基于可编程逻辑器件的心电信号实时压缩方法研究

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1、重庆大学硕士学位论文基于可编程逻辑器件的心电信号实时压缩方法研究姓名：韦建敏申请学位级别：硕士专业：电气工程指导教师：杨永明20060401重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要随着科学技术的进步，心电图诊断技术正向远程化和智能化的方向发展。为了便于对大量的心电数据进行存储、分析和传输，必须对其进行有效的压缩。而且在需要进行远程实时心电监护的场合还必须做到心电数据的实时压缩与传输，以提高病情的诊断效率并为患者提供及时可靠的医疗救护。论文围绕着心电数据压缩的算法以及硬件实现这两个方面展开，在分析和研究了国内外现状和综合考虑了算法压缩比和信号失真度，以及硬件的可实现性

2、的基础上，选择折线逐次逼近（LADT）压缩算法进行研究。原始的折线逐次逼近压缩算法充分利用了心电信号的特点，采用折线来拟和曲线，以实现数据压缩，此种算法只需要曲线上的每一点到折线的距离不超过容限，这样可以在曲线较陡的时候保持较高的压缩比，而且恢复出来的曲线与原来的曲线在形状上的差异较小。在时域压缩方法中，此种方法的压缩比最高，但该算法在过去一直未被采用，原因便是在直接实现时需要很复杂的运算，难以实时完成。本文针对该算法存在的这一问题，对其进行了改进，提出了一种可以避免复杂数学运算从而实现实时压缩的算法，通过仿真实验验证，采用改进后的算法，不但保持了高压缩比和

3、失真小的优点，而且得到了良好的实时压缩效果。针对改进后心电信号压缩算法的实现，本文设计了基于FPGA的心电信号采集及压缩处理系统的硬件电路。该系统包括心电信号的模拟采集部分和基于FPGA的心电数据实时压缩处理部分，FPGA芯片选择的是Xilinx公司高性价比的XC3S400芯片，FPGA数据处理部分主要包括A/D数据采集设计、片外存储器扩展设计、D/A转换电路设计以及与上位机通信电路。通过嵌入式软件编程实现了心电信号的采集存储、实时压缩处理和传输，最终通过对心电信号的压缩实验表明，该系统可以实现心电信号的实时压缩，最终压缩比为6，压缩重建后信号延迟10ms左

4、右，从而证明了本文的心电压缩方案是完全可以满足性能要求的。课题中设计开发的基于FPGA的心电数据采集压缩系统是一种便携式的心电记录仪，可以高精度采集患者的多导联心电信号并进行实时压缩处理和传输。在此系统上实际验证了压缩算法的有效性，并为今后远程实时传输系统的实现作了准备。而且该系统可以应用于其他一些信号的采集及处理，实际上是建立了一个数字信号处理的平台，对于其他方面的研究也有一定的参考价值。关键词：心电信号，数据压缩，FPGA，LADT算法I重庆大学硕士学位论文英文摘要AbstrastElectrocardiogram(ECG)diagnosisisdeve

5、lopingtowardsremoteandintelligentmodewiththeprogressoftechnology.Datacompressiontechnologyisneededfortheefficientstorage,analysisandtransportationofthelargeamountofECGdata.Andinthecaseofremotepatientmonitoring,real-timeECGcompressionandtransportationisrequiredtoimprovethediagnostic

6、efficiencyandtoprovidemedicaltreatmentintime.Thelinearapproximationdistancethresholding(LADT)compressionalgorithmisverysuitableforECGsignalsreal-timecompression,whichischosenbystudyingandemulatingexistingalgorithm,whichmakesuseofthecharacteristicofECGsignalstoapproachcurvebystraigh

7、t-line.TheLADTalgorithmhasn’tbeengivenmuchrecognitionforalongtime,whosecompressionratioisthehighestinthetime-domaincompressionalgorithm.Becauseitisverydifficulttoreal-timeimplementwhichneededverycomplextrigonometricandantitrigonometricfunction.Thethesisproposesanalgorithmtoimplemen

8、ttheLADTalgorithm’sFPGAimp