次世代腦波儀應用系統開發

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行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告

次世代腦波儀應用系統開發

研究成果報告(精簡版)

計 畫 類 別 : 個別型 計 畫 編 號 : NSC 99-2622-E-151-014-CC3 執 行 期 間 : 99 年 06 月 01 日至 100 年 05 月 31 日 執 行 單 位 : 國立高雄應用科技大學電機工程系 計 畫 主 持 人 : 黃文祥 計畫參與人員: 碩士班研究生-兼任助理人員:蔡佳言 碩士班研究生-兼任助理人員:何謦澧 碩士班研究生-兼任助理人員:余豐丞 博士班研究生-兼任助理人員:梁浩銘 博士班研究生-兼任助理人員:許紘銘 處 理 方 式 : 本計畫涉及專利或其他智慧財產權,研究成果報告(精簡版)2 年後可公開查詢

中 華 民 國 100 年 07 月 14 日

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行政院國家科學委員會補助產學合作研究計畫成果精簡報告

計畫名稱:次世代腦波儀應用系統開發

計畫類別:□ 先導型 □ 開發型 ■ 技術及知識應用型

計畫編號:NSC 99-2622-E-151-014-CC3

執行期間:2010 年 6 月 1 日 至 2011 年 5 月 31 日

執行單位:國立高雄應用科技大學

計畫主持人:黃文祥

共同主持人:

計畫參與人員:許紘銘、梁浩銘、蔡佳言、何謦澧、余豐丞

中 華 民 國 100 年 5 月 31 日

附件二

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合作企業簡介

合作企業名稱:

紫皇國際股份有限公司

計畫聯絡人:

侯勝耀

資本額:

貳仟萬

產品(服務)簡介:

專致於企業e化、客製化系統程式開發。近年轉型經營社群入口網站YeBi Blog, 開始為客戶提供更多樣化的網路行銷服務。於95年研發推出全國第一個整合型企 業部落格平台,並組織「活力台灣319鄉,e起動起來」企畫平台,建立全國最 完整涵蓋的地方性生活入網站。 網址:http://blog.yebi.tw/ 電話:07-586-6386

研究摘要(500 字以內):

資訊科技不斷地突飛猛進,帶動了資訊應用的蓬勃發展,促使人機溝通介面朝 向更具有「人性化」與「實用性」的方向前進;腦波儀就是在這個趨勢下所開 發出來的新人機介面,運用感知(Sense)使用者的腦波(Brainwave),來提供不同 於傳統的鍵盤、滑鼠、或觸控面板的另類輸入設備。本計畫即在協助紫皇國際 股份有限公司開發腦波儀之相關驅動程式、API及將其結合運用在教育、娛樂、 醫療市場上的一些相關應用程式,以開拓這塊新產業市場。本計畫乃由於紫皇 國際取得美國NeuroSky意念機(MindSet)的台灣區經銷權,但礙於資訊技術不足 造成其研發的瓶頸,因此尋求計畫主持人研究團隊以產學合作的方式,希望能 借重研究團隊過去在嵌入式系統、系統整合、通訊系統等的產學合作經驗,協 助其完成本腦波儀應用系統的整合開發計畫。本計畫在過去一年中,首先以UML 勾勒系統藍圖,然後在開發階段採微軟所釋出之最新SDK 7為主MFC為輔,將 腦波儀結合適當圖形函式庫達到即時資料呈現的使用者操作介面。其間;多次 因紫皇國際對使用介面的要求力求完美,大幅修改了本應用系統的系統流程, 也因而提升了其實用性及功能面。值得一提的是本計畫的研發過程,讓參與的 研究生獲得了可貴的產學實務經驗。

人才培育成果說明:

本計畫之執行團隊成員主要是以計畫主持人負責的國立應用科技大學電機工程 系「寬頻行動無線網路研究室」研究生,即為本計畫主要的人才培育對象。本計 畫的執行乃延續計畫主持人先前與民間企業及國家科學委員會之合作經驗與心 得,加上碩士生於計畫執行期間的團隊合作來完成本計畫。計畫執行前、中、後 期間,定期與廠商進行週報及月報,以探討系統開發中臨時性發生之問題,如: 系統規劃可行性、制度化與產學互動關係等。本計畫執行人員延攬於99年參與合

