一種電子耳蝸信號處理及電刺激編碼系統及其處理方法

2023-10-18 06:42:29 3

專利名稱：一種電子耳蝸信號處理及電刺激編碼系統及其處理方法
技術領域：
本發明涉及電子耳蝸領域，特別涉及一種電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統及
其處理方法，適用於提升電子耳蝸對噪聲背景下的言語識別、對聲調語言及音樂的理解的 能力。
背景技術：
電子耳蝸技術是目前唯一可以讓聾人恢復聽覺的神經修復術，通過用電流直接剌 激聽神經，使聾人恢復聽覺，已幫助全球超過12萬電子耳蝸植入者不同程度的恢復了聽 力。當前應用最廣泛的電子耳蝸信號處理策略，如連續交替採用方案CIS(conti皿ous-in terleaved-s卿ling)，高級混合編碼方案ACE (advanced confined encoding)者隨通過植 入電極產生速率恆定的電剌激脈衝，剌激耳蝸不同位置來模擬正常耳蝸的部位編碼，植入 的電極在鼓階由蝸底向蝸尖依次排列，剌激由高到低不同頻率敏感的聽神經。植入電極的 不同位置，對應於信號處理策略中劃分的不同的頻段。電極-頻率的對應關係受到電極插 入深度，扭結程度和神經元存活情況等因素影響。 正常人的耳蝸中有大約3000個左右的纖毛細胞，分別被調諧在從20 20， 000Hz 之間的不同頻率上，同時，每一個纖毛細胞中有10 20個剌激聽覺的神經纖維，它們將信 息傳向中樞神經系統。根據部位編碼，聲音的不同頻率信息由不同的聽覺通道傳輸。假設 每個神經纖維為一條頻率傳輸通道，較之現在電子耳蝸有限數目的電極(8 22)所能提供 的頻率傳輸通路，正常人耳能提供頻率分辨力比電子耳蝸要高出幾個數量級。由於目前電 極製造技術及如何在耳蝸中放置電極技術的限制，很難再增加植入電極的數量。這也就意 味著，從信號處理策略的角度而言，完全依據部位編碼，很難改善電子耳蝸的頻率分辨力。
近年來，信號處理策略及電剌激編碼方案主要取得的進展主要有
Advanced Bionics公司實現了稱為虛擬通道的這項創新的處理方案。虛擬通道利 用相鄰電極間產生同時電流虛擬出一個新的剌激點，在不增加電極數的前提下，增加實際 剌激的通道數。但虛擬通道方案並未超出部位編碼的範疇。心理聲學學實驗證明，時間編 碼在電剌激中大概是通過變化剌激速率來模擬的，其限定範圍是300 500Hz。也就是說， 在電極數不增加的前提下，有可能通過變換剌激率模擬時間編碼來提高電子耳蝸的頻率分 辨力。澳大利亞南威爾斯大學，美國Duck大學的研究人員分別在Cochlear公司的Nucleus 22/24電子耳蝸系統上實現了變剌激速率的電剌激編碼策略。德國慕尼黑大學的研究人員 在MED-EL公司的COMBO 40+電子耳蝸系統上實現了相似的策略。結果顯示，較之原電子耳 蝸編碼策略，變剌激速率的編碼策略一定程度的改善了音樂的識別。奧地利MED-EL公司提 出了"FineHearing"技術，將過零率檢測技術與虛擬通道引入編碼策略中，由過零率檢測來 控制電剌激脈衝發放，並同時通過虛擬通道技術增加部位感知能力。 目前，電子耳蝸植入者在安靜環境下的言語識別已經達到了良好的水平，可供半 數以上植入者順利地進行電話交談。但噪聲背景下的言語識別、對聲調語言及音樂的理解 仍然是當前電子耳蝸植入者普遍無法逾越的障礙。目前，仍然沒有任何的商用或是實驗室的電子耳蝸信號處理策略及電剌激編碼方案可以完全克服上述障礙。原因主要有以下幾 點首先是電子耳蝸使用者的個體差異很大，如聽神經殘存情況差別很大；當前信號處理 策略對於不同個體無法做到因人而異；其次，現有的信號處理策略只能通過低頻段的通道 傳遞基頻(F0)信息(無論是剌激率恆定或是變化)，並且獲取基頻(FO)及瞬時頻率的算法 往往魯棒性較差；最後，現有策略往往採用單一尺度的濾波器組對信號分頻，時間解析度和 頻率解析度往往不能兼得。 在此背景下，開發對信號進行深入分析、魯棒性好且實現方便的信號處理策略是 一個需要解決的技術難題；研究何種電剌激能夠最大程度的表達信號處理的結果是一個值 得探索的學術問題；如何為電子耳蝸使用者制定其最適合的電剌激編碼方案是電子耳蝸發 展值得探索的重要問題。

