專利名稱：電子耳蝸寬動態(tài)范圍壓縮處理信號的言語處理器和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子耳蝸技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種電子耳蝸寬動態(tài)范圍壓縮處理信號的言語處理器和方法。
背景技術(shù)：
人的耳蝸毛細(xì)胞是接收聲音的感覺細(xì)胞。當(dāng)耳蝸毛細(xì)胞損傷嚴(yán)重時，就會出現(xiàn)嚴(yán)重的聽力損傷。電子耳蝸就是替代已損傷毛細(xì)胞，通過電刺激聽覺神經(jīng)重新獲得聲音信號的一種電子裝置。圖I顯示的是電子耳蝸的結(jié)構(gòu)示意圖。電子耳蝸由體外機(jī)部件和植入體部件兩部分組成，體外機(jī)部件主要包括傳聲器(如麥克風(fēng)等)、言語處理器和發(fā)射線圈，植入體部件主要包括接收線圈、刺激器及多通道電極陣列組成。在系統(tǒng)連接正常的情況下，麥克風(fēng)接收聲信號，通過言語處理器，將聲信號進(jìn)行分析處理并編碼，通過頭件(發(fā)射線圈)透過皮膚傳送到植入體部件的接收線圈，經(jīng)過刺激器的解碼處理后，產(chǎn)生相應(yīng)頻率及電流強(qiáng)度的脈沖信號并傳送到各個刺激電極。通過電極刺激聽神經(jīng)，將脈沖信號傳到聽覺中樞從而為使用者產(chǎn)生聽覺。一個正常人聽覺系統(tǒng)的聽力動態(tài)范圍為120dB，有多大200級的可辨聲階。相比之下，一個電子耳蝸使用者一般只有10_20dB的聽力動態(tài)范圍和20級可辨聲階。設(shè)計(jì)電子耳蝸言語處理器時，一個重要的因素是從聲音幅度到電流幅度的適當(dāng)轉(zhuǎn)換。耳蝸植入者的刺激閾值到舒適響度之間的動態(tài)范圍很窄，舒適響度的水平在閾值水平的3倍到30倍之間。 在聲刺激聽覺中，聲音響度是聲音強(qiáng)度的冪函數(shù)，而在電刺激聽覺中，響度更接近于電流強(qiáng)度的指數(shù)函數(shù)。在當(dāng)前的電子耳蝸言語處理器中，應(yīng)用最廣的是連續(xù)間隔采樣CISGontinuous-interleaved-sampling),它是將各通道的信號經(jīng)過整流器和低通濾波器來提取包絡(luò)信息， 或者通過快速傅里葉變換FFT (fast-fourier-transformation)計(jì)算頻譜能量的方法提取包絡(luò)信息。提取的包絡(luò)信息經(jīng)過對數(shù)壓縮以適應(yīng)電刺激較窄的動態(tài)范圍，但是這些處理中信號的輸入動態(tài)范圍完全由包絡(luò)提取的結(jié)果確定，這樣的電子耳蝸言語處理器對信號的處理效率不高，語言識別率不好，從而影響使用者聽力。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種電子耳蝸寬動態(tài)范圍壓縮處理信號的言語處理器和方法，增強(qiáng)電子耳蝸言語處理器信號處理能力和使用者可感知范圍內(nèi)信號能量?；谏鲜瞿康谋景l(fā)明提供的一種電子耳蝸寬動態(tài)范圍壓縮處理信號的言語處理器，包括處理單元和壓縮單元，其中所述的處理單元，用于對傳送的聲信號由分頻模塊進(jìn)行預(yù)加重和分頻處理，并將處理的結(jié)果合并為M個通道；所述的壓縮單元，用于對處理單元傳送的聲信號根據(jù)預(yù)先測量電子耳蝸植入者M(jìn) 個通道的舒適閾值或感知閾值參數(shù)，通過聲-電壓縮函數(shù)，計(jì)算電刺激感知閾值對應(yīng)的聲
4信號強(qiáng)度或舒適閾值對應(yīng)的聲信號強(qiáng)度參數(shù)，并且以此參數(shù)為拐點(diǎn)，根據(jù)頻譜包絡(luò)的寬動態(tài)范圍壓縮曲線，計(jì)算每個通道壓縮后的聲強(qiáng)，對寬動態(tài)壓縮后的輸出聲強(qiáng)進(jìn)行聲-電刺激壓縮并輸出?？蛇x的，所述的分頻模塊采用通過高通濾波，對低于12kHZ的信號做每十倍頻程有6dB衰減的預(yù)加重處理?？蛇x的，所述的分頻模塊采用快速傅里葉變換(FFT)方法對聲信號進(jìn)行分頻處理，把信號分解為頻段?？蛇x的，所述的分頻模塊利用Greenwood公式將頻段合并為M個通道?？