基于腦機接口的電話系統(tǒng)及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于腦機接口的電話系統(tǒng)，包括對被測試者的腦電信號進行提取的腦電信號提取裝置、與腦電信號提取裝置相接的腦電信號預處理裝置和與腦電信號預處理裝置進行通信的數(shù)據(jù)處理終端；腦電信號采樣裝置包括對枕葉區(qū)電位、額葉區(qū)電位和耳部電位分別采樣的第一腦電電極、第二腦電電極和第三腦電電極，該電話系統(tǒng)結構簡單、體積小、設計合理且操作簡便、使用效果好，能滿足特殊人群的電話使用需求。本發(fā)明還公開一種基于腦機接口的通話方法，包括步驟：一、腦電信號提取及傳送；二、腦電信號采樣及同步上傳；三、腦電信號分析處理，該通話方法簡單、實現(xiàn)方便且使用效果好，能根據(jù)被測試者的腦電信號自動完成撥號、接聽等多種電話操作。
【專利說明】基于腦機接口的電話系統(tǒng)及其方法

【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種電話系統(tǒng)及其方法，尤其是涉及一種基于腦機接口的電話系統(tǒng)及其方法。

【背景技術】
[0002]?；谝曈X誘發(fā)電位的腦機接口技術在國內(nèi)還是處于起步階段，所以相關的研究還比較少。南昌大學的研究小組設計了一個基于腦機接口的撥號系統(tǒng)。天津職業(yè)技術師范大學等機構也進行了相關的研究，但是他們設計的系統(tǒng)存在以下一些共同的問題:
[0003]第一、大多數(shù)系統(tǒng)只能進行模擬撥號，不能撥打電話。就算其中少數(shù)系統(tǒng)可以撥打電話，但是要一個指令、一個指令地進行操作，當肢體運動有障礙的使用者出現(xiàn)緊急情況的時候，這樣撥號進行求救很可能會耽誤了較長時間，從而出現(xiàn)意外；
[0004]第二、如果使用者之中有肢體運動有障礙且語言功能有障礙的人，腦波電話系統(tǒng)就不能滿足這種特殊的人群需要；
[0005]第三、不能通過視覺誘發(fā)電位進行電話的接聽，這樣不利于家人以及醫(yī)護人員對使用者的身體狀況進行實時的了解。
[0006]另外，設計的視覺刺激模塊大都是LED視覺刺激模塊，為了保證每個刺激塊之間的安全距離(避免其他刺激方塊對所盯視的刺激方塊產(chǎn)生影響)，所以他們的視覺刺激模塊做的較大。采樣到的腦波信號要進行分析處理，并且得到的撥號號碼要顯示出來，所以用PC機進行數(shù)據(jù)分析且在PC機屏幕上顯示選取的數(shù)字。所以整個撥號系統(tǒng)的體積是比較大的。由于腦波電話是針對肢體運動有障礙的特殊人群，所以體積太大不利于在實際中的應用。
[0007]綜上，由于現(xiàn)有基于腦機接口的腦波撥號系統(tǒng)由刺激器、PC機以及腦波采樣電路三大部分組成，體積大，不便于攜帶。并且只能通過一個個撥號進行電話的撥打，不能在緊急情況下?lián)艽蚓o急電話，而且沒有發(fā)送短信的功能，更不能通過視覺誘發(fā)電位進行電話的接聽。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對上述現(xiàn)有技術中的不足，提供一種基于腦機接口的電話系統(tǒng)，其結構簡單、設計合理、投入成本較低且使用操作簡便、使用效果好，能滿足肢體運動有障礙的特殊人群的電話使用需求。
[0009]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是:一種基于腦機接口的電話系統(tǒng)，其特征在于:包括對被測試者的腦電信號進行提取的腦電信號提取裝置、與腦電信號提取裝置相接且對腦電信號采樣裝置所提取信號進行采樣及預處理的腦電信號預處理裝置和與腦電信號預處理裝置進行通信的數(shù)據(jù)處理終端；所述腦電信號采樣裝置包括對被測試者枕葉區(qū)的電位進行實時采樣的第一腦電電極、對被測試者左側或右側額葉區(qū)的電位進行實時采樣的第二腦電電極和對被測試者耳部的電位進行實時采樣的第三腦電電極，所述第一腦電電極、第二腦電電極和第三腦電電極均與腦電信號預處理裝置相接；所述數(shù)據(jù)處理終端包括數(shù)據(jù)處理器和由所述數(shù)據(jù)處理器進行控制的顯示器，所述數(shù)據(jù)處理器與腦電信號預處理裝置進行通信。
[0010]上述基于腦機接口的電話系統(tǒng)，其特征是:所述數(shù)據(jù)處理終端為平板電腦或智能手機。
[0011]上述基于腦機接口的電話系統(tǒng)，其特征是:所述腦電信號預處理裝置為美國NeuroSky公司研發(fā)的TGAM芯片。
[0012]上述基于腦機接口的電話系統(tǒng)，其特征是:所述TGAM芯片的型號為TGAMl，所述第一腦電電極的輸出端接TGAM芯片的EEG引腳，第二腦電電極的輸出端接TGAM芯片的REF引腳，第三腦電電極的輸出端接TGAM芯片的EEG_GND引腳。
