[发明专利]一种心电信号压缩率自适应调节无线传输系统和传输方法

权利要求书

1.一种心电信号压缩率自适应调节无线传输系统，其特征在于，包括传感器节点和协调器，所述传感器节点被配置为获取原始信号、数据采样压缩以及将压缩后的数据发送到所述协调器；所述协调器被配置为接收所述压缩数据和恢复所述压缩数据；所述传感器节点还包括稀疏度估计模块，所述协调器还包括无线补偿模块和误差控制模块；所述稀疏度估计模块被配置为计算数据的稀疏度以及根据稀疏度估计采样率，所述无线补偿模块被配置为补偿无线通讯过程中的丢包，所述无线补偿模块获取无线信道的丢包率，并发送给所述传感器节点，所述误差控制模块被配置为控制重构误差；所述传感器节点被配置为根据原始数据生成引导数据；所述引导数据被配置为在恢复数据时估计重构误差；在压缩数据中随机选择10％的数据作为所述引导数据。

2.如权利要求1所述的心电信号压缩率自适应调节无线传输系统，其特征在于，所述传感器节点采用的稀疏化方法为快速傅里叶变换、离散余弦变换或者小波变换中的一种。

3.如权利要求1所述的心电信号压缩率自适应调节无线传输系统，其特征在于，所述稀疏度估计模块被配置为根据每帧数据的稀疏度分类和对应的模型以及根据所述协调器发送的丢包信息得到每帧数据所需要的采样率。

4.如权利要求1所述的心电信号压缩率自适应调节无线传输系统，其特征在于，所述传感器节点被配置为根据原始数据生成控制数据。

5.如权利要求4所述的心电信号压缩率自适应调节无线传输系统，其特征在于，所述传感器节点被配置为将压缩数据、引导数据和控制数据打包发送给所述协调器，所述控制数据是无线传输过程中的包头。

6.一种心电信号压缩率自适应调节无线传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、在传感器节点，原始心电数据X^N*1首先被稀疏化得到X_S^N*1，其中N为每帧需要压缩的原始数据长度；

步骤2、根据X_S的稀疏度K来计算随机观测矩阵A^M*N的维度M，通过离线建模得到M与K的关系；

步骤3、通过观测矩阵A将数据压缩成Y^M*1，

Y＝A·Xs

步骤4、根据原始数据生成引导数据，引导数据用来在恢复数据时估计重构误差，在压缩数据Y中随机选择10％的数据作为引导数据；

步骤5、根据原始数据生成控制数据，控制数据是无线传输过程中的包头；

步骤6、传感器节点将压缩数据、引导数据和控制数据打包，通过无线网络发送给协调器节点；

步骤7、协调器节点接收到数据包后，恢复所述压缩数据。

7.如权利要求6所述的心电信号压缩率自适应调节无线传输方法，其特征在于，所述稀疏化的方法为快速傅里叶变换、离散余弦变换或者小波变换中的一种。

8.如权利要求6所述的心电信号压缩率自适应调节无线传输方法，其特征在于，步骤2中所述的离线建模的方法为：

首先，根据不同的稀疏度对数据帧进行分类，离线采集用户大于10000个数据帧D，采用快速聚类算法将数据分为两类；

其次，根据数据的稀疏度和采样率的分布进行建模，所建模型为分段线性模型：

其中，Ω_i(i＝1,2)由上述的分类方法来确定，参数C_i(i＝1,2,3,4)通过求解优化问题来得到：

s.t.s_i-ar_i-b≥0

其中，s_i表示每个数据帧的稀疏度，r_i表示每一帧的采样率，a和b即为分段函数中的系数；

最后，根据每帧数据的稀疏度分类和对应的模型，可以得到每帧数据所需要的采样率Ms，根据协调器发送的丢包信息PLR得到

M＝Ms/(1-PLR)；

由此确定随机观测阵A的维数M*N。

9.如权利要求6所述的心电信号压缩率自适应调节无线传输方法，其特征在于，步骤7还包括以下步骤：

首先，确认所述压缩数据、所述引导数据和所述控制数据是否完整，如果部分压缩数据丢失，无线补偿模块将估计信道状况；如果引导数据或者控制数据丢失，下一帧的采样率将只由稀疏度估计模块来决定；

其次，在传感器节点端，稀疏度估计模块的输入是下一帧数据的稀疏度，输出是对下一帧的压缩率估计M_S；在协调器端，误差控制模块的输入是误差的历史数据，根据这些历史数据误差控制模块可以调整下一帧的采样率；

最后，无线补偿模块可以获取当前无线信道的丢包率PLR，然后将丢包率PLR发送给传感器节点。