CN101505447A - 估计助听器中的音频信号加权函数的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了通过估计所接收音频信号的加权函数在助听器中产生可听见信号的方法，包括步骤：通过估计来自两个或两个以上传声器的两个或两个以上传声器信号的加权和而估计定向信号；估计与方向有关的时频增益；及合成输出信号。估计与方向有关的时频增益包括：获得至少两个定向信号，每一定向信号包含目标信号和噪声信号的时频表示；使用目标信号和噪声信号的时频表示估计时频掩模；及使用所估计的时频掩模估计与方向有关的时频增益。本发明可改善助听器用户的声源定位和语音可懂度。
Description
技术领域
本发明总体上涉及在助听器中产生可听见的信号。具体地，本发明涉及估计加权函数并将其应用于音频信号的方法。
背景技术
正面到达耳朵的声音信号由于耳廓形状而被加强，耳廓为耳朵的外面部分。这种效应称为定向性，对于听者而言，相比于从后面到达的声音信号，这提高了从前面方向到达的声音信号的信噪比。此外，来自耳廓的反射增强了听者定位声源的能力。声源定位可增强语音可懂度，这在一个以上空间方向均存在声音信号时对于区分不同的声音信号如语音信号非常重要。大脑用于定位声源的定位线索可与进入耳朵的声音信号的随频率而变的时间差和级差及由于耳廓形状(如在低频)引起的反射有关，声源定位主要借助于耳间时间差确定。
对于助听器用户，通常较难获得良好的声源定位和语音可懂度。
在一些助听器如耳后式(BTE)助听器中，助听器传声器放在耳朵的外面部分的后面，因而来自后面和侧面的声音信号不被耳廓减弱。对于助听器用户而言，这是非自然的感觉，因为耳廓的形状通常仅加强从正面来的声音。
因此，当助听器传声器远离耳道因而远离耳膜放置时，助听器用户定位声源的能力降低。因此，相比于传声器更靠近耳道置放或置于耳道内的助听器如耳内式(ITE)或深耳道式(CIC)助听器，BTE助听器中的声源定位被降级。
为了获得改善的定向性，可将定向传声器组合在助听器如BTE助听器中。定向传声器可对正面到达助听器用户耳朵中的声音信号更敏感，因而可复制耳朵外面部分的自然功能，因而定向传声器使助听器用户能将听觉主要集中在用户头部所面向的方向。定向传声器使助听器用户能集中在直接在其前面的人身上并同时减少来自侧面和后面的声音信号如通话的干扰。因此，定向传声器在人很多的地方非常有用，在那种地方有来自许多方向的许多声音信号，在助听器用户仅希望听到一个人的谈话时也非常有用。
为了对进入助听器的声音信号进行信号处理，定向模式或波束形成模式可从至少两个单向传声器或至少一个定向传声器获得。
EP1414268涉及使用ITE传声器估计ITE传声器和其它传声器之间的传递函数以校正其它传声器的异位及估计碰撞信号的到达方向。
US2005/0058312涉及为获得定向性并降低传声器噪声而组合三个或三个以上传声器的不同方式。
US2005/0041824涉及与声级有关的定向模式选择。二阶定向模式较一阶定向模式提供更好的定向性，但其缺点在于传声器噪声更大。然而，在高声级时，该噪声将被从侧面进入助听器的声音掩蔽，因而在一阶和二阶定向性之间的选择可基于声级进行。
EP1005783涉及通过比较不同的波束形成模式估计基于方向的时频增益。两个传声器之间的时间延迟可用于确定音频信号的频率加权(滤波)。EP1005783描述使用从至少两个传声器信号获得的定向信号与所述传声器信号之一的振幅之间的比较。