[0013]上述基于腦機接口的電話系統(tǒng)，其特征是:還包括與腦電信號預處理裝置相接的無線通信模塊一，所述數(shù)據(jù)處理終端還包括與所述數(shù)據(jù)處理器相接的無線通信模塊二 ；所述腦電信號預處理裝置通過無線通信模塊一和所述無線通信模塊二與所述數(shù)據(jù)處理器進行通信。
[0014]上述基于腦機接口的電話系統(tǒng)，其特征是:所述無線通信模塊一和所述無線通信模塊二均為藍牙無線通信模塊。
[0015]上述基于腦機接口的電話系統(tǒng)，其特征是:所述腦電信號預處理裝置為美國NeuroSky公司研發(fā)的TGAM芯片，所述TGAM芯片的TXD引腳與無線通信模塊一的RXD引腳相接。
[0016]同時，本發(fā)明還公開了一種方法簡單、實現(xiàn)方便、使用效果好且能根據(jù)被測試者的腦電信號自動完成撥號、接聽等多種電話操作的電話系統(tǒng)的通話方法，其特征在于該方法包括以下步驟:
[0017]步驟一、腦電信號提取及傳送:被測試者對盯視顯示器上所顯示視覺刺激模塊過程中，腦電信號提取裝置對被測試者的腦電信號進行實時提取，并將所提取的腦電信號同步傳送至腦電信號預處理裝置；
[0018]所述視覺刺激模塊為所述數(shù)據(jù)處理器調用視覺刺激產(chǎn)生模塊產(chǎn)生并在所述顯示器上同步顯示的閃爍發(fā)光模塊，所述閃爍發(fā)光模塊的閃爍頻率由所述數(shù)據(jù)處理器預先設定;
[0019]步驟二、腦電信號采樣及同步上傳:所述腦電信號預處理裝置按照預先設定的采樣頻率，對腦電信號提取裝置實時提取的腦電信號進行采樣，并將所采樣腦電信號同步上傳至所述數(shù)據(jù)處理器；
[0020]步驟三、腦電信號分析處理:所述數(shù)據(jù)處理器按照時間先后順序，對腦電信號預處理裝置各采樣周期內(nèi)所采樣的腦電信號進行分析處理，每個采樣周期內(nèi)所采樣的腦電信號均包括一個枕葉區(qū)信號、一個額葉區(qū)信號和一個耳部信號，其中所述枕葉區(qū)信號、額葉區(qū)信號和耳部信號分別為第一腦電電極、第二腦電電極和第三腦電電極所采樣的腦電信號，所述第三腦電電極為參考電極；每個采樣周期內(nèi)所采樣腦電信號的分析處理方法均相同，對任一個采樣周期內(nèi)所采樣腦電信號進行分析處理時，過程如下:
[0021]步驟301、腦電信號預處理:以當前所處理腦電信號中的耳部信號作為參考信號，并調用腦電信號預處理模塊將當前所處理腦電信號中所述枕葉區(qū)信號中所含的自發(fā)腦波信號濾除后，獲得當前狀態(tài)下被測試者的視覺誘發(fā)信號；
[0022]所述自發(fā)腦波信號為當前所處理腦電信號中的額葉區(qū)信號；
[0023]步驟302、當前所盯視視覺刺激模塊閃爍頻率判定:調用頻率計算模塊對步驟301中所述視覺誘發(fā)信號的頻率Π進行確定，并獲得當前狀態(tài)下被測試者所盯視視覺刺激模塊的閃爍頻率f0，其中f0 = Π ;
[0024]步驟303、當前通訊動作確定:調用動作識別模塊對當前狀態(tài)下被測試這的通訊動作進行確定，過程如下:
[0025]步驟3031、當前界面判定:根據(jù)所述數(shù)據(jù)處理器當前調用并處于運行狀態(tài)的界面顯示模塊，對當前狀態(tài)下所述顯示器的界面進行判定；
[0026]所述顯示器的每個界面上均顯示有多個視覺刺激模塊；
[0027]步驟3032、當前通訊動作確定:根據(jù)預先建立的視覺刺激模塊基本信息庫，并結合步驟3031中所判定的當前界面和步驟302中所判定的閃爍頻率f0，確定當前狀態(tài)下被測試者盯視的視覺刺激模塊，并獲得被測試者盯視視覺刺激模塊的屬性信息；所獲得的屬性信息為當前狀態(tài)下被測試者要進行的通訊動作；
[0028]所述視覺刺激模塊基本信息庫內(nèi)存儲有所述顯示器的各界面上所顯示視覺刺激模塊的數(shù)量以及各視覺刺激模塊的閃爍頻率和屬性信息；
[0029]步驟一中在顯示器上對所述視覺刺激模塊進行顯示的同時，對當前所顯示視覺刺激模塊對應的屬性信息進行同步顯示；所述屬性信息為視覺刺激模塊的控制指令；
[0030]步驟304、當前通訊動作執(zhí)行:根據(jù)步驟3032中所確定的當前通訊動作，根據(jù)調用通訊動作執(zhí)行模塊完成對應的通訊動作；
[0031]步驟305、下一個采樣周期內(nèi)所采樣腦電信號分析處理:按照步驟301至步驟304中所述的方法，對下一個采樣周期內(nèi)所采樣的腦電信號進行分析處理；
[0032]步驟306、多次重復步驟305，直至完成被測試者的通訊過程。
[0033]上述通話方法，其特征是:步驟3032中所述控制指令為接聽電話、呼叫電話、掛斷電話、發(fā)送短信、選擇聯(lián)系人的姓名、選擇短信文本的內(nèi)容、發(fā)送短信或進入其它界面；所述其它界面為所述顯示器能顯示的多個界面中除當前所顯示界面之外的其它界面。
