专利名称：电子耳蜗宽动态范围压缩处理信号的言语处理器和方法
技术领域：
本发明涉及电子耳蜗技术领域，特别是指一种电子耳蜗宽动态范围压缩处理信号的言语处理器和方法。
背景技术：
人的耳蜗毛细胞是接收声音的感觉细胞。当耳蜗毛细胞损伤严重时，就会出现严重的听力损伤。电子耳蜗就是替代已损伤毛细胞，通过电刺激听觉神经重新获得声音信号的一种电子装置。图I显示的是电子耳蜗的结构示意图。电子耳蜗由体外机部件和植入体部件两部分组成，体外机部件主要包括传声器(如麦克风等)、言语处理器和发射线圈，植入体部件主要包括接收线圈、刺激器及多通道电极阵列组成。在系统连接正常的情况下，麦克风接收声信号，通过言语处理器，将声信号进行分析处理并编码，通过头件(发射线圈)透过皮肤传送到植入体部件的接收线圈，经过刺激器的解码处理后，产生相应频率及电流强度的脉冲信号并传送到各个刺激电极。通过电极刺激听神经，将脉冲信号传到听觉中枢从而为使用者产生听觉。一个正常人听觉系统的听力动态范围为120dB，有多大200级的可辨声阶。相比之下，一个电子耳蜗使用者一般只有10_20dB的听力动态范围和20级可辨声阶。设计电子耳蜗言语处理器时，一个重要的因素是从声音幅度到电流幅度的适当转换。耳蜗植入者的刺激阈值到舒适响度之间的动态范围很窄，舒适响度的水平在阈值水平的3倍到30倍之间。 在声刺激听觉中，声音响度是声音强度的幂函数，而在电刺激听觉中，响度更接近于电流强度的指数函数。在当前的电子耳蜗言语处理器中，应用最广的是连续间隔采样CISGontinuous-interleaved-sampling),它是将各通道的信号经过整流器和低通滤波器来提取包络信息， 或者通过快速傅里叶变换FFT (fast-fourier-transformation)计算频谱能量的方法提取包络信息。提取的包络信息经过对数压缩以适应电刺激较窄的动态范围，但是这些处理中信号的输入动态范围完全由包络提取的结果确定，这样的电子耳蜗言语处理器对信号的处理效率不高，语言识别率不好，从而影响使用者听力。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种电子耳蜗宽动态范围压缩处理信号的言语处理器和方法，增强电子耳蜗言语处理器信号处理能力和使用者可感知范围内信号能量。基于上述目的本发明提供的一种电子耳蜗宽动态范围压缩处理信号的言语处理器，包括处理单元和压缩单元，其中所述的处理单元，用于对传送的声信号由分频模块进行预加重和分频处理，并将处理的结果合并为M个通道；所述的压缩单元，用于对处理单元传送的声信号根据预先测量电子耳蜗植入者M 个通道的舒适阈值或感知阈值参数，通过声-电压缩函数，计算电刺激感知阈值对应的声
4信号强度或舒适阈值对应的声信号强度参数，并且以此参数为拐点，根据频谱包络的宽动态范围压缩曲线，计算每个通道压缩后的声强，对宽动态压缩后的输出声强进行声-电刺激压缩并输出。可选的，所述的分频模块采用通过高通滤波，对低于12kHZ的信号做每十倍频程有6dB衰减的预加重处理。可选的，所述的分频模块采用快速傅里叶变换(FFT)方法对声信号进行分频处理，把信号分解为频段。可选的，所述的分频模块利用Greenwood公式将频段合并为M个通道。可选的，所述的通过声-电压缩函数，计算电刺激感知阈值对应的声信号强度或舒适阈值对应的声信号强度参数根据如下公式计算E = c*A~p+d其中，c= (Emcl-Ethr) / (IgAmax-IgAmin)、d = Emcl_c*lgAmax、p = 10，E表示的是通道电刺激感知阈值Ethr或通道电刺激舒适阈值Emcl，A表示的是电刺激感知阈值对应的声信号强度Athr或舒适阈值对应的声信号强度Amcl，Amin为电子耳蜗信号处理最小输入声强，Amax为电子耳蜗信号处理最大输入声强。可选的，所述的频谱包络的宽动态范围压缩曲线，具有如下规则当输入声强小于Amin时，电子耳蜗对声信号不做处理；
当输入声强介于Amin和Athr之间时,压缩比COPl介于I3与I4之间；
