專利名稱：一種電子耳蝸信號處理及電刺激編碼系統(tǒng)及其處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子耳蝸領(lǐng)域，特別涉及一種電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統(tǒng)及
其處理方法，適用于提升電子耳蝸對噪聲背景下的言語識別、對聲調(diào)語言及音樂的理解的 能力。
背景技術(shù)：
電子耳蝸技術(shù)是目前唯一可以讓聾人恢復(fù)聽覺的神經(jīng)修復(fù)術(shù)，通過用電流直接剌 激聽神經(jīng)，使聾人恢復(fù)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(fù)了聽 力。當前應(yīng)用最廣泛的電子耳蝸信號處理策略，如連續(xù)交替采用方案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(chǎn)生速率恒定的電剌激脈沖，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(jīng)。植入電極的 不同位置，對應(yīng)于信號處理策略中劃分的不同的頻段。電極-頻率的對應(yīng)關(guān)系受到電極插 入深度，扭結(jié)程度和神經(jīng)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(diào)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(jīng)纖維，它們將信 息傳向中樞神經(jīng)系統(tǒng)。根據(jù)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(shè) 每個神經(jīng)纖維為一條頻率傳輸通道，較之現(xiàn)在電子耳蝸有限數(shù)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(shù)量級。由于目前電 極制造技術(shù)及如何在耳蝸中放置電極技術(shù)的限制，很難再增加植入電極的數(shù)量。這也就意 味著，從信號處理策略的角度而言，完全依據(jù)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(xiàn)了稱為虛擬通道的這項創(chuàng)新的處理方案。虛擬通道利 用相鄰電極間產(chǎn)生同時電流虛擬出一個新的剌激點，在不增加電極數(shù)的前提下，增加實際 剌激的通道數(shù)。但虛擬通道方案并未超出部位編碼的范疇。心理聲學(xué)學(xué)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，其限定范圍是300 500Hz。也就是說， 在電極數(shù)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。澳大利亞南威爾士大學(xué)，美國Duck大學(xué)的研究人員分別在Cochlear公司的Nucleus 22/24電子耳蝸系統(tǒng)上實現(xiàn)了變剌激速率的電剌激編碼策略。德國慕尼黑大學(xué)的研究人員 在MED-EL公司的COMBO 40+電子耳蝸系統(tǒng)上實現(xiàn)了相似的策略。結(jié)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(shù)，將過零率檢測技術(shù)與虛擬通道引入編碼策略中，由過零率檢測來 控制電剌激脈沖發(fā)放，并同時通過虛擬通道技術(shù)增加部位感知能力。 目前，電子耳蝸植入者在安靜環(huán)境下的言語識別已經(jīng)達到了良好的水平，可供半 數(shù)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(diào)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(jīng)殘存情況差別很大；當前信號處理 策略對于不同個體無法做到因人而異；其次，現(xiàn)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(無論是剌激率恒定或是變化)，并且獲取基頻(FO)及瞬時頻率的算法 往往魯棒性較差；最后，現(xiàn)有策略往往采用單一尺度的濾波器組對信號分頻，時間分辨率和 頻率分辨率往往不能兼得。 在此背景下，開發(fā)對信號進行深入分析、魯棒性好且實現(xiàn)方便的信號處理策略是 一個需要解決的技術(shù)難題；研究何種電剌激能夠最大程度的表達信號處理的結(jié)果是一個值 得探索的學(xué)術(shù)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(fā) 展值得探索的重要問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統(tǒng)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(diào)語言及音樂的理解能力普遍較差的