蛇x的，所述的通過聲-電壓縮函數(shù)，計(jì)算電刺激感知閾值對應(yīng)的聲信號強(qiáng)度或舒適閾值對應(yīng)的聲信號強(qiáng)度參數(shù)根據(jù)如下公式計(jì)算E = c*A~p+d其中，c= (Emcl-Ethr) / (IgAmax-IgAmin)、d = Emcl_c*lgAmax、p = 10，E表示的是通道電刺激感知閾值Ethr或通道電刺激舒適閾值Emcl，A表示的是電刺激感知閾值對應(yīng)的聲信號強(qiáng)度Athr或舒適閾值對應(yīng)的聲信號強(qiáng)度Amcl，Amin為電子耳蝸信號處理最小輸入聲強(qiáng)，Amax為電子耳蝸信號處理最大輸入聲強(qiáng)?？蛇x的，所述的頻譜包絡(luò)的寬動態(tài)范圍壓縮曲線，具有如下規(guī)則當(dāng)輸入聲強(qiáng)小于Amin時，電子耳蝸對聲信號不做處理；
當(dāng)輸入聲強(qiáng)介于Amin和Athr之間時,壓縮比COPl介于I3與I4之間；
當(dāng)輸入聲強(qiáng)介于Athr和Amcl之間時，壓縮比C0P2介于II與I2之間；
當(dāng)輸入聲強(qiáng)介于Amcl和Amax之間時,壓縮比C0P3介于I2與I3之間；當(dāng)輸入聲強(qiáng)大于Amax時，電子耳蝸對聲信號進(jìn)行削峰?？蛇x的，所述的對寬動態(tài)壓縮后的輸出聲強(qiáng)進(jìn)行聲-電刺激壓縮是經(jīng)對數(shù)函數(shù)y =AloglO (X)+B壓縮到電刺激動態(tài)范圍[xmin, Xmax],其中常數(shù)A, B可通過如下公式得到
Emcl — EthrA=-~- = Emcl-AloglOxmaxO
log I Ox腿-IoglOxmm基于上述目的，本發(fā)明還提供了一種電子耳蝸寬動態(tài)范圍壓縮處理信號的方法， 包括以下步驟對聲信號進(jìn)行預(yù)加重和分頻處理，并將處理的結(jié)果合并為M個通道；根據(jù)預(yù)先測量電子耳蝸植入者M(jìn)個通道的舒適閾值或感知閾值參數(shù)，通過聲-電壓縮函數(shù)，計(jì)算電刺激感知閾值對應(yīng)的聲信號強(qiáng)度或舒適閾值對應(yīng)的聲信號強(qiáng)度參數(shù)，并且以此參數(shù)為拐點(diǎn)，根據(jù)頻譜包絡(luò)的寬動態(tài)范圍壓縮曲線，計(jì)算每個通道壓縮后的聲強(qiáng)；對寬動態(tài)壓縮后的輸出聲強(qiáng)進(jìn)行聲-電刺激壓縮并輸出?？蛇x的，所述的預(yù)加重是通過高通濾波，對低于12kHZ的信號做每十倍頻程有6dB 衰減?？蛇x的，所述的分頻處理是利用快速傅里葉變換(FFT)方法，把信號分解為頻段。可選的，所述的將處理的結(jié)果合并為M個通道是利用Greenwood公式?？蛇x的，所述的通過聲-電壓縮函數(shù)，計(jì)算電刺激感知閾值對應(yīng)的聲信號強(qiáng)度或和舒適閾值對應(yīng)的聲信號強(qiáng)度參數(shù)根據(jù)如下公式計(jì)算E = c*A"p+d
其中，c= (Emcl-Ethr) / (IgAmax-IgAmin)、d = Emcl_c*lgAmax、p = 10，E表示的是通道電刺激感知閾值Ethr或通道電刺激舒適閾值Emcl，A表示的是電刺激感知閾值對應(yīng)的聲信號強(qiáng)度Athr或舒適閾值對應(yīng)的聲信號強(qiáng)度Amcl，Amin為電子耳蝸信號處理最小輸入聲強(qiáng)，Amax為電子耳蝸信號處理最大輸入聲強(qiáng)?？蛇x的，所述的頻譜包絡(luò)的寬動態(tài)范圍壓縮曲線，具有如下規(guī)則當(dāng)輸入聲強(qiáng)小于Amin時，電子耳蝸對聲信號不做處理；
當(dāng)輸入聲強(qiáng)介于Amin和Athr之間時,壓縮比COPl介于I3與I4之間；
當(dāng)輸入聲強(qiáng)介于Athr和Amcl之間時，壓縮比C0P2介于II與I2之間；
當(dāng)輸入聲強(qiáng)介于Amcl和Amax之間時,壓縮比C0P3介于I2與I3之間；當(dāng)輸入聲強(qiáng)大于Amax時，電子耳蝸對聲信號進(jìn)行削峰?？蛇x的，所述的對寬動態(tài)壓縮后的輸出聲強(qiáng)進(jìn)行聲-電刺激壓縮是經(jīng)對數(shù)函數(shù)y =AloglO (X)+B壓縮到電刺激動態(tài)范圍[xmin, Xmax],其中常數(shù)A, B可通過如下公式得到
