高速多導(dǎo)聯(lián)腦電采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)壓縮算法研究.pdf

1、腦電信號(hào)是人體大腦細(xì)胞群的自發(fā)性生物電活動(dòng)，含有豐富的人體生理和病理信息。隨著腦電信號(hào)處理技術(shù)的快速發(fā)展，一種用于記錄腦部生物電活動(dòng)波形圖的設(shè)備，即腦電圖機(jī)(EEG)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于腦神經(jīng)科學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)BCI系統(tǒng)、生物反饋治療儀等領(lǐng)域的研究，特別是在癲癇、顱內(nèi)占位性病變等腦部疾病的臨床診斷等方面具有不可替代的作用。國(guó)內(nèi)腦電采集系統(tǒng)相比國(guó)外普遍存在抗干擾能力不強(qiáng)、頻帶窄、波形失真等缺陷，研制有自主產(chǎn)權(quán)的高水平腦電采集系統(tǒng)具有十分重要的

2、意義。
　　μV級(jí)腦電信號(hào)十分微弱，在保證高增益的前提下如何有效地抑制外界干擾是腦電信號(hào)采集的關(guān)鍵問(wèn)題。本文設(shè)計(jì)了一種具有高輸入阻抗、高共模抑制比、低噪聲和低漂移的信號(hào)放大電路，結(jié)合獨(dú)特的“三極平均公共電位+數(shù)字差分”技術(shù)、光電隔離和完備的電磁干擾屏蔽技術(shù)，可以在外界強(qiáng)干擾下，不采用硬件工頻陷波器實(shí)現(xiàn)μV級(jí)腦電信號(hào)的寬頻帶無(wú)失真放大，并通過(guò)高速AD、多路電子開(kāi)關(guān)結(jié)合采樣保持電路的方式對(duì)多導(dǎo)聯(lián)腦電信號(hào)進(jìn)行同步采集。
　　由于在

3、傳統(tǒng)雙核控制的腦電采集系統(tǒng)中，主控ARM和SDRAM以及FPGA之間的通信過(guò)程繁瑣重復(fù)，且數(shù)據(jù)吞吐量小、傳輸效率低，本文提出了一種基于FPGA和ARM的高速多通道腦電采集與傳輸系統(tǒng)方案，該方案將外部緩存SDRAM交由FPGA控制，并且通過(guò)SDRAM前后兩對(duì)FIFO的乒乓操作實(shí)現(xiàn)SDRAM的異步時(shí)鐘域同時(shí)讀寫(xiě)，使得FPGA和ARM接口處的數(shù)據(jù)不間斷，并且通過(guò)簡(jiǎn)潔的并行接口協(xié)議實(shí)現(xiàn)FPGA和ARM的高效通信，對(duì)于ARM來(lái)說(shuō)，F(xiàn)PGA與SDR

4、AM這兩部分，從物理上等效于一片能自動(dòng)采集數(shù)據(jù)的SDRAM;最后，ARM可以將采集到的高速數(shù)據(jù)應(yīng)用于LCD液晶顯示，或通過(guò)以太網(wǎng)發(fā)送給上位機(jī)。
　　鑒于腦電采集系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間的采集使得數(shù)據(jù)量增加的很快，而嵌入式系統(tǒng)中又沒(méi)有太大空間來(lái)存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)，本文給出了一種用于二維圖像壓縮的嵌入式零樹(shù)小波編碼算法，即EZW算法，并將該算法加以修改后成功地應(yīng)用在一維腦電信號(hào)數(shù)據(jù)的壓縮上;然后針對(duì)EZW算法的不足，提出了一種以EZW為基礎(chǔ)的改進(jìn)壓縮算