Тезис доклада на Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Медицинские информационные системы «МИС-2004»  Россия, Таганрог , 13-16 сентября 2004 г.

Проблема АДАПТАЦИИ к априорно неопределенным возмущениям В методаХ компрессии биомедицинских сигналов на основе дельта-преобразований второго порядка с гарантированной высокой точностью

Бай К.А. Шульга А.С.  ООО НПКФ «Медиком МТД» 347900 Россия, Таганрог

В современной медицине применяются мобильные компактные диагностические системы, позволяющие проводить сложные исследования состояния человека, при этом существует  необходимость регистрации больших объёмов биомедицинских сигналов различных типов. В таких системах особо актуальна проблема хранения и передачи больших объемов данных. Один из путей решения этой проблемы – использование программной компрессии данных.

К алгоритмам компрессии биомедицинских сигналов предъявляется следующий ряд требований:

• Необходимо обеспечивать заданную высокую точность представления сигнала, соизмеримую с уровнем точности прибора, регистрирующего сигналы;

• Алгоритм компрессии должен позволять упаковывать данные по мере съема в реальном времени.

Интерес для решения поставленной задачи представляет использование теории оптимизированных дельта-преобразований второго порядка. На сегодняшний день известно несколько методов компрессии на основе дельта-преобразований второго порядка. Существующий алгоритм компрессии с адаптацией к априорно неопределённым возмущениям исследуемых сигналов [1] основан на модификации величины кванта модуляции, чем обеспечивается минимизация относительной, но не абсолютной ошибки. Разработанный позже метод компрессии биомедицинских сигналов с гарантированной точностью [2] предполагает стационарность сигнала, хотя и на относительно малом участке.

Большинство типов биомедицинских сигналов имеют хаотическую структуру. Решив проблему адаптации для существующего метода компрессии биомедицинских сигналов с гарантированной точностью, вероятно, удастся увеличить обеспечиваемую степень компрессии.

Сущность предлагаемого метода адаптации к априорно неопределенным возмущениям сигнала заключается в использовании близкой к оптимальной частоты дискретизации аппроксимирующей функции для каждой пары отсчётов исходного сигнала. Значение кванта модуляции, которой пропорциональна точность представления сигнала, должна оставаться постоянной. Величина частоты дискретизации может быть вычислена на основе анализа квадратного сплайна, построенного для отсчетов сигнала, относящихся к предыстории.

В работе [2] показано, что значение оптимального шага дискретизации для любой пары отсчетов может быть вычислено по формуле:

Где:

ErrMAX  – необходимая точность представления сигнала;

a – значения модуля второй производной квадратного сплайна.  

Для вычисления значения dt необходимо иметь значение величины кванта модуляции a для данной пары отсчетов. На этапе декомпрессии сигнала эта величина неизвестна. Значение a предполагается вычислять, опираясь на декодированные отсчеты сигнала. На интервале предыстории является возможным построить сплайн и получить его основные характеристики, в том числе значения a для предыдущих отсчетов сигнала. Эффективность адаптации зависит от успешности вычисления оптимального значения a для декодируемой пары отсчетов.

Использование описанного принципа адаптации должно позволить более оптимально строить дельта-функцию, повысить показатель компрессии для биомедицинских сигналов, особенностью которых является наличие нестационарных участков.

Литература:

1. Кравченко П.П.  Основы теории оптимизированных дельта-преобразований второго порядка. Цифровое управление, сжатие и параллельная обработка информации // Издательство ТРТУ. Таганрог 1997 г. 198 с.

2. Бай К.А. Разработка алгоритмов компрессии биомедицинских сигналов с использованием дельта-преобразований второго порядка // Диссертация.  Таганрог 2003 г. 202 с.