一種生理體征傳感器持續(xù)采集信號的無損壓縮方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種生理體征傳感器持續(xù)采集信號的無損壓縮方法，屬于無損壓縮【技術(shù)領(lǐng)域】，其技術(shù)要點(diǎn)包括下述步驟：（1）利用傳感器實(shí)現(xiàn)對體征信號S基于固定時(shí)間間隔T進(jìn)行連續(xù)采集形成信號時(shí)間序列；（2）信號處理單元累計(jì)了n個(gè)信號數(shù)據(jù)后，將第一個(gè)信號數(shù)據(jù)作為本次數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)Db，從第二個(gè)信號數(shù)據(jù)開始，計(jì)算出數(shù)據(jù)相對上一個(gè)數(shù)據(jù)的差值D形成差值序列；（3）使用預(yù)定義的編碼字典L對差值序列進(jìn)行替換；（4）使用編碼字典L對差值序列進(jìn)行編碼，形成壓縮數(shù)據(jù)序列Lt+1Lt+2……Lt+n,與基準(zhǔn)值Db一同存儲構(gòu)建壓縮數(shù)據(jù)包PLW；本發(fā)明旨在提供一種計(jì)算復(fù)雜度低，占用內(nèi)存空間小的生理體征傳感器持續(xù)采集信號的無損壓縮方法；用于體征信號的無損壓縮。
【專利說明】一種生理體征傳感器持續(xù)采集信號的無損壓縮方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)壓縮方法，更具體地說，尤其涉及一種生理體征傳感器持續(xù)采集信號的無損壓縮方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著技術(shù)的進(jìn)步和更小型傳感器的研發(fā)，由體征傳感器及其裝置組成可用于遠(yuǎn)程醫(yī)療和長期健康辨識技術(shù)的體域網(wǎng)，進(jìn)行生理體征信號的遠(yuǎn)程、長期采集，這種工作模式被越來越廣泛的接受。
[0003]體征傳感器及其所采集的體征信號通常具有如下特點(diǎn):
[0004]1、高頻采集，為滿足體征信號的基本采集要求，對如脈搏、心電等生理信號的采集頻率通常在IOOHz以上，對如脈搏、心電等生理信號的采集，通常需要500Hz以上頻率才能達(dá)到醫(yī)療臨床使用的要求。
[0005]2、無線傳輸，體征傳感器及采集裝置通常采取無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆绞綕M足舒適性和便攜性需要。而目前在體征信號采集裝置中，無線通信模塊占據(jù)了電源消耗的絕大部分。此外對通過3G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪Ｊ絹碚f，無論是現(xiàn)在還是未來，無線通信所基于的信號頻段都是稀缺資源。以長期進(jìn)行高頻采集為基礎(chǔ)的體域網(wǎng)的應(yīng)用，對無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)某杀竞蛶挾际置舾小?br> [0006]因此，體征傳感器、體征信號采集裝置及系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸前對采集的原始體征信號進(jìn)行壓縮，以降低無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸量，從而降低電源消耗和帶寬消耗。
[0007]數(shù)據(jù)壓縮算法可分為有損壓縮與無損壓縮兩大類。有損壓縮雖然壓縮率較高，但會(huì)丟失一部分原始信息。無損壓縮的壓縮率一般不高，但在匯聚終端對數(shù)據(jù)解壓還原后，不會(huì)丟失任何原始息。
[0008]由于體征信號的臨床有效性對數(shù)據(jù)采集頻率和真實(shí)性的要求非常高，因此需要盡量保證原始體征信號的完整性，這就要求用于體征信號執(zhí)行壓縮的算法首先是無損壓縮算法以保證數(shù)據(jù)可可還原性，其次需要針對體征信號的特點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)以保證高壓縮率。
