支持数据压缩与加密的分布式脑电信号计算方法技术

本发明专利技术针对脑

【技术实现步骤摘要】
支持数据压缩与加密的分布式脑电信号计算方法


[0001]本专利技术涉及一种支持数据压缩与加密的分布式脑电信号计算方法，主要应用于脑
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机接口领域，将脑电信号的计算过程分布在不同的计算节点上，节点之间的脑电数据通过网络进行传输，并对传输的脑电数据进行压缩与加密，提升脑
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机接口系统的实用性、安全性、灵活性。

技术介绍

[0002]脑
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机接口(brain
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computer interface，BCI)技术是指在人脑与外部设备之间创建连接，实现脑与设备的信息交换，通常情况下会通过计算机来处理脑电信号并将处理结果传输给外部设备。脑电信号是脑神经细胞电生理活动在大脑皮层的总体反映，其中包含了大量的生理信息，可以用来为某些脑疾病提供诊断依据，也可以用来分析大脑真实的情感，或者用来控制外部设备。在脑
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机接口系统中，有专门的设备来采集脑电信号并传输给计算机，计算机在接收脑电信号后，通过信号处理、特征提取与分类之后得到大脑的真实意图，并将此意图发送给外部设备，实现脑控外部设备、脑意识监测等目的。
[0003]常见的脑
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机接口系统的组成部分包括脑电信号采集设备、脑电信号处理计算机、外部响应设备等，各个设备间一般会通过无线网络来传输数据。脑电信号采集设备通常是头盔这种便携式设备，在工作时会实时地采集大脑皮层信号并发送给处理计算机，在很多应用场景下脑电采集设备的工作时长是非常重要的一个需求，而便携式脑电采集设备的工作是采集与发送脑电信号，由于多通道、高采样率的原因，采集设备需要通过无线网络发送大量的数据到处理计算机上，这就造成采集设备大部分的能耗是无线传输脑电数据造成的。为了延长脑电采集设备的工作时长，本专利技术采用数据压缩的方法来减少网络数据传输量，提升脑
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机接口系统的实用性。
[0004]在有些场景下，如军事场景，或者需要对传输的脑电信号进行加密保护等需求，就需要在脑电信号网络传输过程中避免被他人窃听到真实的大脑想法，现有的脑电信号传输方法都是在实验场景下，并没有考虑到隐私保护、安全传输的情况，本专利技术采用数据加密的方式来保护大脑的真实意图，使得在隐私性要求极高的场景下也能安全地使用脑
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机接口系统。
[0005]脑
‑
机接口系统包含对脑电信号的采集、计算、响应等多个步骤，脑电信号处理计算机在接收到脑电信号后，需要进行数据预处理，通过滤波算法将脑电信号中的工频、肌电信号等滤除掉，然后对滤波后的脑电信号进行特征提取与分类，最后将分类结果发送给外部设备控制程序，达到脑控外部设备的目的。在这一过程中，现有的方法通常是将这些程序都在同一个计算节点上实现，这样会限制脑
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机接口系统的应用灵活性。本专利技术将脑电信号的接收与滤波程序、特征提取与分类程序、外部设备控制程序分布式地部署在不同的计算节点上运行，提升脑
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机接口系统的灵活性。
[0006]本专利技术所提出的方法能够提升脑
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机接口系统的实用性、安全性、灵活性。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提出一种支持数据压缩与加密的分布式脑电信号计算方法，将脑
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机接口系统的不同计算过程分布式地部署到不同的计算节点上，节点之间通过无线网络传输数据，本专利技术支持脑电信号计算过程中的数据压缩与加密，能够提升脑
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机接口系统的实用性、安全性、灵活性。
[0008]为实现上述目的，本专利技术将脑电信号的计算过程进行分割，分成三个程序，分别为接收与滤波程序、特征提取与分类程序、外部设备控制程序，这三个程序可以运行在不同的计算节点上，同时会有一个管理程序来对这三个程序进行参数配置、过程控制、脑电信号查看等，管理程序同样可以部署在不同的计算节点上，如平板电脑等。
