Обробка квазіпереодичних сигналів у реальному часі

Зміст



1. Вступ …………………………………………………………………………………………………………………………………………… 5

Призначення та область застосування……………………………………………………………… 6

Технічні характеристики………………………………………………………………………………………………  7

Постановка задачі ……………………………………………………………………………………………………… 7

Опис функціонування програми ………………………………………………………………………… 9

Вхідні та вихідні дані ………………………………………………………………………………………… 10

Склад технічних і програмних засобів …………………………………………………… 11

Література ……………………………………………………………………………………………………………………………… 12

Додаток ……………………………………………………………………………………………………………………………………… 13	 





















































1. Вступ

	

Дана курсова робота присвячена розробці програмного модуля  "rg.exe",який повинен виконувати обробку безперервного періодичного сигналу. Найбільше розповсюдження ця задача отримала в області  медицини, де необхідно швидко і детально обробляти сигнал енцефалограма.  Широке розповсюдження персональних комп'ютерів типу  IBM PС XT/AT дало додатковий імпульс до розвитку апаратних і  програмних засобів для рішення даних задач.

Розробка програмного продукту ведеться  на  основі  завдання виданого кафедрою ВТіП Харківського державного політехнічного університету  від 15.02.2000 р.















































2. Призначення та область застосування



	Програма вирішує задачу виведення на екран обробленої інформації від четирьохканального обробника сигналів в реальному масштабі часу. Прийом вищезгаданих сигналів проводиться через буферні масиви даних, які організовані у вигляді файлів на магнітному носії. 

Програма призначена для адекватного відображення на екрані монітора вхідної, проміжної і вихідної інформації в системі обробки сигналів. 

Областю застосування даної програми можна назвати будь-яку область людської діяльності, в якій може зажадатися визначити період квазіпереодичного сигналу і вивести результати на екран для їх подальшої обробки і використання. 



















































3. Технічні характеристики



3.1. Постановка задачі



Для спеціалізованих автоматизованих систем (САС)  ана-

ліза багатоканальної сигнальної  інформації  в  реальному  масштабі часу (РМЧ) характерні,  поряд з іншими,  такі основні функції, як введення і попередня (первинна) обробка сигналів.

Прогрмний модуль повинен працювати як об'єкт обробки САС,що являє собою квазіпереодичні низькочастотні  аналогові сигнали,які синхронно знімаються по декількох каналах та обробка яких проводиться у тимчасовій області.

Основними вимогами, що пред'являються до такий САС, є 

відсутність втрат багатоканальної сигнальної  інформації,  що вводиться і попериодична оперативна обробка сигналів в кожному каналі.

     Виходячи з особливостей об'єкта і  характеру  його  обробки

процес,  що реалізовує багатоканальне введення і попередню обробку сигналів,визначення параметрів періодів і  сигналів та формування файла параметрів,повинен виконувати наступні функціональні дії:

     - рахунок і контроль тривалості сеансу;

     - завдання інтервалу дискретизації сигналів;

     - комутація каналів введення;

     - перемикання каналів для попередньої обробки;

     - отримання відфільтровувати відліку сигналу;

     - обчислення першою похідною (різниці) сигналу;

     - обчислення другою похідною (різниці) сигналу;

     - перевірка на екстремум сигналу;

     - перевірка на перегин (екстремум першої різниці) сигналу;

     - накопичення інформації об екстремумах сигналу;

     - накопичення інформації про перегини;

 	- аналіз структури виявленого періоду сигналу;

     - прийняття рішення про передачу  інформації о знайденом

  періоді сигналу для подальшої обробки;

- гарафічна візаулізація результатів;

     Для  глобального  процесу,  що розглядається  виділені   ло-

кальные процеси, з яких до основних віднесені наступні:

     - рахунок часу сеансу;

     - квазисинхронный багатоканальне введення відліку сигналів;

     - цифрова фільтрація сигналів;

     - цифрове диферинцирование (перше і друге) сигналу;

     - отримання особливих відліків (точок экстремумов і  перегинів)

сигналу;

     - виділення періодів сигналу для подальшої обробки.

