Способ диагностики функционального состояния оператора по речевому сигналу и устройство для его осуществления

., тгсдг.,ис.,ИСАНИЕ ЕНИ В дицине, а ожет быть ихофизиов процес- ости.ение точного соса блок-схема уст функционально о речевому сигнаализатор 1 спектельных каналов, я шириной спектУстроиство соде состоя ший из о которых опр ечевого сигнал В каждом кананы полосовой довательно сое, нелинейный ди ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР А ВТОРСКОМЪГ СВИДЕТЕЛ(71) Ленинградский институт авиационногоприборостроения(54) СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ФУНКЦИОНАЛЪНОГО СОСТОЯНИЯ ОПЕРАТОРА ПО РЕЧЕВОМУ СИГНАЛУ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к медицине,точнее к диагностированию психофизиологического состояния оператора. Цель изобретения - повышение точности диагностики функционального состояния оператора.Для этого после определения энергетического спектра речевого сигнала с одноИзобретение относится к ме именно к психофизиологии, и м использовано при диагностике пс логического состояния оператора се его профессиональной деятельн Цель изобретения - повыш ности диагностики функциональ тояния оператора. На чертеже изображен ройства для диагностики го состояния оператора и нвременной разбивкой его на участки запоминают энергии участков для каждого конкретного функционального состояния оператора, сравнивают энергии всех участков спектра во всех функциональных состояниях оператора, выделяя наиболее информативные участки спектра речевого сигнала, по результату сравнения энергий которых осуществляют диагностирование или тренировку в достижении оптимального функционального состояния оператора, Способ осуществляют при помоши устройства, содержашего анализатор спектра, блоки аналогоцифровых преобразователей, мультиплексоров, обработки данных, а также регистр, кнопку Пуск, соединенную с нулевы м входом первого триггера, Устройство имеет переключатель режимов работы, блок деления, индикаторы состояния оператора, настройки, сигнала окончания настройки, а также второй и третий триггеры, элемент ИЛИ, 2 с.п,ф-лы, 1 ил,2элемент 3 и интегратор 4. Входы каналов объединены и являются входом устройства, а выход каждого канала соединен с соответствующим входом переключателя 5 режимов работы.Выходы переключателя 5 режима работы соединены с последовательно включенными блоком 6 деления и индикатором 7 состояния оператора, а также с информационными входами блока 8 аналого-цифровых преобразователей, информационные вы. ходы которых подключены к соответствующим входам блока 9 мультиплексоров.Устройство также имеет блок 10 обработки данных, содержащий микропроцессор 11, оперативное запоминающее устройство 12, постоянное запоминающее устройство 13 и адресный дешифратор 14., Первый и второй выходы последнего соединень соответственно с управляющими входами оперативного запоминающего устройства 12 и постоянного запоминающего устройства 13. Информационные входы- выходы микропроцессора 11, оперативного запоминающего устройства 12, информационные выходы постоянного запоминающего устройства 13 и выходы блока 9 мультиплексоров соединены с двунаправленной шиной 15 данных. Адресные входы оперативного запоминающего устройства 12, ; постоянного запоминающего устройства 13, : :адресные выходы микропроцессора 11 и уп равляющий вход блока 9 мультиплексоров соединены с шиной 16 адреса блока 10 : обработки данных. Вход Готовность микропроцессора 11 соединен с выходом Готовность блока 8 аналого-цифровых преобразователей.Кроме того, устройство содержит блок 17 формирования сигнала окончания настройки, кнопку 18 Пуск, кнопку 19 Сброс, первый 20 и второй 2 триггеры, блок 22 временной задержки, третий триггер 23, элемент ИЛИ 24, регистр 25, блок 26 индикации, индикатор 27 настройки, индикаторы 28 и 29 окончания настройки. Выход первого разряда регистра 25 соединен с вторым входом элемента ИЛИ 24, а его разрядные выходы с второго по восьмой подключены к входам блока 7 формирования сигнала окончания настройки и блока 26 индикации. Выход последнего соединен с управляющим входом переключателя 5 режимов работы, выход которого соединен с единичным входом триггера 23, снабженного индикатором 28 окончания