專利名稱：聲音生成方法,計算機可讀存儲介質(zhì),獨立聲音生成和回放裝置,以及保持網(wǎng)絡(luò)通信聯(lián)絡(luò) ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用具有混沌和/或分形特征的基礎(chǔ)信息生成具有上述特征的聲音的聲音生成方法。按上述方式生成的聲音對我們?nèi)祟惐３趾玫慕】禒顟B(tài)是有益的。
同時，本發(fā)明涉及其上存儲有基于上述聲音生成方法的聲音生成程序的計算機可讀存儲介質(zhì)，并且涉及獨立聲音生成和回放裝置以及保持網(wǎng)絡(luò)通信聯(lián)絡(luò)的聲音生成和回放系統(tǒng)，它們能夠生成適合上述目的的聲音。
背景技術(shù)：
就常規(guī)聲音生成方法而言，存在大量具有“治療”主題的音樂(即，治療音樂)的光盤。例如，作曲家和編曲家意圖使用α波音樂引發(fā)收聽者的α腦波，并且有治療聲音，治療聲音為記錄的自然聲音。
另一方面，以混沌理論為基礎(chǔ)，利用非線性處理來處理生命體的信號的非線性處理方法近來引起我們的注意。公開了用于診斷健康狀態(tài)的技術(shù)，其中確定脈波和心跳是否為滿足混沌條件的信號(例如，參見日本公開專利出版號H4(1992)-208136(第2頁至第8頁))。該技術(shù)使用以下知識，作為來自健康生命體的信號的脈波和心跳具有混沌特征。通常，混沌數(shù)據(jù)滿足以下條件，分形維為非整數(shù)，并且最大李雅譜諾夫數(shù)為正。另外，作為客觀診斷人的精神狀態(tài)和身體狀態(tài)的技術(shù)，公開了使用混沌吸引子和李雅譜諾夫指數(shù)的技術(shù)(例如，參見日本公開專利出版號H6(1994)-54813(第2頁至第6頁))。
作為定量評價人的精神狀態(tài)和身體狀態(tài)的方法，有腦波分析。通常，當(dāng)人放松時，α波出現(xiàn)，當(dāng)人興奮時，β波出現(xiàn)。就評價人的精神狀態(tài)而言，公開了通過確定兩種腦波波段的平均功率值并計算功率值的比值來評價精神狀態(tài)的技術(shù)(例如，參見日本公開專利出版號2002-577(第3頁至第5頁，圖5)。
然而，由于常規(guī)聲音生成方法生成的聲音是由作曲家和編曲家控制的，所以不能以具有混沌特征的基礎(chǔ)信息為基礎(chǔ)生成聲音，其中基礎(chǔ)信息如來自獨立生命體的生理信息。
本發(fā)明的目的在于提供使用具有混沌和/或分形特征的基礎(chǔ)信息的聲音生成方法。在該方法中，把基礎(chǔ)信息轉(zhuǎn)換為可計算的數(shù)據(jù)，然后量化混沌和/或分形的特征，對量化特征應(yīng)用聲音生成規(guī)則以生成聲音。
另外，本發(fā)明的另一個目的在于提供一種聲音生成方法，該方法通過反饋所生成的聲音的評價結(jié)果，把生成的聲音修改為更舒適的聲音。
同時，本發(fā)明的另一個目的在于其上存儲有基于上述聲音生成方法的聲音生成程序的計算機可讀介質(zhì)，提供獨立聲音生成和回放裝置以及保持網(wǎng)絡(luò)通信聯(lián)絡(luò)的聲音生成和回放系統(tǒng)，它們測量提供信息的人的生理信號并播放生成的聲音。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明描述如下。
1.一種聲音生成方法，包括基礎(chǔ)信息轉(zhuǎn)換過程，把具有混沌特征的基礎(chǔ)信息轉(zhuǎn)換為能夠進(jìn)行數(shù)值運算的數(shù)據(jù)；混沌空間生成過程，通過以基礎(chǔ)信息轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)計算混沌吸引子，生成混沌空間；以及聲音生成過程，依照預(yù)定的聲音生成規(guī)則，根據(jù)混沌空間生成過程生成的混沌空間中的該數(shù)據(jù)，生成聲音文件。
2.一種聲音生成方法，包括基礎(chǔ)信息轉(zhuǎn)換過程，把具有分形特征的基礎(chǔ)信息轉(zhuǎn)換為能夠進(jìn)行數(shù)值運算的數(shù)據(jù)；分形空間生成過程，通過以基礎(chǔ)信息轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)抽取分形特征，生成分形空間；以及聲音生成過程，依照預(yù)定的聲音生成規(guī)則，根據(jù)分形空間生成過程生成的分形空間，生成聲音文件。
3.一種聲音生成方法，包括生理信號轉(zhuǎn)換過程，把根據(jù)各個信息提供者的信息按時間順序生成的信號轉(zhuǎn)換為能夠進(jìn)行數(shù)值運算的數(shù)據(jù)；混沌空間生成過程，通過以生理信號轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)計算混沌吸引子，生成混沌空間；以及聲音生成過程，依照預(yù)定的聲音生成規(guī)則，根據(jù)混沌空間生成過程生成的混沌空間中的數(shù)據(jù)，生成適合于信息提供者的聲音文件。
4.一種聲音生成方法，包括生理信號轉(zhuǎn)換過程，把根據(jù)各個信息提供者的信息按時間順序生成的信號轉(zhuǎn)換為能夠進(jìn)行數(shù)值運算的數(shù)據(jù)；分形空間生成過程，通過以生理信號轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)抽取自相似特征，生成分形空間；以及聲音生成過程，依照預(yù)定的聲音生成規(guī)則，根據(jù)分形空間生成過程生成的分形空間，生成適合于信息提供者的聲音文件。