[0009]除此以外，還需要考慮體征傳感器及采集裝置的計(jì)算能力和存儲能力有限，所使用的算法需要有較快的運(yùn)算速度和較低的運(yùn)算復(fù)雜度，以保證高頻采集的體征信號能夠在盡量短的時(shí)間內(nèi)傳輸出去，從而保證接收另一端所接收的信號的實(shí)時(shí)性要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于提供一種計(jì)算復(fù)雜度低，占用內(nèi)存空間小的生理體征傳感器持續(xù)采集信號的無損壓縮方法。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種生理體征傳感器持續(xù)采集信號的無損壓縮方法，該方法包括下述步驟:
[0012]( I)利用傳感器實(shí)現(xiàn)對體征信號S基于固定時(shí)間間隔T進(jìn)行連續(xù)采集，并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換形成信號時(shí)間序列數(shù)據(jù)st+(lst+1st+2……St+n ;其中采集信號S存在極小值Sm和極大值Sn的值域范圍，即s e [Sm, Sn]；
[0013](2)信號處理單元依據(jù)每個(gè)數(shù)據(jù)包所應(yīng)包含的信號時(shí)間范圍W，確定每次進(jìn)行壓縮處理的最大數(shù)據(jù)長度n，n=W+T ；
[0014](3)信號處理單元累計(jì)了 η個(gè)信號數(shù)據(jù)St+(lSt+1St+2……St+n后，將第一個(gè)信號數(shù)據(jù)作為本次數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)Db，從第二個(gè)信號數(shù)據(jù)開始，計(jì)算出數(shù)據(jù)相對上一個(gè)數(shù)據(jù)的差值D，并形成差值序列Dt+1Dt+2……Dt+n ;所述差值D的值域不大于信號S的值域，差值D存在有效的極小值Dm和極大值Dn的值域范圍，即D e [Dm, Dn]，[Dm, Dj e [Sm, Sj，[Dm, Dj與[Sm, Sn]正相關(guān)；
[0015](4)使用預(yù)定義的編碼字典L對差值序列進(jìn)行替換；所述預(yù)定義的編碼字典L基于正態(tài)分布函數(shù)預(yù)先編制[Dm，DJ中每個(gè)值的使用頻率，其中值域的中位值O的頻率最高，Dm和Dn的頻率最低，從中位值到Dm及Dn所預(yù)先編制的使用頻率服從正態(tài)分布；
[0016](5)使用編碼字典L對差值序列Dt+1Dt+2……Dt+n進(jìn)行編碼，形成壓縮數(shù)據(jù)序列Lt+1Lt+2……Lt+n,與基準(zhǔn)值Db —同存儲為DbLt+1Lt+2……Lt+n，構(gòu)建壓縮數(shù)據(jù)包PLW。
[0017]上述的一種生理體征傳感器持續(xù)采集信號的無損壓縮方法中，在步驟(3)中，當(dāng)差值序列中的差值Dk+1的數(shù)值超出[Dm，Dn]時(shí)，結(jié)束當(dāng)前差值序列的編碼，使DbDt+1Dt+2……Dk為完整的差值數(shù)據(jù)包，同時(shí)以超出差 值范圍的差值Dk+1所對應(yīng)的生理體征信號Sk+1、以及所對應(yīng)的時(shí)間Tk+1為起點(diǎn)，以剩余的數(shù)據(jù)或所對應(yīng)的時(shí)間Tk+n的數(shù)據(jù)為終點(diǎn)，進(jìn)行新的數(shù)據(jù)包的處理和封裝，直到全部數(shù)據(jù)處理和封裝完畢，或遇到另一個(gè)超出范圍的差值；所述k+1 G [t+1, t+n]。
[0018]上述的一種生理體征傳感器持續(xù)采集信號的無損壓縮方法中，步驟(4)中所述的編碼字典L，對作為編碼對象的差值進(jìn)行編碼計(jì)算所依據(jù)的差值出現(xiàn)頻率，為預(yù)定義的頻率值，每一個(gè)差值對應(yīng)唯一一個(gè)編碼，最高出現(xiàn)頻率的差值使用最短比特位的編碼，最低出現(xiàn)頻率的差值使用最長比特位的編碼。
