Modification of shapiro`s embedded zerotree wavelet (EZW) algorithm to apply for ECG signal compression

Abstract

ÖZET SHAPIRO'NUN SIFIR-AĞAÇ DÖNÜŞÜM ALGORİTMASININ EKG İŞARET SIKIŞTIRILMA UYGULAMASI İÇİN DEĞİŞTİRİLMESİ SEZGİN, K. Erbil Yüksek Lisans Tezi, Elektrik Elektronik Mühendisliği. Tez Danışmanı: Doç.Dr. Gülay TOHUMOGLU Ağustos 2002, 81 sayfa Dalgacık Dönüşümü son yıllarda bir çok uygulamada önemli bir araç olmuştur. Bu tezde, niceliksel karşılaştırma temel alınarak daha iyi sonuçlar elde etmek için işaret işleme ve Elektrokardiogram sinyallerinin dalgacık uzamında sıkıştırılması üzerinde odaklanılmışlar. Shapiro'nun Sıfir-Ağaç Dönüşüm Algoritmasına (ŞADA) dayanan ve başlangıçta görüntü sıkıştırmak için geliştirilen Modifike edilmiş Sıfir Ağaç Kodlama Algoritması (MSADA) tek boyutlu işaretlerin sıkıştırımasında ilk kez kullanılmıştır. MSADA dalgacık tabanlı bir algoritma olup bir grup dikgen ve çift dikgen dalgacık için uygulanmıştır. İşaret ayrıştırma seviyesi yaygın kullanılan seviyeler olan üç ve beş seviye olarak seçilmiş ve Matlab programlan yazılmıştır. Niceliksel karşılaştırma için, MSADA ve ŞADA algoritma sonuçlan Sıkıştırma Oram ve Oransal Etkin Değer Farklan temel alınarak kıyaslanmıştır. Algoritmalan test etmek için MIT-BIH Aırhythmia EKG veritabanı sinyalleri kullanılmıştır. Aynı alt bant aynştırma seviyeleri için MSADA algoritmasının ŞADA algoritmasından daha iyi sonuçlar verdiği gözlenmiştir. MSADA algoritması belirli Oransal Etkin Değer Farklan için elde edilen sıkıştırma oranlarında ŞADA algoritmasına açık bir üstünlük sağlamakta ve çift dikgen dalgacıklar için dikgen dalgacıklardan daha hızlı çalışmaktadır. Anahtar kelimeler: veri sıkıştırma, elektrokardiyogram, dalgacık, çok-adımlı sıfir-ağaç dönüşüm algoritması. iv

ABSTRACT MODIFICATION OF SHAPIRO'S EMBEDDED ZERO TREE WAVELET (EZW) ALGORITHM TO APPLY FOR ECG SIGNAL COMPRESSION. SEZGİN, K. Erbil M.Sc. in Electrical and Electronics Engineering Supervisor: Assoc. Prof. Dr. Gülay TOHUMO?LU August 2002, 81 pages The Wavelet Transform has proven to be a valuable tool in many applications fields during the last decade. In this thesis, it is focused on signal processing and compression of Electrocardiogram signal in wavelet domain to evaluate the better results in terms of the quantitative comparison. It is novel study on the Modified Embedded Zerotree Wavelet (MEZW) compression algorithm for one dimensional signal which is originally derived for image compression based on the Shapiro's Embedded Zerotree Wavelet (EZW) algorithm. MEZW is a wavelet based algorithm. In detail, MEZW algorithm is applied for a class of orthogonal and biorthogonal wavelets. Signal decomposition level is chosen 3-levels or 5-levels which is commonly used in the signal decomposition depth by developing MATLAB codes. In quantitative comparison, MEZW and EZW algorithm results are compared by the Compression Ratio and Percentage Root Mean Square Difference. MIT-BIH Arrhythmia ECG database signals are used to test algorithms. It is observed that the MEZW algorithm gives better results than EZW for the same level of subband decomposition. Especially, MEZW algorithm shows a clear advantage in the Compression Ratio achieved for a given Percentage Root Mean Square Difference over the traditional EZW and it works at higher speed for the biorthogonal wavelets than the orthogonal wavelets. Key words: data compression, electrocardiogram, wavelets, multi-iteration embedded zerotree wavelet. in