5.上述第3條描述的聲音生成方法，其中生理信號轉(zhuǎn)換過程包括生理信號測量過程，測量生理信號；頻率分析過程，計算生理信號測量過程測量的生理信號數(shù)據(jù)，作為眾多頻帶的數(shù)值數(shù)據(jù)；以及聲音生成過程，該過程以頻率分析過程為基礎(chǔ)，與每個信息提供者的生命體的神經(jīng)描述特征相對應(yīng)。
6.上述第4條描述的聲音生成方法，其中生理信號轉(zhuǎn)換過程包括生理信號測量過程，測量生理信號；頻率分析過程，計算生理信號測量過程測量的生理信號數(shù)據(jù)，作為眾多頻帶的數(shù)值數(shù)據(jù)；以及聲音生成過程，該過程以頻率分析過程為基礎(chǔ)，與每個信息提供者的生命體的神經(jīng)描述特征相對應(yīng)。
7.上述第3條描述的聲音生成方法，其中混沌空間生成過程包括狀態(tài)評價過程，通過比較頻率分析過程根據(jù)每個信息提供者的生命體的神經(jīng)描述特征計算的數(shù)值數(shù)據(jù)，評價信息提供者的精神和身體狀態(tài)；以及截面變更過程，變更穿過混沌吸引子的平面，混沌吸引子與狀態(tài)評價過程的評價一致。
8.上述第4條描述的聲音生成方法，其中分形空間生成過程包括狀態(tài)評價過程，通過比較頻率分析過程根據(jù)每個信息提供者的生命體的神經(jīng)描述特征計算的數(shù)值數(shù)據(jù)，評價信息提供者的精神和身體狀態(tài)；以及縮放比例寬度修改過程，修改縮放比例寬度以抽取與狀態(tài)評價過程的評價一致的分形特征。
9.上述第3條描述的聲音生成方法，其中聲音生成過程包括狀態(tài)輸入過程，該過程具有能夠與提供生理信號的信息提供者通信的接口，以輸入用于聲音生成的狀態(tài)；以及生成規(guī)則設(shè)置過程，依照狀態(tài)輸入過程輸入的狀態(tài)，設(shè)置聲音生成規(guī)則，所以聲音生成過程依照生成規(guī)則設(shè)置過程設(shè)置的生成規(guī)則，生成聲音文件。
10.上述第4條描述的聲音生成方法，其中聲音生成過程包括狀態(tài)輸入過程，該過程具有能夠與提供生理信號的信息提供者通信的接口，以輸入用于聲音生成的狀態(tài)；以及生成規(guī)則設(shè)置過程，依照狀態(tài)輸入過程輸入的狀態(tài)，設(shè)置聲音生成規(guī)則，所以聲音生成過程依照生成規(guī)則設(shè)置過程設(shè)置的生成規(guī)則，生成聲音文件。
11.上述第7條描述的聲音生成方法，其中狀態(tài)評價過程利用腦波中α波出現(xiàn)的比值，評價精神和身體狀態(tài)。
12.上述第8條描述的聲音生成方法，其中狀態(tài)評價過程利用腦波中α波出現(xiàn)的比值，評價精神和身體狀態(tài)。
13.上述第3條至第10條中的任意一條描述的聲音生成方法，其中使用脈波，心電圖，腦波，肌動電流圖和呼吸中的至少一種作為生理信號。
14.用于存儲以下程序的計算機可讀存儲介質(zhì)，該程序在計算機上執(zhí)行上述第1條至第12條描述的聲音生成方法中的至少一種方法。
15.用于存儲以下程序的計算機可讀存儲介質(zhì)，該程序在計算機上執(zhí)行上述第13條描述的聲音生成方法。
16.獨立聲音生成和回放裝置，包括用于測量生理信號的裝置；用于執(zhí)行上述第1條至第12條描述的聲音生成方法中的至少一種方法的計算機；用于播放聲音生成方法生成的聲音的裝置；以及用于測量每個信息提供者的狀態(tài)的裝置，其中信息提供者提供生理信號并收聽聲音。
17.獨立聲音生成和回放裝置，包括用于測量生理信號的裝置；用于執(zhí)行上述第13條描述的聲音生成方法的計算機；用于播放聲音生成方法生成的聲音的裝置；以及用于測量每個信息提供者的狀態(tài)的裝置，其中信息提供者提供生理信號并收聽聲音。
18.保持網(wǎng)絡(luò)通信聯(lián)絡(luò)的聲音生成和回放系統(tǒng)，包括用于執(zhí)行上述第1條至第12條描述的聲音生成方法中的至少一種方法的服務(wù)器計算機；以及供遠(yuǎn)程計算機執(zhí)行的裝置，遠(yuǎn)程計算機通過計算機網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器計算機相連，該裝置包括用于測量聲音生成方法所需的生理信號的裝置和用于播放聲音的裝置。
19.保持網(wǎng)絡(luò)通信聯(lián)絡(luò)的聲音生成和回放系統(tǒng)，包括用于執(zhí)行上述第13條描述的聲音生成方法的服務(wù)器計算機；以及供遠(yuǎn)程計算機執(zhí)行的裝置，遠(yuǎn)程計算機通過計算機網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器計算機相連，該裝置包括用于測量聲音生成方法所需的生理信號的裝置和用于播放聲音的裝置。
本發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明的聲音生成方法，以具有混沌和/或分形的基礎(chǔ)信息為基礎(chǔ)，通過把基礎(chǔ)信息轉(zhuǎn)換為能夠進(jìn)行數(shù)值運算的數(shù)據(jù)，通過計算基礎(chǔ)信息的混沌和/或分形特征，并對該計算獲得的混沌和/或分形數(shù)據(jù)應(yīng)用生成規(guī)則，生成聲音。