由N.Roman等所著的“Binaural segregation in multisourcereverberant environments”描述了通过使用立体声分离系统估计时频掩模的方法，其仅使用目标源的位置信息从多源混响混合声中提取混响目标信号。
由M.M.Goodwin所著的“Enhancedmi crophone-arraybeamforming based on frequency-domain spatialanalysis-synthesis”描述了与远程通话免提通信有关的延迟求和波束形成系统，其中来自不想要声源的混响和干扰被阻止。所述系统通过形成多个受控波束并对声场景进行空间分析而提高空间选择性。所述分析导出时频增益，当应用于基准注视方向时，所述增益增强目标源并提高对在指定目标区域外面的干扰源的抑制。
然而，尽管不同的现有技术文献描述了怎样改善助听器中的声源定位的方法，但可提供另外的能在助听器中产生可听见信号并可改善助听器用户的声源定位及语音可懂度的方法。
发明内容
在此公开了一种通过估计所接收音频信号的加权函数在助听器中产生可听见信号的方法，所述助听器适于由用户佩戴，所述方法包括步骤：
通过估计来自两个或两个以上传声器的两个或两个以上传声器信号的加权和而估计定向信号，其中两个或两个以上传声器中的第一传声器为前面传声器，及其中两个或两个以上传声器中的第二传声器为后面传声器；
估计与方向有关的时频增益；及
合成输出信号；
其中估计与方向有关的时频增益包括：
-获得至少两个定向信号，每一定向信号包含目标信号和噪声信号的时频表示；及其中第一定向信号定义为对准前面信号，第二定向信号定义为对准后面信号；
-使用目标信号和噪声信号的时频表示估计时频掩模；及
-使用所估计的时频掩模估计与方向有关的时频增益。
因此，通过对两个定向信号进行相互比较而估计与方向有关的时频增益是有利的，因为两个定向信号的包络功率之间的比最大化，这是由于定向信号中在目标信号方向的那一信号力求消除噪声源，另一定向信号力求抵消目标源而保留噪声源。因而，目标信号和噪声/干扰信号被非常好地分开，通过使前面和对准后面定向信号之间的比最大，使得更容易控制加权函数，从而可对助听器用户改善目标扬声器的声源定位和语音可懂度。
例如，如果比较定向信号和全向信号，这两个信号之间的差将没有两个定向信号之间的差大，因而在使用全向信号和定向信号时更难将目标信号和噪声/干扰信号分开。从传声器差估计的定向信号导致高通滤波信号。因此，定向信号的低通后滤波必须补偿该高通滤波。然而，相比于将定向信号与全向信号进行比较，比较两个定向信号的优点在于可避免定向信号的后滤波。
例如，助听器用户想要专注听一个人的谈话，而同时有造成干扰的噪声信号。通过在助听器中提供两个传声器，如前面和后面传声器，助听器用户可将其头部转到所希望目标源的方向。
助听器中的前面传声器可从目标源拾取所希望的音频信号，助听器中的后面传声器可拾取非来自目标源的不想要的音频信号。然而，音频信号通常将被混合，则问题在于确定哪些源对输入信号起作用。
本发明的优点在于前述确定通过提供目标信号和噪声信号的时频表示进行，使得对每一时频系数均可比较两个定向信号，从而对每一时频系数均可确定所述时频系数是与目标信号有关还是与噪声信号有关，这使能估计与方向有关的时频掩模。时频表示可以是基于时间和频率的复值域，其中所述域的绝对值表示“能量密度”(基于时间和频率的均方根的浓度)或振幅，所述域的自变量表示相位。因此，时频系数代表信号的能量。
时频掩模可在用户佩戴的助听器中进行估计。或者，时频掩模可在位于助听器外部并靠近助听器用户的装置中进行估计。即使在外部设备中进行估计，由于助听器和外部设备相互可借助于有线或无线连接进行通信，所估计的时频掩模仍然可用在助听器中，这是有利的。
