[發(fā)明專利]基于自適應(yīng)預(yù)測(cè)和改進(jìn)變長(zhǎng)編碼的心電信號(hào)實(shí)時(shí)無損壓縮方法及裝置

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410391796.8
• 申請(qǐng)日: 2014-08-11
• 公開（公告）號(hào): CN104159108A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 潘赟;李珂;陳方劍;王吉軒;朱永光;茹晨光;朱懷宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): H04N19/13
• 分類號(hào): H04N19/13;H04N19/103
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務(wù)所有限公司 33100
• 代理人: 黃芳

1.一種基于自適應(yīng)預(yù)測(cè)和改進(jìn)變長(zhǎng)編碼的心電信號(hào)實(shí)時(shí)無損壓縮方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：

1)自適應(yīng)分區(qū)預(yù)測(cè)，將實(shí)時(shí)的心電波形根據(jù)其波動(dòng)強(qiáng)度劃分為不同分區(qū)，所述分區(qū)包括：a)初始區(qū)，用于表示系統(tǒng)啟動(dòng)后的初始化狀態(tài)；b)R波區(qū)，用于表示R波或QRS波群所在的區(qū)域；c)平坦區(qū)，用于表示相鄰R波間波形較為平坦的區(qū)域；d)波動(dòng)區(qū)，用于表示平坦區(qū)到R波區(qū)的過度區(qū)域，即R波到來前的短暫區(qū)域；

自適應(yīng)地選擇對(duì)于當(dāng)前分區(qū)最優(yōu)的線性預(yù)測(cè)方法，過程如下：

1.1)R波檢測(cè)方法，對(duì)斜率設(shè)定閾值來檢測(cè)R波的上升沿和下降沿，當(dāng)連續(xù)出現(xiàn)多點(diǎn)斜率大于閾值時(shí)，則判定識(shí)別到R波邊沿；

1.2)分區(qū)轉(zhuǎn)換控制方法，根據(jù)1.1)的檢測(cè)結(jié)果來控制分區(qū)間的相互轉(zhuǎn)換，過程為：

1.2.1)當(dāng)檢測(cè)到R波上升沿，進(jìn)入R波區(qū)；

1.2.2)在檢測(cè)到R波上升沿后的長(zhǎng)度為經(jīng)驗(yàn)值的窗口內(nèi)，若檢測(cè)到R波下降沿，則判定該R波為真，維持R波區(qū)直到R波窗口結(jié)束，進(jìn)入平坦區(qū)；

1.2.3)若在上述窗口內(nèi)未檢測(cè)到R波下降沿，則判定該R波為假，回到初始區(qū)；

1.2.4)通過存儲(chǔ)心跳周期長(zhǎng)度來預(yù)測(cè)下一個(gè)R波的到來時(shí)間，當(dāng)預(yù)測(cè)R波即將出現(xiàn)時(shí)，進(jìn)入波動(dòng)區(qū)；

1.3)自適應(yīng)預(yù)測(cè)方法，根據(jù)1.2)的當(dāng)前分區(qū)自適應(yīng)地采用最優(yōu)化的線性預(yù)測(cè)方法，采用的線性預(yù)測(cè)方法包括0階、1階和2階預(yù)測(cè)：對(duì)于波動(dòng)強(qiáng)度較大的R波區(qū)和波動(dòng)區(qū)，采用2階線性預(yù)測(cè)方法；對(duì)于波形較為平穩(wěn)的平坦區(qū)，采用0階線性預(yù)測(cè)方法；對(duì)于初始區(qū)，采用1階預(yù)測(cè)方法；

2)改進(jìn)變長(zhǎng)編碼，采用4比特編碼出現(xiàn)概率最高的2⁴＝16種預(yù)測(cè)誤差，其余預(yù)測(cè)誤差采用12比特輸出原始數(shù)據(jù)，并將編碼后的數(shù)據(jù)兩兩打包，得到每個(gè)數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度固定為一、二或三個(gè)字節(jié)。

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于自適應(yīng)預(yù)測(cè)和改進(jìn)變長(zhǎng)編碼的心電信號(hào)實(shí)時(shí)無損壓縮方法，其特征在于：所述步驟2)中，改進(jìn)變長(zhǎng)編碼過程如下：

2.1)通過4比特來表示最常出現(xiàn)的16種預(yù)測(cè)誤差；

2.2)當(dāng)預(yù)測(cè)誤差超出4比特可表示范圍時(shí)，通過12比特直接輸出原始數(shù)據(jù)；

2.3)將相鄰兩個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)合成一組進(jìn)行發(fā)射。

