MIT-BIH ECG 信號的數據讀取方法和Matlab程序

最近在寫一篇基於小波變換的ECG信號壓縮算法的論文,遇到了怎樣獲取ECG信號測試數據的問題,在百度和專業論壇裏搜索了一番,發現也有很多朋友爲此發愁。現在論文寫好了,投稿中,順便也把怎樣獲取和處理ECG信號數據的方法寫出來,供有需要的朋友參考,省卻在百度和論壇裏苦苦求索的麻煩,呵呵 ^_^

一、首先,如果是對ECG心電信號進行觀察、分析和診斷使用的話,有兩個方法:

(1)    從MIT-BIH數據庫下載
請參考我前些天發佈的文章《MIT-BIH ECG 心電數據的下載和讀取圖解》,裏面有詳盡介紹。

http://blog.csdn.net/chenyusiyuan/archive/2008/01/06/2027887.aspx

(2)    用專門的Matlab心電數據讀取程序
我10日在浩惠電子論壇(
http://www.hheet.com/bbs/)的“醫療器械”版塊找到了讀取ECG心電數據的Matlab程序(rddata.m),如獲至寶啊!這個程序是由外國人寫的,能夠讀取MIT-BIH數據庫 .atr、.dat、.hea三種文件的數據,根據這些數據計算出實際的心電信號值,並繪製出信號波形。程序不大,註釋也算齊全,不過是英文的,需要這個程序的朋友請按以下鏈接下載。

匿名提取文件連接
http://pickup.mofile.com/3497080791233097 
         或登錄Mofile,使用提取碼 3497080791233097 提取文件
PS: 關於rddata.m的下載,在打開http://pickup.mofile.com/3497080791233097 後,下載鏈接是在“文件標籤”和“文件介紹”之後的地方,夾在兩塊廣告圖片之間,共有3個鏈接:“推薦快車(flashget)高速下載文件 下載文件(IE瀏覽器) 下載文件(非IE瀏覽器)”,非常隱蔽,一般點擊中間的那個鏈接“下載文件(IE瀏覽器)”就會彈出保存對話框了。


二、如果是要對ECG信號進行壓縮、編碼等信號處理操作

上面程序獲得的數據就不便於使用了,因爲那是轉換爲具有實際意義的心電數據,信號數據值一般在-2~2之間,單位是mV。那麼,要找新的ECG讀取程序來獲取數據嗎?不用!實際上,程序rddata.m中本身就是把MIT .dat 文件中存儲的二值數據轉換爲十進制數據,然後再進一步處理轉換成具有實際意義的心電信號值。我們進行信號處理時,需要用到的就是從二值數據轉換來的初始十進制數據,由於 .dat文件中是三個字節存儲2個數,即每個數12bits,轉換後得到的十進制數範圍應該是0~2048。我所理解的數據存儲方式圖示如下,不知是否正確,僅供參考:



由於rddata.m程序中的註釋是英文的,且有些地方也說明不清楚,我從程序中截取出將二值數據轉換爲十進制數據的部分代碼,將註釋轉換爲中文,並根據自己的理解作一些補充說明,希望對大家有所幫助!

具體的程序代碼如下:

%-------------------------------------------------------------------------
% 程序Fun_ReadECGData 用於讀取ECG信號數據,將原始的二值數據轉換爲十進制數
% 輸入參數及其示例:
% PATH= 'D:/MATLAB/R2007b/work/ECG Data'; % 指定數據的儲存路徑
% HEADERFILE= '117.hea';      % .hea 格式,頭文件,可用記事本打開
% DATAFILE='117.dat';         % .dat 格式,ECG 數據
% SAMPLES2READ=2048;          % 指定需要讀入的樣本數
%                             % 若.dat文件中存儲有兩個通道的信號:
%                             % 則讀入 2*SAMPLES2READ 個數據
% 輸出參數:M —— 一個SAMPLES2READ行2列的數據矩陣,每列數據代表一個通道的信號值
%-------------------------------------------------------------------------
                           
function M = Fun_ReadECGData(PATH,HEADERFILE,DATAFILE,SAMPLES2READ)

%------ LOAD HEADER DATA --------------------------------------------------
%------ 讀入頭文件數據 -----------------------------------------------------
%
% 示例:用記事本打開的117.hea 文件的數據
%
%      117 2 360 650000
%      117.dat 212 200 11 1024 839 31170 0 MLII
%      117.dat 212 200 11 1024 930 28083 0 V2
%      # 69 M 950 654 x2
%      # None
%
%-------------------------------------------------------------------------


