فشرده‌سازي سيگنال‌هاي صوتي قلب (PCG) مبتني بر نمونه‌كاهي و دوبعدي‌سازي

Heart Sound (PCG) Signal Compression based on Down-sampling and two-dimensionalization

در اين مقاله يك روش فشرده‌سازي بااتلاف با قابليت كنترل نسبي كيفيت سيگنال بازسازي شده براي سيگنال‌ صوتي قلب يا فونوكارديوگرام (PCG) پيشنهاد شده است كه مبتني بر دو ايده‌ مهم يكي نمونه‌كاهي و ديگري دوبعدي‌سازي و تشكيل تصوير PCG است. در فشرده‌سازي تصوير PCG از تبديل موجك و يك كدگذار ماتريس ضرايب موجك به نام «موجك درخت فضاگرا» (STW) استفاده شده است. در روش پيشنهادي، قابليت نسبي كنترل كيفيت سيگنال بازسازي شده به كمك يك آستانه از جنس معيار ارزيابي «ريشه درصدي ميانگين مجذور تفاضلات» (PRD) وجود دارد. نتايج شبيه‌سازي روش پيشنهادي روي چند پايگاه داده قابل دسترس براي همگان نشان مي‌دهد كه مرحله‌ نمونه‌كاهي سهم زيادي در افزايش ميزان فشرده‌سازي به ويژه در مورد پايگاه‌هاي داده با فركانس نمونه‌برداري بالا دارد. عامل مهم بعدي در بهبود كارايي فشرده‌سازي روش پيشنهادي، استفاده از دوبعدي‌سازي سيگنال PCG به منظور استفاده از تزايدهاي بين دوره‌اي موجود در اين نوع سيگنال‌هاي تكرارشونده، و استفاده از روش‌هاي موثر امروزي براي فشرده‌سازي تصوير است. كارايي روش پيشنهادي بر طبق معيارهاي متوسط PRD و متوسط «نسبت فشرده‌سازي» (CR) ارزيابي و با نتايج چند روش موجود مقايسه شده است. در اين ارزيابي، به ازاء مقدار تقريبي PRD≤5% پايين‌ترين مقدار متوسط ميزان فشرده‌سازي مربوط به دسته آرتيفكت از پايگاه داده‌ پاسكال (با فركانس نمونه‌برداري 2000 هرتز) و بيشترين مقدار متوسط ميزان فشرده‌سازي مربوط به پايگاه داده‌ دانشگاه واشنگتن (با فركانس نمونه‌برداري 44100 هرتز) حاصل شده است.

In this paper, a lossy compression method with the ability to control the quality of the reconstructed signal is proposed for phonocardiography (PCG) signals. It is based on two main ideas: down-sampling and two-dimensionalization. For PCG image compression, wavelet transform and Spatial-oriented Tree Wavelet (STW) encoder are used. In the proposed method, there is the ability to control the quality of the reconstructed signal using a Percent Root-mean-square Difference (PRD)-related threshold. The simulation results of the proposed method on some public databases indicates that the down-sampling stage has a significant effect on increasing the compression ratio especially in the case of databases with high sampling frequency. The next important factor in improving the compression efficiency of the proposed method is the use of two-dimensional PCG signal in order to take advantage of the inter-period redundancy in this type of repetitive signals, and using modern effective methods for image compression. The efficiency of the proposed method was evaluated according to the average PRD and Compression Ratio (CR) criteria and compared with the results of several existing methods. In this evaluation, while limiting PRD≤5%, the lowest average compression ratio was related to the Artifacts dataset from the Pascal database (with a sampling frequency of 2000 Hz) and the highest average compression ratio was related to the database of the University of Washington (with a sampling frequency of 44100 Hz).