發明內容
本發明的目的在於提供一種電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統及其處理方法。
針對電子耳蝸使用者對噪聲背景下的言語識別、對聲調語言及音樂的理解能力普遍較差的
情況，提供一種高解析度電子耳蝸信號處理策略，並為電子耳蝸使用者制定其最適合的電
剌激編碼方案。使電子耳蝸使用者不僅能夠聽見，而且最大程度做到聽清。
為了實現上述目的，本發明的一種電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統，包括聲
信號分析與處理模塊、電剌激分辨測試與處理模塊以及結合部位編碼和時間編碼的電剌激
編碼模塊。 其中，所述聲信號分析與處理模塊，採用傅立葉變換(FFT)對聲信號進行分析，將 其劃分為M個頻帶；在進行峰值選取處理之後對信號進行分析，提取出其信號特徵；在計算 特徵之後，確定低頻( 500Hz)N個通道進行電剌激；隨後，對低 頻L個通道和高頻N個通道計算其包絡進行壓縮；對每一幀信號，特徵不同，L與N的取值 也不同，L+N < M。 另外，所述聲信號分析與處理模塊利用相位聲碼器處理來得出其信號特徵，所述 相位聲碼器首先對峰值選取後的信號進行相位計算，隨後計算信號包含主要頻譜成分的瞬 時頻率和瞬時能量對應關係，接著根據該計算結果，估計基頻(FO)與諧波的對應關係；最
後通過虛擬低音技術增強低頻信息。 所述電剌激分辨測試與處理模塊，測試以下項目a)電剌激部位分辨音調感知測 試，包括物理電極分辨、虛擬通道分辨、相鄰電極順序電剌激音調分辨；b)電剌激速率分 辨音調感知測試；c)電剌激能量分辨測試；並根據測試項目的結果，擬合、量化並定義參 數可感知並分辨的電剌激部位Al、 A2、 A3…An ;可感知並分辨的電剌激速率Bl、 B2、 B3… Bn ;可感知並分辨的電剌激能量C1、 C2、 C3…Cn ;然後，根據以上結果，進行綜合電剌激模 式，並確定最終可感知分辨的參數。 所述結合部位編碼和時間編碼的電剌激編碼模塊，根據電子耳蝸使用者個體接收 電剌激信息的能力及聲信號處理結果，對於低頻通道以及高頻通道，分別編碼電剌激能量 信息和剌激速率信息。 另外，本發明的一種電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統的處理方法，包括如下 步驟
1)聲信號分析與處理模塊將輸入聲信號劃分為M個頻帶，進行峰值選取處理之後 對信號進行分析，提取出其信號特徵；在計算特徵之後，確定低頻L個通道，高頻N個通道並 進行電剌激，具體實現過程如下 a)採用傅立葉變換(FFT)對聲信號進行分析，將其劃分為M個頻帶 首先對一幀P個點(64 1024個點)的短時信號，進行加漢寧窗處理，然後進行
FFT運算。 FFT輸出的結果為P個點的複數，取其中P/2個有效點(需要去除直流分量點)， 信號被分為P/2個頻帶； b)對FFT輸出的結果進行峰值選取，並對選擇的峰值進行相位計算 FFT輸出的結果為P個點的複數，取其中P/2個有效點(需要去除直流分量點)進
行取模處理後，進行峰值選擇，選擇出能量較大的H個(20 50個)點重新排序，並記錄能
量，然後，對取出的H個能量峰值點複數，取反正切，得到相位值； c)計算信號包含主要頻譜成分的瞬時頻率和瞬時能量對應關係 由相鄰2幀的相位值可求得任意頻率通道的瞬時頻率； d)根據所述步驟C)的計算結果，估計基頻與諧波的對應關係 由已知的瞬時頻率與瞬時能量關係，採用峰值匹配的方法，估計信號的基頻與諧
波關係，估計過程中並不要求高次諧波頻率與基頻頻率滿足嚴格的整數倍關係，在倍頻點
上下約5%範圍內均能夠看做是基頻與諧波關係，記錄估計出的基頻與諧波關係。 e)通過虛擬低音技術增強低頻信息 對於峰值選取後的輸出，表達為各正弦分量疊加，利用相位聲碼器求得的瞬時頻 率，乘以頻率變換係數，將各正弦分量疊加即可得到音調變換後的信號；
