肌电信号实时压缩采样重构的仿真系统技术方案

本实用新型专利技术为肌电信号实时压缩采样重构的仿真系统，该系统通过数据采集卡将Matlab与佩戴在待测试者下肢的肌电传感器连接起来，上位机上安装板卡，上位机通过板卡上的外部接口连接数据采集卡进而控制肌电传感器，在上位机中的Matlab/Simulink里搭建仿真模型，其中搭建的Matlab/Simulink仿真模型包括通道选择模块、压缩模块、过完备字典生成模块、重构模块、评价模块和识别模块。该系统能实现肌电信号的实时压缩采集重构。

【技术实现步骤摘要】
肌电信号实时压缩采样重构的仿真系统
本技术涉及计算机信息处理领域，具体涉及一种肌电信号实时压缩采样重构的仿真系统。
技术介绍
表面肌电信号(surfaceElectromyogram，sEMG)作为生物电信号大家族的一员，在临床诊断及康复医学、运动医学等具有重要意义。小型便携的穿戴式表面肌电信号传感器采集得到的肌电信号，其采样率、量化字长、通道数和实验时间等因素可能导致潜在的大量数据。有效传输和存储sEMG是一个亟待解决的问题。压缩感知是通过对数据的有效压缩，提取有效信息的最少数据来完成数据的降采样，从而有效的解决sEMG数据的传输和存储过程中数据量过大对系统带来的负担。通过欠采样技术对原始信号进行线性测量，再利用信号重构算法，根据少量的观测值重构原始信号。但目前所用的肌电信号压缩仿真系统不能实现实时性压缩采集重构。
技术实现思路
本技术提供一种肌电信号实时压缩采样重构的仿真系统，该系统能实现肌电信号的实时压缩采集重构。本技术的技术方案为：一种肌电信号实时压缩采样重构的仿真系统，该系统通过数据采集卡将Matlab与佩戴在待测试者下肢的肌电传感器连接起来，上位机上安装板卡，上位机通过板卡上的外部接口连接数据采集卡进而控制肌电传感器，在上位机中的Matlab/Simulink里搭建仿真模型，其中搭建的Matlab/Simulink仿真模型包括通道选择模块、压缩模块、过完备字典生成模块、重构模块、评价模块和识别模块。所述肌电传感器采用美国Delsys公司的TrignoTMWirelessEMG肌电采集传感器，并配有TrignoTMWirelessEMG基站，数据采集卡采用Quanser端子板，板卡为Quanser公司Q-PID板卡，上位机中安装QuaRC软件，将EMG基站的“1-64EMG接口”通过数据线连接至Quanser端子板的“Analog0”输入口。所述通道选择模块用于选择单通道或多通道模式进行采集；所述压缩模块用于将采集的长度为N的肌电信号进行压缩获得观测向量；所述过完备字典生成模块用于获得KSVD肌电信号字典；所述重构模块用于利用重构算法及获取的压缩模块和过完备字典生成模块的数据，获得重构的肌电信号所述评价模块获取重构模块及通道选择模块数据；所述识别模块获取重构模块及通道选择模块数据。本技术与现有技术相比具有如下有益效果：1)本技术通过通过数据采集卡将Matlab与佩戴在待测试者下肢的肌电传感器连接起来，同时配合板卡，实现肌电信号的实时传输采集，在上位机中搭建仿真模型，能够实现实时压缩重构，保证重构的实时性并提高了肌电信号重构的速度；2)本技术利用肌电传感器和数据采集卡及Simulink工具共同搭建一个肌电信号的实时压缩采样和重构的半实物仿真系统。此系统设计的创新处即通过数据采集卡将只能用作仿真的Matlab与外部实际的肌电传感器连接起来,形成了半实物系统设计，用户可以直接在Matlab/Simulink里搭建仿真模型，再通过板卡上的外部接口控制被控对象，进行算法的研究，更加直观、简洁。3)本技术仿真系统采用的肌电采集系统能实现多通道数据采集，实现了单通道以及多通道肌电信号的重构，压缩比能达到50％,为肌电信号检测与分析提供了一种新思路。附图说明图1本技术肌电信号实时压缩采样重构的仿真系统的结构示意框图。图2是搭建的Simulink仿真模型。图3是KSVD字典训练流程示意图。图4是肌电信号压缩重构流程示意图。图5(a)是单路原始肌电信号图。图5(b)是单路重构肌电信号图。图5(c)是单路原始肌电信号与重构肌电信号误差图。图6(a)和图6(b)分别是通道1原始肌电信号重构肌电信号效果图。图6(c)和图6(d)分别是通道2原始肌电信号重构肌电信号效果图。图6(e)和图6(f)分别是通道3原始肌电信号重构肌电信号效果图。图6(g)和图6(h)分别是通道4原始肌电信号重构肌电信号效果图。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例当中的技术方案进行清楚、完整地描述，需要说明的是，本说明书所附图中示意的传感器、数据量、通道数等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本技术可实施的限定条件，任何传感器位置的改变、数据量采集的多少或采集通道数的变化，在不影响本技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均应落在本技术所揭示的