настройки. Кнопка 18 Пуск соединена с единичным входом триггера 20, снабженного индикатором 27 настройки, а также с нулевым входом второго триггера 21 и через блок 22 временной задержки с единичным входом триггера 21, инверсный выход которого соединен с управляющим входом блока 8 аналого-цифровых преобразователей. Кнопка 19 Сброс соединена с входом Сброс микропроцессора 11, нулевым входом триггера 23 и первым входом элемента ИЛИ 24, Выход последнего соединен с нулевым входом триггера 20 и установочным входом регистра 25 (не показано). Разрядные входы регистра 25 соединены с шиной 15 данных блока 10 обработки данных, его управляюгций вход соединен с третьим выходом адресного дегпифратора 14.Анализатор 1 спектра вырабатывает матрицу информативных признаков.Переключать 5 режимов работы предназначен для подключения выходов каналов анализатора 1 спектра к входам блока 10 обработки данных в режиме настройки либо выбранных каналов к входам блока 6 деления в рабочем режиме ггри индикации функционального состояния оператора,Блок 10 обработки данных предназначендля получения двух наиболее информативных участков исследования по программе,записанной в постоянном запоминающемустройстве 13, Исходной информацией кпрограмме служит матрица информационныхпризнаков, дискретные значения которыхформируются на информационных выходахблока 8 аналого-цифровых преобразователейи через блок 9 мультиплексоров предварительно заносятся в оперативное запоминающее устройство 12.Способ осуществляют следующим об 1 разом.Предварительно производят регистрациюречевых сигналов, соответствующих определенному состоянию оператора, и определяютэнергетический спектр речевого сигнала сразбивкой на участки, запоминают энер 20 гии участков для каждого конкретногофункционального состояния оператора.Далее сравнивают энергии информативных признаков всех участков спектра вовсех функциональных состояниях оператоРа по формуле%,=/д -- "-/ /д --/ д, -- /,Я,Аз; г АаЯ 1,А 1.А 2,где Ап - отношение информативных признаков в 1-м столбце матрицы от 30 ношений информативных признаков в первом (недонапряжеггном) функциональном состоянииоператора;А 2, - отношение информативных признаков в 1-м столбце матрицы отно 35 шений информативных признаковво втором (оптимальном) функциональном состоянии оператора;Аз; -- отношение информативных признаков в 1-м столбце матрицы отношений информативных признаковв третьем (перенапряженном)функциональном состоянии оператора.По наибольшему значению %; выделяют два наиболее информативных участка спектра речевого сигнала и путемсравнения отношения их энергий с результатами деятельности оператора осуществляют диагностирование функционального состояния оператора, степень его напряженности.50 Устройство работает следующим образом. Устройство имеет два режима работы: режим настройки и рабочий режим.В режиме настройки переключатель 5 режимов работы устанавливают в режим Настройка. При этом его выходы соединены с информационными входами блока 8 аналого-цифровых преобразователей.После нажатия кнопки 19 Сброс в исходное состояние устанавливаются микропроцессор 11, регистр 25, первый 20 и третий 23 триггеры. В результате гаснут индикатор 2 настройки и индикатор 29 окончания настройки.В блоке 22 временной задежки устанавливают время действия Речевого сигнала.В момент начала поступления речевого сигнала, соответствующего первому состоянию оператора, на анализатор 1 спектра нажимают кнопку 18 Пуск. При этом триггер 20 переходит в состояние 1 и загорается индикатор 28 настройки. Триггер 21 переходит в состояние О и его выходной сигнал высокого уровня переводит блок 8 аналого-цифровых преобразователей в исходное состояние, подготовив его к преобразованию исходной информации.Через промежуток времени, установленный в блоке 22 временной задержки, выходной сигнал последнего устанавливает триггер 21 в состояние 1. При этом сигнал низкого уровня с выхода триггера 21 разрешает преобразование входной ин. формации блоку 8 аналого-цифровых преобразователей.Через промежуток времени, равный длительности преобразования аналоговой информации в цифровую, на выходе Готовность блока 8 аналого-цифровых преобразователей формируется сигнал высокого уровня, разрешая микропроцессору 11 прием значений матрицы информативных признаков речевого сигнала в цифровой форме.