低功耗ECG信号处理平台关键技术研究

发布时间：2017-04-10 17:02

  本文关键词：低功耗ECG信号处理平台关键技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着社会经济发展和人们健康意识的提高,传统医疗设备已经不能满足人们对便携性日益增长的需求,便携式可穿戴健康医疗设备成为新的研究热点,实时、无创的监测使用者的生理参数对设备的功耗和体积都提出了更高要求。本文选择了心电信号作为研究对象,通过对ECG信号进行去噪、关键点信息提取等一系列操作达到对ECG信号进行数据压缩的目的,进而降低了射频模块的数据发送量,最终达到降低系统功耗的目的。本文通过对ECG信号的特点进行分析,提出了完整的解决方案。算法方面:基于小波的阈值收缩去噪算法用于去除运动伪迹和肌电干扰,并配合双二阶IIR滤波器去除工频干扰,通过去除第八层低频小波系数去除基线漂移。经验证算法在有效地消除了心电信号中的噪声的同时,较好地保护了心电信号中的特征点。动态极值对QRS波群检测算法通过SWT对ECG信号进行4层小波分解进行特征点提取,同时加入基于不应期的错检漏检算法,在保证算法可靠性的前提下降低了运算复杂度,其中R峰检测率接近100%。硬件实现方面:采用中科院微电子研究所提出的可编程可配置处理器硬件平台架构实现,以可配置处理算子完成信号处理算法中计算密集度高的共性操作,以可编程的ARM Cortex M0处理器内核完成相对不规则的运算,任务调度与控制、功能扩展和算法升级,从而达到极低功耗和高灵活性的最优化折中。同时采用了门控时钟、存储器数据复用等低功耗设计方法来降低系统功耗。逻辑功能通过验证,已采用SMIC130工艺完成了后端设计和版图实现。
【关键词】：心电信号 可穿戴 低功耗 可配置 小波阈值收缩
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN911.7
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符号对照表11-12
• 缩略语对照表12-16
• 第一章 绪论16-22
• 1.1 研究目的及意义16-17
• 1.2 心电信号的特点17-18
• 1.2.1 心电信号包含主要信息17
• 1.2.2 心电信号包含的主要噪声17-18
• 1.3 国内外研究现状18-19
• 1.4 本文的探索及解决方案19-21
• 1.4.1 低功耗架构的探索19-20
• 1.4.2 本文的解决方案及工作目标20-21
• 1.5 本文章节安排21-22
• 第二章 小波基础知识简介22-32
• 2.1 引言22
• 2.2 从傅里叶变换到小波变换22-24
• 2.3 小波变换的定义24-25
• 2.4 多分辨率分析与Mallat算法25-26
• 2.5 多孔算法26-27
• 2.6 小波边界问题27-29
• 2.6.1 小波边界问题的产生27-28
• 2.6.2 边界延拓方法简介28-29
• 2.7 本章总结29-32
• 第三章 ECG去噪算法的研究32-50
• 3.1 引言32
• 3.2 噪声模型的建立32-34
• 3.2.1 心电信号的选择32
• 3.2.2 去噪效果的评价标准32-33
• 3.2.3 噪声模型的建立33-34
• 3.3 小波基的选择34-35
• 3.4 小波分解级数的确定35-37
• 3.5 阈值与阈值收缩函数37-42
• 3.5.1 收缩函数37-39
• 3.5.2 小波阈值的选择39-42
• 3.6 实例信号模型的消噪42-48
• 3.6.1 工频干扰的消除42-44
• 3.6.2 肌电噪声的消除44-45
• 3.6.3 基线漂移的消除45-46
• 3.6.4 运动伪迹的消除46-47
• 3.6.5 混合噪声信号的去噪47-48
• 3.7 本章总结48-50
• 第四章 基于小波的心电信号特征提取算法的研究50-60
• 4.1 引言50
• 4.2 基于小波变换的奇异点检测原理50-51
• 4.3 R峰的检测算法51-55
• 4.3.1 R峰的初步定位算法51-52
• 4.3.2 偏移校正52-53
• 4.3.3 基于不应期的R峰的错检漏检算法53-55
• 4.4 QS波群的检测算法55-57
• 4.5 PT波群检测的探索57-58
• 4.6 低功耗算法优化58
• 4.7 QRS波群检测算法检测结果的验证58-59
• 4.8 本章总结59-60
• 第五章 关键模块硬件实现60-88
• 5.1 引言60
• 5.2 低功耗电路设计的基础原理60-61
• 5.2.1 时钟门控技术60-61
• 5.2.2 降低存储器功耗61
• 5.3 总体架构61-62
• 5.4 ARM Cortex M0平台简介62-66
• 5.4.1 ARM Cortex M0平台架构简介63-64
• 5.4.2 CM0寻址模式简介64
• 5.4.3 电源管理策略64-66
• 5.5 RCP加速算子的设计66-82
• 5.5.1 可配置SWT算子设计66-71
• 5.5.2 可配置biquad滤波器算子设计71-74
• 5.5.3 可配置DWT算子设计74-79
• 5.5.4 共享存储器79-80
• 5.5.5 基于环形存储器的数据缓存设计80-82
• 5.6 测试与验证82-85
• 5.6.1 RTL功能仿真82-84
• 5.6.2 实时算法仿真平台84-85
• 5.7 ASIC设计实现85-87
• 5.8 本章总结87-88
• 第六章 总结与展望88-90
• 6.1 研究工作总结88
• 6.2 后续工作展望88-90
• 参考文献90-96
• 致谢96-98
• 作者简介98-99

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本文编号：297142