Emcl — EthrA=-~-—- = Emcl-AloglOxmaxO
1Ogl0^nax-1OglOxmm從上面所述可以看出，本發(fā)明提供的電子耳蝸寬動態(tài)范圍壓縮處理信號的言語處理器和方法，通過壓縮單元對每個通道頻譜包絡(luò)的寬動態(tài)范圍壓縮，然后再對寬動態(tài)壓縮后的輸出聲強(qiáng)進(jìn)行聲-電刺激壓縮，更好的適應(yīng)電刺激較窄的動態(tài)范圍。從而極大的提高了電子耳蝸言語處理器的信號處理效率，同時改善了使用者個體的語言識別能力和避免信號的失真。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)中的電子耳蝸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明電子耳蝸寬動態(tài)范圍壓縮處理信號的言語處理器實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明電子耳蝸寬動態(tài)范圍壓縮處理信號的方法實(shí)施例的流程示意圖；圖4為本發(fā)明電子耳蝸信號處理的頻譜包絡(luò)寬動態(tài)范圍壓縮I/O曲線。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖2為本發(fā)明電子耳蝸寬動態(tài)范圍壓縮處理信號的言語處理器實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示該言語處理器實(shí)施例包括處理單元201和壓縮單元202，其中處理單元201，主要功能包括I)分頻模塊將聲信號進(jìn)行預(yù)處理，可以通過高通濾波，對低于12kHZ的信號做每十倍頻程有6dB衰減的預(yù)加重處理；2)分頻模塊將預(yù)處理后的信號進(jìn)行分頻處理，可以采用快速傅里葉變換(FFT)方法完成；3)根據(jù)電子耳蝸系統(tǒng)可用電極的數(shù)目M，分頻模塊可以利用Greenwood公式將該頻段合并為M個通道；
4)將信號和M個通道傳送給壓縮單元202。壓縮單元202，與處理單元201相連，主要功能包括I)根據(jù)預(yù)先測量電子耳蝸植入者M(jìn)個通道的舒適閾值或感知閾值參數(shù)，通過聲-電壓縮函數(shù)，計(jì)算電刺激感知閾值對應(yīng)的聲信號強(qiáng)度或舒適閾值對應(yīng)的聲信號強(qiáng)度參數(shù)，較佳的根據(jù)如下公式計(jì)算E = c*A~p+d其中，c= (Emcl-Ethr) / (IgAmax-IgAmin)、d = Emcl_c*lgAmax、p = 10，E表示的是通道電刺激感知閾值Ethr和通道電刺激舒適閾值Emcl，A表示的是電刺激感知閾值對應(yīng)的聲信號強(qiáng)度Athr或舒適閾值對應(yīng)的聲信號強(qiáng)度Amcl，Amin為電子耳蝸信號處理最小輸入聲強(qiáng)，Amax為電子耳蝸信號處理最大輸入聲強(qiáng)。2)以電刺激感知閾值對應(yīng)的聲信號強(qiáng)度Athr或舒適閾值對應(yīng)的聲信號強(qiáng)度Amc I 為拐點(diǎn)，根據(jù)頻譜包絡(luò)的寬動態(tài)范圍壓縮I/o曲線，計(jì)算每個通道壓縮后的聲強(qiáng)，較佳的I/ O曲線的規(guī)則如下當(dāng)輸入聲強(qiáng)小于Amin時，電子耳蝸對聲信號不做處理,使用者聽不到聲響；當(dāng)輸入聲強(qiáng)介于Amin和Athr之間時，壓縮比COPl介于I : 3與I : 4之間，電子耳蝸植入者的電刺激聽覺感受非常弱；當(dāng)輸入聲強(qiáng)介于Athr和Amcl之間時，壓縮比C0P2介于I : I與I : 2之間，電子耳蝸植入者的電刺激聽覺感受開始增強(qiáng)且最為舒適；當(dāng)輸入聲強(qiáng)介于Amcl和Amax之間時，壓縮比C0P3介于I : 2與I : 3之間，電子耳蝸植入者的電刺激聽覺感受達(dá)到最強(qiáng)；當(dāng)輸入聲強(qiáng)大于Amax時，電子耳蝸對聲信號進(jìn)行削峰，電子耳蝸植入者的電刺激聽覺感受維持在最強(qiáng)。3)對寬動態(tài)壓縮后的輸出聲強(qiáng)進(jìn)行聲-電刺激壓縮，較佳的采用對數(shù)函數(shù)y = AloglO (X)+B壓縮到電刺激動態(tài)范圍[xmin, XmaJ ,其中常數(shù)A, B可通過如下公式得到
