[發(fā)明專利]一種基于Storm的P300實時分布式計算方法

有效

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• 申請日: 2017-03-20
• 公開（公告）號: CN106951082B
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發(fā)明（設計）人: 黃志華;黃煒;王小娜;馬文鴻;林智鋒
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G06K9/62
• 代理公司: 35100 福州元創(chuàng)專利商標代理有限公司
• 代理人: 蔡學俊

本發(fā)明涉及一種基于Storm的P300實時分布式計算方法，主要包括以下步驟：首先，Storm中的Spout工作者實時地從前臺接收原始的腦電信號數(shù)據(jù)塊，重新封裝后傳給Bolt工作者；然后，Bolt工作者負責一系列的信號處理，通過并行計算提高數(shù)據(jù)處理的效率，在完成P300的分類工作后，選取出含有P300成分的EEG片段，并記錄下其所對應的閃爍行列號；最后，通過Bolt工作者將記錄下的行列號傳回給前臺，前臺則根據(jù)傳回的行列號確定反饋結果。P300 Speller腦機接口的性能改進需要引入各類算法，但腦機接口對反饋時間的要求限制了采用算法的范圍。本發(fā)明能夠讓更多的算法以分布式計算的方式在P300 Speller腦機接口中發(fā)揮作用。

技術領域

本發(fā)明屬于認知神經科學領域與信息技術領域的結合應用，涉及P300Speller腦機接口的計算機制，具體是一種基于Storm的P300實時分布式計算方法。

背景技術

腦機接口是一種人機交互新技術，能夠為運動功能缺失而腦功能完好的患者提供輔助生活能力，也能夠拓展正常人的交流能力。P300 Speller是腦機接口的一種方式，其功能是通過分析用戶的腦電信號，識別出用戶所想要輸出的字符，從而幫助用戶與外界交流。目前P300 Speller 中的一系列處理都是基于串行計算的。當引入一些算法改進性能時，串行計算要求較長的計算時間，不利于腦機接口的及時響應，從而導致性能在另一方面下降。

發(fā)明內容

有鑒于此，本發(fā)明的目的是針對P300 Speller類型的腦機接口提供一種基于Storm進行實時分布式計算的方法。該方法以分布式計算系統(tǒng)Storm為基礎構建P300Speller的并行計算機制，使得較復雜的算法也能實時地處理P300 Speller的數(shù)據(jù)，為引入各類算法改進P300 Speller腦機接口性能創(chuàng)造了條件。

本發(fā)明采用以下方案實現(xiàn)：一種基于Storm的P300實時分布式計算方法，具體包括以下步驟：

步驟S1：Storm中專門負責采集數(shù)據(jù)的Spout實時從前臺接收原始的腦電信號數(shù)據(jù)塊，并整理成P300 EEG數(shù)據(jù)段傳給Storm中的負責計算的Bolt進行并行計算；

步驟S2：Bolt負責一系列的信號處理；同一職能的多個Bolt并行完成任務后把結果傳遞給下一個不同職能的多個Bolt進行下一步的并行計算；完成P300的分類工作后，選取出含有P300成分的EEG片段，并記錄下其所對應的閃爍行列號；

步驟S3：通過Bolt與前臺建立的Socket連接，將含有P300成分的EEG數(shù)據(jù)段所對應的行列號傳回給前臺，前臺根據(jù)傳回的行列號確定反饋結果。

進一步地，步驟S1具體包括以下步驟：

步驟S11：Storm中專門負責采集數(shù)據(jù)的Spout工作者在初始化時建立與前臺的Socket連接，該連接可以使兩端通過流的形式來傳輸數(shù)據(jù)；

步驟S12：前臺每次將一個采樣塊大小的數(shù)據(jù)塊通過Socket連接傳輸給Spout工作者；

步驟S13：Spout工作者依據(jù)P300 EEG數(shù)據(jù)段的長度，維持一個按先進先出方式管理的數(shù)據(jù)容器；Spout工作者每次接收到數(shù)據(jù)塊，先將流數(shù)據(jù)轉換成浮點型，再將數(shù)據(jù)塊插入到容器里，然后從容器里取出最新的一段P300 EEG數(shù)據(jù)段，轉換成（key1,value1）的形式，key1表示相應的閃爍行列號，value1為該P300 EEG數(shù)據(jù)段，把（key1,value1）分發(fā)給ExtractBolt工作者。

進一步地，所述步驟S2中的所述Bolt負責的一系列的信號處理包括：