CN104284232A - 一种基于脑机接口的电视遥控系统及方法 - Google Patents

一种基于脑机接口的电视遥控系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于脑机接口的电视遥控系统及系统，该系统包含Epoc耳机、主机PC、带USB控制电路的遥控器和数字电视，所述Epoc耳机为一种脑电图耳机，所述Epoc耳机采用14个液态电极传感器采集测试者头皮的脑电信号；所述主机PC中包含了配套的脑电信号分析与处理SDK，用以们二次开发和应用；带USB控制电路的遥控是在普通遥控器的基础上加入控制电路和USB转接，使得PC机上的指令可以控制遥控进而控制数字电视。本发明通过读取脑电波来获取用户的意图，然后将该意图通过脑机接口技术转换出来控制遥控进而控制电视，能够在不用肢体的情况下达到控制家庭电视的目标，为一些肢体功能障碍的人士提供了方便。

Description

一种基于脑机接口的电视遥控系统及方法
技术领域
本发明涉及脑机结合技术领域，具体涉及一种基于脑机接口的电视遥控系统及方法。
背景技术
目前，家庭电视已经基本实现数字化了。目前3D电视、云电视以及智能电视是最受家庭用户亲昵的。虽然数字电视不断的取得发展，然而和数字电视交互的方式却并没有取得进步，依然是采用红外通信的遥控。
从另一方面看，脑机接口技术却不断的在发展中。人机交互的方式正在不断的演变中，这包含Google和苹果公司即将推出的数字眼镜，一些智能感知的衣服等。从这方面而言，将最先进的脑机交互技术引入数字家庭中是一个非常值得尝试的技术。
现有的遥控系统非常简单，就是通过人按按钮然后将指令通过红外发送到数字电视中进行接收。现有的遥控系统不能满足人们进一步的需求，特别是对一些残疾人士不能操控遥控而言，就意味着不能实现对电视的控制。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于脑机接口技术的数字电视遥控系统，系统通过穿戴在头部的脑电采集器采集脑电信号，然后通过思维模式分析处理转化为控制命令，再将命令通过USB遥控器控制电视。
本发明实施例提供了一种基于脑机接口的电视遥控系统，包含Epoc耳机、主机PC、带USB控制电路的遥控器和数字电视，所述Epoc耳机为一种脑电图耳机，所述Epoc耳机采用14个液态电极传感器采集测试者头皮的脑电信号；所述主机PC中包含了配套的脑电信号分析与处理SDK，用以们二次开发和应用；带USB控制电路的遥控是在普通遥控器的基础上加入控制电路和USB转接，使得PC机上的指令可以控制遥控进而控制数字电视。
相应的，本发明实施还提供了一种基于EPOC耳机采集脑电波信号的方法，包括：
基于Epoc耳机的14个电极测量脑部皮层不同部位的电波信号，然后经过无线传输传给PC主机；无线接收端是配套的USB无线收发器，接收到信号后通过USB端口发送给主机。
本发明具有如下有益效果，本发明通过读取脑电波来获取用户的意图，然后将该意图通过脑机接口技术转换出来控制遥控进而控制电视，能够在不用肢体的情况下达到控制家庭电视的目标，给用户一种全新的体验，并为一些肢体功能障碍的人士提供了方便。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例中的基于脑机接口技术的电视遥控系统结构图；
图2是本发明实施例中的通过EPOC耳机采集脑电波信号的流程图；
图3是本发明实施例中的PC主机中的信号处理流程图；
图4是本发明实施例中的思维模式分析流程图；
图5是本发明实施例中的USB遥控及控制关系示例图；
图6是本发明实施例中的控制电路的固件程序流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提出一种基于脑机接口技术的数字电视遥控系统，系统通过穿戴在头部的脑电采集器采集脑电信号，然后通过思维模式分析处理转化为控制命令，再将命令通过USB遥控器控制电视。
传统的电视遥控是直接通过红外控制电视的，其可变性比较少，所以改进的可能性不大。随着脑机接口技术的发展，基于脑机接口技术的数字电视遥控系统变得可行。本系统就是其中一种实现方法。如图1所示的是本系统的系统结构图，包含EPOC耳机、主机PC、带USB控制电路的遥控器和数字电视。Epoc耳机是Emotiv System公司研发的一种脑电图耳机，该耳机采用14个液态电极传感器采集测试者头皮的脑电信号。主机PC中包含了EmotivSystem公司提供的配套的脑电信号分析与处理SDK，以供我们二次开发和应用。带USB控制电路的遥控[1]是在普通遥控器的基础上加入控制电路和USB转接，使得PC机上的指令可以控制遥控进而控制数字电视。
下文将详细说明本系统如何从脑电波的采集、将脑电波翻译为指令然后通过遥控器遥控电视。
图2所示的是通过EPOC耳机采集脑电波信号的流程图。EEG(Electroencephalography)信号，也叫脑电波信号，是当前测量和采集脑波信号的三种方式之一，这种方式是采集头皮的脑电波，属于无创伤采集，所以是当前相对广泛应用的技术。另外两种方法都需要将感应器植入到脑部的内部，属于创伤型测量，但具有较高的精度。本系统属于日常应用，对精度没有特别需求，只要能识别特定的几个命令即可，所以选择了无创伤型的EEG方式。EEG采集器有很多，本系统采用Emotiv System公司的EPOC耳机。该耳机通过14个电极测量脑部皮层不同部位的电波信号，然后经过无线传输传给PC主机。无线接收端是配套的USB无线收发器，接收到信号后通过USB端口发送给主机。