当输入声强介于Athr和Amcl之间时，压缩比C0P2介于II与I2之间；
当输入声强介于Amcl和Amax之间时,压缩比C0P3介于I2与I3之间；当输入声强大于Amax时，电子耳蜗对声信号进行削峰。可选的，所述的对宽动态压缩后的输出声强进行声-电刺激压缩是经对数函数y =AloglO (X)+B压缩到电刺激动态范围[xmin, Xmax],其中常数A, B可通过如下公式得到
Emcl — EthrA=-~- = Emcl-AloglOxmaxO
log I Ox腿-IoglOxmm基于上述目的，本发明还提供了一种电子耳蜗宽动态范围压缩处理信号的方法， 包括以下步骤对声信号进行预加重和分频处理，并将处理的结果合并为M个通道；根据预先测量电子耳蜗植入者M个通道的舒适阈值或感知阈值参数，通过声-电压缩函数，计算电刺激感知阈值对应的声信号强度或舒适阈值对应的声信号强度参数，并且以此参数为拐点，根据频谱包络的宽动态范围压缩曲线，计算每个通道压缩后的声强；对宽动态压缩后的输出声强进行声-电刺激压缩并输出。可选的，所述的预加重是通过高通滤波，对低于12kHZ的信号做每十倍频程有6dB 衰减。可选的，所述的分频处理是利用快速傅里叶变换(FFT)方法，把信号分解为频段。可选的，所述的将处理的结果合并为M个通道是利用Greenwood公式。可选的，所述的通过声-电压缩函数，计算电刺激感知阈值对应的声信号强度或和舒适阈值对应的声信号强度参数根据如下公式计算E = c*A"p+d
其中，c= (Emcl-Ethr) / (IgAmax-IgAmin)、d = Emcl_c*lgAmax、p = 10，E表示的是通道电刺激感知阈值Ethr或通道电刺激舒适阈值Emcl，A表示的是电刺激感知阈值对应的声信号强度Athr或舒适阈值对应的声信号强度Amcl，Amin为电子耳蜗信号处理最小输入声强，Amax为电子耳蜗信号处理最大输入声强。可选的，所述的频谱包络的宽动态范围压缩曲线，具有如下规则当输入声强小于Amin时，电子耳蜗对声信号不做处理；
当输入声强介于Amin和Athr之间时,压缩比COPl介于I3与I4之间；
当输入声强介于Athr和Amcl之间时，压缩比C0P2介于II与I2之间；
当输入声强介于Amcl和Amax之间时,压缩比C0P3介于I2与I3之间；当输入声强大于Amax时，电子耳蜗对声信号进行削峰。可选的，所述的对宽动态压缩后的输出声强进行声-电刺激压缩是经对数函数y =AloglO (X)+B压缩到电刺激动态范围[xmin, Xmax],其中常数A, B可通过如下公式得到
Emcl — EthrA=-~-—- = Emcl-AloglOxmaxO
1Ogl0^nax-1OglOxmm从上面所述可以看出，本发明提供的电子耳蜗宽动态范围压缩处理信号的言语处理器和方法，通过压缩单元对每个通道频谱包络的宽动态范围压缩，然后再对宽动态压缩后的输出声强进行声-电刺激压缩，更好的适应电刺激较窄的动态范围。从而极大的提高了电子耳蜗言语处理器的信号处理效率，同时改善了使用者个体的语言识别能力和避免信号的失真。
图I为现有技术中的电子耳蜗系统结构示意图；图2为本发明电子耳蜗宽动态范围压缩处理信号的言语处理器实施例的结构示意图；图3为本发明电子耳蜗宽动态范围压缩处理信号的方法实施例的流程示意图；图4为本发明电子耳蜗信号处理的频谱包络宽动态范围压缩I/O曲线。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。图2为本发明电子耳蜗宽动态范围压缩处理信号的言语处理器实施例的结构示意图，如图所示该言语处理器实施例包括处理单元201和压缩单元202，其中处理单元201，主要功能包括I)分频模块将声信号进行预处理，可以通过高通滤波，对低于12kHZ的信号做每十倍频程有6dB衰减的预加重处理；2)分频模块将预处理后的信号进行分频处理，可以采用快速傅里叶变换(FFT)方法完成；3)根据电子耳蜗系统可用电极的数目M，分频模块可以利用Greenwood公式将该频段合并为M个通道；