[0034]上述通話方法，其特征是:所述界面顯示模塊的數(shù)量為多個；多個所述界面顯示模塊分別為主界面模塊、普通撥號界面模塊、緊急呼叫界面模塊、緊急短信通訊界面模塊、撥號鍵盤界面模塊、普通電話本界面模塊、緊急電話本界面模塊和電話接聽界面模塊；
[0035]當所述主界面模塊處于運行狀態(tài)時，當前狀態(tài)下所述顯示器的界面為主界面；所述主界面模塊調用所述視覺刺激產(chǎn)生模塊產(chǎn)生三個不同閃爍頻率的視覺刺激模塊,并通過顯示器對三個視覺刺激模塊及其屬性信息進行同步顯示；三個所述視覺刺激模塊的屬性信息分別為進入普通撥號界面、進入緊急呼叫界面和進入緊急短信通訊界面；
[0036]當所述普通撥號界面模塊處于運行狀態(tài)時，當前狀態(tài)下所述顯示器的界面為普通撥號界面；所述普通撥號界面模塊調用所述視覺刺激產(chǎn)生模塊產(chǎn)生兩個不同閃爍頻率的視覺刺激模塊，并通過顯示器對兩個視覺刺激模塊及其屬性信息進行同步顯示；兩個所述視覺刺激模塊的屬性信息分別為進入撥號鍵盤界面和進入普通電話本界面；
[0037]當所述緊急呼叫界面模塊處于運行狀態(tài)時，當前狀態(tài)下所述顯示器的界面為緊急呼叫界面；所述緊急呼叫界面模塊調用所述視覺刺激產(chǎn)生模塊產(chǎn)生兩個不同閃爍頻率的視覺刺激模塊，并通過顯示器對兩個視覺刺激模塊及其屬性信息進行同步顯示；兩個所述視覺刺激模塊的屬性信息分別為進入撥號鍵盤界面和進入主界面；
[0038]當所述緊急短信通訊界面模塊處于運行狀態(tài)時，當前狀態(tài)下所述顯示器的界面為緊急短信通訊界面；所述緊急短信通訊界面模塊調用所述視覺刺激產(chǎn)生模塊產(chǎn)生兩個不同閃爍頻率的視覺刺激模塊，并通過顯示器對兩個視覺刺激模塊及其屬性信息進行同步顯示；兩個所述視覺刺激模塊的屬性信息分別為進入緊急短信通訊界面和進入主界面。
[0039]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點:
[0040]1、所采用的電話系統(tǒng)結構簡單、設計合理、接線方便且使用操作簡便、使用效果好，并且該電話系統(tǒng)體積小，能滿足肢體運動有障礙的特殊人群的使用、隨身攜帶等需求。
[0041]2、所采用的視覺刺激模塊并非采用LED視覺刺激模塊，而是采用一個功能模塊，并通過數(shù)據(jù)處理終端的顯示器進行顯示，因而實現(xiàn)方便，并且投入成本低，且使用效果好，各視覺刺激模塊的閃爍頻率調整方便，顯示直觀。
[0042]3、所采用的數(shù)據(jù)處理終端為平板電腦或智能手機，投入成本低且使用操作簡便，體積小，攜帶方便。并且，給目前人們常用的通話設備。
[0043]4、使用操作簡便、功能完善且實用價值高，不僅能實現(xiàn)撥打電話功能，并且還能進行短信發(fā)送、電話接聽、電話掛斷和緊急電話撥打等功能，與現(xiàn)有模擬撥號方式完全不同，能真正滿足肢體運動有障礙的特殊人群的電話使用需求。
[0044]5、所采用的通訊方法步驟簡單、實現(xiàn)方便且使用效果好，能根據(jù)被測試者的腦電信號自動完成撥號、接聽等多種通訊動作(也稱電話操作)，有普通撥號、緊急呼叫、緊急短信通訊等功能，能滿足不同使用著在不同狀態(tài)下的使用需求，不僅可當作正常電話使用，并且在使用者遇到緊急情況時可以快速撥打緊急電話或發(fā)送緊急短信，發(fā)送緊急短信能滿足肢體運動有障礙且語言功能有障礙的人群使用。同時，由于急于視覺誘發(fā)電位進行控制操作，因而操作非常簡便，
[0045]下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0046]圖1為本發(fā)明所采用電話系統(tǒng)的電路原理框圖。
[0047]圖2為本發(fā)明腦電信號采樣裝置、腦電信號預處理裝置和無線通信模塊一的電路原理圖。
[0048]圖3為本發(fā)明所采用通話方法的方法流程框圖。
[0049]圖4為本發(fā)明顯示器上所顯示家屬I的視覺刺激模塊的顯示狀態(tài)示意圖。
[0050]附圖標記說明:
[0051]I 一腦電信號提取裝置；1-1 一第一腦電電極；1-2—第二腦電電極；
[0052]1-3—第三腦電電極； 2—腦電信號預處理裝置；3—數(shù)據(jù)處理終端；
[0053]4-1 一無線通信模塊一。

【具體實施方式】
[0054]如圖1所示的一種基于腦機接口的電話系統(tǒng)，包括對被測試者的腦電信號進行提取的腦電信號提取裝置1、與腦電信號提取裝置I相接且對腦電信號采樣裝置I所提取信號進行采樣及預處理的腦電信號預處理裝置2和與腦電信號預處理裝置2進行通信的數(shù)據(jù)處理終端3。結合圖2，所述腦電信號采樣裝置I包括對被測試者枕葉區(qū)的電位進行實時采樣的第一腦電電極1-1、對被測試者左側或右側額葉區(qū)的電位進行實時采樣的第二腦電電極1-2和對被測試者耳部的電位進行實時采樣的第三腦電電極1-3，所述第一腦電電極1-1、第二腦電電極1-2和第三腦電電極1-3均與腦電信號預處理裝置2相接。所述數(shù)據(jù)處理終端3包括數(shù)據(jù)處理器和由所述數(shù)據(jù)處理器進行控制的顯示器，所述數(shù)據(jù)處理器與腦電信號預處理裝置2進行通信。
