音频处理方法、闭环压力调节系统及计算机设备与流程

本技术涉及智能穿戴，具体而言，涉及一种音频处理方法、闭环压力调节系统及计算机设备。

背景技术：

1、随着生活和工作节奏加快，压力状态监测及调节逐渐成为可穿戴设备健康功能中的一个应用方向。可穿戴设备具有便携、贴身和可持续佩戴等特点，能够在用户日常使用过程中采集心率、心率变异性等生理数据，并结合音频播放功能向用户提供放松、助眠或压力舒缓类的听觉内容。

2、在相关技术中，上述可穿戴设备通常向用户播放来自预设音频库的固定音频片段或预设播放列表中的音频。由于用户在使用可穿戴设备的不同时段的压力状态可能存在差异，而固定音频片段或预设播放列表的内容相对固定，导致所播放的音频与用户实际压力状态之间可能存在不匹配，进而使压力调节过程的针对性不足。

技术实现思路

1、本技术实施例的目的在于提供一种音频处理方法及闭环压力调节系统，进而在一定程度上解决相关技术中播放的音频与用户当前压力之间不匹配，影响压力调节过程的针对性的问题，从而提高了音频对用户压力调节的针对性，更准确地播放不同压力状态指标对应的目标音频，以更准确调节用户的压力。

2、本技术的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本技术的实践而习得。

3、根据本技术实施例的第一方面，提供了一种音频处理方法，应用于可穿戴设备，可穿戴设备与收纳设备通信连接，可穿戴设备设置有感应模块，方法包括：

4、响应于接收到的佩戴指令，通过所述感应模块采集用户的生理数据，其中，佩戴指令为用户在佩戴可穿戴设备的情况下触发得到；生理数据包括用户的心率数据、呼吸频率数据和睡眠状态参数中的至少一项；

5、基于生理数据，分析用户的压力状态，得到压力状态指标；

6、基于压力状态指标，确定与压力状态指标对应的目标音频参数，其中，压力状态指标用于表征用户的压力等级与音频参数之间的映射关系，音频参数包括节奏、调式、和声复杂度、音色和音景元素组合中的至少一种；

7、基于目标音频参数生成目标音频，并播放目标音频。

8、本技术通过可穿戴设备响应于接收到佩戴指令，采集用户的生理数据并分析用户的压力状态，得到压力状态指标，基于压力状态指标可以确定与压力状态指标对应的目标音频参数，使得处于不同压力状态指标下的用户所对应的目标音频参数不同，即不同压力状态指标的用户将获得在节奏、调式、和声复杂度、音色以及音景元素组合中至少一个维度上存在差异的音频内容，进而基于目标音频参数生成目标音频并播放，使得处于不同压力程度下的用户能够接收到与其当前压力程度相对应的音频内容，从而提高了音频对用户压力调节的针对性，更准确地播放不同压力状态指标对应的目标音频，以更准确调节用户的压力。

9、在本技术的一些示例实施例中，基于前述方案，基于目标音频参数生成目标音频，包括：将目标音频参数输入音频生成模型，以使音频生成模型根据目标音频参数实时合成一段音频片段并输出音频片段，将音频片段作为目标音频。

10、若用于调节压力的乐曲均取自预先录制或存储的固定曲库，则曲库中各曲目在节奏、调式、和声等方面的属性组合是有限且离散的，当用户当前压力状况所需的乐曲属性组合落在曲库未覆盖的范围时，只能退而选取属性最接近的现有曲目替代，导致实际播放的乐曲与所需的属性组合之间仍存在偏差；且曲库曲目数量有限，长期使用还容易出现重复。

11、而在本实施例中，通过将目标音频参数输入音频生成模型，由音频生成模型根据目标音频参数实时合成音频片段并将其作为目标音频，使得任意压力状态指标对应的目标音频参数都能被即时生成为相应音频，而不再受限于预置音频库有限的参数组合，例如当某一压力状态指标对应的节奏、调式与和声复杂度的组合并不存在于现有曲目中时，仍可由音频生成模型即时合成出与该组合相符的音频，从而使播放的音频在节奏、调式、和声复杂度、音色及音景元素组合等维度上与目标音频参数精确对应，进一步提高音频对用户压力状态的针对性。

