一种基于双耳波差脑波音频的注意力调节方法及系统

技术领域

本发明属于脑波音频调节注意力技术领域，具体涉及一种基于双耳波差脑波音频的注意力调节方法及系统。

背景技术

随着现代科技的发展、生活节奏的加快和生活压力增加，人们的心理健康状态受到了大家越来越多的关注。例如，学生在课程学习中，由于情绪紧张或者受到其他事物例如电子产品的影响，导致注意力不集中，而无法专注于学习；又例如人们在日常工作中，由于早起或者工作强度过大，导致大脑疲劳而无法专注于工作；又例如在夜晚入睡时，由于焦虑或者电子产品的影响，导致大脑处于极度活跃状态而无法入眠。可见，现代生活中的人们由于各种事物的干扰而导致注意力调节机制可能出现问题，从而无法专注于学习和工作。因此，需要对人们的精神状态进行调节从而提高注意力机制的调节功能。

目前精神状态调节主要包括视频调节、音频调节、经颅刺激等方式，其中，音频调节成为一种主流的调节方式。而其中又以脑波音频作为重要的调节手段。脑波音频，是指由脑波衍生出的音频，含有大脑的生理信息。近年来，国内外的相关研究人员基于不同理论，提出了多种方法将单导或多导脑电信号(Electroencephalogragh，简称EEG)以及和EEG同步采集的功能磁共振信号(Functional magnetic resonance imaging，简称FMRI)转换为音频，并对得到的音频进行分析和应用。

音频原本与信息技术、生物医学工程是截然不同的领域，而脑波音频则将音频与生物医学工程结合在一起。目前对于脑波音频的研究基本是根据原始脑波的频率、幅度等直接映射到音频的音长、音高上，生成的音频依赖于人体本身的生物信号，可以反映使用者的当前状态。然而，这种脑波音频调节情绪的系统和方法，主要是根据人的精神状态，选择脑波音频来调节人的注意力机制，然而，音频虽可以诱发生理唤醒，却很少直接引起个体具体的外部反应，个体最终的注意力表现还是依赖于对音频的总体认知，即情绪是个人对不同和声、节奏、旋律、音色等结合的音频的整合解读的结果。但是由于个体差异，每个人对音频的感受和理解并不同，因此采用现成的音频进行注意力调节的针对性不强，不能实现个性化的注意力机制调节。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于双耳波差脑波音频的注意力调节方法及系统，用以解决现有技术中的脑波音频进行注意力调节的方法针对性不强，不能实现个性化的注意力机制调节的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：

一种基于双耳波差脑波音频的注意力调节方法，所述方法包括：

采集不同用户原始脑波信号，对所述原始脑波信号进行处理后生成音频数据库并存储；

获取特定用户当前脑波信号，并根据所述当前脑波信号判断用户的当前精神状态；

基于用户当前精神状态，调用所述音频数据库，利用音频播放设备输出双耳波差脑波音频，以对用户的注意力机制进行调节。

进一步的，所述采集不同用户原始脑波信号，对所述原始脑波信号进行处理后生成音频数据库并存储包括：

采集不同用户原始脑波信号，从所述原始脑波信号中提取特征信号值，所述特征信号值为反映用户不同精神状态的特征信号值；

根据所述特征信号值，基于机器学习的方法计算对应的脑波音频参数，并根据所述脑波音频参数生成不同的脑波音频；

根据所述脑波音频生成脑波音频数据库并存储。

进一步的，所述脑波音频参数包括：节拍点、音长、音符数、和弦、音高、音强和音长。

进一步的，所述获取用户当前脑波信号，并根据所述当前脑波信号判断用户的当前精神状态包括：

获取用户当前脑波信号，并获得该脑波信号中δ波、θ波、α波、SMR波、低β波和高β波的占比；

根据所述δ波、θ波、α波、SMR波、低β波和高β波的占比情况判断用户当前精神状态。

进一步的，所述基于用户当前精神状态，调用所述音频数据库，利用音频播放设备输出双耳波差脑波音频之前，还包括：

调用所述音频数据库，将所述音频数据库中的音频文件的左右声道的音频信号进行分离；

将分离后的左右声道音频信号分别做变频处理以使左右声道产生频差以生成双耳波差脑波音频，将所述双耳波差脑波音频二次存储在所述音频数据库中，并发送至所述音频播放设备中进行存储。