С этого момента начинается исполнение записанной в постоянном запоминающем устройстве 13 программы ввода информации в микропроцессор 11,После ее выполнения микропроцессор 11 по шине 15 данных записывает в регистр 25 код, в первом разряде которого содержится 1, а в остальных разрядах О. Сигнал с первого информационного выхода регистра 25 поступает через элемент ИЛИ 24. на нулевой вход триггера 20, устанавливая его в состояние О, При этом индикатор 28 настройки гаснет. На этом завершается ввод данных для одного состояния эмоциональной напряженности оператора.Аналогично заносится информация, соответствующая второму и третьему состоянию эмоциональной напряженности оператора.После занесения информации по третьему состоянию эмоциональной напряженности оператора начинает работать программа обработки данных для всех трех состояний эмоциональной напряженности, в результате исполнения которой микропроцессор 11 по шине 15 данных заносит в регистр 25 код, содержащий информацию о номерах двух каналов анализа 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 тора 1 спектра, соответствующих наиболее информативным участкам спектра исследуемого речевого сигнала, которая поступает с второго по восьмой информационных выходов регистра 25 на блок 26 индикации. Последний регистрирует номера этих двух каналов в удобной для оператора форме. Одновременно сигналы с тех же выходов регистра 25 поступают на блок 17 формирования сигнала окончания настройки, С входа последнего сигнал поступает на триггер 23 и устанавливает его в состояние 1, При этом загорается индикатор 29 окончания настройки. В рабочем режиме переключатель 5 режимов работы устанавливают в режим Работа, в результате чего выходные сигналы с двух каналов анализатора 1 спектра, выбранных в режиме настройки, поступают на блок 6, с выхода которого снимают напряжение, пропорциональное частному входных напряжений, которое фиксируют индикатором 7 состояния оператора. Это напряжение является информационным параметром для диагностирования функционального состояния оператора. Пример. Для диагностирования функционального состояния оператора используют речевые сигналы, произносимые артистами, моделирующими три состояния человека: перенапряжение, нейтральное и подавленное. Речевой сигнал, соответствующий определенному состоянию, подается на анализатор 1 спектра, на выходе которого формируются информативные признаки данного состояния, записываемые в оперативное запоминающее устройство 12. Эта операция повторяется три раза для аждого из трех состояний. В результате в оперативном запоминающем устройстве 12 записана матрица информативных признаков видаа а 2 а 3 а а 3а 2 а 22 а 23 а 4 %25аз а 32 а 33 а 34 а 35 Числовое значение матрицы для одной фразы имеет вид12 5 2 2 28 5 4,5 6 5,56 4 1,2 1,3 1Матрица информативных признаков является исходной для выделения наиболее информативных участков спектра. Далее в процессе обработки этой матриць микропроцессором 11 по программе, записанной в постоянном запоминающем устройстве 13, формируется матрица отношений признаков1459655 а 15 А а 1519 - 11 О - а 1 з а 14 СС 12 а 1 з а 14АА 12 - А 13 - а 11 а 11 а 11 а 22 а 23 а 24 а 25 а 25А 21= - А 22 - А 23 - " А 29 - А 210 - а 21 а 21 а 21 а 23 а 24 а 35 а 35Аз 9 - Аз 1 о - абаз а 34 а 32 азз СС 34Аз 1 - Аз, - Азз - аз 1 аз 1 аз 1 Формула изобретения Числовое значение этой матрицы для ; данного примера имеет вид4,1 1,6 1,60,6 0,56 0,75: 0,68 0,9 1,2 150,16 0,3 0,321 0,4 1 1 11,1 1,3 1,2 0,90,25 1,1 0,8 0,77Сравнение энергий (информативнь 1 х приз, :наков) всех участков спектра в трех сос тояниях осуществляется по формулеК,=/1 ( -/ /1 К А - / /1 а-",/,числовые значения %; в рассматриваемом примере имеют вид 0,007; 0,19; 0,16;0,25; 0,02; 0,03; 0,06; 0,0003; 0,0013;0,0004,Ъ;махс= 0,25.Информация о %аа. (номера двух выделенных наиболее информативных участ ков спектра) поступает из блока 10 об работки данных в регистр 25 и выс. вечивается в блоке 26 индикации. В данном примере наиболее информа тивными участками спектра являются пер вый и пятый, соответствующие четвертому элементу строки %;.