情況，提供一種高分辨率電子耳蝸信號處理策略，并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(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統(tǒng)，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(jié)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，采用傅里葉變換(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后對信號進行分析，提取出其信號特征；在計算 特征之后，確定低頻(< 500Hz)L個通道，高頻(> 500Hz)N個通道進行電剌激；隨后，對低 頻L個通道和高頻N個通道計算其包絡(luò)進行壓縮；對每一幀信號，特征不同，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征，所述 相位聲碼器首先對峰值選取后的信號進行相位計算，隨后計算信號包含主要頻譜成分的瞬 時頻率和瞬時能量對應(yīng)關(guān)系，接著根據(jù)該計算結(jié)果，估計基頻(FO)與諧波的對應(yīng)關(guān)系；最
后通過虛擬低音技術(shù)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(diào)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(diào)分辨；b)電剌激速率分 辨音調(diào)感知測試；c)電剌激能量分辨測試；并根據(jù)測試項目的結(jié)果，擬合、量化并定義參 數(shù)可感知并分辨的電剌激部位Al、 A2、 A3…An ;可感知并分辨的電剌激速率Bl、 B2、 B3… Bn ;可感知并分辨的電剌激能量C1、 C2、 C3…Cn ;然后，根據(jù)以上結(jié)果，進行綜合電剌激模 式，并確定最終可感知分辨的參數(shù)。 所述結(jié)合部位編碼和時間編碼的電剌激編碼模塊，根據(jù)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(jié)果，對于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(fā)明的一種電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統(tǒng)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后 對信號進行分析，提取出其信號特征；在計算特征之后，確定低頻L個通道，高頻N個通道并 進行電剌激，具體實現(xiàn)過程如下 a)采用傅里葉變換(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，然后進行
FFT運算。 FFT輸出的結(jié)果為P個點的復(fù)數(shù)，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(jié)果進行峰值選取，并對選擇的峰值進行相位計算 FFT輸出的結(jié)果為P個點的復(fù)數(shù)，取其中P/2個有效點(需要去除直流分量點)進
行取模處理后，進行峰值選擇，選擇出能量較大的H個(20 50個)點重新排序，并記錄能
量，然后，對取出的H個能量峰值點復(fù)數(shù)，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(yīng)關(guān)系 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(jù)所述步驟C)的計算結(jié)果，估計基頻與諧波的對應(yīng)關(guān)系 由已知的瞬時頻率與瞬時能量關(guān)系，采用峰值匹配的方法，估計信號的基頻與諧
波關(guān)系，估計過程中并不要求高次諧波頻率與基頻頻率滿足嚴格的整數(shù)倍關(guān)系，在倍頻點
上下約5%范圍內(nèi)均能夠看做是基頻與諧波關(guān)系，記錄估計出的基頻與諧波關(guān)系。 e)通過虛擬低音技術(shù)增強低頻信息 對于峰值選取后的輸出，表達為各正弦分量疊加，利用相位聲碼器求得的瞬時頻 率，乘以頻率變換系數(shù)，將各正弦分量疊加即可得到音調(diào)變換后的信號；
f)分為低頻和高頻通道并求包絡(luò) 利用所述步驟d)中的基頻與諧波的對應(yīng)關(guān)系確定低頻(< 500Hz) L個通道，高頻 (> 500Hz)N個通道進行電剌激；M值的取值范圍為32 512，其中，最佳實施原則為M = 128， L小于等于3，且頻率劃分符合線性坐標劃分；N小于等于15，且頻率劃分符合對數(shù)坐標 劃分。 隨后，對低頻L個通道和高頻N個通道計算其包絡(luò)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。對于每一幀信號，只表達一個基頻信息及與之對應(yīng)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，并確 定最終可感知分辨的參數(shù)，具體實現(xiàn)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(diào)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(diào)分辨；電剌激速率分辨 音調(diào)感知測試以及電剌激能量分辨測試； b)其次根據(jù)上述測試項目的結(jié)果，擬合、量化并定義可感知并分辨的電剌激部 位Al、A2、A3…An ;可感知并分辨的電剌激速率Bl、 B2、 B3…Bn ;以及可感知并分辨的電剌 激能量C1、 C2、 C3…Cn ;并根據(jù)以上結(jié)果，進行綜合電剌激模式，并確定最終可感知分辨的 參數(shù)； c)最后，將結(jié)果保存，供后續(xù)的每次電剌激編碼模塊調(diào)用；