在一实施例中，使用目标信号和噪声信号的时频表示估计时频掩模包括对所述时频表示中的每一时频系数比较所述至少两个定向信号。
在一实施例中，使用所估计的时频掩模估计与方向有关的时频增益包括基于所述比较对每一时频系数确定所述时频系数与目标信号有关还是与噪声信号有关。
在一实施例中，所述方法还包括：
-获得所述至少两个定向信号的每一时频表示的包络；
-使用目标信号和噪声信号的时频表示的包络估计时频掩模。
在一实施例中，其中使用目标信号和噪声信号的时频表示的包络估计时频掩模包括对每一时频包络样本值比较定向信号的两个包络。
在一实施例中，确定时频表示的包络包括：
-将每一时频系数的绝对大小值提高到第p幂，其中p为预定值；
-使用预定的低通滤波器随着时间的过去对升幂后的绝对大小值进行滤波。
在一实施例中，对每一时频系数确定时频系数是与目标信号有关还是与噪声信号有关包括：确定定向信号的时频表示的包络，确定目标信号方向即前面方向的定向信号的包络功率与噪声信号方向即后面方向的定向信号的包络功率的比值；及如果所述比值超出给定阈值，则时频系数归为与目标信号有关；否则将时频系数归为与噪声信号有关。所述阈值通常实施为相对功率阈值，即单位为dB。例如，包络可以是每一时频系数的绝对大小值的幂。
该实施例的优点在于，如果给定阈值的目标信号方向的定向信号超过时频系数的噪声信号方向的定向信号，则该时频系数标记为属于目标信号，及该时频系数将被保留。对于某一时频系数，如果噪声信号方向的定向信号超过目标信号方向的定向信号，则该时频系数标记为属于噪声/干扰信号且该时频系数将被去除。
在一实施例中，与方向有关的时频掩模为二进制，对于属于目标信号的时频系数，与方向有关的时频掩模为1；而对于属于噪声信号的时频系数，其为0。
时频单元或归为属于目标信号或归为属于噪声信号的模式可称为二进制掩模。该实施例的优点在于与方向有关的时频掩模为二进制，因为其使可能实现和简化或属于目标源或属于噪声/干扰源的时频系数的归类。因此，这使能简单的二进制增益归类，当将所述增益应用于呈现给听者的信号时，可提高助听器用户的语音可懂度。
当构建二进制掩模时，必须应用用于确定目标和噪声/干扰信号的量的准则。该准则控制所保留及去除的时频系数的数量。可使用“0dB信噪比”(SNR)，意味着如果目标信号包络的功率完全大于噪声/干扰信号包络，则时频系数标记为属于目标信号。然而，不同于“0dB SNR”的准则也可在助听器用户语音可懂度方面提供同样的主要改善。例如，3dB准则意味着目标必须比噪声高3dB。
从时频掩模估计的时频增益可增加到定向信号。因此可实现定向信号之上的增强。然而，在低频，将时频增益增加到传声器信号之一或两个传声器信号的和是有利的，因为定向信号由于低通后滤波而包含更多低频噪声，所述低通后滤波是必须的。
低频可以是低于200Hz、300Hz、400Hz、500Hz或600Hz等的频率。
时频掩模可以是二进制，但也可提供其它形式的掩模。然而，当提供二进制掩模时，可进行关于0和1意味着什么的解释和/或决定。0和1可转换为按dB测量的级，如与先前测量的级有关的级增强。
在一实施例中，所述方法还包括将所估计的与方向有关的时频增益增加到定向信号，及在低频时，处理输出信号并将输出信号传给助听器中的输出变换器。
该实施例的优点在于与方向有关的时频增益被增加到定向信号，因为应用与方向有关的时频增益将提高定向性。