  Програмна реалізація на машинно-орієнтованій мові у вигляді спеціалізованого модуля повинна функціонувати в середовищі ДОС і забезпечувати роботу з таймером.

 











































3.2. Опис функціонування програми





Програмний модуль  являє собою  цикл, вихід з якого проводиться закінченням роботи блока , який модолює роботу АЦП. При старті програми всі дані з файлів за допомогою яких модулюється АЦП завантажуються в масиви даних. Вся подальша робота проводиться вже над ними. Далі програма отримує наступний відлик сигналу, який прходить

2-х етапну фільтрацію ( медіанна та сглажування ). Потім програма   отримує відфільтрова-ний відлік сигналу,  бчислює першу похідну (різницю) сигналу,другу похідну (різницю) сигналу, виконує перевірку на екстремум та перегин,накопичує інформацію об екстремумах та перегини,аналізує структуру виявленого періоду сигналу,та якщо знайден період виконує обчислення параметрів сигналу.

      Графічне відображення  на екран проводиться  шляхом використання стандартної бібліотеки для роботи з гпафікою. Графіки виводяться для 4-х каналів одночасно, та для кожного каналу – вхідний та відфільтрований сигнал.

 	Обчислені параметри сигналу зберігаются на диску з вказанням періода.































3.3. Вхідні та вихідні дані







Вхідні дані являють собою файл в якому в цілочисельному форматі знаходяться немасштабовані графіки вхідних сигналів (файли “kanal.dat").

 	Вихідні дані є графічні представлення масивів даних на екрані монітора, та файл з

параметрами періоду (“masp.res”).  

























































3.4. Склад технічних і програмних засобів





Модуль попередньої обробки РЕГ сигналу розробляється  для автоматизованої системи медичного контролю і діагностики,  яка функціонує на базі ПЕОМ типу IBM PC/AT.

Для нормальної роботи модуля в режимі реального часу необхідна ПЕОМ на базі мікропроцесора i80386 і вище, операційна система MS DOS версії не нижче за 3.30.

Програма відкомпілювати в середовищі Windows'95 (MS DOS 4.00.950 ) під управлінням «Borland С++ 3.1 ». 























































4. Література

	

	1. “Быстрые алгоритмы в цифровой обработке изображений“ . Под редакціей  Т.С. Хуанга. Москва  “ Радио и связь “ .1984.

	2.  “ Анализ результатов наблюдений ”. Дж.Тьюки. Москва “Мир”.1981.

	3.  “ Справочник по устройствам  цифровой обработки информации “ . Под

	редакціей д-ра техн. наук В.Н.Яковлева. Киев “Тэхника”. 1988.   





















































5. Додаток



Лістинг програмного модуля





#include <stdio.h>

#include <conio.h>

#include <stdlib.h>

#include <dos.h>

#include <graphics.h>

#include <string.h>

#define 	Size 		1600

#define 	Meanings 500

#define 	KO			4

#define	KMO		7

#define	KSO		7



#define INTR 8   /* The clock tick interrupt */



#ifdef __cplusplus

	 #define __CPPARGS ...

#else

	 #define __CPPARGS

#endif

static int kf;

int stop=1;

FILE *outst;



/*--------------- входные данные (4 канала) ------------------*/

int

	 azp[4][Meanings],

	 out[4][Meanings];



int

	outmed[28]={    0,0,0,0,0,0,0,

          		 0,0,0,0,0,0,0,

				 0,0,0,0,0,0,0,

				 0,0,0,0,0,0,0

			  },

	outsr[28]={     0,0,0,0,0,0,0,

				 0,0,0,0,0,0,0,

				 0,0,0,0,0,0,0,

				 0,0,0,0,0,0,0

			 },

	mean[4]={0,0,0,0},

	kpmo[4]={0,0,0,0},

	krs[4]={0,0,0,0},

	amvoi[4]={0,0,0,0},

	ofsmed[4]={0,0,0,0},

	sum[4]={0,0,0,0},

	tmpmed[7]={0,0,0,0,0,0,0},

	flags[4]={0,0,0,0},

	flags1[4]={0,0,0,0},

	fla[4]={0,0,0,0},

	iper[4]={0,0,0,0},

	iex[4]={0,0,0,0},

	io[4]={0,0,0,0},

	fex[4]={0,0,0,0},

	imean[4]={-1,-1,-1,-1},

	st[4]={2,2,2,2},

	ipd[4]={0,0,0,0},

	ips[4]={0,0,0,0},

	per[4][10],

	percnt[4]={-1,-1,-1,-1};

