MIT-BIH ECG 信号的数据读取方法和Matlab程序

最近在写一篇基于小波变换的ECG信号压缩算法的论文，遇到了怎样获取ECG信号测试数据的问题，在百度和专业论坛里搜索了一番，发现也有很多朋友为此发愁。现在论文写好了，投稿中，顺便也把怎样获取和处理ECG信号数据的方法写出来，供有需要的朋友参考，省却在百度和论坛里苦苦求索的麻烦，呵呵 ^_^

一、首先，如果是对ECG心电信号进行观察、分析和诊断使用的话，有两个方法：

（1）    从MIT-BIH数据库下载
请参考我前些天发布的文章《MIT-BIH ECG 心电数据的下载和读取图解》，里面有详尽介绍。

http://blog.csdn.net/chenyusiyuan/archive/2008/01/06/2027887.aspx

（2）    用专门的Matlab心电数据读取程序
我10日在浩惠电子论坛（ http://www.hheet.com/bbs/ ）的“医疗器械”版块找到了读取ECG心电数据的Matlab程序（ rddata.m），如获至宝啊！这个程序是由外国人写的，能够读取MIT-BIH数据库 .atr、.dat、.hea三种文件的数据，根据这些数据计算出实际的心电信号值，并绘制出信号波形。程序不大，注释也算齐全，不过是英文的，需要这个程序的朋友请按以下链接下载。

匿名提取文件连接 http://pickup.mofile.com/3497080791233097 
         或登录Mofile，使用提取码 3497080791233097 提取文件
PS: 关于rddata.m的下载，在打开http://pickup.mofile.com/3497080791233097 后，下载链接是在“文件标签”和“文件介绍”之后的地方，夹在两块广告图片之间，共有3个链接：“推荐快车（flashget）高速下载文件 下载文件(IE浏览器) 下载文件(非IE浏览器)”，非常隐蔽，一般点击中间的那个链接“下载文件(IE浏览器)”就会弹出保存对话框了。

二、如果是要对ECG信号进行压缩、编码等信号处理操作

上面程序获得的数据就不便于使用了，因为那是转换为具有实际意义的心电数据，信号数据值一般在-2~2之间，单位是mV。那么，要找新的ECG读取程序来获取数据吗？不用！实际上，程序rddata.m中本身就是把MIT .dat 文件中存储的二值数据转换为十进制数据，然后再进一步处理转换成具有实际意义的心电信号值。我们进行信号处理时，需要用到的就是从二值数据转换来的初始十进制数据，由于 .dat文件中是三个字节存储2个数，即每个数12bits，转换后得到的十进制数范围应该是0~2048。我所理解的数据存储方式图示如下，不知是否正确，仅供参考：



由于rddata.m程序中的注释是英文的，且有些地方也说明不清楚，我从程序中截取出将二值数据转换为十进制数据的部分代码，将注释转换为中文，并根据自己的理解作一些补充说明，希望对大家有所帮助！

具体的程序代码如下：

%-------------------------------------------------------------------------
% 程序Fun_ReadECGData 用于读取ECG信号数据，将原始的二值数据转换为十进制数
% 输入参数及其示例：
% PATH= 'D:/MATLAB/R2007b/work/ECG Data'; % 指定数据的储存路径
% HEADERFILE= '117.hea';      % .hea 格式，头文件，可用记事本打开
% DATAFILE='117.dat';         % .dat 格式，ECG 数据
% SAMPLES2READ=2048;          % 指定需要读入的样本数
%                             % 若.dat文件中存储有两个通道的信号:
%                             % 则读入 2*SAMPLES2READ 个数据
% 输出参数：M —— 一个SAMPLES2READ行2列的数据矩阵，每列数据代表一个通道的信号值
%-------------------------------------------------------------------------
                           
function M = Fun_ReadECGData(PATH,HEADERFILE,DATAFILE,SAMPLES2READ)

%------ LOAD HEADER DATA --------------------------------------------------
%------ 读入头文件数据 -----------------------------------------------------
%
% 示例：用记事本打开的117.hea 文件的数据
%
%      117 2 360 650000
%      117.dat 212 200 11 1024 839 31170 0 MLII
%      117.dat 212 200 11 1024 930 28083 0 V2
%      # 69 M 950 654 x2
%      # None
%
%-------------------------------------------------------------------------