时频掩模主要依赖于传声器之间的时间差。无论所述掩模是在靠近耳朵的地方估计还是在稍微更远的地方如耳后估计，均对噪声信号或目标信号占优势的时间和频率区域无太大影响。因此，来自两个传声器的定向信号可在估计加权函数时使用及音频信号可在助听器中基于此进行处理，其中所述两个传声器安排在助听器的耳朵部分的后面。即使时频掩模在位于助听器外部并靠近助听器用户的装置中进行估计，该时频掩模仍然可在助听器中使用。
在低频，声源定位主要借助于耳间时间差确定，及在低频，耳间时间差与传声器位于耳朵附近的什么位置关系不大。
另外，可提供关于增益及所述增益应用于其的信号的时间的对准。例如，可对信号进行与增益有关的延迟以实现暂时对准。
此外，可对增益进行平滑即低通滤波。
在一些实施例中，在低频处理定向信号并将其传给助听器中的输出变换器即足够了，但通过将与方向有关的时频增益增加到定向信号可进一步提高定向性。
在一实施例中，所述方法还包括将所估计的与方向有关的时频增益增加到来自一个或多个传声器的信号，及在低频处理输出信号并将其传给助听器中的输出变换器。
在一实施例中，所述方法还包括将所估计的与方向有关的时频增益应用于来自第三传声器的信号，第三传声器靠近耳道置放或位于耳道中；所述方法还包括在高频处理输出信号并将其传给助听器中的输出变换器。
该实施例的优点在于，与方向有关的时频增益被应用于靠近耳道或位于耳道中的第三传声器，因为在更高的频率，传声器的位置对声源定位非常重要。在高频，定位线索使用靠近耳道或位于耳道中的传声器保持，因为该传声器因而靠近耳膜放置，这提高了助听器用户定位声源的能力。
助听器可包括三个传声器。两个传声器可位于耳朵的后面如耳后式助听器。第三传声器较另两个传声器更靠近耳道，如耳内式助听器。因此，该实施例的优点在于，既可借助于耳朵后面的传声器实现定向应用，又可借助于靠近耳道或位于耳道中的第三传声器处理靠近耳道或位于耳道中因而靠近耳膜的声音而保持良好的定位能力。
或者，用于估计增益的两个传声器可安排在位于助听器和第三传声器外部的装置中。
优点是，由于使用三个传声器，可改善助听器用户的声源定位和语音可懂度。
该实施例的另一优点在于，由于所述两个传声器是用于估计加权函数的传声器，在这两个传声器之间只需要进行一次传声器匹配，这简化了信号处理。
在一些实施例中，在高频仅处理来自靠近耳道或位于耳道中的第三传声器的信号并将其传给助听器中的输出变换器即足够了，但将与方向有关的时频增益增加到来自第三传声器的信号可进一步提高定向性。
通过使用位于耳朵后面或位于外部设备中的传声器估计时间和频率的与方向有关的增益模式及将该增益应用于位于耳道中或靠近耳道的第三传声器，在助听器中不需要校正位置失配的校正滤波器，因为第三传声器确保定位线索将被保留。
此外，相比于靠近耳道或位于耳道中的传声器，对耳朵后面或外部设备中的传声器使用不同的采样频率和带宽是可能的，因而可节省计算能力。所有自动装置也可以更低的采样率运行。
对所有频率或对较高的频率，与方向有关的时频增益均可应用于第三传声器以增强定向性，而对于低频，与方向有关的时频增益可应用于来自耳朵后面或位于外部设备中的传声器的定向信号。
第三传声器可以是靠近耳朵或位于耳道中的传声器，如耳内式传声器等。
在一实施例中，所述方法还包括将所估计的与方向有关的时频增益应用于来自一个或多个传声器的一个或多个传声器信号，及处理输出信号并将其传给助听器中的输出变换器。
对于所有频率即高频和低频，将与方向有关的时频增益应用于来自传声器的一个或多个信号是有利的，因为这可改善助听器中产生的可听见信号。
在一实施例中，定向信号借助于至少两个波束形成器提供，其中所述波束形成器中的至少一个选自下组：
-固定波束形成器；
-自适应波束形成器。
