摘要：在sp061a单片机上实现对ecc信号的fft、滤波和压缩。合理组织sp061a的硬件资源，并采取数据分段长度可选、避开高频分量的计算和简易的数据压缩算法，使存储开销、运算速度和精度满足实用要求。

     关键词：ecc数据 sp061a fft 滤波 压缩 在远程心电监护系统中，心电信号采集器是实现心电信号的现场采集、存储和传输的重要终端设备。对采集器的基本要求之一是：及时对采集到的心电信号进行滤波和压缩等预处理，以减少存储器占用量和数据远程传输到头端服务器的开销。为降低成本，这些任务一般采用单片机完成。然而，限于单片机的资源、运算能力和运行速度，许多压缩算法，如周期压缩法、小波变换压缩法和神经网络方法等无法使用，一些缺乏快速算法的频域变换法也很难达到实用的程度[3]。高性价比的心电信号采集器的研制一直是一个热点问题。 通过研究fft(快速傅立叶变换)的算法结构和心电信号的特点发现，采用分段fft，保留分析心电波形需要的谐波成分，巧妙地组织单片机的片内ram资源，可使数据运算量和ram开销大大减少，能实现数据滤波和压缩，且能达到实时采集与处理所需的运算速度。 sp061a是凌阳科技公司研制的一款16位超低功耗单片机[1]，片内有2k字ram、10位a／d转换器，cpu时钟高达49．152mhz，且价格低廉，还特别具有一套精简、高效的指令系统和类似于dsp的硬件内积运算功能。这些特点很适合心电信号的采集和处理。图1是作者研发的心电信号采集器中有关硬件的组成框图：多路ecg模拟信号送sp061a进行a／d转换，转换数据送nvram dsl265w暂存；待采集完成后，由sp061a进行fft和滤波、压缩；压缩结果送回dsl265w，再适时通过电话线或计算机网络送到监护中心处理、诊断。 本文仅讨论用sp061a实现fft[2]、低通滤波与压缩。设对心电信号的采样率为500次／秒，数据精度为10位。1 数据分段算法 设采集到的原始数据存于片外ram中，将这些数据分为若干段，逐段读入片内进行fft。各段的变换结果及时送回片外ram中保存。 按照fft的要求，段中包含的数据个数必须为2n，n为fft变换的层数。考虑到sp061a片内ram为2k字，此处取n=9或n＝10，即段中数据为512或1024，以保证ram够用。显然，段头和段尾的数据大小相等时，以该段作为一个周期而无限重复的波形将无跳跃点。经过“fft变换到频域”→“丢弃高频成分”→“ifft(快速傅立叶反变换，在头端pc上进行)”一系列操作而重建的时域波形，段与段之间的结合点将是连续的。但实际上，按上述分段几乎不能做到段头和段尾的数据大小相等。取两种段长的目的就是提供两种可能的选择——选择首尾数据之差较小的段作fft。尽管如此，段首尾数据之差仍存在，经处理、复原后的波形在段的结合部位仍将有间断点。而采用加窗、延拓等办法在单片机上又难以实现。解决问题的策略为：分段时，各段间的数据首、尾各覆盖10个数据。头端pc在完成重建后，应将首、尾各5个数据丢弃。2 时域数据的整序与加载 分段后，将该段加载到sp061a的ram中，以实施fft。原始数据以采集的时间先后顺序存放，加载时则应“整序”，即改变数据的先后顺序，以保证变换后的频域数据为正序。 设rs为指向片外ram的、待加载的段内数据的偏移地址，rs=o…2n-1；rd为指向片内ram的、待写入数据的偏移地址，如图2。将rs按n位二进制逐位高低互换就得到只rdo例如，当n=9时，若rs为011001011b，则rd为110100110b。为加快计算速度，将n=9时及，的值制表存于flashrom，供整序时查询。当n=10时，取rs的b0～b9位查表获得rd，再将rs的b10位传送到rd，的b15位，最后将rd循环左移1位。 fft变换是复数运算。在将原始数据加载到片内ram的同时，应把实数转换为复数，即令虚部为0。于是，一个原始数据加载到ram中要占用2个字。复数的存储格式为：实部字存于低地址，虚部字存于相邻的高地址。现在考察ram需要量。n=9时，段长为512个数据，加载到ram中要占用512×2＝1024字；n＝10时，段长为1024个数据，全部加载将占用1024×2=2048字，超过片内ram的可用容量。此时，将数据分为两部分，先将第一部分加载到ram作fft，得到中间结果，再将第二部分加载、变换，最后相加合成。3 fft变换及低通滤波 fft将时域序列{χ[i]，i∈0…2n}变换为频域序列{f[i]，i∈0…2n}。为了实现低通滤波，仅须保留{f[i]}中≤75hz的频率分量。当n=9时，应保留{f[i]}中的前77个低频分量；当n＝10时，则应保留{f[i]}中的前154个低频分量。这也同时减少了计算量，加快了计算速度；存放周转量所需的片内ram也能得到保证。 为叙述简便，以n=3为例，研究fft的计算结构，如图3所示。 图3中，w[k]是复因子，w[k]＝cos[(2kπ)/n ]＋jsin[(2kπ)/n]，k＝0…2n-1