根據(jù)本發(fā)明的聲音生成方法，在測量信息提供者的脈波和腦波時，通過變更穿過混沌吸引子的平面，通過修改縮放比例寬度抽取分形特征，生成聲音以便更有效地使信息提供者平靜下來。
如果聲音生成規(guī)則是通過與信息提供者的交互而修改的，則生成的聲音能夠為信息提供者提供更放松的效果。
另外，如果使用生理信息作為生成聲音文件的基礎(chǔ)信息，則可以生成適合提供生理信息的個體的聲音。例如，如果生理信息是在個體感到滿意舒適的時候取得的，則可以以該生理信息為基礎(chǔ)生成聲音，以改善他或她的健康狀況或心情，特別是在他或她的健康狀況惡化或心情沮喪時。例如，為了使嬰兒平靜下來，使嬰兒收聽其出生前在母親的子宮中習(xí)慣聽到的聲音，通過收聽對個體有特效的聲音，可以對個體進(jìn)行治療或激勵。該方法與僅僅使個體收聽通常稱為治療聲音的來自大自然的聲音有本質(zhì)不同。
利用分類為頻帶的生理信號數(shù)據(jù)來評價精神和身體狀態(tài)。通過重復(fù)修改和評價截面和縮放比例寬度，使最后的評價值收斂，從而達(dá)到更好狀態(tài)或最佳狀態(tài)。
根據(jù)其上存儲有執(zhí)行聲音生成方法的軟件程序的計算機可讀存儲介質(zhì)，可以執(zhí)行上述聲音生成方法以生成聲音。
根據(jù)獨立聲音生成和回放裝置，可以把上述聲音生成方法包含到單一裝置內(nèi)，以生成聲音。
根據(jù)保持網(wǎng)絡(luò)通信聯(lián)絡(luò)的聲音生成和回放系統(tǒng)，可以在服務(wù)器計算機上執(zhí)行上述聲音生成方法，以便以遠(yuǎn)程計算機測量的生理信號為基礎(chǔ)生成聲音。


圖1表示根據(jù)本發(fā)明的聲音生成方法的全部組成部分，該方法根據(jù)具有混沌特征的基礎(chǔ)信息生成聲音。
圖2表示根據(jù)本發(fā)明的聲音生成方法的全部組成部分，該方法根據(jù)具有分形特征的基礎(chǔ)信息生成聲音。
圖3表示獨立聲音生成和回放裝置的構(gòu)造。
圖4表示保持網(wǎng)絡(luò)通信聯(lián)絡(luò)的聲音生成和回放系統(tǒng)的構(gòu)造。
圖5是測量的脈波的曲線圖。
圖6是測量的脈波的另一個曲線圖。
圖7是計算的混沌吸引子的三維曲線圖。
圖8是計算的混沌吸引子的另一個三維曲線圖。
圖9是一個示意圖，表示截面上的繪圖。
圖10是一個曲線圖，表示例如在脈波數(shù)據(jù)上執(zhí)行的分形特征抽取過程中的縮放比例轉(zhuǎn)換。
圖11圖另一個曲線圖，表示例如在脈波數(shù)據(jù)上執(zhí)行的分形特征抽取過程中的縮放比例轉(zhuǎn)換。
圖12是又一個曲線圖，表示例如在脈波數(shù)據(jù)上執(zhí)行的分形特征抽取過程中的縮放比例轉(zhuǎn)換。
圖13是曲線圖，表示例如在脈波數(shù)據(jù)上執(zhí)行的分形特征抽取過程中的縮放比例轉(zhuǎn)換。
圖14(a)是另一個曲線圖，表示例如在脈波數(shù)據(jù)上執(zhí)行的分形特征抽取過程中的縮放比例轉(zhuǎn)換，圖14(b)是圖14(a)中的一部分的放大。
圖15(a)是圖14(b)中的部分曲線圖的放大，表示在脈波數(shù)據(jù)上執(zhí)行的分形特征抽取過程中的縮放比例轉(zhuǎn)換，圖15(b)是圖15(a)中的一部分的放大。
圖16(a)是脈波的曲線圖，圖16(b)是利用脈波曲線圖的縮放比例轉(zhuǎn)換計算的混沌吸引子的三維曲線圖。
圖17(a)是脈波的曲線圖，圖17(b)是利用脈波曲線圖的縮放比例轉(zhuǎn)換計算的混沌吸引子的三維曲線圖。
圖18(a)是脈波的曲線圖，圖18(b)是利用脈波曲線圖的縮放比例轉(zhuǎn)換計算的混沌吸引子的三維曲線圖。
圖19(a)至(c)是混沌吸引子的三維曲線圖，其中每個混沌吸引子都是根據(jù)按比例轉(zhuǎn)換的脈波數(shù)據(jù)計算的，這些曲線圖代表圖16(b)，圖17(b)和圖18(b)。
圖20是從例如脈波數(shù)據(jù)之類的基礎(chǔ)信息中直接抽取的分形特征的曲線圖。圖20(a)是按時間順序排列的脈波數(shù)據(jù)的曲線圖，圖20(b)是|ti-ti±k|＝0.5秒時的數(shù)據(jù)的曲線圖。
圖21是從例如脈波數(shù)據(jù)之類的基礎(chǔ)信息中直接抽取的分形特征的曲線圖。圖21(a)是|ti-ti±k|＝0.05秒時的據(jù)的曲線圖，圖21(b)是|ti-ti±k|＝0.005秒時的數(shù)據(jù)的曲線圖。
圖22是一個示意圖，表示用于測量從例如脈波數(shù)據(jù)之類的基礎(chǔ)信息中直接抽取分形特征的過程中的特征抽取的方法。
圖23是一個示意圖，表示根據(jù)本發(fā)明的截面學(xué)習(xí)過程的全部組成部分。
圖24是一個流程圖，表示根據(jù)本發(fā)明的截面學(xué)習(xí)過程。
圖25是一個示意圖，表示根據(jù)本發(fā)明的縮放比例寬度學(xué)習(xí)過程的全部組成部分。
圖26是一個流程圖，表示縮放比例寬度學(xué)習(xí)過程。
圖27是一個示意圖，表示執(zhí)行腦電掃記的環(huán)境。
圖28是一個示意圖，表示從上面觀察的電極的位置，其中位置符合EEG放置的國際10/20標(biāo)準(zhǔn)。
圖29是一個示意圖，表示從正面觀察到的相同電極的位置，其中位置符合EEG放置的國際10/20標(biāo)準(zhǔn)。
圖30是一個示意圖，表示根據(jù)本發(fā)明的生成規(guī)則學(xué)習(xí)過程的全部組成部分。
