本申請(qǐng)涉及耳蝸技術(shù)，尤其涉及耳蝸脈沖神經(jīng)編碼方法。

背景技術(shù)：

1、正常人的聽(tīng)覺(jué)產(chǎn)生過(guò)程可概括如下：外界語(yǔ)音的機(jī)械振動(dòng)經(jīng)過(guò)外耳后到達(dá)鼓膜，鼓膜把相應(yīng)的機(jī)械振動(dòng)傳至中耳的聽(tīng)小骨系統(tǒng)。靠近聽(tīng)小骨內(nèi)側(cè)的鐙骨和內(nèi)耳的橢圓窗相連，振動(dòng)通過(guò)該連接傳導(dǎo)至耳蝸，聲波在充滿淋巴液的耳蝸內(nèi)以液體介質(zhì)周期性壓力變化的方式移動(dòng)。液體的振動(dòng)引起了基底膜上下行波式的運(yùn)動(dòng)，根據(jù)語(yǔ)音頻率的高低，行波在基底膜的不同部位達(dá)到最大振幅，高頻的最大振幅出現(xiàn)在蝸底，低頻的最大振幅出現(xiàn)在蝸?lái)?。換句話說(shuō)，蝸底對(duì)高頻語(yǔ)音進(jìn)行編碼，蝸?lái)攲?duì)低頻語(yǔ)音進(jìn)行編碼，不同的語(yǔ)音頻率沿著基膜在不同的位置引起神經(jīng)興奮，因此耳蝸可以被認(rèn)為由一組空間分布的帶通濾波器構(gòu)成，而且濾波器的品質(zhì)因數(shù)q（中心頻率與帶寬之比）近似恒定。最終附著在基膜上的語(yǔ)音感受器也相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。在慣性的作用下，語(yǔ)音感受器內(nèi)不同結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的方向差和速度差產(chǎn)生一種力，使得纖毛彎曲。改變了經(jīng)常存在于蝸管和纖毛細(xì)胞之間的生物電流回路中的阻抗，從而調(diào)制了通過(guò)的電流。電流的改變導(dǎo)致語(yǔ)音感受細(xì)胞和聽(tīng)神經(jīng)纖維間的突觸釋放化學(xué)遞質(zhì)，使聽(tīng)神經(jīng)興奮并發(fā)放沖動(dòng)。接受不同特性的各種語(yǔ)音后，聽(tīng)神經(jīng)發(fā)放的沖動(dòng)在時(shí)間和空間上有不同的構(gòu)型，它們攜帶相關(guān)的語(yǔ)音信息，順序傳至各級(jí)聽(tīng)覺(jué)中樞，經(jīng)處理和分析后產(chǎn)生聽(tīng)覺(jué)。

2、耳蝸具有頻率選擇作用，其不同位置對(duì)特定頻率的語(yǔ)音產(chǎn)生響應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生負(fù)雜的神經(jīng)信號(hào)。為模擬耳蝸的這一感知過(guò)程，科學(xué)家們提出了濾波器組、傳輸線等計(jì)算模型。濾波器組模型是用覆蓋一定頻率范圍的多個(gè)帶通濾波器對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行處理，模擬耳蝸的頻率選擇功能。目前，用于重度感音神經(jīng)性耳聾聽(tīng)覺(jué)恢復(fù)的電子耳蝸產(chǎn)品主要基于該模型設(shè)計(jì)語(yǔ)音編碼策略，主要包括模擬、幅度調(diào)制和幅頻調(diào)制方案。模擬方案主要是將采集的語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的帶通濾波和合適的動(dòng)態(tài)范圍壓縮后直接送往電極刺激聽(tīng)神經(jīng)，該方案主要是壓縮模擬。幅度調(diào)制和幅頻調(diào)制方案的原理相似，都是把語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)預(yù)處理后通過(guò)多個(gè)帶通濾波器，進(jìn)行一系列處理，最后把每個(gè)帶通濾波器的輸出進(jìn)行特征處理送往電極刺激聽(tīng)神經(jīng)。不同之處在于幅度調(diào)制方案主要傳遞的是原始語(yǔ)音的幅度信息，利用獲取的幅度信息對(duì)固定頻率的雙相脈沖進(jìn)行調(diào)制，進(jìn)而送往聽(tīng)神經(jīng)。該策略主要有：同時(shí)模擬刺激、最大譜峰處理器、譜峰法、連續(xù)間隔采樣等。幅頻編碼策略在提取原始語(yǔ)音信號(hào)幅度信息的同時(shí)也提取了其頻率（相位或微細(xì)結(jié)構(gòu)）信息，利用原始語(yǔ)音的幅度及頻率（相位或微細(xì)結(jié)構(gòu)）聯(lián)合編碼，達(dá)到改善語(yǔ)音識(shí)別的目的，這類方法主要是幅頻聯(lián)合編碼。從信號(hào)處理的角度來(lái)說(shuō)，無(wú)論是帶通濾波還是小波變換，其實(shí)質(zhì)均是傳統(tǒng)的傅里葉變換，處理平穩(wěn)信號(hào)尚可，針對(duì)語(yǔ)音這種非平穩(wěn)信號(hào)可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，同時(shí)其在不同程度上受窗函數(shù)及測(cè)不準(zhǔn)原理的限制，從而不能精確的表達(dá)信號(hào)的時(shí)頻特性。除此之外，在運(yùn)用帶通濾波器和小波變換進(jìn)行信號(hào)處理時(shí)，濾波器參數(shù)和母函數(shù)一經(jīng)確定便不能再行修改，自適應(yīng)性很差。傳輸線模型將耳蝸分成若干段，每一段描述為一個(gè)差分方程。這一模型可以很精確地描述耳蝸的生理特性，可惜計(jì)算量太大，這種計(jì)算復(fù)雜性對(duì)使用該模型且具有高度實(shí)時(shí)性要求的電子耳蝸、助聽(tīng)器、機(jī)器聽(tīng)力設(shè)備的設(shè)計(jì)形成了巨大挑戰(zhàn)，很難用到實(shí)際系統(tǒng)中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述問(wèn)題，本申請(qǐng)旨在提出一種耳蝸脈沖神經(jīng)編碼方法，其降低了計(jì)算復(fù)雜度，不需要龐大計(jì)算量，具備良好的自適應(yīng)性。