该实施例的优点在于，波束形成器在空间中将目标信号和噪声信号分开并借此采用传声器和信号处理提高SNR从而放大来自目标方向的信号。
自适应波束形成器的优点在于，自适应波束形成器能够使其响应自动适应不同的情形，这通常提高了来自其它方向的不想要信号的消除。因此，自适应波束形成器可能较好实现噪声减少。
固定波束形成器的优点在于，固定波束形成器主要仅使用关于传声器空间位置的信息及感兴趣方向的信号组合来自传声器的信号，这使助听器用户能对系统进行更多和/或更好的控制。
此外，由于使用两个传声器，可能产生不同的波束方向图集合。
在一实施例中，所估计的时频增益应用于定向信号，其中所述定向信号目的在于衰减该方向的信号，其中前面波束形成器的传递函数与后面波束形成器的传递函数之间的比值等于决策阈值，即处于对准前面和对准后面波束形成器之间的决策边界的方向。
在两个定向信号之间的决策边界所处的方向，时频掩模估计基于弱决策。为使弱决策的影响最小，将所得到的时频增益应用于定向信号是有利的，其目的在于衰减弱决策方向的信号。
在一实施例中，所述方法还包括，当用户的每一耳朵分别佩戴一个助听器时，在两个助听器之间传输和互换与方向有关的时频掩模。
当用户佩戴两个助听器时，可提供两个时频掩模。从这些掩模估计的时频增益可从助听器之一传给另一助听器，反之亦然。在两个助听器中测量的与方向有关的时频增益可由于传声器噪声、传声器失配、头部阴影效应等而相互不同，因而该实施例的优点在于联合的二进制掩模估计更利于消除噪声。这样，通过在两个耳朵之间互换二进制与方向有关的时频掩模可获得更好的二进制增益估计。
另一优点在于，通过合成两个耳朵上的二进制增益模式，定位线索将较少受干扰，因为它们在两个耳朵上具有不同的增益模式。
此外，只有二进制掩模值必须在耳朵之间传输，而不是全部增益或音频信号，这简化了与方向有关的时频增益的互换和同步。
在一实施例中，所述方法还包括对目标信号和噪声信号之间的差进行并行比较，及在不同的波束方向图集合之间合并所述并行比较。
该实施例的优点在于，当同时进行几个比较而不是仅进行一个比较时，将进行更稳健的估计，因为每一比较具有方向，在该方向的估计较其它方向更稳健。朝向前面和后面信号之间具有最大差值的方向，时频掩模估计可非常好和稳健。
不同定向信号之间的这些比较及合并和/或组合并行比较可在一个助听器和/或两个助听器(如果用户两只耳朵均佩戴助听器)中进行。
在一实施例中，所述合并包括在不同时频掩模之间应用功能，所述功能中的至少一个选自下组：
-“与”功能；
-“或”功能；
-心理声学模型。
该实施例的优点在于，通过将功能如“或”、“与”和/或心理声学模型应用于不同的估计，可实现整体更稳健的二进制增益估计。作为例子，由两个助听器之一提供的时频掩模可用于两个助听器，因而可不考虑由两个助听器中的另一助听器提供的掩模。是使用“或”功能还是“与”功能取决于所选择的比较阈值。
本发明涉及不同方面，包括上面及下面描述的方法和相应的方法、设备和/或产品装置，每一种均产生结合第一所提及方面描述的好处和优点中的一个或多个，及每一种均具有对应于结合第一所提及方面描述和/或在所附权利要求中公开的实施方式的一个或多个实施方式。
根据一方面，公开了适于用户佩戴的助听器，所述助听器包括一个或多个传声器、信号处理单元、及一个或多个输出变换器，其中第一模块包括所述一个或多个传声器中的至少一个。
在一实施例中，一种设备适于置于一个或多个助听器外部，其中所述设备包括适于估计一个或多个时频掩模的处理装置，及其中所述一个或多个时频掩模被传给所述一个或多个助听器。