[0009]本专利技术中各个程序之间的工作先后关系及主要过程如图1所示，组成一个脑
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机接口系统，主要的步骤如下：
[0010]①
来自脑电采集设备所采集到的大脑皮层的脑电信号会通过无线网络发送至接收与滤波程序；
[0011]②
接收与滤波程序对接收的脑电信号进行滤波预处理，然后发送至特征提取与分类程序；
[0012]③
特征提取与分类程序对接收的脑电信号进行特征提取，并识别出大脑的真实意图，归类到特定的类别，并将类别发送至外部设备控制程序；
[0013]④
外部设备控制程序将接收到的类别信息转化为具体的控制指令，如控制座椅移动，显示拼写内容、游戏指令控制等，通过调用外部设备编程接口的方式实现与外部设备的互动。
[0014]本专利技术将脑
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机接口系统的各个步骤分离成不同的程序，并分布式地部署在不同的计算节点上，能够提升脑
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机接口系统的灵活性。由于脑电信号的数据量通常很大，尤其是多通道高采样率的情况下，一小时能够达到7Gb的流量，通过无线网络传输这么多的数据量会严重影响便携式脑电采集设备的工作时长。本专利技术在图1的第
①
步中进行数据压缩，即在脑电信号发送前进行压缩，而在接收与滤波程序处对接收到的数据进行重构来得到原始脑电信号。由于本专利技术将脑
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机接口系统的各个步骤分布式部署在不同的计算节点上，脑电信号是通过无线网络进行传输的，为了保护用户的隐私，提升脑电信号等数据传输的安全性，在脑电采集设备、计算节点之间传输数据时进行加密传输，即在第
②③
两步中对数据的传输进行加密。本专利技术的第
④
步通常会调用外部设备的编程接口，由外部设备的编程接口来完成安全传输数据。
[0015]本专利技术所提出的支持数据压缩与加密的分布式脑电信号计算方法具体过程如图2所示，在脑电采集设备、接收与滤波程序、特征提取与分类程序、外部设备控制程序上分别会进行不同的步骤，本专利技术与传统的脑
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机接口系统相比，不仅支持各个程序的分布式部署，还支持各个程序间通信的数据压缩与加密。本专利技术的各个具体步骤如下：
[0016](1)脑电信号采集：脑电采集设备通过与大脑皮层接触的方式获取到大脑皮层各个位置的脑电信号，以设置的采样率进行采样，并根据所使用的通道数进行数据组合，如250Hz采样率的情况下8通道同时采样，则每秒钟8个通道都会采样250次数据，采集设备会按照固定的时间窗口N来组合数据，如N为6表示将6次采集的脑电信号组合在一起，则为T11、T21、T31、T41、T51、T61、T71、T81、...、T16、T26、T36、T46、T56、T66、T76、T86，其中T11表示第1
个通道第1次采集的数据，T86表示第8个通道第6次采集的数据，以这6次采集的脑电信号为粒度进行后续的处理与网络传输；
[0017](2)脑电信号压缩：对于固定时间窗口N内的脑电信号，本专利技术进行脑电信号的数据压缩，具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种支持数据压缩与加密的分布式脑电信号计算方法，其特征在于：将脑
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机接口系统的不同计算过程分布式地部署到不同的计算节点上，节点之间通过无线网络传输数据，对脑电采集设备发送的脑电信号进行数据压缩与加密，对计算节点间传输的数据进行加密，在不同的计算节点上分别部署接收与滤波程序、特征提取与分类程序、外部设备控制程序。2.根据权利要求1所述的支持数据压缩与加密的分布式脑电信号计算方法，其特征在于，所述脑电采集设备通过与大脑皮层接触的方式获取到大脑皮层各个位置的脑电信号，根据设置的采样率及使用的通道数，对固定时间窗口内采集的脑电信号进行数据压缩，采用成熟的压缩方法来实现。3.根据权利要求1所述的支持数据压缩与加密的分布式脑电信号计算方法，其特征在于，所述脑电采集设备对压缩后的脑电信号采用对称密码算法进行加密，加密的密钥由数据发送端与接收端协商产生。4.根据权利要求1所述的支持数据压缩与加密的分布式脑电信号计算方法，其特征在于，所述接收与滤波程序对接收到的加密数据根据对称密码算法采用相同的密钥进行解密。5.根据权利要求1所述的支持数据压缩与加密的分布式脑电信号计算方法，其特征在于，所述接收与滤波程序根据解压算法将压缩了的数据重构成原始的脑电信号。6.根据权利要求1所述的支持数据压缩与加密的分布式脑电信号计算方法，其特征在于，所述接收与滤波程序采用常用的滤波算法进行脑电信号预处理，包括采用低通滤波器或陷波器消...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴振东，张毅，王立成，
申请(专利权)人：中芯未来北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：