	/*переменные программы*/

int

	t,f1=0,flag,iex1=0,j,kk=0,

	ps=0,z,pd=1,

	dko=0,

	k=1,i,m,fl=1,

	dx=3,dx1=-4;

	char str[5];

/*выходные данные*/

static int     me[4][Meanings],/*	экстремумы	*/

          	mp[4][Meanings],/*	перегибы		*/

			mo[4][Meanings],/*	особые точки	*/

			mr[4][Meanings],/*	первые разности*/

			ms[4][Meanings],/*	секунды		*/

			md[4][Meanings];/*	дискретные отсчеты	*/



/* Переменные для процедуры  обработки */

			int  ot1,ot2,ot3,ot4,ot5,ot6;

			int  tf,tf1,ne,vk,

			int  masp[4][11];

			int  kaz;

			long sq,s;



void init_azp(int[][Meanings],char[] );

void interrupt ( *oldhandler)(__CPPARGS);



void interrupt handler(__CPPARGS)

{

  if(--kf<0)

  {

	 oldhandler();

	 kf=5;



  }

  else

	 outportb(0x20,0x20);

	if(mean[dko]<Meanings-1)

	{

	 amvoi[dko]=azp[dko][mean[dko]];

	 putpixel(dx,(dko*100+350)-amvoi[dko]/2,12);

	 putpixel(dx,dko*100+75,10);

	 mean[dko]++;

	 outmed[dko*7+ofsmed[dko]]=amvoi[dko];

	 if(mean[dko]>KMO-1)

	 {

	 for(i=0;i<7;i++)

		tmpmed[i]=outmed[dko*7+i];

		 k=1;

		 while(k==1)

		 {

		  k=0;

		  for(i=0;i<6;i++)

			if(tmpmed[i]<tmpmed[i+1])

			{

				m=tmpmed[i];

				tmpmed[i]=tmpmed[i+1];

				tmpmed[i+1]=m;

				k=1;

			}

		  }

		  outsr[dko*7+krs[dko]]=outmed[dko*7+3];

		  for(i=dko*7;i<dko*7+6;i++)

			  outmed[i]=outmed[i+1];

		  if(krs[dko]>=KSO-1)

		  {  // сглаживание

			 sum[dko]=0;

			 for(i=dko*7;i<dko*7+7;i++)

			  sum[dko]+=outsr[i];

			 for(i=dko*7;i<dko*7+6;i++)

			  outsr[i]=outsr[i+1];

			++imean[dko];

			out[dko][imean[dko]]=sum[dko]/7;

		putpixel(dx1,(dko*100+350)-out[dko][imean[dko]]/2,14);

			if(imean[dko]>=1)

			 {  // вычисление 1-ой разности

	mr[dko][imean[dko]-1]=out[dko][imean[dko]] out[dko][imean[dko]-1];

				if (imean[dko]>=3)

				{ // вычисление второй разности

				  if(mr[dko][imean[dko]-2]<mr[dko][imean[dko]-3])

				  {

					if(flags[dko]==1)

					{

					 mp[dko][iper[dko]]=imean[dko]-2;

					 mo[dko][io[dko]++]=out[dko][imean[dko]-2];

					 md[dko][ipd[dko]++]=pd;

					 ms[dko][ips[dko]++]=ps;

					 iper[dko]++;

					 }

					flags[dko]=-1;

				  }

				  else

					 if(mr[dko][imean[dko]-2]>mr[dko][imean[dko]-3])

					 {

					  if (flags[dko]==-1)

						{

						 mp[dko][iper[dko]]=imean[dko]-2;

						 mo[dko][io[dko]++]=out[dko][imean[dko]-2];

						 md[dko][ipd[dko]++]=pd;

						 ms[dko][ips[dko]++]=ps;

						 iper[dko]++;

