编码精度自调节的心电压缩ASIC

发布时间：2020-05-27 22:48

【摘要】：心电压缩能够有效减少传输成本和数据存储量,对于远程医疗技术的发展具有重要的研究和应用价值。由于心电压缩常用于便携式穿戴设备,对系统的面积和功耗有着较高的要求,因此心电压缩算法的低成本低功耗实现是研究的重点。本文综合考虑压缩性能和电路成本设计了基于5/3小波变换和EZW编码的心电压缩电路,针对EZW编码的精度固定,导致不同样本压缩率不稳定的问题,提出了一种编码精度自调节方案,并对编码算法进行优化的电路设计以满足低功耗处理需求。论文的主要研究内容和创新点如下:1.基于对现有算法的压缩性能和计算复杂度的分析,选用了 5/3小波变换结合EZW编码作为本设计的压缩算法。2.针对EZW编码的不足之处,即当精度固定时,由于不同样本的信号特性差异,导致压缩率不稳定的问题,本文提出了一种精度自适应调节的算法,利用信号平稳性和可压缩性间的联系,将小波分解系数的统计值作为精度调节参数,有效降低压缩率的波动。3.针对EZW编码算法包含大量递归运算的问题,本文进一步提出了一种逆向扫描机制用于EZW的主扫描过程,减少了迭代次数并降低了编码实现复杂度及功耗4.利用5/3小波变换的同址运算特性,将数据顺序存储方式改为间隔存储,减少了中间值存储资源,并基于该存储结构设计了压缩算法的硬件架构,通过MIT-BIH样本测试证实了其压缩性能的优越性,以及电路系统的低功耗特性。
【图文】：

心电信号,检测器,波形,心电图仪

脏活动的变化，是现代医学用于心血管疾病临床诊断的主要手段。在心脏收缩和逡逑舒张过程中，心肌细胞产生的电流传导到体表，在体表各部位形成了随时间变化逡逑的电位差，即心电信号，通过心电图仪的二次投影得到了导联心电图１４］。心电逡逑信号是一个准周期信号，主要由Ｐ、ＱＲＳ、Ｔ及Ｕ波组成，如图１．１所示。当心逡逑脏受损或坏死时，在心电图上显现为各个波段异变和进行性衍变过程。研究表明，逡逑心电图能够用于有效地捡测心律失常［５１，心室肥厚［６］，缺血性心脏病Ｍ，，心率衰竭逡逑ｍ等等疾病，对疾病诊断和病理研究具有十分重要的参考价值。逡逑ＱＲＳ逡逑Ｃｏｍｐｌｅｘ逡逑Ｒ逡逑ＰＲ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｓｅｇｍｅｎｔ逦丁逡逑Ｐ邋—逦｜邋｜逦■逡逑ｓ逡逑ＱＴ邋Ｉｎｔｅｒｖａｌ逡逑图１．１典型的心电信号波形Ｗ逡逑传统的心电信号采集方式需要使用配备电联线的心电信号专用检测器械，并逡逑在人体不同部位放置电极贴片，由心电图仪对周期变换的心电信号进行采样。但逡逑心脏疾病具有突发性、随机性，临床监测所得到的心电信息十分有限，难以满足逡逑１逡逑

二维图像,二维图像,小波分解,细节

性的性质进行渐进式地编码，能够充分使用空间信息。逡逑对一幅Ｎ＊Ｎ的图像进行二维小波变换之后，可以得到四个（Ｎ／２）邋＊邋（Ｎ／２）逡逑的子图，分别为近似图像、水平细节、垂直细节、对角细节，如图２．５邋（ａ）所示。逡逑根据频率子带的类别对应为低频低频（ＬＵ）、低频高频（ＬＨＤ、高频低频（ＨＬＤ、逡逑高频高频（ＨＨ！）。采用相同方法针对ＬＬ子带进行进一步地变换，可以生成四个逡逑新的子带图像。以此类推，经过了多级小波变换之后，原始图像可以形成如图２．５逡逑（ｂ）所示的多层次结构。逡逑ＬＬｓ邋ＬＨｊ逡逑逦ＬＨ２逡逑近似图像邋水平细节逦ｎ逦逦．邋ｕ逡逑ＬＬ，逦ＬＨｔ逦ＬＨｌ逡逑ＨＬ２邋ｈｈ２逡逑垂直细节逦对角细节逦ｕｕ逡逑ＨＬ，逦ＨＨ，逦ＨＬｌ逦ＨＨｌ逡逑（ａ）邋—级小波分解逦（ｂ）三级小波分解逡逑图２．５二维图像小波分解结构逡逑将各个点称为节点，并将每个点和其子图像上对应位置的点定义为父子关系，逡逑如图２．６所示，箭头由父节点指向子节点。以图中的三层结构为例：（１）最低频逡逑子带ＬＵ中任意一点在ＨＬ３、ＬＨ３、ＨＨ３中的相应位置均有一个儿子节点
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN702

【参考文献】