进一步的，所述基于用户当前精神状态，调用所述音频数据库，利用音频播放设备输出双耳波差脑波音频包括：

基于用户当前精神状态，调用所述音频数据库，从所述音频数据库中查找调节用户当前精神状态的双耳波差脑波音频；

发送音频播放指令至所述音频播放设备中，以使所述音频播放设备播放对应的双耳波差脑波音频。

进一步的，所述方法还包括：

在对用户输出双耳波脑波音频进行注意力调节之后，再次获取用户经过双耳波差脑波音频调节后的脑电波信号；

根据调节后的脑电波信号，获取双耳波差脑波音频的调节作用结果，并将所述调节作用结果存储在调节结果数据库中。

本发明还提供一种基于双耳波差脑波音频的注意力调节系统，所述系统运用如上述的基于双耳波差脑波音频的注意力调节方法对用户的注意力机制进行调节；所述系统包括：服务器、数据处理终端、音频播放设备以及脑波信号采集设备，所述数据处理终端、音频播放设备以及脑波信号采集设备分别与所述服务器通信连接。

进一步的，所述数据处理终端为电脑终端或者手机终端，所述服务器包括云端服务器；所述电脑终端或手机终端与所述云端服务器进行通信，所述云端服务器提供云存储功能；当所述数据处理终端为手机终端时，所述音频播放设备还与所述手机终端通信连接。

进一步的，所述音频播放设备包括可穿戴式耳机、蓝牙耳机、音箱、MP3播放器中的至少一种；当所述音频播放设备为可穿戴式耳机时，包括：戴式耳机本体和装于该头戴式耳机本体上的扬声器，所述头戴式耳机本体上设有主控处理器、音频播放模块、电源、语音识别模块、切换按键、麦克风、数据存储模块和蓝牙模块；所述主控处理器分别与所述音频播放模块、电源、语音识别模块、切换按键、数据存储模块和蓝牙模块建立连接，且语音识别模块与所述麦克风连接，音频播放模块与所述扬声器连接；所述数据存储模块内存储有多组不同频率的双耳波差脑波音频。

本发明的有益效果为：

1、本发明中的基于双耳波差脑波音频的注意力调节方法，通过采集不同用户的原始脑波信号，提取特征值，并基于特征值利用机器学习生成脑波音频库，并进一步生成双耳波差脑波音频库，在针对不同用户的不同精神状态时，提供对应的双耳波差脑波音频，为用户提供个性化定制的注意力机制调节方法，使得针对性更强，效率更佳。

2、本发明中的基于双耳波差脑波音频的注意力调节系统，通过脑波信号采集装置采集脑波信号，然后通过服务器发送至所述数据处理终端将所述脑波信号处理后生成脑波音频库和双耳波差脑波音频库，然后针对特定用户从双耳波脑波音频库中查找对应的双耳波差脑波音频从而实现对用户注意力机制的调节，针对性强且作用效果明显。

3、本发明中的音频播放设备通过主控处理器接收服务器音频播放指令，控制音频播放模块控制扬声器播放对应的双耳波差脑波音频，以对人类的脑部所产生的脑波进行引导，逐渐调节大脑的脑波生物钟，以最终达到纠正人们行为习惯的目的；另外，用户也可通过麦克风对主控处理器进行相应的控制，并通过主控处理器控制音频播放模块，音频播放模块控制扬声器对用户播放任意的双耳波差脑波音频，双耳波差脑波音频刺激用户的脑波，满足用户的自定义需求。

附图说明

图1是本发明实施例中的基于双耳波差脑波音频的注意力调节方法的流程图；

图2是本发明实施例中的基于双耳波差脑波音频的注意力调节系统的结构框图；

图3是本发明实施例中的音频播放设备的结构框图。

具体实施方式

为使本说明书实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本说明保护的范围。

应当理解，尽管本文可能使用术语第一、第二等等来描述各种单元，但是这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元,并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。

