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基于概率神经网络的锋电位实时分类算法
  • ISSN号:1000-565X
  • 期刊名称:《华南理工大学学报:自然科学版》
  • 时间:0
  • 分类:TP183[自动化与计算机技术—控制科学与工程;自动化与计算机技术—控制理论与控制工程] Q189[生物学—神经生物学;生物学—普通生物学]
  • 作者机构:[1]浙江大学生物医学工程与仪器科学学院,浙江杭州310027, [2]浙江大学求是高等研究院,浙江杭州310027
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(61001172); 浙江省自然科学基金资助项目(Y2090707); 浙江大学中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2010QNA5026)
中文摘要:

为了实现便携式实时处理的实用型脑-机接口(BMI),提出了一种基于概率神经网络(PNN)的锋电位信号实时分类算法,并完成了该算法基于现场可编程门阵列(FPGA)的实现.该算法通过训练数据的快速导入完成PNN的训练,再由PNN实现锋电位的分类工作.文中通过调用FPGA片上DSP48Es资源实现单精度浮点的乘加运算,采用并行流水结构加速向量间距离的计算,通过查找表和坐标旋转数字计算方法完成PNN激活函数的准确逼近.实验结果表明,在完成高达93.82%准确率的情况下,基于FPGA的PNN实现方法比基于Matlab的方法快47.43倍,达到了便携式实时处理的设计要求.

英文摘要:

In order to develop a portable brain-machine interface(BMI) for practical real-time applications,a real-time sorting algorithm of spike potentials based on the probabilistic neural network(PNN) is proposed and is implemented on the FPGA(Field Programmable Gate Array).In this algorithm,the network is trained via the quick loading of training data,and the spike potentials are sorted out through the trained network.In the FPGA architecture,a floating-point multiply-add operation is implemented by a on-chip DSP48Es;the calculation of vector distance is accelerated by adopting a pipelined parallel architecture;and the lookup table as well as the CORDIC(Coordinate Rotation Digital Computer) method is employed to achieve an accurate approximation of the PNN activation function.Experimental results show that the FPGA-based implementation of PNN runs 47.43 times faster than the Matlab-based one with the same accuracy being up to 93.82%,which means that the portability and the real-time processing of BMI are successfully realized.

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期刊信息
  • 《华南理工大学学报:自然科学版》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:国家教育部科技司
  • 主办单位:华南理工大学
  • 主编:李元元
  • 地址:广州市天河区五山路华南理工大学17号楼
  • 邮编:510640
  • 邮箱:journal@scut.edu.cn
  • 电话:
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-565X
  • 国内统一刊号:ISSN:44-1251/T
  • 邮发代号:46-174
  • 获奖情况:
  • 本学报荣获1996年国家教委系统优秀科技期刊二等奖...,1999年荣获全国优秀高校自然科学学报及教育部优秀...,2001年荣获广东省优秀期刊奖和广东省优秀科技期刊...,2004年获全国高校优秀科技期刊二等奖,2006年获首届教育部优秀科技期刊奖,2008年荣获第二届教育部优秀科技期刊奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:22954