TWI557563B - 情緒調控系統及其調控方法 - Google Patents

Description

情緒調控系統及其調控方法

本發明係關於一種情緒調控系統及其調控方法，特別關於一種以音樂將人類的生理情緒調控至預設情緒的情緒調控系統及其調控方法。

在繁忙的現代社會中，沉重的工作壓力及生活負擔造成人們的生理與心理健康受到嚴重的威脅。若人們長期處在高度的壓力狀況下，容易引起睡眠障礙(例如失眠)、情緒障礙(例如焦慮、憂鬱、緊張)，乃至引起心血管疾病。因此，適時檢測自己的生理與情緒狀態，並尋求一套適合自己的生理與情緒狀態調解方式，以提高生活品質，避免過大的壓力導致疾病的產生就顯得非常的重要。

由於音樂無國界，而且向來是人類抒發情緒、減少壓力及增進身心放鬆的最佳良方。因此，如何透過適當的音樂將人類的生理情緒調控至預設的情緒，例如由悲傷的情緒狀態調控至快樂的情緒狀態，或由激動的情緒狀態調控至平靜的情緒狀態等，已成為重要課題之一。

有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種情緒調控系統及其調控方法，可透過漸進的方式將使用者的生理情緒調控至預設的目標情緒，以促進人類的生理與心理的健康。

為達上述目的，依據本發明之一種情緒調控系統，其可將一使用者的生理情緒調控至一目標情緒，並包括一生理情緒處理裝置以及一音樂情緒處理裝置。生理情緒處理裝置包含一情緒特徵處理單元及一生理情緒分析單元，情緒特徵處理單元依據使用者聆聽一第一音樂訊號所產生 的一生理訊號而輸出一生理特徵訊號，生理情緒分析單元依據生理特徵訊號分析使用者的生理情緒並產生一生理情緒狀態訊號。音樂情緒處理裝置電性連接生理情緒處理裝置，並包含一音樂特徵處理單元及一音樂情緒分析處理單元，音樂特徵處理單元由複數音樂訊號中得到複數對應的音樂特徵訊號，音樂情緒分析處理單元由該些音樂特徵訊號中分析出該些音樂訊號的音樂情緒，並依據生理情緒狀態訊號及目標情緒輸出對應的一第二音樂訊號至使用者。

為達上述目的，依據本發明之一種情緒狀態調控方法，與一情緒調控系統配合，並可將一使用者的生理情緒調控至一目標情緒，情緒調控系統包含一生理情緒處理裝置及一音樂情緒處理裝置，生理情緒處理裝置具有一情緒特徵處理單元及一生理情緒分析單元，音樂情緒處理裝置具有一音樂特徵處理單元及一音樂情緒分析處理單元，調控方法包括以下步驟：藉由音樂特徵處理單元透過一音樂特徵取值法由複數音樂訊號中得到複數對應的音樂特徵訊號；藉由音樂情緒分析處理單元由該些音樂特徵訊號中分析出該些音樂訊號的音樂情緒；由該些音樂訊號的音樂情緒中選擇與目標情緒相同之一第一音樂訊號，並輸出第一音樂訊號；感測使用者聆聽第一音樂訊號所產生的一生理訊號，並由情緒特徵處理單元依據生理訊號輸出一生理特徵訊號；由生理情緒分析單元依據生理特徵訊號分析使用者的生理情緒而產生一生理情緒狀態訊號；由音樂情緒分析處理單元比對生理情緒狀態訊號及目標情緒之一目標情緒訊號；以及當生理情緒狀態訊號與目標情緒訊號不符合時，則由該些音樂訊號的音樂情緒中挑選與目標情緒相同的一第二音樂訊號，並輸出第二音樂訊號。

承上所述，因本發明之情緒調控系統及其調控方法中，生理情緒處理裝置之情緒特徵處理單元可依據使用者聆聽第一音樂訊號所產生的生理訊號而輸出生理特徵訊號，而生理情緒分析單元依據生理特徵訊號分析使用者的生理情緒並產生生理情緒狀態訊號。另外，音樂情緒處理裝置之音樂特徵處理單元可由複數音樂訊號中得到複數對應的音樂特徵訊號，而音樂情緒分析處理單元由該些音樂特徵訊號中分析出該些音樂訊號的音樂情緒，並依據生理情緒狀態訊號及目標情緒輸出對應的第二音樂訊 號至使用者。藉此，使得本發明之情緒調控系統及其調控方法可透過漸進的方式將使用者的生理情緒調控至預設的目標情緒，以促進人類的生理與心理的健康。

