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數(shù)字助聽器語音頻率壓縮方法

文檔序號(hào):7612366閱讀:385來源:國知局
專利名稱:數(shù)字助聽器語音頻率壓縮方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于語音信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種數(shù)字助聽器的語音處理方法,具體涉及用于治療高頻聽力嚴(yán)重?fù)p失的數(shù)字助聽器語音處理方法。
背景技術(shù)
言語交流是人類社會(huì)的基本交流方式,也是個(gè)人基本生活能力之一。然而對于那些耳聾患者,由于聽力下降而導(dǎo)致的言語交流障礙嚴(yán)重影響了他們的生活質(zhì)量。這不僅給其本人和家庭帶來了巨大的痛苦,同時(shí)也給整個(gè)社會(huì)增加了負(fù)擔(dān)。根據(jù)中國殘疾人聯(lián)合會(huì)2002年2月7日公布的一項(xiàng)統(tǒng)計(jì)表明,我國有聽力言語障礙的殘疾人2057萬,占全國6000萬殘疾人總數(shù)的34.3%。另外,由于遺傳、藥物、感染、噪聲、意外事故等原因,每年還會(huì)新增聾兒3萬名。如此眾多的聽障人群以及他們的生活痛苦,促使著相關(guān)領(lǐng)域的工作者去盡一份努力來幫助這些聾人重新回到有聲世界,像正常人一樣生活,以此來體現(xiàn)我們和諧社會(huì)的人文關(guān)愛。
在對感音神經(jīng)性耳聾患者的治療方案中,佩戴助聽器是一種常用的治療手段。這種方法適用于聽力受損但仍具有殘余聽力的耳聾患者。聽力受損人士相對于正常人的一個(gè)主要特征是聽閾明顯上升,痛閾變化不大,因而整個(gè)聽力范圍變窄;另一個(gè)主要特征是在不同頻率處聽力損失程度不同。當(dāng)前在臨床上廣泛使用的數(shù)字助聽器所采用的頻響補(bǔ)償技術(shù)正是為了解決上述問題而提出的。頻響補(bǔ)償技術(shù)能夠根據(jù)病人在各個(gè)頻率上的聽力損失程度,分別對各個(gè)頻帶的語音信號(hào)進(jìn)行動(dòng)態(tài)范圍壓縮,將正常人可聽到的聲音信號(hào)放大到患者的聽力范圍之內(nèi),從而使患者能夠恢復(fù)正常聽力。
但有研究認(rèn)為當(dāng)高頻聽力損失大于60dB時(shí),放大這些頻段的聲音不但不能改善言語的識(shí)別,反而會(huì)產(chǎn)生負(fù)面效果。為了解決這一問題一種新的頻移助聽器方法被提出,這種助聽器將語音的頻帶范圍壓縮到聽障患者的殘余聽力頻帶范圍內(nèi),使得患者能夠利用殘余的低頻聽力感受到高頻段的語音信息,以增強(qiáng)對語音的可懂度。
本發(fā)明正是基于這種新的助聽策略,提出了一種新的助聽器頻帶壓縮方法,以解決高頻聽力嚴(yán)重?fù)p失患者的聽力恢復(fù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明中所提出的數(shù)字助聽器語音頻率壓縮方法通過對信號(hào)的短時(shí)頻譜系數(shù)進(jìn)行處理,將寬帶語音信號(hào)壓縮為窄帶語音信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字助聽器語音頻率壓縮方法,主要包括以下技術(shù)1)進(jìn)行時(shí)頻域的轉(zhuǎn)換;本發(fā)明中采用加窗傅氏變換的方法。
2)通過信號(hào)對數(shù)譜的斜率來判斷語音信號(hào)的能量分布,并動(dòng)態(tài)地調(diào)整語音頻譜。將信號(hào)的對數(shù)譜與一段斜率為1的線段作內(nèi)積,內(nèi)積結(jié)果即為對數(shù)譜的斜率。如果斜率小于某一預(yù)定門限,說明該幀信號(hào)的能量主要分布在低頻,通常為語音的濁音段,則采用低通濾波的方法;反之,對高頻能量較高的信號(hào)幀,通常為語音的清音段,采用頻譜包絡(luò)壓縮的方法。
3)通過去除高頻譜系數(shù)的方法,實(shí)現(xiàn)低通濾波。
4)通過頻譜包絡(luò)調(diào)整的方法,壓縮語音頻帶。首先利用線性預(yù)測分析求出短時(shí)信號(hào)的譜包絡(luò),并將其從原頻譜中去除,得到白化譜。再將寬帶包絡(luò)壓縮為窄帶包絡(luò),并對白化譜的低頻段譜線進(jìn)行調(diào)制,同時(shí)將高頻譜去除。