通过EPOC耳机采集到脑电波后，需要解读这些脑波信号。和EPOC耳机配套的Emotiv System公司提供了一套SDK和软件。如图3所示的是本系统PC主机中的信号处理流程，通过该流程完成从脑波信号到遥控信号的转换。如图所示首先需要经过EEG信号处理，然后进入到状态缓冲区，在缓冲区的数据可以提供给外界进行查询。在SDK之外的是Emotiv API接口，用于提供开发者应用程序的开发，系统本身也带有一套C++思维模式分析软件，我们需要在这基础上将解码后的指令和遥控器的指令关联起来。
如何将Emotiv系统中的指令和数字电视遥控中的指令对应关联起来是需要我们制定合理的关联关系。EPOC能探测人脑12种运动想象，包括6个方向(向左，向右，向上，向下，向前，和放大)及6种旋转(顺时针旋转，逆时针旋转，左转，右转，向前摇摆，向后摇摆)。如表1所示的是本系统中EEG中动作和电视遥控命令的对应关系。本系统并没有实现过多的指令主要是基于简化操作和训练而考虑的。用户使用脑机接口耳机需要经过初步的训练，使得自己的思维能够相对准确的掌握思维对应的命令，如果命令太多，思维容易混乱，所以基于用户的易用性上考虑，本系统当前只实现了5个操作命令。如果随着脑机接口技术的进一步发展，不排除增加更多的命令。从表中可以看出，包括频道调节、音量调剂以及开关机都实现了对应，对基本的电视控制已经足够了。
表1 预定义认知动作的数值及对应的遥控命令
动作类型 对应数值 电视遥控命令
Push(推) 0X0002 频道减
Pull(拉) 0X0004 频道增
Right(向右) 0x0040 音量增
Left(向左) 0x0020 音量减
Drop(落下) 0x0010 电源开/关
根据表1，可以知道脑电波首先转化为一些诸如Push(推)、Pull(拉)等指令，然后我们将这些指令和我们的应用相关联。整个翻译过程需要通过图4所示的思维模式分析流程进行处理那能够实现。
思维模式分析主要是借助Emotiv公司提供的配套引擎实现，包含初始化、主循环和终止三个大的步骤，其具体步骤如下：
Step1：连接Emotiv引擎。和脑电波耳机相配套的一套基于windows系统的以信号处理、翻译和思维模式处理为核心的脑机接口引擎系统，它完成对耳机信号的解码识别。转Step2；
Step2：检索当前状态。判断是否为新事件，如果不是则继续监听，如果是则转Step3；
Step3：事件分类，这个是需要通过已有的学习样本进行分类识别，如果事件不是认知事件则不处理，继续转Step2监听，否则转Step4；
Step4：当确定为认知事件后，还要进一步判断是否符合特定的动作，例如本系统只定义了5种有效的动作，如果是这5种动作之外的我们都作忽略处理，否则则根据表1关联起来，将相应的命令发送到遥控器中。转Step5；
Step5：是否满足终止条件，如果满足则进入终止阶段，关闭引擎系统，或者是该链接关闭，否则继续下一个监听事件的处理。
接下来是将命令传递到遥控器并由遥控器遥控电视的过程。为了让遥控器能够接收来自PC机中的命令，我们采用了USB遥控器，它是一种普通遥控器带USB控制电路的遥控器，能够通过USB控制相应的指令，并通过红外发送到电视。
如图5所示的是USB遥控及控制关系，它是以PC机中的分析软件输出数据作为输入，然后通过控制电路的转换转成遥控器中相应按键对应的指令，最后通过红外发送到电视。控制电路是整个遥控中的核心，它包含USB转接口，对数据的映射和对遥控器的控制电路设计。这些控制电路并不是本系统需要进一步说明的部件，接下来我们需要阐述它是如何应用到本系统的。即控制电路中刷的固件程序的基本流程。如图6所示，就是控制器的固件程序流程图，具体步骤如下：
Step1：以分析软件的输出数据为输入，首先需要初始化控制电路，这里的初始化主要是包含设置时钟频率，设置寄存器引脚和串口的初始化等。转Step2；
Step2：等待数据输入，控制电路循环的监听端口事件的发生等待数据的输入。转Step3；
Step3：有数据输入，将输入数据填充到Char*缓冲区，即将数据看成字符串；转Step4；
Step4：将字符串由ASCII码转换为两位数的整数，可以直接取相应的数值，也可以减去某个值，这主要是要和遥控中命令的数值相匹配，例如表1中的数值对应就是本文所采取的。转Step5；
Step5：执行数据。将数据执行直接通过电路发送给通用遥控器进行执行，遥控通过红外发送命令给电视执行。执行完该命令，转入监听等待下一个数据的输入。
本发明具有如下有益效果，本发明通过读取脑电波来获取用户的意图，然后将该意图通过脑机接口技术转换出来控制遥控进而控制电视，能够在不用肢体的情况下达到控制家庭电视的目标，给用户一种全新的体验，并为一些肢体功能障碍的人士提供了方便。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁盘或光盘等。
以上对本发明实施例所提供的一种基于脑机接口的电视遥控系统及方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.一种基于脑机接口的电视遥控系统，其特征在于，包含Epoc耳机、主机PC、带USB控制电路的遥控器和数字电视，所述Epoc耳机为一种脑电图耳机，所述Epoc耳机采用14个液态电极传感器采集测试者头皮的脑电信号；所述主机PC中包含了配套的脑电信号分析与处理SDK，用以们二次开发和应用；带USB控制电路的遥控是在普通遥控器的基础上加入控制电路和USB转接，使得PC机上的指令可以控制遥控进而控制数字电视。
2.一种基于EPOC耳机采集脑电波信号的方法，其特征在于，包括：
基于Epoc耳机的14个电极测量脑部皮层不同部位的电波信号，然后经过无线传输传给PC主机；无线接收端是配套的USB无线收发器，接收到信号后通过USB端口发送给主机。
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