一种实时心电数据无损压缩方法与流程

本发明涉及生物医学工程技术领域，尤其涉及一种实时心电数据无损压缩方法。

背景技术：

心电数据采集完成后，需要进行传输和存储；心电数据的采集会耗费较长时间，例如动态心电图，其采集时间一般在24h到72h，这样则导致心电数据的数据量较大，使得心电数据的传输和存储较为困难。

对于现有的心电数据传输和存储技术，一般都会采用压缩算法对数据进行压缩，以提高传输和存储的效率。压缩算法可分为三类：直接压缩算法、特征参数压缩算法和变换压缩算法。其中，直接压缩算法会导致较大的信号失真，特征参数压缩算法和变换压缩算法虽然能减小信号失真，但由于算法本身比较复杂，无法应用于要求实时及无损压缩的系统。

技术实现要素：

本发明针对上述技术问题，提出一种实时心电数据无损压缩方法。

本发明所提出的技术方案如下：

本发明提出了一种实时心电数据无损压缩方法，包括以下步骤：

步骤s1、采用差分算法处理心电数据，从而得到差分结果；

步骤s2、对差分结果进行最小位编码并对最小位编码的编码结果进行保存；确定最小位编码的编码结果所用位数，并找出与之对应的固定编码值，再将该固定编码值进行保存；其中，最小位编码是指将差分结果换算成二进制值，再将该二进制值用最少位数形式表达出来；所述二进制值用最少位数形式表达出来的结果即为最小位编码的编码结果。

本发明上述的实时心电数据无损压缩方法中，所述差分算法如下：

y(n)＝x(n)-x(n-1)n≥2；

y(n)＝x(n)n＝1；

其中，n表示心电数据中的点数据的序数；

x(n)表示心电数据中序数为n的点数据的值；

y(n)表示心电数据中序数为n的点数据对应的差分结果的值。

本发明上述的实时心电数据无损压缩方法中，所述编码结果包括符号位和二进制值的绝对值位。

本发明上述的实时心电数据无损压缩方法中，在步骤s1之前，还包括步骤s0：

预设最小位编码的编码结果所用位数以及与之对应的固定编码值之间的对应关系。

本发明上述的实时心电数据无损压缩方法中，以心电数据的差分结果的历史数据作为样本，固定编码值的大小根据最小位编码的编码结果所用位数在所述样本中出现的概率确定：所述概率越大，固定编码值越小。

本发明上述的实时心电数据无损压缩方法中，最小位编码的编码结果所用位数以及与之对应的固定编码值之间的对应关系通过固定编码表表示：

固定编码表

。

本发明上述的实时心电数据无损压缩方法中，最小位编码的编码结果以及所述固定编码值均是以8位为一个字节，直接进行存储。

本发明构造了一种实时心电数据无损压缩方法，首先采用差分算法去除心电数据中的冗余信息，然后一方面对差分结果进行最小位编码并对最小位编码的编码结果进行保存，另一方面确定最小位编码的编码结果所用位数，并找出与之对应的固定编码值，再将该固定编码值进行保存。通过这种处理方法，一方面保证了数据不失真，另一方面通过最小位编码减少记录位，并通过根据心电数据的差分结果的历史数据采用特殊形式的固定编码表来减少存储量。因此，本发明的实时心电数据无损压缩方法设计巧妙，实用性强。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1示出了本发明优选实施例的实时心电数据无损压缩方法的流程示意图；

图2示出了图1所示的实时心电数据无损压缩方法的具体实施例的各阶段结果示意图。

具体实施方式

本发明所要解决的技术问题是：对于现有的心电数据传输和存储技术，直接压缩算法会导致较大的信号失真，特征参数压缩算法和变换压缩算法虽然能减小信号失真，但由于算法本身比较复杂，无法应用于要求实时及无损压缩的系统。本发明就该技术问题而提出的技术思路是：构造一种实时心电数据无损压缩方法，首先采用差分算法去除心电数据中的冗余信息，然后一方面对差分结果进行最小位编码并对最小位编码的编码结果进行保存，另一方面确定最小位编码的编码结果所用位数，并找出与之对应的固定编码值，再将该固定编码值进行保存。

为了使本发明的技术目的、技术方案以及技术效果更为清楚，以便于本领域技术人员理解和实施本发明，下面将结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示，图1示出了本发明优选实施例的实时心电数据无损压缩方法的流程示意图；具体地，该实时心电数据无损压缩方法包括以下步骤：

