基于典型的相關(guān)分析的穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位的分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于典型的相關(guān)分析的穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位的分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002]如果以一定頻率的閃爍刺激人眼，則可以在枕區(qū)的初級(jí)視覺(jué)皮層處，通過(guò)頭皮腦電(EEG，Electroencephalogram)檢測(cè)到與刺激頻率相應(yīng)的基頻以及各次諧波成分，這種腦電信號(hào)被稱為穩(wěn)態(tài)視覺(jué)誘發(fā)電位(SSVEP，Steady State Visual Evoked Potential)。與之類(lèi)似，如果給予受試者一定調(diào)制頻率下的聽(tīng)覺(jué)刺激，通過(guò)頭皮腦電，可以檢測(cè)到聽(tīng)覺(jué)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)(ASSR，Auditory Steady State Response)。
[0003]傳統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位的分析方法主要針對(duì)單個(gè)電極的頻域功率譜，采用F檢驗(yàn)，判斷在刺激頻率以及各次諧波處是否出現(xiàn)了顯著的頻率成分。2007年，Lin等人首先將典型相關(guān)分析(CCA，Canonical Correlat1nAnalysis)的方法引入到SSVEP信號(hào)的檢測(cè)中，隨后，2009年，Bin等人成功構(gòu)造出了基于CCA方法的SSVEP范式下腦機(jī)接口系統(tǒng)。過(guò)去對(duì)于腦電信號(hào)的分析和處理，都是基于計(jì)算機(jī)的浮點(diǎn)運(yùn)算，一般采用傅里葉分析方法。傳統(tǒng)的傅里葉分析在數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)達(dá)到一定的時(shí)候，無(wú)法獲得很高的精度，且速度較慢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的之一在于為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于典型的相關(guān)分析的穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位的分析方法。
[0005]本發(fā)明提供的基于典型的相關(guān)分析的穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位的分析方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0006](I)選取一個(gè)待分析的頻率，生成參考信號(hào)；
[0007](2)利用典型相關(guān)分析方法，將所述參考信號(hào)與待分析的穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位進(jìn)行定點(diǎn)運(yùn)算，得到所述穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位在所述頻率處的響應(yīng)強(qiáng)度；
[0008](3)判斷是否得到了所述穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位在全部待分析的頻率處的響應(yīng)強(qiáng)度，是則轉(zhuǎn)下步，否則轉(zhuǎn)步驟(I);
[0009](4)根據(jù)所述穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位在全部待分析的頻率處的響應(yīng)強(qiáng)度，計(jì)算出所述穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位響應(yīng)強(qiáng)度最高的頻率。
[0010]進(jìn)一步的，所述步驟(2)利用典型相關(guān)分析方法，將所述參考信號(hào)與待分析的穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位進(jìn)行定點(diǎn)運(yùn)算，得到所述穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位在所述頻率處的響應(yīng)強(qiáng)度的步驟，包括如下步驟:
[0011]將所述參考信號(hào)及所述穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位進(jìn)行零均值化處理，得到向量a和向量b;
[0012]將向量a和向量b進(jìn)行矩陣QR分解，得到矩陣Cl和矩陣C2 ；
[0013]將矩陣Cl和矩陣C2相乘，得到矩陣C ;
[0014]將矩陣C進(jìn)行奇異值分解，得到兩個(gè)空域?yàn)V波器矩陣以及最大相關(guān)系數(shù)，所述最大相關(guān)系數(shù)即為所述參考信號(hào)與所述穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位的最大相關(guān)系數(shù)。
[0015]本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明主要針對(duì)腦電穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位給出了一種可在定點(diǎn)嵌入式處理器中實(shí)現(xiàn)的分析方法。該方法對(duì)原始輸入數(shù)據(jù)的要求不高，且可根據(jù)具體的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度調(diào)整實(shí)際使用的數(shù)據(jù)位寬，平衡功耗、計(jì)算時(shí)間與計(jì)算精度的要求。對(duì)穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位進(jìn)行分析的目的是判斷某些特定頻率點(diǎn)處的響應(yīng)，該方法對(duì)比傳統(tǒng)的傅里葉分析方法具有更加高效和準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1所示為本發(fā)明典型的相關(guān)分析的穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位的分析方法流程圖。
