面向离散小波变换的处理器低功耗技术研究

发布时间：2017-09-30 16:06

  本文关键词：面向离散小波变换的处理器低功耗技术研究

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【摘要】：随着现代人类生活节奏加快,工作压力不断增大,心血管疾病已经发展成为威胁人类健康的第一杀手。动态心电图(Electrocardiograph简称ECG)技术可以帮助尽早发现确诊心血管疾病,有效防止病情发生与恶化,减缓这种趋势。随着可穿戴医疗设备的普及,随身ECG检测仪的市场正在迅速扩大,ECG的低功耗分析也因此成为可穿戴医疗领域的研究热点。离散小波变换(DWT)因其良好的时频分析特性,被广泛应用于ECG信号分析领域。本文以DWT作为ECG分析算法,以ECG信号的低功耗处理为研究目的,对嵌入式处理器展开研究。 本文从软件算法,体系结构级两个方面研究低功耗技术。首先针对ECG信号特征,提出一种字节对齐的差分压缩算法,通过减少内存使用量,降低系统存储功耗,并在DWT算法上做出相应的优化,省去了压缩解压数据的过程与功耗。体系结构上,提出用SIMD技术与快速补码除法技术加速DWT计算,使处理器更快完成计算进入低功耗,降低计算功耗。然后设计了一个快速乘除法单元,仅在普通乘法器基础上做部分改动就能实现4路8位2路16位矢量、点积乘法乘累加运算。最后提出整数补码除法算法大幅度提升了有符号除法的性能。 通过使用以上技术,本文成功将ECG分析系统中存储功耗降低了41%,DWT计算部分功耗降低了44%,有效的降低了使用DWT算法的ECG分析系统功耗。
【关键词】：离散小波变换 心电信号分析 低功耗 压缩算法 SIMD乘法器 有符号整数除法
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R197.39;TN911.7
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-8
• 目次8-10
• 图目录10-12
• 表目录12-13
• 缩写、术语表13-14
• 1 绪论14-20
• 1.1 研究背景与意义14-15
• 1.2 离散小波变换的发展历史15-17
• 1.3 ECG信号低功耗处理器的研究现状17-18
• 1.4 论文研究基础18
• 1.5 论文研究内容与组织构架18-20
• 1.5.1 论文研究内容18-19
• 1.5.2 论文组织构架19-20
• 2 ECG信号的DWT算法研究20-30
• 2.1 DWT算法原理20-22
• 2.1.1 Mallat算法20-21
• 2.1.2 提升算法21-22
• 2.2 ECG信号特征分析22-25
• 2.3 运用DWT处理ECG信号25-28
• 2.4 ECG信号处理流程分析28-30
• 3 字节对齐差分压缩算法30-42
• 3.1 常见压缩算法30-35
• 3.1.1 Huffman编码压缩算法30-31
• 3.1.2 可变采样率压缩算法31-33
• 3.1.3 多码字编码压缩算法33
• 3.1.4 Varint压缩算法33-35
• 3.2 字节对齐差分压缩算法35-39
• 3.3 与压缩算法结合的DWT算法39-40
• 3.4 压缩算法总结与实验结果40-42
• 4 快速乘除法单元设计42-68
• 4.1 SIMD乘法器实现42-57
• 4.1.1 应用SIMD技术加速DWT计算42-45
• 4.1.2 乘法器关键技术45-50
• 4.1.3 SIMD乘法器原理50-55
• 4.1.4 SIMD乘法器实现与验证55-57
• 4.2 快速有符号整数除法实现57-66
• 4.2.1 除法的应用57-58
• 4.2.2 快速除法原理58-62
• 4.2.3 快速除法硬件实现与验证62-66
• 4.3 快速乘除法单元设计小节66-68
• 5 总结与展望68-70
• 5.1 本文内容总结68-69
• 5.2 前景展望与进一步研究方向69-70
• 参考文献70-73
• 附录73-74
• 作者简历及在学期间发表的论文74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 苏维嘉;张金纲;;低功耗便携式心电仪的设计[J];电子技术应用;2011年12期

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本文编号：949112