f)分為低頻和高頻通道並求包絡 利用所述步驟d)中的基頻與諧波的對應關係確定低頻( 500Hz)N個通道進行電剌激；M值的取值範圍為32 512，其中，最佳實施原則為M = 128， L小於等於3，且頻率劃分符合線性坐標劃分；N小於等於15，且頻率劃分符合對數坐標 劃分。 隨後，對低頻L個通道和高頻N個通道計算其包絡進行壓縮(L+N < M);在每一幀 的處理中，L與N的值都是不固定的。對於每一幀信號，只表達一個基頻信息及與之對應的 諧波信息； 2)電剌激分辨測試與處理模塊對電子耳蝸使用者個體進行綜合電剌激模式，並確 定最終可感知分辨的參數，具體實現過程如下 a)首先對電子耳蝸使用者個體進行以下測試項目電剌激部位分辨音調感知測 試，包括物理電極分辨、"虛擬通道"分辨、相鄰電極順序電剌激音調分辨；電剌激速率分辨 音調感知測試以及電剌激能量分辨測試； b)其次根據上述測試項目的結果，擬合、量化並定義可感知並分辨的電剌激部 位Al、A2、A3…An ;可感知並分辨的電剌激速率Bl、 B2、 B3…Bn ;以及可感知並分辨的電剌 激能量C1、 C2、 C3…Cn ;並根據以上結果，進行綜合電剌激模式，並確定最終可感知分辨的 參數； c)最後，將結果保存，供後續的每次電剌激編碼模塊調用；
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3)結合部位編碼和時間編碼的電剌激編碼模塊，根據電子耳蝸使用者個體接收電 剌激信息的能力及聲信號處理結果，對於低頻通道以及高頻通道，分別編碼電剌激能量信 息與剌激速率信息，具體過程如下 a)首先調用電剌激分辨測試與處理模塊的結果，設定剌激模式，同時限定低頻通 道剌激率的變化範圍，以及限定高頻通道剌激部位的變化範圍； b)其次根據聲信號分析與處理模塊的結果，對於L個低頻通道，進行電剌激編碼，
能量信息由計算的包絡信息決定，剌激率信息由最接近通道中心頻率的瞬時頻率信息決
定；對於N個高頻通道，進行電剌激編碼，能量信息由計算的包絡信息決定，剌激部位信息
由經過虛擬低音處理的諧波頻率信息決定； c)最後按照能量從大大小的順序，依次發放剌激。 本發明的一種電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統及其處理方法的有益效果在 於 本發明的電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統結構中，聲信號分析與處理模塊對 聲信號進行分析，提取低頻和高頻通道需要傳遞的特徵信息。電剌激分辨測試與處理模塊 測量並擬合電子耳蝸使用者個體的電剌激部位分辨能力和電剌激速率分辨能力，計算處理 得到電子耳蝸使用者個體分辨並感知電剌激模式的參數。結合部位編碼和時間編碼的電 剌激編碼模塊根據電子耳蝸使用者個體接收電剌激信息的能力及聲信號處理結果共同決 定電子耳蝸植入體電極的放電模式。本發明通過聲信號分析與處理模塊對信號進行深入分 析，提取信號的基頻、諧波能量關係並創新的利用虛擬低音技術提升低頻信息；同時，很好 的平衡了計算量和時頻解析度的關係；魯棒性好且實現方便。利用電剌激分辨測試與處理 模塊全面測試何種電剌激能夠最大程度的表達信號處理的結果，首先考慮電子耳蝸植入者 能夠接受何種信息，多少信息，最大限度提升電子耳蝸使用者的聽音能力。然後，採用結合 部位編碼和時間編碼的電剌激編碼模塊區分低頻以及高頻，採用不同的編碼方案。既考慮 到時間編碼，又考慮到部位編碼，從而提供一種高解析度電子耳蝸信號處理策略，並為電子 耳蝸使用者制定其最適合的電剌激編碼方案。使電子耳蝸使用者不僅能夠聽見，而且最大 程度做到聽清。


