用于产生脑电波感应信号的装置和包括此装置的网络系统 【技术领域】
本发明提供了一种用于产生脑电波感应信号的装置以及包括此装置的网络系统，可以通过硬件和软件的组合将几个部件集成成一个部件而缩小装置和系统的规模，并且可以从一个外设接收模拟和数字信号，而且可以根据使用者的特点从一个外部通信网络下载合适的脑电波感应信号而增大信号选择的种类。
背景技术
通常，当人的大脑细胞处理从感官(眼睛、耳朵、鼻子、嘴和皮肤)接收到的信息时，会产生电流。脑电波是通过获得、放大以及记录这样的电流而取得的一种电波。根据大脑的活动从大脑放出不同的电波类型，这是一个非常复杂的信息处理过程。电波类型根据其频率分为alpha、beta、delta和theta波。
通常，频率为8-13Hz地alpha波在人正常稳定的状态下、例如注意、简单学习沉思等的过程中产生。频率为14-30Hz的beta波在增强的大脑活动或者在紧张工作的状态下产生。频率为4-7Hz的theta波在轻微睡眠时产生。而频率小于4Hz的delta波在熟睡时产生，并且由一个外皮本身独立产生。
人脑的脑电波频率趋于对应于或与一个外界激励的频率发生共鸣，这种趋势被称为频率跟随反应(FFR)。脑电波感应信号是一种使用上述FFR原理形成的感应特定脑电波的信号。大多数脑电波感应信号使用光线和声音做为激励。使用一个其中安装了发光二极管(LED)的光学眼镜来提供光线激励，而使用一个耳机来提供声音激励。
常规的用于产生脑电波感应信号的装置都由一个主体、一个光学眼镜以及一个耳机组成，或由一个个人计算机和一个光学眼镜单元组成。由一个主体和一个光学眼镜单元组成的常规装置不能使用其他脑电波感应信号，除非原始安装的脑电波感应信号由装置本身提供。因此，上述装置的问题在于，由于原始提供的信号数量非常有限，对于一个使用者就必须花费大量的时间来适应一个脑电波感应信号，或者使用者干脆就不能适应脑电波感应信号，这样装置就几乎没有用。这种现象是由于各个使用者的脑电波特性是不同的，而且各个使用者对脑电波感应信号的响应程度也是不同的。
此外，为了克服以上问题，还设计了一种装置，其中一个光学眼镜单元连接到一个个人计算机上并且使用，以便简化一个脑电波感应信号发生装置的结构并对使用者提供各种脑电波感应信号。但是，此装置的问题在于，如果个人计算机不能使用，脑电波感应信号发生装置也不能使用。
【发明内容】
因此，本发明是为了克服以上现有技术中的问题，并且本发明的一个目的是提供一种用于产生脑电波感应信号的装置，通过组合简单的硬件和软件将几个部件集成为一个部件而可以使装置的结构小型化，而且此装置可以从一个外设接收数字信号和模拟信号，并且可以根据使用者的特点通过从一个外部通信网络下载适当的脑电波感应信号而增大信号选择的种类。
本发明的另一个目的是提供一种下载脑电波感应信号文档的方法以及一个网络系统，这样可以使用具有一个预定通信程序从而与具有浏览器的一个客户机可以通信的脑电波感应信号发生装置从一个网络上的网络服务器下载一个所需模式的脑电波感应信号文档。
根据本发明的一个方面，以上和其他目的是这样实现的：提供一种用于产生脑电波感应信号的装置，包括：一个系统控制器；一个用于从外设接收数字信号的数据输入/输出端口；以及一个用于在系统控制器的控制之下产生一个声音信号和一个发光信号的脑电波感应信号发生单元。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于产生脑电波感应信号的装置，包括：一个系统控制器；一个由一个用于从外部接收模拟和数字信号的单一端口构成的数据输入/输出端口；用于分离模拟和数字信号的信号分离装置；以及一个用于在系统控制器的控制下产生一个声音信号和一个发光信号的脑电波感应信号发生单元。
【附图说明】