權(quán)利要求
1.一種電子耳蝸寬動態(tài)范圍壓縮處理信號的言語處理器，其特征在于，包括處理單元和壓縮單元，其中所述的處理單元，用于對傳送的聲信號由分頻模塊進(jìn)行預(yù)加重和分頻處理，并將處理的結(jié)果合并為M個通道；所述的壓縮單元，用于對處理單元傳送的聲信號根據(jù)預(yù)先測量電子耳蝸植入者M(jìn)個通道的舒適閾值或感知閾值參數(shù)，通過聲-電壓縮函數(shù)，計(jì)算電刺激感知閾值對應(yīng)的聲信號強(qiáng)度或舒適閾值對應(yīng)的聲信號強(qiáng)度參數(shù)，并且以此參數(shù)為拐點(diǎn)，根據(jù)頻譜包絡(luò)的寬動態(tài)范圍壓縮曲線，計(jì)算每個通道壓縮后的聲強(qiáng)，對寬動態(tài)壓縮后的輸出聲強(qiáng)進(jìn)行聲-電刺激壓縮并輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的言語處理器，其特征在于，所述的分頻模塊采用通過高通濾波，對低于12kHZ的信號做每十倍頻程有6dB衰減的預(yù)加重處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的言語處理器，其特征在于，所述的分頻模塊采用快速傅里葉變換(FFT)方法對聲信號進(jìn)行分頻處理，把信號分解為頻段。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的言語處理器，其特征在于，所述的分頻模塊利用Greenwood公式將頻段合并為M個通道。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的言語處理器，其特征在于，所述的通過聲-電壓縮函數(shù)，計(jì)算電刺激感知閾值對應(yīng)的聲信號強(qiáng)度或舒適閾值對應(yīng)的聲信號強(qiáng)度參數(shù)根據(jù)如下公式計(jì)算E = c*A'p+d其中，c = (Emcl-Ethr) / (IgAmax-IgAmin)、d = EmcI_c氺IgAmax、p = 10，E表示的是通道電刺激感知閾值Ethr或通道電刺激舒適閾值Emcl，A表示的是電刺激感知閾值對應(yīng)的聲信號強(qiáng)度Athr或舒適閾值對應(yīng)的聲信號強(qiáng)度Amcl，Amin為電子耳蝸信號處理最小輸入聲強(qiáng)，Amax為電子耳蝸信號處理最大輸入聲強(qiáng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的言語處理器，其特征在于，所述的頻譜包絡(luò)的寬動態(tài)范圍壓縮曲線，具有如下規(guī)則當(dāng)輸入聲強(qiáng)小于Amin時，電子耳蝸對聲信號不做處理；當(dāng)輸入聲強(qiáng)介于Amin和Athr之間時，壓縮比COPl介于I : 3與I : 4之間；當(dāng)輸入聲強(qiáng)介于Athr和Amcl之間時，壓縮比C0P2介于I : I與I : 2之間；當(dāng)輸入聲強(qiáng)介于Amcl和Amax之間時，壓縮比C0P3介于I : 2與I : 3之間；當(dāng)輸入聲強(qiáng)大于Amax時，電子耳蝸對聲信號進(jìn)行削峰。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的言語處理器，其特征在于，所述的對寬動態(tài)壓縮后的輸出聲強(qiáng)進(jìn)行聲-電刺激壓縮是經(jīng)對數(shù)函數(shù)y = AloglO (X) +B壓縮到電刺激動態(tài)范圍[xmin, XmaJ , 其中常數(shù)A，B可通過如下公式得到Δ _ Emcl - EthrA=1~77；-；~77；- = Emcl-AloglOxmaxO1Ogl0^nax-1OglOxmm
