Resumen

Este documento presenta el diseño basado en FPGA para la compresión de señales ECG utilizando la Transformada Wavelet Discreta y un método de codificación sin pérdida de información. A diferencia de los trabajos clásicos para modo off-line, el trabajo actual permite la compresión en tiempo real de la señal ECG por medio de la reducción de la información redundante. Se propone un modelo para el esquema de convolución en formato punto fijo, el cual tiene buen desempeño en relación a la tasa de salida, la latencia del sistema, la máxima frecuencia de operación y la calidad de la señal comprimida. La arquitectura propuesta, la cuantización utilizada y el método de codificación proporcionan un PRD que es apto para el análisis clínico.

INTRODUCCIÓN

La transformada wavelet discreta (DWT) se ha utilizado en los últimos años en aplicaciones de procesamiento de señales como la eliminación de ruido, la compresión y la codificación. Se han propuesto métodos tanto para el modo offline como online. En el primero, la información se procesa cuadro a cuadro; en el segundo, se procesa muestra a muestra.

En los métodos de denoising y compresión, la DWT va acompañada de una etapa de umbralización para reducir la información redundante [1]. El umbral controla la relación de compresión (CR) del sistema. Cuanto más alto sea el umbral, mayor será la relación de compresión. El límite del umbral está relacionado con el porcentaje de diferencia cuadrática media (PRD) deseado de la señal comprimida (o filtrada) [2]. Cuando la entrada es una señal biomédica como la señal de ECG, el PRD debe ser inferior al 4% para garantizar que se mantiene la información clínica útil [3]. La selección del umbral puede deberse a la eficiencia de empaquetamiento de energía [4], al porcentaje fijo [5], [6] o al umbral universal [7].

En el modo off-line, los algoritmos pueden alcanzar una relación de compresión de hasta 20:1 con un PRD inferior al 10% [8]-[10]. Sin embargo, estos métodos no son adecuados para la implantación en tiempo real ni para aplicaciones autónomas.

Dado que en los dispositivos portátiles es deseable el procesamiento en tiempo real, el diseño de nuevos métodos o la adaptación de los métodos conocidos permite la transmisión o el almacenamiento de la señal de entrada, muestra a muestra. El problema es diseñar una arquitectura en tiempo real para la compresión de la señal de ECG con baja latencia, bajo error de cuantificación, baja pérdida de información y alta relación de compresión.

Para la realización hardware de la DWT, los esquemas clásicos son los basados en la convolución y el esquema de elevación [11]-[13].

• Materias:Compresión de señales Calidad de servicio Arquitectura informática Diseño experimental
• Subjects:Signal compression Quality of service Computer architecture Experimental design
• Palabras claves:Señal ECG, transformada Wavelet Discreta, relación de compresión, esquema de convolución eficiente, codificación sin pérdida de información.
• Keywords:ECG signal, Discrete Wavelet Transform, compression ratio, efficient convolution scheme, quality score.