CN115089189A - 一种心电、肌电信号测试设备提高数据传输率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种心电、肌电信号测试设备提高数据传输率的方法。本发明根据肌电信号连续变化的特征，将通用肌电信号测试设备传输每个采样点的信号数值，转换成传输每个采样点信号数值相比前一个采样点信号数值的增量，这样就可以大幅减少数据的位数，在传输波特率不变的情况下，可以提高单位时间传输的数据量，从而提高数据传输率。采用本发明提供的方法可以大幅提高心电、肌电测试仪下位机与上位机通信信道的数据率，确保数据传输没有延时，同时信息不会丢失。

Description

一种心电、肌电信号测试设备提高数据传输率的方法
技术领域
本发明涉及一种提高医用心电、肌电信号测试设备数据传输效率的方法。
背景技术
医用心电、肌电信号测试设备，通常需要将检测数据传送到上位机电脑，而通常采用USB口或串行口进行传输。USB口及串行口的传输速率是有限的，数据的位数越多，传输的数据率就越低。这样在数据采样率一定的情况下，如果数据的位数太高，就不能保证将每个采样数据都及时地传输到上位机，从而造成数据丢失。
发明内容
本发明的目的是：提高医用心电、肌电信号测试设备向上位机电脑传输数据的数据传输效率。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种心电、肌电信号测试设备提高数据传输率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
心电、肌电信号测试设备按设定的采样频率对心电、肌电信号进行采样，心电、肌电信号幅度的最大值需要用J位二进制数表示，J位二进制数的最大值对应于心电、肌电信号幅度的最大值，并设第0个采样时间点的采样值V(0)＝0，则在第n个采样时间点，n＝1，2，......，有：
步骤1、心电、肌电信号测试设备向上位机发送第n个采样时间点的带方向的增量值VV(n)，具体包括以下步骤：
步骤101、心电、肌电信号测试设备获得第n个采样时间点的采样值V(n)，并获取第n-1个采样时间点的采样值V(n-1)；
步骤102、计算得到第n个采样时间点的增量绝对值|VV(n)|＝|V(n)-V(n-1)|，该增量绝对值|VV(n)|以K位二进制数表示；
步骤103、在以K位二进制数表示的增量绝对值|VV(n)|的基础上拼接一位二进制符号位，若V(n)大于V(n-1)，则通过二进制符号位表示数据增，若V(n)小于V(n-1)，则通过二进制符号位表示数据减，最终得到以(K+1)位二进制数表示的带方向的增量值VV(n)，且(K+1)＜＜J；
步骤2、上位机获得心电、肌电信号测试设备发送的带方向的增量值VV(n)后，计算得到第n个采样时间点的实际采样值，具体包括以下步骤：
步骤201、计算得到第n个采样时间点的累加值Vs(n)，累加值Vs(n)由J位二进制数表示，且有
Figure BDA0003680843220000021
式中：|VV(i)|表示去除二进制符号位的增量值VV(n)，即增量绝对值；ai为累加系数，若增量值VV(n)的二进制符号位表示数据增，则ai＝1，若增量值VV(n)的二进制符号位表示数据减，则ai＝-1；
步骤202、基于J位二进制数的最大值所对应的心电、肌电信号幅度的最大值，将累加值Vs(n)转换为第n个采样时间点的实际采样值。
优选地，用于表示所述心电、肌电信号幅度的最大值的二进制数的位数J至少为用于表示所述带方向的增量值VV(n)的二进制数的位数(K+1)的两倍。
优选地，所述采样频率越高，则用于表示所述带方向的增量值VV(n)的二进制数的位数(K+1)越小。
由于心电肌电信号波形的变化是连续的，即随时间逐步上升和下降，不会突变。并且只要采样频率足够大，即采样时间间隔足够小，就可以保证下一个采样值比上一个的变化幅度足够用至少少一半位数的数字值来表示。因此，本发明参考了数字通信原理中的PCM增量调制原理，提出了一种心电、肌电信号测试设备提高数据传输率的方法。本发明根据肌电信号连续变化的特征，将通用肌电信号测试设备传输每个采样点的信号数值，转换成传输每个采样点信号数值相比前一个采样点信号数值的增量，这样就可以大幅减少数据的位数，在传输波特率不变的情况下，可以提高单位时间传输的数据量，从而提高数据传输率。采用本发明提供的方法可以大幅提高心电、肌电测试仪下位机与上位机通信信道的数据率，确保数据传输没有延时，同时信息不会丢失。
综上所述，本发明可以大幅提高心电、肌电测试仪下位机与上位机通信信道的数据率，确保数据传输没有延时，同时信息不会丢失。
附图说明
图1为心电、肌电信号波形示意图；
图2为本发明的算法流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
心电、肌电信号波形如图1所示，属于连续变化的脉冲。由于其有一定的上升沿和下降沿，不会出现幅度的突变。因此，医疗设备进行AD转换采样时，只要选用的AD转换芯片采样率足够高，就可以保证每一个采样时间点的信号数值相比前一个采样点的数值，改变量足够小。比如用16位二进制数据来表示信号幅度，如果脉冲的上升沿和下降沿都不小于1mS，若采用1MHz采样率的ADC芯片，那么上升沿和下降沿都不会少于1000个采样点，从而后一个采样点相对于前一个采样点，采样的信号值增量的绝对值原则上不会大于信号最高幅度值的1/1000。那么就可以用7位二进制数(不大于512)的值来表示增量的绝对值。如果采用8位二进制数据，则可以用后7位表示增量的绝对值，第1位为符号位，用于表示增或减，例如用0表示增、1表示减。这样就可以将原先的16位二进制数据压缩到8位，进而使得数据传输率提高了1倍。如果继续提高采样率，则数据传输率还可以进一步提高。本发明中，依据信号最高幅度值来确定二进制数的位数，使得二进制数所能表示的最大值能够对应于实际信号最高幅度值。例如本实施例中，用16位二进制数据来表示信号幅度，如果要求得到信号每个采样点的具体电压值，则只需要利用16位二进制数的最大值所对应的实际信号最高幅度值传给上位机，上位机就可以根据传过来的增量值先计算出每个采样点的所对应的16位二进制数的数值，再根据16位二进制数的最大值所对应的实际信号最高幅度值换算成每个采样点的实际电压值。
基于前述原理，本发明提供的一种心电、肌电信号测试设备提高数据传输率的方法采用图2所示的算法流程。由于信号波形起始幅度一般都定为0，第一个采样点幅度值也可以当作增量值。信号在采样过程中，每后一个采样时间点采样得到的数值，都与前一个采样时间点采样得到的数值相减，比如在第n个采样时间点得到的采样数值V(n)，与第n-1个采样时间点采样得到的数值V(n-1)相减，得到第n个采样时间点的增量值VV(n)。由于VV(n)的绝对值相比信号幅度的最大值要小很多，其绝对值可以用相比信号幅度最大值二进制表示的位数少很多的位数来表示，左边再增加一位表示增或减。因此只要采样率足够高，就可以将VV(n)的位数减少到实际采样值二进制表示需要的位数的一半或更多。每个采样点n的数值都可以用增量值VV(n)来表示，这样数据传输率至少可以提高一倍。
上位机对接收到的带符号的增量数值进行代数加法运算，每个采样点的值就是累加值，这样就可以在每个采样时间点还原出实际的信号幅度值。
本发明用于心电肌电测试仪下位机与上位机的数据传输处理，属于下位机的数据传输模块，可以作为下位机单片机软件中通信部分的数据处理模块。

