当前位置:主页 > 医学论文 > 生物医学论文 >

低功耗心电处理算法及存储架构研究

发布时间:2018-03-10 12:45

  本文选题:极低功耗 切入点:心电信号 出处:《浙江大学》2015年博士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:集成电路技术的发展使更多复杂的处理模块能够集成在很小的芯片上,这给基于传感器的可穿戴心电监测装置发展带来了机会。在可穿戴心电平台中,基于通用处理器的心电处理平台能够同时兼顾硬件和软件设计的灵活性而应用广泛,但是功耗是其应用的主要障碍。本文以心电信号处理为目标,以通用处理器平台的低功耗设计为核心,主要研究了包括心电处理算法和处理器存储架构等关键技术,具体的研究内容和创新点包括:1.基于经验模态分解的心电压缩算法研究。通过分析经验模态分解算法的流程和特性,本文首次提出了使用经验模态分解的筛选过程进行压缩的算法。该算法使用第一阶本征模态函数的筛选过程,利用筛选函数的极值均值点能够重构原信号的特点,避免了传统使用极值点拟合本征模态函数具有较大误差的缺点,并结合筛选函数重组、极值均值点优化选取的方法,减少了需要保存的特征点数量,在达到较低重构失真的同时增加了压缩效率。相对于传统经验模态分解的心电压缩方法和其他变换域的方法,该方法能够实现更大的压缩效率和更低的重构失真。在以传输数据为任务的可穿戴心电设备中,该方法能够降低数据传输量,减少无线传输功耗。2.信号特征预判的低功耗QRS检测算法研究。本文通过分析基于小波变换的QRS检测算法,利用绝大部分小波变换系数幅值较小的特点,提出了基于时域信号特征预判的低运算量QRS检测算法。该方法利用简单的时域滤波和预判操作,筛选出信号中疑似QRS波段,并结合不同RR间隔(心跳间隔),对疑似QRS波使用基于单尺度小波分解和多尺度小波分解相结合的QRS检测方法。实验结果表明,该算法在检测准确率和抗噪声能力上都与原基于小波变换的算法相当的情况下,获得了77.9%的运算功耗降低。该算法能够获得算法复杂度和功耗的降低,非常适应可穿戴心电平台的实时处理需求。3.面向心电处理的低功耗内存架构研究。本文通过分析基于小波变换的QRS检测算法,研究了内存空间中局部地址范围内的值空间局部性(内存值之间差值较小),提出了基于值压缩的压缩存储策略,其通过在多个内存地址中使用一个基地址和多个较小宽度偏移值的方法,降低存储空间消耗。并针对内存值动态变化特性,设计了以链表方法管理的后备非压缩空间用于动态的分配和释放非压缩内存空间存储原压缩值。进一步,利用程序内存的顺序访问特性,本文设计了基于内存读写缓存的低功耗访问策略。实验结果显示,相对原内存架构,该内存架构能获得32.5%的内存空间降低,68.1%的内存功耗降低。该架构和方法能够在降低内存容量消耗的基础上,获得访问功耗的降低,非常适用于基于通用处理器的心电平台。本文提出的关键技术对可穿戴心电检测平台,特别是针对极低功耗心电处理的通用处理器平台的设计具有积极的理论研究意义和实际应用价值。
[Abstract]:The development of integrated circuit technology enables more complex processing module can be integrated in a small chip, this sensor based Wearable ECG monitoring device development opportunities. In the Wearable ECG platform, ECG processing platform processor can also both hardware and software design flexibility and application based on widely, but the power consumption is a major obstacle to its application. Based on the ECG signal processing as the goal, with low power consumption design of general processor platform as the core, mainly studies the key technologies including ECG processing algorithm and storage processor architecture, research content and innovation include: 1. research based on empirical mode decomposition of ECG compression through the algorithm. The procedure and characteristics of empirical mode decomposition algorithm, this paper presents for the first time using the screening process of EMD. The compression algorithm Method using the screening process of first order intrinsic mode function, using the screening function of the extreme point average can reconstruct the original signal, avoid the use of the traditional fitting extremum intrinsic mode function has larger errors, and combined with the screening function recombination method of extremum point average optimal selection, reduce the number of feature points to at the same time in the preservation of the low distortion increases the compression efficiency. Compared with the traditional methods of empirical mode decomposition method of ECG compression and other transform domain, this method can achieve higher compression efficiency and lower distortion. In the transmission of data to the task of wearable electric equipment in the heart. The method can reduce the amount of data transmission, reduce the research of low power QRS wireless transmission power.2. feature detection algorithm to predict the signal. In this paper, through the analysis of the QRS detection algorithm based on wavelet transform, the use of the vast Most of the wavelet transform coefficients smaller amplitude of the proposed low complexity QRS detection algorithm based on time domain signal characteristics predict. The method using time-domain filtering and pre operation simple sentence, screening out the signal of suspected QRS band, and a combination of different RR interval (heartbeat interval), suspected of using QRS wave detection method of single QRS wavelet decomposition and wavelet decomposition based on combination. The experimental results show that the algorithm in the detection accuracy and anti noise ability and primordium on wavelet transform algorithm is quite the case, won 77.9% of the operation to reduce the power consumption. The algorithm can reduce the algorithm complexity and power consumption, can be very fit wear heart electric platform real-time processing requirements of.3. oriented research on low power memory architecture ECG processing. In this paper through the analysis of the QRS detection algorithm based on wavelet transform, the local memory space The address range of the spatial locality (memory value difference between the smaller, proposed) value compression storage strategy based on compression, the method uses a base address and a number of smaller width offset value in a plurality of memory address, reduce storage space and memory consumption. According to the dynamic characteristics of value, design a list of management method for the dynamic reserve of non compressed space allocation and release of memory space to store the original uncompressed compression value. Further, the program memory sequential access characteristics, this paper designed to read and write memory cache access strategy based on low power consumption. The experimental results show that compared to the original memory architecture, the memory architecture can be obtained 32.5% memory space is reduced, the power consumption is reduced. The 68.1% memory architecture and method can reduce memory consumption based on access, reduction in power consumption, is very suitable for use in general The key technology of this paper has positive theoretical significance and practical application value for the design of Wearable ECG detection platform, especially for the design of universal processor platform for extremely low power ECG processing.

