[發(fā)明專利]基于代理模型Volterra建模的腦電信號編碼解碼方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811566452.0
• 申請日: 2018-12-19
• 公開（公告）號: CN109745044B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張玉梅;戎宇瑩;吳曉軍;李叢
• 申請（專利權(quán)）人: 陜西師范大學
• 主分類號: A61B5/369
• 分類號: A61B5/369;A61B5/372;G06N3/04;G06N3/08;G06N7/08
• 代理公司: 西安永生專利代理有限責任公司 61201
• 代理人: 申忠才

一種基于代理模型Volterra建模的腦電信號編碼解碼方法，由對輸入的混沌腦電信號進行預(yù)處理、用Volterra建模方法構(gòu)建預(yù)測模型、確定混沌腦電信號預(yù)測模型并預(yù)測腦電信號、編碼解碼步驟組成。本發(fā)明采用教與學優(yōu)化方法，建立了混沌腦電信號的Volterra預(yù)測模型，得到腦電信號的預(yù)測數(shù)據(jù)，完成混沌腦電信號的編碼解碼。本發(fā)明具有對腦電信號的混沌特點，快速準確地實現(xiàn)對混沌腦電信號進行編碼和解碼，可用于對混沌腦電信號進行編碼和解碼。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于計算及應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及混沌時間序列預(yù)測模型。

背景技術(shù)

近年來隨著腦電信號處理技術(shù)的快速發(fā)展，腦電信號采集系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實技術(shù)BCI系統(tǒng)、生物反饋治療儀等領(lǐng)域的研究。腦電采集系統(tǒng)通常需要記錄大量腦電信號數(shù)據(jù)，對腦電信號的編碼和解碼方法的研究已經(jīng)變得越來越重要。研究表明，腦電信號時間序列表現(xiàn)為非線性且存在混沌。利用混沌特性構(gòu)建腦電信號的預(yù)測模型被認為是一種可行的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種步驟簡單、容易實現(xiàn)、速度快的基于代理模型Volterra建模的腦電信號編碼解碼方法。

解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是由以下步驟組成：

(1)對輸入的混沌腦電信號進行預(yù)處理

對輸入的混沌腦電信號樣本采用0.53-40Hz帶通濾波器進行去噪處理，得到去噪后的幀，選擇連續(xù)的幀作為分析幀。

(2)用Volterra建模方法構(gòu)建預(yù)測模型

將步驟(1)的分析幀，按式(2)建立混沌腦電信號預(yù)測模型：

式中u(n-iτ)為輸入的分析幀信號，m是混沌時間序列預(yù)測模型的記憶長度為有限的正整數(shù)，h₁(i)和h₂(i，j)為模型的核，u(n-iτ)為對應(yīng)分析幀的第n-iτ個樣本，n-iτ為步驟(1)中分析幀的樣本序號，u(n-jτ)為對應(yīng)的分析幀的第n-jτ個樣本，n-jτ為步驟(1)中分析幀的樣本序號，τ是延遲時間為有限的正整數(shù)，j、n為有限的正整數(shù)。

(3)確定混沌腦電信號預(yù)測模型并預(yù)測腦電信號

將步驟(1)中分析幀的混沌腦電信號用教與學優(yōu)化方法確定混沌腦電信號所對應(yīng)的延遲時間τ、記憶長度m、模型的核h₁(i)、模型的核h₂(i，j)，采用代理模型的徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為近似適應(yīng)度函數(shù)，近似適應(yīng)度函數(shù)為：

式中k(||x-c_i||)為所使用的核函數(shù)，a_i為所要評估的值，c_i為徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的中心點，選擇延遲時間τ、記憶長度m、模型的核h₁(i)以及h₂(i，j)采用預(yù)測值與實際值之間的均方誤差作為原始適應(yīng)度函數(shù)，采用貪婪選擇方法，得到最佳延遲時間τ、記憶長度m、模型的核h₁(i)以及h₂(i，j)，代入上述式(1)，完成混沌腦電信號的預(yù)測。

(4)編碼解碼

將步驟(3)中的預(yù)測值與實際值對比，得到誤差值，完成混沌腦電信號的編碼，根據(jù)編碼后的數(shù)據(jù)，按照常規(guī)方法進行解碼。

在本發(fā)明的步驟(3)中，教與學優(yōu)化方法為：

教階段：按(3)式進行教學

X_new，i＝X_old，i+Difference_mean (3)