圖31是一個流程圖，表示根據(jù)本發(fā)明的聲音生成規(guī)則學(xué)習(xí)過程，用于根據(jù)具有混沌特征的基礎(chǔ)信息生成聲音。
圖32是一個流程圖，表示根據(jù)本發(fā)明的聲音生成規(guī)則學(xué)寫過程，用于根據(jù)具有分形特征的基礎(chǔ)信息生成聲音。
圖33(a)是一個曲線圖，表示從收聽某種聲音的人員那里測量的心跳的波動，圖33(b)是一個曲線圖，表示從例如圖33(a)所示的心跳波動之類的生理信號中抽取的神經(jīng)特征的分析結(jié)果。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考附圖敘述根據(jù)本發(fā)明的最佳實施方式。
上述“混沌”系指，即使在確定性系統(tǒng)中其外像也表現(xiàn)出沒有周期性或近似周期性的不規(guī)則作用的特征。同樣，上述“分形”系指包括自相似性。
上述具有混沌和分形特征的“基礎(chǔ)信息”是發(fā)源于生物體、天氣狀況之類的信號。除生理信號外，其他例子為自然界中產(chǎn)生的聲音，如河流的潺潺流水聲，風(fēng)力和/或風(fēng)向的測量數(shù)據(jù)，以及用地震儀測量的震動數(shù)據(jù)。
上述“生理信號”可以是從生命體那里測量的任何信號，并且可以隨意選擇。例子為腦波，從脈動中測量的脈波，表示心跳引起的電勢的按時間順序排列的變化的心電圖，表示肌肉收縮引起的電勢的按時間順序排列的變化的肌動電流圖，以及引起口腔呼吸的壓力或流速變化的呼吸作用。
上述“聲音文件”可以是可再生為聲音的任何數(shù)據(jù)，可以是任意類型的文件格式。例如，可以是對音頻信號采樣所用的PCM(脈沖編碼調(diào)制)格式，可以是用預(yù)定形式列出聲音的頻率和時間間隔的格式。另外，明確采用標(biāo)準(zhǔn)MIDI格式文件(此類聲音文件也稱為MIDI文件或SMF文件)和PCM格式采樣的聲音可以編碼為文件(WAVE文件)。
正如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的生成方法包括基礎(chǔ)信息轉(zhuǎn)換部分1，用于測量具有混沌和分形的基礎(chǔ)信息A，然后轉(zhuǎn)換為用于計算的數(shù)值數(shù)據(jù)；混沌空間生成過程2，通過計算混沌吸引子生成混沌空間；以及聲音生成過程3，通過應(yīng)用聲音生成規(guī)則B生成具有混沌行為的聲音文件C。
基礎(chǔ)信息轉(zhuǎn)換部分1包括基礎(chǔ)信息轉(zhuǎn)換過程，該過程利用信息測量設(shè)備101，把具有混沌和/或分形的基礎(chǔ)信息A轉(zhuǎn)換為數(shù)值數(shù)據(jù)，然后利用測量計算機102，測量其時間序列具有混沌和分形特征的基礎(chǔ)信息A。
正如圖1和圖2所示，本實施方式中的聲音生成方法還包括基礎(chǔ)信息轉(zhuǎn)換部分1，用于把具有混沌和分形的基礎(chǔ)信息A轉(zhuǎn)換為用于計算的數(shù)值數(shù)據(jù)；分形空間生成過程6，通過抽取分形特征生成分形空間；以及聲音生成過程3，通過應(yīng)用聲音生成規(guī)則B，生成具有分形行為的聲音文件C。
一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有根據(jù)本發(fā)明的使用生理信號的聲音生成方法的程序，通過使用生理信號，聲音生成過程中使用的生理信號，以及聲音生成過程生成的聲音文件，使計算機生成聲音。
同樣，根據(jù)本發(fā)明的聲音生成和回放裝置包括測量生理信號，以及采用統(tǒng)一模型或保持網(wǎng)絡(luò)通信聯(lián)絡(luò)的模型回放聲音文件。
正如圖3所示，聲音生成和回放裝置的統(tǒng)一模型包括收聽者狀態(tài)測量部分；生理信號測量部分；以及聲音生成部分和聲音回放部分。
正如圖4所示，聲音生成和回放裝置的網(wǎng)絡(luò)模型包括包含聲音生成部分的服務(wù)器計算機；以及客戶終端，客戶終端為通過網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器計算機相連的遠(yuǎn)程計算機。客戶終端包括收聽者狀態(tài)測量部分；生理信號測量部分以及聲音回放部分。此時，使用該網(wǎng)絡(luò)向服務(wù)器計算機的聲音生成部分傳輸收聽者狀態(tài)測量部分和生理信號測量部分測量的收聽者狀態(tài)和生理信號，或者向客戶終端的聲音回放部分傳輸服務(wù)器計算機的聲音生成部分生成的聲音文件。
上述“收聽者狀態(tài)測量部分”測量截面學(xué)習(xí)過程中使用的收聽者的狀態(tài)?？梢岳萌魏螠y量方法，例如，利用腦電掃記法檢測收聽者狀態(tài)。因此，本實施方式的收聽者狀態(tài)測量部分測量腦波以檢測收聽者狀態(tài)。
上述“生理信號測量部分”測量生理信號。另外，它使用脈波作為生理信號。
上述“聲音生成部分”包括可以執(zhí)行聲音生成方法的計算機，它以收聽者狀態(tài)測量部分檢測的收聽者狀態(tài)和生理信號測量部分測量的生理信號為基礎(chǔ)，生成聲音。
上述“聲音回放部分”包括揚聲器和放大器，用于播放聲音生成部分生成的聲音。
另外，上述“網(wǎng)絡(luò)”可以是任何類型、任何形式的網(wǎng)絡(luò)。
此外，存儲聲音生成方法程序的計算機可讀存儲介質(zhì)與聲音生成和回放裝置，或者使用利用混沌的聲音生成方法，或者使用利用分形的方法。同樣，它們可以包括兩種聲音生成方法，并且可根據(jù)需要選用任意一種方法。另外，可以把上述聲音生成方法生成的聲音文件混合為一個文件。
