一种基于脑电非线性动力学分析的音频制作方法及终端

技术领域

本发明涉及音频制作技术领域，尤其涉及一种基于脑电非线性动力学分析的音频制作方法及终端。

背景技术

目前的音频制作常常采用自然音乐加上轻松音乐混成，通过这种方法制作出来的音乐在舒缓、调节情绪方面作用并不显著。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于脑电非线性动力学分析的音频制作方法及终端，能够提高音频的情绪舒缓和调节效果。

为了解决上述技术问题，本发明采用的一种技术方案为：

一种基于脑电非线性动力学分析的音频制作方法，包括步骤：

获取脑电波信号集；

计算所述脑电波信号集对应的多个相位同步强度，并基于所述多个相位同步强度计算脑电波信号主频率；

根据所述脑电波信号主频率获取变化后的脑电波信号集，并根据所述变化后的脑电波信号集从所述脑电波信号主频率中筛选目标主频率；

基于所述目标主频率进行脑电非线性动力学分析，得到基础音频。

为了解决上述技术问题，本发明采用的另一种技术方案为：

一种基于脑电非线性动力学分析的音频制作终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

获取脑电波信号集；

计算所述脑电波信号集对应的多个相位同步强度，并基于所述多个相位同步强度计算脑电波信号主频率；

根据所述脑电波信号主频率获取变化后的脑电波信号集，并根据所述变化后的脑电波信号集从所述脑电波信号主频率中筛选目标主频率；

基于所述目标主频率进行脑电非线性动力学分析，得到基础音频。

本发明的有益效果在于：计算获取的脑电波信号集对应的多个相位同步强度，并基于多个相位同步强度计算脑电波信号主频率，根据脑电波信号主频率获取变化后的脑电波信号集，并根据变化后的脑电波信号集从中筛选目标主频率，基于目标主频率进行脑电非线性动力学分析，得到基础音频，由于目标主频率即为可诱发脑电波变化的主频率，基于目标主频率得到基础音频，利用基础音频可诱发脑电波特定频率，能够刺激大脑神经元有方向性，从而提高了音频的情绪舒缓和调节效果。

附图说明

图1为本发明实施例的一种基于脑电非线性动力学分析的音频制作方法的步骤流程图；

图2为本发明实施例的一种基于脑电非线性动力学分析的音频制作终端的结构示意图；

图3为本发明实施例基于脑电非线性动力学分析的音频制作方法中的非线性动力音频的成分配比表；

图4为本发明实施例基于脑电非线性动力学分析的音频制作方法中的脑电波信号示意图；

图5为本发明实施例基于脑电非线性动力学分析的音频制作方法中的脑电波信号同步量指标图；

图6为本发明实施例基于脑电非线性动力学分析的音频制作方法中的脑波分析能量图谱。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

请参照图1，本发明实施例提供了一种基于脑电非线性动力学分析的音频制作方法，包括步骤：

获取脑电波信号集；

计算所述脑电波信号集对应的多个相位同步强度，并基于所述多个相位同步强度计算脑电波信号主频率；

根据所述脑电波信号主频率获取变化后的脑电波信号集，并根据所述变化后的脑电波信号集从所述脑电波信号主频率中筛选目标主频率；

基于所述目标主频率进行脑电非线性动力学分析，得到基础音频。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：计算获取的脑电波信号集对应的多个相位同步强度，并基于多个相位同步强度计算脑电波信号主频率，根据脑电波信号主频率获取变化后的脑电波信号集，并根据变化后的脑电波信号集从中筛选目标主频率，基于目标主频率进行脑电非线性动力学分析，得到基础音频，由于目标主频率即为可诱发脑电波变化的主频率，基于目标主频率得到基础音频，利用基础音频可诱发脑电波特定频率，能够刺激大脑神经元有方向性，从而提高了音频的情绪舒缓和调节效果。

进一步地，所述脑电波信号集包括多通道的脑电波信号；

所述计算所述脑电波信号集对应的多个相位同步强度，并基于所述多个相位同步强度计算脑电波信号主频率包括：

将所述多通道的脑电波信号进行希尔伯特变换，得到变换后的脑电波信号；

计算每两个相邻的所述变换后的脑电波信号对应的相位同步强度，得到多个相位同步强度；

从所述多个相位同步强度中确定最高相位同步强度；

根据所述最高相位同步强度对应的脑电波信号计算脑电波信号主频率。

由上述描述可知，将多通道的脑电波信号进行希尔伯特变换，得到变换后的脑电波信号，计算每两个相邻的变换后的脑电波信号对应的相位同步强度，从多个相位同步强度中确定最高相位同步强度，根据最高相位同步强度对应的脑电波信号计算脑电波信号主频率，相位同步强度最高表示其对应的脑电波信号具有高关联性，取高关联性的脑电波信号计算主频率，能够保证后续音频制作的精准性，从而提高了音频的情绪舒缓和调节效果。