После выделения наиболее информативных учатков спектра диагностирование осуществляется переключением переключателя 5 40 режимов работы на два выделенных канала анализатора 1 спектра. Напряжение с двух выделенных каналов (первого и пятого) подается на блок 6, а их отношение поступает на индикатор 7 состояния оператора. 45В данном примере имеем:1,6 - перенапряженное состояние;0,68 - нейтральное состояние;0,16 - подавленное состояние.После выделения наиболее информативных участков спектра речевого сигнала 50 диагностирование функционального состояния оператора осуществляется по одному параметру, определяемому двумя информативными признаками. В этом случае при однократном произнесении речевого сигнала ошибка диагностирования составляет 0,15.Если для диагностирования использовать пять информативных признаков, то ошибка диагностирования 0,37. Способ для диагностики функционального состояния оператора по речевому сигналу и устройство для его осуществления позволяют повысить точность диагностики функционального состояния оператора и могут быть использованы при выходе оператора на оптимальное состояние эмоциональной напряженности, когда данная работа совершается конкретным оператором с минимальной усталостью.В процессе работы с их помощью оператор может быть предупрежден об эмоциональном перенапряжении состояния, которое может повлечь сбои в работе или привести его в стрессовое состояние или к выполнению работы без должного внимания. 1. Способ диагностики функционального состояния оператора по речевому сигналу путем определения энергетического спектра речевого сигнала с одновременной разбивкой его на участки, сравнения энергий этих участков и диагностирования состояния оператора по результатам сравнения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, после определения энергетического спектра речевого сигнала с разбивкой на участки, запоминают энергии участков для каждого конкретного функционального состояния оператора, сравнивают энергии всех участков спектра во всех функциональных состояниях оператора по формулеЯ/, /1 уАэа / /1 дАЭ //1 О. эа /где А 1 - отношение информативных признаков в 1-м столбце матрицы отношений информативных гризнаков в первом функциональном состоянии оператора;А - отношение информативных признаков в 1-м столбце матрицы отношений информативных признаков во втором функциональном состоянии оператора;А 31 -- отношение информативных признаков в 1-м столбце матрицы отношений информативных признаков в третьем функциональном состоянии оператора,И ПО НанбОЛЬШЕМУ ЗиаЧЕНИ 10 %;ааас ВЫДЕ- ляют наиболее информативные участки спект1459655 Составитель В. КотеневаРедактор И.Шмакова Техред И. Верес Корректор А. ОбруцарЗаказ 384/3 Тираж 644 ПодписноеВНИИПИосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4,15Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород. ул. Гагарина, 101 ра речевого сигнала и диагностирование осуществляют путем сравнения отношения энергий двух наиболее информативных участков спектра с результатами деятельности оператора,5 2, Устройство для диагностики функционального состояния оператора по речевому сигналу, содержащее анализатор спектра, последовательно соединенные блок аналого-цифровых преобразователей, блок мультиплексоров, блок обработки данных, регистр и блок индикации, а также соединенные последовательно кнопку Пуск, блок временной задержки и первый триггер, причем кнопка Пуск соединена с нулевым входом первого триггера, выход которого соединен с управляющим входом блока аналого-цифровых преобразователей, отличаюиееся тем, что, с целью повышения точности, оно содержит переключатель режимов работы, блок деления, индикатор состояния оператора, соединенные последовательно, а также второй и третий триггеры, элемент ИЛИ, индикатор настройки, формирователь и индикатор сигнала окончания настройки, причем кнопка Пуск соединена с первым входом второго триггера, с вторым входом которого соединен через элемент ИЛИ первый выход регистра, второй выход регистра соединен с индикатором окончания настройки через последовательно соединенные формирователь сигнала окончания настройки и третий триггер, а выход анализатора спектра соединен с блоком аналого-цифровых преобразователей через переключатель режима работы.