基于TTS技术和脑电采集设备的精神疲劳实验系统设计

m_EEGRunFlag为数据采集状态标志，开始脑电采集后，开启脑电数据采集线程。脑电信号的获取是由g．tec公司提供的API函数编程实现的，创建overlapped结构事件对象的目的是避免阻塞线程，系统调用获取数据的函数时可以立即返回，但是直到overlapped结构中事件被触发数据才是有效的，用WaitForSingleObject()函数来判断数据传输是否结束，用GetOvedappedResuk()函数来检索获取的有效字节数目。此时在线程中只获取而不存储脑电数据，直到m_RunFlag为TRUE才开始脑电数据的存储。
2．2 听警觉作业模块
听警觉作业部分由作业线程来完成，其主要实现过程如图3所示。

m_RunFlag为听警觉作业状态标志，开始作业后，开启作业线程。开始听警觉作业的同时开始数据采集线程中数据的存储。受试者听到声音后，对判断命令进行选择判断，两次朗读判断命令时间间隔由定时器控制，受试者操作结束后，等待定时器被触发系统朗读下一次判断命令。当判断命令达到50次时，m_RunFlag置为FAISE，同时数据采集线程中不再存储数据，保存受试者作业信息，作业线程结束。其中，TTS朗读判断命令和受试者选择操作的实现过程如图4所示。

a、b、c为随机生成的整数，a、b、c的范围可自由调整，通过调整a、b的范围可以调整作业的复杂度，图4中选择进行20以内整数的加法。c由a、b随机得到，最终生成的文本内容可能正确可能错误(如：可能是3+5=8或者15+7=19)。受试者在听到判断命令后，经过心算判断系统读出的判断命令的正误，然后按下键盘上预先设定好的键(如：错误按←，正确按→)。受试者在听到判断命令后的1．5 s内按键视为有效操作，如果受试者没有在有效时间内按键或者没有按键视为此次操作错误。如果判断正确，对应正确操作次数m_Tnum加1。
2．3 实验系统实现
基于以上实验系统各个模块实现，利用微软MFC基础类库，添加相应控件，编写代码，生成精神疲劳实验系统界面如图5所示。

每次实验设定50次判断命令任务，在一天中的不同时刻重复进行实验。每次实验结束后，受试者在实验中的按键正确率和反应时间都被记录下来。总的实验结束后，统计受试者在各次实验中的按键正确率和反应时间(平均反应时间)，求出正确率和反应时间的比值，记为RT，根据这个比值大小确定精神疲劳状态。具体来讲，对每一个受试者，将个人RT的范围(最大值到最小值)平均分为5个部分，分别对应疲劳状态1到5。受试者每次实验对应的疲劳状态分别由RT的值落在哪个范围来确定，至此完成了脑电信号数据对应精神疲劳状态的标定。

3 实验系统部分关键技术实现
文中使用文语转换技术TTS。用听警觉作业设计实验来标定受试者精神疲劳状态时，通常需要加入预先设定好的声音命令。将TTS技术应用到精神疲劳实验系统中，通过调用TTS引擎，将文本内容用近似于人的声音“读”出来，系统不需要大量声音文件的支持，并且，TTS引擎只有几兆字节，因此，它可以节省很大的存储空间。
TTS关键实现代码如下：



4 结论
文中利用TTS技术和脑电采集设备设计并实现了精神疲劳实验系统，同以往的精神疲劳实验系统相比，有明显的优势。相较于固定的听觉操作命令，本系统的实现过程更加灵活，可把随机生成的一个文本等式朗读出来。并且，可根据受试者的反馈或实验需要自由调整实验难度。实验证明，这种情况下得到的操作正确率和反应时间，对疲劳状态的标定更加准确，为后续精神疲劳的研究奠定了一定的基础。