1、1a‧‧‧情緒調控系統

2‧‧‧生理情緒處理裝置

21‧‧‧情緒特徵處理單元

211‧‧‧生理特徵擷取元件

212‧‧‧生理特徵降維元件

22‧‧‧生理情緒分析單元

221‧‧‧生理情緒辨識元件

222‧‧‧生理情緒儲存元件

223‧‧‧生理情緒顯示元件

23‧‧‧生理感測單元

3‧‧‧音樂情緒處理裝置

31‧‧‧音樂特徵處理單元

311‧‧‧音樂特徵擷取元件

312‧‧‧音樂特徵降維元件

32‧‧‧音樂情緒分析處理單元

321‧‧‧音樂情緒分析判斷元件

322‧‧‧個人生理情緒儲存元件

33‧‧‧音樂訊號輸入單元

4‧‧‧使用者音樂資料庫

MCS‧‧‧音樂特徵訊號

MES‧‧‧音樂情緒標註訊號

MS‧‧‧音樂訊號

MS1‧‧‧第一音樂訊號

MS2‧‧‧第二音樂訊號

PCS‧‧‧生理特徵訊號

PCSS‧‧‧生理情緒狀態訊號

PS‧‧‧生理訊號

S01~S07‧‧‧步驟

圖1A為生理情緒與音樂情緒的二維情緒平面示意圖。

圖1B為本發明較佳實施例之一種情緒調控系統的功能方塊示意圖。

圖1C為本發明較佳實施例之一種情緒調控系統的另一功能方塊示意圖。

圖2A為明亮度特徵示意圖。

圖2B為頻譜滑動特徵示意圖。

圖2C為音樂訊號頻譜分析示意圖。

圖2D為音樂訊號音樂色譜示意圖。

圖2E為音樂訊號特徵示意圖。

圖2F為另一音樂速度特徵示意圖。

圖2G為音樂訊號波封示意圖。

圖3為本發明另一較佳實施例之一種情緒調控系統的功能方塊示意圖。

圖4為本發明較佳實施例之一種情緒狀態調控方法的流程示意圖。

以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之情緒調控系統及其調控方法，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。

請參照圖1A及圖1B所示，其中，圖1A為生理情緒與音樂情緒的二維情緒平面示意圖，而圖1B為本發明較佳實施例之一種情緒調控系統1的功能方塊示意圖。

情緒調控系統1可將一使用者的生理情緒利用音樂調控的方式調整至一目標情緒，而目標情緒可預先於二維情緒平面上進行設定。如圖1A所示，二維情緒平面係為正向度(Valence)與激昂度(Arousal) 所構成的平面。本實施例假設使用者目前的生理情緒位於正向度與激昂度均為負向的位置(可稱為負向情緒狀態)，而預定的目標情緒例如為正向度與激昂度均為正向的位置(可稱為正向情緒狀態)。換言之，情緒調控系統1的目的是透過音樂，以漸近式的方式將使用者的情緒例如由負向情緒狀態調控至正向情緒狀態。或者，也可將使用者的情緒由正向情緒狀態調控至平靜位置，或調控至負向情緒狀態，本發明並不限定。

如圖1B所示，情緒調控系統1包括一生理情緒處理裝置2以及一音樂情緒處理裝置3。於結構上來說，生理情緒處理裝置2及音樂情緒處理裝置3可分別為獨立的構件，或者也可整合成單一構件。在本實施例中，係將生理情緒處理裝置2及音樂情緒處理裝置3整合成單一構件的耳機式構件為例。因此，使用者只要配戴耳機式構件的情緒調控系統1就可調控其生理情緒。

生理情緒處理裝置2包含一情緒特徵處理單元21及一生理情緒分析單元22。另外，生理情緒處理裝置2更包含一生理感測單元23。

情緒特徵處理單元21可依據使用者聆聽一第一音樂訊號MS1所產生的一生理訊號PS而輸出一生理特徵訊號PCS。本實施例之生理感測單元23為一耳道式量測單元，用以感測使用者的生理情緒而得到生理訊號PS。其中，生理感測單元23具有三組光感測組件(圖未顯示)，該些光感測組件所發出的感測光線可為紅光、或紅外光、或綠光，並不限定。每一光感測組件可包含一發光元件及一光學感測元件，而三組發光元件可發出三組互為120度分佈的光線，使得生理訊號PS可包含三組互為120度的生理訊號值。其中，發光元件可發出光線射向外耳道，當光線經由外耳道的反射或光線由外耳道進入人體繞射而出時可被光學感測元件所接收，光學感測元件接收後輸出生理訊號PS，而生理訊號PS為一光體積變化訊號(Photoplethysmography,PPG)。由於人體脈搏產生時，全身血管的血流量亦會產生變化，代表血管內的血紅素及去氧血紅素的含量也會改變。其中，血紅素及去氧血紅素對於特殊波長的光線具有相當敏感的特性(例如：紅光、紅外光或綠光)，因此若以發光元件(如發光二極體)發出紅光、紅外光或綠光(紅光的波長範圍為622~770nm，紅外光的波長範圍為771~ 2500nm，綠光的波長長範圍為492~577nm)射向外耳道皮膚底下的組織及血管，然後以光學感測元件(如光敏元件)接收反射或穿透過皮膚的光線，透過接收回來的光線強弱，可得到血管內血流變化的情形，這種變化稱之為光體積變化訊號(PPG)。PPG是一種因血液循環系統而產生的物理量，當心臟在收縮及舒張時，血管內單位面積的血流量會造成週期性的變化。由於PPG訊號變化是因心臟搏動造成，因此，光學感測元件所接收的反射或繞射之光線能量程度即可對應到脈搏。因此，透過耳道式的生理感測單元23可量測到人體的脈搏及血氧濃度的變化，以得到該使用者的生理訊號PS(代表使用者當下的生理情緒)。其中，生理訊號PS可包含一段感測期間之複數個取樣時間點的訊號。

於實施上，當使用者選定了目標情緒(假設為正向情緒狀態)並配戴整合成單一構件的情緒調控系統1後，生理感測單元23就可立即感測使用者目前的生理情緒(假設此時為負向情緒狀態)，而情緒調控系統1則依據使用者的目前的生理情緒及選定的目標情緒選擇第一音樂訊號MS1(例如選擇正向度與激昂度均為正向的樂曲)，並透過一音樂輸出單元(圖未顯示)輸出第一音樂訊號MS1至生理情緒處理裝置2，生理情緒處理裝置2再透過一音樂輸出單元播放給使用者聽。當使用者聆聽第一音樂訊號MS1後，生理感測單元23再感測聆聽第一音樂訊號MS1後該使用者的生理訊號PS，而情緒特徵處理單元21再分析此時的生理訊號PS而輸出對應的生理特徵訊號PCS，且生理情緒分析單元22可依據生理特徵訊號PCS分析使用者聆聽第一音樂訊號MS1當下所產生的生理情緒，並產生一生理情緒狀態訊號PCSS。因此，此時的生理情緒狀態訊號PCSS具有使用者聆聽第一音樂訊號MS1的生理情緒反應(可對應至二維情緒平面之一位置)。

