[发明专利]混合蛙跳-Volterra模型的脑电信号编码和解码方法

权利要求书

1.一种混合蛙跳-Volterra模型的脑电信号编码和解码方法，其特征在于由以下步骤组成：

(1)对输入的脑电信号进行预处理

在输入的脑电信号中，找到波形均匀的帧作为分析帧，进行预加重、加窗、分帧预处理；

上述的加窗采用式(1)窗函数进行：

式中N为有限的正整数；

(2)用Volterra建模方法构建预测模型

将步骤(1)分析帧的信息，按式(2)建立脑电信号预测模型：

式中u(n-iτ)为输入的分析帧信号，m是混沌时间序列预测模型的记忆长度为有限的正整数，h₁(i)和h₂(i，j)为待定系数，u(n-iτ)为对应分析帧的第n-iτ个样本，n-iτ为步骤(1)中分析帧的样本序号，u(n-jτ)为对应的分析帧的第n-jτ个样本，n-jτ为步骤(1)中分析帧的样本序号，τ是延迟时间为有限的正整数，j、n为有限的正整数；

(3)确定脑电信号预测模型并编码

将步骤(1)中分析帧的脑电信号用Cao方法和互信息法分别得到最佳的记忆长度m和延迟时间τ，用混合蛙跳法确定脑电信号式(2)中所对应的待定系数h_i(i)、待定系数h₂(i,j)，将最佳的记忆长度m、延迟时间τ、待定系数h_i(i)以及h₂(i,j)代入式(2)，得到脑电信号的编码；

(4)解码

将提取的脑电信号的最佳的记忆长度m、延迟时间τ、待定系数h_i(i)以及h₂(i,j)代入式(2)，得对应信号的预测模型，根据已有编码后的数据，按照常规方法进行解码。

2.根据权利要求1所述的基于混合蛙跳法Volterra建模的脑电信号编码和解码方法，其特征在于所述的步骤(3)中的混合蛙跳法步骤为：

1)生成蛙群

随机生成R只蛙组成初始蛙群，用式(3)确定每只蛙的适应度函数值F_i(t)：

式中y_i为输入的脑电信号值，为模型预测值，L是预测数据的长度为有限的正整数，将种群中适应度值最大的蛙记为X_g，蛙群个体按适应度值降序排列：

{X₁,X₂,X_R}，X_i表示第i只蛙；

2)生成模因组

按式(4)生成模因组为：

M^k＝{X_k+Q(l-1)∈P|1≤l≤R},1≤k≤Q (4)

式中P为蛙群的集合，M^k为第k个模因组蛙的集合，X_k+M(l-1)为蛙群中的蛙，Q是分成的模因组个数为有限正整数；

3)进化模因

对M^k内的蛙依次按式(5)、式(6)、式(7)进化：

D＝r·c·(X_b-X_w)+W(5)

W＝[r₁ω_1,max,r₂ω_2,max, ,r_Sω_S,max]^T (6)

式中S为空间维数，r为(0,1)之间的随机数，c为[1，2]之间的一个常数，r_i(1≤i≤S)为[-1，1]之间的随机数，ω_i,max(1≤i≤S)为第i维搜索空间的最大感知和运动的不确定性，D为进化步长，D^T是D的转置，D_max是蛙所允许改变位置最大值，X_b和X_w分别表示模因组中具有最好适应值的蛙和最差适应值的蛙；模因组中最优蛙按式(8)更新：

当进化次数等于设定迭代次数500～2000次时，完成模因进化；

4)混合模因组

将进化完成后的模因组内的蛙随机混合，得到新蛙群P′，如果混合模因组次数i等于设定的全局混合迭代次数1000次或检测输入信号脑电与预测值得误差小于0.1时，输出结果即得到最佳的待定系数h_i(i)以及h₂(i,j)，否则按1)对蛙群排序并重复步骤2)和步骤3)，再次迭代。