技术实现思路
得能涵盖的范围内。在本技术的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“放置”、“相连”、“连接”应做广义理解，不限于具体方式，本技术描述中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“内侧”、“外侧”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本技术可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更
技术实现思路
下，当亦视为本技术可实施的范畴。其中实施例1描述了系统处理单路肌电信号的过程，实施例2描述了系统处理多通道肌电信号的过程。本技术设计了肌电信号实时压缩采样和重构的半实物仿真系统，系统具体设计框图如图1所示，通过数据采集卡将只能用作仿真的Matlab与佩戴在待测试者下肢的肌电信号采集传感器连接起来，形成了半实物系统设计，上位机通过板卡上的外部接口连接数据采集卡进而控制肌电传感器，上位机上安装板卡，同时加载板卡配套的驱动软件，板卡的选择与数据采集卡相配套使用，在上位机中的Matlab/Simulink里搭建仿真模型，其中搭建的Matlab/Simulink仿真模型包括通道选择模块、压缩模块、过完备字典生成模块、重构模块、评价模块和识别模块，该仿真模型能够实现对肌电信号的压缩重构，具体的重构方法可以采用现有技术，不作为本申请的保护内容，当然本申请也可以优选下面的重构方法实现：仿真模型中各的模块及其作用：通道选择模块用于选择单通道或多通道模式进行采集；压缩模块用于将采集的长度为N的肌电信号X通过公式Y＝ΦX经测量矩阵Φ压缩为长度为M的观测向量Y，其中压缩比为M/N＝50％；过完备字典生成模块的作用是用KSVD算法生成肌电信号字典D；重构模块的作用是利用重构算法及压缩模块的观测向量Y和字典D通过公式Y＝ΦDθ得到肌电信号稀疏系数θ后，通过得到重构的肌电信号评价模块是通过信噪比的数值对重构肌电信号的效果进行评价；识别模块是分别用原始肌电信号和重构肌电信号通过支持向量机对上楼梯、下楼梯、平地走这三种运动状态进行识别，通过原始信号和重构信号的识别率对比，验证重构算法的有效性。仿真模型搭建完毕以后，在Matlab/Simulink中选择外部运行模式经编译连接生成实时运行的代码调用板卡，在保证外部硬件连接正确后，该系统可以正常运行。各个模块共同完成肌电信号压缩重构过程，肌电信号压缩重构流程如图4所示，先选择通道号进行配对，然后通过肌电传感器实时采集肌电信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种肌电信号实时压缩采样重构的仿真系统，其特征是，该系统通过数据采集卡将Matlab与佩戴在待测试者下肢的肌电传感器连接起来，上位机上安装板卡，上位机通过板卡上的外部接口连接数据采集卡进而控制肌电传感器，在上位机中的Matlab/Simulink里搭建仿真模型，其中搭建的Matlab/Simulink仿真模型包括通道选择模块、压缩模块、过完备字典生成模块、重构模块、评价模块和识别模块。/n

【技术特征摘要】
1.一种肌电信号实时压缩采样重构的仿真系统，其特征是，该系统通过数据采集卡将Matlab与佩戴在待测试者下肢的肌电传感器连接起来，上位机上安装板卡，上位机通过板卡上的外部接口连接数据采集卡进而控制肌电传感器，在上位机中的Matlab/Simulink里搭建仿真模型，其中搭建的Matlab/Simulink仿真模型包括通道选择模块、压缩模块、过完备字典生成模块、重构模块、评价模块和识别模块。


2.根据权利要求1所述的仿真系统，其特征在于，所述肌电传感器采用美国Delsys公司的TrignoTMWirelessEMG肌电采集传感器，并配有TrignoTMWirelessEMG基站，数据采集卡采用Quanse...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈玲玲，刘一佳，宣伯凯，李雪，张燕，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：新型
国别省市：天津;12