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3 作企業委託之多伺服器佈局及資訊安全規劃經驗,以培養學生資料蒐集、系統規 劃、系統運作流程分析等報告撰寫等計畫執行能力。因此在本計畫執行所需之UML 以及微軟的SD7搭配MFC之軟體操作及設計程式能力,能於短時間內快速克服自身 能力不足的問題,於本計畫中結合適當圖型函式庫以及API應用於畫面呈現及精 進功能,使系統呈現更高水平。為了傳承執行計畫經驗,實現獨立規劃及執行專 案工作以擴展學習經驗,因此讓學生從問題領域資料收集、需求分析、計畫提案、 系統分析、設計、實作、測試、展示與撰寫結案報告,以學生間互相討論並合作 完成,使其在經歷完整元件式系統開發生命週期時,能彼此分享所遭遇之問題及 解決經驗,藉由本計畫讓學生學習規劃、執行與解決問題能力並從錯誤中學習, 使學生能快速與業界接軌。

技術研發成果說明:

本計畫「次世代腦波儀應用系統開發」系統開發目標,藉由上述計畫住持人執行 計畫之經驗指導學生執行本計畫,使學生於計畫執行期間99年至100年中完成複 雜版、精簡版與免安裝版之次世代腦波儀應用系統,以及免安裝版藍芽連線輔助 軟體,在文件報告部分完成了結案報告、相關文件與技術文件說明電子檔,並將 本計畫之成品操作流程錄製成展示光碟,以提供舉辦比賽意見與多場次世代腦波 儀宣傳。本計畫提出讓顧客能即時感受專注力的應用程式,如下圖所示,本應用 程式主要目的為讓顧客測試在觀看指定心靈醫療的影片時,其專注力與放鬆程 度。當程式啟動監控腦波時,所撥放的影片將會根據顧客的專注力以及放鬆度來 改變影片的撥放速度以及聲音的大小。經過反覆練習後,顧客將可將本身的專注 力與放鬆度維持在某範圍,藉此提升學習的能力。 MindSet Record意念控制播放器

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技術特點說明:

本計畫主要特色為,在次世代頭戴型腦波儀器上開發驅動程式、API與應用程式, 將其開發理念應用於醫療、教育、娛樂相關應用,整合研發出「實用性」及「可 行性」極高的腦波儀應用系統,並行銷意念機至不同應用領域。本計畫技術困難 度為無法得知任何腦波儀原廠硬體設計、架構圖的狀態下進行開發。因此只能觀 察腦波儀在傳遞資料時,在Extraction以及Interpretation之間資料透過藍芽模 組傳遞給接收端的運作情形,分析接收資料原理並解析腦波儀所傳回之封包格 式。借重本研究團隊過去在嵌入式系統、系統整合、通訊系統等的產學合作經驗, 於產學合作情境中,藉助合作廠商提供該公司在業界所累積之相關開發經驗與管 理制度,提升學界前瞻性知識與學習能力,並將強技術面的系統分析、邏輯、設 計與執行能力,以提供開發相關應用程式以及提供通訊技術支援,與產品後續整 合、行銷。 MindSet 意念機

儀器最重要晶片在於NeuroSky ThinkGear 晶片,ThinkGear 技術將腦電波信號的 採集、濾波、放大、A/D 轉換、資料處理及分析等功能完全集成到一塊ASIC 晶 片中,並通過標準介面對外輸出eSense 參數和原始的腦波資料,從而簡化並加 快了腦電波採集處理及分析的過程,降低了腦電波應用成本,使得基於腦電波的 應用更易於推廣到大眾消費領域。ThinkGear技術,目前在美國已廣泛應用於 NeuroSky 所有產品及其合作夥伴的產品中,如:Mattel Mindflex、BrainAthlete Golf Trainer、Star Wars Force Trainer by Uncle Milton、Toshiba MindTune和PLX XWave等產品,這些產品利用ThinkGear的腦機介面技術,使這些設備方便地透 過腦波來進行人機溝通,包括即時觀測使用者的精神狀態,並且能夠通過“意念 思 維 " 進 行 控 制 。 我 們 觀 察 整 個 腦 波 儀 在 傳 遞 資 料 時 , 在 Extraction 以 及

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Interpretation 之間,資料是透過藍芽模組傳遞給接收端,在接收端的部分主要透 過外接一塊藍芽模組來接收資料,該藍芽模組已經被模擬成系統上之COM port(RS-232),因此我們必須了解RS-232 之接收資料原理並解析意念機所傳回封 包格式,在微軟系統上開發相關*.vxd *.drv *.sys *.dll*.exe *.inf 檔案;初期開發 階段反組譯現有類似通訊元件以及向微軟Technet、MSDN 尋找相關開發文件。

