Título
Análisis y adaptación de codecs para la transmisión de audio cardiaco sobre redes inalámbricas con tasas de datos bajas/medianas
Analysis and adaptation of codecs for hearth sound transmission over low/medium data rates wireless networks
Autor
Liliana Castorena Lara
Colaborador
Salvador Villarreal Reyes (Asesor de tesis)
Nivel de Acceso
Acceso Abierto
Materias
Resumen o descripción
Una de las prioridades de cualquier sociedad debe ser la de proveer servicios de salud adecuados para la población. Dentro del perímetro de un área urbana, no existe gran problema para recibir atención médica básica basada en auscultación con estetoscopio, el cual es la herramienta de diagnóstico más utilizada por los médicos generales. Sin embargo, en muchas localidades de nuestro país no se cuenta con acceso a dicha atención medica básica. Esta problemática puede ser resuelta estableciendo sistemas de telemedicina sobre la redes de datos disponibles en dichas localidades. Sin embargo, una limitante para el establecimiento efectivo de un sistema de telemedicina son las tasas de datos ofrecidas por dichas redes. Por ejemplo, aun y cuando en la actualidad existen estetoscopios digitales que permiten la transmisión de señales de audio cardiaco sobre redes de datos, el ancho de banda requerido hace que su utilización sea prohibitiva cuando se consideran las capacidades ofrecidas por las redes de datos disponibles en localidades remotas de nuestro país. El presente trabajo de investigación tiene como objetivo encontrar un mecanismo que permita la transmisión de señales de audio cardiaco en redes inalámbricas con tasas de datos bajas/medianas. Se decidió enfocarse en este tipo de señales debido a que las enfermedades cardiovasculares son la segunda causa de mortalidad en México. Para ello se analizaron códec de audio existentes para aplicarlos a señales de audio cardiorrespiratorio y realizar su compresión y transmisión. El uso de los códec para comprimir/transmitir audio cardiorrespiratorio no es trivial; esto debido a que la mayoría de los códec fueron desarrollados para otro tipo de aplicaciones y podrían introducir distorsiones en la señal que conlleven a un mal diagnóstico. En este sentido se evaluó el desempeño de los códec al codificar/decodificar señales de audio cardiorrespiratorio para después comparar la señal resultante con la original mediante pruebas objetivas y preceptuales estandarizadas. Como resultado de estas pruebas se descartaron varios códec, seleccionando únicamente aquellos que arrojaron resultados satisfactorios en las pruebas. Posteriormente se analizó la factibilidad de utilizar estos códec para la transmisión de audio cardiorrespiratorio sobre redes inalámbricas con tasas de datos bajas/medianas. Para esto se analizaron las tramas generadas por dichos códec para posteriormente determinar un mecanismo de empaquetamiento y transmisión sobre una red punto a punto con transceptores IEEE 802.15.4. Se evaluó la utilización de los códec en este tipo de redes por medio de simulación y utilizando una cama de pruebas física con transceptores XBee Pro. Finalmente se realizaron pruebas sobre las señales recibidas para dar una recomendación final respecto a los códec a utilizar para este tipo de aplicaciones. Las contribuciones de esta tesis pueden utilizarse como referencia para el establecimiento de un sistema de teleauscultación en redes de datos con anchos de banda limitado.
Within the perimeter of an urban area, there is no mayor problem to receive basic medical services based on auscultation with a stethoscope (which is an almost ubiquitous diagnostic tool used by general physicians). However, many locations in our country do not have access to such basic medical services. One way to solve this problem is by establishing telemedicine systems over the existing data networks available in these locations. However, the data rates offered by these data networks present a challenge for the effective deployment of any telemedicine solution. For example, even though digital stethoscopes that enable transmission of cardiorespiratory audio over data networks can be found in the market, the bandwidth required to implement such systems overcomes the capabilities offered by the data networks found in remote regions of our country. The aim of this research work is to find a mechanism that enables the transmission of heart sound signals over wireless networks with low/medium data rates. The fact that cardiovascular diseases are the second cause of death in Mexico is the reason why this work focused in this kind of signals. In order to address this issue, different audio codecs are analyzed to determine its suitability for the compression/transmission of cardiorespiratory signals. The use of codecs for transmitting such signals is not a trivial task. This is because most of the codecs were developed for other applications and may introduce significant distortions to the signal that could lead to wrong diagnosis. Therefore, each codec is evaluated by encoding/decoding cardiorespiratory audio signals and then comparing the decoded and the original audio signals. The comparison is performed by using standardized perceptual (subjective) and objective audio tests. As a result of these tests several popular audio codecs are discarded, choosing only those that provided satisfactory results in the tests. The selected codes are further analyzed to determine its suitability for cardiorespiratory audio transmission over wireless networks with low/medium data rates. The analysis focuses in the data framing provided by the codec, such that a mechanism for the signal transmission over an IEEE 802.15.4 peer to peer network can be set. The use of the codecs over these kind of networks is evaluated by means of simulation and a testbed using XBee Pro transceivers. In order to provide a final recommendation, audio quality tests are further performed over the compressed signals after they are received in the XBee Pro transceiver. The contributions of this thesis can be used as a guideline for the design of a teleauscultation system over data networks with low data rates.
Editor
CICESE
Fecha de publicación
2012
Tipo de publicación
Tesis de maestría
Recurso de información
Formato
application/pdf
Idioma
Español
Sugerencia de citación
Castorena Lara, L.2012.Análisis y adaptación de codecs para la transmisión de audio cardiaco sobre redes inalámbricas con tasas de datos bajas/medianas.Tesis de maestría en ciencias.Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California.137 pp.
Repositorio Orígen
Repositorio Institucional CICESE
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