[0055]實際使用時，所述數(shù)據(jù)處理終端3為平板電腦或智能手機。
[0056]所述數(shù)據(jù)處理終端3也可以采用其它具有顯示和語音通話功能的數(shù)據(jù)處理設備。
[0057]本實施例中，所述數(shù)據(jù)處理終端3為華碩的Padfone平板電腦,該Padfone平板電腦能替代現(xiàn)有腦波撥號系統(tǒng)中的視覺刺激器和PC機。
[0058]本實施例中，所述腦電信號預處理裝置2為美國NeuroSky (中文名:神念科技)公司研發(fā)的TGAM芯片。
[0059]現(xiàn)如今，美國NeuroSky公司已經(jīng)研發(fā)出成品的TGAM芯片模塊，實際接線非常簡便。實際使用時，所述腦電信號預處理裝置2也可以采用其它類型的腦電芯片。
[0060]本實施例中，所述TGAM芯片的型號為TGAM1,所述第一腦電電極1_1的輸出端接TGAM芯片的EEG引腳，第二腦電電極卜2的輸出端接TGAM芯片的REF引腳，第三腦電電極
1-3的輸出端接TGAM芯片的EEG_GND引腳。實際使用時，所述第三腦電電極1_3為參考電極。
[0061]同時，本發(fā)明所述的電話系統(tǒng)還包括與腦電信號預處理裝置2相接的無線通信模塊一 4-1，所述數(shù)據(jù)處理終端3還包括與所述數(shù)據(jù)處理器相接的無線通信模塊二。所述腦電信號預處理裝置2通過無線通信模塊一 4-1和所述無線通信模塊二與所述數(shù)據(jù)處理器進行通信。
[0062]本實施例中，所述無線通信模塊一 4-1和所述無線通信模塊二均為藍牙無線通信模塊。實際使用時，所述腦電信號預處理裝置2通過無線通信模塊一 4-1和所述無線通信模塊二向數(shù)據(jù)處理終端3傳送預處理后的信號。并且所述無線通信模塊一 4-1為BlueTooth
-H-* I I
心/T O
[0063]實際接線時，所述TGAM芯片的TXD引腳與無線通信模塊一 4_1的RXD引腳相接。所述TGAM芯片的電源端和TGAM芯片的VCC管腳均接+3.3V電源端。
[0064]如圖3所示的一種基于腦機接口的電話系統(tǒng)的通話方法，包括以下步驟:
[0065]步驟一、腦電信號提取及傳送:被測試者對盯視顯示器上所顯示視覺刺激模塊過程中，腦電信號提取裝置I對被測試者的腦電信號進行實時提取，并將所提取的腦電信號同步傳送至腦電信號預處理裝置2。
[0066]所述視覺刺激模塊為所述數(shù)據(jù)處理器調用視覺刺激產(chǎn)生模塊產(chǎn)生并在所述顯示器上同步顯示的閃爍發(fā)光模塊，所述閃爍發(fā)光模塊的閃爍頻率由所述數(shù)據(jù)處理器預先設定。
[0067]實際使用過程中，所述顯示器對按照預先設定的閃爍頻率進行閃爍發(fā)光的所述視覺刺激模塊進行顯示，被測試者盯視所述顯示器上當前所顯示的所述視覺刺激模塊時，所述視覺刺激模塊的刺激信號通過眼睛傳入人腦，經(jīng)過大腦的加工處理后在人腦枕葉區(qū)會產(chǎn)生與刺激頻率(即閃爍頻率)相對應的視覺誘發(fā)電位(即視覺誘發(fā)信號)，再通過腦電信號提取裝置I對被測試者的腦電信號(主要是被測試者枕葉區(qū)的腦電信號)進行提取，其中枕葉區(qū)為大腦視覺反應區(qū)。
[0068]實際對第一腦電電極1-1進行布設時，所述第一腦電電極1-1既可以對被測試者左側枕葉區(qū)的電位進行實時采樣，也可以對被測試者右側枕葉區(qū)的電位進行實時采樣，并且第一腦電電極1-1布設在左側枕葉區(qū)或右側枕葉區(qū)的中部。
[0069]步驟二、腦電信號采樣及同步上傳:所述腦電信號預處理裝置2按照預先設定的采樣頻率，對腦電信號提取裝置I實時提取的腦電信號進行采樣，并將所采樣腦電信號同步上傳至所述數(shù)據(jù)處理器。
[0070]步驟三、腦電信號分析處理:所述數(shù)據(jù)處理器按照時間先后順序，對腦電信號預處理裝置2各采樣周期內(nèi)所采樣的腦電信號進行分析處理，每個采樣周期內(nèi)所采樣的腦電信號均包括一個枕葉區(qū)信號、一個額葉區(qū)信號和一個耳部信號，其中所述枕葉區(qū)信號、額葉區(qū)信號和耳部信號分別為第一腦電電極1-1、第二腦電電極1-2和第三腦電電極1-3所采樣的腦電信號，所述第三腦電電極1-3為參考電極；每個采樣周期內(nèi)所采樣腦電信號的分析處理方法均相同，對任一個采樣周期內(nèi)所采樣腦電信號進行分析處理時，過程如下:
[0071]步驟301、腦電信號預處理:以當前所處理腦電信號中的耳部信號作為參考信號，并調用腦電信號預處理模塊將當前所處理腦電信號中所述枕葉區(qū)信號中所含的自發(fā)腦波信號濾除后，獲得當前狀態(tài)下被測試者的視覺誘發(fā)信號。
[0072]所述自發(fā)腦波信號為當前所處理腦電信號中的額葉區(qū)信號。其中，當前狀態(tài)下被測試者的視覺誘發(fā)信號為將當前所處理腦電信號中的枕葉區(qū)信號中所含自發(fā)腦波信號濾除后得到的信號。