可利用之產業及可開發之產品:

本計畫之成果可應用於醫療、教育、娛樂等相關應用;以醫療為例,本計畫所開 發之應用系統可用於神經科、精神醫學與催眠治療等方面,讓醫師在診斷病患之 病情時可參考病患腦波呈現狀態加以評估,藉以協助醫師往後的療程之安排;教 育方面,以過動兒專注力訓練為例,藉由本計畫所開發之意念影音播放程式來訓 練過動兒學習專注力,根據過動兒在觀賞影片時之專注力與放鬆度來調整影片播 放速度與音量大小,訓練過動兒具備維持專注力在某一範圍;在娛樂方面以遊戲 方式呈現,針對專注力與放鬆度的數值來進行遊戲功能的觸發,讓使用者能在遊 戲中不斷刺激專注力與放鬆度的轉換,經過訓練後使用者本身的專注力與放鬆度 控制能力將有大幅的成長。如上所述,因此未來可開發產品可以醫療、教育、娛 樂三方向進行高實用性及可行性的應用程式,並可透過硬體設備輸出,如搭配嵌 入式、馬達使其表現實體化,讓產品更具吸引力。

推廣及運用的價值:如增加產值、增加附加價值或營利、增加投資/設

廠、增加就業人數………等。

本計畫所研發之次世代腦波儀應用系統為腦波儀引入國內之先驅,因此未來無論 是在醫療、教育、娛樂應用系統開發,皆需以本計畫開發之驅動程式與API與腦 波儀進行溝通。其開發系統主要目的為往後的應用鋪路。且目前腦波儀也在國外 逐漸熱門,經過推廣讓產業界與學術界了解此腦波儀可運用之範圍與研究價值, 進而增加銷售量。未來可遵循先前舉辦比賽方式以獎金刺激民眾創造力,再加以 實現產品並商品化。

※ 備註:依規定,精簡報告係可供國科會立即公開之資料,並以四至

十頁為原則,如有圖片或照片請以附加檔案上傳,如因涉及

專利、技術移轉案或其他智慧財產權、影響公序良俗或政治

社會安定等,而不宜對外公開者,請勿將其列入精簡報告;

原則上本會將公開精簡報告,完整報告原則上不予公開。

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國科會補助計畫衍生研發成果推廣資料表

日期:2011/07/11

國科會補助計畫

計畫名稱: 次世代腦波儀應用系統開發 計畫主持人: 黃文祥 計畫編號: 99-2622-E-151-014-CC3 學門領域: 計算機結構與計算機系統

無研發成果推廣資料

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99 年度專題研究計畫研究成果彙整表

計畫主持人:黃文祥 計畫編號:99-2622-E-151-014-CC3 計畫名稱:次世代腦波儀應用系統開發 量化 成果項目 實際已達 成數(被接 受或已發 表) 預期總達成 數(含實際 已達成數) 本計畫 實際貢 獻百分 單位 備註(質 化 說 明 : 如 數 個 計 畫 共 同 成 果、成 果 列 為 該 期 刊 之 封 面 故 事 ... 等) 期刊論文 0 0 0% 研究報告/技術報 告 1 1 100% 次世代腦波儀應用系統 研討會論文 3 3 100% 篇

[1]J.Y.Tsai, G.C.Chen, and W.S.Hwang,

2010, ''''Improve the Efficiency of Preparation Phase in Seamless Handover by using MIIS,'''' NST 2010, Dec. 3-4, 2010. [2]C.H. Cheng, and W.S.Hwang, 2010, ''''IA Dynamic Bandwidth Request

Algorithm based on Traffic Loading for Best-Effort in

IEEE 802.16

Networks,'''' NST

2010, Dec. 3-4, 2010. [3]W.P.Chen, S.X. Chen, M.J.Xu, and W.S.Hwang, 2011, ''''The Study of

Performance under

Asymmetrical Traffic Load for EPON.p,'''' 2011 Conference on Optical Technology, pp.127-132, May 27, 2011 論文著作 專書 0 0 0% 申請中件數 0 0 0% 專利 已獲得件數 1 1 100% 件 2011.2.21-2020.8.29, 新型 M398730 號, 具有內部排列 機制的前向糾錯系統, 發明 人: 郭俊儀, 施啟煌, 謝錫 堃, 黃文祥 件數 1 1 100% 件 次世代腦波儀應用系統開發 先期技術移轉 國內 技術移轉 權利金 60 60 100% 千元 次世代腦波儀應用系統開發 先期技術移轉