8.一種電子耳蝸寬動態(tài)范圍壓縮處理信號的方法，其特征在于，包括以下步驟對聲信號進(jìn)行預(yù)加重和分頻處理，并將處理的結(jié)果合并為M個通道；根據(jù)預(yù)先測量電子耳蝸植入者M(jìn)個通道的舒適閾值或感知閾值參數(shù)，通過聲-電壓縮函數(shù)，計(jì)算電刺激感知閾值對應(yīng)的聲信號強(qiáng)度或舒適閾值對應(yīng)的聲信號強(qiáng)度參數(shù)，并且以此參數(shù)為拐點(diǎn)，根據(jù)頻譜包絡(luò)的寬動態(tài)范圍壓縮曲線，計(jì)算每個通道壓縮后的聲強(qiáng)；對寬動態(tài)壓縮后的輸出聲強(qiáng)進(jìn)行聲_電刺激壓縮并輸出。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述的預(yù)加重是通過高通濾波，對低于 12kHZ的信號做每十倍頻程有6dB衰減。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述的分頻處理是利用快速傅里葉變換 (FFT)方法，把信號分解為頻段。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述的將處理的結(jié)果合并為M個通道是利用Greenwood公式。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述的通過聲-電壓縮函數(shù)，計(jì)算電刺激感知閾值對應(yīng)的聲信號強(qiáng)度或舒適閾值對應(yīng)的聲信號強(qiáng)度參數(shù)根據(jù)如下公式計(jì)算E = c*A'p+d其中，c = (Emcl-Ethr) / (IgAmax-IgAmin)、d = Emcl_c*lgAmax、p = 10，E表示的是通道電刺激感知閾值Ethr或通道電刺激舒適閾值Emcl，A表示的是電刺激感知閾值對應(yīng)的聲信號強(qiáng)度Athr或舒適閾值對應(yīng)的聲信號強(qiáng)度Amcl，Amin為電子耳蝸信號處理最小輸入聲強(qiáng)，Amax為電子耳蝸信號處理最大輸入聲強(qiáng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述的頻譜包絡(luò)的寬動態(tài)范圍壓縮曲線，具有如下規(guī)則當(dāng)輸入聲強(qiáng)小于Amin時，電子耳蝸對聲信號不做處理；當(dāng)輸入聲強(qiáng)介于Amin和Athr之間時，壓縮比COPl介于I : 3與I : 4之間；當(dāng)輸入聲強(qiáng)介于Athr和Amcl之間時，壓縮比C0P2介于I : I與I : 2之間；當(dāng)輸入聲強(qiáng)介于Amcl和Amax之間時，壓縮比C0P3介于I : 2與I : 3之間；當(dāng)輸入聲強(qiáng)大于Amax時，電子耳蝸對聲信號進(jìn)行削峰。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述的對寬動態(tài)壓縮后的輸出聲強(qiáng)進(jìn)行聲-電刺激壓縮是經(jīng)對數(shù)函數(shù)I = AloglO (X) +B壓縮到電刺激動態(tài)范圍[xmin, XmaJ ,其中常數(shù)A，B可通過如下公式得到
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電子耳蝸寬動態(tài)范圍壓縮處理信號的言語處理器和方法，包括處理單元對傳送的聲信號由分頻模塊進(jìn)行預(yù)加重和分頻處理，并將處理的結(jié)果合并為M個通道；壓縮單元根據(jù)預(yù)先測量電子耳蝸植入者M(jìn)個通道的舒適閾值或感知閾值參數(shù)，通過聲-電壓縮函數(shù)，計(jì)算電刺激感知閾值對應(yīng)的聲信號強(qiáng)度或舒適閾值對應(yīng)的聲信號強(qiáng)度參數(shù)，并且以此參數(shù)為拐點(diǎn)，根據(jù)頻譜包絡(luò)的寬動態(tài)范圍壓縮曲線，計(jì)算每個通道壓縮后的聲強(qiáng)，最后對寬動態(tài)壓縮后的輸出聲強(qiáng)進(jìn)行聲-電刺激壓縮并輸出。通過本發(fā)明提高了電子耳蝸言語處理器的信號處理效率，改善了使用者個體的語言識別能力。
文檔編號A61F2/18GK102579159SQ20121004260
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月23日
發(fā)明者平利川, 陳洪斌 申請人:杭州諾爾康神經(jīng)電子科技有限公司