进一步地，所述变换后的脑电波信号

H[x(t)]＝a(t)e

式中，H[]表示希尔伯特变换，x(t)表示所述多通道的脑电波信号，a(t)表示瞬时振幅，e

由上述描述可知，利用希尔伯特变换描述幅度调制或相位调制的包络、瞬时频率和瞬时相位能够使得后续分析相位同步强度更加简便。

进一步地，所述根据所述脑电波信号主频率获取变化后的脑电波信号集，并根据所述变化后的脑电波信号集从所述脑电波信号主频率中筛选目标主频率包括：

确定与所述脑电波信号主频率对应的倍频；

将所述倍频混合上第一预设噪音，得到混合后的倍频；

根据所述混合后的倍频获取变化后的脑电波信号集，并根据所述变化后的脑电波信号集从所述脑电波信号主频率中筛选目标主频率；

所述基于所述目标主频率进行脑电非线性动力学分析，得到基础音频包括：

根据所述变化后的脑电波信号集获取脑波分析能量图谱；

根据所述脑波分析能量图谱调整所述目标主频率的持续时间和大小，得到基础音频。

由上述描述可知，将确定的与脑电波信号主频率对应的倍频混合上第一预设噪音，根据混合后的倍频获取变化后的脑电波信号集，并根据变化后的脑电波信号集筛选出目标主频率，根据变化后的脑电波信号集获取脑波分析能量图谱，根据其调整目标主频率的持续时间和大小得到基础音频，通过运用非线性动力学次倍频理论，基于可诱发的目标主频率制作基础音频，该基础音频作为后续生成非线性动力音频的基础，使非线性动力音频能够刺激脑波能量，使脑波能量降低，使大脑神经元具备方向性，以此达到情绪舒缓和调节的目的。

进一步地，所述基于所述目标主频率进行脑电非线性动力学分析，得到基础音频之后包括：

将所述基础音频加上布朗噪声或粉红噪声进行混沌加密，得到非线性动力音频。

由上述描述可知，将初始音频加上布朗噪声或粉红噪声进行混沌加密制成非线性动力音频，布朗噪音低频成分更多，听起来更低沉，类似海边的声音，粉红噪音可以更好的模拟环境噪音的影响，类似下雨的声音，通过布朗噪声或粉红噪声进一步加强了音频的情绪舒缓和调节效果。

请参照图2，一种基于脑电非线性动力学分析的音频制作终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

获取脑电波信号集；

计算所述脑电波信号集对应的多个相位同步强度，并基于所述多个相位同步强度计算脑电波信号主频率；

根据所述脑电波信号主频率获取变化后的脑电波信号集，并根据所述变化后的脑电波信号集从所述脑电波信号主频率中筛选目标主频率；

基于所述目标主频率进行脑电非线性动力学分析，得到基础音频。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：计算获取的脑电波信号集对应的多个相位同步强度，并基于多个相位同步强度计算脑电波信号主频率，根据脑电波信号主频率获取变化后的脑电波信号集，并根据变化后的脑电波信号集从中筛选目标主频率，基于目标主频率进行脑电非线性动力学分析，得到基础音频，由于目标主频率即为可诱发脑电波变化的主频率，基于目标主频率得到基础音频，利用基础音频可诱发脑电波特定频率，能够刺激大脑神经元有方向性，从而提高了音频的情绪舒缓和调节效果。

进一步地，所述脑电波信号集包括多通道的脑电波信号；

所述计算所述脑电波信号集对应的多个相位同步强度，并基于所述多个相位同步强度计算脑电波信号主频率包括：

将所述多通道的脑电波信号进行希尔伯特变换，得到变换后的脑电波信号；

计算每两个相邻的所述变换后的脑电波信号对应的相位同步强度，得到多个相位同步强度；

从所述多个相位同步强度中确定最高相位同步强度；

根据所述最高相位同步强度对应的脑电波信号计算脑电波信号主频率。

由上述描述可知，将多通道的脑电波信号进行希尔伯特变换，得到变换后的脑电波信号，计算每两个相邻的变换后的脑电波信号对应的相位同步强度，从多个相位同步强度中确定最高相位同步强度，根据最高相位同步强度对应的脑电波信号计算脑电波信号主频率，相位同步强度最高表示其对应的脑电波信号具有高关联性，取高关联性的脑电波信号计算主频率，能够保证后续音频制作的精准性，从而提高了音频的情绪舒缓和调节效果。

