MIT-BIH ECG 信号的数据读取方法和Matlab程序

（20110622：更新程序下载链接）


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。

http://download.csdn.net/source/3383369

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。
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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; &
4000
nbsp; % 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