上述技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)在于只通過調(diào)整信號(hào)頻譜包絡(luò)來壓縮信號(hào)帶寬,這種方法相當(dāng)于對信號(hào)進(jìn)行線性處理,避免了非線性頻移方法給語音信號(hào)帶來的聽覺失真,而動(dòng)態(tài)的頻譜調(diào)整又能盡量地保證語音的低頻段信息不受破壞,因此利用該方案能夠產(chǎn)生高質(zhì)量的清晰語音。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)地說明圖1是頻率壓縮方法的實(shí)現(xiàn)流程圖;圖2是壓縮前后的語音時(shí)頻圖對比,其中圖2a是原語音信號(hào)的時(shí)頻圖;圖2b是壓縮后的語音信號(hào)時(shí)頻圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照本發(fā)明的附圖,更詳細(xì)地描述本發(fā)明的最佳實(shí)施例。
以下結(jié)合實(shí)例介紹本發(fā)明所提出的數(shù)字助聽器頻率壓縮方法,該方法的實(shí)現(xiàn)流程如圖1所示。所輸入的信號(hào)為16bit量化16000Hz采樣率的語音信號(hào),信號(hào)帶寬8000Hz,輸出信號(hào)帶寬為2000Hz,采樣率及量化精度不變。具體實(shí)現(xiàn)步驟如下1.時(shí)頻變換利用加漢寧窗傅氏變換方法將一幀短時(shí)信號(hào)(512個(gè)樣點(diǎn))轉(zhuǎn)換到頻域。并通過傅氏變換系數(shù)Xi,進(jìn)一步得到信號(hào)的功率譜。
2.求頻譜斜率,并動(dòng)態(tài)地調(diào)整語音頻譜對短時(shí)信號(hào)的功率譜取對數(shù),得到對數(shù)譜Pi,然后與斜率為1長度為語音頻譜帶寬的線段Li作內(nèi)積,以內(nèi)積結(jié)果作為該幀信號(hào)的頻譜斜率λ。其中Li=i-128 0≤i≤256λ=Σi=1256Li·Pi]]>當(dāng)λ小于預(yù)定門限th時(shí),信號(hào)的能量主要集中在低頻段,需要對信號(hào)進(jìn)行低通濾波;當(dāng)λ大于th時(shí),信號(hào)的能量在高頻段分布較多,需要對信號(hào)頻譜進(jìn)行壓縮。
3.頻譜處理根據(jù)上一步的判斷結(jié)果,對信號(hào)進(jìn)行低通濾波或頻譜壓縮處理。
低通濾波將信號(hào)的復(fù)頻譜中高頻段內(nèi)的系數(shù)置為零,低頻段保持不變,用公式表達(dá)如下Yi=Xi0≤i<64,448<i≤511064≤i≤448]]>頻譜包絡(luò)壓縮(1)對當(dāng)前短時(shí)幀信號(hào)進(jìn)行線性預(yù)測分析,并通過線性預(yù)測系數(shù)得到信號(hào)的譜包絡(luò)Ei。
(2)將信號(hào)的傅氏變換系數(shù)除以相應(yīng)的頻譜包絡(luò)值,即得到去包絡(luò)后的頻譜,或稱白化譜Wi。
Wi=Xi/Ei(3)將頻譜包絡(luò)按壓縮比例壓縮為窄帶包絡(luò),簡單的實(shí)現(xiàn)方法是每隔4個(gè)頻譜抽取一個(gè)包絡(luò)值,即
Ei′=E4*i0≤i<64(4)將壓縮后的窄帶包絡(luò)乘以白化譜系數(shù),并將高頻段譜系數(shù)置為零,得到壓縮后的語音頻譜YiYi=Wi·Ei′0≤i<64,448<i≤511064≤i≤448]]>4.時(shí)域恢復(fù)將處理后的頻譜系數(shù)Yi經(jīng)反傅氏變換恢復(fù)到時(shí)域,加漢寧窗后與以前結(jié)果進(jìn)行混疊相加。幀移1/4幀長后繼續(xù)第一步操作,處理下一幀信號(hào)。
附圖2是處理前后的語音信號(hào)時(shí)頻圖。從圖中可以看到,處理后的語音頻帶被限制在了2000Hz以內(nèi)。對于濁音信號(hào),頻譜只是被濾去了高頻段,而對清音信號(hào),頻譜則明顯地被成比例地壓縮了。
盡管為說明目的公開了本發(fā)明的具體實(shí)施例和附圖,其目的在于幫助理解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施,但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解在不脫離本發(fā)明及所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi),各種替換、變化和修改都是可能的。