1.根據(jù)混沌基礎(chǔ)信息生成聲音上述混沌空間生成過程2把測量的其時間序列具有混沌特征的基礎(chǔ)信息A看作一維時間序列數(shù)據(jù)，并將其定義為x(t)。這里，t代表時間的流逝。作為測量的其時間序列具有混沌特征的基礎(chǔ)信息A的例子，圖5和圖6分別表示脈波的曲線圖。
混沌吸引子計算部分201通過使用兩個指定參數(shù)，時延τ(秒)和內(nèi)嵌維數(shù)m(維數(shù))，計算混沌吸引子，從而混沌吸引子變?yōu)閙維的多元數(shù)據(jù)。方程1定義混沌吸引子。對于測量的脈波，施加0.1秒的時延和維數(shù)為3的內(nèi)嵌維數(shù)。圖7和圖8表示利用方程1計算的混沌吸引子的三維曲線圖的例子。
vt＝{x(t)，x(t+τ)，...，x(t+(m-1)τ)}方程1通過對計算的混沌吸引子應(yīng)用龐加萊映射，截面構(gòu)造部分202計算混沌周期內(nèi)的微小偏差。計算過程沿預(yù)定平面切斷混沌吸引子的解軌道，在標(biāo)繪在截面(龐加萊截面)內(nèi)的(m-1)維數(shù)內(nèi)查找點序列p(i)。這里，i是給每個交點集分配的序時號。
參考點設(shè)置部分203在截面上的預(yù)定位置設(shè)置參考點pb?？梢园褏⒖键cpb放置在任意指定位置，以確定混沌吸引子與該截面的交點的矢量。
聲音生成過程3的規(guī)則應(yīng)用部分301計算參考點pb的位置矢量pb與點序列p(i)的位置矢量p(i)之間的差P(i)，其中點序列p(i)是該截面中的混沌吸引子的交點。正如圖9所示，差是參考點pb與該截面上的交點p(1)到p(5)中的每個交點之間的矢量P(i)。
通過把矢量P(i)組合為聲音生成規(guī)則B，生成聲音。在聲音生成過程中，利用高度n，長度l和強度v，確定最小單位(音素)，把根據(jù)m維的混沌吸引子生成的聲音組成至少m個音素的和音序列。例如，通過應(yīng)用以下變換方程2至5，根據(jù)龐加萊截面中的點序列p(i)的矢量P(i)，確定聲音生成規(guī)則B。
方程2Sk(i)＝(nk，lK，vk)方程3
方程4lk＝γ(p(i-1))方程5vk=|p→(i)|]]>這里，Sk(i)中的i是信道k中的音素的序數(shù)，m(a，b)代表音階元素，a是八音度高度，b是音階數(shù)。R代表所選音階中的音素數(shù)。另外，Pk(i)代表矢量P(i)中第k個元素的值，mod代表余數(shù)運算。
然而，作為聲音生成規(guī)則，也可應(yīng)用與上述規(guī)則不同的規(guī)則。例如，根據(jù)兩個矢量P(i-1)和P(i)計算的偏移角可以作為聲音生成規(guī)則，其中兩個矢量是根據(jù)上次收集的交點和上次之前收集的交點確定的。為此，可以使用根據(jù)參考點和龐加萊截面中的交點確定的諸如長度和角度之類的要素。此外，通過使用上述要素，可以確定演奏效果，如樂器(音調(diào))的類型，編碼行進(jìn)，顫音，滑音和回音，從而生成的聲音能夠獲得更高的心理效果。
2.根據(jù)分形基礎(chǔ)信息生成聲音關(guān)于計算上述分形空間生成過程6，一種方法是每當(dāng)在測量的其時間序列具有分形特征的基礎(chǔ)信息上重復(fù)執(zhí)行縮放比例轉(zhuǎn)換時計算吸引子。另一種方法是直接根據(jù)測量的基礎(chǔ)信息計算分形空間。
分形空間生成過程6把測量的具有時序分形的基礎(chǔ)信息A看作一維時序數(shù)據(jù)，并將其定義為x(t)。這里，t代表時間的流逝。圖10至圖13，以及圖14(a)，圖14(b)，圖15(a)和圖15(b)表示x(t)的兩個例子。圖11至圖13分別表示圖10中的一部分內(nèi)容的放大，圖14(b)，圖15(a)和圖15(b)表示圖14(a)中的一部分內(nèi)容。確定x(t)的方法是，在脈波的曲線圖上執(zhí)行縮放比例轉(zhuǎn)換，然后抽取顯示出自相似性的分形特征，其中曲線圖為測量的其時間序列具有分形特征的基礎(chǔ)信息A的例子。
例如，圖13表示在利用脈波傳感器連續(xù)測量4秒獲得的體積掃記圖的五分之一(0.8秒)的時序數(shù)據(jù)上，沿時序方向以5倍放大比例放大兩次的結(jié)果。圖16至圖19分別表示方程1利用(a)時間序列圖中的脈波計算的(b)吸引子的三維曲線圖。按上述方式獲得的三個吸引子空間與應(yīng)用上述聲音轉(zhuǎn)換規(guī)則的聲音序列混合，由此生成以具有分形的基礎(chǔ)信息為基礎(chǔ)的聲音。
另外，可以把時序數(shù)據(jù)改變引起的復(fù)合形式看作偏移角的改變，所以可以用許多合適比例來觀察偏移角的改變，以便直接從測量的基礎(chǔ)信息中抽取分形特征。
例如，在改變|ti-ti±k|的范圍時，通過應(yīng)用圖22描述的偏移角計算方法，在圖20(a)所示的體積掃記圖上測量偏移角的改變θ(t)。在該方法中，把基礎(chǔ)信息中的一個點Pi(ti，y(ti))規(guī)定為某個時限內(nèi)的參考點，利用在上一個周期Pi-k(ti-k，y(ti-k))和下一個周期Pi+k(ti+k，y(ti+k))中確定的兩個點來定義角θ(ti)。
通過使范圍|ti-ti±k|從0.5變?yōu)?.005(秒)，獲得圖20(a)，圖21(a)和圖21(b)所示的偏移角的三種改變θ(t)。利用上述聲音轉(zhuǎn)換規(guī)則中的p(i)替換每個序列θ(t)，以便在與脈搏的節(jié)奏相合時生成一個聲音序列。然后混合按上述方式生成的三個聲音序列，以生成以分形基礎(chǔ)信息為基礎(chǔ)的聲音。
