本发明涉及脑电设备技术和音乐推荐算法领域，具体涉及一种基于脑机数据集中处理的辅助钢琴训练方法。
背景技术
传统的钢琴训练方法及系统多利用心理学规律进行设计，伴随着脑科学的发展，可穿戴设备的普及以及脑机接口技术的逐渐成熟，使得利用脑机装置采集生理数据辅助训练成为可能。工业界现已有较为成熟的设备和方案；如神念公司（neurosky）提供有完整的脑机装置，脑电算法，以及数据分析api/sdk。
本系统采用三触点脑机接口设备采集脑电波数据，通过采集不同脑区的脑波数据发送到集中处理平台，集中处理平台分析和建模后发送控制命令，指导测试者进行训练和休息，并提供给测试者有效的休息方式。
在心理学研究中莫扎特效应是一种通过让测试者倾听一定时间的具有类似莫扎特曲风的音乐，可以显著提高测试者认知表现的现象，本系统通过采集学习者脑电波数据确定学习者的休息时刻，再结合学习者的音乐偏好，播放一定时间的具有莫扎特效应的音乐，帮助学习者更快的消除疲劳。本系统将生理学数据和心理学规律结合起来，从而可以较显著的提高学习者的学习效率。
技术实现要素：
有鉴于此，为解决上述现有技术中的问题，本发明提供了基于脑机数据集中处理的辅助钢琴训练方法，通过采集学习者脑电波数据，合理安排训练和休息时间，并结合学习者的音乐偏好，播放一定时间的具有莫扎特效应的音乐，帮助学习者更快的消除疲劳，本系统将生理学数据和心理学规律结合起来，从而可以较显著的提高学习者的学习效率。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下。
基于脑机数据集中处理的辅助钢琴训练方法，包括音乐偏好测试部分和休息时间确定部分，所述音乐偏好测试部分包括以下步骤：
步骤1、脑机接口、集中处理平台、音乐播放模块、通信模块依次初始化后，佩戴脑机接口，脑机接口与集中处理平台之间，音乐播放模块与集中处理平台之间通过通信模块相互发送测试信号，经集中处理平台确认测试信号正常后，确认系统工作正常；
步骤2、在音乐播放模块的音乐库中分别添加不同曲风的音乐，每种音乐设定播放时间长度相同，采集测试者在曲风p下的脑电波数据计算出相应的放松度a(p)和用脑量b(p)，分别存储在集中处理平台的脑机处理数据库中；
步骤3、将测试者的历史音乐记录输入集中处理平台中，通过统计不同类型音乐的出现频率计算出测试者对于曲风p的偏好度c(p)；
步骤4、通过加权公式计算出曲风p音乐对测试者的“莫扎特效应”的有效度ex(p)，按有效度ex(p)从高到低的顺序生成测试者的音乐偏好库。
进一步地，所述休息时间确定部分包括以下步骤：
步骤a、脑机接口、集中处理平台、音乐播放模块、通信模块依次初始化后，佩戴脑机接口，脑机接口与集中处理平台之间，音乐播放模块与集中处理平台之间通过通信模块相互发送测试信号，经集中处理平台确认测试信号正常后，确认系统工作正常；
步骤b、训练开始，设定时间窗口为t1，每间隔t1时间长度将测试者的脑电波数据包发送到集中处理平台，分别计算出测试者在t1时间内的平均专注度d(x)和平均用脑量e(x)；
步骤c、集中处理平台通过将测试者在t1时间内的用脑量e(x)和平均专注度d(x)分别与系统设定的平均专注度阈值d(th)和平均用脑量阈值e(th)进行比较，如果d(x)<d(th)或者e(x)>e(th)则将t1时间段内的标志位flag置1，否则置0；
步骤d、判断接收到的数据包是否为训练开始后第一个t1时间段内采集到的数据包，称为第一个数据包，如果是第一个数据包，返回步骤b，否则，进行步骤e；
步骤e、判断本次t1时间段内的flag位和上次t1时间段内的flag位是否同时为1，如果本次t1内flag=1且上次t1内flag=1则提示测试者进行休息，，更新本次训练已训练时长t(al)，更新已训练总时长t(sum)=t(sum)+t(al)；
步骤f、启动测试者的音乐偏好库，按偏好度从高到低的顺序播放音乐，设播放时长为t2，比较本次训练已训练时长t(al)与上次训练的训练时长t(alp)，若t(al)>t(alp)，则更新休息时间t2=t2-t；若t(al)<t(alp)，则更新t2=t2+t；
步骤g、判断已训练总时长t(sum)是否大于系统设定最大训练时长，如果是，结束训练，关闭系统；否则返回步骤b。
进一步地，在步骤f中，所述t为微调灵敏度，具体为3min。
进一步地，在步骤4中，所述“莫扎特效应”的有效度ex(p)采用下列公式计算得出：
ex(p)=α·a(p)+β·b(p)+γ·c(p)
其中，a(p)为采集测试者在曲风p下的放松度，b(p)采集测试者在曲风p下的用脑量，c(p)为采集测试者在曲风p下的偏好度，且α+β+γ=1。
进一步地，在步骤b中，所述时间窗口t1为2s。
进一步地，所述放松度a(p)、用脑量b(p)、偏好度c(p)、平均专注度d(x)和用脑量e(x)采用esense算法计算，映射为0～10区间的数值。
与现有技术比较，本发明的基于脑机数据集中处理的辅助钢琴训练方法，通过采集学习者脑电波数据，合理安排训练和休息时间，并结合学习者的音乐偏好，播放一定时间的具有莫扎特效应的音乐，帮助学习者更快的消除疲劳，本系统将生理学数据和心理学规律结合起来，从而可以较显著的提高学习者的学习效率。