3.一種基于自適應(yīng)預(yù)測(cè)和改進(jìn)變長(zhǎng)編碼的心電信號(hào)實(shí)時(shí)無損壓縮裝置，其特征在于：所述裝置包括：自適應(yīng)分區(qū)預(yù)測(cè)模塊，用于輸入心電數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行自適應(yīng)分區(qū)預(yù)測(cè)，輸出預(yù)測(cè)誤差到改進(jìn)變長(zhǎng)編碼裝置；改進(jìn)變長(zhǎng)編碼模塊，用于輸入預(yù)測(cè)誤差，對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)變長(zhǎng)編碼，輸出字節(jié)編碼；

其中，所述自適應(yīng)分區(qū)預(yù)測(cè)模塊包括：

R波檢測(cè)單元，用于對(duì)當(dāng)前時(shí)刻的采樣輸入d(i)，計(jì)算斜率值s(i)＝d(i)-d(i-1)，d(i-1)表示上一時(shí)刻的采樣值，當(dāng)出現(xiàn)連續(xù)N_th點(diǎn)斜率大于閾值，認(rèn)為檢測(cè)到R波邊沿，輸出R波指示信號(hào)有效；

采樣點(diǎn)計(jì)數(shù)單元，用于通過對(duì)采樣點(diǎn)計(jì)數(shù)，存儲(chǔ)上次心跳周期的采樣點(diǎn)數(shù)量，將其作為下個(gè)心跳周期長(zhǎng)度的預(yù)測(cè)值，預(yù)測(cè)R波的出現(xiàn)時(shí)間，當(dāng)預(yù)測(cè)到R波出現(xiàn)時(shí)，輸出R波預(yù)測(cè)指示信號(hào)有效；

分區(qū)轉(zhuǎn)換控制單元，用于輸入R波指示信號(hào)，控制分區(qū)間的轉(zhuǎn)換，輸出當(dāng)前分區(qū)狀態(tài)；過程如下：當(dāng)檢測(cè)到R波上升沿，進(jìn)入R波區(qū)；在檢測(cè)到R波上升沿后的長(zhǎng)度為經(jīng)驗(yàn)值的窗口內(nèi)，若檢測(cè)到R波下降沿，則判定該R波為真，維持R波區(qū)直到R波窗口結(jié)束，進(jìn)入平坦區(qū)；若在上述窗口內(nèi)未檢測(cè)到R波下降沿，則判定該R波為假，回到初始區(qū)；通過存儲(chǔ)心跳周期長(zhǎng)度來預(yù)測(cè)下一個(gè)R波的到來時(shí)間，當(dāng)預(yù)測(cè)R波即將出現(xiàn)時(shí)，進(jìn)入波動(dòng)區(qū)；

自適應(yīng)預(yù)測(cè)單元，用于輸入當(dāng)前分區(qū)狀態(tài)，采用的線性預(yù)測(cè)方法包括0階、1階和2階預(yù)測(cè)：對(duì)于波動(dòng)強(qiáng)度較大的R波區(qū)和波動(dòng)區(qū)，采用2階線性預(yù)測(cè)方法；對(duì)于波形較為平穩(wěn)的平坦區(qū)，采用0階線性預(yù)測(cè)方法；對(duì)于初始區(qū)，采用1階預(yù)測(cè)方法；得到預(yù)測(cè)值dp(i)，輸出預(yù)測(cè)誤差pd(i)＝dp(i)-d(i)。

4.如權(quán)利要求3所述的基于自適應(yīng)預(yù)測(cè)和改進(jìn)變長(zhǎng)編碼的心電信號(hào)實(shí)時(shí)無損壓縮裝置，其特征在于：所述改進(jìn)變長(zhǎng)編碼模塊包括：

誤差范圍判定單元，用于判斷預(yù)測(cè)誤差pd(i)是否在概率最高的16種預(yù)測(cè)誤差范圍內(nèi)，若滿足該條件，則選擇小誤差編碼單元有效，否則，選擇原始數(shù)據(jù)單元有效；

小誤差編碼單元，用于當(dāng)該單元有效時(shí)，采用4比特編碼預(yù)測(cè)誤差，將編碼輸出至字節(jié)編碼單元；

原始數(shù)據(jù)單元，用于當(dāng)該單元有效時(shí)，將12比特表示的原始采樣數(shù)據(jù)輸出至字節(jié)編碼單元；

字節(jié)編碼單元，用于將編碼后的數(shù)據(jù)兩兩打包，得到每個(gè)數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度固定為一、二或三個(gè)字節(jié)。