3.截面學(xué)習(xí)正如圖23所示，截面學(xué)習(xí)過程4包括腦波測量部分410，測量信息提供者的腦波；頻率分析部分402，把腦波處理為按頻帶分類的數(shù)值數(shù)據(jù)；腦波評價部分403，比較每個頻帶的數(shù)值數(shù)據(jù)與其他頻帶的數(shù)值數(shù)據(jù)，以評價精神和身體狀態(tài)；以及截面變更部分404，變更穿過與該評價一致的混沌吸引子的平面。
截面學(xué)習(xí)4按照圖24描述的流程圖，播放以基礎(chǔ)信息(如腦波)為基礎(chǔ)生成的聲音，圖24詳細(xì)說明截面學(xué)習(xí)過程。它檢測正在收聽該聲音的收聽者的腦波，評價他或她的狀態(tài)，然后反饋該評價，從而能夠依照評價變更截面。這樣，可以生成更適宜的聲音。
另外，正如圖25所示，本實施方式的縮放比例寬度學(xué)習(xí)7包括腦波測量部分701，測量信息提供者的腦波；頻率分析部分702，把腦波處理為按頻帶分類的數(shù)值數(shù)據(jù)；腦波評價部分703，比較每個頻帶的數(shù)值數(shù)據(jù)與其他頻帶的數(shù)值數(shù)據(jù)，以評價精神和身體狀態(tài)；以及縮放比例寬度修改部分704，根據(jù)評價修改用于抽取分形特征的縮放比例寬度。
4.縮放比例寬度學(xué)習(xí)縮放比例寬度學(xué)習(xí)7按照圖26描述的流程圖，播放以基礎(chǔ)信息(如腦波)為基礎(chǔ)生成的聲音，圖26詳細(xì)說明縮放比例寬度學(xué)習(xí)過程。它檢測正在收聽該聲音的收聽者的腦波，評價他或她的狀態(tài)，然后反饋該評價，從而能夠依照評價變更縮放比例寬度。這樣，可以生成更適宜的聲音。
上述腦波測量部分401和701利用固定在信息提供者的頭部上的不同位置的電極測量腦波，然后將該信息轉(zhuǎn)換為能夠進(jìn)行數(shù)值運算的數(shù)據(jù)。
本實施方式的腦波測量方法符合EEG放置的國際10/20標(biāo)準(zhǔn)，采用12個位置(Fp1，F(xiàn)p2，F(xiàn)7，F(xiàn)8，F(xiàn)z，C3，C4，Pz，T5，T6，O1和O2)放置腦電掃記法用的電極。另外，捕獲體積掃記圖，眼掃記圖和心電圖。
正如圖27所示，該示意圖描述執(zhí)行腦電掃記法的環(huán)境，在測量腦波時，在帶有腦波測量所用電極的測驗對象的前面的預(yù)定位置，安裝用來回放聲音的一組揚聲器。另外，啟動執(zhí)行聲音生成方法的計算機，以生成聲音文件，并利用揚聲器進(jìn)行回放。正如圖28和29所示，根據(jù)EEG放置的國際10/20標(biāo)準(zhǔn)中的電極放置圖，放置電極。
上述頻率分析部分402和702把測量的腦波數(shù)據(jù)分成不同頻帶的δ波(0.5至3Hz)，θ波(3至7Hz)，α波(7至13Hz)，β波(13至30Hz)和γ波(30至40Hz)，通過計算各種波的功率譜，將該信息轉(zhuǎn)換為數(shù)值數(shù)據(jù)。使用數(shù)值數(shù)據(jù)來分析腦波，以推測腦部的狀態(tài)。
上述腦波評價部分403確定由上述分析分類的不同頻帶的數(shù)值數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系，以評價信息提供者是否感到舒適，并且累積評價結(jié)果作為獎勵值。作為平靜的評價尺度，使用各頻帶內(nèi)的不同波與全部波的比值以及表示各頻帶內(nèi)的波的強度的譜值，推測頭部狀態(tài)評價的總趨勢。于是，為提高評價值的截面指定正的獎勵值，為降低評價值的截面指定負(fù)的獎勵值。
同樣，上述腦波評價部分703確定由上述分析分類的不同頻帶的數(shù)值數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系，以評價信息提供者是否感到舒適。作為平靜的評價尺度，使用各頻帶內(nèi)的不同波與全部波的比值以及表示各頻帶內(nèi)的波的強度的譜值，推測頭部狀態(tài)評價的總趨勢。于是，為提高評價值的縮放比例寬度指定正的獎勵值，為降低評價值的縮放比例寬度指定負(fù)的獎勵值。
當(dāng)評價值降低時，上述截面變更部分404考慮用目前累積的獎勵值來更改截面，然后繼續(xù)腦波測量。如果評價值收斂，則認(rèn)為學(xué)習(xí)完成。因此，目前的截面作為腦波測量的最佳截面，并且腦波測量終止。
同樣，當(dāng)評價值降低時，上述縮放比例寬度修改部分704考慮用目前累積的獎勵值來更改縮放比例寬度，然后繼續(xù)腦波測量。如果評價值收斂，則認(rèn)為學(xué)習(xí)完成。因此，目前的縮放比例寬度作為腦波測量的最佳縮放比例寬度，并且腦波測量終止。
正如圖30所示，本實施方式中的生成規(guī)則學(xué)習(xí)5包括用戶輸入部分501，其接口允許系統(tǒng)與信息提供者交互；生成規(guī)則變更部分502，根據(jù)輸入內(nèi)容變更聲音生成規(guī)則B；以及聲音修改部分503，生成與變更一致的聲音。圖31和圖32為流程圖，分別描述生成規(guī)則學(xué)習(xí)過程。正如圖31和圖32所示，依據(jù)生成規(guī)則學(xué)習(xí)5，修改生成的聲音的音調(diào)，音量等。