应当理解，对于本文中可能出现的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况；对于本文中可能出现的术语“/和”，其是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况；另外，对于本文中可能出现的字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

应当理解，在本文中若将单元称作与另一个单元“连接”、“相连”或“耦合”时，它可以与另一个单元直相连接或耦合，或中间单元可以存在。相対地，在本文中若将单元称作与另一个单元“直接相连”或“直接耦合”时，表示不存在中间单元。另外，应当以类似方式来解释用于描述单元之间的关系的其他单词(例如，“在……之间”对“直接在……之间”,“相邻”对“直接相邻”等等)。

应当理解，本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并不意在限制本发明的示例实施例。若本文所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”意在包括复数形式，除非上下文明确指示相反意思。还应当理解，若术语“包括”、“包括了”、“包含”和/或“包含了”在本文中被使用时,指定所声明的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在性,并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。

应当理解，还应当注意到在一些备选实施例中，所出现的功能/动作可能与附图出现的顺序不同。例如,取决于所涉及的功能/动作,实际上可以实质上并发地执行,或者有时可以以相反的顺序来执行连续示出的两个图。

应当理解，在下面的描述中提供了特定的细节,以便于对示例实施例的完全理解。然而,本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实例中，可以不以不必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得示例实施例不清。

实施例一

请参见图1，一种基于双耳波差脑波音频的注意力调节方法，所述方法包括：

步骤S1，采集不同用户原始脑波信号，对所述原始脑波信号进行处理后生成音频数据库并存储；

在本发明实施例中，需要说明的是，所述采集不同用户原始脑波信号，对所述原始脑波信号进行处理后生成音频数据库并存储包括：

步骤S11，采集不同用户原始脑波信号，从所述原始脑波信号中提取特征信号值，所述特征信号值为反映用户不同精神状态的特征信号值；

步骤S12，根据所述特征信号值，基于机器学习的方法计算对应的脑波音频参数，并根据所述脑波音频参数生成不同的脑波音频；其中，所述脑波音频参数包括：节拍点、音长、音符数、和弦、音高、音强和音长。

其中，需要进一步说明的是，所述原始脑波信号可以采用脑电波传感器等脑波信号信号采集装置获取，可以按一定周期定期采取然后不断训练丰富所述脑波音频库。

步骤S13，根据所述脑波音频生成脑波音频数据库并存储。

步骤S2，获取特定用户当前脑波信号，并根据所述当前脑波信号判断用户的当前精神状态；

在本发明实施例中，需要说明的是，所述获取用户当前脑波信号，并根据所述当前脑波信号判断用户的当前精神状态包括：

步骤S21，获取用户当前脑波信号，并获得该脑波信号中δ波、θ波、α波、SMR波、低β波和高β波的占比；

步骤S22，根据所述δ波、θ波、α波、SMR波、低β波和高β波的占比情况判断用户当前精神状态。

更具体的，需要说明的是，我们知道，脑波音频的类型主要分为δ波、θ波、α波、SMR波、低β波和高β波，以下是各类型的脑波对应的频率和意识状态：

δ波是脑电波的一个组成部分，它的持续时间长于1/4秒。频率在0.1—3Hz以下。成人的δ波只在睡眠时出现，如果非睡眠时出现，则属异常。但在幼儿非睡眠时也可出现。δ波为优势脑波时，为深度熟睡，无意识状态。人的睡眠品质好坏与δ波有非常直接的关联；此外，δ波亦是开发人类直觉雷达系统，以及超能力量的关键。

θ波是在人睡眠的情况下出现的一种脑波。θ波过强的话，不能使大脑处于清醒或觉醒状态，此时大脑功能处于低下的状态。注意力散漫的学生大部分是因为θ波太强。因为来自各方面的刺激使其不能将注意力集中于一点，行动自然而然就会变得散漫，这种症状就叫做ADD或ADHD。自闭，精神呆滞，语言障碍等归根到底就是因为θ波过剩。θ波是新生儿6个月到5岁之间的儿童的主要脑波。这时为了促进大脑的神经网络，脑活动逐渐变得活跃的时期。可以看作是人生中十分重要的时期。因为在7岁之前90％的神经网络都会完成，这时的大脑要存储很多信息，形成作为人类生活应当具备的思考能力，创造能力，综合能力，分析能力等。