步骤s1、采用差分算法处理心电数据，从而得到差分结果；

步骤s2、对差分结果进行最小位编码并对最小位编码的编码结果进行保存；确定最小位编码的编码结果所用位数，并找出与之对应的固定编码值，再将该固定编码值进行保存；其中，最小位编码是指将差分结果换算成二进制值，再将该二进制值用最少位数形式表达出来；所述二进制值用最少位数形式表达出来的结果即为最小位编码的编码结果。

具体地，如图1所示，在方框20中，心电数据(ecg)进行差分运算；正常的心电数据均为较平稳的数字信号；除了在qrs波处外，心电数据中前后两个相邻的点数据变化不大，因而可以利用差分算法去除点数据之间的冗余信息。差分算法如下：

y(n)＝x(n)-x(n-1)n≥2；

y(n)＝x(n)n＝1；

其中，n表示心电数据中的点数据的序数；

x(n)表示心电数据中序数为n的点数据的值；

y(n)表示心电数据中序数为n的点数据对应的差分结果的值；

通过差分运算，去除心电数据的冗余信息，减少心电数据的最小存储位数。

在现有的心电数据的记录过程中，为了保证所用字节数能保存足够大的数据值，一般需要16位(即2个字节)进行存储，这种存储方式存在着许多冗余的记录位。例如，心电数据为20μv，其直接存储的二进制数值为0000000000010100。在这里，二进制数值左侧10个零所占据的记录位都是多余的。在方框30中，对差分结果进行最小位编码，来去除冗余的记录位。其具体过程为：将差分结果换算成二进制值，再将该二进制值用最少位数形式表达出来；所述二进制值用最少位数形式表达出来的结果即为最小位编码的编码结果。在这里，编码结果包括符号位和二进制值的绝对值位；一般来说，编码结果的左侧第一位为符号位，符号位之后的记录位为二进制值的绝对值位。例如，对于前述为20μv的心电数据，其符号为正，其二进制值的绝对值为10100；这样，符号位上记0，而二进制值的绝对值位上记10100，于是，该心电数据采用最小位编码后的编码结果为010100。在方框50中，直接将方框30中所得到编码结果保存下来，具体即以8位为一个字节，直接进行存储。

进一步地，在方框40中，确定最小位编码的编码结果所用位数。以上述20μv为例，最小位编码的编码结果为010100，其所用位数为6位，于是，方框40中得到的结果为6。

在方框60中，找出与方框40中得到的结果对应的固定编码值。在本实施例中，最小位编码的编码结果所用位数以及与之对应的固定编码值之间的对应关系是预先设置好的。具体来说，以心电数据的差分结果的历史数据作为样本，根据最小位编码的编码结果所用位数在所述样本中出现的概率预先确定与其对应的固定编码值：概率越大，固定编码值越小，以此减小存储量。方框40中得到的结果范围为1至16，在本实施例中，最小位编码的编码结果所用位数以及与之对应的固定编码值之间的对应关系通过如表1所示的固定编码表表示。

表1固定编码表

在方框80中，对方框60中所得到的结果进行保存，具体即以8位为一个字节，直接进行存储。

如图2所示，图2示出了图1所示的实时心电数据无损压缩方法的具体实施例的各阶段结果示意图。从图2中可以看到实时心电数据无损压缩方法的计算全过程。

进一步地，实时心电数据无损压缩方法的压缩结果的解压过程为压缩过程的反向。具体地，会先对方框80的结果进行解码，并对照表1的固定编码表，得到位数；再按该位数读取方框50的编码，得到差分结果；将差分结果与前一个数据加和，得到最后的解压结果。

本发明构造了一种实时心电数据无损压缩方法，首先采用差分算法去除心电数据中的冗余信息，然后一方面对差分结果进行最小位编码并对最小位编码的编码结果进行保存，另一方面确定最小位编码的编码结果所用位数，并找出与之对应的固定编码值，再将该固定编码值进行保存。通过这种处理方法，一方面保证了数据不失真，另一方面通过最小位编码减少记录位，并通过根据心电数据的差分结果的历史数据采用特殊形式的固定编码表来减少存储量。因此，本发明的实时心电数据无损压缩方法设计巧妙，实用性强。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。