%-------------------------------------------------------------------------
% 【注】函數 fprintf 的功能將格式化的數據寫入到指定文件中。
% 表達式:count = fprintf(fid,format,A,...)
% 在字符串'format'的控制下,將矩陣A的實數數據進行格式化,並寫入到文件對象fid中。該函數返回所寫入數據的字節數 count。
% fid 是通過函數 fopen 獲得的整型文件標識符。fid=1,表示標準輸出(即輸出到屏幕顯示);fid=2,表示標準偏差。
%-------------------------------------------------------------------------

fprintf(1,'//n$> WORKING ON %s .../n', HEADERFILE);   % 在Matlab命令行窗口提示當前工作狀態
signalh= fullfile(PATH, HEADERFILE);                           % 通過函數 fullfile 獲得頭文件的完整路徑
fid1=fopen(signalh,'r');                            % 打開頭文件,其標識符爲 fid1 ,屬性爲'r'--“只讀”
z= fgetl(fid1);                                        % 讀取頭文件的第一行數據,字符串格式
A= sscanf(z, '%*s %d %d %d',[1,3]);      % 按照格式 '%*s %d %d %d' 轉換數據並存入矩陣 A 中
nosig= A(1);                                         % 信號通道數目
sfreq=A(2);                                           % 數據採樣頻率
clear A;                                                % 清空矩陣 A ,準備獲取下一行數據
for k=1:nosig                                         % 讀取每個通道信號的數據信息
    z= fgetl(fid1);
    A= sscanf(z, '%*s %d %d %d %d %d',[1,5]);
    dformat(k)= A(1);                                % 信號格式; 這裏只允許爲 212 格式
    gain(k)= A(2);                                     % 每 mV 包含的整數個數
    bitres(k)= A(3);                                   % 採樣精度(位分辨率)
    zerovalue(k)= A(4);                              % ECG 信號零點相應的整數值
    firstvalue(k)= A(5);                               % 信號的第一個整數值 (用於偏差測試)
end;
fclose(fid1);
clear A;

%------ LOAD BINARY DATA --------------------------------------------------
%------ 讀取 ECG 信號二值數據 ----------------------------------------------
%
% 說明:.dat 文件的數據格式
%
%      用 uint8 格式讀入 N 個樣本,存入矩陣 A 中,則 A 有 N 行、3列,每列一個字節,
%      即每行用三個字節表示兩個數m1、m2,每個數 12 bits,故又稱爲 212 格式
%      m1的低8位存放在 A(:,1),m2的低8位存放在A(:,3),
%      m1的高4位存放在A(:,2)的
4位,m2的高4位存放在A(:,2)的4位
%     
% 根據上述數據格式,可以用一系列移位、位與操作,提取出十進制格式的雙通道信號數據
%
%-------------------------------------------------------------------------

if dformat~= [212,212], error('this script does not apply binary formats different to 212.'); end;
signald= fullfile(PATH, DATAFILE);                    % 讀入 212 格式的 ECG 信號數據
fid2=fopen(signald,'r');
A= fread(fid2, [3, SAMPLES2READ], 'uint8')';      % 矩陣A共有SAMPLES2READ行、3列,每列數據都是以uint8格式讀入,注意這時數據通過uint8的讀入方式已經成爲十進制數了
fclose(fid2);
M2H= bitshift(A(:,2), -4);                          % 字節向右移四位,即取字節的高四位,屬於信號2的高4位
M1H= bitand(A(:,2), 15);                          % 取字節的低四位,屬於信號1的高4位
PRL=bitshift(bitand(A(:,2),8),9);                % sign-bit   取出字節低四位中最高位,向左移九位
PRR=bitshift(bitand(A(:,2),128),5);            % sign-bit   取出字節高四位中最高位,向左移五位
M( : , 1)= bitshift(M1H,8)+ A(:,1)-PRL;       % 將M1H、M2H分別左移8位,即乘以2^8,再分別加上A(:,1),A(:,2),
M( : , 2)= bitshift(M2H,8)+ A(:,3)-PRR;      % 由於左移時把符號位也移動了,要減去符號位的值
M=M';            % 爲了方便後期的數據處理,將輸出矩陣 M 轉置爲2行SAMPLES2READ列




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