[0019]上述的一種生理體征傳感器持續(xù)采集信號的無損壓縮方法中，步驟(4)中所述的編碼字典L，作為編碼對象的差值，其被編碼的數(shù)據(jù)范圍，為兩次相鄰采集的間隔時(shí)間內(nèi)，符合生理規(guī)律的最大生理信號變化范圍。
[0020]對于利用生理體征傳感器進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測的信號，其相鄰信號的差值表現(xiàn)出固定的規(guī)律:
[0021](I)相鄰信號間的差值受到基本生理規(guī)律的限制，其差值的絕對值有其符合生理規(guī)律的極限。
[0022](2)生理規(guī)律的限制，決定了差值的有限范圍。超出范圍的差值，意味著信號的不可靠性。
[0023](3)差值序列中的各差值的絕對值小于原始信號的絕對值；
[0024](4)差值序列中絕對值越小的差值出現(xiàn)的頻率越聞,其分布與正態(tài)分布類似。
[0025](5)沒有外界干擾所導(dǎo)致信號突變的情況下，差值的分布與正態(tài)分布類似。存在外部干擾所導(dǎo)致信號突變的情況下，差值的分布靠近拉普拉斯分布。
[0026]( 6 )傳感器的連續(xù)信號采集特性，意味著不存在對差值的出現(xiàn)頻率進(jìn)行全數(shù)據(jù)的、最完整的統(tǒng)計(jì)。[0027](7)差值出現(xiàn)頻率的統(tǒng)計(jì)特性決定了不存在最優(yōu)的編碼字典，次優(yōu)的編碼字典可以根據(jù)局部樣本構(gòu)建分布函數(shù)，并由分布函數(shù)進(jìn)行有效差值范圍內(nèi)的各差值的出現(xiàn)概率的計(jì)算和假定。
[0028]本發(fā)明充分利用了生理體征傳感器所采集的信號的上述規(guī)律，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中原始數(shù)據(jù)的特性，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的高效無損壓縮，計(jì)算復(fù)雜度低，適用于多種利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)測的數(shù)據(jù)，如溫度、濕度以及機(jī)械振動(dòng)信號。
[0029]由于采用了上述依據(jù)正態(tài)分布進(jìn)行預(yù)定義的編碼字典結(jié)合差值計(jì)算的技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn):
[0030]本發(fā)明利用現(xiàn)實(shí)體征傳感器所采集的生理體征信號的特性，提出一種生理體征信號及數(shù)據(jù)無損壓縮的方法。該無損壓縮方法計(jì)算復(fù)雜度低，能運(yùn)行在體征傳感器及佩戴式采集裝置這種運(yùn)算速度和內(nèi)存大小都受限的環(huán)境中。此外，該無損壓縮方法也適用于各種存在極值信號限制的傳感器的數(shù)據(jù)處理，如溫度、濕度等變化緩慢的信號，或者類似于機(jī)械振動(dòng)信號這種變化劇烈的信號。本發(fā)明可以有效的對存在周期性特點(diǎn)的信號數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，以達(dá)到降低通信量和通信功耗的目的，能有效的應(yīng)用于各類需要長期、連續(xù)進(jìn)行監(jiān)測的領(lǐng)域。并且，通過預(yù)定義的編碼字典，還可以檢測采集到的數(shù)據(jù)的異常情況，保證數(shù)據(jù)的合理性及其使用價(jià)值。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制。
[0032]本發(fā)明的一種生理體征傳感器持續(xù)采集信號的無損壓縮方法，其特征在于，該方法包括下述步驟:
[0033](I)利用傳感器實(shí)現(xiàn)對體征信號S基于固定時(shí)間間隔T進(jìn)行連續(xù)采集，并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換形成信號時(shí)間序列數(shù)據(jù)st+(lst+1st+2……St+n ;其中采集信號S存在極小值Sm和極大值Sn的值域范圍，即s e [Sffl, Sn] ；S的計(jì)算機(jī)存儲空間與經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的信號的數(shù)據(jù)描述范圍有關(guān)，如[Sffl, SJ設(shè)置為[0，4096]，則每個(gè)信號St的計(jì)算機(jī)存儲空間為2字節(jié)(16比特位)的存儲空間。
[0034](2)信號處理單元依據(jù)每個(gè)數(shù)據(jù)包所應(yīng)包含的信號時(shí)間范圍W，確定每次進(jìn)行壓縮處理的最大數(shù)據(jù)長度n，H=W-T0
[0035](3)信號處理單元累計(jì)了 η個(gè)信號數(shù)據(jù)St+(lSt+1St+2……St+n后，將第一個(gè)信號數(shù)據(jù)作為本次數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)Db，從第二個(gè)信號數(shù)據(jù)開始，計(jì)算出數(shù)據(jù)相對上一個(gè)數(shù)據(jù)的差值D，并形成差值序列Dt+1Dt+2……Dt+n ;所述差值D的值域不大于信號S的值域，差值D存在有效的極小值Dm和極大值Dn的值域范圍，即D e [Dm, Dn]，[Dm, Dj e [Sm, Sj，[Dm, Dj與[Sm，Sn]正相關(guān)；當(dāng)差值序列中的差值Dk+1的數(shù)值超出[Dm，DJ時(shí)，結(jié)束當(dāng)前差值序列的編碼，使DbDt+1Dt+2……Dk為完整的差值數(shù)據(jù)包，同時(shí)以超出差值范圍的差值Dk+1所對應(yīng)的生理體征信號Sk+1、以及所對應(yīng)的時(shí)間Tk+1為起點(diǎn)，以剩余的數(shù)據(jù)或所對應(yīng)的時(shí)間Tk+n的數(shù)據(jù)為終點(diǎn)，進(jìn)行新的數(shù)據(jù)包的處理和封裝，直到全部數(shù)據(jù)處理和封裝完畢，或遇到另一個(gè)超出范圍的差值；所述k+1 e [t+1, t+n];依據(jù)信號特性，[Dm，Dn]的值域范圍與采樣密度負(fù)相關(guān)，更高的采樣密度導(dǎo)致相鄰兩個(gè)信號的差值更小，因此采樣密度、原始信號的數(shù)據(jù)表述值域范圍與差值值域范圍存在平衡關(guān)系。
[0036]D的計(jì)算機(jī)存儲空間與[Dm，DJ的數(shù)據(jù)描述范圍正相關(guān)，如[Dffl, Dj的范圍為[-128，127]，則D的每個(gè)差值的計(jì)算機(jī)存儲空間為I字節(jié)(8比特位)。假設(shè)n=500，原始信號值域?yàn)閇0，4096]，則存儲原始信號需要500*2字節(jié)=1000字節(jié)(8000比特位)，使用差值進(jìn)行存儲需要1*2字節(jié)+499*1字節(jié)=501字節(jié)(4008比特位)。
[0037](4)使用預(yù)定義的編碼字典L對差值序列進(jìn)行替換；所述預(yù)定義的編碼字典L基于正態(tài)分布函數(shù)預(yù)先編制[Dm，DJ中每個(gè)值的使用頻率，其中值域的中位值O的頻率最高，Dm和Dn的頻率最低，從中位值到Dm及Dn所預(yù)先編制的使用頻率服從正態(tài)分布；其中所述的編碼字典L，對作為編碼對象的差值進(jìn)行編碼計(jì)算所依據(jù)的差值出現(xiàn)頻率，為預(yù)定義的頻率值，每一個(gè)差值對應(yīng)唯一一個(gè)編碼，最高出現(xiàn)頻率的差值使用最短比特位的編碼，最低出現(xiàn)頻率的差值使用最長比特位的編碼；并且所述編碼字典L作為編碼對象的差值，其被編碼的數(shù)據(jù)范圍，為兩次相鄰采集的間隔時(shí)間內(nèi)，符合生理規(guī)律的最大生理信號變化范圍。