[0073]實際使用過程中，所述TGAM芯片的EEG端輸入第一腦電電極1_1所采樣的腦電信號，EEG_shiled端的作用是屏蔽在第一腦電電極1_1所米樣腦電信號輸入TGAM芯片之前這段時間的干擾；REF端輸入第二腦電電極1-2所米樣的腦電信號，由于自發(fā)式腦電波(即自發(fā)腦波信號)是無時無刻都存在的，而步驟三中需進行腦電信號分析處理的是視覺誘發(fā)電位，因而需對自發(fā)式腦電波進行濾除，由于而視覺誘發(fā)電位只有在大腦的枕葉區(qū)才能檢測至IJ，而額葉區(qū)幾乎沒有，因而將第二腦電電極1-2所采樣的額葉區(qū)腦電信號作為參考電位，便能有效濾除自發(fā)式腦電波；REF_shiled端主要是屏蔽第二腦電電極1-2所采樣腦電信號輸入TGAM芯片之前這段時間的干擾；腦波地線連接在人體的耳部，即第三腦電電極1-3所采樣的腦電信號，主要的作用是為了屏蔽人體頭部以下電波的影響，譬如心電波就是一種比較強的干擾波，腦波地線的連接能有效濾除心電波。
[0074]由于自發(fā)腦波信號在人腦皮層的各個區(qū)域強度差異不大，因而根據(jù)額葉區(qū)采集到的腦電信號(即自發(fā)腦電波)，并通過自適應濾波來濾除第一腦電電極1-1所采樣腦電信號中的自發(fā)腦電波，從而得到較為純凈的視覺誘發(fā)電位。
[0075]步驟302、當前所盯視視覺刺激模塊閃爍頻率判定:調用頻率計算模塊對步驟301中所述視覺誘發(fā)信號的頻率Π進行確定，并獲得當前狀態(tài)下被測試者所盯視視覺刺激模塊的閃爍頻率f0，其中f0 = H。
[0076]本實施例中，所述頻率計算模塊為快速傅里葉變換模塊，即FFT算法模塊。對對步驟301中所述視覺誘發(fā)信號的頻率Π進行確定時，所述頻率計算模塊對所述視覺誘發(fā)信號進行快速傅里葉變換，得到所述視覺誘發(fā)信號的頻率值fl。
[0077]步驟303、當前通訊動作確定:調用動作識別模塊對當前狀態(tài)下被測試這的通訊動作進行確定，過程如下:
[0078]步驟3031、當前界面判定:根據(jù)所述數(shù)據(jù)處理器當前調用并處于運行狀態(tài)的界面顯示模塊，對當前狀態(tài)下所述顯示器的界面進行判定。
[0079]所述顯示器的每個界面上均顯示有多個視覺刺激模塊。
[0080]步驟3032、當前通訊動作確定:根據(jù)預先建立的視覺刺激模塊基本信息庫，并結合步驟3031中所判定的當前界面和步驟302中所判定的閃爍頻率f0，確定當前狀態(tài)下被測試者盯視的視覺刺激模塊，并獲得被測試者盯視視覺刺激模塊的屬性信息；所獲得的屬性信息為當前狀態(tài)下被測試者要進行的通訊動作。
[0081]所述視覺刺激模塊基本信息庫內(nèi)存儲有所述顯示器的各界面上所顯示視覺刺激模塊的數(shù)量以及各視覺刺激模塊的閃爍頻率和屬性信息；
[0082]步驟一中在顯示器上對所述視覺刺激模塊進行顯示的同時，對當前所顯示視覺刺激模塊對應的屬性信息進行同步顯示；所述屬性信息為視覺刺激模塊的控制指令。
[0083]步驟304、當前通訊動作執(zhí)行:根據(jù)步驟3032中所確定的當前通訊動作，根據(jù)調用通訊動作執(zhí)行模塊完成對應的通訊動作。
[0084]步驟305、下一個采樣周期內(nèi)所采樣腦電信號分析處理:按照步驟301至步驟304中所述的方法，對下一個采樣周期內(nèi)所采樣的腦電信號進行分析處理。
[0085]步驟306、多次重復步驟305，直至完成被測試者的通訊過程。
[0086]本實施例中，所述數(shù)據(jù)處理終端3采用華碩的Padfone平板電腦,而Padfone平板電腦采用Android系統(tǒng)，因而步驟三中進行腦電信號分析處理時，所調用的功能模塊均基于java語言進行開發(fā)，其中功能模塊包括視覺刺激模塊、腦電信號預處理模塊(也稱濾波模塊)、頻率計算模塊、動作識別模塊和動作執(zhí)行模塊。所述腦電信號提取裝置I實時提取的腦電信號，通過TGAM芯片的TXD端傳給BlueTooth芯片的RXD端，然后BlueTooth芯片由將信號發(fā)送給Padfone平板電腦，再由Padfone對腦波數(shù)據(jù)進行分析處理。
[0087]實際使用時，當被測試者盯視顯示器上以特定頻率閃爍的視覺刺激模塊時，通過眼睛將刺激信號傳入人腦，經(jīng)過人腦的加工處理后，會在大腦皮層枕葉區(qū)產(chǎn)生與刺激信號相對應的視覺誘發(fā)電位，用第一腦電電極1-1采集枕葉區(qū)的腦波信號，此時第一腦電電極
1-1采集到的腦波信號摻雜自發(fā)式腦電波，因而需對第一腦電電極1-1采集的腦波信號進行預處理以消除自發(fā)式腦電波；然后，通過藍牙芯片將預處理后的腦波信號(即視覺誘發(fā)信號)傳給Padfone平板電腦，Padfone平板電腦對視覺誘發(fā)信號進行快速傅里葉變換后，便得到一個頻率值(該頻率值為視覺誘發(fā)信號的頻率值)，且該頻率值與被測試者當前狀態(tài)下所盯視的視覺刺激模塊的閃爍頻率相同；通過上述頻率值便能判斷出被測試者所盯視的具體視覺刺激模塊，然后進行相應的操作。
