Jak zní naše tělo - měření a interpretace biosignálů lidského těla

Abstract

Tato bakalářská práce je věnována převodu biosignálů do slyšitelného spektra za účelem jejich následné akustické reprodukce. Hlavní problém při zpracování biologických signálů je jejich velmi nízká frekvence, která se nachází pod spodním prahem lidského sluchu. Z tohoto důvodu je vyžadován umělý posun frekvenčního spektra signálu. Tohoto cíle je ve vyvinuté softwarové aplikaci dosahováno pomocí amplitudové modulace aplikované na signál převzorkovaný na 44100~Hz, čímž je reprezentována standardní vzorkovací frekvence v digitálním audiu. Prostřednictvím přednastavených digitálních filtrů je rovněž umožněno očištění surového signálu od nežádoucích pohybových artefaktů a síťového rušení (50~Hz). K tomuto účelu byly implementovány filtry s konečnou (FIR) i nekonečnou (IIR) impulsní odezvou, přičemž z filtrů typu IIR byly využity aproximace podle Butterwortha a Čebyševa. Výsledným programem je tak uživateli poskytován komplexní nástroj pro kmitočtovou filtraci a frekvenční posun biosignálů za účelem vygenerování zvukového výstupu.

This bachelor’s thesis focuses on the conversion of biosignals into the audible spectrum for the purpose of their subsequent acoustic reproduction. The main challenge in processing biological signals is their very low frequency, which lies below the threshold of human hearing. For this reason, an artificial shift of the signal’s frequency spectrum is required. In the developed software application, this goal is achieved by applying amplitude modulation to a signal resampled to 44100~Hz, which represents the standard sampling frequency in digital audio. Preset digital filters also enable the raw signal to be filtered of unwanted motion artifacts and power line noise (50~Hz). For this purpose, both finite-impulse-response (FIR) and infinite-impulse-response (IIR) filters were implemented, with Butterworth and Chebyshev approximations used for the IIR filters. The resulting program thus provides the user with a comprehensive tool for frequency filtering and frequency shifting of biosignals for the purpose of generating audio output.