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脑电信号数据压缩及棘波识别的小波神经网络方法

  来源:120online      日期:2007-05-09
生物医学工程学杂志1999年第2期第16卷论著作者:张永胜 刘爱萍 郁 可单位:(张永胜)武汉工业大学计算机科学系,武汉 430070;(刘爱萍)洛阳工业高专计算机系,洛阳 471003;(郁可)武汉工业大学光纤中心,武汉 430070关键词:脑电图;小波神经网络;数据压缩;信号处理;癫痫...

  式(7)中,Ws(t,ω)为s(t)的Wigner分布;Wh(ak,bk,t,ω)为小波基h(ak,bk,t)的Wigner分布;最后一项为交叉项,因为Wh(ak,bk,t,ω)dtdω=1在不损s(t)的总能量的情况下可去掉(7)式中的交叉项,从而得到没有交叉项的一种新的时频能量分布函数:

  (8)

  其估计值为

  (9)

  用上述方法得到的时频能量分布,经实验表明,时频域分辨率高于短时傅里叶变换(STFT),与离散Wigner分布(DWD)相当 ,但没有因交叉干扰,而在某些区域产生的伪峰。故在真实准确反映离散信号在各个时刻所包含的频率成分方面,此方法优于STFT和DWD。

   2 结果与讨论

  2.1 脑电信号压缩

  根据前述方法,我们对某一时段(T=4s)的痫样脑电特征波(数字化采样频率200 Hz,共800个数据点)进行了压缩研究。将其脑电图的全部数据作为训练集,时间作为输入,幅度作为目标输出,共采用了18个小波基进行训练,将wk,ak初始值定为随机数,为了加快网络收敛速度及避免误差局部最小,以波峰和波谷等所对应的时间作为bk的初始值,训练次数为150次。开始步长分别为αw=10-2;αab=10-7,训练结束后输出误差E为0.00975,将全部采样时间点作为输入对谱图进行了恢复,输出误差E也为0.00975。图1分别给出了该时段的原始和恢复后的脑电波图。

  可以看出恢复后的脑电图谱能很好地保持原有图谱的特征。特别是能够较准确地反映波峰的位置和幅度。这样脑电信号原始波形的幅度数据,可以用18组wk,bk和ak共54个参数表示出来,从而实现了其信号的压缩,压缩比约为15∶1,效果是理想的。

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