12、在本技术的一些示例实施例中，基于前述方案，基于目标音频参数生成目标音频，包括：获取可穿戴设备当前播放的初始音频，以及当前播放的初始音频的当前音频参数；根据目标音频参数和当前音频参数，确定待调整参数，待调整参数包括节奏、和弦和音色中的至少一种；基于待调整参数对初始音频进行音频调整，得到目标音频。

13、若在需要更换所播放的乐曲时整段重新合成一首新的乐曲，一方面完整合成一整首乐曲的运算量较大，另一方面新合成的乐曲与用户正在收听的乐曲之间在节奏、和弦或音色上可能出现明显跳变，形成听觉上的突兀切换，反而打断压力调节过程的连续性。

14、而在本实施例中，通过获取当前播放的初始音频及其当前音频参数，将目标音频参数与当前音频参数进行比较以确定二者之间存在差异的待调整参数，并仅对初始音频的相应参数进行调整而非整段重建，一方面减少了音频生成的运算量，另一方面使音频在原有的初始音频基础上平滑过渡到目标状态，避免另起音频造成的听觉断点，使压力调节过程中的音频保持连续、不因音频切换而打断用户的放松，从而有利于持续而平稳地调节用户的压力。

15、在本技术的一些示例实施例中，基于前述方案，压力状态指标对应一个压力等级，压力等级设置有对应的压力阈值，并且压力等级对应的压力程度依次递减，每个压力等级对应的音频参数的数量与压力程度呈正相关；基于目标音频参数生成目标音频，包括：确定压力状态指标对应的目标压力等级；控制可穿戴设备播放与目标压力等级对应的目标音频。

16、若对紧张程度不同的用户均采用数量相同的音乐要素来组织乐曲，则对较为紧张、需要较强引导的用户而言，可供调节的音乐维度不足，干预力度偏弱；而对较为放松的用户，过多的音乐要素又会使乐曲过于繁复，反而形成额外负担。

17、而在本实施例中，通过将压力状态指标归入压力程度依次递减的压力等级，并令每个压力等级对应的音频参数的数量与压力程度呈正相关，先确定压力状态指标对应的目标压力等级、再控制可穿戴设备播放与目标压力等级对应的目标音频，使得压力程度越高的等级调用越多维度的音频参数来组织目标音频、压力程度越低的等级调用越少维度的音频参数，例如对压力程度最高的等级同时调用节奏、和声与音景元素等多个维度进行组织，而对压力程度较低的等级仅调用其中少数维度，从而使音频的丰富程度随用户压力程度的高低分级匹配，在高压力时提供足够维度的引导、在低压力时保持音频简洁，进一步提高音频对不同压力程度用户的调节针对性。

18、在本技术的一些示例实施例中，基于前述方案，音频参数包括节奏、和声层级数量、和声复杂度和音景元素组合数量中的至少一种，压力状态指标对应的压力等级表征的压力程度与节奏呈正相关，压力等级表征的压力程度与和声层级数量呈正相关，压力等级表征的压力程度与和声复杂度呈正相关，压力等级表征的压力程度与音景元素组合数量呈正相关。

19、在按紧张程度的高低分级组织乐曲时，若各音乐要素与用户紧张程度之间缺乏一致的对应方向，例如紧张程度高时反而采用更慢的节奏、更简单的和声，则乐曲的整体基调难以与用户当前的紧张程度形成稳定、可预期的对应关系，也不利于乐曲先与用户当前状态相契合、再引导其逐步平复。

20、而在本实施例中，通过令节奏、和声层级数量、和声复杂度以及音景元素组合数量均与压力程度呈正相关，使得压力程度越高，音频的节奏越快、和声层级与复杂度越高、音景元素组合越多，音频整体越丰富饱满，从而先与用户当前较高的生理唤醒程度相契合而便于被用户接纳；随着压力程度降低，上述各维度相应下降，音频越趋于舒缓简洁，使音频在多个维度上随压力程度同向变化，形成与用户压力程度相称且渐次收敛的听觉引导，进一步提高音频对用户压力调节的针对性。

21、在本技术的一些示例实施例中，基于前述方案，该方法还包括：在播放目标音频的过程中，按照预设滑动时间窗口采集当前周期窗口的当前生理数据，并根据当前周期窗口的当前生理数据确定当前周期窗口的当前压力参数；获取上一周期窗口的历史压力参数，并根据当前周期窗口的当前压力参数与上一周期窗口的历史压力参数，确定用户当前的生理变化趋势，其中，当前的生理变化趋势包括正向改善趋势、无变化趋势和反向恶化趋势中的一种；根据生理变化趋势，对目标音频参数进行调整，得到下一周期窗口的干预音频参数；根据干预音频参数对当前播放的目标音频进行调整，并播放调整后的目标音频。