					 }

					  flags[dko]=1;

					 }

				}

				if((out[dko][1]-out[dko][0])>0)

				  flags1[dko]=1;

				else

				  flags1[dko]=-1;

				if((imean[dko]>14)&&(imean[dko]%6==0))

				{

				 for(i=st[dko];i<imean[dko];i++)

				 {

					if((out[dko][i]>out[dko][i-1])&&(flags1[dko]==-1))

					{

					 st[dko]=i;

					 for(j=i+1,t=0;(t<13)&&(j<imean[dko]);t++,j++)

					 if(out[dko][j]<out[dko][i-1])

						{fla[dko]=0;break;}

					 else fla[dko]=1;

					if( (fla[dko]==1))

					{

					  if(me[dko][iex[dko]-1]!=i-1 ){

					  me[dko][iex[dko]++]=i-1;

					  mo[dko][io[dko]++]=out[dko][me[dko][iex[dko]-1]];

					  fex[dko]=0;

					  md[dko][ipd[dko]++]=pd;

					  ms[dko][ips[dko]++]=ps;

					  circle(me[dko][iex[dko]-1]+10,(dko*100+350)-out[dko][ me[dko][iex[dko]-1]]/2,2);

					  floodfill(me[dko][iex[dko]-1]+10,(dko*100+350)-out[dko][ me[dko][iex[dko]-1]]/2,15);

					  }

						flags1[dko]=1;

					}

					else

						i=j;

				}

				else

					if((out[dko][i]<out[dko][i-1])&&(flags1[dko]==1))

					{

					 st[dko]=i;

					 for(j=i+1,t=0;(t<13)&&(j<imean[dko]);t++,j++)

					 if(out[dko][j]>out[dko][i-1])

						{fla[dko]=0;break; }

					 else fla[dko]=1;

					 if((fla[dko]==1))

					 {

					 if(me[dko][iex[dko]-1]!=i-1 ){

					  me[dko][iex[dko]++]=i-1;

					  md[dko][ipd[dko]++]=pd;

					  ms[dko][ips[dko]++]=ps;

					  mo[dko][io[dko]++]=out[dko][me[dko][iex[dko]-1]];

					 fex[dko]=1;

					 circle(me[dko][iex[dko]-1]+10,(dko*100+350)-out[dko][ me[dko][iex[dko]-1]]/2,2);

					  floodfill(me[dko][iex[dko]-1]+10,(dko*100+350)-out[dko][ me[dko][iex[dko]-1]]/2,15);

					 }

						flags1[dko]=-1;

					 }

					else

						 i=j;

					}

				}

			  }

			if((iex[dko]>1)&&(fex[dko]))

			  {

			  tf=me[0][1]-me[0][0]+1;

			  tf1=mo[0][14]-mo[0][12];

			  if(percnt[dko]==0)

				line(me[dko][0]+10,dko*100+70,me[dko][0]+10,dko*100+80);

			  if(out[dko] [ me[dko] [iex[dko]-2]]<out[dko][ me[dko] [iex[dko]-iex[dko]]]+20)

			  {

				 fex[dko]=0;

				 ++percnt[dko];

				 per[dko][percnt[dko]]=me[dko][iex[dko]-2];

				 if(percnt[dko]>0)

					{

					ne=iex[dko]-1+percnt[dko]-1;

					if(ne%5)

					  goto End;

					masp[dko][1] = dko + 1;

					ot1=me[dko][(percnt[dko]-1)*4+0];

					ot2=me[dko][(percnt[dko]-1)*4+1];

					masp[dko][2]=out[dko][ot2];

					ot3=me[dko][(percnt[dko]-1)*4+3];

					masp[dko][5]=out[dko][ot3];

					ot4=me[dko][(percnt[dko]-1)*4+2];

					masp[dko][4]=out[dko][ot4];

					masp[dko][3]=out[dko][ot4-4];

					masp[dko][7]=per[dko][percnt[dko]]-per[dko][percnt[dko]-1];

					if(!((masp[dko][7]>98)&&(masp[dko][7]<104) ))