使用外部设备估计时频掩模然后将所述掩模传给助听器是有利的，因为这样助听器可只需要一个传声器。外部设备可以是手持设备。
上述方法的特征可以软件实施并通过在数据处理系统或其它处理装置上运行计算机可执行指令实现。所述指令可以是从存储介质或另一计算机经计算机网络加载在存储器如RAM中的程序代码。或者，所述特征可以硬件电路而不是软件实施，或者与软件结合实施。
根据另一方面，公开了计算机程序，当所述计算机程序在数据处理系统上运行时，其包括的程序代码使数据处理系统执行所述方法。
根据另一方面，公开了数据处理系统，其包括使所述数据处理系统执行所述方法的程序代码。
附图说明
本发明的上述和/或另外的目标、特征及优点将由下面参考附图给出的、本发明实施例的说明性及非限制性详细描述阐明，其中：
图1为佩戴助听器的助听器用户的示意图。
图2为在助听器中产生可听见信号的方法的流程图。
图3所示为助听器中信号的分析、处理和组合。
图4示出了比较波束形成器方向图的可能方式。
图5示出了两个耳朵之间的时频掩模传输。
图6示出了不同波束形成器之间的并行比较的合并。
图7示出了将所估计的时频增益应用于定向信号的例子。
具体实施方式
下面的描述参考附图进行，其通过图解表明可怎样实施本发明。
图1a为佩戴具有多个输入变换器如传声器的助听器的用户的示意图。助听器被示为包括远离耳朵的部分如耳后(BTE)外壳或部分101及靠近耳道或位于耳道中的部分如耳内(ITE)部分102。在下面，靠近耳道或位于耳道中的部分将被称为ITE部分，但应当理解，安排为靠近耳道或位于耳道中的部分不限于ITE部分，而是可以为被安排成靠近耳道或位于耳道中的任何类型的部分。此外，在下面，安排成远离耳朵或位于耳朵后面的部分将被称为BTE部分，但应当理解，安排成远离耳朵或位于耳朵后面的部分不限于BTE部分，而是可以为安排成远离耳朵或位于耳朵后面的任何类型的部分。所述两部分可借助于导线103进行连接。BTE部分101可包括两个输入变换器104、105，这两个输入变换器可分别安排为前面传声器和后面传声器，ITE部分102可包括一个输入变换器106如传声器。
图1b更详细地示出了具有三个输入变换器如传声器的助听器。输入变换器如传声器中的两个204和205可像常规BTE助听器那样安排为用户耳朵或耳廓210后面的BTE外壳中的前面和后面传声器。第三输入变换器206如传声器可安排为耳模207如所谓的微模中的ITE传声器，其可通过小的导线203连接到BTE外壳。BTE外壳和耳模之间的连接可通过其它手段进行，如无线连接，例如射频通信、微波通信、红外通信等。
输出变换器208如接收器或扬声器可包括在耳模部分207中以传输输入声音接近鼓膜209。尽管在图2中之示出了一个输出变换器，但助听器可包括一个以上输出变换器。或者，助听器仅可包括两个BTE传声器而没有ITE传声器。或者和/或附加地，助听器可包括两个以上BTE传声器和/或一个以上ITE传声器。信号处理单元可包括在耳模部分中以处理所接收的音频信号。或者或附加地，信号处理单元可包括在BTE外壳中。
呈现给助听器用户的声音可以是来自三个输入变换器的信号的混合。
BTE助听器部分中的输入变换器可以是全向传声器。或者，BTE输入变换器可以是提供定向助听器即通过提供定向信号的任何类型的传声器阵列。
靠近耳道或位于耳道中的部分在下面可被称为第二模块。第二模块中的传声器可以是全向传声器或定向传声器。
在耳朵后面的部分可包括信号处理单元和电池以节省靠近耳道或位于耳道中的部分的空间。
适于安排在耳道处的第二模块可以是耳塞、塑料插塞和/或其可相对于用户耳朵成形。此外，第二模块可包括软的材料。所述软的材料可具有圆顶、尖端、帽状等形状。
