非侵入式脑电信号，作为获取大脑信息、解析人体状态最简便的方式，在脑科学和脑机接口技术等领域得到了广泛应用。随着脑科学和神经科学等相关研究的不断深入，对脑电采集系统的高通道数和高采集密度需求越发急切。同时，在脑机接口领域，随着机器学习、人工智能等技术的快速发展，脑电信号处理方法取得了显著的进步。这些方法提高了脑电信号分类的准确性，但同时也依赖大规模、多通道的数据来完成分类模型的训练和推理。基于以上两点原因，开展有关高密度脑电信号实时采集系统的研究具有十分重要的意义。

在实际的脑电采集系统中，随着通道数量的不断增加，系统需要传输的脑电数据量与数据传输带宽之间的矛盾越发突出。在采集系统数据链路的传输带宽有限的情况下，传输速率可能难以匹配多通道脑电数据的传输需求，进而导致数据传输的延迟、丢失甚至系统崩溃等问题，影响到脑电信号的分析和处理的准确性。因此，在带宽受限的实际环境中，如何有效地提升采集系统的数据传输效率，也是一个值得研究与解决的问题。

另一方面，随着美国商务部将脑机接口技术纳入出口管制项目，我国在相关领域实现自主可控的战略任务越发紧迫。现如今，在各行各业的共同努力下，我国已经出现了许多拥有自主知识产权的脑电采集设备和采集芯片，但是尚未出现基于国产脑电采集芯片设计的高密度脑电采集设备。因此，本文将在中国科学院自动化研究所2035创新任务——“面向精细运动控制的无创脑机接口”项目支持下，使用由本单位自主研发的8通道国产脑电采集芯片，实现国内首个以国产脑电采集芯片为核心的高密度脑电实时采集系统，推动国产脑电采集芯片在脑电采集领域的应用。本文的主要研究工作和贡献如下：

1.为了推动自研脑电采集芯片的在高密度脑电采集系统中的应用，本文使用国产脑电采集芯片设计了高密度脑电采集设备。该设备可通过硬件堆叠的方式实现通道数量的灵活扩展，最高可实现128通道，1KHz的脑电信号实时采集，单个通道采样频率最高可达16KHz。实验表明，该设备具有1μV左右的系统输入噪声和85dB以上的共模抑制比，满足脑电信号采集的基本要求；同时，通过合理的配置，采用合适的采集方法，该设备还可兼容眼电等生理电信号的实时采集。

2.为了实时展示高密度脑电采集系统中的多通道脑电数据，并向用户提供与采集设备实时交互的界面，在本文中设计了用于控制高密度脑电采集设备的专用脑电采集软件。该软件支持多通道数量的实时数据显示，通道数量等与软件运行密切相关参数均可配置，并集成了快速傅里叶变换、阻抗检测、数据录制与回放等多种实用功能。此外，软件还预留了数据传输和控制接口，便于用户基于本文提出的脑电采集设备和采集软件完成特定的脑电信号采集任务，或是在此基础上搭建功能更为复杂的脑机接口系统。通过采集并处理实际的生理电信号，与主流脑电采集设备的采集数据进行对比，验证了本文所提出的采集设备和采集软件的有效性。

3.针对在部分脑电采集系统中数据传输链路传输带宽有限的问题，本文提出了一种基于差分变换的多通道脑电信号实时压缩方法。该方法可以在信号采集过程中针对系统的每一次采样进行实时数据压缩，并且压缩过程是完全无损的。实验结果表明，该方法最高可实现2.95的压缩比。通过在实际的脑电信号采集系统上部署此压缩方法，在数据带宽受限的条件下实现了多通道数据的传输，证明了该方法的有效性。