进一步地，所述变换后的脑电波信号

H[x(t)]＝a(t)e

式中，H[]表示希尔伯特变换，x(t)表示所述多通道的脑电波信号，a(t)表示瞬时振幅，e

由上述描述可知，利用希尔伯特变换描述幅度调制或相位调制的包络、瞬时频率和瞬时相位能够使得后续分析相位同步强度更加简便。

进一步地，所述根据所述脑电波信号主频率获取变化后的脑电波信号集，并根据所述变化后的脑电波信号集从所述脑电波信号主频率中筛选目标主频率包括：

确定与所述脑电波信号主频率对应的倍频；

将所述倍频混合上第一预设噪音，得到混合后的倍频；

根据所述混合后的倍频获取变化后的脑电波信号集，并根据所述变化后的脑电波信号集从所述脑电波信号主频率中筛选目标主频率；

所述基于所述目标主频率进行脑电非线性动力学分析，得到基础音频包括：

根据所述变化后的脑电波信号集获取脑波分析能量图谱；

根据所述脑波分析能量图谱调整所述目标主频率的持续时间和大小，得到基础音频。

由上述描述可知，将确定的与脑电波信号主频率对应的倍频混合上第一预设噪音，根据混合后的倍频获取变化后的脑电波信号集，并根据变化后的脑电波信号集筛选出目标主频率，根据变化后的脑电波信号集获取脑波分析能量图谱，根据其调整目标主频率的持续时间和大小得到基础音频，通过运用非线性动力学次倍频理论，基于可诱发的目标主频率制作基础音频，该基础音频作为后续生成非线性动力音频的基础，使非线性动力音频能够刺激脑波能量，使脑波能量降低，使大脑神经元具备方向性，以此达到情绪舒缓和调节的目的。

进一步地，所述基于所述目标主频率进行脑电非线性动力学分析，得到基础音频之后包括：

将所述基础音频加上布朗噪声或粉红噪声进行混沌加密，得到非线性动力音频。

由上述描述可知，将初始音频加上布朗噪声或粉红噪声进行混沌加密制成非线性动力音频，布朗噪音低频成分更多，听起来更低沉，类似海边的声音，粉红噪音可以更好的模拟环境噪音的影响，类似下雨的声音，通过布朗噪声或粉红噪声进一步加强了音频的情绪舒缓和调节效果。

本发明上述的一种基于脑电非线性动力学分析的音频制作方法及终端能够适用于舒缓和调节情绪的音频的制作，以下通过具体实施方式进行说明：

实施例一

请参照图1、图3-图6，本实施例的一种基于脑电非线性动力学分析的音频制作方法，包括步骤：

S1、获取脑电波信号集；

其中，所述脑电波信号集包括多通道的脑电波信号；

具体的，使用脑电波仪按照每秒1000点的采样率获取受试者32通道的脑电波信号；

S2、计算所述脑电波信号集对应的多个相位同步强度，并基于所述多个相位同步强度计算脑电波信号主频率，具体包括：

S21、将所述多通道的脑电波信号进行希尔伯特变换，得到变换后的脑电波信号；

其中，所述变换后的脑电波信号

H[x(t)]＝a(t)e

式中，H[]表示希尔伯特变换，x(t)表示所述多通道的脑电波信号，a(t)表示瞬时振幅，e

S22、计算每两个相邻的所述变换后的脑电波信号对应的相位同步强度，得到多个相位同步强度；

具体的，将锁相的比例设置为1：1，此时，瞬时相位之间的差作为相对相位；

所述相对相位

式中，

所述相位同步强度ρ为：

式中，H表示后一个所述变换后的脑电波信号的转换相位，H

所述相位同步强度是由上述相对相位

ρ在[0，1]范围内，仅当两个信号完全满足相位同步条件时等于1，违反相位同步条件时等于0，以此来分析两个脑电波信号之间的相位同步，并且该指标基于熵，该熵是由找到第i个分格的相对相位φ的概率，得到脑电波信号同步量指标图；其中，当两个时间序列的相位差精确至小数点下16位既可视为完全满足相位同步条件；

