Применение метода вейвлет-кодирования для сжатия и реконструкции физиологической информации, передаваемой по каналу радиотелеметрии
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
физиологических параметров требует использования нескольких датчиков, информационно объединенных в систему;
обеспечение высокой степени электробезопасности пациента;
оперативность установки датчиков физиологических параметров;
обеспечение возможности проведения процедур стимуляции в движении пациента;
исключение физиологических помех [2];
исключение влияния артефактов движения, обеспечение обработки сигнала в месте отведения;
интеграция системы в комплекс централизованного управления медицинским оборудованием.
Эти задачи могут быть решены с применением распределенной многоканальной биотелеметрической системы.
Основная концепция любой биометрической системы отражена на рис.1 [2]. Она подразумевает наличие некоего исследуемого биологического объекта, находящегося в свободном пространстве (в условиях среды обитания), и канала биотелеметрии, одной из основных характеристик которого является размер вектора параметров, передаваемых в единицу времени.
Любой процесс измерения физиологических параметров и контроль за состоянием объекта можно выразить операторным выражением:
гдеL - оператор, характеризующий непосредственно систему биотелеметрии
A - пространственно - временной оператор, отражающий множество исследуемых физиологических функций xX во множество их проявлений lL, подлежащих измерению: Ax=l
g - результат измерения на выходе системы биотелеметрии.
Ax=l (lL) LAx =Ll =g
Рис.1. Обобщенная схема биотелеметрических измерений.
Наличие пространственно - временного оператора А в схеме (рис.1) является характерной особенностью биоизмерений и отражает косвенный характер получаемых данных в ходе физиологического эксперимента.
.6 Раiёт необходимой производительности канала связи
Пусть в реальном времени передается информация iетырех высокопроизводительных каналов измерительных датчиков. Частота дискретизации - 1000 Гц, то есть за секунду необходимо транслировать 1000 10-битовых отiетов полезной информации. Всего раiетных каналов 4: 4000 10-битовых отiетов. С использованием вейвлет компрессии в реальном времени объем информации уменьшается до 4000 / 8 = 500 10-битовых отiетов в секунду.
Фрейм виртуальной магистрали для передачи одного отiета составляет 5 байт, то есть объем передаваемой информации необходимо увеличить в 2,5 раза (2 байта отiета + 3 байта фрейма MBus): 500 * 2,5 = 1250 байт в секунду.
Каждый байт циклически кодируется в два байта (двухкратная избыточность): объем информации на секунду составляет 1250 * 2 = 2500 байт в секунду.
Общее число бит - 2500 * 8 = 20000.
Таким образом, предельная производительность канала должна быть не менее 20000 бит / секунду.
Учитывая необходимость множественной регистрации физиологической информации ( часто более 16-ти), а также возможности только последовательной информации по каналу телеметрической связи, особо актуальной становиться проблема оптимального кодирования первичной информации и специальной подготовки её к передаче. Решению этой проблемы посвящается данный дипломный проект.
Выводы по главе 1
Осуществлён анализ представлений об информационной организации структур организма. Показано, что организм человека - сложная нелинейная система, взаимодействующая на информационном уровне с внешней и внутренней средой.
Определена связь нарушений в информационном обмене и патологическими состояниями организма. Предложено использовать методы клинической информатики для оценки состояния организма. Предъявонная ценность биологических сигналов с точки зрения оценки состояния систем организма. Показана необходимость использования методов информационно-математического аппарата для анализа медико-биологической информации. Рассмотрены физиологические показатели, определяемые современной физиологией и медициной. Определены принципы передачи регистрируемой физиологической информации от биообъекта к средствам обработки. Выявлены основные направления минимизации факторов, ведущих к нарушению принципа адекватности состояния организма человека при проведении исследования в составе биотехнического комплекса. Предложено использовать принципы биотелеметрии для передачи физиологической информации. Рассмотрены принципы организации биотелеметрических измерений. Осуществлён раiёт производительности канала связи при организации множественной регистрации физиологической информации.
Показано, что для повышения скорости обмена информацией, необходимо использовать методы её оптимального кодирования. Предложено использовать методы сжатия информации в канале связи с помощью математического аппарата вейвлет-преобразования, представленного в главе 2.
Глава 2. Приложение математических методов вейвлет-преобразования к медико-биологическим задачам
Вейвлет-преобразование (wavelet transformation) - новый перспективный метод цифровой обработки сигналов []. Благодаря свойствам для анализа нестационарных сигналов (статистические свойства изменяются со временем), волновое преобразование стало мощной альтернативой для Фурье метода во многих медицинских приложениях, где такие сигналы преобладают. Вейвлет- преобразование - эффективный метод для исследования поздних потенциалов, вариабельности сердечного ритма и п