[0017]圖2所示為本發(fā)明利用典型相關(guān)分析方法，得到穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位在頻率處的響應(yīng)強(qiáng)度圖的方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下文將結(jié)合具體實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)注意的是，下述實(shí)施例中描述的技術(shù)特征或者技術(shù)特征的組合不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是孤立的，它們可以被相互組合從而達(dá)到更好的技術(shù)效果。
[0019]如圖1所示，本發(fā)明提供的基于典型的相關(guān)分析的穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位的分析方法，包括如下步驟:
[0020]步驟SlO:選取一個(gè)待分析的頻率，生成參考信號(hào)；
[0021]步驟S20:利用典型相關(guān)分析方法，將參考信號(hào)與待分析的穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位進(jìn)行定點(diǎn)運(yùn)算，得到穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位在所述頻率處的響應(yīng)強(qiáng)度；
[0022]步驟S30:判斷是否得到了穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位在全部待分析的頻率處的響應(yīng)強(qiáng)度，是則轉(zhuǎn)下步，否則轉(zhuǎn)步驟S1 ；
[0023]步驟S40:根據(jù)穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位在全部待分析的頻率處的響應(yīng)強(qiáng)度，計(jì)算出穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位響應(yīng)強(qiáng)度最高的頻率。
[0024]如圖2所述，上述步驟S20利用典型相關(guān)分析方法，將參考信號(hào)與待分析的穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位進(jìn)行定點(diǎn)運(yùn)算，得到穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位在所述頻率處的響應(yīng)強(qiáng)度的步驟，包括如下步驟:
[0025]步驟S21:將參考信號(hào)及穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位進(jìn)行零均值化處理，得到向量a和向量b。
[0026]將所述參考信號(hào)及所述穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位進(jìn)行零均值化處理，得到向量a和向量b。在本實(shí)施例中，通過(guò)FIR濾波器替代零均值化過(guò)程。腦電數(shù)據(jù)的采樣率為200Hz，需要進(jìn)行50Hz限波，以及濾除低頻和高頻成分。本實(shí)施例中選用平均濾波器，采用[1，0，0，0，-1]的濾波器系數(shù)。
[0027]零均值化過(guò)程不會(huì)溢出，只要待零均值化的向量，每個(gè)元素的值都不大于0.5。在本發(fā)明中，選擇的原始腦電信號(hào)來(lái)自于24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣結(jié)果，選擇的數(shù)據(jù)位寬為32位，從而這個(gè)步驟的要求一定可以滿足。
[0028]步驟S22:將向量a和向量b進(jìn)行矩陣QR分解，得到矩陣Cl和矩陣C2。
[0029]本發(fā)明采用Schimidt正交化方法實(shí)現(xiàn)的QR分解過(guò)程不會(huì)溢出，只要保證整個(gè)過(guò)程中原矩陣的列向量的模均不會(huì)超過(guò)I。因?yàn)閿?shù)據(jù)只有24位，而選擇的位寬為32位，一次分析用數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為400點(diǎn)，從而這個(gè)步驟對(duì)于向量模的要求也能滿足。
[0030]步驟S23:將矩陣Cl和矩陣C2相乘，得到矩陣C。
[0031]矩陣相乘的過(guò)程不會(huì)發(fā)生溢出，因?yàn)閷?duì)于實(shí)際的數(shù)據(jù)，采樣時(shí)的噪聲等問(wèn)題，不可能出現(xiàn)兩個(gè)待相乘的矩陣完全相同的情況。
[0032]步驟S24:將矩陣C進(jìn)行奇異值分解，得到兩個(gè)空域?yàn)V波器矩陣以及最大相關(guān)系數(shù)，所述最大相關(guān)系數(shù)即為參考信號(hào)與穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位的最大相關(guān)系數(shù)。
[0033]通過(guò)Jacobi迭代的方法實(shí)現(xiàn)的奇異值分解過(guò)程不會(huì)溢出，因?yàn)榇纸獾木仃噥?lái)自于兩個(gè)正交矩陣相乘的結(jié)果，整個(gè)分解過(guò)程矩陣的結(jié)構(gòu)保持不變。