通过结合附图，从以下的详细描述中可以更好地理解本发明的以上和其他目的、特征以及其他优点，其中：
图1是根据本发明的第一实施例用于产生脑电波感应信号的笫一装置的一个方框图；
图2是根据本发明的第二实施例用于产生脑电波感应信号的第二装置的一个方框图；
图3是一个用于本发明的脑电波感应信号发生装置中的外部连接件的视图；
图4是一个包括在图2中的脑电波感应信号发生装置中的信号分离装置的电路图；
图5A和5B分别是根据本发明的优选实施例的第一和第二正弦波发生电路的电路图，其中L表示左而R表示右；
图6A和6B分别表示第一正弦波以及经过滤波的第二正弦波；
图7是根据本发明的一个优选实施例的音量控制器的电路图；
图8是本发明的一个优选实施例的发光信号控制器；
图9示出本发明的脑电波感应信号文档的一个例子；
图10示出从图9的脑电波感应信号文档获得的脑电波感应信号的一个例子；
图11是其中实际采用本发明的脑电波感应信号发生装置的一个光学眼镜的分解立体图；
图12是从一个网络服务器下载一个脑电波感应信号文档的流程图；
图13是本发明的一个网络系统的方框图。
【具体实施方式】
图1是根据本发明的第一实施例用于产生脑电波感应信号的第一装置的一个方框图，而图2是根据本发明的第二实施例的用于产生脑电波感应信号的第二装置的一个方框图。图2的第二实施例与图1的不同之处在于，其中采用一个单独的用于数字/模拟信号的端口做为数据输入/输出装置，而且采用一个信号分离器以分离数字和模拟信号。
以下详细描述本发明第一实施例的脑电波感应信号发生装置，而对于本发明的第二实施例只详细描述信号分离器。在此，在不同的附图中，相同的附图标记表示相同或相似的部件。
本发明的脑电波感应信号发生装置包括一个存储单元25，一个用于不同模式的选择开关单元24，一个系统电源单元22，一个声音信号放大单元15，一个发光装置19，一个输入/输出扩展器21，以及一个用于显示一种选择模式的模式显示装置23，这些都是常规部件。
构成脑电波感应信号发生装置一部分的选择开关单元24包括一个动力开关，一个光线强度控制开关，一个音量控制开关，一个模式转换开关等。
如果从电源开关输入一个电源信号或电源中断信号，系统电源单元22响应于一个系统控制器10的控制信号通过输入/输出扩展器21被控制。
通过调节一个高阶信号的定时可以有效地控制发射出的光线的数量。当一个信号输入到光线强度控制开关时，信号经过输入/输出扩展器21，并且由系统控制器10处理并从此输出，从而获得一个强度受到控制的发光信号。
当一个信号输入到音量控制开关时，信号经过输入/输出扩展器21，并且由系统控制器10处理。因此，系统控制器10输出一个控制信号，用于转换通过模式转换开关选择的脑电波感应信号，以使音量控制器15获得一个预定的强度(音量)。
模式转换开关包括一个脑电波选择模式和一个下载模式。脑电波选择模式是一个用于选择存储在存储单元25中的各种不同脑电波感应信号中所需的一个信号。当用于选择一个特定模式的信号被输入时，此信号经过输入/输出扩展器21，并且由系统控制器10处理。然后，系统控制器10控制脑电波感应信号发生单元14，15和18，从而产生一个发光信号和一个声音信号。
下载模式是一个用于激发一个需要从外界下载一个文档的内部程序的模式。但是，下载模式可以用这样一种方式实现，即在动力供给后立即、或者在从电源供给动力后一个预定时间段之后自动激发内部程序，而不用另外提供。
响应于系统控制器10的一个控制信号通过输入/输出扩展器21，构成选择开关单元24的控制开关的操作状态使用例如有机发光装置的模式显示装置23被显示。
系统控制器10可以通常被用做一个微处理器，并且控制系统电源单元22、输入/输出扩展器21、一个外部接口电路单元11以及产生声音信号和发光信号的脑电波感应信号发生单元14、15和18的操作。附图标记20表示一个主时钟，在此就不再描述。