音樂情緒處理裝置3電性連接生理情緒處理裝置2，並包含一音樂特徵處理單元31及一音樂情緒分析處理單元32。另外，音樂情緒處理裝置3更可包括一音樂訊號輸入單元33。其中，係透過音樂訊號輸入單元33輸入複數音樂訊號MS至音樂特徵處理單元31。複數音樂訊號MS即為複數樂曲。

音樂特徵處理單元31可由輸入的該些音樂訊號MS中得到 複數對應的音樂特徵訊號MCS，每一個音樂特徵訊號MCS可具有該音樂訊號MS的複數音樂特徵值，而音樂情緒分析處理單元32可由該些音樂特徵訊號MCS中分析出每一首音樂訊號MS的音樂情緒。換言之，音樂情緒分析處理單元32可分析該些音樂特徵訊號MCS而得到每一首音樂訊號MS對應的音樂情緒，使得每一首音樂訊號MS也可與生理情緒一樣，可於二維情緒平面中找到其對應的音樂情緒位置。值得一提的是，音樂特徵處理單元31及音樂情緒分析處理單元32可先處理及分析該些音樂訊號MS，並於調控使用者情緒之前得到每一首音樂訊號MS對應的音樂情緒。

另外，當生理情緒處理裝置2產生生理情緒狀態訊號PCSS後，音樂情緒分析處理單元32可依據生理情緒狀態訊號PCSS及目標情緒輸出對應的一第二音樂訊號MS2至使用者。換言之，音樂情緒分析處理單元32可比對使用者聆聽第一音樂訊號MS1所產生的生理情緒狀態訊號PCSS及目標情緒，若兩者不符合，則音樂情緒分析處理單元32可由該些音樂訊號MS的音樂情緒中挑選出可將使用者的情緒調整成目標情緒之第二音樂訊號MS2。值得說明的是，生理情緒處理裝置2與音樂情緒處理裝置3之間的訊號傳送(例如生理情緒狀態訊號PCSS、第一音樂訊號MS1及第二音樂訊號MS2)可透過無線傳輸模組或有線傳輸模組傳輸。其中，無線傳輸模組之傳輸方式可為射頻傳輸方式、紅外線傳輸方式及藍芽傳輸方式的其中之一，並不限定。

若使用者聆聽第二音樂訊號MS2後，其對應的生理情緒與目標情緒還不符合時，則音樂情緒分析處理單元32可繼續挑選出第三音樂訊號並傳送至使用者，以漸近式地將使用者的情緒調控至目標情緒。

另外，請參照圖1C所示，以進一步說明情緒調控系統1的詳細作動方式。其中，圖1C為情緒調控系統1的另一功能方塊示意圖。

在本實施例中，情緒特徵處理單元21具有一生理特徵擷取元件211及一生理特徵降維元件212，生理特徵擷取元件211係以一生理特徵取值法分析使用者聆聽音樂訊號所產生的生理訊號PS而得到複數生理特徵值。其中，生理特徵取值法可為一時域特徵值取值法、或一頻域特徵值取值法、或一非線性特徵值取值法，或其組合，並不限定。

時域特徵值取值法是針對脈搏訊號的時域變化進行分析，典型的分析方法為統計法，是將脈搏間期做各種統計學上有關變異大小的計算，求得各項脈搏頻率變異(PRV)的時域指標。其中，時域特徵值取值法可選自脈搏間期的標準差(SDNN，正常心跳間期的標準偏差代表總脈搏變異性)、脈搏間期差值平方和的均方根(RMSSD，正常心跳間期差值平方和的均方根可評估短時間脈搏變異性)、相鄰脈搏間期差值超過50毫秒的個數(NN50 count，相鄰正常心跳間期差值超過50毫秒的個數)、相鄰脈搏間期差值超過50毫秒的比例(pNN50，相鄰正常心跳間期差值超過50毫秒的比例)、脈搏間期差異的標準差(SDSD，相鄰正常心跳間期差異標準差)、每分鐘脈搏數(BPM)、P波間距的中位數(Median_PPI，所有正常心跳間期的中位數)、P波間距的四分位差(IQR_PPI，所有正常心跳間期的第一四分位數)、P波間距的平均絕對標準偏差(MAD_PPI，所有正常心跳間期的平均偏差)、P波間距差異的平均(Diff_PPI，所有相鄰正常心跳間期的絕對差值)、P波間距的變異係數(CV_PPI，所有正常心跳間期的變異係數)及P波間距的範圍(Range，最大正常心跳間期與最小正常心跳間期的差值)中的至少一種。

