Разработка метода и адаптивных алгоритмов компрессии с гарантированной точностью биомедицинских сигналов на основе дельта-преобразований второго порядка

Общая характеристика работы

• 
  точность представления сигнала должна иметь гарантированное (достаточно высокое) значение;
  
• 
  для обеспечения в реальном масштабе времени возможности регистрации биомедицинских сигналов многоканальной телемедицинской системой и своевременного восстановления сигналов при диагностической обработке трудоёмкость компрессии и декомпрессии должна быть низкой.
  

1. 
   Исследована возможность решения поставленной задачи с помощью известных методов компрессии;
   
2. 
   Разработан метод компрессии биомедицинских сигналов с гарантированной точностью для работы в реальном масштабе времени, обеспечивающий более высокую, чем в известных методах, эффективность по уровню сжатия и вычислительной трудоёмкости;
   
3. 
   Синтезированы быстродействующие алгоритмы компрессии и декомпрессии биомедицинских сигналов с гарантированной точностью;
   
4. 
   Экспериментально исследована эффективность разработанного алгоритма компрессии в аспекте сравнения с известными методами, для чего разработано соответствующее программное обеспечение.
   

1. 
   Предложен метод компрессии биомедицинских сигналов с гарантированной точностью на основе дельта-преобразований второго порядка, отличающийся сочетанием обеспечения гарантированной точности преобразования с одновременным адаптивным формированием частоты поддискретизации и веса второй производной аппроксимирующей функции дельта-преобразования второго порядка. Метод позволяет компрессировать электрокардиографические и электроэнцефалографические сигналы в 4,5÷7,7 раз с гарантированной точностью 1÷5 мкВ (13÷10 двоичных разрядов исходного сигнала, значения отсчётов которого представлены в диапазоне ~[-4; +4] мВ) и отличается низкой вычислительной трудоёмкостью и простотой алгоритмов.
   
2. 
   Предложено применение нормированного дерева возможных аппроксимирующих траекторий, отличающееся по построению от традиционных методов синтеза аппроксимирующей функции дельта-преобразования второго порядка. Построение дерева позволяет определять траекторию кодирования между отсчётами входного сигнала с априори заданной точностью при сравнительно низкой вычислительной трудоёмкости, а также выполнять адаптацию основных параметров аппроксимирующей функции, как при компрессии, так и при декомпрессии.
   
3. 
   Разработан алгоритм адаптации частоты поддискретизации на основе анализа значимости интенсивности накопления предшествующих дельта-бит производных второго порядка аппроксимирующей функции, отличающийся направленностью на анализ изменения крутизны исходного сигнала и малыми вычислительными затратами.
   
4. 
   Разработан алгоритм формирования веса второй производной аппроксимирующей функции на основе частоты поддискретизации, обеспечивающий гарантированную точность преобразования и отличающийся малыми вычислительными затратами.
   
5. 
   Разработан алгоритм определения траектории кодирования на основе использования нормированного дерева возможных аппроксимирующих траекторий, отличающийся обеспечением гарантированной точности аппроксимируемого отсчёта и малыми вычислительными затратами.
   
6. 
   Синтезированы быстродействующие табличные алгоритмы компрессии и декомпрессии, отличающиеся сочетанием одновременного адаптивного формирования оценок частоты поддискретизации и веса второй производной аппроксимирующей функции с выполнением требования гарантированной точности для всех аппроксимируемых отсчётов, а так же малыми, в сравнении с известными методами, вычислительными затратами.
   

1. 
   Метод компрессии биомедицинских сигналов на основе адаптивных дельта-преобразований второго порядка с гарантированной точностью.
   
2. 
   Модель нормированного дерева возможных аппроксимирующих траекторий, методика нормирования аппроксимирующих траекторий, отсчётов исходного сигнала и значения гарантированной точности.
   
3. 
   Алгоритм адаптации частоты поддискретизации на основе анализа значимости интенсивности накопления предшествующих дельта-бит производных второго порядка аппроксимирующей функции.
   
4. 
   Алгоритм формирования веса второй производной аппроксимирующей функции на основе частоты поддискретизации, обеспечивающий гарантированную точность преобразования.
   
5. 
   Алгоритм определения траектории кодирования на основе использования нормированного дерева возможных аппроксимирующих траекторий.
   
6. 
   Быстродействующие табличные алгоритмы компрессии и декомпрессии, обеспечивающие сочетание одновременного адаптивного формирования оценок частоты поддискретизации и веса второй производной аппроксимирующей функции с выполнением требования гарантированной точности для всех аппроксимируемых отсчётов.
   
7. 
   Результаты экспериментальных исследований эффективности разработанного алгоритма компрессии.