[0088]本實施例中，步驟3032中所述控制指令為接聽電話、呼叫電話、掛斷電話、發(fā)送短信、選擇聯(lián)系人的姓名、選擇短信文本的內(nèi)容、發(fā)送短信或進入其它界面；所述其它界面為所述顯示器能顯示的多個界面中除當前所顯示界面之外的其它界面。
[0089]本實施例中，所述界面顯示模塊的數(shù)量為多個。多個所述界面顯示模塊分別為主界面模塊、普通撥號界面模塊、緊急呼叫界面模塊、緊急短信通訊界面模塊、撥號鍵盤界面模塊、普通電話本界面模塊、緊急電話本界面模塊和電話接聽界面模塊。
[0090]當所述主界面模塊處于運行狀態(tài)時，當前狀態(tài)下所述顯示器的界面為主界面；所述主界面模塊調用所述視覺刺激產(chǎn)生模塊產(chǎn)生三個不同閃爍頻率的視覺刺激模塊,并通過顯示器對三個視覺刺激模塊及其屬性信息進行同步顯示；三個所述視覺刺激模塊的屬性信息分別為進入普通撥號界面、進入緊急呼叫界面和進入緊急短信通訊界面；
[0091]當所述普通撥號界面模塊處于運行狀態(tài)時，當前狀態(tài)下所述顯示器的界面為普通撥號界面；所述普通撥號界面模塊調用所述視覺刺激產(chǎn)生模塊產(chǎn)生兩個不同閃爍頻率的視覺刺激模塊，并通過顯示器對兩個視覺刺激模塊及其屬性信息進行同步顯示；兩個所述視覺刺激模塊的屬性信息分別為進入撥號鍵盤界面和進入普通電話本界面；
[0092]當所述緊急呼叫界面模塊處于運行狀態(tài)時，當前狀態(tài)下所述顯示器的界面為緊急呼叫界面；所述緊急呼叫界面模塊調用所述視覺刺激產(chǎn)生模塊產(chǎn)生兩個不同閃爍頻率的視覺刺激模塊，并通過顯示器對兩個視覺刺激模塊及其屬性信息進行同步顯示；兩個所述視覺刺激模塊的屬性信息分別為進入撥號鍵盤界面和進入主界面；
[0093]當所述緊急短信通訊界面模塊處于運行狀態(tài)時，當前狀態(tài)下所述顯示器的界面為緊急短信通訊界面；所述緊急短信通訊界面模塊調用所述視覺刺激產(chǎn)生模塊產(chǎn)生兩個不同閃爍頻率的視覺刺激模塊，并通過顯示器對兩個視覺刺激模塊及其屬性信息進行同步顯示；兩個所述視覺刺激模塊的屬性信息分別為進入緊急短信通訊界面和進入主界面。
[0094]本實施例中，步驟3032中所述控制指令中的進入其它界面為進入主界面、普通撥號界面、緊急呼叫界面、緊急短信通訊界面、撥號鍵盤界面、普通電話本界面、緊急電話本界面或電話接聽界面。
[0095]實際使用過程中，當使用者需采用普通撥號方式給聯(lián)系人A撥打電話時，需先進入普通撥號界面，如當前顯示界面為主界面時，使用者盯視顯示器上屬性信息為進入普通撥號界面的視覺刺激模塊，便自動進入普通撥號界面；實際使用時，也可以由其它界面直接進入普通撥號界面或返回主界面后再進入普通撥號界面。進入普通撥號界面后，使用者盯視顯示器上兩個視覺刺激模塊中的一個視覺刺激模塊，并相應進入撥號鍵盤界面或普通電話本界面。當進入撥號鍵盤界面時，所述顯示器上顯示出多個視覺刺激模塊，且所顯示的多個視覺刺激模塊的屬性信息分別為呼叫電話和數(shù)字，其中數(shù)字包括O、1、2、3、4、5、6、7、8和9，首先使用者先按照聯(lián)系人A的電話號碼，先完成撥號(具體是由先至后盯視屬性信息為數(shù)字的視覺刺激模塊)，再盯視屬性信息為呼叫電話的視覺刺激模塊，便能完成自動撥號；電話撥通后，進入通話界面，所述通話界面上顯示出一個屬性信息為掛斷電話的視覺刺激模塊；當通話結束、無人接聽或者使用者想中途掛斷電話時，盯視屬性信息為掛斷電話的視覺刺激模塊，便自動掛斷電話。當進入普通電話本界面時，所述顯示器上顯示出多個視覺刺激模塊，且所顯示的多個視覺刺激模塊的屬性信息均為選擇聯(lián)系人的姓名(如家屬1)，如需對家屬I進行撥打電話時，盯視顯示器上屬性信息為家屬I的視覺刺激模塊(詳見圖4)，便能完成自動向家屬I撥號；電話撥通后，進入通話界面，所述通話界面上顯示出一個屬性信息為掛斷電話的視覺刺激模塊；當通話結束、無人接聽或者使用者想中途掛斷電話時，盯視屬性信息為掛斷電話的視覺刺激模塊，便自動掛斷電話。實際使用過程中，所述視覺刺激模塊的形狀為三角形、圓形、多邊形等形狀。
[0096]當使用者處于緊急情況下(如發(fā)生摔倒、病情發(fā)作等)，需先進入緊急呼叫界面或緊急短信通訊界面，如當前顯示界面為主界面時，使用者盯視顯示器上屬性信息為緊急呼叫界面或進入緊急短信通訊界面的視覺刺激模塊，便自動進入緊急呼叫界面或緊急短信通訊界面。實際使用時，也可以由其它界面直接進入緊急呼叫界面或緊急短信通訊界面，或者也可以先返回主界面后再進入緊急呼叫界面或緊急短信通訊界面。