S23、从所述多个相位同步强度中确定最高相位同步强度；

S24、根据所述最高相位同步强度对应的脑电波信号计算脑电波信号主频率；

S3、根据所述脑电波信号主频率获取变化后的脑电波信号集，并根据所述变化后的脑电波信号集从所述脑电波信号主频率中筛选目标主频率，具体包括：

S31、确定与所述脑电波信号主频率对应的倍频；

在一种可选的实施方式中，确定与所述脑电波信号主频率对应的倍频为10Hz、20Hz、30Hz、40Hz、50Hz、80Hz、90Hz和120Hz，

S32、将所述倍频混合上第一预设噪音，得到混合后的倍频；

其中，所述第一预设噪音为白噪音；

S33、根据所述混合后的倍频获取变化后的脑电波信号集，并根据所述变化后的脑电波信号集从所述脑电波信号主频率中筛选目标主频率；

在一种可选的实施方式中，将混合后的倍频播放给所述受试者听后，获取变化后的脑电波信号集，并根据变化后的脑电波信号集确定可刺激脑波变化的倍频，将该倍频对应的脑电波信号主频率确定为目标主频率；

S4、基于所述目标主频率进行脑电非线性动力学分析，得到基础音频，具体包括：

S41、根据所述变化后的脑电波信号集获取脑波分析能量图谱；

S42、根据所述脑波分析能量图谱调整所述目标主频率的持续时间和大小，得到基础音频；

S5、将所述基础音频加上布朗噪声或粉红噪声进行混沌加密，得到非线性动力音频；

具体的，将所述基础音频加上布朗噪声或粉红噪声进行同相与反相位混沌加密，得到非线性动力音频；

在一种可选的实施方式中，如图3所示，按照成分配比表将所述基础音频加上布朗噪声或粉红噪声以及一般轻音乐和自然音乐等任意音乐进行同相与反相位混沌加密，得到非线性动力音频；自然音乐如自然海浪声，如图3所示，生成的非线性动力音频可加入间奏以及设置强度随机变化频段；

所述同相与反相位混沌加密指混沌加密时，同时利用相位相反讯号于左右耳；

在一种可选的实施方式中，还包括验证所述非线性动力音频的效果：

选择20位年龄为8-58岁的男女受试者进行音频实验；

第一阶段为戴上耳机进行三分钟的无声休息，获取32通道的脑电波信号，如图4所示，使用第一阶段的32通道的脑电波信号按照S1～S5制作非线性动力音频，制作完成后使用非线性动力音频进行第二阶段的十二分钟的音频刺激，接着进行第三阶段的三分钟的无声休息；

根据三个阶段的脑电波信号得到左右脑的脑电波信号同步量指标图，如图5所示，横轴表示时间，纵轴表示脑波同步率指标因子，即相位同步强度，可以看出，在第二阶段时(图5的275s～810s)，非线性动力音频刺激左右脑同步率指标因子上升，而第三阶段刺激停止时则又下降，证明了非线性动力音频的刺激效能；

得到上述三个阶段的脑波分析能量图谱，如图6所示，圆圈表示头脑，颜色由浅至深表示脑波能量由高至低，可以看出，在第一阶段(即图6中的休息1)时，脑波能量很高，在第二阶段(即图6中的听)时，脑波能量降低，且持续保持至第三阶段(即图6中的休息2)，说明本发明的非线性动力音频具有较好的情绪舒缓和调节效果。

实施例二

请参照图2，本实施例的一种基于脑电非线性动力学分析的音频制作终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现实施例一中的基于脑电非线性动力学分析的音频制作方法中的各个步骤。

综上所述，本发明提供的一种基于脑电非线性动力学分析的音频制作方法及终端，将多通道的脑电波信号进行希尔伯特变换，得到变换后的脑电波信号；计算每两个相邻的所述变换后的脑电波信号对应的相位同步强度，得到多个相位同步强度；从所述多个相位同步强度中确定最高相位同步强度；根据所述最高相位同步强度对应的脑电波信号计算脑电波信号主频率，取高关联性的脑电波信号计算主频率，能够保证后续音频制作的精准性；根据所述脑电波信号主频率获取变化后的脑电波信号集，并根据所述变化后的脑电波信号集从所述脑电波信号主频率中筛选目标主频率；基于所述目标主频率进行脑电非线性动力学分析，得到基础音频，将所述基础音频加上布朗噪声或粉红噪声进行混沌加密，得到非线性动力音频，通过布朗噪声或粉红噪声进一步加强了音频的情绪舒缓和调节效果；利用基础音频可诱发脑电波特定频率，能够刺激大脑神经元有方向性，从而提高了音频的情绪舒缓和调节效果。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。