一个数字数据输入/输出端口13用于从一个外设输入数字信号，或者向一个外设输出数字信号。在这种情况下，外设包括一个计算机。明确的是，一个数字信号源包括存储在数据存储介质中的文档，例如在硬盘、软盘、CD-ROM等中，而且尤其是可以包括通过通信网络例如互连网上下载的文档。
图3是与本发明的一个优选实施例的数据输入/输出端口13联结的一个外部连接件(例如可以使用一个移动电话插座)的示意图。外部连接件包括一个数字信号输入单元3，一个数字信号输出单元2以及接地单元1。对于一个用于移动电话的小型连接件，当连接件连接到数据输入/输出端口13上或者从其上脱开时，输入、输出单元3和2以及接地单元1可以缩短，这样会产生对装置损坏的危险。因此，在信号输入单元3连接到数据输入/输出端口13上之后，系统控制器10最好控制数据输入/输出端口13的一个输出信号使其被激发。
此外，本发明可以包括一个额外的端口12，用于从一个外设接受模拟信号。在这种情况下，模拟信号被传送到声音信号放大单元16并通过一个声音输出端口17被输出。
对于其中一个数据输入/输出端口用做一个输入/输出数字信号和输入模拟信号的单一的端口的第二实施例，连接件可以包括一个接地单元1，一个右路模拟信号输入/数字信号输入单元3，以及一个左路模拟信号输入/数字信号输出单元2。
模拟信号包括从常规的音响设备例如声音部件、盒式磁带录音机、声卡等的输出端输出的信号。
如果想要使数据输入/输出端口用做一个单一的端口，例如在本发明的第二实施例中的情况，就需要图2的一个额外的信号分离装置12’。
信号分离装置12’用于分离从单一的端口13输入的模拟信号和数字信号。信号分离装置12’利用模拟信号和数字信号电特性之间的差别，并且可以利用一个电子电路而简单地使用。
图4示出根据本发明的一个优选实施例用做一个电子电路的信号分离装置12’。
信号分离装置12’是一个模拟信号输入电路，并且最好包括一个捕获小模拟信号的斩波电路单元，一个由电阻和电容组成以避免不必要的噪音的滤波器以及输入阻抗保护电路单元。模拟信号经过模拟信号输入电路并传送到声音信号放大单元16。
数字信号不能经过模拟信号输入电路单元，这样它们经过接口电路11被传送到系统控制器10。
但是，应该注意到以上图4的实施例只是用于描述本发明的一个例子。因此，本领域的普通技术人员可以理解，在不背离本发明范围和实旨的前提下，可以通过不同的电子装置及其组合做出各种变化。
数字信号包括一个从外设输入的任意信号，最好包括用于产生脑电波感应信号的信息(以下称为“信号信息”)。在这种情况下，信号信息最好包括用于发光信号的频率信息、信号强度(亮度)信息等，并且包括用于声音信号的频率信息、信号强度(音量)信息以及音调信息。 发光信号和声音信号都可以被控制成其左路和右路信号同步或不同步。此外，发光信号和声音信号可以被控制成彼此同步或不同步。
信号信息最好具有一种文档的形式，文档可以从硬盘、软盘、CD-ROM或通过包括互连网在内的通信网络的网络服务器提供。客户机可以通过从计算机(包括客户机)下载信号信息并将其存储在存储器25中而使用信号信息。
根据要感应的脑电波的种类，信号信息可以具有各种不同的频率、强度和音调的组合。这种多样性反映出根据想要利用信号信息的人，脑电波特性以及响应于脑电波感应信号的程度是不同的。因此，使用者选择一个适合他自己的信号，然后在一种最优的条件下进行脑电波的感应。
外部接口电路11用于将从数字数据输入/输出端口13输入的数字信号与系统控制器10接口。外部接口电路11不限于此类型，而是可以由一个芯片(例如MAX3221)实现，其中集成有一个常规的电路。