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3)結(jié)合部位編碼和時間編碼的電剌激編碼模塊，根據(jù)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(jié)果，對于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(diào)用電剌激分辨測試與處理模塊的結(jié)果，設(shè)定剌激模式，同時限定低頻通 道剌激率的變化范圍，以及限定高頻通道剌激部位的變化范圍； b)其次根據(jù)聲信號分析與處理模塊的結(jié)果，對于L個低頻通道，進行電剌激編碼，
能量信息由計算的包絡(luò)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；對于N個高頻通道，進行電剌激編碼，能量信息由計算的包絡(luò)信息決定，剌激部位信息
由經(jīng)過虛擬低音處理的諧波頻率信息決定； c)最后按照能量從大大小的順序，依次發(fā)放剌激。 本發(fā)明的一種電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統(tǒng)及其處理方法的有益效果在 于 本發(fā)明的電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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征信息。電剌激分辨測試與處理模塊 測量并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并感知電剌激模式的參數(shù)。結(jié)合部位編碼和時間編碼的電 剌激編碼模塊根據(jù)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(jié)果共同決 定電子耳蝸植入體電極的放電模式。本發(fā)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(guān)系并創(chuàng)新的利用虛擬低音技術(shù)提升低頻信息；同時，很好 的平衡了計算量和時頻分辨率的關(guān)系；魯棒性好且實現(xiàn)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(jié)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。然后，采用結(jié)合 部位編碼和時間編碼的電剌激編碼模塊區(qū)分低頻以及高頻，采用不同的編碼方案。既考慮 到時間編碼，又考慮到部位編碼，從而提供一種高分辨率電子耳蝸信號處理策略，并為電子 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(fā)明的電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統(tǒng)的總體構(gòu)成框圖。 圖2為本發(fā)明的電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統(tǒng)的處理方法的總流程示意圖。 圖3為本發(fā)明的電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統(tǒng)的處理方法的聲信號分析 與處理過程的具體實現(xiàn)流程圖。 圖4為本發(fā)明的電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統(tǒng)的處理方法的電剌激分辨 測試及處理過程的具體實現(xiàn)流程圖。 圖5為本發(fā)明的電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統(tǒng)的處理方法的電剌激編碼 過程的具體實現(xiàn)流程圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統(tǒng)及其處理方法作 進一步的說明，并給出更詳細地描述本發(fā)明的最佳實施例。 圖l是本發(fā)明的電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統(tǒng)的總體框圖，如圖l所示，本 發(fā)明的電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統(tǒng)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(jié)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(fā)明的高分辨率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 理之后對信號進行分析，提取出其信號特征；在計算特征之后，確定低頻(< 500Hz)L個通 道以及高頻(> 500Hz)N個通道并進行電剌激；隨后，對L個低頻通道和N個高頻通道計算其 包絡(luò)進行壓縮；其中，對于每一幀信號，根據(jù)其不同的特征，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，并確 定最終可感知分辨的參數(shù)。測試以下三個項目電剌激部位分辨音調(diào)感知測試、電剌激速 率分辨音調(diào)感知測試以及電剌激能量分辨測試浪著，根據(jù)各測試項目的結(jié)果，擬合、量化 并定義如下參數(shù)可感知并分辨的電剌激部位Al、A2、A3…An ;可感知并分辨的電剌激速率 Bl、B2、B3…Bn ;以及可感知并分辨的電剌激能量Cl、C2、C3…Cn ;然后，根據(jù)以上結(jié)果，進行 綜合電剌激模式，并確定最終可感知分辨的參數(shù)。 