另外，頻域特徵值取值法是利用離散傅立葉變換(Discrete Fourier Transform,DFT)將脈搏間隔的時間序列轉換為頻域，以功率頻譜密度(PSD)或是頻譜分佈的方式來求得各項PRV的頻域指標(例如HF、LF)。其中，頻域特徵值取值法可選自極低頻能量(VLF power，極低頻功率，頻率範圍為0.003~0.04Hz)、低頻能量(LF power，低頻功率，頻率範圍為0.04~0.15Hz)、高頻能量(HF power，高頻功率，頻率範圍為0.15~0.4Hz)、脈搏變異頻譜分析總能量(TP，總功率，頻率範圍為0.003~0.4Hz)、低頻能量與高頻能量比值(LF/HF)、標準化低頻能量(LFnorm)、標準化高頻能量(HFnorm)、極低頻能量比例(pVLF，極低頻功率佔總功率的百分比)、低頻能量比例(pLF，低頻功率佔總功率的百分比)、高頻能量比例(pHF，高頻功率佔總功率的百分比)、極低頻能量峰值(VLFfr，VLF頻率範圍內波峰的頻率)、低頻能量峰值(LFfr，LF頻率範圍內波峰的頻率)及高頻能量峰值(HFfr，HF頻率範圍內波峰的頻率)中的至少一種。

此外，非線性特徵值取值法可選自龐卡萊圖(Poincaré Poincar Plot)y軸向順時鐘轉軸45度後，P波分布標準差(SD1，橢圓的寬度，代表短期的脈搏變異性)、龐卡萊圖x軸向順時鐘轉軸45度後，P波分布標準差(SD2，橢圓的長度，代表長期的脈搏變異性)及SD1與SD2比值(SD12，為交感神經的活動指標)中的至少一種。其中，非線性動態的脈搏變異性分析方法龐卡萊圖為在時域下利用幾何學的方法將原有的心跳間期打散並畫在同一張2D圖上，以顯示連續區間的相關性。

另外，生理特徵降維元件212係以一生理特徵降維法由生理特徵擷取元件211產生之該些生理特徵值中選取至少一種生理特徵值而輸出生理特徵訊號PCS。其中，生理特徵降維法可為一線性識別分析法、或一主成份分析法、或一獨立成份分析法、或一廣義鑑別分析法，或其組合，本發明並不限定。線性識別分析法可分別將生理特徵擷取元件211輸出的該些生理特徵值分離為不同的訊號群組，並將各該些群組的分佈空間縮到最小而得到生理特徵訊號PCS。主成份分析法是以生理特徵擷取元件211所擷取之該些生理特徵值中的部份特徵值代表該些生理特徵值中的所有特徵值而得到生理特徵訊號PCS。獨立成份分析法是將相互之間具有相關性的該些生理特徵值轉化成彼此互相獨立的特徵值資料而得到生理特徵訊號PCS。而廣義鑑別分析法將各生理特徵值轉換至核函數空間並分離為不同的訊號群組，且將各訊號群組分佈空間縮到最小而得到生理特徵訊號PCS。

另外，如圖1C所示，本實施例之生理情緒分析單元22具有一生理情緒辨識元件221、一生理情緒儲存元件222及一生理情緒顯示元件223。生理情緒辨識元件221可辨識生理特徵降維元件212輸出的生理特徵訊號PCS，並產生生理情緒狀態訊號PCSS。換言之，生理情緒辨識元件221可辨識生理特徵訊號PCS是屬於哪一種生理情緒，而生理情緒狀態訊號PCSS包含使用者聽了第一音樂訊號MS1後之生理情緒反應訊號。另外，生理情緒儲存元件222可儲存生理特徵訊號PCS與生理訊號PS的對應關係，而生理情緒顯示元件223可顯示生理情緒辨識元件221辨識生理特徵訊號PCS所得到的生理情緒狀態，亦即顯示使用者聆聽第一音樂訊號MS1後的生理情緒狀態。

另外，音樂特徵處理單元31包含一音樂特徵擷取元件311及一音樂特徵降維元件312。音樂特徵擷取元件311分別以一音樂特徵取值法分析各該些音樂訊號MS而得到複數對應的音樂特徵值(一音樂訊號MS可具有複數個音樂特徵值)。其中，音樂特徵取值法可為一音色(Timbre)特徵值取值法、或一音高(Pitch)特徵值取值法、或一節奏(Rhythm)特徵值取值法、或一力度(Dynamic)特徵值取值法，或其組合，本發明並不限定。

音色特徵值取值法可選自明亮度(Brightness)特徵、頻譜滑動(Spectral Rolloff)特徵及梅爾倒頻譜係數(Mel-scale Frequency Cepstral Coefficients,MFCC)特徵中的至少一種。其中，如圖2A所示，明亮度是使用頻率超過1500Hz的能量佔全部能量之比例與頻率超過3000Hz的能量佔全部能量之比例，以作為明亮度特徵。另外，如圖2B所示，頻譜滑動是計算某頻率值(例如6672.6Hz)，使其以下能量佔全部能量的85%，以及計算某頻率值(例如8717.2Hz)，使其以下能量佔全部能量之95%，以作為頻譜滑動特徵。此外，梅爾倒頻譜係數提供一個描述聲音形狀的光譜圖，其中，梅爾倒頻譜係數考慮到人類的聽覺系統對低頻的感知能力較強，故在擷取參數的時候會將低頻的部分多取，高頻的部分少取，所以在辨識率上，梅爾倒頻譜係數比線性倒頻譜係數有較令人滿意的辨識效果。首先，係將音樂訊號的每一個音框經由快速傅利葉轉換(Fast Fourier Transform,FFT)成為一串音框頻譜序列。其中，傅立葉轉換是將原始訊號用正弦函數和餘弦函數重新表示，利用傅利葉轉換可以獲得原始訊號的組成成分，再將各音框的絕對振幅頻譜送入一個「三角頻帶組」(triangular filter banks)，其中頻帶中心即是梅爾刻度值，而頻帶的寬度為兩相鄰梅爾刻度差。接著計算各頻帶的能量值，然後再將所有頻帶的對數能量值進行離散餘弦轉換(Discrete Cosine Transform,DCT)，以取得倒頻譜係數(cepstral coefficients)，即為MFCC。由於梅爾倒頻譜係數考慮到人類的聽覺系統對低頻的感知能力較強，因此，一般在擷取參數的時候只採用前13個部分(大多為低頻成分)。