脑电波感应信号发生单元14，15和18包括一个声音信号发生单元和发光信号控制器。
声音信号发生单元没有具体限定；但是，它最好包括正弦波发生单元14，以便从由系统控制器10和音量控制器15输入的数字信号产生一个正弦波，从而将正弦波在系统控制器10的控制下输出，以具有一个预定的音量。
在这种情况下，音量信号是一种声音信号，它由周期脉冲表示，用于感应特定的脑电波，其中声音信号具有一个预定的频率，并且其强度可以调整。这样一个声音信号将在以下描述。
正弦波发生单元14可以由图5A和5B中详细示出的电路实施。根据这些电路，带有图6A的阶梯形状的第一正弦波由图5A的一个转换电路从数字电路提取。阶梯形的正弦波传送到一个图5B的滤波器电路，例如一个Tchebychev滤波器，这样获得图6B的一个完整的第二正弦波。但是，图5A和5B的电路只是用于理解本发明的示例，而且正弦波发生单元14不限于图5A和5B的电路。
然后，由正弦波发生单元14产生的正弦波被输入到音量控制器15。音量控制器15响应于系统控制器10的一个控制信号从正弦波信号产生一个具有预定音量的声音信号。对音量控制的控制信号可以直接由开关24以及系统控制器10输入。但是，在这样一种情况下，可能需要额外的硬件。
图7是音量控制器15的一个优选实施例的详细电路图。音量控制器15具有一个信号转换电路，响应于系统控制器10的控制信号将由正弦波发生单元14产生的正弦波信号转换成一个具有预定强度的声音信号。
从音量控制器15输出的声音信号被声音信号放大单元16放大成具有一个可以听见的强度，并且放大的声音信号通过声音输出端口17被输出。
此外，构成脑电波感应信号发生单元的发光信号控制器18输出一个具有预定频率的发光信号，此信号由系统控制器10产生，作为一个可以由发光装置19识别的信号，其中发光信号控制器18的详细电路如图8所示。
在此情况下，发光信号包括一个具有预定频率并产生周期视觉变化的随机信号。
最好，发光信号包括由一个有机发光装置的周期性开和关状态，并且可以使用高、低信号的调时来调节亮度。发光信号将在以下详细描述。
声音信号和发光信号都独立地包括以下频率中的一个，其中8到13Hz的频率用于感应在一个人例如在注意、简单学习和思考的稳定状态下产生的alpha波，14～30Hz的频率用于感应在增强的大脑活动或在疲劳时产生的beta波，4～7Hz的频率用于感应在轻微睡眠状态下产生的theta波，而低于4Hz的频率用于感应在深度睡眠状态下产生的或由外部皮层本身独立产生的delta波。或者，声音信号和发光信号都可以包括以上频率组中两个或多个频率的组合信号。
图9和图10示出了一个实际存储在存储器中的脑电波感应信号文档。本领域的普通技术人员可以理解，通过本发明的描述可以很容易地改变和修改将在以后描述的文档格式。以下，将参照图9详细描述脑电波文档。
文档包括其格式信息VER，一个序列号SNO，一个脑电波感应信号的名称NAM，一个脑电波感应信号的描述DES，以及节段信息M01，M02，M03等。
所示的节段信息包含关于一个单独的节段的时间信息，一个代表一个循环的前半段与一个循环的比率(由1～9表示)的用率循环，光线强度(由整数-3～3表示)，一个代表声音强度(由整数-3～3表示)的音量，一个用于确定音调(由整数0～14表示)的正弦表数字，一个用于确定在一个循环的第一段和第二段的过程中声音和光线的开/关状态的相位，在一个节段的开始的初始频率信息，以及在一个节段结束时的结束频率信息。
如果用率循环的一个值是4，它意味着一个循环的第一段占此循环的40％。此外，在缺省值是0时，如果光线强度和音量的数值都是负数，则意味着光线强度和音量逐渐减少，而如果光线强度和音量的值都是正数，则意味着光线强度和音量逐渐上升。
基于一个正弦表的音调的频率(单位：KHz)可以设置为：
