的一段脉搏信号
4 信号腐蚀法
• 1)预处理后的信号以0幅度为 基准,将在0幅度(或其它的 参考幅度)以下的信号全部置 于0(相当于把0幅度以下的全 部腐蚀)。
检测到的点满足幅度阈值?N更新阈值确定为峰值点
Y
信号匹配?
Y
N
可变差分阈值法结合SAX匹配方法检测峰值过程
下一步计划
一、修改论文 二、继续学习脉搏图像相关知识
谢谢!
值曲线的极大值即为脉搏信号的峰值,极小值即为脉搏信 号的潮波。
脉搏信号极大值检测结果图
脉搏信号极大值曲线图
6.动态差分阈值法提取脉搏信号峰值
• 脉搏信号的主波一般上升迅速且平滑(有毛刺,可以通 过数据平滑的方法对脉搏信号进行一次或多次平滑)、幅 度较大、差分单调变化的持续时间比较长等特点,在一个 脉搏信号周期中。如图所示,通常情况下从脉搏波的起始 点a到主波波峰b的差分单调变化持续时间大于从c到潮波 波峰d的差分单调变化持续时间,这对大多数潮波高于主 波的情况也适用。
• 胡晓琳,陈晓云.基于符号化表示的时间序列频繁子序列挖 掘[J].计算机工程.2008,34(10):61-63
图1 脉搏信号的高度
在时域脉搏信号的分析中,脉搏信号峰值的提取是其他 参数提取的基础,如脉搏信号的间期,脉率等。 1)阈值法, 2)极值法, 3)腐蚀信号方法(对信号求差分,然后再用阈值法提取 4)拟合动态分类线法 5)动态差分阈值法
脉搏参数采集
图 3.7 电源电路
10
4 软件部分
AD 转换
计算
数码管显 示
串口发送
/***************************************************** 文件名:AD 采样及频率显示 *****************************************************/ #include <reg52.h> #include<intrins.h> #define uchar unsigned char #define uint unsigned int uint num; uchar port,m; uchar ge,shi,bai,qian;
信号采集 传感器
前置放 大电路
滤波 电路
后级放 大电路
PC 显示端
串口通 信电 路
单片机控 制电路
图 2.1 系统总原理框图
A/D 转换 电路
2
3 系统硬件电路设计
3.1 脉搏传感器的选择 脉搏传感器的选择对于整个采集系统的设计非常重要。脉搏传感器的基本
功能就是将切脉压力和桡动脉搏动压力这样一些物理量(非电量)转换成为便于 测量的电信号。因此要求传感器具有一定的检测重复性和线性,可以重复使用, 而且测得的数据具有一定的精度;其次在较大范围内数据具有一定的精度;同 时,还需具有一定的灵敏度和稳定性。
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• 图2 阈值法提取脉搏信号峰值
1.2阈值法提取脉搏信号峰值的
• 1)记脉搏信号为x(t),找到x(t)的最大值m; • 2)用最大的值m减去某值a,记做b=m-a为门限,进行脉搏 信号的门限处理,将x(t)中高于b的值置为b,否则置为0,结 果记为y(t); • 3)对y(t)求差分,结果为1的点对应于脉搏信号的升支, 结果为-1的点对应于脉搏信号的降支,在每相邻的两个升 支之间找最大值max和最小值min,max即为脉搏信号主波波 峰位置,min即为脉搏信号始射点的位置; • 4)在最大值max和最小值min之间寻找最大值,靠近主波 的点为潮波波峰所在点;
脉搏信号中的干扰段
峰值检测过程中适时应用干扰段检测算法
脉搏信号 选取自适应段
自适应段异常?
Y
N
初始阈值设定
可变差分检测 可能的峰值点
更新阈值 确定为峰值点
检测到的点满足幅度阈值?
Y
N
信号匹配?
Y
N
可变差分阈值法结合SAX匹配方法检测峰值过程
下一步计划
一、修改论文 二、继续学习脉搏图像相关知识
谢谢!