α脑波，是当人们放松身心、沉思时出现的脑波。α波起到的是位于睡眠和活动之间的中间者的作用，是在睡眠中醒来，大脑开始正式活动中间的阶段。担任正常人脑波的脑活动的中心作用。得到充分休息的人的左脑和右脑的α波是一样的。这样的人在感情上看来非常安静，在社会生活中，也会具备卓越的适应能力。但是如果打破左脑与右脑的平衡的话，感情的平衡也会被打破。左脑的α波处于优势的话，性格很容易变得否定和内向，很容易患上抑郁症。相反，右脑的α波处于优势的话就会变得积极和外向，性格开朗。大部分忧郁症患者左脑的前叶比右脑会检测到更强烈的α波。烦躁症患者是因为左脑和右脑的α波状态十分强烈导致的。失眠症是在睡觉时产生的θ波和δ波没有出现，负责活动的α波偶然增加导致的。对于这类人中大部分只要让他们在觉醒状态下使左右脑的活动平衡的话，就可以容易进入梦乡。

SMR波是大脑觉醒程度的尺度。SMR波是由位于美国旧金山的加利福尼亚州立大学的M.B.Sterman博士发现的。在大脑皮层中的感觉皮层和运动皮层发现的律动叫做SMR波。因为波长在12—15Hz之间，所以和轻度睡眠的周波发生了重合。但是这种意识状态和在休息状态(α波)向活动状态(β波)变化的中间环节的轴波有着明显的不同。软弱或是自闭，学习障碍，语言障碍等情形出现时，是θ波或δ波等脑波变强，使得与睡眠状态有些相似，因为大脑不能觉醒，所以应该强化SMR波，使大脑清醒。要使SMR得到强化的话，应该经常做一些运动。

β波是13Hz以上的脑波的总称。因为他的范围非常广，所以13—20Hz叫做低β波，20Hz以上的叫做高β波。低β波因为主要负责的是思考，学习，默记，计算之类的精神活动，也叫做活动波。另外，我们消除杂念的话，低β波就会变得活泼。如果大脑超负荷的运转的话，就会出现高β波。超过了适当地处理界限。这样的话由于压力，脑的活性就会下降，集中力也会变得低下。高β波是大脑出现过分活动状态时出现的脑波。就像全力跑完1000米的长跑心脏会变得加快，大脑如果过度紧张，接受压力的话，能量消耗变大，大脑的活动性也在一定程度有所下降。

人类在日常活动过程中，在其脑部内会出现各种类型的脑波，比如：人们在进行深度睡眠时，其脑部应当产生的是δ脑波；当人们在进行浅度睡眠时，其脑部应当产生的是θ脑波；当人们在进行专注、认真做事时，其脑部应当产生的是α脑波；当人们在进行集中思考时，其脑部产生的应当是低频的β脑波，而人们处于狂躁状态时，其脑部产生的应当是高频的β脑波。但是，人们在进行某项行为活动时，其脑部并不一定能够产生正确的脑波，因此需要进行调节。

步骤S3，基于用户当前精神状态，调用所述音频数据库，利用音频播放设备输出双耳波差脑波音频，以对用户的注意力机制进行调节。

在本发明实施例中，需要说明的是，所述基于用户当前精神状态，调用所述音频数据库，利用音频播放设备输出双耳波差脑波音频之前，还包括：

调用所述音频数据库，将所述音频数据库中的音频文件的左右声道的音频信号进行分离；

将分离后的左右声道音频信号分别做变频处理以使左右声道产生频差以生成双耳波差脑波音频，将所述双耳波差脑波音频二次存储在所述音频数据库中，并发送至所述音频播放设备中进行存储。