2、本申請(qǐng)的耳蝸脈沖神經(jīng)編碼方法，其包括：

3、對(duì)原始語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)降噪、加窗、預(yù)加重預(yù)處理，得到預(yù)處理信號(hào)；

4、預(yù)處理信號(hào)經(jīng)過(guò)經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解獲得頻率從低到高依次排列的多個(gè)通道的本征模態(tài)函數(shù)；

5、針對(duì)每個(gè)通道的本征模態(tài)函數(shù)，對(duì)該通道是本征模態(tài)函數(shù)進(jìn)行希爾伯特變換；在希爾伯特變換結(jié)果的基礎(chǔ)上精確提取該通道本征模態(tài)函數(shù)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)頻率信息；根據(jù)耳蝸對(duì)頻率感知的范圍對(duì)該通道對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)頻率進(jìn)行帶寬限制處理，得到帶寬限制處理信號(hào)；帶寬限制處理時(shí)使用的帶通濾波器的帶寬和品質(zhì)因數(shù)與該通道的本征模態(tài)函數(shù)相同；對(duì)帶寬限制處理信號(hào)進(jìn)行頻率調(diào)制，得到頻移的帶寬限制處理信號(hào)用該通道本征模態(tài)函數(shù)的中心頻率的正弦信號(hào)進(jìn)行頻率調(diào)制，得到頻率調(diào)制信號(hào)實(shí)現(xiàn)頻移；頻率調(diào)制信號(hào)輸出至低通濾波器實(shí)現(xiàn)混頻，得到經(jīng)混頻的慢變信號(hào)；經(jīng)混頻的慢變信號(hào)經(jīng)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)，在過(guò)零點(diǎn)位置產(chǎn)生脈沖，該脈沖即為該通道的本征模態(tài)函數(shù)對(duì)應(yīng)的輸出脈沖。

6、優(yōu)選地，對(duì)帶寬限制處理信號(hào)進(jìn)行頻率調(diào)制是用該通道本征模態(tài)函數(shù)的中心頻率的正弦信號(hào)進(jìn)行頻率調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)頻移的。

7、優(yōu)選地，各通道的本征模態(tài)函數(shù)對(duì)應(yīng)的輸出脈沖送入脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

8、本申請(qǐng)的耳蝸脈沖神經(jīng)編碼方法在編碼過(guò)程中采用了結(jié)合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解和希爾伯特變換的希爾伯特黃變換方法，降低了計(jì)算復(fù)雜度，具有自適應(yīng)、多尺度、多分辨率提取語(yǔ)音特征的特點(diǎn)，能夠有效模擬生物學(xué)耳蝸，精確表達(dá)原始信號(hào)的時(shí)變特性。

技術(shù)特征：

1.一種耳蝸脈沖神經(jīng)編碼方法，其包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耳蝸脈沖神經(jīng)編碼方法，其特征在于：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耳蝸脈沖神經(jīng)編碼方法，其特征在于：

技術(shù)總結(jié)
一種耳蝸脈沖神經(jīng)編碼方法，其通過(guò)經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解這一自適應(yīng)方法獲得非線性、非穩(wěn)態(tài)語(yǔ)音信號(hào)具有窄帶、近似倍頻程特征的本征模態(tài)函數(shù)，模擬耳蝸的頻率選擇功能，再對(duì)每一個(gè)本征模態(tài)函數(shù)進(jìn)行希爾伯特變換，提取瞬時(shí)頻率，經(jīng)帶寬限制和中心頻率調(diào)制后，進(jìn)行過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)，生成脈沖序列，作為脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入。本申請(qǐng)的編碼方法可有效模擬耳蝸頻率選擇功能，同時(shí)降低了計(jì)算復(fù)雜度。

技術(shù)研發(fā)人員：劉洪運(yùn),王衛(wèi)東,匡翊銘
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19