嵌入式起搏心电信号压缩感知特性研究

发布时间：2017-05-05 18:15

  本文关键词：嵌入式起搏心电信号压缩感知特性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着医疗物联网的快速发展,利用穿戴式无线体域网、手机终端等实时监测心电图(Electrocardiograph,ECG)信号、血压、血氧等多生理参数,已变得非常便利、广泛。同时,对高频心电信号、起搏心电信号等复杂生理信号的无线感知和采集也提出更高需求。然而,上述两类心电信号因固有频率较高,按传统奈奎斯特(Nyquist)定律,信号的采集数据量较大,所以,探索高效生理信号压缩的方法非常必要。在此,对起搏心电信号的压缩感知特性进行初步研究。论文主要研究工作有:第一,嵌入式环境下起搏心电信号的感知与传输利用穿戴式无线体域网或者手机终端等,实现起搏心电信号的感知与传输。通过蓝牙4.0模块实现起搏心电信号的近程无线传输,解除了传统有线传输带来的束缚,降低信号传输的错误率与丢失率。第二,设计起搏心电信号稀疏分解基函数首先对小波基函数的特性进行分析,然后选择典型小波基函数分别对信号进行稀疏分解。最终通过实验证明:当选择的小波基函数与起搏心电信号具有相似特点时,信号的稀疏分解效果较好;并可知db小波、coiflet小波和symlet小波基函数,能对心电信号进行较好的稀疏表达。第三,起搏心电信号压缩感知的测量矩阵优化设计通过对常见测量矩阵构造方法及各自适用范围的研究,最终得出随机高斯测量矩阵更适于心电信号的降维观测,并为后续信号的精确重构提供理论依据和保障。第四,起搏心电信号嵌入式压缩感知的重构及其性能评测通过寻找合适的重构算法实现信号的精确重构,并对选择常见的性能评测标准对重构的性能进行评价。由实验结论可知:正交匹配追踪算法可以实现较好的信号重构效果,并且压缩感知信号的重构精度与压缩比、测量矩阵的M值密切相关,为获得较高的重构精度,需要减小压缩比、增大M值,同时计算复杂度将会随之升高。
【关键词】：起搏心电信号 压缩感知 稀疏分解 测量矩阵 重构精度
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R319;TN911.7
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 课题研究的背景和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 基于压缩感知理论方面的研究12-14
• 1.2.2 基于无线传感器网络、体域网的嵌入式压缩感知研究14
• 1.2.3 在嵌入式起搏心电数据压缩方面的研究14-15
• 1.2.4 压缩感知存在的相关问题15
• 1.3 本论文的主要工作与章节安排15-18
• 1.3.1 本文的主要研究内容15-17
• 1.3.2 本文的结构安排17-18
• 2 基于嵌入式的起搏心电数据采集与感知前端设计18-28
• 2.1 起搏心电图的解析18-20
• 2.1.1 VVI起搏心电图分析19
• 2.1.2 AAI起搏心电图分析19-20
• 2.1.3 DDD起搏心电图分析20
• 2.2 硬件子模块的研究与设计20-24
• 2.2.1 起搏心电数据感知系统的研究与设计21-22
• 2.2.2 前置放大滤波电路的研究与设计22-23
• 2.2.3 移动监护终端机的研究与设计23-24
• 2.3 蓝牙通信的研究与设计24-26
• 2.4 移动监护终端软件系统的设计26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 3 起搏心电信号的稀疏表示28-38
• 3.1 压缩感知稀疏化理论的概述28-29
• 3.1.1 压缩感知理论简介28-29
• 3.1.2 稀疏信号的定义29
• 3.2 起搏心电信号的稀疏变换29-36
• 3.2.1 常见小波函数的分析30
• 3.2.2 稀疏变换下小波基函数的选择30-31
• 3.2.3 MIT-BIH心电信号稀疏表示的处理31-33
• 3.2.4 起搏心电信号稀疏表示的处理33-36
• 3.3 实验结果对比与分析36-37
• 3.4 本章小结37-38
• 4 测量矩阵的设计与优化38-46
• 4.1 测量矩阵的理论概述38-39
• 4.2 测量矩阵的设计39-41
• 4.2.1 测量矩阵的设计准则39
• 4.2.2 测量矩阵设计的关键问题39-40
• 4.2.3 测量矩阵的类型40-41
• 4.3 常见测量矩阵的构造41-43
• 4.3.1 随机高斯测量矩阵的构造41
• 4.3.2 随机贝努利矩阵的构造41-42
• 4.3.3 部分正交测量矩阵的构造42-43
• 4.3.4 托普利兹和循环测量矩阵的构造43
• 4.4 本文中测量矩阵的设计43-44
• 4.5 本章小结44-46
• 5 起搏心电信号的压缩感知重构与性能分析46-59
• 5.1 几种常见的压缩感知重构算法46-48
• 5.1.1 贪婪算法46-47
• 5.1.2 凸优化算法47-48
• 5.2 起搏心电信号的压缩感知重构48-50
• 5.2.1 MIT-BIH心电信号的压缩感知重构48-49
• 5.2.2 起搏心电信号的压缩感知重构49-50
• 5.3 压缩感知重构性能的评价50-55
• 5.3.1 常见的性能评价指标50-51
• 5.3.2 MIT-BIH心电信号的性能评价51-53
• 5.3.3 起搏心电信号的性能评价53-55
• 5.4 实验结果对比与分析55-58
• 5.5 本章小结58-59
• 6 总结与展望59-61
• 6.1 工作总结59-60
• 6.2 工作展望60-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-66
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果66-67

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本文编号：346859