另外，音高特徵值取值方法可選自調式(Mode)特徵、和 聲(Harmony)特徵、音高特徵中的至少一種。調式是若干個具有不同音高的音之集合，這些音互相之間具有某種特定的音程關係，並在調式中擔任不同的角色。調式是決定音樂風格和情緒正負向感受最重要的因素之一。其中，如圖2C所示，係將聲音頻率圖經過對數轉換成音高分布圖，把相同音準而不同音高的高(八度關係重疊)，得出音樂色譜(chromagram)，如圖2D所示，再將其與各大小調之音樂色譜作相關性分析，將其相關性最高大調與小調之相關係數相減，得出此段音樂訊號的主要調式，且各大調之相關係數加總與各小調之相關係數加總的差，可得出此段音樂訊號是屬於大調式或者是小調式。另外，和聲通常是研究如何在同一時間演奏不同的音高而獲得協調或不協調的效果。其中，將音樂訊號轉換為頻域訊號後，可由基本頻率與其他頻率的關聯性求出不諧和泛音和粗糙度等特徵。此外，音高是另一個音訊裡面很重的特徵，音高代表聲音頻率的高低，而此頻率指的是「基本頻率」(Fundamental Frequency)。由基本頻率至半音的轉換可得出每個全音階包含12個半音、每向上相隔一個全音階，頻率會變成兩倍，以及人耳對音高的「線性感覺」是隨著基本頻率的對數值成正比。其中，針對音高特徵，可取其平均值、標準差、中位數以及範圍作為其特徵代表。

另外，節奏特徵值取值方法可選自音樂速度(Tempo)特徵、節奏變異(Rhythm variation)特徵及銜接(Articulation)特徵中的至少一種。其中，音樂速度一般都會以文字或數字標記於一首樂曲的開端，現代習慣以每分鐘多少拍(BPM)作單位。在讀入音樂訊號後，透過運算式就可以找出該音樂訊號在音量變化上的特性，如圖2E所示，而這個輪廓稱為Envelope(波封)，再找出其波峰值，如圖2F所示，以得到BPM。另外，節奏變異為計算音符長度之變異。一個音符長度可由波谷到波谷之間的距離來計算。經由算式計算，即可得到音符長度之變異。此外，銜接是音樂上的方向或技術，它影響到樂曲裡音符之間的過渡或連續性。音樂上有許多不同種類的銜接，各有不同的效果，例如可包括連音、結音、斷音、特斷音、重音、突重音、連奏。因此，其計算方式為每個音符之起音時間佔音符長度的比例的平均值，而起音時間為波谷到波峰的時間，如圖2G所示。

另外，力度特徵值取值方法可選自平均響度(Average loudness)特徵、響度變異(Loudness variation)特徵及響度範圍(Loudness range)特徵中的至少一種。其中，力度代表聲音的強度，又稱音量、強度或能量，一首樂曲之音量變化，可先將歌曲切成數個音框，並由每個音框內的訊號振幅大小來類比。基本上，音量值可以兩種方式計算：其一為計算每一個音框的絕對值的總和；其二為每個音框的平方值的總和，再取以10為底的對數值再乘以10。其中，平均響度是將每個音框算出之音量值，取所有音量值之平均為平均響度特徵。另外，響度變異是將每個音框算出之音量值，取所有音量值之標準差為響度變異特徵。而響度範圍是將每個音框算出之音量值，取所有音量值之中最大音量與最小音量的差為響度範圍特徵。

請再參照圖1C所示，音樂特徵降維元件312以一音樂特徵降維法由各該些音樂訊號MS的該些音樂特徵值中選取至少一種音樂特徵值而得到對應的各該些音樂特徵訊號MCS。其中，音樂特徵降維法一樣選自線性識別分析法、主成份分析法、獨立成份分析法及廣義鑑別分析法中的至少一種。線性識別分析法、主成份分析法、獨立成份分析法及廣義鑑別分析法已於上述中說明，不再贅述。

另外，本實施例之音樂情緒分析處理單元32具有一音樂情緒分析判斷元件321及一個人生理情緒儲存元件322及一音樂情緒成分顯示元件(圖未顯示)。其中，個人生理情緒儲存元件322接收由生理情緒辨識元件221輸出之生理情緒狀態訊號PCSS，並儲存生理情緒狀態訊號PCSS與第一音樂訊號MS1的對應關係(亦即使用者聽第一音樂訊號MS1後的個人情緒與第一音樂訊號MS1的音樂特徵訊號MCS的對應關係)。