%-------------------------------------------------------------------------
% 【注】函数 fprintf 的功能将格式化的数据写入到指定文件中。
% 表达式：count = fprintf(fid,format,A,...)
% 在字符串'format'的控制下，将矩阵A的实数数据进行格式化，并写入到文件对象fid中。该函数返回所写入数据的字节数 count。
% fid 是通过函数 fopen 获得的整型文件标识符。fid=1，表示标准输出（即输出到屏幕显示）；fid=2，表示标准偏差。
%-------------------------------------------------------------------------

fprintf(1,'//n$> WORKING ON %s .../n', HEADERFILE);   % 在Matlab命令行窗口提示当前工作状态
signalh= fullfile(PATH, HEADERFILE);                           % 通过函数 fullfile 获得头文件的完整路径
fid1=fopen(signalh,'r');                            % 打开头文件，其标识符为 fid1 ，属性为'r'--“只读”
z= fgetl(fid1);                                        % 读取头文件的第一行数据，字符串格式
A= sscanf(z, '%*s %d %d %d',[1,3]);      % 按照格式 '%*s %d %d %d' 转换数据并存入矩阵 A 中
nosig= A(1);                                         % 信号通道数目
sfreq=A(2);                                           % 数据采样频率
clear A;                                                % 清空矩阵 A ，准备获取下一行数据
for k=1:nosig                                         % 读取每个通道信号的数据信息
    z= fgetl(fid1);
    A= sscanf(z, '%*s %d %d %d %d %d',[1,5]);
    dformat(k)= A(1);                                % 信号格式; 这里只允许为 212 格式
    gain(k)= A(2);                                     % 每 mV 包含的整数个数
    bitres(k)= A(3);                                   % 采样精度（位分辨率）
    zerovalue(k)= A(4);                              % ECG 信号零点相应的整数值
    firstvalue(k)= A(5);                               % 信号的第一个整数值 (用于偏差测试)
end;
fclose(fid1);
clear A;

%------ LOAD BINARY DATA --------------------------------------------------
%------ 读取 ECG 信号二值数据 ----------------------------------------------
%
% 说明：.dat 文件的数据格式
%
%      用 uint8 格式读入 N 个样本，存入矩阵 A 中，则 A 有 N 行、3列，每列一个字节，
%      即每行用三个字节表示两个数m1、m2，每个数 12 bits，故又称为 212 格式
%      m1的低8位存放在 A（:,1），m2的低8位存放在A（:,3），
%      m1的高4位存放在A（:,2）的低4位，m2的高4位存放在A（:,2）的高4位
%     
% 根据上述数据格式，可以用一系列移位、位与操作，提取出十进制格式的双通道信号数据
%
%-------------------------------------------------------------------------

if dformat~= [212,212], error('this script does not apply binary formats different to 212.'); end;
signald= fullfile(PATH, DATAFILE);                    % 读入 212 格式的 ECG 信号数据
fid2=fopen(signald,'r');
A= fread(fid2, [3, SAMPLES2READ], 'uint8')';      % 矩阵A共有SAMPLES2READ行、3列，每列数据都是以uint8格式读入，注意这时数据通过uint8的读入方式已经成为十进制数了
fclose(fid2);
M2H= bitshift(A(:,2), -4);                          % 字节向右移四位，即取字节的高四位，属于信号2的高4位
M1H= bitand(A(:,2), 15);                          % 取字节的低四位，属于信号1的高4位
PRL=bitshift(bitand(A(:,2),8),9);                % sign-bit   取出字节低四位中最高位，向左移九位
PRR=bitshift(bitand(A(:,2),128),5);            % sign-bit   取出字节高四位中最高位，向左移五位
M( : , 1)= bitshift(M1H,8)+ A(:,1)-PRL;       % 将M1H、M2H分别左移8位，即乘以2^8，再分别加上A(:,1)，A(:,2)，
M( : , 2)= bitshift(M2H,8)+ A(:,3)-PRR;      % 由于左移时把符号位也移动了，要减去符号位的值
M=M';            % 为了方便后期的数据处理，将输出矩阵 M 转置为2行SAMPLES2READ列