[0038]編碼字典表在信號處理單元對原始信號進(jìn)行壓縮處理前，已經(jīng)被預(yù)先內(nèi)置到信號處理單元可訪問的緩存中，同時(shí)也被內(nèi)置在對壓縮數(shù)據(jù)序列進(jìn)行解壓縮計(jì)算的匯集終端中。
[0039](5)使用編碼字典L對差值序列Dt+1Dt+2……Dt+n進(jìn)行編碼，形成壓縮數(shù)據(jù)序列Lt+1Lt+2……Lt+n,與基準(zhǔn)值Db —同存儲為DbLt+1Lt+2……Lt+n，構(gòu)建壓縮數(shù)據(jù)包PLW。
[0040](6)將壓縮數(shù)據(jù)包PLw存儲或經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到遠(yuǎn)程。
[0041](7)接收程序依據(jù)預(yù)先定義的編碼字典L對壓縮數(shù)據(jù)包PLw進(jìn)行編碼替換，還原為DbDt+iDt+2......Dt+n。
[0042](8)接收程序基于基準(zhǔn)信號值Db還原差值序列為St+(lSt+1St+2……St+n。
[0043]本方法中，信號接收的最大允許延遲時(shí)間，以及信號的采集頻率，為預(yù)定義的參數(shù)值。參數(shù)值依據(jù)生理規(guī)律和使用需要進(jìn)行設(shè)定，并內(nèi)置于信號處理單元。
[0044]本發(fā)明中依據(jù)一般壓縮算法的原理，通過將更高使用頻率的差值數(shù)據(jù)以更少的比特位表述，將更低使用頻率的差值數(shù)據(jù)以更多的比特位表述，通過編碼字典L對差值序列進(jìn)行替換，從而以總體更少的比特位描述時(shí)間范圍W內(nèi)信號S的變化。
[0045]實(shí)施例1
[0046]1、脈搏搏動(dòng)傳感器輸出的電壓范圍為200mV，輸出頻率為500次/秒，經(jīng)放大電路和A/D轉(zhuǎn)換，脈搏搏動(dòng)輸出值的變化范圍[Sm，Sn]為[0，4096]。信號處理裝置采用基于32位ARMCortexMO內(nèi)核架構(gòu)的微處理器，運(yùn)行頻率為50MHz，具有256KB的Flash空間和64KB的內(nèi)部RAM，并配置了 4MB的附加Flash。
[0047]2、采集裝置進(jìn)行信號采集的固定時(shí)間間隔T為2毫秒，每2毫秒獲取脈搏搏動(dòng)傳感器輸出電壓，并經(jīng)信號放大和A/D轉(zhuǎn)換，按順序暫存。暫存的每筆生理體征信號以2字節(jié)存儲以容納值域[Sm，Sn]的表述范圍。
[0048]3.、數(shù)據(jù)處理單元每60秒將暫存的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理并向上位機(jī)傳送一次，發(fā)送成功后清除暫存數(shù)據(jù)。
[0049] 即每個(gè)數(shù)據(jù)包所應(yīng)包含的信號時(shí)間范圍W為60秒，即60，000毫秒，則期間的原始數(shù)據(jù)包中的所包含的脈搏搏動(dòng)數(shù)據(jù)數(shù)量η為60，000 + 2=30，000個(gè)原始信號，則60秒原始信號的數(shù)據(jù)存儲尺寸為:30，000X2Bytes=60, OOOBytes。[0050]4、當(dāng)數(shù)據(jù)處理單元開始執(zhí)行時(shí)，首先通過進(jìn)行信號的差值序列D的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)字節(jié)碼的壓縮。
[0051]通過預(yù)先對脈搏搏動(dòng)變化的評估，并對采集裝置設(shè)置，兩個(gè)相鄰信號間的正常差值范圍[Dm，Dn]設(shè)定為[-128，127]，即可被I字節(jié)容納。
[0052]差值超出此范圍，則認(rèn)為采集的信號St相對于信號Sw出現(xiàn)跳躍或信號中斷，則從St^1開始進(jìn)行數(shù)據(jù)片段的劃分并開始建立新的壓縮數(shù)據(jù)包。