【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN911.7;R197.39

【相似文献】

相关会议论文 前2条

1 张然;董晓恒;罗修波;;反射内存网络在实时信号传输中的应用[A];2007系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2007年

2 赵齐;黎铁军;邢座程;;DDR3内存系统错误及检错研究[A];第十五届计算机工程与工艺年会暨第一届微处理器技术论坛论文集(A辑)[C];2011年

相关重要报纸文章 前10条

1 胡军;添加内存真能让“本本”飞起来?[N];中国消费者报;2007年

2 山东 郭振海;内存六种异常故障排除法[N];中国电脑教育报;2001年

3 周双仁;内存故障排除六法[N];中国电脑教育报;2004年

4 冯小民;内存神医[N];电脑报;2001年

5 安徽 刘勇;内存异常故障的排除法[N];中国电脑教育报;2005年

6 郝晓波;内存错误不用慌[N];中国计算机报;2003年

7 均儿;内存X档案[N];电脑报;2006年

8 屈健;尖峰时刻[N];电脑报;2001年

9 ;实现低开销和高速度的RDMA[N];网络世界;2003年

10 北京 成兆义;劣质内存被Win2000“拿下”[N];电脑报;2004年

相关博士学位论文 前7条

1 赵朝君;低功耗心电处理算法及存储架构研究[D];浙江大学;2015年

2 李磊;网格化内存服务体系结构研究[D];中国科学院研究生院(计算技术研究所);2008年

3 王绍刚;基于分离设计方法的硬件事务内存系统研究[D];国防科学技术大学;2009年

4 朱宗卫;基于系统时空行为特征的内存功耗优化研究[D];中国科学技术大学;2014年

5 朱素霞;面向多核处理器确定性重演的内存竞争记录机制研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

6 张扬;基于操作语义的弱内存模型描述及程序逻辑研究[D];中国科学技术大学;2015年

7 王睿伯;面向NUMA结构的软件事务内存关键技术研究[D];国防科学技术大学;2011年

相关硕士学位论文 前10条

1 孝瑞;内存动态安全监测及防范研究[D];华北电力大学;2015年

2 董步云;Windows平台基于数据关联的内存取证分析技术研究[D];南京大学;2014年

3 朱国梁;存储类内存模拟器的设计与实现[D];国防科学技术大学;2013年

4 吴鸿远;基于共享内存的域间通信优化方法研究[D];杭州电子科技大学;2015年

5 高士翔;基于内存页流验证的ROP防御方案[D];南京大学;2016年

6 周帆;基于安卓内存的证据挖掘与关联分析[D];南京邮电大学;2016年

7 李作骏;访存踪迹收集工具的逻辑设计与实现[D];中国科学院大学(工程管理与信息技术学院);2016年

8 冒伟;基于相变存储器的混合内存系统研究[D];华中科技大学;2015年

9 张进宝;一种基于页面热度的异构内存能耗管理机制[D];华中科技大学;2015年

10 陈丹丹;用软件实现局域网中的内存共享[D];南京航空航天大学;2002年



本文编号:1593398

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/yixuelunwen/swyx/1593398.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户a808b***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com