因此,本發(fā)明不應(yīng)局限于最佳實(shí)施例和附圖所公開的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字助聽器語音頻率壓縮方法,具體包括以下步驟1)將語音信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻域轉(zhuǎn)換;2)通過信號(hào)對數(shù)譜的斜率來判斷語音信號(hào)的能量分布,并動(dòng)態(tài)地調(diào)整語音頻譜;3)通過去除高頻譜系數(shù)的方法,實(shí)現(xiàn)低通濾波;4)通過頻譜包絡(luò)調(diào)整的方法,壓縮語音頻帶。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字助聽器語音頻率壓縮方法,其特征在于語音信號(hào)時(shí)頻域轉(zhuǎn)換采用加窗傅氏變換的方法。
3.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字助聽器語音頻率壓縮方法,其特征在于,步驟進(jìn)一步為將信號(hào)的對數(shù)譜與一段斜率為1的線段作內(nèi)積,內(nèi)積結(jié)果即為對數(shù)譜的斜率,如果斜率小于某一預(yù)定門限,則采用低通濾波的方法;反之,采用頻譜包絡(luò)壓縮的方法。
4.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字助聽器語音頻率壓縮方法,其特征在于,頻譜包絡(luò)調(diào)整的方法首先利用線性預(yù)測分析求出短時(shí)信號(hào)的譜包絡(luò),并將其從原頻譜中去除,得到白化譜;再將寬帶包絡(luò)壓縮為窄帶包絡(luò),并對白化譜的低頻段譜線進(jìn)行調(diào)制,同時(shí)將高頻譜去除。
5.如權(quán)利要求3所述的數(shù)字助聽器語音頻率壓縮方法,其特征在于,頻譜包絡(luò)壓縮包括以下步驟1)對當(dāng)前短時(shí)幀信號(hào)進(jìn)行線性預(yù)測分析,并通過線性預(yù)測系數(shù)得到信號(hào)的譜包絡(luò);2)將信號(hào)的傅氏變換系數(shù)除以相應(yīng)的頻譜包絡(luò)值,得到去包絡(luò)后的頻譜,或稱白化譜;3)將頻譜包絡(luò)按壓縮比例壓縮為窄帶包絡(luò);4)將壓縮后的窄帶包絡(luò)乘以白化譜系數(shù),并將高頻段譜系數(shù)置為零,得到壓縮后的語音頻。
6.如權(quán)利要求3所述的數(shù)字助聽器語音頻率壓縮方法,其特征在于低通濾波處理將信號(hào)的復(fù)頻譜中高頻段內(nèi)的系數(shù)置為零,低頻段保持不變。
7.如權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的數(shù)字助聽器語音頻率壓縮方法,其特征在于對信號(hào)進(jìn)行時(shí)域恢復(fù)時(shí),將處理后的頻譜系數(shù)經(jīng)反傅氏變換恢復(fù)到時(shí)域,加漢寧窗后與以前結(jié)果進(jìn)行混疊相加。
全文摘要
本發(fā)明中提出一種數(shù)字助聽器語音頻率壓縮方法,通過對信號(hào)的短時(shí)頻譜系數(shù)進(jìn)行處理,將寬帶語音信號(hào)壓縮為窄帶語音信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明的方法包括以下技術(shù)1)利用加窗傅氏變換進(jìn)行時(shí)頻域的轉(zhuǎn)換;2)通過信號(hào)對數(shù)譜的斜率來判斷語音信號(hào)的能量分布,并動(dòng)態(tài)地調(diào)整語音頻譜;3)通過去除高頻譜系數(shù)的方法,實(shí)現(xiàn)低通濾波;4)通過頻譜包絡(luò)調(diào)整的方法,壓縮語音頻帶。本發(fā)明只通過調(diào)整信號(hào)頻譜包絡(luò)來壓縮信號(hào)帶寬,這種方法相當(dāng)于對信號(hào)進(jìn)行線性處理,避免了非線性頻移方法給語音信號(hào)帶來的聽覺失真,而動(dòng)態(tài)的頻譜調(diào)整又能盡量地保證語音的低頻段信息不受破壞,因此利用該方案能夠產(chǎn)生高質(zhì)量的清晰語音。
文檔編號(hào)H04R25/00GK1870133SQ200510011780
公開日2006年11月29日 申請日期2005年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月24日
發(fā)明者遲惠生, 吳璽宏, 張志平, 陳婧 申請人:北京大學(xué)科技開發(fā)部
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