Low-Power FPGA-Based Quantized Neural Network Accelerator for Real-Time Arrhythmia Detection from Single-Lead ECG
سال انتشار: 1405
نوع سند: مقاله ژورنالی
زبان: انگلیسی
مشاهده: 20
فایل این مقاله در 9 صفحه با فرمت PDF قابل دریافت می باشد
- صدور گواهی نمایه سازی
- من نویسنده این مقاله هستم
استخراج به نرم افزارهای پژوهشی:
شناسه ملی سند علمی:
JR_MSEEE-6-4_001
تاریخ نمایه سازی: 22 مهر 1405
چکیده مقاله:
Arrhythmia detection from long-term electrocardiogram (ECG) recordings is essential for early diagnosis of cardiovascular diseases in portable and wearable monitoring systems. This paper presents a low-power hardware accelerator for real-time beat-level arrhythmia classification using an ۸-bit quantized ۱D convolutional neural network (QNN) implemented on a Xilinx Artix‑۷ FPGA. The network is trained and evaluated on the MIT-BIH Arrhythmia Database under an inter-patient scheme and classifies beats into three clinically relevant categories: normal (N), ventricular ectopic (V), and supraventricular ectopic (S). After quantization-aware training, the ۸-bit fixed-point model achieves ۹۸.۴% overall accuracy, with ۹۹.۱% sensitivity and ۹۸.۷% positive predictive value (PPV) for N beats, and ۹۶.۶% sensitivity with ۹۵.۹% PPV for V beats on the held-out test set. The hardware accelerator exploits parallel multiply–accumulate units, on-chip BRAM reuse, and a streaming dataflow to process each ۲۵۶-sample beat segment in ۸.۵ µs at ۱۰۰ MHz, corresponding to a throughput of approximately ۱۱۸ k beats/s while consuming ۰.۹۲ W power. Compared with a ۳۲-bit floating-point implementation on an ARM Cortex-A۹ processor, the proposed design provides about ۹.۳× speedup and ۲۷× lower energy per beat, making it suitable for wearable and home monitoring systems.
کلیدواژه ها:
نویسندگان
Amir Hossein Rahmani
Department of Electrical Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran.
مراجع و منابع این مقاله:
لیست زیر مراجع و منابع استفاده شده در این مقاله را نمایش می دهد. این مراجع به صورت کاملا ماشینی و بر اساس هوش مصنوعی استخراج شده اند و لذا ممکن است دارای اشکالاتی باشند که به مرور زمان دقت استخراج این محتوا افزایش می یابد. مراجعی که مقالات مربوط به آنها در سیویلیکا نمایه شده و پیدا شده اند، به خود مقاله لینک شده اند :