另外，助听器可包括用于与位于用户的另一耳朵处的第二助听器通信的通信装置。
图2所示为在助听器中产生可听见信号的方法的流程图。
在步骤1，从至少两个传声器获取两个或两个以上传声器信号。
在步骤2，通过估计来自助听器中的所述至少两个传声器的两个或两个以上传声器信号的加权和而估计定向信号。
在步骤3，获取每一定向信号的时频表示。
在步骤4，基于定向信号的时频表示估计时频掩模。
在步骤5，基于所述时频掩模估计时频增益。
在步骤6，提供来自一个或多个传声器的信号。该信号可以是多个传声器信号的组合。
在步骤7，将所述时频增益应用于来自一个或多个传声器的信号。
在步骤8，在助听器的输出变换器中产生和提供输出信号。
此外，可提供另外的步骤用于在助听器中产生可听见信号。在一实施例中，可在步骤1和2之间提供传声器匹配系统。在一实施例中，在步骤4估计时频掩模之前，可提供定向信号的后处理。在一实施例中，在步骤5估计增益之前，可提供时频掩模的后处理。
图3示出了来自三个输入变换器的信号在传给输出变换器之前怎样进行分析、处理和组合。可估计所述信号的加权函数以改善声源定位从而改善助听器用户的语音可懂度。定向信号及与方向有关的时频增益可在301从两个BTE传声器(mic1和mic2)进行估计，在302从ITE传声器(mic3)获取信号。从两个BTE传声器计算的信号即与方向有关的增益303时间和频率快速变化，且其可以是二进制。关于怎样计算定向信号可在2000年的Knowles Electronics中由StephenC.Thompson所著的“Directional Patterns Obtained from Two orThree Microphones”中找到。
根据频率，这些信号可以不同的方式组合，因而加权函数的估计取决于频率高还是低。然而，处理后的高频和低频信号在传给输出变换器之前可被增加和合成。
在低频304，所估计的与方向有关的时频增益可被增加到来自BTE传声器的定向信号305，输出信号306可被处理并传给助听器307中的输出变换器。通过将与方向有关的时频增益增加到定向信号，可提高定向性。
在低频，由于声源定位主要借助于耳间时间差确定，及在低频耳间时间差与传声器是否放在耳朵附近没有太大关系，因而在低频时来自BTE传声器的音频信号可在助听器中传输。
来自BTE传声器的传声器信号的组合可以是定向声音信号或者全向声音信号。此外，例如相较传声器信号之间的差，两个传声器信号的和可提供更好的信噪比。
在一些实施例中，在低频时，处理来自BTE传声器的定向信号并将其传给助听器中的输出变换器即足够了，而不用将与方向有关的时频增益303增加到定向信号305，其中定向信号的低频部分可以是两个BTE传声器信号的加权和。然而，通过将与方向有关的时频增益增加到定向信号可进一步提高定向性。
当处理信号时，应进行两个BTE传声器之间的传声器匹配，但该匹配可相对简单，因为仅有两个传声器需要考虑。
在高频308，所估计的与方向有关的时频增益可应用于来自第三传声器即ITE传声器的信号302，输出信号309可被处理并传给助听器中的输出变换器307。
在高频时，传声器的位置对声源定位非常重要；及在高频时，定位线索可使用ITE传声器更好地保留，因为该传声器更靠近耳膜放置，这提高了助听器用户定位声源的能力。
因此，借助于BTE传声器实现定向应用且通过ITE传声器处理非常靠近耳道或位于耳道中的声音信号而仍然保持两耳听音是可能的，耳道靠近耳膜。
