差错复原技术在压缩ECG信号传输中的应用

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心脏病是严重威胁人类健康和生命的主要疾病之一。近年来,通信领域中无线业务发展迅猛,人们开始利用无线技术对心脏病人实施远程监护。在此过程中,需要存储和传输的心电图(ECG)数据容量较大,必须对其进行高效的数据压缩和可靠的数据传输。 进行可靠的数据传输必须考虑到无线传输信道带宽窄、误比特率高的两大特点,信号在这种易错信道中传输极易受到干扰出现传输差错。而且,经过编码后的压缩数据对抗差错的能力十分脆弱(尤其是比特差错),容易使出现的差错迅速扩散,导致重建ECG信号的质量严重受损,甚至无法重建信号。为了减小信道传输差错的影响,必须采用适当的技术、措施来对抗信道传输差错,因此差错复原技术就成为易错信道压缩ECG信号传输的重要内容之一。 本文中,ECG数据压缩方面采用基于小波变换的压缩方案,其中包括小波变换、量化和基于自适应算术码的熵编码等步骤。差错控制方面的研究则主要结合两种差错复原方法实现ECG信号在无线信道中传输差错的复原。一方面,在对数据帧进行算术编码过程中划分片段、附加片段标记,来定位一个差错片段的位置和识别比特流中正确解码的部分,使得在增加少许冗余信息的情况下就能够使比特流具有复原传输差错的能力。另一方面,根据比特流中不同部分在重建信号时重要程度的不同,对算术编码后的比特流进行分层编码的不等差错保护,这样既可以对比特流有重点地保护,又不会在传输过程中附加过多的冗余。 通过对MIT-BIH心律失常数据库中的ECG信号进行实验,证明本文的片段标记和不等差错保护技术在ECG信号的差错复原中起到了良好的效果,在只增加较少冗余的情况下,大幅提高了信号的抗差错能力。在相同压缩比时,本文方法的重建信号与原始信号间的平均标准均方根误差(SRD)比其他没有采用抗差错方法的压缩算法都要低。
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