附图说明
图1为本发明的基于脑机数据集中处理的辅助钢琴训练方法中音乐偏好测试部分流程图。
图2为本发明的基于脑机数据集中处理的辅助钢琴训练方法中休息时间确定部分流程图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体的实施例对本发明的具体实施作进一步说明。需要指出的是，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
基于脑机数据集中处理的辅助钢琴训练方法，采用3通道单触点脑电接口设备，可采集大脑的8种原始脑电波数据，脑机接口设备会每隔固定时间t1（t1=2s）向数据集中处理平台（可以采用电脑或数据处理器）发送数据包，数据包中包括脑电原始信号数据，包括8种原始脑电波，集中处理平台先对原始脑电信号进行滤波，判断脑电波数据的可信度，如果可信度较低则丢弃，将滤波和判断后的脑电波里数据通过神念公司提供的esense算法计算测试者的用脑量，专注度，放松度等指标，用脑量，专注度，放松度均映射为0～10区间的数值，便于分析和比较；
如图1所示，为本发明的基于脑机数据集中处理的辅助钢琴训练方法中音乐偏好测试部分流程图，包括以下步骤：
步骤1、脑机接口、集中处理平台、音乐播放模块、通信模块依次初始化后，佩戴脑机接口，脑机接口与集中处理平台之间，音乐播放模块与集中处理平台之间通过通信模块相互发送测试信号，经集中处理平台确认测试信号正常后，确认系统工作正常，进入步骤2；
步骤2、在音乐播放模块的音乐库m中分别添加m种曲风的音乐（确保m>n且m覆盖n），设定每种曲风的音乐设定播放时间长度均为t3（t3=10min），每种曲风的音乐播放结束后，采集测试者在每种曲风的音乐下的脑电波数据，发送到集中处理平台处理，将测试者听曲风p音乐的脑电波数据通过esense算法计算出相应的放松度a(p)和用脑量b(p)，分别存储在集中处理平台的脑机处理数据库中；其他曲风音乐同样处理，得出放松度和用脑量，存入集中处理平台的脑机处理数据库中；
步骤3、将测试者的历史音乐记录n输入集中处理平台中，并根据音乐分类算法对测试者的历史音乐记录分成n类，统计曲风p下音乐出现的频率通过音乐推荐算法计算出测试者对于曲风p音乐的偏好度c(p)，存入集中处理平台的脑机处理数据库中；
步骤4、通过加权公式计算出曲风p音乐对测试者的“莫扎特效应”的有效度ex(p)，按有效度ex(p)从高到低的顺序生成测试者的音乐偏好库，所述“莫扎特效应”的有效度ex(p)采用下列公式计算得出：
ex(p)=α·a(p)+β·b(p)+γ·c(p)
其中，a(p)为采集测试者在曲风p下的放松度，b(p)采集测试者在曲风p下的用脑量，c(p)为采集测试者在曲风p下的偏好度，且α+β+γ=1。
如图2所示，为本发明的基于脑机数据集中处理的辅助钢琴训练方法中休息时间确定部分流程图，包括以下步骤：
步骤a、脑机接口、集中处理平台、音乐播放模块、通信模块依次初始化后，佩戴脑机接口，脑机接口与集中处理平台之间，音乐播放模块与集中处理平台之间通过通信模块相互发送测试信号，经集中处理平台确认测试信号正常后，确认系统工作正常；
步骤b、训练开始，设定时间窗口为t1（t1=2s），每隔t1时间长度脑机接口将测试者的脑电波数据报发送到集中处理平台，通过esense算法分别计算出测试者在t1时间内的平均专注度d(x)和用脑量e(x)；
步骤c、将测试者在t1时间内的用脑量e(x)和平均专注度d(x)分别与系统设定的用脑量阈值e(th)和平均专注度阈值d(th)进行比较，如果e(x)>e(th)或d(x)<d(th)则t1时间段内的标志位flag置1，否则置0；
步骤d、判断接收到的数据报是否为开始训练后第一个t1时间段内的数据包，称为第一个数据包，如果是第一个数据包，返回步骤b；否则，进行步骤e；
步骤e、将上次t1时间段内的flag值与本次t1时间段内的flag值进行与运算，运算后的结果存入变量res，判断res值，若res>0，则提示训练者进行休息，更新本次训练已训练时长t(al)，并更新已训练总时长t(sum)=t(sum)+t(al)；
步骤f、启动音乐播放模块，根据音乐推荐库按偏好度从高到低的顺序播放音乐，设播放时长为t2，比较本次训练已训练时长t(al)与上次训练时段的训练时长t(alp)，若t(al)>t(alp)，则更新休息时间t2=t2-t；若t(al)<t(alp)，则更新t2=t2+t(t=3min)；
步骤g、判断已训练总时长t(sum)是否大于系统设定的最大训练时长t(max)，如果是，结束训练，关闭系统；否则返回步骤b。
综上所述，本发明的基于脑机数据集中处理的辅助钢琴训练方法，通过采集学习者脑电波数据，合理安排训练和休息时间，并结合学习者的音乐偏好，播放一定时间的具有莫扎特效应的音乐，帮助学习者更快的消除疲劳，本系统将生理学数据和心理学规律结合起来，从而可以较显著的提高学习者的学习效率。