[0053]壓縮數(shù)據(jù)序列使用期間的第一個(gè)生理體征信號St+(l為基準(zhǔn)值Db，計(jì)算相鄰兩個(gè)生
理體征/[目號間的差值序列D, D包含(Dd1Dd2......Dt+n), Dj1=Sj1-St+!^從而得到差值數(shù)據(jù)
包:
[0054]DbDt+1Dt+2……Dt+n
[0055]在未發(fā)生信號中斷的情況下，D包含30，000-1=29，999筆數(shù)據(jù)，每筆數(shù)據(jù)為lByte，D 的數(shù)據(jù)尺寸為 29，999X lBytes=29, 999Bytes。
[0056]即通過差值序列轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)壓縮率:
[0057](29，999+2) +60，000 ^ 50%
[0058]5、在差值序列D建立完成的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)處理單元基于編碼字典進(jìn)行比特位的壓縮。
[0059]通過預(yù)先對脈搏搏動(dòng)變化的評估，并對采集裝置設(shè)置，采集裝置已經(jīng)內(nèi)置了針對值域范圍[-128,127]的編碼字典。
[0060]編碼字典中每個(gè)編碼的權(quán)重，被預(yù)先假定為符合正態(tài)分布，并一次為基礎(chǔ)對每個(gè)編碼的權(quán)重進(jìn)行了預(yù)先計(jì)算和固化。
[0061]即，代碼“O”為最短的編碼長度，代碼“127”及“-128”為最長的編碼長度。經(jīng)過Huffman算法進(jìn)行優(yōu)化，編碼字典中編碼長度為3比特位至15比特位。
[0062]固化的編碼字典被預(yù)先同時(shí)內(nèi)置在采集裝置中和上位機(jī)中。
[0063]通過編碼字典對差值序列D進(jìn)行編碼置換，形成壓縮數(shù)據(jù)序列Lt+1Lt+2……Lt+n。，從而得到壓縮數(shù)據(jù)包:
[0064]DbLt+1Lt+2……Lt+n
[0065]對壓縮數(shù)據(jù)包附加數(shù)據(jù)包開始時(shí)間Tt，形成數(shù)據(jù)包:
[0066]TtDbLt+1Lt+2……Lt+n
[0067]對數(shù)據(jù)包的所有數(shù)據(jù)計(jì)算校驗(yàn)碼Ct。校驗(yàn)碼使用預(yù)定義掩碼表的CRC16算法，并將計(jì)算結(jié)果附加到壓縮數(shù)據(jù)包，從而形成數(shù)據(jù)包:
[0068]CtTtDbLt+1Lt+2……Lt+n
[0069]6、數(shù)據(jù)處理單元將最終的數(shù)據(jù)包傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。
[0070]7、如果在處理過程中，遇到差值超出值域范圍[-128，127]，則提前結(jié)束當(dāng)前數(shù)據(jù)包的處理和封裝，并將已封裝的數(shù)據(jù)包發(fā)送到上位機(jī)，同時(shí)以超出差值范圍的差值Dt+1所對應(yīng)的生理體征信號W、以及所對應(yīng)的時(shí)間Tt'為起點(diǎn)，以剩余的數(shù)據(jù)為終點(diǎn)，進(jìn)行新的數(shù)據(jù)包的處理和封裝，直到全部數(shù)據(jù)處理和封裝完畢，或遇到另一個(gè)超出范圍的差值。
[0071]本實(shí)施例對脈搏搏動(dòng)數(shù)據(jù)的壓縮率對比如下表所示。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以看出，在實(shí)施例上對不同的8組脈搏搏動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮處理，得到的平均壓縮率為26.79%。與包括gzip及7z等壓縮算法相比 較，具有明顯的優(yōu)勢。[0072]
【權(quán)利要求】