圖1為本發明的電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統的總體構成框圖。 圖2為本發明的電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統的處理方法的總流程示意圖。 圖3為本發明的電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統的處理方法的聲信號分析 與處理過程的具體實現流程圖。 圖4為本發明的電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統的處理方法的電剌激分辨 測試及處理過程的具體實現流程圖。 圖5為本發明的電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統的處理方法的電剌激編碼 過程的具體實現流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統及其處理方法作 進一步的說明，並給出更詳細地描述本發明的最佳實施例。 圖l是本發明的電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統的總體框圖，如圖l所示，本 發明的電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統包括聲信號分析與處理模塊、電剌激分辨測 試與處理模塊、以及結合部位編碼和時間編碼的電剌激編碼模塊。 其中，聲信號分析與處理模塊實施本發明的高解析度電子耳蝸信號處理策略。聲 信號分析與處理模塊對聲信號進行分析，將輸入聲信號劃分為M個頻帶，進行峰值選取處 理之後對信號進行分析，提取出其信號特徵；在計算特徵之後，確定低頻( 500Hz)N個通道並進行電剌激；隨後，對L個低頻通道和N個高頻通道計算其 包絡進行壓縮；其中，對於每一幀信號，根據其不同的特徵，L與N的取值也不同，L+N < M。
電剌激分辨測試與處理模塊，對電子耳蝸使用者個體進行綜合電剌激模式，並確 定最終可感知分辨的參數。測試以下三個項目電剌激部位分辨音調感知測試、電剌激速 率分辨音調感知測試以及電剌激能量分辨測試浪著，根據各測試項目的結果，擬合、量化 並定義如下參數可感知並分辨的電剌激部位Al、A2、A3…An ;可感知並分辨的電剌激速率 Bl、B2、B3…Bn ;以及可感知並分辨的電剌激能量Cl、C2、C3…Cn ;然後，根據以上結果，進行 綜合電剌激模式，並確定最終可感知分辨的參數。 結合部位編碼和時間編碼的電剌激編碼模塊，根據電子耳蝸使用者個體接收電剌 激信息的能力及聲信號處理結果，對於低頻通道，編碼電剌激能量信息與剌激速率信息；對 於高頻通道編碼電剌激能量信息與電剌激部位信息。 另外，電剌激分辨測試與處理模塊充分考慮電子耳蝸植入者能夠接受何種電剌激 信息，多少信息，以便最大限度提升電子耳蝸使用者的聽音能力；聲信號分析與處理模塊分 析並提取信號的基頻、諧波能量關係並創新的利用虛擬低音技術提升低頻信息的表達；結 合部位編碼和時間編碼的電剌激編碼模塊綜合其他兩個模塊的信息，決定在低頻通道編碼 何種剌激能量和剌激速率信息，決定在高頻通道編碼何種剌激能量和剌激部位信息。
另外，圖2為本發明的電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統的處理方法的總流程 示意圖。圖3為本發明的電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統的處理方法的聲信號分析與 處理過程的具體實現流程圖。圖4為本發明的電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統的處理 方法的電剌激分辨測試及處理過程的具體實現流程圖。圖5為本發明的電子耳蝸信號處理 及電剌激編碼系統的處理方法的電剌激編碼過程的具體實現流程圖。 如圖2所示，本發明的一種電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統的處理方法，包 括如下步驟 1)聲信號分析與處理模塊將輸入聲信號劃分為M個頻帶，進行峰值選取處理之後 對信號進行分析，提取出其信號特徵；在計算特徵之後，確定L個低頻通道以及N個高頻通 道並進行電剌激，具體實現過程如下(如圖3所示) a)採用傅立葉變換(FFT)對聲信號進行分析，將其劃分為M個頻帶在優選實施 例中，聲信號採樣率為16KHz，使用基於傅立葉變換(FFT)的頻域濾波技術實現分頻帶功 能。 a)採用傅立葉變換(FFT)對聲信號進行分析，將其劃分為M個頻帶