結(jié)合部位編碼和時間編碼的電剌激編碼模塊，根據(jù)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(jié)果，對于低頻通道，編碼電剌激能量信息與剌激速率信息；對 于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 析并提取信號的基頻、諧波能量關(guān)系并創(chuàng)新的利用虛擬低音技術(shù)提升低頻信息的表達；結(jié) 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(fā)明的電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統(tǒng)的處理方法的總流程 示意圖。圖3為本發(fā)明的電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統(tǒng)的處理方法的聲信號分析與 處理過程的具體實現(xiàn)流程圖。圖4為本發(fā)明的電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統(tǒng)的處理 方法的電剌激分辨測試及處理過程的具體實現(xiàn)流程圖。圖5為本發(fā)明的電子耳蝸信號處理 及電剌激編碼系統(tǒng)的處理方法的電剌激編碼過程的具體實現(xiàn)流程圖。 如圖2所示，本發(fā)明的一種電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統(tǒng)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后 對信號進行分析，提取出其信號特征；在計算特征之后，確定L個低頻通道以及N個高頻通 道并進行電剌激，具體實現(xiàn)過程如下(如圖3所示) a)采用傅里葉變換(FFT)對聲信號進行分析，將其劃分為M個頻帶在優(yōu)選實施 例中，聲信號采樣率為16KHz，使用基于傅里葉變換(FFT)的頻域濾波技術(shù)實現(xiàn)分頻帶功 能。 a)采用傅里葉變換(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，然后進行 FFT運算。 FFT輸出的結(jié)果為P點的復(fù)數(shù)，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(jié)果進行峰值選取，并對選擇的峰值進行相位計算 FFT輸出的結(jié)果為P點的復(fù)數(shù)，取其中P/2個有效點(需要去除直流分量點)進
行取模處理后，進行峰值選擇，選擇出能量較大的H個(20 50個)點重新排序，并記錄能
量，然后，對取出的H個能量峰值點復(fù)數(shù)，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(yīng)關(guān)系 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(jù)所述步驟C)的計算結(jié)果，估計基頻與諧波的對應(yīng)關(guān)系由已知的瞬時頻率 與瞬時能量關(guān)系，采用峰值匹配的方法，估計信號的基頻與諧波關(guān)系，估計過程中并不要求 高次諧波頻率與基頻頻率滿足嚴格的整數(shù)倍關(guān)系。在倍頻點約5%范圍內(nèi)均能夠看做是基 頻與諧波關(guān)系。記錄估計出的基頻與諧波關(guān)系。
e)通過虛擬低音技術(shù)增強低頻信息 心理聲學(xué)實驗中，存在一種被稱為"虛擬音調(diào)"的現(xiàn)象對于一段和諧復(fù)音信號，其
基頻成分覺得了信號音調(diào)的高低；然而，通過某些手段將復(fù)音信號的基頻部分除去后，余下
的各次諧波的疊加依然能夠使人感受到相同的音調(diào)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(diào)高低。虛擬低音技術(shù)逆向應(yīng)用了該現(xiàn)象。對于低頻(< 500Hz)信
息，人為的構(gòu)造諧波疊加諧波信號可獲得與基頻相同的音調(diào)感知，增強低音。 在該實施例中，對于峰值選取后的輸出，表達為各正弦分量疊加，利用相位聲碼器
求得的瞬時頻率，乘以頻率變換系數(shù)，將各正弦分量疊加即可得到音調(diào)變換后的信號。 f)分為低頻高頻通道并求包絡(luò) 利用所述步驟d)中的基頻與諧波的對應(yīng)關(guān)系確定低頻(< 500Hz) L個通道，高頻 (> 500Hz)N個通道進行電剌激；M值的取值范圍為32 512，其中，最佳實施原則為M = 128， L小于等于3，且頻率劃分符合線性坐標劃分；N小于等于15，且頻率劃分符合對數(shù)坐標 劃分。 隨后，對低頻L個通道和高頻N個通道計算其包絡(luò)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。對于每一幀信號，只表達一個基頻信息及與之對應(yīng)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，并確 定最終可感知分辨的參數(shù)，具體實現(xiàn)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(diào)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(diào)分辨；電剌激速率 分辨音調(diào)感知測試；電剌激能量分辨測試； b)其次根據(jù)測試項目的結(jié)果，擬合、量化并定義可感知并分辨的電剌激部位Al、 A2、 A3…An ;可感知并分辨的電剌激速率Bl、 B2、 B3…Bn ;可感知并分辨的電剌激能量Cl、 C2、C3…Cn;并根據(jù)以上結(jié)果，進行綜合電剌激模式，并確定最終可感知分辨的參數(shù)。