作為評價收聽者的精神和身體狀態(tài)的手段，除腦波外，其他方法也可以使用脈搏和心跳的生理信號的測量數(shù)據(jù)。此時，同樣觀察頻譜變化，以推測自主神經(jīng)系統(tǒng)的能動性。圖33(a)是一個曲線圖，表示從正在收聽某種聲音的人員那里測量的心跳的波動。當(dāng)他或她正在專心收聽某種聲音時，將波動的頻率成分分成兩組，低頻成分(0.024至0.15Hz)和高頻成分(0.15至0.6Hz)，觀測高頻頻率含量與低頻頻率含量的比值，以測量生命體中的副交感神經(jīng)的能動性與交感神經(jīng)的能動性的比值(該比值也稱為“神經(jīng)描述特征”)。圖33(b)是一個曲線圖，表示從生理信號中抽取的神經(jīng)描述特征的分析結(jié)果，此時，生理信號為圖33(a)所示的心跳波動。當(dāng)難以測量收聽者的腦波時，使用高頻與低頻的比值替換收聽者的平靜的評價值。
上述用戶輸入部分501有一個接口，收聽聲音的信息提供者利用該接口改變演奏樂器，修改音高的范圍與聲音的強度和音長，所以能夠反應(yīng)信息提供者的欣賞能力。
上述生成規(guī)則變更部分502把信息提供者利用該接口所作的變更和修改應(yīng)用到生成規(guī)則上。
上述截面變更部分503依照變更后的生成規(guī)則生成聲音。
正如圖1所示，使用混沌吸引子的聲音生成方法測量信息提供者的基礎(chǔ)信息A，利用基礎(chǔ)信息轉(zhuǎn)換部分1將其轉(zhuǎn)換為能夠進(jìn)行數(shù)值運算的數(shù)據(jù)，然后，混沌空間生成過程2根據(jù)該數(shù)據(jù)計算混沌吸引子。此后，該方法把混沌吸引子傳送到聲音生成過程3，該過程通過應(yīng)用聲音生成規(guī)則B，生成具有混沌行為的聲音文件C。
正如圖2所示，使用分形特征的聲音生成方法測量信息提供者的基礎(chǔ)信息A，利用基礎(chǔ)信息轉(zhuǎn)換部分1將其轉(zhuǎn)換為能夠進(jìn)行數(shù)值運算的數(shù)據(jù)，然后，分形空間生成過程6根據(jù)該數(shù)據(jù)計算分形特征。此后，該方法把分形特征傳送到聲音生成過程3，該過程通過應(yīng)用聲音生成規(guī)則B，生成聲音文件C。
權(quán)利要求
1.一種聲音生成方法，包括基礎(chǔ)信息轉(zhuǎn)換過程，把具有混沌特征的基礎(chǔ)信息轉(zhuǎn)換為能夠進(jìn)行數(shù)值運算的數(shù)據(jù)；混沌空間生成過程，通過以所述基礎(chǔ)信息轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)計算混沌吸引子，生成混沌空間；以及聲音生成過程，依照預(yù)定的聲音生成規(guī)則，根據(jù)所述混沌空間生成過程生成的混沌空間中的該數(shù)據(jù)，生成聲音文件。
2.一種聲音生成方法，包括基礎(chǔ)信息轉(zhuǎn)換過程，把具有分形特征的基礎(chǔ)信息轉(zhuǎn)換為能夠進(jìn)行數(shù)值運算的數(shù)據(jù)；分形空間生成過程，通過以所述基礎(chǔ)信息轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)抽取分形特征，生成分形空間；以及聲音生成過程，依照預(yù)定的聲音生成規(guī)則，根據(jù)所述分形空間生成過程生成的分形空間，生成聲音文件。
3.一種聲音生成方法，包括生理信號轉(zhuǎn)換過程，把根據(jù)各個信息提供者的信息按時間順序生成的信號轉(zhuǎn)換為能夠進(jìn)行數(shù)值運算的數(shù)據(jù)；混沌空間生成過程，通過以所述生理信號轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)計算混沌吸引子，生成混沌空間；以及聲音生成過程，依照預(yù)定的聲音生成規(guī)則，根據(jù)所述混沌空間生成過程生成的混沌空間中的數(shù)據(jù)，生成適合于所述信息提供者的聲音文件。
4.一種聲音生成方法，包括生理信號轉(zhuǎn)換過程，把根據(jù)各個信息提供者的信息按時間順序生成的信號轉(zhuǎn)換為能夠進(jìn)行數(shù)值運算的數(shù)據(jù)；分形空間生成過程，通過以所述生理信號轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)抽取自相似特征，生成分形空間；以及聲音生成過程，依照預(yù)定的聲音生成規(guī)則，根據(jù)所述分形空間生成過程生成的分形空間，生成適合于所述信息提供者的聲音文件。
5.權(quán)利要求3所述的聲音生成方法，其中所述生理信號轉(zhuǎn)換過程包括生理信號測量過程，測量生理信號；頻率分析過程，計算所述生理信號測量過程測量的生理信號數(shù)據(jù)，作為眾多頻帶的數(shù)值數(shù)據(jù)；以及聲音生成過程，該過程以所述頻率分析過程為基礎(chǔ)，與所述每個信息提供者的生命體的神經(jīng)描述特征相對應(yīng)。
6.權(quán)利要求4所述的聲音生成方法，其中所述生理信號轉(zhuǎn)換過程包括生理信號測量過程，測量生理信號；頻率分析過程，計算所述生理信號測量過程測量的生理信號數(shù)據(jù)，作為眾多頻帶的數(shù)值數(shù)據(jù)；以及聲音生成過程，該過程以所述頻率分析過程為基礎(chǔ)，與所述每個信息提供者的生命體的神經(jīng)描述特征相對應(yīng)。
7.權(quán)利要求3所述的聲音生成方法，其中所述混沌空間生成過程包括狀態(tài)評價過程，通過比較所述頻率分析過程根據(jù)所述每個信息提供者的生命體的神經(jīng)描述特征計算的數(shù)值數(shù)據(jù)，評價所述信息提供者的精神和身體狀態(tài)；以及截面變更過程，變更穿過混沌吸引子的平面，混沌吸引子與所述狀態(tài)評價過程的評價一致。