1.一種生理體征傳感器持續(xù)采集信號的無損壓縮方法，其特征在于，該方法包括下述步驟: (1)利用傳感器實(shí)現(xiàn)對體征信號S基于固定時(shí)間間隔T進(jìn)行連續(xù)采集，并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換形成信號時(shí)間序列數(shù)據(jù)St+(lSt+1St+2……St+n ;其中采集信號S存在極小值Sm和極大值Sn的值域范圍，即S e [Sm, Sn]； (2)信號處理單元依據(jù)每個(gè)數(shù)據(jù)包所應(yīng)包含的信號時(shí)間范圍W，確定每次進(jìn)行壓縮處理的最大數(shù)據(jù)長度n，n=W+T; (3)信號處理單元累計(jì)了η個(gè)信號數(shù)據(jù)St+(lSt+1St+2……St+n后，將第一個(gè)信號數(shù)據(jù)作為本次數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)Db，從第二個(gè)信號數(shù)據(jù)開始，計(jì)算出數(shù)據(jù)相對上一個(gè)數(shù)據(jù)的差值D，并形成差值序列Dt+1Dt+2……Dt+n ;所述差值D的值域不大于信號S的值域，差值D存在有效的極小值Dm和極大值Dn的值域范圍，即D e [Dm, DJ，[Dm, Dj e [Sm, Sn]，[Dm, Dn]與[Sm，SJ正相關(guān)； (4)使用預(yù)定義的編碼字典L對差值序列進(jìn)行替換；所述預(yù)定義的編碼字典L基于正態(tài)分布函數(shù)預(yù)先編制[Dm，Dn]中每個(gè)值的使用頻率，其中值域的中位值O的頻率最高，Dn^PDn的頻率最低，從中位值到Dm及Dn所預(yù)先編制的使用頻率服從正態(tài)分布； (5)使用編碼字典L對差值序列Dt+1Dt+2……Dt+n進(jìn)行編碼，形成壓縮數(shù)據(jù)序列Lt+1Lt+2……Lt+n,與基準(zhǔn)值Db —同存儲為DbLt+1Lt+2……Lt+n，構(gòu)建壓縮數(shù)據(jù)包PLW。
2.根據(jù)權(quán)利要求 1所述的一種生理體征傳感器持續(xù)采集信號的無損壓縮方法，其特征在于，在步驟(3)中，當(dāng)差值序列中的差值Dk+1的數(shù)值超出[Dm，Dn]時(shí)，結(jié)束當(dāng)前差值序列的編碼，使DbDt+1Dt+2……Dk為完整的差值數(shù)據(jù)包，同時(shí)以超出差值范圍的差值Dk+1所對應(yīng)的生理體征信號Sk+1、以及所對應(yīng)的時(shí)間Tk+1為起點(diǎn)，以剩余的數(shù)據(jù)或所對應(yīng)的時(shí)間Tk+n的數(shù)據(jù)為終點(diǎn)，進(jìn)行新的數(shù)據(jù)包的處理和封裝，直到全部數(shù)據(jù)處理和封裝完畢，或遇到另一個(gè)超出范圍的差值；所述k+1 e [t+l,t+n]。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生理體征傳感器持續(xù)采集信號的無損壓縮方法，其特征在于，步驟(4)中所述的編碼字典L，對作為編碼對象的差值進(jìn)行編碼計(jì)算所依據(jù)的差值出現(xiàn)頻率，為預(yù)定義的頻率值，每一個(gè)差值對應(yīng)唯一一個(gè)編碼，最高出現(xiàn)頻率的差值使用最短比特位的編碼，最低出現(xiàn)頻率的差值使用最長比特位的編碼。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生理體征傳感器持續(xù)采集信號的無損壓縮方法，其特征在于，步驟(4)中所述的編碼字典L，作為編碼對象的差值，其被編碼的數(shù)據(jù)范圍，為兩次相鄰采集的間隔時(shí)間內(nèi)，符合生理規(guī)律的最大生理信號變化范圍。
【文檔編號】H03M7/30GK103944580SQ201410148437
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月14日
【發(fā)明者】陳巖, 曹金平, 何國祥 申請人:天津萬合星辰信息技術(shù)有限公司