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首先對一幀P個點(64 1024個點)的短時信號，進行加漢寧窗處理，然後進行 FFT運算。 FFT輸出的結果為P點的複數，取其中P/2個有效點(需要去除直流分量點)，信 號被分為P/2個頻帶； b)對FFT輸出的結果進行峰值選取，並對選擇的峰值進行相位計算 FFT輸出的結果為P點的複數，取其中P/2個有效點(需要去除直流分量點)進
行取模處理後，進行峰值選擇，選擇出能量較大的H個(20 50個)點重新排序，並記錄能
量，然後，對取出的H個能量峰值點複數，取反正切，得到相位值； c)計算信號包含主要頻譜成分的瞬時頻率和瞬時能量對應關係 由相鄰2幀的相位值可求得任意頻率通道的瞬時頻率； d)根據所述步驟C)的計算結果，估計基頻與諧波的對應關係由已知的瞬時頻率 與瞬時能量關係，採用峰值匹配的方法，估計信號的基頻與諧波關係，估計過程中並不要求 高次諧波頻率與基頻頻率滿足嚴格的整數倍關係。在倍頻點約5%範圍內均能夠看做是基 頻與諧波關係。記錄估計出的基頻與諧波關係。
e)通過虛擬低音技術增強低頻信息 心理聲學實驗中，存在一種被稱為"虛擬音調"的現象對於一段和諧複音信號，其
基頻成分覺得了信號音調的高低；然而，通過某些手段將複音信號的基頻部分除去後，餘下
的各次諧波的疊加依然能夠使人感受到相同的音調高低，即人耳能在基頻缺失情況下利用
諧波組合重建信號音調高低。虛擬低音技術逆向應用了該現象。對於低頻(< 500Hz)信
息，人為的構造諧波疊加諧波信號可獲得與基頻相同的音調感知，增強低音。 在該實施例中，對於峰值選取後的輸出，表達為各正弦分量疊加，利用相位聲碼器
求得的瞬時頻率，乘以頻率變換係數，將各正弦分量疊加即可得到音調變換後的信號。 f)分為低頻高頻通道並求包絡 利用所述步驟d)中的基頻與諧波的對應關係確定低頻( 500Hz)N個通道進行電剌激；M值的取值範圍為32 512，其中，最佳實施原則為M = 128， L小於等於3，且頻率劃分符合線性坐標劃分；N小於等於15，且頻率劃分符合對數坐標 劃分。 隨後，對低頻L個通道和高頻N個通道計算其包絡進行壓縮(L+N < M);在每一幀 的處理中，L與N的值都是不固定的。對於每一幀信號，只表達一個基頻信息及與之對應的 諧波信息。 2)電剌激分辨測試與處理模塊對電子耳蝸使用者個體進行綜合電剌激模式，並確 定最終可感知分辨的參數，具體實現過程如下(如圖4所示) a)首先對電子耳蝸使用者個體進行以下測試項目電剌激部位分辨音調感知測 試，包括物理電極分辨、虛擬通道分辨、以及相鄰電極順序電剌激音調分辨；電剌激速率 分辨音調感知測試；電剌激能量分辨測試； b)其次根據測試項目的結果，擬合、量化並定義可感知並分辨的電剌激部位Al、 A2、 A3…An ;可感知並分辨的電剌激速率Bl、 B2、 B3…Bn ;可感知並分辨的電剌激能量Cl、 C2、C3…Cn;並根據以上結果，進行綜合電剌激模式，並確定最終可感知分辨的參數。
c)最後，將結果保存，供後續的每次電剌激編碼模塊調用。
3)結合部位編碼和時間編碼的電剌激編碼模塊，根據電子耳蝸使用者個體接收電 剌激信息的能力及聲信號處理結果，對於低頻通道以及高頻通道，分別編碼電剌激能量信 息與剌激速率信息，具體過程如下(如圖5所示) a)首先，調用電剌激分辨測試與處理模塊的結果，設定剌激模式。同時限定低頻通 道剌激率的變化範圍，限定高頻通道剌激部位的變化範圍。 b)其次，根據聲信號分析與處理模塊的結果，對於L個低頻通道，進行電剌激編
碼，能量信息由計算的包絡信息決定，剌激率信息由最接近通道中心頻率的瞬時頻率信息
決定；對於N個高頻通道，進行電剌激編碼，能量信息由計算的包絡信息決定，剌激部位信
