發(fā)布時間：2021-08-08 05:41

　　針對腦電數(shù)據(jù)傳輸過程中的安全性問題,本文提出一種基于壓縮編碼的腦電數(shù)據(jù)加密傳輸方法。發(fā)送端對腦電數(shù)據(jù)進(jìn)行特征消除的預(yù)處理后將其隱寫為假圖像,并依據(jù)腦電數(shù)據(jù)特征對此圖像進(jìn)行混合編碼;接收方通過特定的逆處理過程恢復(fù)腦電數(shù)據(jù)。該方法隱密了腦電數(shù)據(jù)的特征,在增強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸安全性的同時減少了傳輸數(shù)據(jù)量。分析結(jié)果表明,在保證恢復(fù)數(shù)據(jù)能達(dá)到原數(shù)據(jù)時頻域特征的條件下,傳輸數(shù)據(jù)比原始腦電數(shù)據(jù)的熵值提升了42.4%,同時數(shù)據(jù)壓縮比達(dá)到1.51,實現(xiàn)了對腦電數(shù)據(jù)的輕量級高效加密。 

【文章來源】：單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用. 2020,20(12)

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

圖９恢復(fù)腦電數(shù)據(jù)與原腦電數(shù)據(jù)時域結(jié)果對比

熵越大則不確定性越大，越難以預(yù)料。根據(jù)信息熵可以從一定程度上判斷數(shù)據(jù)的隨機(jī)性和無序程度。對比原始腦電數(shù)據(jù)圖像和編碼處理后生成的圖像，熵值由表２熵值對比方法信息熵本文方法７．９６９５參考文獻(xiàn)［１６］７．９４１７參考文獻(xiàn)［１７］７．９３８５．５９５８增加到７．９６９５，提升了４２．４％。信息熵越接近８，表示數(shù)據(jù)隨機(jī)性越好，與其他參考文獻(xiàn)對比如表２所列，本文方法熵值較大，更接近理想值［１６－１７］。圖１１編碼前后數(shù)據(jù)直方圖對比結(jié)語本文提出了一種基于壓縮編碼的腦電數(shù)據(jù)加密方法，該方法通過ＬＰＣ編碼和Ｈｕｆｆｍａｎ編碼與像素重組結(jié)合，模糊了腦電數(shù)據(jù)的特性，同時壓縮了數(shù)據(jù)量。通過論證所用方法的效果，證明了本文在保證腦電數(shù)據(jù)恢復(fù)能力的情況下，使ＥＥＧ數(shù)據(jù)的熵值提升４２．４％，并且對腦電數(shù)據(jù)的加密和壓縮處理實現(xiàn)了很好的融合，簡化了腦電數(shù)據(jù)傳輸前的計算復(fù)雜度。參考文獻(xiàn)［１］付榮榮，侯培國，李曼迪．基于Ｆｉｓｈｅｒ準(zhǔn)則的單次運動想象腦電信號意圖識別研究［Ｊ］．生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志，２０１８，３５（５）：７７４７７８．［２］楊玉婷，李英，周文勝，等．腦電監(jiān)測技術(shù)在腦梗死患者預(yù)后評估中的應(yīng)用研究進(jìn)展［Ｊ］．中國實用神經(jīng)疾病雜志，２０２０，２３（１５）：１３６９１３７３．［３］覃小雅，袁媛，陳彥，等．頭皮腦電圖在迷走神經(jīng)電刺激治療難治性癲癇研究中的應(yīng)用［Ｊ］．生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志，２０２０，３７（４）

