Modified locally-adaptive myriad filters

Authors

  • Н.О. Тулякова
  • А.Н. Трофимчук
  • А.Е. Стрижак

DOI:

https://doi.org/10.30837/rt.2019.1.196.10

Keywords:

locally-adaptive myriad filtering, one-dimensional complex signal, statistical estimates of efficiency

Abstract

Modified myriad locally-adaptive filters (LAF) in a sliding data window with complex use of local activity indicators (LAIs) of previously designed myriad LAFs are proposed. Improvement of integral indicator for the whole complex one-dimensional signal and local efficiency indicators at segments of linear change, constant level and step edge of signal function was achieved according to criterion of the mean-square error. Based on LAIs comparison, the myriad LAFs switch adaptive myriad filters with adaptation of linearity parameter K depending upon local scale estimates and with different values of window length and coefficient influencing on K. In one of the proposed LAFs, the LAI are also used for approximate estimation of the noise level and for choosing the corresponding set of component filters with parameters more appropriate to the estimated noise level. The preliminary use of the robust Hampel myriad filter is proposed for better spikes removal. The algorithms are implemented in real time.

References

Зеленский А.А., Кулемин Г.П. , Лукин В.В, Мельник В.П. Локально-адаптивные устойчивые алгоритмы обработки радиоизображений. Препр. / АН Украины. Ин-т радиоэлектрон. 93-143, Харьков, 1993. 39 с.

Лукин В.В. Анализ поведения показателей локальной активности для нелинейных адаптивных филь-тров // Радиофизика и электроника : сб. науч. тр. НАН Украины. Ин-т радиофизики и электроники им. А.Я. Усикова. Харьков, 1998. Вып.3. № 2. С. 80-89.

Lukin V.V., Zelensky A.A., Tulyakova N.O., Melnik V.P. Adaptive method for 1-D signal processing based on nonlinear filter bank and Z-parameter // NSIP`99: Proc. of the IEEE/EURASIP Workshop on Nonlinear Signal and Image Processing. Antalya (Turkey). 1999. Vol.1. P.287-291.

Melnik V.P., Lukin V.V., Zelensky A.A., Astola J.T., Kuosmanen P. Local Activity Indicators: Analysis and Application to Hard-Switching Adaptive Filtering of Images // Optical Engineering Journal. 2001. Vol.40, No.8. P.1441-1455. doi:10.1117/1.1385815.

Christov I., Daskalov I. Filtering of electrocardiogram artifacts from the electrocardiogram // Medical Engineering & Physics. 1999. Vol.21. P.731-736.

Dotsinsky I., Mihov G. Simple Approach for Tremor Suppression in Electrocardiograms // Int. J. Bioaotomation. 2010. Vol.14, No.2. P.129-138.

Bortolan G., Christov I., Simova I., Dotsinsky I. Noise processing in exercise ECG stress test for the analysis and the clinical characterization of QRS and T wave alternans // Biomedical Signal Processing and Control. 2015. Vol.18. P.378-385.

Bortolan G., Christov I. Dynamic Filtration of High-Frequency Noise in ECG Signal // Computing in Cardiology, 7-10 Sept. 2014. Cambridge (USA), 2014. Vol.41. P.1089-1092.

Christov I., Neycheva T., Schmid R., Stoyanov T., Abächerli R. Pseudo real-time low-pass filter in ECG, self-adjustable to the frequency spectra of the waves // Medical & Biological Engineering & Computing. 2017. Vol.55, No.9. P.1579-1588.

Christov I., Neycheva T., Schmid R. Fine tuning of the dynamic low-pass filter for electromyographic noise suppression in electrocardiograms // Computing in Cardiology, 24-27 Sept. 2017. Rennes (France), 2017. Vol.44. P.1-4.

Christov I., Raikova R., Angelova S. Separation of electrocardiographic from electromyographic signalsusing dynamic filtration // Medical Engineering & Physics. 2018.

Savitzky A., Golay M. Smoothing and differentiation of data by simplified least squares procedures // Analytical Chemistry. 1964. Vol.36. P.1627-1639. doi: 10.1021/ac60214a047.

Astola J., Kuosmanen P. Fundamentals of Nonlinear Digital Filtering. USA: CRC Press LLC, 1997. 276 p.

Nikolaev N., Nikolov Z., Gotchev A., Egiazarian K. Wavelet domain Wiener filtering for ECG denoising using improved signal estimate // ICASSP'00: Proceedings of the IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing. 5-9 June 2000, Istanbul (Turkey), 2000. Vol.6. P.3578-3581. doi: 10.1109/ICASSP.2000.860175.

Gotchev A. Spline and Wavelet Based Techniques for Signal and Image Processing. Thesis for the degree of Doctor of Technology, 5th September, Tampere (Finland), Tampere University of Technology Publ., 2003. 171 p.

Gotchev A., Christov I., Egiazarian K. Denoising of electrocardiogram from electromyogram artifacts by combined transform-domain and dynamic approximation method. ICASSP'2002: Proc. of the IEEE Int. Conf. on Acoustics, Speech, and Signal Processing. 13-17 May 2002, Orlando (USA), 2002. Р.3872-3875. doi: 10.1109/ICASSP.2002.5745502.

Тулякова Н.О. Локально-адаптивные мириадные фильтры // Радиотехника. 2014. Вип.179. С.50-59.

Тулякова Н.О. Локально-адаптивная мириадная фильтрация сигнала электрокардиограммы // Радиотехника. 2015. Вип.180. С.152-162.

