[发明专利]一种基于脑电波的视频卡顿极限值测量方法

摘要

一种基于脑电波的视频卡顿极限值的测量方法属于用户观看视频时情绪变化检测领域，其特征在于，提取观看时各合格被试者每次实验时各次卡顿时段全程脑电波信号；接着进行时频分析，得到各受试者在每个时频点归一化功率矩阵；再按β波频率范围、大脑皮层中顶叶、枕叶部分电极通道范围对脑电波信号取平均值，得到一次卡顿试验中有卡顿或无卡顿时在各时刻功率幅值；在对所有无卡顿信号和有卡顿信号取平均值后最后按时刻对有卡顿的样本和无卡顿的样本进行双边置换检验，若两组样本的均值有显著差异，且p<0.05，则此时刻即脑电波反应起始时刻。各被试者在观看过程中所有卡顿时段内所述起始时刻最大值，即卡顿极限值，适用于对视频服务的评价。

主权项

1.一种基于脑电波的视频卡顿极限值的测量方法，其特征在于，视频卡顿极限值是指从各卡顿时段开始或结束时刻起到大脑皮层中顶叶或枕叶区产生第一个β波这段时间在不同被试者处于同一卡顿时段内时的最大值，所述第一个β波是指在卡顿开始时刻由专注视频时的α波转换到情绪沮丧时刻的β波时产生的第一个β波，或者是指在卡顿结束时刻被试者由平静等待的α波转换到情绪亢奋的β波时产生的第一个β波，所述第一个β波偶尔还包括电磁屏蔽实验室内由仪器产生的电磁干扰或/和当受试者疲劳时由大脑皮层上的中前额区发往眼睛神经元执行眨眼动作的脑电波在大脑皮质中顶叶或/和枕叶区诱导的干扰电位，这种情况不能排除，这时所述的第一个β波往往是mV级的，比正常时产生的μV级的脑电波要大的多，这种第一个β波的测量方法是在一个基于脑电波的视频卡顿极限值测量系统中依次按以下步骤实现的：步骤(1)，构造一个基于脑电波的视频卡顿极限值测量系统，以下简称系统，包括：视频观看客户端电脑、脑电信号采集仪和数字信号处理器DSP：脑电信号采集仪，采用德国BRAIN PRODUCTS公司的actiCAP Xpress Twist产品，其中包括：脑电波EEG电极帽，以下简称电极帽，64通道EEG放大器和脑电信号记录仪，其中：电极帽，包含64个actiCAP主动电极，以国际10‑20标准分布，地电极在FP1和FP2之间，FP1和FP2是大脑皮层上的额叶，64通道EEG放大器，其附设的模拟滤波器的截止频率为0.531～70Hz，脑电信号记录仪，采样频率为500Hz，步骤(2)，在所述的电磁屏蔽实验室内依次按以下方法测量所述视频卡顿极限值：步骤(2.1)，数据处理器DSP形成含有不同时长卡顿的合成视频，存储在视频观看客户端电脑中，步骤(2.1.1)，向所述数据处理器DSP输入BBC动物纪录片，步骤(2.1.2)，从所述BBC动物纪录片中设定片段个数、设定片段时长的内容不重复的多个片段，步骤(2.1.3)，把全部片段按设定的组数均分，每组内的片段数均相等，再从其中任选一组视频片段为对照组，其余均为测试组，步骤(2.1.4)，对各所述测试组，在视频片段开始播放后的设定时刻，分别随机插入不同时长的卡顿，构成合成的卡顿视频，输出到视频观看客户端电脑，存储；步骤(2.2)，选定设定数量D的合格被试者，当各人的脑电波处于平静状态下在所述视频观看客户端电脑上观看所述合成的卡顿视频，逐个作脑电波采集实验，“合格”是指身体条件合格、大脑皮层和每个电极间的阻抗小于10KΩ以及观看行为符合规范，步骤(2.3)，舍去视频观看专注度不合格的被试者的数据，得到数据合格的被试者的脑电波数据，步骤(2.4)，EEG数据预处理：步骤(2.4.1)，把合格EEG数据的参考电位改为TP9和TP10信号的平均值，所述TP9、TP10位于大脑皮层的顶颞区；步骤(2.4.2)，把每位被试者所有片段信号按时序相连；步骤(2.5)，对预处理后的时域信号进行时频分析：步骤(2.5.1)，把每段信号与设定频率范围、设定个数的复Morlet进行卷积，所述复Morlet小波为复正弦函数与高斯函数的乘积，所述复Morlet小波为其中σ_t是高斯函数波形的宽度，σ_t＝c(f)/(2πf)，c(f)是每个频率小波的个数，步骤(2.5.2)，把每个时频点的功率P(t,f)归一化，所述每个时频点的功率为卷积后的复信号的实部与虚部的平方和，归一化的每个时频点的功率dBP(t,f)，dBP(t,f)＝10log10(P(t,f)/B(f))，B(f)为该信号在距离卡顿(‑4)～(‑2)秒处的功率平均值，步骤(2.5.3)，设受试者人数为M，则得到M×N×C个dBP矩阵，dBPm,n,c表示第m人第n次第c通道的dBP矩阵，m＝1,2,…m,…,M,n＝1,2,…,n,…,N,c＝1,2,…c,…C，C表示电极个数，即通道数,每次实验包括：卡顿发生时和卡顿终止时的两类dBP矩阵，步骤(2.5.4)，通过求出EEG反应的起始时刻计算出卡顿极限值：步骤(2.5.4.1)，求出无卡顿时的dBP_timeno‑stalling矩阵和有卡顿时的dBP_timestalling矩阵：其中，通道范围包括23个电极，共有C＝23个：顶中央，CP：1～8，CPz，共9个电极；顶，P：1～8，Pz，共9个电极；顶枕，PO：3～4,7～8，POz，共5个电极频率范围，14～30Hz，F为所选频率范围的采样点数，f＝1,2,…,f,…,F,C是通道数，C＝23，dBPstalling(c,t,f)是每一次卡顿发生时刻或卡顿终止时刻的时频变换后各通道位于时刻t，频率f的功率幅值，dBPno‑stalling(c,t,f)是无卡顿时刻的时频变换后各通道位于时刻t，频率f的功率幅值，步骤(2.6.4.2)，在设定的重复分组次数下，对有卡顿样本和无卡顿样本进行双边置换检验，求出卡顿发生后首个两组样本差异显著性p<0.05的时刻，设定为脑电波反应的起始时刻。