Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SC (전자공학회논문지SC)

The Institute of Electronics and Information Engineers (대한전자공학회)
권호 표지

Design and Implementation of a Real-time Bio-signal Obtaining, Transmitting, Compressing and Storing System for Telemedicine

원격 진료를 위한 실시간 생체 신호 취득, 전송 및 압축, 저장 시스템의 설계 및 구현

  • 정인교 (충북대학교 전파공학과) ;
  • 김영준 (충북대학교 전파공학과) ;
  • 박인수 (충북대학교 전파공학과) ;
  • 이인성 (충북대학교 전기전자및컴퓨터공학부)
  • Published : 2008.07.25
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Abstract

The real-time bio-signal monitoring system based on the ZigBee and SIP/RTP has proposed and implemented for telemedicine but that has some problems at the stabilities to transmit bio-signal from the sensors to the other sides. In this paper, we designed and implemented a real-time bio-signal monitoring system that is focused on the reliability and efficiency for transmitting bio-signal at real-time. We designed the system to have enhanced architecture and performance in the ubiquitous sensor network, SIP/RTP real-time transmission and management of the database. The Bluetooth network is combined with ZigBee network to distribute traffic of the ECG and the other bio-signal. The modified and multiplied RTP session is used to ensure real-time transmission of ECG, other bio-signals and speech information on the internet. The modified ECG compression method based on DWLT and MSVQ is used to reduce data rate for storing ECG to the database. Finally we implemented a system that has improved performance for transmitting bio-signal from the sensors to the monitoring console and database. This implemented system makes possible to make various applications to serve U-health care services.

본 논문에서는 원격 의료 서비스를 위한 생체 신호 취득 및 전송 시스템의 실시간 신뢰성을 보장하기 위하여 ZigBee와 SIP/RTP를 기반으로 하는 실시간 생체 신호 전송 시스템의 성능 개선 방법을 제안하고 구현하였다. 기존의 시스템은 ZigBee기반의 유비쿼터스 센서 네트워크를 기반으로 사용자의 ECG 및 기타 생체 신호를 수집한다. 이 때 연속된 ECG 전송에 의하여 채널이 과다하게 점유되어 ECG 이외의 생체 신호를 전송할 때 패킷의 손실이 발생한다. 또한 하나의 RTP 세션을 통해 사용자의 음성과 ECG 및 기타 생체 신호를 순차적으로 전송하기 때문에 과중한 전송 스레드 부하와 지연이 발생한다. 따라서 본 논문에서는 ECG 전송 모듈의 채널 점유 문제를 해결하기 위해 Bluetooth를 보조 전송 수단으로 사용하고 복수의 RTP 세션과 전송 스레드를 사용하여 전송지연을 감소시키는 방법을 사용하였다. 또한 이산 웨이블릿 리프팅과 다단계 벡터 양자화 기반의 압축 방법을 적용하여 전송 및 저장되는 ECG를 압축하여 관리하는 구조를 제안하고 구현하였다. ECG의 압축은 데이터의 전송량을 감소시켜 시스템의 실시간 신뢰성을 향상시키며 데이터베이스의 저장 공간을 효율적으로 사용할 수 있도록 한다. 결과적으로 기존의 시스템에 대하여 유비쿼터스 센서 네트워크의 안정성을 확보할 수 있었고 실시간 전송 모듈의 프로세스 점유율을 약 20% 감소시킬 수 있었으며 실제 측정한 ECG를 압축한 결과 25.6:1의 압축률에서 약 3.25%의 PRD를 가지는 효율적인 ECG 관리가 이루어질 수 있었다.

Keywords

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