Tulyakova N. Locally-Adaptive Myriad Filters for Processing ECG Signals in Real Time // Int. J. Bioaotomation. 2017. Vol.21, No.1. P.5-18.

Тулякова Н.О., Трофимчук А.Н., Стрижак А.Е. Алгоритмы фильтрации электрокардиограммы с динамически изменяемым размером окна // Радиоэлектронные и компьютерные системы. 2016. №2 (76). С.4-14.

Тулякова Н.О., Трофимчук А.Н., Стрижак А.Е. Адаптивные мириадные фильтры для обработки сигналов электрокардиограммы, регистрируемых с высокой частотой дискретизации // Радиоэлектронные и компьютерные системы. 2016. №4 (78). С.97-107.

Тулякова Н.О., Трофимчук А.Н., Стрижак А.Е. Адаптивные алгоритмы устранения электромиографического шума в сигнале электрокардиограммы // Радиотехника. 2017. Вып.188. С.70-78. [Transl.: Tulyakova N., Trofimchuk A., Strizhak A. Adaptive algorithms for elimination of electromyographic noise in the electrocardiogram signal // Telecommunications and Radio Engineering. 2018. Vol.77, No.6. P.549-561. doi: 10.1615/TelecomRadEng.v77.i6.70].

Тулякова Н.О., Трофимчук А.Н., Будник Н.Н., Стрижак А.Е. Сравнительный анализ локально-адаптивных нелинейных фильтров для комплексной модели одномерного сигнала // Радиоэлектронные и компьютерные системы. 2015. №2 (72). С.97-111.

Тулякова Н.О., Трофимчук А.Н., Будник Н.Н., Стрижак А.Е. Применение локально-адаптивной устойчивой фильтрации для повышения точности оценок экстремумов различного типа // Радиотехника. 2015. Вип.183. С.59-67.

Тулякова Н.О., Лопаткин Р.Ю., Трофимчук А.Н., Стрижак А.Е. Применение локально-адаптивной мириадной фильтрации для комплексной модели одномерного сигнала // Радиоэлектронные и компьютерные системы. 2017. №3 (83). С.14-25.

Tulyakova N., Neycheva T., Trofymchuk O., Stryzhak O. Locally-adaptive myriad filtration of one-dimensional complex signal // Int. J. Bioaotomation. 2018.

Тулякова Н.О., Трофимчук А.Н., Стрижак А.Е. Адаптивный метод с шумо- и сигнально-зависимым переключением фильтров для подавления нестационарного шума в сигнале электрокардиограммы в реальном времени // Радиотехника. 2018. Вип.194. С.79 – 96.

Gonzalez J.G., Paredes J.L., Arce G.R. Zero-Order Statistics: A Mathematical Framework for the Processing and Characterization of Very Impulsive Signals // IEEE Transactions on Signal Processing. 2006. Vol.54, No.10.P.3839-3851. doi: 10.1109/TSP.2006.880306.

Carrillo R.E., Aysal T.C., Barner K.E. A Generalized Cauchy Distribution Framework for Problems Requiring Robust Behavior // EURASIP Journal on Advances in Signal Processing. 2010. Vol.2010. 19 p. doi: 10.1155/2010/312989.

Gonzalez J.G., Arce G.R. Optimality of the myriad filter in practical impulsive-noise environments // IEEE Transactions on Signal Processing. 2001. Vol.49, No.2. P.438-441. doi: 10.1109/78.902126.

Kalluri S., Arce G.R. Adaptive weighted myriad filter algorithms for robust signal processing in -stable noise environments // IEEE Transactions on Signal Processing. 1998. Vol.46, No.2. P.322-334. doi: 10.1109/78.655418.

Abramov S.K., Lukin V.V., Astola J. Adaptive myriad filter // СD-ROM Proc. of NSIP'2001. Baltimore (USA), 2001. 5 p.

Pander T. Impulsive Noise Filtering In Biomedical Signals With Application of New Myriad Filter // Biosignal' 2010: Proc. of the Int. Conf. 2010. Vol.20. P.94-101.

Pearson R.K., Neuvo Y., Astola J. The Class of Generalized Hampel Filters // EUSIPCO: Proc. of the 23td European Signal Processing Conf. 21 Aug.-4 Sept. 2015. Nice (France), 2015. P.2546-2550. doi: 10.1109/EUSIPCO.

Абрамов С.К. Алгоритм реализации мириадной фильтраци // Авиационно-космическая техника и технология. 2000. Вып.21. С.143-147.

Abramov S., Lukin V., Astola J. (2000). Myriad Filter Properties and Parameter Selection., UkrOBRAZ’2000: Proc. of the Fifth All-Ukrainian Int. Conf., Kiev (Ukraine). Р. 59 – 62.

Тулякова Н.О., Трофимчук А.Н., Стрижак А.Е. Алгоритмы мириадной фильтрации // Радиоэлектронные и компьютерные системы. 2014. №4 (68). С.76-83.

Downloads

How to Cite

Тулякова, Н., Трофимчук, А., & Стрижак, А. (2019). Modified locally-adaptive myriad filters. Radiotekhnika, 1(196), 77–88. https://doi.org/10.30837/rt.2019.1.196.10

Issue

No. 196 (2019): Radiotekhnika

Section

Articles

License

Authors who publish with this journal agree to the following terms:

1. Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.

2. Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.

3. Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).