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碩士生 3 3 100% 蔡佳言, 何謦澧, 余豐丞 博士生 2 2 100% 許紘銘, 梁浩銘 博士後研究員 0 0 0% 參與計畫人力 (本國籍) 專任助理 0 0 0% 人次 期刊論文 1 1 100%

W.P.Chen, W.F.Wang, and W.S.Hwang, ''Adaptive DBA Algorithm with Sorting

Report Messages for

EPON,'' IET Communications, vol.4, no.18, pp.2230-2239, Dec. 2010. 國外 論文著作 研究報告/技術報 告 0 0 0% 篇

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研討會論文 3 0 100%

[1] C.I Kuo, C.H.Shih, C.K.Shieh, and W.S.Hwang, 2010, ' ' A Fast and Efficient FEC Enhancement Scheme for Delay-sensitive Video Transmissions, ' ' IEEE IIH-MSP 2010, pp252-255., Oct. 15-17, Darmstadt, 2010. (德國, Darmstadt) [2]P.C.Tseng and W.S.Hwang, 2010, ''Toward the Ubiquitously Networked Society: QoS-aware

Residential Gateway with ZigBee-based Network,'' International Symposium on

Wireless Pervasive

Computing (ISWPC), pp., Feb. 23-25, Hong Kong, 2011.

[3]M.F.Tsai, C.H. Shih, C.K.Shieh, and W.S.Hwang, 2011, ''Multirate-aware Concurrent Multipath Transmission Mechanism,'' International Symposium on Wireless Pervasive Computing (ISWPC), pp., Feb. 23-25, Hong Kong, 2011. 專書 0 0 0% 章/本 申請中件數 0 0 0% 專利 已獲得件數 0 0 0% 件 件數 0 0 0% 件 技術移轉 權利金 0 0 0% 千元 碩士生 0 0 0% 博士生 0 0 0% 博士後研究員 0 0 0% 參與計畫人力 (外國籍) 專任助理 0 0 0% 人次

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其他成果

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無法以量化表達之 成果如辦理學術活 動、獲得獎項、重 要國際合作、研究 成果國際影響力及 其他協助產業技術 發展之具體效益事 項等,請以文字敘 述填列。) 無 成果項目 量化 名稱或內容性質簡述 測驗工具(含質性與量性) 0 課程/模組 0 電腦及網路系統或工具 0 教材 0 舉辦之活動/競賽 0 研討會/工作坊 0 電子報、網站 0 目 計畫成果推廣之參與(閱聽)人數 0

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本產學合作計畫研發成 果 及 績 效 達 成 情 形 自 評 表

成果項目

本產學合作計畫預估研究成果及績效指標(作為本計畫後續管考之參據) 計畫達成情形 技術移轉 預計技轉授權 1 項 完成技轉授權 1 項 國內 預估 1 件 提出申請 1 件,獲得 1 件 專利 國外 預估 1 件 提出申請 0 件,獲得 0 件 博士 1人,畢業任職於業界1人 博士 0人,畢業任職於業界0人 碩士 1人,畢業任職於業界1人 碩士 3人,畢業任職於業界3人 人才培育 其他 1人,畢業任職於業界1人 其他 0人,畢業任職於業界0人 期刊論文 1 件 發表期刊論文 0 件 研討會論文 1 件 發表研討會論文 3 件 SCI論文 1 件 發表SCI論文 0 件 專書 1 件 完成專書 0 件 國內 技術報告 1 件 完成技術報告 1 件 期刊論文 1 件 發表期刊論文 1 件 學術論文 1 件 發表學術論文 1 件 研討會論文 1 件 發表研討會論文 3 件 SCI/SSCI論文 1 件 發表SCI/SSCI論文 1 件 專書 1 件 完成專書 0 件 論文著作 國外 技術報告 1 件 完成技術報告 0 件 其他協助產業發展 之具體績效 新公司或衍生公司 1 家 設立新公司或衍生公司(名稱): 計畫產出成果簡 述:請以文字敘述 計畫非量化產出之 技術應用具體效 益。(限 600 字以 內)

數據

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參考文獻

相關主題 :