息由經過虛擬低音處理的諧波頻率信息決定； c)最後，按照能量從大大小的順序，依次發放剌激。 最後所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制。儘管參 照實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發明的技術方 案進行修改或者等同替換，都不脫離本發明技術方案的精神和範圍，其均應涵蓋在本發明 的權利要求範圍當中。
1權利要求
一種電子耳蝸信號處理及電刺激編碼系統，其特徵在於，包括聲信號分析與處理模塊、電刺激分辨測試與處理模塊、以及結合部位編碼和時間編碼的電刺激編碼模塊，其中，所述聲信號分析與處理模塊，採用傅立葉變換對聲信號進行分析，將其劃分為M個頻帶；在進行峰值選取處理之後對信號進行分析，提取出其特徵；在計算特徵之後，確定L個低頻通道以及N個高頻通道並進行電刺激；隨後，對L個低頻通道和N個高頻通道計算其包絡進行壓縮；其中，對於每一幀信號，根據其不同的特徵，L與N的取值也不同，L+N＜M；所述電刺激分辨測試與處理模塊，測試以下三個項目電刺激部位分辨音調感知測試、電刺激速率分辨音調感知測試以及電刺激能量分辨測試；接著，根據各測試項目的結果，擬合、量化並定義如下參數可感知並分辨的電刺激部位A1、A2、A3…An；可感知並分辨的電刺激速率B1、B2、B3…Bn；以及可感知並分辨的電刺激能量C1、C2、C3…Cn；然後，根據以上結果，進行綜合電刺激模式，並確定最終可感知分辨的參數；所述結合部位編碼和時間編碼的電刺激編碼模塊，根據電子耳蝸使用者個體接收電刺激信息的能力及聲信號處理結果，對於低頻通道以及高頻通道，分別編碼電刺激能量信息和刺激速率信息。
2. 根據權利要求1所述的電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統，其特徵在於，所述聲 信號分析與處理模塊利用相位聲碼器處理來得出其信號特徵，所述相位聲碼器首先對峰值 選取後的信號進行相位計算，隨後計算信號包含主要頻譜成分的瞬時頻率和瞬時能量對應 關係，接著根據該計算結果，估計基頻與諧波的對應關係；最後通過虛擬低音技術增強低頻信息。
3. 根據權利要求1所述的電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統，其特徵在於，所述聲 信號分析與處理模塊在進行頻帶劃分時，總頻帶數M的取值範圍為32 512 ;其中，優選M 為128，低頻通道數L小於等於3，且頻率劃分符合線性坐標劃分；高頻通道數N小於等於 15，且頻率劃分符合對數坐標劃分。
4. 根據權利要求1所述的電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統，其特徵在於，所述電 剌激分辨測試與處理模塊所進行的電剌激部位分辨音調感知測試，包括物理電極分辨、虛 擬通道分辨以及相鄰電極順序電剌激音調分辨。
5. —種電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統的處理方法，其特徵在於，包括如下步驟1)聲信號分析與處理模塊將輸入聲信號劃分為M個頻帶，進行峰值選取處理之後對信 號進行分析，提取出其特徵；在計算特徵之後，確定L個低頻通道以及N個高頻通道並進行 電剌激，具體實現過程如下a) 採用傅立葉變換對聲信號進行分析，將其劃分為M個頻帶首先對一幀P個點的短時信號，進行加漢寧窗處理，然後進行傅立葉變換運算，其中P 的取值範圍為64 1024個點；傅立葉變換輸出的結果為P個點的複數，取其中P/2個有效點，信號被分為P/2個頻帶；b) 對傅立葉變換輸出的結果進行峰值選取，並利用相位聲碼器對選擇的峰值進行相位 計算傅立葉變換輸出的結果為P個點的複數，取其中P/2個有效點進行取模處理後，進行峰 值選擇，選擇出能量較大的H個點重新排序，並記錄能量，然後，對取出的H個能量峰值點復 數，取反正切，得到相位值；其中，H < P/2，且H = 20 50點；c) 