[0097]當進入緊急呼叫界面時，所述顯示器會顯示出多個視覺刺激模塊，且所顯示的多個視覺刺激模塊的屬性信息均為選擇聯(lián)系人的姓名，此時所顯示視覺刺激模塊的數(shù)量為4-6個聯(lián)系人，并且所供選擇的聯(lián)系人為能進行緊急呼叫的聯(lián)系人，通常為直系親屬或者護理工等；此時，盯視顯示器上屬性信息為家屬2的視覺刺激模塊(詳見圖4)，便能完成自動向家屬2撥號；電話撥通后，進入通話界面，所述通話界面上顯示出一個屬性信息為掛斷電話的視覺刺激模塊；當通話結束、無人接聽或者使用者想中途掛斷電話時，盯視屬性信息為掛斷電話的視覺刺激模塊，便自動掛斷電話。
[0098]當進入緊急短信通訊界面，所述顯示器會顯示出一個屬性信息為發(fā)送短信的視覺刺激模塊和多個屬性信息均為選擇短信文本的內(nèi)容的視覺刺激模塊，盯視顯示器上屬性信息為需發(fā)送短信文本內(nèi)容的視覺刺激模塊,便能完成自動完成短信文本選擇；之后，自動進入聯(lián)系人選擇界面，此時顯示器上所顯示多個視覺刺激模塊的屬性信息均為選擇聯(lián)系人的姓名，并且所顯示內(nèi)容與緊急呼叫界面一致，此時盯視顯示器上屬性信息為家屬3的視覺刺激模塊，便自動完成短信接收者的選擇；盯視顯示器上屬性信息為發(fā)送短信的視覺刺激模塊，便自動完成向家屬3發(fā)送所選擇短信文本的短信息。
[0099]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬于本發(fā)明技術方案的保護范圍內(nèi)。
【權利要求】
1.一種基于腦機接口的電話系統(tǒng)，其特征在于:包括對被測試者的腦電信號進行提取的腦電信號提取裝置(I)、與腦電信號提取裝置(I)相接且對腦電信號采樣裝置(I)所提取信號進行采樣及預處理的腦電信號預處理裝置(2)和與腦電信號預處理裝置(2)進行通信的數(shù)據(jù)處理終端(3);所述腦電信號采樣裝置(I)包括對被測試者枕葉區(qū)的電位進行實時采樣的第一腦電電極(1-1)、對被測試者左側或右側額葉區(qū)的電位進行實時采樣的第二腦電電極(1-2)和對被測試者耳部的電位進行實時采樣的第三腦電電極(1-3)，所述第一腦電電極(1-1)、第二腦電電極(1-2)和第三腦電電極(1-3)均與腦電信號預處理裝置(2)相接；所述數(shù)據(jù)處理終端(3)包括數(shù)據(jù)處理器和由所述數(shù)據(jù)處理器進行控制的顯示器，所述數(shù)據(jù)處理器與腦電信號預處理裝置(2)進行通信。
2.按照權利要求1所述的基于腦機接口的電話系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)據(jù)處理終端(3)為平板電腦或智能手機。
3.按照權利要求1或2所述的基于腦機接口的電話系統(tǒng)，其特征在于:所述腦電信號預處理裝置(2)為美國NeuroSky公司研發(fā)的TGAM芯片。
4.按照權利要求3所述的基于腦機接口的電話系統(tǒng)，其特征在于:所述TGAM芯片的型號為TGAMl，所述第一腦電電極(1-1)的輸出端接TGAM芯片的EEG引腳，第二腦電電極(1-2)的輸出端接TGAM芯片的REF引腳，第三腦電電極(1-3)的輸出端接TGAM芯片的EEG_GND引腳。
5.按照權利要求1或2所述的基于腦機接口的電話系統(tǒng)，其特征在于:還包括與腦電信號預處理裝置(2)相接的無線通信模塊一(4-1)，所述數(shù)據(jù)處理終端(3)還包括與所述數(shù)據(jù)處理器相接的無線通信模塊二；所述腦電信號預處理裝置(2)通過無線通信模塊一(4-1)和所述無線通信模塊二與所述數(shù)據(jù)處理器進行通信。
6.按照權利要求5所述的基于腦機接口的電話系統(tǒng)，其特征在于:所述無線通信模塊一 (4-1)和所述無線通信模塊二均為藍牙無線通信模塊。
7.按照權利要求6所述的基于腦機接口的電話系統(tǒng)，其特征在于:所述腦電信號預處理裝置(2)為美國NeuroSky公司研發(fā)的TGAM芯片，所述TGAM芯片的TXD引腳與無線通信模塊一(4-1)的RXD引腳相接。
8.—種如權利要求1所述電話系統(tǒng)的通話方法，其特征在于該方法包括以下步驟: 步驟一、腦電信號提取及傳送:被測試者對盯視顯示器上所顯示視覺刺激模塊過程中，腦電信號提取裝置(I)對被測試者的腦電信號進行實時提取，并將所提取的腦電信號同步傳送至腦電信號預處理裝置(2); 所述視覺刺激模塊為所述數(shù)據(jù)處理器調用視覺刺激產(chǎn)生模塊產(chǎn)生并在所述顯示器上同步顯示的閃爍發(fā)光模塊，所述閃爍發(fā)光模塊的閃爍頻率由所述數(shù)據(jù)處理器預先設定； 步驟二、腦電信號采樣及同步上傳:所述腦電信號預處理裝置(2)按照預先設定的采樣頻率，對腦電信號提取裝置(I)實時提取的腦電信號進行采樣，并將所采樣腦電信號同步上傳至所述數(shù)據(jù)處理器； 