值之差用以量化后編碼：ｅｋ＝ｘｋ－ｘ＾ｋ＝ｘｋ－∑Ｐｉ＝１ａｉｘｋ－ｉ（２）１．３結(jié)合像素重組的霍夫曼編碼經(jīng)預(yù)測編碼后的值再經(jīng)過無損編碼，可以用更少的比特來表示，通常用霍夫曼（Ｈｕｆｆｍａｎ）編碼或算術(shù)編碼。但對于數(shù)據(jù)量大的腦電數(shù)據(jù)而言，算術(shù)編碼的計算時間長，而Ｈｕｆｆｍａｎ編碼計算時間短，易于硬件化。編碼過程包含構(gòu)造Ｈｕｆｆｍａｎ樹、根據(jù)Ｈｕｆｆｍａｎ樹對應(yīng)編碼。編碼過程如圖３所示。圖３Ｈｕｆｆｍａｎ編碼過程Ｈｕｆｆｍａｎ編碼根據(jù)數(shù)據(jù)出現(xiàn)的概率大小來分配碼字，同樣的數(shù)據(jù)經(jīng)Ｈｕｆｆｍａｎ編碼結(jié)果可能不同。按照Ｈｕｆｆｍａｎ樹對數(shù)據(jù)依次編碼，生成由不等長碼字組成的字符串。腦電數(shù)據(jù)經(jīng)過Ｈｕｆｆｍａｎ編碼生成長度不一的字符串，進(jìn)行順序排列后每８位劃分為一組，組成一個新的像素位。重組的像素位不再有腦電數(shù)據(jù)的特征，與原數(shù)據(jù)圖像相比，編碼減少了像素位數(shù)并且與原像素值無關(guān)。以序列ｕ１ｕ２ｕ３ｕ４ｕ５ｕ１ｕ２ｕ３ｕ４ｕ５為例，設(shè)ｕ１＝１，ｕ２＝２，ｕ３＝３，ｕ４＝４，ｕ５＝５，以上述第一種Ｈｕｆｆｍａｎ編碼樹為基礎(chǔ)，本文的處理算法如圖４所示。圖４處理算法Ｈｕｆｆｍａｎ編碼使數(shù)據(jù)的長度與表達(dá)發(fā)生改變，與像素重組方式相結(jié)合后又能改變編碼后數(shù)據(jù)的存儲與顯示形式。２數(shù)據(jù)處理過程與結(jié)果分析２．１ＥＥＧ數(shù)據(jù)處理過程本文處理的腦電信號來自ＰｈｙｓｉｏＮｅｔ平臺中麻省理工學(xué)院頭皮

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]腦電監(jiān)測技術(shù)在腦梗死患者預(yù)后評估中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 楊玉婷,李英,周文勝,周芝文.  中國實用神經(jīng)疾病雜志. 2020(15)
[2]頭皮腦電圖在迷走神經(jīng)電刺激治療難治性癲癇研究中的應(yīng)用[J]. 覃小雅,袁媛,陳彥,廖建湘,林素芳,楊曌,李路明.  生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志. 2020(04)
[3]基于Tent映射的圖像加密算法及其實驗研究[J]. 李付鵬,劉敬彪,王康泰.  杭州電子科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2020(03)
[4]基于壓縮感知及Huffman編碼的腦電壓縮技術(shù)[J]. 吳朝暉,葉彥斌,李斌.  微納電子與智能制造. 2019(03)
[5]基于Fisher準(zhǔn)則的單次運動想象腦電信號意圖識別研究[J]. 付榮榮,侯培國,李曼迪.  生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志. 2018(05)
[6]基于動態(tài)密鑰選擇與多方向擴(kuò)散的圖像加密算法[J]. 毛頡,王紅玉,陳云.  光學(xué)技術(shù). 2018(03)

碩士論文
[1]基于腦電節(jié)律波的在線腦—機(jī)接口系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D]. 張全羚.安徽大學(xué) 2020
[2]生物電信號加密及數(shù)字水印嵌入集成電路的研究與設(shè)計[D]. 李逸星.華南理工大學(xué) 2015
[3]圖像預(yù)測編碼中預(yù)測器階數(shù)的自適應(yīng)確定[D]. 劉佳.云南大學(xué) 2015



本文編號：3329344