ECG压缩传输中率失真最优嵌入及不等保护研究

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在目前众多的纠错码中低密度奇偶校验(Low Density Parity Check)码一种最接近香农(Shannon)限的纠错码字。因为其自身优越的纠错性能和良好的译码复杂度,在实际通信系统中得到了广泛的应用,尤其是信息保护系统和通信系统中。从LDPC码的应用领域划分,侧重研究了LDPC码在通信领域中的应用。通过学习和研究LDPC码的度分布特性和译码算法,将LDPC码应用到心电图(Electrocardiograph, ECG)传输过程中的不均等错误保护Unequal Error Protection)中,实现上述系统中的应用。本文主要工作如下:1)实现了用率失真最优嵌入(Rate-Distortion Optimized Embedding)方法和自适应算术编码算法相结合对心电图信号的编码。传统的编码方式是在对信号进行小波分解后,对系数顺序编码直到完成整个过程。然而当信源比特流在某一点被截断时,往后比特携带的信息量将会全部丢失,从而导致信号重建的失真会很大。嵌入式编码可以很好的解决这个问题,其优点是采用了比特平面编码,这样尽管信源比特流在译码时比特被截断,仍然可以恢复部分信息,实现信号的重建。而率失真最优嵌入会在编码时把信源比特流分为显著性标识(Significant Identification)和求精编码(Refinement Coding),并只有在当前编码比特的率失真(Rate-Distortion)斜率大于比特平面的门限斜率时进行不同形式的编码。自适应算术编码的优点在于可以在编码的同时在线对信息比特流的概率分布做实时统计2)论文不但用LU分解法构造了不同码率的规则LDPC码,而且采用密度进化原理和高斯近似相结合的方法构造了非规则LDPC码实现了对ECG信号在传递过程的不等错误保护。对非规则LDPC码来说,其变量节点度分布不均匀是实现不等错误保护的基础。因为在迭代译码过程中,度高的节点会从与其相邻的校验节点处接收到相对较多的校验信息,因此,在最后的判决中就有更大的概率来获得正确译码。论文中实验数据来世MIT-BIH数据中心,实验结果表明:基于率失真最优嵌入算法的性能较好,在充分考虑编码符号周围相关性条件下将ECG信号实现了比较理想的压缩。同时,实验结果也表明:采用LDPC码来对ECG信号进行传输过程中的不等错误保护,可以很好的对重要比特提供重点保护。
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