Compresion de Biose ales

Tema 7
Compresión de bioseñales
7.1. Introducción
Un sistema típico de procesado de señales biomédicas adquiere una gran cantidad
de datos que deben almacenarse o transmitirse. Es necesario aplicar algún método para
reducir el espacio de almacenamiento preservando el contenido significativo de la
información para poder reconstruir posteriormente la señal. En algunas aplicaciones, este
proceso decompresión/descompresión tendrá que realizarse en tiempo real. Existen por
tanto tres factores que caracterizan a los algoritmos de compresión de datos:
• Eficiencia de compresión: el objetivo es minimizar el número de bits de código
almacenados eliminando redundancias presentes en la señal original. Se define
la razón de compresión (RC) como el cociente entre el número de bits de la
señaloriginal por el número de bits almacenado en la señal comprimida.
Factores tales como la anchura de banda, frecuencia de muestreo y fidelidad
tienen un efecto importante sobre la razón de compresión.
• Fidelidad de reconstrucción: Un algoritmo de compresión de datos debe
representar los datos con una fidelidad aceptable. En el campo de la Ingeniería
Biomédica, es frecuente validar la aceptabilidadclínica de la señal reconstruida
mediante inspección visual. Se pueden medir también los residuos, es decir, la
diferencia entre la señal reconstruida y la original mediante parámetros como el
PRD (el tanto por ciento de la raíz cuadrada de las diferencias medias al
cuadrado), definido como:

donde N es el número de muestras y las xorg y xrec representan las muestras
originales y reconstruidas,respectivamente.
INGENIERÍA BIOMÉDICA
JUAN F. GUERRERO MARTÍNEZ
Curso 2010-2011

7. 1

• Complejidad: esta característica incide directamente en el tiempo de cálculo del
algoritmo, y por tanto influye fundamentalmente en el caso de
implementaciones en tiempo real.
La elección de un algoritmo de compresión se basa en un balance de las
características comentadas, en función de la aplicación concreta.Existen dos grupos de algoritmos de compresión:
1. Algoritmos sin pérdidas: producen un residuo cero, y la señal reconstruida es
idéntica a la original. Se suelen basar en algún tipo de codificación.
2. Algoritmos con pérdidas: en este caso, la reducción de datos implica que la
señal reconstruida no es exactamente igual a la original. Generalmente las
pérdidas (los residuos) corresponden acaracterísticas no fundamentales de la
señal, por lo que se puede obtener una calidad aceptable clínicamente. Por
ejemplo, un algoritmo de compresión de ECG puede eliminar oscilaciones
basales de pequeña amplitud. En este caso, el residuo contiene información no
interesante desde el punto de vista clínico. La señal reconstruida puede ser
bastante aceptable clínicamente a pesar de tener un residuo alto. Hay tresclases
de algoritmos con pérdidas:
• Algoritmos de compresión en el dominio del tiempo: se basan en la
extracción de puntos significativos, guardando muestras que contienen
información importante sobre la señal y descartando el resto.
• Algoritmos de compresión por transformación: se basan en la
estimación de la información relevante de la señal en algún dominio
transformado.
• Algoritmos decompresión por extracción de características: se
basan en obtener una representación de la señal según un conjunto de
parámetros (características) que definen la información relevante.
Suelen utilizarse en sistemas de clasificación automática, ya que esta
representación más compacta simplifica la tarea del clasificador al
comparar con los patrones de cada clase. La reconstrucción de la señal
debehacerse mediante técnicas de interpolación.
La comparación de prestaciones entre distintos algoritmos no es fácil, puesto que
suelen aplicarse a registros con características diferentes (frecuencia de muestreo, ancho de
banda, resolución de las muestras y nivel de ruido), que afectan directamente a las medidas

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JUAN F. GUERRERO MARTÍNEZ
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de rendimiento....