8.權(quán)利要求4所述的聲音生成方法，其中所述分形空間生成過程包括狀態(tài)評價過程，通過比較所述頻率分析過程根據(jù)所述每個信息提供者的生命體的神經(jīng)描述特征計算的數(shù)值數(shù)據(jù)，評價所述信息提供者的精神和身體狀態(tài)；以及縮放比例寬度修改過程，修改縮放比例寬度以抽取與所述狀態(tài)評價過程的評價一致的分形特征。
9.權(quán)利要求3所述的聲音生成方法，其中所述聲音生成過程包括狀態(tài)輸入過程，該過程具有能夠與提供所述生理信號的信息提供者通信的接口，以輸入用于聲音生成的狀態(tài)；以及生成規(guī)則設(shè)置過程，依照所述狀態(tài)輸入過程輸入的狀態(tài)，設(shè)置所述聲音生成規(guī)則，所以所述聲音生成過程依照所述生成規(guī)則設(shè)置過程設(shè)置的生成規(guī)則，生成所述聲音文件。
10.權(quán)利要求4所述的聲音生成方法，其中所述聲音生成過程包括狀態(tài)輸入過程，該過程具有能夠與提供所述生理信號的信息提供者通信的接口，以輸入用于聲音生成的狀態(tài)；以及生成規(guī)則設(shè)置過程，依照所述狀態(tài)輸入過程輸入的狀態(tài)，設(shè)置所述聲音生成規(guī)則，所以所述聲音生成過程依照所述生成規(guī)則設(shè)置過程設(shè)置的生成規(guī)則，生成所述聲音文件。
11.權(quán)利要求7所述的聲音生成方法，其中所述狀態(tài)評價過程利用腦波中α波出現(xiàn)的比值，評價精神和身體狀態(tài)。
12.權(quán)利要求8所述的聲音生成方法，其中所述狀態(tài)評價過程利用腦波中α波出現(xiàn)的比值，評價精神和身體狀態(tài)。
13.權(quán)利要求3-10中任一權(quán)利要求所述的聲音生成方法，其中使用脈波，心電圖，腦波，肌動電流圖和呼吸中的至少一種作為所述生理信號。
14.用于存儲以下程序的計算機可讀存儲介質(zhì)，該程序在計算機上執(zhí)行權(quán)利要求1-12所述的聲音生成方法中的至少一種方法。
15.用于存儲以下程序的計算機可讀存儲介質(zhì)，該程序在計算機上執(zhí)行權(quán)利要求13所述的聲音生成方法。
16.一種獨立聲音生成和回放裝置，包括用于測量生理信號的裝置；用于執(zhí)行權(quán)利要求1-12所述的聲音生成方法中的至少一種方法的計算機；用于播放所述聲音生成方法生成的聲音的裝置；以及用于測量每個信息提供者的狀態(tài)的裝置，其中信息提供者提供所述生理信號并收聽聲音。
17.一種獨立聲音生成和回放裝置，包括用于測量生理信號的裝置；用于執(zhí)行權(quán)利要求13所述的聲音生成方法的計算機；用于播放所述聲音生成方法生成的聲音的裝置；以及用于測量每個信息提供者的狀態(tài)的裝置，其中信息提供者提供所述生理信號并收聽聲音。
18.一種保持網(wǎng)絡(luò)通信聯(lián)絡(luò)的聲音生成和回放系統(tǒng)，包括用于執(zhí)行權(quán)利要求1-12所述的聲音生成方法中的至少一種方法的服務(wù)器計算機；以及供遠(yuǎn)程計算機執(zhí)行的裝置，遠(yuǎn)程計算機通過計算機網(wǎng)絡(luò)與所述服務(wù)器計算機相連，所述裝置包括用于測量所述聲音生成方法所需的生理信號的裝置和用于播放聲音的裝置。
19.一種保持網(wǎng)絡(luò)通信聯(lián)絡(luò)的聲音生成和回放系統(tǒng)，包括用于執(zhí)行權(quán)利要求13所述的聲音生成方法的服務(wù)器計算機；以及供遠(yuǎn)程計算機執(zhí)行的裝置，遠(yuǎn)程計算機通過計算機網(wǎng)絡(luò)與所述服務(wù)器計算機相連，所述裝置包括用于測量所述聲音生成方法所需的生理信號的裝置和用于播放聲音的裝置。
全文摘要
目的在于提供用于具有混沌和分形特征的基礎(chǔ)信息的聲音生成方法，通過把具有混沌和分形特征的基礎(chǔ)信息轉(zhuǎn)換為能夠進(jìn)行數(shù)值運算的數(shù)據(jù)，通過根據(jù)具有混沌和分形特征的基礎(chǔ)信息計算混沌和分形的特征，以及通過對混沌和分形的數(shù)據(jù)應(yīng)用生成規(guī)則，生成聲音。利用用于具有混沌和分形特征的基礎(chǔ)信息的聲音生成方法實現(xiàn)上述目的，該方法包括基礎(chǔ)信息轉(zhuǎn)換過程，把具有混沌和分形特征的基礎(chǔ)信息轉(zhuǎn)換為能夠進(jìn)行數(shù)值運算的數(shù)據(jù)；混沌空間生成過程，以基礎(chǔ)信息轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，計算混沌吸引子和分形特征，并生成混沌空間；分形空間生成過程，生成分形空間；以及聲音生成過程，根據(jù)混沌空間生成過程和分形空間生成過程生成的混沌空間和分形空間中的數(shù)據(jù)，依照預(yù)定的聲音生成規(guī)則，生成聲音文件。
文檔編號A61M21/00GK1703255SQ200380100819
公開日2005年11月30日 申請日期2003年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月12日
發(fā)明者伊藤英則, 加藤升平, 水野雅紀(jì) 申請人:伊藤英則, 加藤升平, 水野雅紀(jì)