[0034]本發(fā)明主要針對(duì)腦電穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位給出了一種可在定點(diǎn)嵌入式處理器中實(shí)現(xiàn)的分析方法。該方法對(duì)原始輸入數(shù)據(jù)的要求不高，且可根據(jù)具體的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度調(diào)整實(shí)際使用的數(shù)據(jù)位寬，平衡功耗、計(jì)算時(shí)間與計(jì)算精度的要求。對(duì)穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位進(jìn)行分析的目的是判斷某些特定頻率點(diǎn)處的響應(yīng)，該方法對(duì)比傳統(tǒng)的傅里葉分析方法具有更加高效和準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。
[0035]本文雖然已經(jīng)給出了本發(fā)明的一些實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明精神的情況下，可以對(duì)本文的實(shí)施例進(jìn)行改變。上述實(shí)施例只是示例性的，不應(yīng)以本文的實(shí)施例作為本發(fā)明權(quán)利范圍的限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于典型的相關(guān)分析的穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位的分析方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)選取一個(gè)待分析的頻率，生成參考信號(hào)； (2)利用典型相關(guān)分析方法，將所述參考信號(hào)與待分析的穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位進(jìn)行定點(diǎn)運(yùn)算，得到所述穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位在所述頻率處的響應(yīng)強(qiáng)度； (3)判斷是否得到了所述穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位在全部待分析的頻率處的響應(yīng)強(qiáng)度，是則轉(zhuǎn)下步，否則轉(zhuǎn)步驟⑴； (4)根據(jù)所述穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位在全部待分析的頻率處的響應(yīng)強(qiáng)度，計(jì)算出所述穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位響應(yīng)強(qiáng)度最高的頻率。
2.如權(quán)利要求1所述的基于典型的相關(guān)分析的穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位的分析方法，其特征在于，所述步驟(2)利用典型相關(guān)分析方法，將所述參考信號(hào)與待分析的穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位進(jìn)行定點(diǎn)運(yùn)算，得到所述穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位在所述頻率處的響應(yīng)強(qiáng)度的步驟，包括如下步驟: 將所述參考信號(hào)及所述穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位進(jìn)行零均值化處理，得到向量a和向量b ; 將所述向量a和向量b進(jìn)行矩陣QR分解，得到矩陣Cl和矩陣C2 ; 將所述矩陣Cl和矩陣C2相乘，得到矩陣C ; 將所述矩陣C進(jìn)行奇異值分解，得到兩個(gè)空域?yàn)V波器矩陣以及最大相關(guān)系數(shù)，所述最大相關(guān)系數(shù)即為所述參考信號(hào)與所述穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位的最大相關(guān)系數(shù)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種基于典型的相關(guān)分析的穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位的分析方法，包括如下步驟：(1)選取一個(gè)待分析的頻率，生成參考信號(hào)；(2)利用典型相關(guān)分析方法，將參考信號(hào)與待分析的穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位進(jìn)行定點(diǎn)運(yùn)算，得到所述穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位在頻率處的響應(yīng)強(qiáng)度；(3)判斷是否得到了穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位在全部待分析的頻率處的響應(yīng)強(qiáng)度，是則轉(zhuǎn)下步，否則轉(zhuǎn)步驟(1)；(4)根據(jù)穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位在全部待分析的頻率處的響應(yīng)強(qiáng)度，計(jì)算出穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位響應(yīng)強(qiáng)度最高的頻率。本發(fā)明對(duì)原始輸入數(shù)據(jù)的要求不高，且可根據(jù)具體的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度調(diào)整實(shí)際使用的數(shù)據(jù)位寬，平衡功耗、計(jì)算時(shí)間與計(jì)算精度的要求。該方法對(duì)比傳統(tǒng)的傅里葉分析方法具有更加高效和準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類(lèi)】G06F19-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104794338
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510185987
【發(fā)明人】李躍群, 劉尚偉, 李新辭, 劉延民
【申請(qǐng)人】李躍群
【公開(kāi)日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年4月20日