22、若在选定乐曲后即固定播放、而不再跟踪用户身体状态的变化，则所播放的乐曲无法反映用户在收听过程中紧张状态的实时演变——当乐曲已使用户趋于平复时仍维持原有强度，或当用户不降反升时未能及时增强干预，都会使调节偏离用户的实时需求，压力调节缺乏对调节效果的反馈与修正。

23、而在本实施例中，通过在播放过程中按滑动时间窗口周期性地采集生理数据并确定当前周期窗口的当前压力参数，将其与上一周期窗口的历史压力参数相比较以确定用户的生理变化趋势，再依据该趋势调整目标音频参数得到下一周期窗口的干预音频参数并据此调整所播放的目标音频，使得音频的调整以用户前后两个周期窗口生理数据所反映出的实际变化为依据，从而在“采集生理数据—评估变化趋势—调整音频—再采集生理数据”之间构成持续运行的闭环，音频得以随用户压力状态的实时变化而不断修正，实现对用户压力的闭环动态调节，进一步提高音频对用户压力调节的针对性。

24、在本技术的一些示例实施例中，基于前述方案，当前压力参数和历史压力参数均至少包括心率变异性参数和心率均值；根据当前周期窗口的当前压力参数与上一周期窗口的历史压力参数，确定用户当前的生理变化趋势，包括：将当前周期窗口的心率变异性参数和上一周期窗口的心率变异性参数进行比较，确定当前周期窗口的心率变异性参数与上一周期窗口的心率变异性参数之间的心率变异性参数的变化量；将当前周期窗口的心率均值和上一周期窗口的心率均值进行比较，确定当前周期窗口的心率均值与上一周期窗口的心率均值之间的心率均值的变化量；若心率变异性参数的变化量表示当前周期窗口的心率变异性参数大于上一周期窗口的心率变异性参数，且心率均值的变化量表示当前周期窗口的心率均值小于上一周期窗口的心率均值，则确定用户当前的生理变化趋势为正向改善趋势；若心率变异性参数的变化量和心率均值的变化量均未超过预设幅度阈值，则确定用户当前的生理变化趋势为无变化趋势；若心率变异性参数的变化量表示当前周期窗口的心率变异性参数小于上一周期窗口的心率变异性参数，且心率均值的变化量表示当前周期窗口的心率均值大于上一周期窗口的心率均值，则确定用户当前的生理变化趋势为反向恶化趋势。

25、若仅凭单一生理量（例如仅凭心率的快慢）判定用户的紧张状态是趋于好转还是趋于加剧，由于心率会因体位变动、短暂活动等与压力无关的因素而波动，容易将此类波动误判为紧张状态的缓解或加剧，进而使乐曲朝错误方向调整。

26、而在本实施例中，通过同时采用心率变异性参数与心率均值两个指标判定趋势，并利用二者随压力变化的相反方向——压力缓解时心率变异性升高而心率均值下降、压力加剧时心率变异性下降而心率均值升高——仅当当前周期窗口的心率变异性升高且心率均值下降时判定为正向改善、当前周期窗口的心率变异性下降且心率均值升高时判定为反向恶化、二者的变化量均未超过预设幅度阈值时判定为无变化，从而以两项指标相互印证来排除单一指标短暂波动造成的误判，提高生理变化趋势判定的准确性和抗干扰能力，为音频的正确调整提供可靠依据，从而提高上述闭环动态调节的准确性。

27、在本技术的一些示例实施例中，基于前述方案，根据生理变化趋势对目标音频参数进行调整，得到下一周期窗口的干预音频参数，包括：若生理变化趋势为正向改善趋势，则对目标音频参数进行第一调整，得到下一周期窗口的干预音频参数，第一调整包括下调节奏、降低和声复杂度以及下调音景元素中环境声音的音量；若生理变化趋势为无变化趋势，则对目标音频参数进行第二调整，得到下一周期窗口的干预音频参数，第二调整包括在预设变化范围内调整节奏、切换当前乐器音色或调式以及提高和声复杂度；若生理变化趋势为反向恶化趋势，则对目标音频参数进行第三调整，得到下一周期窗口的干预音频参数，第三调整包括上调节奏、提升和声层级、将当前的调式切换为大调调式以及改变音景元素组合中自然环境声音的比例。