另外，音樂情緒分析判斷元件321由該些音樂訊號MS之該些音樂特徵訊號MCS中分析出每一首音樂訊號MS的音樂情緒，並且再比對生理情緒狀態訊號PCSS及目標情緒之一目標情緒訊號而輸出第二音樂訊號MS2。具體來說，音樂情緒分析判斷元件321可由該些音樂特徵訊號MCS中分析出每一首音樂訊號MS的音樂情緒。其中，每一首音樂訊號MS的音樂情緒可對應至圖1A之二維情緒平面，並可於正向度與激昂度所 構成的平面上有一對應的位置。另外，音樂情緒分析判斷元件321可分析第一音樂訊號MS1的音樂情緒及生理情緒狀態訊號PCSS，並產生一音樂情緒標註訊號，而音樂情緒成分顯示元件可顯示該音樂情緒標註訊號的結果。此外，若使用者聽了第一音樂訊號MS1所產生的生理情緒狀態訊號PCSS與預定的目標情緒訊號不符合，即兩者的某些參數值在特定的容許範圍之外，則表示使用者的生理情緒尚未調整到目標情緒，因此，音樂情緒分析判斷元件321可再由這些音樂訊號MS的音樂情緒中找出另一首音樂(第二音樂訊號MS2)，再將第二音樂訊號MS2傳送至使用者，使用者可再聆聽第二音樂訊號MS2，以再一次地調整其生理情緒。當使用者聆聽第二音樂訊號MS2後可再得到對應的生理特徵訊號PCS，生理情緒辨識元件221可再次辨識第二音樂訊號MS2對應的生理特徵訊號PCS，並產生對應的生理情緒狀態訊號PCSS，再由音樂情緒分析判斷元件321重覆比對生理情緒狀態訊號PCSS與預定的目標情緒訊號…，以此類推。另外，若生理情緒狀態訊號PCSS及目標情緒訊號之中的某些參數值均在特定的容許範圍內時，則表示兩者為符合，表示已將使用者的生理情緒調整至目標情緒了，故結束使用者生理情緒狀態的調控。

再一提的是，上述的情緒特徵處理單元21、生理情緒分析單元22、音樂特徵處理單元31及音樂情緒分析處理單元32可分別以軟體程式來實現其功能，並藉由一處理器(例如MCU)來執行。或者，也可應用硬體或韌體的方式來實現情緒特徵處理單元21、生理情緒分析單元22、音樂特徵處理單元31及音樂情緒分析處理單元32的功能，本發明並不限制。

另外，請參照圖3所示，其為本發明另一較佳實施例之一種情緒調控系統1a的功能方塊示意圖。

與圖1C之情緒調控系統1不同的是，情緒調控系統1a更包括一使用者音樂資料庫4，其電性連接音樂情緒分析判斷元件321。其中，音樂情緒分析判斷元件321更可比對生理情緒狀態訊號PCSS及第一音樂訊號MS1(或第二音樂訊號MS2)對應的音樂特徵訊號MCS且輸出一音樂情緒標註訊號MES，而使用者音樂資料庫4可接收音樂情緒標註訊號 MES，藉此，可建構該使用者專屬的個人化音樂情緒資料庫。之後，若同一個使用者要調控其情緒時，可由其專屬的個人化音樂情緒資料庫比對搜尋出該使用者曾經聆聽某些音樂，而使其近似或相同於目前測定的情緒狀態變化至目標情緒，然後由該些音樂訊號MS中挑選出前述的音樂檔案，作為預定播放供使用者聆聽的音樂。

此外，情緒調控系統1a的其它技術特徵可參照情緒調控系統1的相同元件，不再贅述。

另外，請參照圖4所示，其為本發明較佳實施例之一種情緒狀態調控方法的流程示意圖。

情緒狀態調控方法與上述的情緒調控系統1(或1a)配合應用，並可將使用者的生理情緒調控至目標情緒。其中，情緒調控系統1(或1a)已於上述中詳述，不再多作說明。

以情緒狀態調控方法與情緒調控系統1配合為例，如圖1C及圖4所示，情緒狀態調控方法可包括以下步驟：首先，步驟S01為：藉由音樂特徵處理單元31透過一音樂特徵取值法由複數音樂訊號MS中得到複數對應的音樂特徵訊號MCS。本實施例是藉由音樂特徵處理單元31之音樂特徵擷取元件311分別以音樂特徵取值法分析各該些音樂訊號MS而得到對應的複數音樂特徵值。另外，再藉由音樂特徵處理單元31之音樂特徵降維元件312以一音樂特徵降維法由各該些音樂訊號MS的該些音樂特徵值中選取至少一種音樂特徵值而得到音樂訊號MS對應的音樂特徵訊號MCS。

接著，進行步驟S02：藉由音樂情緒分析處理單元32由該些音樂特徵訊號MCS中分析出該些音樂訊號MS的音樂情緒。其中，係藉由音樂情緒分析判斷元件321由該些音樂訊號MS對應的音樂特徵訊號MCS中分析出每一首音樂訊號MS的音樂情緒。每一首音樂訊號MS的音樂情緒可於二維情緒平面上有一對應的位置。

然後，進行步驟S03：由該些音樂訊號MS的音樂情緒中選擇與目標情緒相同之一音樂訊號，並播放給使用者聽。具體而言，當接收目標情緒之一目標情緒訊號後，可先由音樂情緒分析判斷元件321挑選與 使用者選定欲達到之目標情緒相同情緒的樂曲，並產生音樂訊號(例如第一音樂訊號MS1)，並透過音樂輸出單元(圖未顯示)輸出第一音樂訊號MS1至生理情緒處理裝置2，且播放給使用者聽。

接著，再執行步驟S04：感測使用者聆聽該音樂訊號所產生的一生理訊號PS，並由情緒特徵處理單元21依據生理訊號PS輸出一生理特徵訊號PCS。於此，可藉由生理感測單元23感測聆聽第一音樂訊號MS1時該使用者的生理訊號PS，並由情緒特徵處理單元21之生理特徵擷取元件211及生理特徵降維元件212分析此時的生理訊號PS而輸出對應的生理特徵訊號PCS。