0：163.64，1：174.19，2：192.86，3：216.00，4：245.45，5：257.14，6：300.00，7：337.50，8：360.00，9：385.71，10：415.38，11：450.00，12：490.91，13：540.00，14：600.00，等。
相位由一个8位信号表示，其中前4为代表一个循环的第一段，后4位代表一个循环的第二段。4位中的每一个依次代表左路光线、右路光线、左路声音、右路声音。对于一个节段1，节段1的相位由11110000代表，因此在循环的前半段左、右路光线和声音打开，而在循环的第二段，它们关闭。此外，对于一个节段3，节段3的相位由10100101表示，因此在循环的前半段只有左路光线和左路声音打开，而在循环的后半段只有右路光线和右路声音打开。
节段的初始和结束频率可以由135到约20,000的整数表示。例如，如果系统控制器10将一个用于计算一个脑电波感应信号的循环设置为5400Hz，用于产生一个10Hz的alpha波脑电波感应信号的初始和结束频率都是540Hz(5400/10)。
图11示出一个其中实际应用本发明的脑电波感应信号发生装置的实施例。
脑电波感应信号发生装置具有这样一种结构，即其中一个光学眼镜和一个主体结合成一体。脑电波感应信号发生装置包括一个具有功能选择按钮的壳体，一个设置在壳体中的预定位置处并设有一个可以控制脑电波感应信号输出的电路的控制电路板40，一个可以与外设进行数据交换的数据输入/输出单元13，一个由电连接到控制电路板40上的发光装置19和一个声音信号输出单元17组成的脑电波感应信号输出单元，以及一个电源单元22。
以下将参照上述结构详细描述本发明的优选实施例。
脑电波感应信号发生装置的壳体分为前壳体30和后壳体30，。
前壳体30具有一个盖件27，可以盖住形成在前壳体30的前表面上中的一个开口，此开口用于容纳一个电池。在前壳体30的顶面，设有每个都具有预定形状的多个按钮，其中这些按钮分别对应于包括在一个功能选择开关单元中的一个电源开关24-1，一个光线强度控制开关24-2，一个音量控制开关24-3和一个模式转换开关24-4。此外，在前壳体30的顶面上，设有一个显示目前模式状态的模式显示屏。
可以折叠形成以支承在耳朵上的臂件26设置在后壳体30’的两端。此外，围绕后壳体30’的中心在左、右部分别形成两个开口28。此外，在后壳体30’的后表面上，装有通常的用于保护眼睛的保护玻璃29。
其中装有图2装置的小型电路板40包括上板41和与其垂直的下板42。在上板41上形成有包括在功能选择开关单元24中的电源开关24-1，光线强度控制开关24-2，音量控制开关24-3和模式转换开关24-4，以及一个发光二极管(LED)44。电源单元22设置在下板42的前面上。此外，一个由各种装置组成的用于控制脑电波发生装置操作的控制电路设置在下板42的前、后表面之上。
作为发光装置的一个或多个LED19作为用于输出脑电波感应信号的装置。在下板42的背面设有左、右组LED。此外，作为一个声音输出端口的耳机连接端口17以及一个提供与外设接口的数字数据输入/输出端口13设置在下板42上。
上述实施例的脑电波感应信号发生装置具有多个脑电波模式，它们可以分为以下的模式：
第一模式M1是一个注意力模式，其中感应用于增强在不稳定状态下的注意力的脑电波。
第二模式M2是一个学习模式，其中感应用于保持注意力并激发大脑功能以改进记忆力的脑电波。
第三模式M3是一个语言学习模式，其中用于保持注意力的脑电波脑电波与用于语言学习的教学材料的声音输出信号一起被输出，并由一个外设接收。
第四模式M4是一个休息模式，其中感应用于平静人的情绪并减少疲劳感的脑电波信号。
