簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 徐雅姿
論文名稱: 在NoC上實現OSort演算法之硬體架構設計
Hardware Implementation for Spike Sorting Based on NoC with OSort Algorithm
指導教授: 黃文吉
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 資訊工程學系
Department of Computer Science and Information Engineering
論文出版年: 2014
畢業學年度: 102
語文別: 中文
論文頁數: 52
中文關鍵詞: 可程式化系統晶片棘波分類及時排序現場可程式化邏輯閘系統晶片
英文關鍵詞: Sopc, Spike Sorting, OSort, FPGA, Noc
論文種類: 學術論文
相關次數: 點閱:449下載:4
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 本論文針對棘波分類法則實現一套硬體架構,以提供大量資料快速運算。棘波排序是研究生物大腦及發展腦機介面(BMI, Brain Machine Interface)的基礎,棘波排序主要分為三個步驟:棘波偵測、特徵擷取以及分群,棘波分類則包含特徵擷取與分群部分,本論文採用OSort演算法將棘波偵測所採集到的數位訊號進行分類。
      OSort演算法是一個模板比對(Template Matching)的非監督式分群法則,與其他棘波分類演算法相比,如PCA和K-means、小波轉換和SPC、GHA和FCM等等,不需做複雜的降低資料維度(Dimensionality Reduction)運算,更適用於即時分類;不用以分類指標(Cluster Validity Index)來計算最佳群集數,即可自動決定群集個數;不若於其他演算法需要一段時間的離線訓練(Offline Training),可立刻獲得棘波分類結果。
      本論文保留OSort演算法核心的概念,簡化較消耗硬體資源的設計,並適用於多數的採樣數據做高速運算,透過Altera公司的系統開發工具使用NoC(Network on Chip)架構,實現並驗證於現場可程式化邏輯閘(FPGA, Field Programmable Gate Array)上,實驗結果證明,本論文所提出的棘波分類硬體架構具有一定精確度及高速運算的優點。
    關鍵字: 可程式化系統晶片、棘波分類、OSort、FPGA、NoC

    摘要 i 致謝 ii 目錄 iii 附圖目錄 v 附表目錄 vii 第一章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 研究目的 6 1.3 全文架構 8 第二章 基礎理論與文獻探討 9 2.1 棘波排序(Spike Sorting) 9 2.2 OSort(Online Sorting) 11 2.3 FPGA系統設計 14 2.4 回饋式模板架構 18 第三章 系統架構 20 3.1 研究流程 20 3.2 電路架構 20 3.2.1 記憶體單元 21 3.2.2 MSD-CU單元 24 3.2.3 Comparator單元 25 3.2.4 MUU單元 26 3.2.5 Controller單元 26 第四章 實驗數據與效能分析 35 4.1 開發平台與實驗環境 35 4.2 實驗數據與結果呈現 38 第五章 結論 50 參考文獻 51

    [1] E. R. Kandel, J. H. Schwartz and T. M. Jessell, Principles of neural science, New York: McGraw-Hill, 2000.

    [2] A. L. Hodgkin and A. F. Huxley, A quantitative description of membrane current and its application to conduction and excitation in nerve, J. Physiol., Vol. 117, pp. 500–544, 1952.

    [3] M. A. Lebedev and M. A. L. Nicolelis, Brain machine interfaces: past, present and future, Trends in Neurosciences, Vol. 29, pp. 536-546, 2006.

    [4] S. Gibson, J. W. Judy and D. Markovic, Spike sorting: the first step in decoding the brain, IEEE Signal Processing Magazine, pp. 124-143, 2012.

    [5] http://neurosky.com/

    [6] M. S. Lewicki, A review of methods for spike sorting: The detection and classification of neural action potentials, Netw. Comput. Neural Syst., Vol. 9, pp. R53–R78, 1998.

    [7] K. Pearson, On lines and planes of closest fit to systems of points in space, Phil. Mag., Vol. 2, pp. 559–572, 1901.

    [8] S. J. Lin, Y. T. Hung and W. J. Hwang, Efficient hardware architecture based on generalized Hebbian algorithm for texture classification, Neurocomputing, pp. 3248-3256, 2011.

    [9] R. Quiroga, Z. Nadasdy, and Y. Ben-Shaul, Unsupervised spike detection and sorting with wavelets and superparamagnetic clustering, Neural Comput., Vol. 16, pp. 1661-1687, 2004.

    [10] K. L. Wu and M. S. Yang, A cluster validity index for fuzzy clustering, Pattern Recognit. Lett., Vol. 26, pp. 1275-1291, 2005.

    [11] J. Wild, Z. Prekopcsak, T. Sieger, D. Novak and R. Jech, Performance comparison of extracellular spike sorting algorithms for single-channel recordings, J. Neurosci. Methods, Vol. 203, pp. 369-376, 2012.
    [12] S. Mukhopadhyay and G. C. Ray, A new interpretation of nonlinear energy operator and its efficacy in spike detection, IEEE Trans. Biomed. Eng., Vol. 45, pp. 180-187, 1998.

    [13] T. Sato, T. Suzuki, and K. Mabuchi, Fast Template Matching for Spike Sorting, Electronics and Communications in Japan, Vol. 92, pp. 57-63, 2009.

    [14] U. Rutishauser, Online detection and sorting of extracellularly recorded action potentials in human medial temporal lobe recordings, in vivo, J. Neurosci. Methods, Vol. 154, pp. 204-224, 2006.

    [15] W. J. Hwang, S. H. Wang and Y. T. Hsu, Spike Detection Based on Normalized Correlation with Automatic Template Generation, Sensors, Vol. 14, 2014.

    [16] 王思淮, 以回饋式自動模板生成為基礎之正規化關聯值棘波偵測系統之設計及實現, 2014.

    [17] L.S. Smith and N. Mtetwa, A tool for synthesizing spike trains with realistic interference. J. Neurosci. Methods, Vol. 159, pp. 170-180, 2007.

    [18] S. Gibson, J. W. Judy and D. Markovic, An FPGA-based platform for accelerated offline spike sorting, J. Neurosci. Methods, Vol. 215, pp. 1-11, 2013.

    下載圖示
    QR CODE