多通道脑电信号的压缩感知技术研究
[Abstract]:With the development of microelectronics, biomedicine and brain-computer interface, remote monitoring of physiological signals, including EEG and ECG signals, has gradually become the norm with the wireless body area network as the center. The long time monitoring of multichannel EEG in wireless body area network is limited by the bandwidth of data transmission node and the power consumption of the system. The traditional data compression method is complex and difficult to be implemented on sensor nodes with weak computing power. Compression sensing theory in front compression coding calculation is simple, complex computing is mainly focused on the back-end reconstruction, suitable for the front-end multi-sensor node computing capacity is weak and the system power consumption and real-time requirements are high. Therefore, it is of great significance to study the multi-channel EEG compression sensing technology. The purpose of this paper is to design an EEG compression acquisition system based on FPGA on the basis of analyzing the theory of compression perception and combining with the characteristics of EEG, so as to realize the real-time acquisition and compression of multichannel EEG signals. In order to solve the problems of low reconstruction precision, large storage space and poor channel expansibility in the current EEG compression and sensing methods, etc. Firstly, the compression sensing method of multichannel EEG signal is studied, the principle and characteristics of compression sensing are analyzed, the sparsity of EEG signal is analyzed, the AIC model of analog random demodulation and the digital measurement matrix model are designed, and the algorithms of OMP and SOMP reconstruction are analyzed and verified. Secondly, the compression acquisition system based on FPGA is designed and implemented. The hardware acquisition module uses ADS1299 EEG acquisition circuit, and the firmware design includes acquisition, storage, compression, transmission and other units to realize the real-time acquisition and compression of multi-channel EEG signals. Thirdly, the multi-channel EEG signal reconstruction software is designed and implemented. The software includes two function modules of data receiving and reconstructing, which can read FPGA compressed data in real time by using the mixed programming method of Lab VIEW and MATLAB. The function of the upper computer to reconstruct the signal. Finally, the function modules of the system are verified and debugged, the performance and accuracy of EEG compression system are evaluated, and the influence of data compression on emotion recognition rate is discussed by designing experiments. The experimental results show that the multi-channel EEG compression sensing system designed in this paper can realize the real-time compression and acquisition of EEG signals. The average SNDR of SOMP reconstruction with 2 times compression ratio is 21.74 dB. The average classification result of original EEG emotion recognition is 52.2 times compression reconstruction data average classification result 52.1 times compression reconstruction has little effect on classification result.
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:R318;TN911.7
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,本文编号:2361306
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