c)最后，將結(jié)果保存，供后續(xù)的每次電剌激編碼模塊調(diào)用。
3)結(jié)合部位編碼和時間編碼的電剌激編碼模塊，根據(jù)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(jié)果，對于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(diào)用電剌激分辨測試與處理模塊的結(jié)果，設(shè)定剌激模式。同時限定低頻通 道剌激率的變化范圍，限定高頻通道剌激部位的變化范圍。 b)其次，根據(jù)聲信號分析與處理模塊的結(jié)果，對于L個低頻通道，進行電剌激編
碼，能量信息由計算的包絡(luò)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；對于N個高頻通道，進行電剌激編碼，能量信息由計算的包絡(luò)信息決定，剌激部位信
息由經(jīng)過虛擬低音處理的諧波頻率信息決定； c)最后，按照能量從大大小的順序，依次發(fā)放剌激。 最后所應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參 照實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，對本發(fā)明的技術(shù)方 案進行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明 的權(quán)利要求范圍當中。
1權(quán)利要求
一種電子耳蝸信號處理及電刺激編碼系統(tǒng)，其特征在于，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(jié)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，采用傅里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后對信號進行分析，提取出其特征；在計算特征之后，確定L個低頻通道以及N個高頻通道并進行電刺激；隨后，對L個低頻通道和N個高頻通道計算其包絡(luò)進行壓縮；其中，對于每一幀信號，根據(jù)其不同的特征，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(diào)感知測試、電刺激速率分辨音調(diào)感知測試以及電刺激能量分辨測試；接著，根據(jù)各測試項目的結(jié)果，擬合、量化并定義如下參數(shù)可感知并分辨的電刺激部位A1、A2、A3…An；可感知并分辨的電刺激速率B1、B2、B3…Bn；以及可感知并分辨的電刺激能量C1、C2、C3…Cn；然后，根據(jù)以上結(jié)果，進行綜合電刺激模式，并確定最終可感知分辨的參數(shù)；所述結(jié)合部位編碼和時間編碼的電刺激編碼模塊，根據(jù)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(jié)果，對于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(jù)權(quán)利要求1所述的電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統(tǒng)，其特征在于，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征，所述相位聲碼器首先對峰值 選取后的信號進行相位計算，隨后計算信號包含主要頻譜成分的瞬時頻率和瞬時能量對應(yīng) 關(guān)系，接著根據(jù)該計算結(jié)果，估計基頻與諧波的對應(yīng)關(guān)系；最后通過虛擬低音技術(shù)增強低頻信息。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統(tǒng)，其特征在于，所述聲 信號分析與處理模塊在進行頻帶劃分時，總頻帶數(shù)M的取值范圍為32 512 ;其中，優(yōu)選M 為128，低頻通道數(shù)L小于等于3，且頻率劃分符合線性坐標劃分；高頻通道數(shù)N小于等于 15，且頻率劃分符合對數(shù)坐標劃分。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統(tǒng)，其特征在于，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(diào)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(diào)分辨。