4)将信号和M个通道传送给压缩单元202。压缩单元202，与处理单元201相连，主要功能包括I)根据预先测量电子耳蜗植入者M个通道的舒适阈值或感知阈值参数，通过声-电压缩函数，计算电刺激感知阈值对应的声信号强度或舒适阈值对应的声信号强度参数，较佳的根据如下公式计算E = c*A~p+d其中，c= (Emcl-Ethr) / (IgAmax-IgAmin)、d = Emcl_c*lgAmax、p = 10，E表示的是通道电刺激感知阈值Ethr和通道电刺激舒适阈值Emcl，A表示的是电刺激感知阈值对应的声信号强度Athr或舒适阈值对应的声信号强度Amcl，Amin为电子耳蜗信号处理最小输入声强，Amax为电子耳蜗信号处理最大输入声强。2)以电刺激感知阈值对应的声信号强度Athr或舒适阈值对应的声信号强度Amc I 为拐点，根据频谱包络的宽动态范围压缩I/o曲线，计算每个通道压缩后的声强，较佳的I/ O曲线的规则如下当输入声强小于Amin时，电子耳蜗对声信号不做处理,使用者听不到声响；当输入声强介于Amin和Athr之间时，压缩比COPl介于I : 3与I : 4之间，电子耳蜗植入者的电刺激听觉感受非常弱；当输入声强介于Athr和Amcl之间时，压缩比C0P2介于I : I与I : 2之间，电子耳蜗植入者的电刺激听觉感受开始增强且最为舒适；当输入声强介于Amcl和Amax之间时，压缩比C0P3介于I : 2与I : 3之间，电子耳蜗植入者的电刺激听觉感受达到最强；当输入声强大于Amax时，电子耳蜗对声信号进行削峰，电子耳蜗植入者的电刺激听觉感受维持在最强。3)对宽动态压缩后的输出声强进行声-电刺激压缩，较佳的采用对数函数y = AloglO (X)+B压缩到电刺激动态范围[xmin, XmaJ ,其中常数A, B可通过如下公式得到
权利要求
1.一种电子耳蜗宽动态范围压缩处理信号的言语处理器，其特征在于，包括处理单元和压缩单元，其中所述的处理单元，用于对传送的声信号由分频模块进行预加重和分频处理，并将处理的结果合并为M个通道；所述的压缩单元，用于对处理单元传送的声信号根据预先测量电子耳蜗植入者M个通道的舒适阈值或感知阈值参数，通过声-电压缩函数，计算电刺激感知阈值对应的声信号强度或舒适阈值对应的声信号强度参数，并且以此参数为拐点，根据频谱包络的宽动态范围压缩曲线，计算每个通道压缩后的声强，对宽动态压缩后的输出声强进行声-电刺激压缩并输出。
2.根据权利要求I所述的言语处理器，其特征在于，所述的分频模块采用通过高通滤波，对低于12kHZ的信号做每十倍频程有6dB衰减的预加重处理。
3.根据权利要求I所述的言语处理器，其特征在于，所述的分频模块采用快速傅里叶变换(FFT)方法对声信号进行分频处理，把信号分解为频段。
4.根据权利要求I所述的言语处理器，其特征在于，所述的分频模块利用Greenwood公式将频段合并为M个通道。
5.根据权利要求I所述的言语处理器，其特征在于，所述的通过声-电压缩函数，计算电刺激感知阈值对应的声信号强度或舒适阈值对应的声信号强度参数根据如下公式计算E = c*A'p+d其中，c = (Emcl-Ethr) / (IgAmax-IgAmin)、d = EmcI_c氺IgAmax、p = 10，E表示的是通道电刺激感知阈值Ethr或通道电刺激舒适阈值Emcl，A表示的是电刺激感知阈值对应的声信号强度Athr或舒适阈值对应的声信号强度Amcl，Amin为电子耳蜗信号处理最小输入声强，Amax为电子耳蜗信号处理最大输入声强。
6.根据权利要求5所述的言语处理器，其特征在于，所述的频谱包络的宽动态范围压缩曲线，具有如下规则当输入声强小于Amin时，电子耳蜗对声信号不做处理；当输入声强介于Amin和Athr之间时，压缩比COPl介于I : 3与I : 4之间；当输入声强介于Athr和Amcl之间时，压缩比C0P2介于I : I与I : 2之间；当输入声强介于Amcl和Amax之间时，压缩比C0P3介于I : 2与I : 3之间；当输入声强大于Amax时，电子耳蜗对声信号进行削峰。