第五模式M5是一个沉思模式，其中感应用于平静人的情绪并提供心灵净化感觉的脑电波。
第六模式M6是一个活力模式，其中感应用于减少紧张和压力感觉的脑电波。
第七模式M7是一个睡眠模式，其中感应用于使使用者深度睡眠的脑电波。
以上M1-M7的脑电波只是示例性的，本领域的普通技术人员可以很容易地对其进行修改和改动。
参照以上节段信息，光线激励由设置在左、右部分的四个LED19产生，并通过使用者操纵开关24-2被控制成分七个步骤进行亮度变化。系统控制器10根据脑电波感应信号的特点控制光线的亮度和开/关频率，这样使具有一个特定频率的光线激励(例如红色)可以被输出。
声音激励由左和右耳机产生，并且通过使用者操纵开关24-3被分七个步骤控制。根据脑电波感应信号的特点系统控制器10使用一种数字方法产生一个具有特定频率的声音信号(声频信号)。声音信号通过正弦波发生单元14、音量控制器15和声音信号放大单元16输出到耳机。在这种情况下，根据由系统控制器10产生的声音信号的特点确定音调，并且音调被分类成七个步骤并输出。音调预定作为脑电波感应信号的一个特点，并且以可变化的方式提供。此外，音调根据使用者的喜好来选择。
此外，本发明提供了一种从网络服务器下载具有所需要模式的脑电波感应信号文档的方法。这样一种下载方法在图12中描述。
即，本发明的下载方法包括以下步骤：
(a)在步骤101一个客户机从网络服务器请求访问；
(b)在步骤102网络服务器批准访问请求；
(c)在步骤103客户机请求网络服务器传送一个特定的脑电波感应信号文档；
(d)在步骤104网络服务器向客户机传送请求的脑电波感应信号文档；
(e)在步骤105驱动客户机的一个浏览器，并将一个存储的脑电波感应信号传送给脑电波感应信号发生装置。
在上述方法中，客户机与网络服务器之间的通信可以通过一种常规通信协议取得，并且包括一种典型的访问方法和下载方法。因此，使用者通过输入网络服务器的URL地址请求访问网络服务器。此外，根据不同情况在进行使用者认证以后，网络服务器同意客户机的访问。
如图13所示，一个网络服务器300存储具有图9数据库(DB)形式的各种脑电波感应信号文档，并且通过网络服务器300的一个主页向获得认证的使用者提供各种脑电波感应信号。
脑电波感应信号发生装置100具有一个程序，在客户机200访问网络服务器300并下载所需的文档之后，需要此程序将所需的文档储存在一个内存中。
当使用者访问网络服务器300并想要下载具有一种所需模式的脑电波感应信号文档时，使用者将脑电波感应信号发生装置的模式转换开关转换成下载模式，并且然后执行所述的程序，这样完成下载准备。然后，使用者通过访问一个相应的网址下载所需的脑电波感应信号文档，运行客户机200的浏览器，与脑电波感应信号发生装置100通信，并将下载的文档储存在存储器中。
在本发明的优选实施例中，一个直径为2.5mm的插口用做一个优选的实际装置，用于与其中安装脑电波感应信号发生装置100和客户机200的计算机相连通。此外，插口是一个与计算机的串行端口连接的端口，以与计算机接口。如上所述，端口还可以被设置成使一个脑电波感应信号的输入端口和另一个装置的声音输出端被组合使用、例如用于学习模式的输入端口，以及用于从客户机200下载脑电波感应信号的输入端口。
如上所述，本发明提供了一种用于产生脑电波感应信号的装置以及包括此装置的网络系统，可以通过简单的硬件和软件的组合将几个部件集成成一个部件而缩小装置和系统的规模，并且可以从一个外设接收模拟和数字信号。此外，本发明的优点在于，它可以根据使用者的特点从一个外部通信网络下载合适的脑电波感应信号而增大信号选择的种类。
尽管为了示例的目的公开了本发明的优选实施例，但本领域的普通技术人员可以理解，在不脱离本发明范围和实旨的前提下，可以对本发明进行各种修改、增加和变化。