28、若对用户紧张状态趋于好转、无明显变化和趋于加剧这三种不同的走向采用统一的乐曲调整方式，则无法分别顺应或扭转用户当前的状态变化：在紧张已趋缓解时仍施加较强干预可能过度，在状态毫无变化时缺乏新的刺激而易陷入停滞，在紧张加剧时干预不足则难以扭转。

29、而在本实施例中，通过针对正向改善趋势、无变化趋势和反向恶化趋势分别执行第一调整、第二调整和第三调整——正向改善时下调节奏、降低和声复杂度并调低环境声音的音量，顺应放松趋势、以更舒缓的音频巩固已有效果；无变化时在预设变化范围内调整节奏、切换音色或调式并提高和声复杂度，以适度的新鲜刺激打破停滞；反向恶化时上调节奏、提升和声层级、将调式切换为明亮的大调并改变自然环境声音的比例，以更强的干预扭转恶化趋势——使音频调整方向与用户当前生理变化趋势相适配，从而提高上述闭环动态调节的有效性，更准确地调节用户的压力。

30、在本技术的一些示例实施例中，基于前述方案，该方法还包括：若生理变化趋势为反向恶化趋势，则缩短滑动时间窗口的时长；在缩短后的滑动时间窗口下监测用户的生理变化趋势；当监测到用户当前的生理变化趋势由反向恶化趋势转变为正向改善趋势或无变化趋势时，将滑动时间窗口的时长恢复至缩短前的时长，并切换回与当前的生理变化趋势对应的调整操作。

31、若用于监测的时间窗口的时长在整个过程中固定不变，则在用户紧张加剧、亟需及时纠偏的阶段，较长的窗口会使状态评估与乐曲调整的频率偏低、响应迟缓，容易错失干预时机；而若始终采用较短的窗口，又会在用户状态平稳时增加身体数据采集与运算的频次，造成不必要的资源消耗。

32、而在本实施例中，通过在检测到反向恶化趋势时缩短滑动时间窗口，使趋势评估与音频调整在恶化阶段以更高的频率进行，从而更及时地对恶化趋势作出干预；并在趋势由反向恶化转变为正向改善或无变化后将滑动时间窗口恢复至缩短前的时长、切换回与当前趋势对应的调整操作，使系统在用户状态平稳时回落到较低的监测频率。一方面，由此在压力恶化阶段以更高频率修正音频，使上述闭环动态调节对恶化趋势的响应更为及时，有利于更准确地调节用户的压力；另一方面，在用户状态平稳时避免了全程高频监测带来的资源开销，兼顾了压力调节的及时性与运行的经济性。

33、一方面，不同用户在心率的变异程度与平静时的心率高低上存在个体差异，若以统一的固定数值作为判断用户是否已进入放松状态的标准，难以适应个体差异；另一方面，若在用户紧张已充分缓解后仍持续以原音量播放乐曲，不仅浪费设备电量与运算资源，持续的声音输出本身也可能对已趋于平静的用户形成打扰。

34、在本技术的一些示例实施例中，基于前述方案，在播放目标音频的过程中，按照预设滑动时间窗口采集当前周期窗口的生理数据之前，还包括：当可穿戴设备首次启动时，采集用户在静息状态下的生理数据，并根据静息状态下的生理数据计算用户的生理基线值，生理基线值包括心率变异性基线值和心率基线值；基于心率变异性基线值确定心率变异性参数的优化目标值，并基于心率基线值确定心率的优化目标值，心率变异性参数的优化目标值包括用户的心率变异性参数高于心率变异性基线值的预设第一倍数，心率的优化目标值包括用户的心率低于心率基线值的预设第二倍数，第一倍数大于第二倍数；当在未接收到用户停止指令的情况下，检测到用户的心率变异性参数达到心率变异性参数的优化目标值，且用户的心率达到心率的优化目标值时，停止播放音频或者降低音频的音量。

