一种ECG数据实时压缩方法及系统与流程

本发明涉及数据压缩领域，尤其涉及一种ecg数据实时压缩方法。

背景技术：

1、长程动态心电监测在心律失常筛查、术后随访及远程医疗中发挥着日益重要的作用。与传统holter设备相比，长程心电仪通常具备更轻便及无感的佩戴体验，可连续采集数日乃至数周的心电信号，不仅服务于临床患者，也逐渐融入健康人群的日常健康管理。然而，长程心电监测在带来便利的同时，也引发了数据传输与存储方面的严峻挑战。

2、心电信号是连续采集的高采样率时序信号，目前的可穿戴设备如心电衣、长程心电仪等佩戴及采集周期较长，数据量较大。而可穿戴设备通常仅负责信号采集而不具备完整的本地分析能力，需要将数据传输至远程服务器进行存储和分析。这一过程中，长时间的数据传输会显著消耗设备电池续航，大量数据传输也会产生可观的通信费用和存储成本。因此，先亟需一种方法使得能在设备端对心电信号进行有效压缩，以达到降低通信能耗、延长监测周期、减轻服务器存储负担的目的。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种ecg数据实时压缩方法及系统，能够在采集设备端实时采集并压缩数据。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、首先公开一种一种ecg数据实时压缩方法，包括以下步骤：

4、s1.获取连续采集的ecg波形信号，所述ecg波形信号至少包括一个导联的时序采样数据。

5、s2.以固定窗长的滑动窗口对采集到的ecg波形信号进行r峰检测；

6、s3.根据s2的检测结果，将滑动窗口内的ecg波形信号分为心拍段及心拍间期段，所述时序采样数据的第一个心拍段为qrs关键帧；

7、s4.针对所述滑动窗口内的所述心拍段，计算每一个当前心拍段与其前一个心拍段的形变残差，生成残差序列，将所述残差序列、所述心拍间期段以及qrs关键帧一并编码并输出；

8、s5.将所述步骤s4输出的编码结果按时序组装成压缩数据帧，生成压缩码流。

9、进一步的，所述步骤s4中，对所述心拍间期段以及所述残差序列编码时，采用rice编码方式编码输出。

10、进一步的，所述步骤s3中的将ecg波形信号分为心拍段及心拍间期段，其中所述心拍段为以r点向两端扩张并包含整个心拍全部波形的片段。

11、进一步的，对所述心拍间期段以及所述残差序列编码前，先对数据序列进行量化，量化包括q1、q2、q3三个档位，其中压缩比q1

12、进一步的，所述步骤s3中，对所述心拍段进行缩放，使所述心拍段与所述qrs关键帧的采样点对齐。

13、另一方面，提供一种ecg数据实时压缩系统，包括：

14、r峰检测模块，用于以固定窗长的滑动窗口对采集到的ecg波形信号进行r峰检测；

15、信号分段模块，用于根据r峰检测的结果，将ecg波形信号分为心拍段及心拍间期段，所述时序采样数据的第一个心拍段为qrs关键帧；

16、编码模块，用于将分段后的ecg波形信号编码压缩，具体是计算每一个当前心拍段与其前一个心拍段的形变残差，生成残差序列，将所述残差序列、所述心拍间期段以及所述qrs关键帧一并编码并输出，随后将输出的编码结果按时序组装成压缩数据帧，生成压缩码流。

17、进一步的，所述编码模块对所述心拍间期段以及所述残差序列编码时，采用rice编码方式编码输出。

18、进一步的，所述信号分段模块将ecg波形分为心拍段及心拍间期段，其中所述心拍段为以r点向两端扩张并包含整个心拍全部波形的片段。

19、进一步的，所述编码模块还设置有量化单元，在对所述心拍间期以及所述残差序列编码前，先对数据整数序列进行量化，量化包括q1、q2、q3三个档位，其中压缩比q1

20、进一步的，所述步骤s3中，对所述心拍段进行缩放，使其余所述心拍段与所述qrs关键帧的采样点对齐。

21、本发明的有益效果在于：

22、对心电数据压缩前，针对其特性将其分段成心拍段和间期段，对心拍段和间期段采用不同的压缩方式和压缩档位，根据相邻心拍的qrs波形相近的特性，采用逐拍残差的方式，每一个心拍段都与前一个心拍段计算形变残差，相邻拍之间的残差值通常能量较低，占用比特也较少，采用rice编码能大幅降低编码的比特开销，提高了压缩率。而间期段采用量化+rice编码的方式简化压缩过程，分段的方式契合心电数据的特性，且由于间期段信息量较少，不包含特征点，可采用较高档位的有损压缩，在保证压缩率的同时保证了压缩速率，是一种专门针对于心电数据的压缩方式。其次编码简单，编码时只需保存第一个心拍段作为qrs关键帧以及后续的所有形变残差形成的残差序列和间期段，无需存储历史信号数据作为样本。此外，由于本发明的方法中涉及的rice编码以及r波检测算法都具备轻量级计算的特性，使之可以在简单的设备端边采集边压缩，真正实现实时压缩。

1.一种ecg数据实时压缩方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种ecg数据实时压缩方法，其特征在于：所述步骤s4中，对所述心拍间期段以及所述残差序列编码时，采用rice编码方式编码输出。

3.根据权利要求1所述的一种ecg数据实时压缩方法，其特征在于：所述步骤s3中的将ecg波形信号分为心拍段及心拍间期段，其中所述心拍段为以r点向两端扩张并包含整个心拍全部波形的片段。

4.根据权利要求2所述的一种ecg数据实时压缩方法，其特征在于：对所述心拍间期段以及所述残差序列编码前，先对数据序列进行量化，量化包括q1、q2、q3三个档位，其中压缩比q1

5.根据权利要求1所述的一种ecg数据实时压缩方法，其特征在于：所述步骤s3中，对所述心拍段进行缩放，使所述心拍段与所述qrs关键帧的采样点对齐。

6.一种ecg数据实时压缩系统，其特征在于：包括：

7.根据权利要求6所述的一种ecg数据实时压缩系统，其特征在于：所述编码模块对所述心拍间期段以及所述残差序列编码时，采用rice编码方式编码输出。

8.根据权利要求6所述的一种ecg数据实时压缩系统，其特征在于：所述信号分段模块将ecg波形信号分为心拍段及心拍间期段，其中所述心拍段为以r点向两端扩张并包含整个心拍全部波形的片段。

9.根据权利要求7所述的一种ecg数据实时压缩系统，其特征在于：所述编码模块还设置有量化单元，在对所述心拍间期以及所述残差序列编码前，先对数据整数序列进行量化，量化包括q1、q2、q3三个档位，其中压缩比q1

10.根据权利要求6所述的一种ecg数据实时压缩系统，其特征在于：所述信号分段模块还对所述心拍段进行缩放，使其余所述心拍段与所述qrs关键帧的采样点对齐。