7.根据权利要求6所述的言语处理器，其特征在于，所述的对宽动态压缩后的输出声强进行声-电刺激压缩是经对数函数y = AloglO (X) +B压缩到电刺激动态范围[xmin, XmaJ , 其中常数A，B可通过如下公式得到Δ _ Emcl - EthrA=1~77；-；~77；- = Emcl-AloglOxmaxO1Ogl0^nax-1OglOxmm
8.一种电子耳蜗宽动态范围压缩处理信号的方法，其特征在于，包括以下步骤对声信号进行预加重和分频处理，并将处理的结果合并为M个通道；根据预先测量电子耳蜗植入者M个通道的舒适阈值或感知阈值参数，通过声-电压缩函数，计算电刺激感知阈值对应的声信号强度或舒适阈值对应的声信号强度参数，并且以此参数为拐点，根据频谱包络的宽动态范围压缩曲线，计算每个通道压缩后的声强；对宽动态压缩后的输出声强进行声_电刺激压缩并输出。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的预加重是通过高通滤波，对低于 12kHZ的信号做每十倍频程有6dB衰减。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的分频处理是利用快速傅里叶变换 (FFT)方法，把信号分解为频段。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的将处理的结果合并为M个通道是利用Greenwood公式。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的通过声-电压缩函数，计算电刺激感知阈值对应的声信号强度或舒适阈值对应的声信号强度参数根据如下公式计算E = c*A'p+d其中，c = (Emcl-Ethr) / (IgAmax-IgAmin)、d = Emcl_c*lgAmax、p = 10，E表示的是通道电刺激感知阈值Ethr或通道电刺激舒适阈值Emcl，A表示的是电刺激感知阈值对应的声信号强度Athr或舒适阈值对应的声信号强度Amcl，Amin为电子耳蜗信号处理最小输入声强，Amax为电子耳蜗信号处理最大输入声强。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述的频谱包络的宽动态范围压缩曲线，具有如下规则当输入声强小于Amin时，电子耳蜗对声信号不做处理；当输入声强介于Amin和Athr之间时，压缩比COPl介于I : 3与I : 4之间；当输入声强介于Athr和Amcl之间时，压缩比C0P2介于I : I与I : 2之间；当输入声强介于Amcl和Amax之间时，压缩比C0P3介于I : 2与I : 3之间；当输入声强大于Amax时，电子耳蜗对声信号进行削峰。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述的对宽动态压缩后的输出声强进行声-电刺激压缩是经对数函数I = AloglO (X) +B压缩到电刺激动态范围[xmin, XmaJ ,其中常数A，B可通过如下公式得到
全文摘要
本发明公开了一种电子耳蜗宽动态范围压缩处理信号的言语处理器和方法，包括处理单元对传送的声信号由分频模块进行预加重和分频处理，并将处理的结果合并为M个通道；压缩单元根据预先测量电子耳蜗植入者M个通道的舒适阈值或感知阈值参数，通过声-电压缩函数，计算电刺激感知阈值对应的声信号强度或舒适阈值对应的声信号强度参数，并且以此参数为拐点，根据频谱包络的宽动态范围压缩曲线，计算每个通道压缩后的声强，最后对宽动态压缩后的输出声强进行声-电刺激压缩并输出。通过本发明提高了电子耳蜗言语处理器的信号处理效率，改善了使用者个体的语言识别能力。
文档编号A61F2/18GK102579159SQ20121004260
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月23日 优先权日2012年2月23日
发明者平利川, 陈洪斌 申请人:杭州诺尔康神经电子科技有限公司