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An Ultra Low-Energy VLSI Approximate Discrete Haar Wavelet Transform for ECG Data Compression
dc.creator | Godinho, Arthur Cardozo | |
dc.date.accessioned | 2024-12-12T15:56:51Z | |
dc.date.available | 2024-12-12T15:56:51Z | |
dc.date.issued | 2024-03-26 | |
dc.identifier.citation | GODINHO, Arthur Cardozo. An Ultra Low-Energy VLSI Approximate Discrete Haar Wavelet Transform for ECG Data Compression. Advisor: Rafael Iankowski Soares. 2024. 88 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) – Centro de Desenvolvimento Tecnológico, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2024. | pt_BR |
dc.identifier.uri | http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/handle/prefix/14672 | |
dc.description.abstract | This work proposes a highly efficient compression scheme utilizing a VLSI-based Discrete Haar Wavelet Transform (DHWT) architecture. This scheme aims to facilitate improved transmission and storage, particularly in resource-constrained environments for electrocardiogram (ECG) signal processing. The work presents pruned, approximated, and truncated DHWT architectures (denoted as PDHWT, AxDHWT, and TDHWT, respectively) up to level 5, targeting ultra-high energy efficiency in ECG data compression. Among the developed solutions, the most energy-efficient and areaoptimized approach employs all three compression techniques simultaneously (pruning, approximation, and truncation). In this combined approach, the PDHWT technique achieves significant energy savings by eliminating redundant components. The AxDHWT approach enhances performance by removing the most computationally expensive elements. Finally, TDHWT reduces the number of input bits, leading to a lower-complexity architecture. This combined solution achieves a compression ratio of 0.03125 ( 132 ) and a percent root difference (PRD) less than 2.08. The VLSI architecture implementation leverages 65 nm CMOS technology with maximum frequency of 1.1 GHz. A key differentiator of this work is the remarkably low energy consumption of 0.6μW, which surpasses all existing ECG signal compression solutions reported in recent literature. | pt_BR |
dc.description.sponsorship | Sem bolsa | pt_BR |
dc.language | eng | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal de Pelotas | pt_BR |
dc.rights | OpenAccess | pt_BR |
dc.subject | Compressão de dados | pt_BR |
dc.subject | Transformadas | pt_BR |
dc.subject | Hardware | pt_BR |
dc.subject | Eletrocardiografia | pt_BR |
dc.subject | Eficiência energética | pt_BR |
dc.subject | Data compression | pt_BR |
dc.subject | Transform | pt_BR |
dc.subject | Electrocardiography | pt_BR |
dc.subject | Energy efficiency | pt_BR |
dc.title | An Ultra Low-Energy VLSI Approximate Discrete Haar Wavelet Transform for ECG Data Compression | pt_BR |
dc.type | masterThesis | pt_BR |
dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/4971771960181678 | pt_BR |
dc.contributor.advisorID | https://orcid.org/0000-0001-9493-7272 | pt_BR |
dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/7939385198461157 | pt_BR |
dc.contributor.advisor-co1 | Costa, Eduardo Antonio César da | |
dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/9974823066634212 | pt_BR |
dc.description.resumo | Este trabalho propõe um esquema de compressão VLSI altamente eficiente baseado em DHWT (transformada wavelet Haar discreta) para permitir uma melhor transmissão e armazenamento, especialmente em ambientes com recursos limitados, em especial para a realização do processamento de sinais de (eletrocardiograma). Este trabalho apresenta arquiteturas de hardware podadas, aproximadas e truncadas (PDHWT, AxDHWT e TDHWT) até o nível 5 de compressão. Dentre as diversas soluções desenvolvidas, a solução mais eficiente em termos de consumo energético e área ocupada foi aquela que utiliza todas as técnicas de compressão simultaneamente (poda, aproximação e truncagem). Com relação a esta solução, é possível afirmar que a abordagem PDHWT gera maior redução no consumo de energia ao remover os componentes desnecessários. A abordagem AxDHWT garante maior desempenho ao remover os componentes mais custosos. E por fim, a solução TDHWT reduz o número de bits da entrada, reduzindo assim a complexidade geral da arquitetura. Considerando a solução mais eficiente, foi obtido uma taxa de compressão de 0,03125 (1/32) e um PRD (percent root difference) < 1,54. A implementação da arquitetura VLSI foi baseada na tecnologia CMOS de 65 nm, com valores de frequência fixos. O trabalho desenvolvido apresentou como grande diferencial o consumo energético extremamente baixo sendo este de apenas 0,84 μW, sendo este o menor consumo entre todas as soluções comparadas, advindas da literatura recente para compressão de sinais de ECG. | pt_BR |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Computação | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFPel | pt_BR |
dc.subject.cnpq | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.rights.license | CC BY-NC-SA | pt_BR |
dc.contributor.advisor1 | Soares, Rafael Iankowski | |
dc.subject.cnpq1 | CIENCIA DA COMPUTACAO | pt_BR |
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