其中，需要进一步说明的是，本发明实施例中的双耳波差脑波音频不同于传统的脑波音频，双耳波差脑波音频能够生成千变万化的立体声音频波形，并自动锁定在声音频滤波解码电路系统，制造出双耳差拍振动(双耳逆差)，使两耳接收到的音频能够形成特定的频差，促使大脑创建新意识，通过脑波与双耳波差脑波音频之间的共轭原理，以实现对人们脑部的脑波形成引导作用。

在本发明实施例中，需要说明的是，所述基于用户当前精神状态，调用所述音频数据库，利用音频播放设备输出双耳波差脑波音频包括：

步骤S31，基于用户当前精神状态，调用所述音频数据库，从所述音频数据库中查找调节用户当前精神状态的双耳波差脑波音频；

步骤S32，发送音频播放指令至所述音频播放设备中，以使所述音频播放设备播放对应的双耳波差脑波音频。

在本发明实施例中，需要说明的是，所述方法还包括：

在对用户输出双耳波脑波音频进行注意力调节之后，再次获取用户经过双耳波差脑波音频调节后的脑电波信号；

根据调节后的脑电波信号，获取双耳波差脑波音频的调节作用结果，并将所述调节作用结果存储在调节结果数据库中。

实施例二

本发明还提供一种基于双耳波差脑波音频的注意力调节系统，所述系统运用如上述的基于双耳波差脑波音频的注意力调节方法对用户的注意力机制进行调节；所述系统包括：服务器、数据处理终端、音频播放设备以及脑波信号采集设备，所述数据处理终端、音频播放设备以及脑波信号采集设备分别与所述服务器通信连接。

在本发明实施例中，需要说明的是，所述数据处理终端为电脑终端或者手机终端，所述服务器包括云端服务器；所述电脑终端或手机终端与所述云端服务器进行通信，所述云端服务器提供云存储功能；当所述数据处理终端为手机终端时，所述音频播放设备还与所述手机终端通信连接。进一步的，所述音频播放设备包括可穿戴式耳机、蓝牙耳机、音箱、MP3播放器中的至少一种；当所述音频播放设备为可穿戴式耳机时，所述可穿戴式耳机包括：戴式耳机本体和装于该头戴式耳机本体上的扬声器，所述头戴式耳机本体上设有主控处理器、音频播放模块、电源、语音识别模块、切换按键、麦克风、数据存储模块和蓝牙模块；所述主控处理器分别与所述音频播放模块、电源、语音识别模块、切换按键、数据存储模块和蓝牙模块建立连接，且语音识别模块与所述麦克风连接，音频播放模块与所述扬声器连接；所述数据存储模块内存储有多组不同频率的双耳波差脑波音频。

本发明实施例的有益效果为：

1、本发明中的基于双耳波差脑波音频的注意力调节方法，通过采集不同用户的原始脑波信号，提取特征值，并基于特征值利用机器学习生成脑波音频库，并进一步生成双耳波差脑波音频库，在针对不同用户的不同精神状态时，提供对应的双耳波差脑波音频，为用户提供个性化定制的注意力机制调节方法，使得针对性更强，效率更佳。

2、本发明中的基于双耳波差脑波音频的注意力调节系统，通过脑波信号采集装置采集脑波信号，然后通过服务器发送至所述数据处理终端将所述脑波信号处理后生成脑波音频库和双耳波差脑波音频库，然后针对特定用户从双耳波脑波音频库中查找对应的双耳波差脑波音频从而实现对用户注意力机制的调节，针对性强且作用效果明显。

3、本发明中的音频播放设备通过主控处理器接收服务器音频播放指令，控制音频播放模块控制扬声器播放对应的双耳波差脑波音频，以对人类的脑部所产生的脑波进行引导，逐渐调节大脑的脑波生物钟，以最终达到纠正人们行为习惯的目的；另外，用户也可通过麦克风对主控处理器进行相应的控制，并通过主控处理器控制音频播放模块，音频播放模块控制扬声器对用户播放任意的双耳波差脑波音频，双耳波差脑波音频刺激用户的脑波，满足用户的自定义需求。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。