接著，進行步驟S05：由生理情緒分析單元22依據生理特徵訊號PCS分析使用者的生理情緒而產生一生理情緒狀態訊號PCSS。其中，係藉由生理情緒分析單元22之生理情緒辨識元件221依據生理特徵訊號PCS分析使用者聆聽第一音樂訊號MS1當下所產生的生理情緒，並產生對應的生理情緒狀態訊號PCSS。此時的生理情緒狀態訊號PCSS包含使用者聆聽第一音樂訊號MS1的生理情緒反應。

然後，進行步驟S06：由音樂情緒分析處理單元32比對生理情緒狀態訊號PCSS及目標情緒之目標情緒訊號。當生理情緒狀態訊號PCSS及目標情緒訊號不符合時(表示兩者的某些參數在特定的容許範圍之外)，表示尚未將使用者的生理情緒調控至目標情緒，則回到步驟S03中，由該些音樂訊號MS的音樂情緒中挑選與目標情緒相同的另一音樂訊號，例如第二音樂訊號MS2，並輸出該第二音樂訊號MS2，再重覆步驟S04至步驟S06的感測生理狀態、分析生理情緒及比對步驟，直到使用者的生理情緒狀態符合目標情緒後，停止調控(步驟S07)。

此外，情緒狀態調控方法的其他技術特徵已於情緒調控系統1(或1a)的說明中詳述，不再贅述。

另外，在另一實施例中，如圖3所示，調控方法更可包括一步驟：由音樂情緒分析處理單元32之音樂情緒分析判斷元件321比對生理情緒狀態訊號PCSS及第一音樂訊號MS1(或第二音樂訊號MS2)對應的音樂特徵訊號MCS且輸出一音樂情緒標註訊號MES，而使用者音樂資料 庫4接收音樂情緒標註訊號MES，藉此可建構該使用者專屬的個人化音樂情緒資料庫。

綜上所述，因本發明之情緒調控系統及其調控方法中，生理情緒處理裝置之情緒特徵處理單元可依據使用者聆聽第一音樂訊號所產生的生理訊號而輸出生理特徵訊號，而生理情緒分析單元依據生理特徵訊號分析使用者的生理情緒並產生生理情緒狀態訊號。另外，音樂情緒處理裝置之音樂特徵處理單元可由複數音樂訊號中得到複數對應的音樂特徵訊號，而音樂情緒分析處理單元由該些音樂特徵訊號中分析出該些音樂訊號的音樂情緒，並依據生理情緒狀態訊號及目標情緒輸出對應的第二音樂訊號至使用者。藉此，使得本發明之情緒調控系統及其調控方法可透過漸進的方式將使用者的生理情緒調控至預設的目標情緒，以促進人類的生理與心理的健康。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

1‧‧‧情緒調控系統

2‧‧‧生理情緒處理裝置

21‧‧‧情緒特徵處理單元

22‧‧‧生理情緒分析單元

23‧‧‧生理感測單元

3‧‧‧音樂情緒處理裝置

31‧‧‧音樂特徵處理單元

32‧‧‧音樂情緒分析處理單元

33‧‧‧音樂訊號輸入單元

MCS‧‧‧音樂特徵訊號

MS‧‧‧音樂訊號

MS1‧‧‧第一音樂訊號

MS2‧‧‧第二音樂訊號

PCS‧‧‧生理特徵訊號

PCSS‧‧‧生理情緒狀態訊號

PS‧‧‧生理訊號

Claims (19)