Claims (3)

1.一种心电、肌电信号测试设备提高数据传输率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
心电、肌电信号测试设备按设定的采样频率对心电、肌电信号进行采样，心电、肌电信号幅度的最大值需要用J位二进制数表示，J位二进制数的最大值对应于心电、肌电信号幅度的最大值，并设第0个采样时间点的采样值V(0)＝0，则在第n个采样时间点，n＝1,2,……，有：
步骤1、心电、肌电信号测试设备向上位机发送第n个采样时间点的带方向的增量值VV(n)，具体包括以下步骤：
步骤101、心电、肌电信号测试设备获得第n个采样时间点的采样值V(n)，并获取第n-1个采样时间点的采样值V(n-1)；
步骤102、计算得到第n个采样时间点的增量绝对值|VV(n)|＝|V(n)-V(n-1)|，该增量绝对值|VV(n)|以K位二进制数表示；
步骤103、在以K位二进制数表示的增量绝对值|VV(n)|的基础上拼接一位二进制符号位，若V(n)大于V(n-1)，则通过二进制符号位表示数据增，若V(n)小于V(n-1)，则通过二进制符号位表示数据减，最终得到以(K+1)位二进制数表示的带方向的增量值VV(n)，且(K+1)<<J；
步骤2、上位机获得心电、肌电信号测试设备发送的带方向的增量值VV(n)后，计算得到第n个采样时间点的实际采样值，具体包括以下步骤：
步骤201、计算得到第n个采样时间点的累加值Vs(n)，累加值Vs(n)由J位二进制数表示，且有
Figure FDA0003680843210000011
式中：|VV(i)|表示去除二进制符号位的增量值VV(n)，即增量绝对值；ai为累加系数，若增量值VV(n)的二进制符号位表示数据增，则ai＝1，若增量值VV(n)的二进制符号位表示数据减，则ai＝-1；
步骤202、基于J位二进制数的最大值所对应的心电、肌电信号幅度的最大值，将累加值Vs(n)转换为第n个采样时间点的实际采样值。
2.如权利要求1所述的一种心电、肌电信号测试设备提高数据传输率的方法，其特征在于，用于表示所述心电、肌电信号幅度的最大值的二进制数的位数J至少为用于表示所述带方向的增量值VV(n)的二进制数的位数(K+1)的两倍。
3.如权利要求1所述的一种心电、肌电信号测试设备提高数据传输率的方法，其特征在于，所述采样频率越高，则用于表示所述带方向的增量值VV(n)的二进制数的位数(K+1)越小。
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