						goto End;

					masp[dko][6]=me[dko][iex[dko]-1]-me[dko][iex[dko]-2]+1;

					if(!( (masp[dko][6]>tf-3)&&(masp[dko][6]<tf+3)))

						goto End;

					for(int w =0;out[dko][ot2]!=mo[dko][w];w++);

					if(! ( mo[dko][w]-mo[dko][w-2]+2) )

					  goto End;

					line(me[dko][iex[dko]-2]+10,dko*100+70,me[dko][iex[dko]-2]+10,dko*100+80);

					sprintf(str,"%d",masp[dko][7]);

					setcolor(11);

					outtextxy(me[dko][iex[dko]-2]-50,dko*100+85,str);

					setcolor(15);

					ot6=me[dko][(percnt[dko]-1)*4+4];

					masp[dko][9]=me[dko][(percnt[dko]-1)*4+4]/100;

					masp[dko][10]=me[dko][(percnt[dko]-1)*4+4]%100;

					kaz=(out[dko][ot1]+out[dko][ot6])/2;

					for(vk=2;vk<6;vk++)

						masp[dko][vk]=masp[dko][vk]-kaz;

					s=0;

					for(vk=0;vk<ot4-1;vk++)

					s=s+(out[dko][vk]+out[dko][vk+1])/2;

					sq=(s/ot4-kaz)*masp[dko][7];

					masp[dko][8]=sq;

					fprintf(outst,"\t%d",percnt[dko]);

					fprintf(outst,"\t");

					for(z=1;z<11;z++)

					 fprintf(outst,"%5d ",masp[dko][z]);

					fprintf(outst,"\n");

				  }

				}

			  }

			 }

		  }

		  else

		  ++krs[dko];





		}

	else

			++ofsmed[dko];

End:if(dko==3)

	  {

		++pd;

		if(pd==100)

		{

		 ++ps;

		 pd=0;

		}



		 dko=0;

		 ++dx;

		 ++dx1;

	  }

	  else

		 ++dko;

	}



	else

	 stop=-1;



}



void main(void)

{

	int gdriver = DETECT, gmode, errorcode;

	unsigned int newtic=10947,oldtic=65535L;// new tic for 100,1 in second



	init_azp(azp,"kanal1.dat");

	initgraph(&gdriver, &gmode, "");

	errorcode = graphresult();

	if (errorcode != grOk)

	{

	printf("Graphics error: %s\n", grapherrormsg(errorcode));

	printf("Press any key to halt:");

	getch();

	exit(1);

	}

  outst=fopen("masp.res","w");

  if(outst==NULL){

	 puts("Anable open file\n");

	 exit(1);

  }

  fprintf(outst,"\t\t\t\tРезультаты обработки \n");

  fprintf(outst,"\n");

  fprintf(outst,"  Период\t\t\t\tПараметры сигнала \n");

  setbkcolor(0);

  setcolor(1);

  cleardevice();

  line(1,100,640,100);

  line(1,200,640,200);

  line(1,300,640,300);

  line(1,400,640,400);

  line(1,1,1,400);

  setcolor(15);

  outportb(0x43,0x36);

  outportb(0x40,newtic&0x00ff);

  outportb(0x40,newtic>>8);

  oldhandler = getvect(INTR);

  setvect(INTR, handler);

  while (stop==1)

  {

  }

  setvect(INTR, oldhandler);



  outportb(0x43,0x36);

  outportb(0x40,oldtic&0x00ff);

  outportb(0x40,oldtic>>8);

  fclose(outst);



  getch();

  closegraph();

}

void init_azp(int mas[][Meanings],char filename[])

{

	int i=0,j;

	unsigned int *tmp;

	FILE *f;

	char mode[]="rt";





  f=fopen(filename,mode);

  if(f==NULL){

	 puts("Anable open file\n");

	 exit(1);

 }

 for(i=0;i<4;i++)

  {

	for(j=0;j<500;j++)

	{

	 fscanf(f,"%d",tmp);

	 mas[i][j]=*tmp;

	}

	rewind(f);

  }

  fclose(f);

}





























Результати роботи програми























5

1





15





5