1. 一種情緒調控系統，其將一使用者的生理情緒調控至一目標情緒，並包括：一生理情緒處理裝置，包含一情緒特徵處理單元及一生理情緒分析單元，該情緒特徵處理單元依據該使用者聆聽一第一音樂訊號所產生的一生理訊號而輸出一生理特徵訊號，該生理情緒分析單元依據該生理特徵訊號分析該使用者的生理情緒並產生一生理情緒狀態訊號，其中該情緒特徵處理單元具有一生理特徵擷取元件及一生理特徵降維元件，該生理特徵擷取元件以一生理特徵取值法分析該生理訊號而得到複數生理特徵值，該生理特徵降維元件以一生理特徵降維法由該些生理特徵值中選取至少一種生理特徵值而輸出該生理特徵訊號；以及一音樂情緒處理裝置，電性連接該生理情緒處理裝置，並包含一音樂特徵處理單元及一音樂情緒分析處理單元，該音樂特徵處理單元由複數音樂訊號中得到複數對應的音樂特徵訊號，該音樂情緒分析處理單元由該些音樂特徵訊號中分析出該些音樂訊號的音樂情緒，其中，當該使用者聆聽該第一音樂訊號所產生的該生理情緒狀態訊號與該目標情緒之一目標情緒訊號不符合時，則該音樂情緒分析處理單元由該些音樂訊號的音樂情緒中挑選與該目標情緒相同的一第二音樂訊號，並輸出該第二音樂訊號至該使用者。
2. 如申請專利範圍第1項所述之情緒調控系統，其中該生理情緒處理裝置及該音樂情緒處理裝置整合成單一構件。
3. 如申請專利範圍第1項所述之情緒調控系統，其中該生理情緒處理裝置更包含一生理感測單元，該生理感測單元感測該使用者聆聽該第一音樂訊號而輸出該生理訊號。
4. 如申請專利範圍第3項所述之情緒調控系統，其中該生理感測單元具有三組光感測組件，該些光感測組件所發出的感測光線為紅光、或紅外光、或綠光。
5. 如申請專利範圍第1項所述之情緒調控系統，其中該生理特徵取值法為一時域特徵值取值法、或一頻域特徵值取值法、或一非線性特徵值取值 法，或其組合。
6. 如申請專利範圍第1項所述之情緒調控系統，其中該生理特徵降維法為一線性識別分析法、或一主成份分析法、或一獨立成份分析法、或一廣義鑑別分析法，或其組合。
7. 如申請專利範圍第1項所述之情緒調控系統，其中該生理情緒分析單元具有一生理情緒辨識元件，該生理情緒辨識元件辨識該生理特徵訊號，並產生該生理情緒狀態訊號。
8. 如申請專利範圍第1項所述之情緒調控系統，其中該音樂特徵處理單元包含一音樂特徵擷取元件及一音樂特徵降維元件，該音樂特徵擷取元件分別以一音樂特徵取值法分析各該些音樂訊號而得到複數對應的音樂特徵值，該音樂特徵降維元件以一音樂特徵降維法由各該些音樂訊號的該些音樂特徵值中選取至少一種音樂特徵值而得到對應的各該些音樂特徵訊號。
9. 如申請專利範圍第8項所述之情緒調控系統，其中該音樂特徵取值法為一音色特徵值取值法、或一音高特徵值取值法、或一節奏特徵值取值法、或一力度特徵值取值法，或其組合。
10. 如申請專利範圍第9項所述之情緒調控系統，其中該音色特徵值取值法選自明亮度特徵、頻譜滑動特徵及梅爾倒頻譜係數特徵中的至少一種。
11. 如申請專利範圍第9項所述之情緒調控系統，其中該音高特徵值取值方法選自調式特徵、和聲特徵及音高特徵中的至少一種。
12. 如申請專利範圍第9項所述之情緒調控系統，其中該節奏特徵值取值方法選自音樂速度特徵、節奏變異特徵及銜接中的至少一種。
13. 如申請專利範圍第9項所述之情緒調控系統，其中該力度特徵值取值方法選自平均響度特徵、響度變異特徵及響度範圍特徵中的至少一種。
14. 如申請專利範圍第1項所述之情緒調控系統，其中該音樂情緒分析處理單元具有一個人生理情緒儲存元件及一音樂情緒分析判斷元件，該個人生理情緒儲存元件接收該生理情緒狀態訊號，並儲存該生理情緒狀態訊號與該第一音樂訊號的對應關係，該音樂情緒分析判斷元件由該些音樂特徵訊號中分析出該些音樂訊號的音樂情緒，並比對該生理 情緒狀態訊號及該目標情緒之該目標情緒訊號而輸出該第二音樂訊號。
15. 如申請專利範圍第14項所述之情緒調控系統，更包括：一使用者音樂資料庫，電性連接該音樂情緒分析判斷元件，該音樂情緒分析判斷元件更比對該生理情緒狀態訊號及該第一音樂訊號對應的該音樂特徵訊號且輸出一音樂情緒標註訊號，該使用者音樂資料庫接收該音樂情緒標註訊號，以建構該使用者的個人化音樂情緒資料庫。
16. 一種情緒狀態調控方法，與一情緒調控系統配合，並可將一使用者的生理情緒調控至一目標情緒，該情緒調控系統包含一生理情緒處理裝置及一音樂情緒處理裝置，該生理情緒處理裝置具有一情緒特徵處理單元及一生理情緒分析單元，該情緒特徵處理單元具有一生理特徵擷取元件及一生理特徵降維元件，該音樂情緒處理裝置具有一音樂特徵處理單元及一音樂情緒分析處理單元，該調控方法包括以下步驟：藉由該音樂特徵處理單元透過一音樂特徵取值法由複數音樂訊號中得到複數對應的音樂特徵訊號；藉由該音樂情緒分析處理單元由該些音樂特徵訊號中分析出該些音樂訊號的音樂情緒；由該些音樂訊號的音樂情緒中選擇與該目標情緒相同之一第一音樂訊號，並輸出該第一音樂訊號；感測該使用者聆聽該第一音樂訊號所產生的一生理訊號，並由該情緒特徵處理單元依據該生理訊號輸出一生理特徵訊號，其中該生理特徵擷取元件以一生理特徵取值法分析該生理訊號而得到複數生理特徵值，該生理特徵降維元件以一生理特徵降維法由該些生理特徵值中選取至少一種生理特徵值而輸出該生理特徵訊號；由該生理情緒分析單元依據該生理特徵訊號分析該使用者的生理情緒而產生一生理情緒狀態訊號；由該音樂情緒分析處理單元比對該生理情緒狀態訊號及該目標情緒之一目標情緒訊號；以及當該使用者聆聽該第一音樂訊號所產生的該生理情緒狀態訊號與該目 標情緒訊號不符合時，則由該音樂情緒分析處理單元由該些音樂訊號的音樂情緒中挑選與該目標情緒相同的一第二音樂訊號，並輸出該第二音樂訊號至該使用者。
17. 如申請專利範圍第16項所述之調控方法，其中該音樂特徵處理單元包含一音樂特徵擷取元件，該調控方法更包括：由該音樂特徵擷取元件分別以該音樂特徵取值法分析各該些音樂訊號而得到複數對應的音樂特徵值。
18. 如申請專利範圍第16項所述之調控方法，其中該音樂特徵取值法為一音色特徵值取值法、或一音高特徵值取值法、或一節奏特徵值取值法、或一力度特徵值取值法，或其組合。
19. 如申請專利範圍第18項所述之調控方法，其中該音樂情緒分析處理單元具有一音樂情緒分析判斷元件，該調控方法更包括一步驟：由該音樂情緒分析判斷元件比對該生理情緒狀態訊號及該第一音樂訊號對應的該音樂特徵訊號而輸出一音樂情緒標註訊號，以建構該使用者的個人化音樂情緒資料庫。