35、而在本实施例中，通过在可穿戴设备首次启动时采集静息状态下的生理数据并计算用户个人的心率变异性基线值与心率基线值，再以高于心率变异性基线值预设第一倍数、低于心率基线值预设第二倍数的方式分别确定心率变异性参数与心率的优化目标值，使判断放松程度的标准因人而异地建立在各用户自身的静息水平之上；并在未接收到用户停止指令时，一旦检测到心率变异性参数与心率同时达到各自的优化目标值即停止播放音频或降低音量，使音频在用户压力充分缓解后自动收束。一方面，由此以用户自身静息基线为基准设定优化目标值，使压力调节的目标因人而异，更准确地贴合各用户实际可达到的放松状态；另一方面，音频在达到优化目标值后自动收束，避免了无谓的资源消耗以及对已趋于平静的用户的持续打扰。此外，将第一倍数设置为大于第二倍数，与心率变异性相较于心率具有更大相对变化幅度的生理规律相适应，使两项优化目标值更贴近用户实际可达到的放松状态。

36、若压力调节流程只能通过在可穿戴设备本体上操作来启动，则在可穿戴设备体积较小、可供操作的区域有限的情况下，用户启动调节的操作不够便捷；同时，作为可穿戴设备收纳载体的收纳设备也未能参与到调节流程中。

37、在本技术的一些示例实施例中，基于前述方案，该方法还包括：接收来自收纳设备的激活指令，激活指令为收纳设备响应于用户对触摸区域执行的预设触摸操作后得到；响应于激活指令，执行响应于接收到的佩戴指令、通过感应模块采集用户的生理数据的步骤。

38、而在本实施例中，通过在收纳设备上设置触摸区域，由收纳设备响应于用户对触摸区域执行的预设触摸操作后生成激活指令，可穿戴设备响应于该激活指令即执行采集用户生理数据的步骤，一方面使用户能够借助收纳设备上更易操作的触摸区域便捷地启动压力调节流程；另一方面使原本仅承担收纳功能的收纳设备参与到调节流程的启动环节，与可穿戴设备协同构成压力调节的闭环。

39、若仅依据平均心率等单一而粗略的指标判断用户的紧张水平，由于此类指标所反映的生理信息维度有限，难以准确刻画自主神经活动所对应的压力高低，得到的判定精度不足。

40、在本技术的一些示例实施例中，基于前述方案，生理数据还包括心搏信号，心搏信号包括心电信号和光电容积脉搏波信号中的至少一项；基于生理数据，分析用户的压力状态，得到压力状态指标，包括：对心搏信号进行预处理，得到心率变异性参数的时域子参数和频域子参数；将时域子参数和频域子参数输入预训练的压力分析模型，输出用户的压力状态，得到压力状态指标，其中，压力分析模型为基于标注生理数据集训练得到的分类模型。

41、而在本实施例中，通过对心电信号或光电容积脉搏波信号等心搏信号进行预处理，提取出心率变异性参数的时域子参数与频域子参数，并将两类子参数一并输入基于标注生理数据集训练得到的压力分析分类模型以输出压力状态，使得压力状态的判定同时利用了心率变异性在时域和频域上反映自主神经活动的多维信息，并借助经样本训练的分类模型进行综合判别，从而提高压力状态指标对用户实际压力水平刻画的准确性，为后续确定与之匹配的目标音频参数提供更准确的依据，进而提高音频对用户压力调节的针对性。

42、根据本技术实施例的第二方面，提供了一种闭环压力调节系统，包括收纳设备和可穿戴设备，收纳设备用于容纳可穿戴设备；可穿戴设备被配置为执行如第一方面中任一项的音频处理方法。

43、由于该系统中收纳设备用于容纳可穿戴设备，使收纳设备与可穿戴设备在物理上构成一体，便于二者的配对与收纳，而生理数据的采集、压力状态的分析以及目标音频的生成与播放均由贴合用户身体佩戴的可穿戴设备承担，并可结合收纳设备的触摸激活等交互，收纳设备与可穿戴设备通过通信连接相互配合，从而在收纳设备与可穿戴设备之间构成从生理数据采集、压力状态分析、目标音频生成与播放到生理反馈调整的闭环。一方面，可穿戴设备能够基于用户实时的压力状态有针对性地生成并动态调整目标音频，使处于不同压力程度下的用户接收到与其当前压力程度相对应的音频内容，从而提高音频对用户压力调节的针对性；另一方面，由收纳设备容纳可穿戴设备使二者在物理上构成一体，便于配对与收纳，并可参与调节流程的启动等环节，为上述闭环压力调节的稳定运行提供了保障。

44、根据本技术实施例的第三方面，提供了一种计算机设备，包括：处理器；以及存储器，存储器上存储有计算机可读指令，计算机可读指令被处理器执行时实现如第一方面中任一项的音频处理方法。

45、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。