計算信號包含主要頻譜成分的瞬時頻率和瞬時能量對應關係 由相鄰2幀的相位值可求得其中任意一個頻率通道的瞬時頻率；d) 根據所述步驟C)的計算結果，估計基頻與諧波的對應關係由已知的瞬時頻率與瞬時能量關係，採用峰值匹配的方法，估計信號的基頻與諧波關係，在倍頻點上下5%範圍內均看做是基頻與諧波關係，並記錄估計出的基頻與諧波關係；e) 通過虛擬低音技術增強低頻信息對於峰值選取後的輸出，表達為各正弦分量疊加，利用相位聲碼器求得的瞬時頻率，乘以頻率變換係數，將各正弦分量疊加即可得到音調變換後的信號；f) 分為低頻和高頻通道並求包絡利用所述步驟d)中的基頻與諧波的對應關係確定L個低頻通道，N個高頻通道並進行 電剌激；隨後，對L個低頻通道和N個高頻通道計算其包絡進行壓縮，其中，L+N < M ;對於每一 幀信號，只表達一個基頻信息及與之對應的諧波信息；2) 電剌激分辨測試與處理模塊對電子耳蝸使用者個體進行綜合電剌激模式，並確定最 終可感知分辨的參數，具體實現過程如下a) 首先對電子耳蝸使用者個體進行以下測試項目電剌激部位分辨音調感知測試、電 剌激速率分辨音調感知測試以及電剌激能量分辨測試；b) 其次根據上述測試項目的結果，擬合、量化並定義可感知並分辨的電剌激部位Al、 A2、 A3…An ;可感知並分辨的電剌激速率Bl、 B2、 B3…Bn ;以及可感知並分辨的電剌激能量 Cl、C2、C3…Cn ;並根據以上結果，進行綜合電剌激模式，並確定最終可感知分辨的參數；c) 最後，將結果保存，供後續的每次電剌激編碼模塊調用；3) 結合部位編碼和時間編碼的電剌激編碼模塊根據電子耳蝸使用者個體接收電剌激 信息的能力及聲信號處理結果，對於低頻通道以及高頻通道，分別編碼電剌激能量信息與 剌激速率信息，具體過程如下a) 首先調用電剌激分辨測試與處理模塊的結果，設定剌激模式，同時限定低頻通道剌 激率的變化範圍，以及限定高頻通道剌激部位的變化範圍；b) 其次根據聲信號分析與處理模塊的結果，對於L個低頻通道，進行電剌激編碼，能量 信息由計算的包絡信息決定，剌激率信息由最接近通道中心頻率的瞬時頻率信息決定；對 於N個高頻通道，進行電剌激編碼，能量信息由計算的包絡信息決定，剌激部位信息由經過 虛擬低音處理的諧波頻率信息決定；c) 最後按照能量從大大小的順序，依次發放剌激。
6.根據權利要求5所述的電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統的處理方法，其特徵在 於，所述步驟l)中，在進行頻帶劃分時，總頻帶數M的取值範圍為32 512 ;優選M為128， 低頻通道數L小於等於3，且頻率劃分符合線性坐標劃分；高頻通道數N小於等於15，且頻 率劃分符合對數坐標劃分。
7.根據權利要求5所述的電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統的處理方法，其特徵在 於，所述步驟2)中，對電子耳蝸使用者個體所進行的電剌激部位分辨音調感知測試，包括 物理電極分辨、虛擬通道分辨、以及相鄰電極順序電剌激音調分辨。
全文摘要
本發明提供一種電子耳蝸信號處理及電刺激編碼系統及其處理方法。該系統包括聲信號分析與處理模塊、電刺激分辨測試與處理模塊及電刺激編碼模塊。聲信號分析與處理模塊對聲信號進行分析，提取低頻和高頻通道需要傳遞的特徵信息。電刺激分辨測試與處理模塊測量並擬合電子耳蝸使用者個體的電刺激部位分辨能力和電刺激速率分辨能力，計算處理得到電子耳蝸使用者個體分辨並感知電刺激模式的參數。電刺激編碼模塊根據電子耳蝸使用者個體接收電刺激信息的能力及聲信號處理結果共同決定電子耳蝸植入體電極的放電模式。本發明的系統能夠最大限度提升電子耳蝸使用者的聽音能力，改善其對噪聲背景下的言語識別、對聲調語言及音樂的理解的能力。
文檔編號A61F11/04GK101716108SQ20091023846
公開日2010年6月2日 申請日期2009年11月20日 優先權日2009年11月20日
發明者馮海泓, 平利川, 範雪莉, 陳友元 申請人:中國科學院聲學研究所