1.4.2. Стиск електрокард біосигналу

Представлення ЕКС регулярною вибіркою відлитків, що одержана в результаті його дискретизації, часто виявляється надлишковим. Скоротити надмірність дозволяють методи стиску даних, суть яких полягає в зменшенні обсягу вихідної інформації шляхом добору меншого числа істотних координат. Ці координати можуть бути отримані або в результаті деякого перетвореннядискретного сигналу, або обрані безпосередньо з вихідної вибірки відликів. Найчастіше стиск даних зв'язаний з деякою втратою інформації, через що вихідний сигнал не може бути точно відновлений.

Можливість одержання ефективного стиску ЕКС зв'язана з тим, що високочастотні компоненти сигналу присутні на досить коротких відрізках серцевого циклу. Частота дискретизації розраховується на припустимі помилки дискретного представлення саме цих фрагментів ЕКС, тому опис регулярною вибіркою відліків низькочастотних ділянок сигналу виявляється надлишковим. Для усунення цієї надмірності запропоновані різні методи стиску, зв'язані з рішенням багатьох задач збереження, передачі й обробки ЕКС. У системах цифрової передачі даних скорочення обсягу переданих даних знижує вимоги до пропускної здатності каналу зв'язку, що особливо актуально для телефонних ліній зв'язку.

Для оцінки ефективності стиснутого представлення сигналу звичайно застосовують два показники: коефіцієнт стиску, обумовлений відношенням числа вихідних відліків сигналу до числа отриманих координату і помилку відновлення сигналу. У якості останньої найчастіше використовується абсолютна чи середня квадратична помилка.

Підхід до вибору методу стиску й оцінка його ефективності повинні визначатися конкретною метою його застосування. У задачах збереження і передачі даних звичайно задається припустимий рівень перекручування відновленого сигналу, а вибір конкретного методу здійснюється, виходячи з умов одержання найкращого значення коефіцієнта стиску при відомій чи припустимій складності реалізації алгоритму кодування-декодування сигналу.

Серед існуючих методів стиску даних можна виділити групу методів, заснованих на розкладанні сигналу по ортогональних функціях. Застосування для цілей стиску розкладання Карунена-Лоева, ряду Фур'є, перетворення Хаара дозволяє досягати високих коефіцієнтів стиску, однак вимагає великого обсягу обчислень. Крім того, виникає проблема попереднього виділення серцевого циклу, що ускладнює реалізацію цих методів у системах реального часу. Такий стиск використовується для збереження ЕКГ в автоматизованих архівах і передачі ЕКГ на відстань, коли немає твердих вимог до складності алгоритмів обробки і швидкості обчислень.

Широке застосування одержали методи стиску, засновані на амплітудно-часових перетвореннях сигналу. До найбільш простих відноситься метод різницевого кодування, що забезпечує скорочення надмірності регулярної вибірки відліків за рахунок зменшення обсягу кожної координати. Важливо відзначити, що цей метод забезпечує абсолютно точне відновлення дискретизованого сигналу.

Досить поширені методи стиску сигналу, що використовують апроксимацію сигналу на окремих тимчасових відрізках різними функціями. Як апроксимуючі функції можуть бути узяті алгебраїчні поліноми різних ступенів чи спеціальні функції, але більшість алгоритмів припускає використання низько ступеневих функцій, що наближають (східчаста чи лінійна апроксимація). Це пояснюється в основному їхньою відносною простотою і високою швидкодією, що має вирішальне значення для задач передачі к обробки ЕКС у реальному масштабічасу.