步驟三、腦電信號分析處理:所述數(shù)據(jù)處理器按照時間先后順序，對腦電信號預處理裝置(2)各采樣周期內(nèi)所采樣的腦電信號進行分析處理，每個采樣周期內(nèi)所采樣的腦電信號均包括一個枕葉區(qū)信號、一個額葉區(qū)信號和一個耳部信號，其中所述枕葉區(qū)信號、額葉區(qū)信號和耳部信號分別為第一腦電電極(1-1)、第二腦電電極(1-2)和第三腦電電極(1-3)所采樣的腦電信號，所述第三腦電電極(1-3)為參考電極；每個采樣周期內(nèi)所采樣腦電信號的分析處理方法均相同，對任一個采樣周期內(nèi)所采樣腦電信號進行分析處理時，過程如下:步驟301、腦電信號預處理:以當前所處理腦電信號中的耳部信號作為參考信號，并調用腦電信號預處理模塊將當前所處理腦電信號中所述枕葉區(qū)信號中所含的自發(fā)腦波信號濾除后，獲得當前狀態(tài)下被測試者的視覺誘發(fā)信號； 所述自發(fā)腦波信號為當前所處理腦電信號中的額葉區(qū)信號； 步驟302、當前所盯視視覺刺激模塊閃爍頻率判定:調用頻率計算模塊對步驟301中所述視覺誘發(fā)信號的頻率Π進行確定，并獲得當前狀態(tài)下被測試者所盯視視覺刺激模塊的閃爍頻率f0，其中f0 = Π ; 步驟303、當前通訊動作確定:調用動作識別模塊對當前狀態(tài)下被測試這的通訊動作進行確定，過程如下: 步驟3031、當前界面判定:根據(jù)所述數(shù)據(jù)處理器當前調用并處于運行狀態(tài)的界面顯示模塊，對當前狀態(tài)下所述顯示器的界面進行判定； 所述顯示器的每個界面上均顯示有多個視覺刺激模塊； 步驟3032、當前通訊動作確定:根據(jù)預先建立的視覺刺激模塊基本信息庫，并結合步驟3031中所判定的當前界面和步驟302中所判定的閃爍頻率f0，確定當前狀態(tài)下被測試者盯視的視覺刺激模塊，并獲得被測試者盯視視覺刺激模塊的屬性信息；所獲得的屬性信息為當前狀態(tài)下被測試者要進行的通訊動作； 所述視覺刺激模塊基本信息庫內(nèi)存儲有所述顯示器的各界面上所顯示視覺刺激模塊的數(shù)量以及各視覺刺激模塊的閃爍頻率和屬性信息； 步驟一中在顯示器上對所述視覺刺激模塊進行顯示的同時，對當前所顯示視覺刺激模塊對應的屬性信息進行同步顯示；所述屬性信息為視覺刺激模塊的控制指令； 步驟304、當前通訊動作執(zhí)行:根據(jù)步驟3032中所確定的當前通訊動作，根據(jù)調用通訊動作執(zhí)行模塊完成對應的通訊動作； 步驟305、下一個采樣周期內(nèi)所采樣腦電信號分析處理:按照步驟301至步驟304中所述的方法，對下一個采樣周期內(nèi)所采樣的腦電信號進行分析處理； 步驟306、多次重復步驟305，直至完成被測試者的通訊過程。
9.按照權利要求8所述的通話方法，其特征在于:步驟3032中所述控制指令為接聽電話、呼叫電話、掛斷電話、發(fā)送短信、選擇聯(lián)系人的姓名、選擇短信文本的內(nèi)容、發(fā)送短信或進入其它界面；所述其它界面為所述顯示器能顯示的多個界面中除當前所顯示界面之外的其它界面。
10.按照權利要求8或9所述的通話方法，其特征在于:所述界面顯示模塊的數(shù)量為多個；多個所述界面顯示模塊分別為主界面模塊、普通撥號界面模塊、緊急呼叫界面模塊、緊急短信通訊界面模塊、撥號鍵盤界面模塊、普通電話本界面模塊、緊急電話本界面模塊和電話接聽界面模塊； 當所述主界面模塊處于運行狀態(tài)時，當前狀態(tài)下所述顯示器的界面為主界面；所述主界面模塊調用所述視覺刺激產(chǎn)生模塊產(chǎn)生三個不同閃爍頻率的視覺刺激模塊，并通過顯示器對三個視覺刺激模塊及其屬性信息進行同步顯示；三個所述視覺刺激模塊的屬性信息分別為進入普通撥號界面、進入緊急呼叫界面和進入緊急短信通訊界面； 當所述普通撥號界面模塊處于運行狀態(tài)時，當前狀態(tài)下所述顯示器的界面為普通撥號界面；所述普通撥號界面模塊調用所述視覺刺激產(chǎn)生模塊產(chǎn)生兩個不同閃爍頻率的視覺刺激模塊，并通過顯示器對兩個視覺刺激模塊及其屬性信息進行同步顯示；兩個所述視覺刺激模塊的屬性信息分別為進入撥號鍵盤界面和進入普通電話本界面； 當所述緊急呼叫界面模塊處于運行狀態(tài)時，當前狀態(tài)下所述顯示器的界面為緊急呼叫界面；所述緊急呼叫界面模塊調用所述視覺刺激產(chǎn)生模塊產(chǎn)生兩個不同閃爍頻率的視覺刺激模塊，并通過顯示器對兩個視覺刺激模塊及其屬性信息進行同步顯示；兩個所述視覺刺激模塊的屬性信息分別為進入撥號鍵盤界面和進入主界面； 當所述緊急短信通訊界面模塊處于運行狀態(tài)時，當前狀態(tài)下所述顯示器的界面為緊急短信通訊界面；所述緊急短信通訊界面模塊調用所述視覺刺激產(chǎn)生模塊產(chǎn)生兩個不同閃爍頻率的視覺刺激模塊，并通過顯示器對兩個視覺刺激模塊及其屬性信息進行同步顯示；兩個所述視覺刺激模塊的屬性信息分別為進入緊急短信通訊界面和進入主界面。
【文檔編號】H04M1/725GK104182048SQ201410427277
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月27日 優(yōu)先權日:2014年8月27日
【發(fā)明者】汪梅, 張恒, 溫濤, 付周興, 林灶生, 王湃, 王亮, 秦學斌 申請人:西安科技大學