5. —種電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統(tǒng)的處理方法，其特征在于，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后對信 號進行分析，提取出其特征；在計算特征之后，確定L個低頻通道以及N個高頻通道并進行 電剌激，具體實現(xiàn)過程如下a) 采用傅里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，然后進行傅里葉變換運算，其中P 的取值范圍為64 1024個點；傅里葉變換輸出的結(jié)果為P個點的復(fù)數(shù)，取其中P/2個有效點，信號被分為P/2個頻帶；b) 對傅里葉變換輸出的結(jié)果進行峰值選取，并利用相位聲碼器對選擇的峰值進行相位 計算傅里葉變換輸出的結(jié)果為P個點的復(fù)數(shù)，取其中P/2個有效點進行取模處理后，進行峰 值選擇，選擇出能量較大的H個點重新排序，并記錄能量，然后，對取出的H個能量峰值點復(fù) 數(shù)，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(yīng)關(guān)系 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(jù)所述步驟C)的計算結(jié)果，估計基頻與諧波的對應(yīng)關(guān)系由已知的瞬時頻率與瞬時能量關(guān)系，采用峰值匹配的方法，估計信號的基頻與諧波關(guān)系，在倍頻點上下5%范圍內(nèi)均看做是基頻與諧波關(guān)系，并記錄估計出的基頻與諧波關(guān)系；e) 通過虛擬低音技術(shù)增強低頻信息對于峰值選取后的輸出，表達為各正弦分量疊加，利用相位聲碼器求得的瞬時頻率，乘以頻率變換系數(shù)，將各正弦分量疊加即可得到音調(diào)變換后的信號；f) 分為低頻和高頻通道并求包絡(luò)利用所述步驟d)中的基頻與諧波的對應(yīng)關(guān)系確定L個低頻通道，N個高頻通道并進行 電剌激；隨后，對L個低頻通道和N個高頻通道計算其包絡(luò)進行壓縮，其中，L+N < M ;對于每一 幀信號，只表達一個基頻信息及與之對應(yīng)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，并確定最 終可感知分辨的參數(shù)，具體實現(xiàn)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(diào)感知測試、電 剌激速率分辨音調(diào)感知測試以及電剌激能量分辨測試；b) 其次根據(jù)上述測試項目的結(jié)果，擬合、量化并定義可感知并分辨的電剌激部位Al、 A2、 A3…An ;可感知并分辨的電剌激速率Bl、 B2、 B3…Bn ;以及可感知并分辨的電剌激能量 Cl、C2、C3…Cn ;并根據(jù)以上結(jié)果，進行綜合電剌激模式，并確定最終可感知分辨的參數(shù)；c) 最后，將結(jié)果保存，供后續(xù)的每次電剌激編碼模塊調(diào)用；3) 結(jié)合部位編碼和時間編碼的電剌激編碼模塊根據(jù)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(jié)果，對于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(diào)用電剌激分辨測試與處理模塊的結(jié)果，設(shè)定剌激模式，同時限定低頻通道剌 激率的變化范圍，以及限定高頻通道剌激部位的變化范圍；b) 其次根據(jù)聲信號分析與處理模塊的結(jié)果，對于L個低頻通道，進行電剌激編碼，能量 信息由計算的包絡(luò)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 于N個高頻通道，進行電剌激編碼，能量信息由計算的包絡(luò)信息決定，剌激部位信息由經(jīng)過 虛擬低音處理的諧波頻率信息決定；c) 最后按照能量從大大小的順序，依次發(fā)放剌激。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統(tǒng)的處理方法，其特征在 于，所述步驟l)中，在進行頻帶劃分時，總頻帶數(shù)M的取值范圍為32 512 ;優(yōu)選M為128， 低頻通道數(shù)L小于等于3，且頻率劃分符合線性坐標劃分；高頻通道數(shù)N小于等于15，且頻 率劃分符合對數(shù)坐標劃分。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電子耳蝸信號處理及電剌激編碼系統(tǒng)的處理方法，其特征在 于，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(diào)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(diào)分辨。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電子耳蝸信號處理及電刺激編碼系統(tǒng)及其處理方法。該系統(tǒng)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征信息。電刺激分辨測試與處理模塊測量并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并感知電刺激模式的參數(shù)。電刺激編碼模塊根據(jù)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(jié)果共同決定電子耳蝸植入體電極的放電模式。本發(fā)明的系統(tǒng)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(diào)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(yōu)先權(quán)日2009年11月20日
發(fā)明者馮海泓, 平利川, 范雪莉, 陳友元 申請人:中國科學(xué)院聲學(xué)研究所