5.拟合动态分类线法
• 1)首先,对脉搏信号求一阶和二阶差分,求出脉搏信号 的极值。 • 2)利用插值法拟合出脉搏信号的极大值曲线。 • 3)再对脉搏信号的极大值曲线求一阶和二阶差分,则极大 值曲线的极大值即为脉搏信号的峰值,极小值即为脉搏信 号的潮波。
脉搏信号极大值检测结果图
脉搏信号极大值曲线图
假设采集到的脉搏波为数字信号序列下 x[j],
(max{ x[j ]} x[j p ]) x[j p ] x[j ],j [j p 200,j p 200]
• j∈[0,N],实际波峰x[jp]的判别条件为: 公式中,Δ =(max{x[j]}-min{x[j]})×0.4,jp为波峰点 的位置。
脉搏信号峰值提取总结
兰州理工大学
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• 行鸿彦,许瑞庆,王长松.基于经验模态分解的脉搏信号特征 研究[J].仪器仪表学.3(30).2009.3 • 唐铭一,李凯,马小铁. 脉搏波信号时域特征提取与算法 的研究[J]. 计算机与现代化, 2010, (4): 15-22 • 王海涛,吕沙里,郑慧君,杨军,俞梦孙. 容积脉搏波序列的异 常模式检测[J]. 仪器仪表学报, 2009, 30(11): 2285-2290 • 胡晓琳,陈晓云.基于符号化表示的时间序列频繁子序列挖 掘[J].计算机工程.2008,34(10):61-63
2 极值法
• 要提取的脉搏波的特征信息点(如主波、潮波、重搏波),可 知这些特征点都是脉搏波中的极大值点。极值法的基本思 想是把脉搏波信号的极大值点一次性提取出来,再在极大值 点中分离出脉搏波的时域特征点。 • (1)对于采样的脉搏信号假设为x(n),找出其所有的极大 值点; • (2)对极大值点进行去噪,消除噪声点,在极大值点中找出 理论上的最大值,即主波峰; • (3)去掉所有的最大值点(主波),再找出剩余极大值点中 的最大值和次大值,即潮波和重搏波。
图1 脉搏信号的高度
在时域脉搏信号的分析中,脉搏信号峰值的提取是其他 参数提取的基础,如脉搏信号的间期,脉率等。 1)阈值法, 2)极值法, 3)腐蚀信号方法(对信号求差分,然后再用阈值法提取 4)拟合动态分类线法 5)动态差分阈值法
1 阈值法提取脉搏信号峰值
• 1.1 阈值提取脉搏信号峰值
• 统计分析采集到得脉搏信号发现,虽然每个脉搏波的波峰 有波动,但他们波动总在一个范围内,基本上不超过最大 波形高度的0.3倍,再实际中可以取0.4倍为参考。因此可 以认为波峰点是在每个脉搏周期中波形的最大值附近,大 于其邻域内所有点的点。
6.动态差分阈值法提取脉搏信号峰值
• 脉搏信号的主波一般上升迅速且平滑(有毛刺,可以通 过数据平滑的方法对脉搏信号进行一次或多次平滑)、幅 度较大、差分单调变化的持续时间比较长等特点,在一个 脉搏信号周期中。如图所示,通常情况下从脉搏波的起始 点a到主波波峰b的差分单调变化持续时间大于从c到潮波 波峰d的差分单调变化持续时间,这对大多数潮波高于主 波的情况也适用。
具体来说就是将脉搏信号 降维成不同的字母,然后 定义不同字母之间的距离, 每一段脉搏信号都可以表 示成一个字符串,通过两 个形成的字符串之间的匹 配的距离来判断脉搏信号 的波形是不是干扰段。
脉搏信号和降维后的脉搏信号
在一个子序列内符号化后 的信号序列为: bbbabdcdccddcaaabcccb, 根据字符串之间具体的匹 配算法,经过匹配后认为 其中所含的为干扰段。
脉搏信号和脉搏信号的差分信号
6.1 初始阈值的设定
c
6.2 峰值的检测
6.3 阈值更新
7.脉搏信号的干扰段检测算法
(1)干扰段检测原理 • 在脉搏信号的处理中,脉搏信号由于受到各种因素的干扰 ,其正常的信号段中可能出现部分受到干扰的信号,这不 利于脉搏信号的准确分析。正常脉搏信号的波形是比较规 则的、准周期的,受到干扰的脉搏信号则丧失了这些特点 ,变的杂乱无规则,没有周期性,可以充分利用这个特点 来简单判断脉搏信号中的干扰段,利用相近脉搏信号波形 匹配的方法把信号的干扰段和信号的正常段区分开来。 (2)具体做法 • 利用基于PAA的分段线性表示算法对时间序列进行降维, 依据正态分布的特点设置断点,将降维后的数据序列转化 成相应的符号序列,而后利用相近脉搏信号匹配的方法把 信号的干扰段和信号的正常段区分开来。
极值法提取脉搏信号的主波、潮波
阈值法检测脉搏信号峰值的缺点非标准脉搏波形较长时间的一段脉搏信号
4 信号腐蚀法
• 1)预处理后的信号以0幅度为 基准,将在0幅度(或其它的 参考幅度)以下的信号全部置 于0(相当于把0幅度以下的全 部腐蚀)。 • 2)对腐蚀后的信号求差分( 导数)。 • 3)在求差分后的信号中提取 差分的峰值。 • 4)基于差分的峰值检测差分 信号中的过零点。 • 5)过零点对应于原始脉搏信号 的峰值点。