在一些实施例中，在高频时，处理来自ITE传声器的信号302并将其传给助听器中的输出变换器307即足够了，而不用将与方向有关的时频增益增加到ITE传声器信号302。然而，在高频时，通过将与方向有关的时频增益增加到来自ITE传声器的信号可进一步提高定向性。
通过使用BTE传声器估计与方向有关的时间和频率增益模式并在高频时将该增益应用于ITE传声器，在助听器中不需要校正滤波器来校正位置失配，因为耳道中或耳道处的ITE传声器确保定位线索将被保留。
此外，相比于更靠近耳道或位于耳道中的传声器，对BTE传声器使用不同的采样频率和带宽是可能的，因而可节省计算能力。所有自动装置也可以更低的采样率运行。
对于所有频率或仅对于较高频率，与方向有关的时频增益可应用于来自ITE传声器的信号302以增强定向性，而对于低频304，与方向有关的时频增益可应用于来自BTE传声器的定向信号305。
此外，在将输出信号传给用户之前可考虑听力损失或听力损伤，也可在助听器中提供降噪和/或动态压缩。
图4示出了比较波束形成器方向图以获得BTE传声器信号的加权函数的不同方式。图4a示出了比较波束形成器方向图的现有技术方法，图4b示出了本发明的方法，其通过比较目标和噪声方向的波束形成器方向图而估计与方向有关的时频增益。
波束形成可与时频掩模结合以解决不明声音混合。时频掩模可用于对进入助听器中的传声器的声音信号进行信号处理。时频(TF)掩模技术基于信号的时频(TF)表示，这使可能分析和采用信号的时间和频谱特性。通过信号的TF表示，可识别声音信号并将其划分为想要和不想要的声音信号。对于助听器用户，想要的声音信号可以是来自位于助听器用户前面的谈话人的声音信号。而不想要的声音信号可以是来自其它方向如助听器用户左边、右边及后面的其它谈话人的声音信号。助听器中的传声器接收的声音将是所有声音信号的混合，即正面进入的想要的声音信号和来自侧面及后面的不想要的声音信号。
传声器的定向性或极性方向图表明传声器的灵敏度，其与声音方向与传声器中心轴成什么角度有关。
波束形成器方向图源于其的两个传声器可以是全向传声器，及所述传声器之一可以是目标信号方向的前面传声器，另一传声器可以是噪声/干扰信号方向的后面传声器。
例如，助听器用户可能想要专注听一个人的谈话即目标信号，而同时有噪声信号或干扰信号即噪声/干扰信号。通过在助听器的BTE部分提供两个全向传声器，可提供定向信号，及助听器用户可将其头部转到想要的目标信号所在方向。
助听器中的前面传声器可从目标源拾取想要的音频信号，及助听器中的后面传声器可拾取来自噪声/干扰源的不想要的音频信号，但所述音频信号可能是混合信号，本发明方法解决确定哪些源对输入信号具有什么样贡献的问题。
假设存在两个声音源且在空间上分离。
从波束形成器方向图可获得目标信号和噪声信号的波束形成器输出函数。两个传声器之间的距离将小于声波长。为获得所述输出函数的时频(TF)表示，对目标和噪声信号执行一些步骤：通过k点滤波器组滤波、形成方波、低通滤波、及某一因子的向下采样。假设目标和噪声信号无关联，所述四个步骤导致两个定向信号，二者均包含目标和噪声信号的TF表示。
现在可使用所述两个定向信号即目标信号方向的定向信号和噪声信号方向的定向信号估计与方向有关的TF掩模。通过比较两个定向信号的功率并将每一时频(TF)系数标记为或属于目标信号或属于噪声/干扰信号而估计TF掩模。这意味着，对于某一时频系数，如果目标信号方向的定向信号的功率超过噪声信号方向的定向信号的功率，则该时频系数标记为属于目标信号。如果噪声信号方向的定向信号的功率超过目标信号方向的定向信号的功率，则该时频系数标记为属于噪声/干扰信号且该时频系数将被消除。
时频(TF)系数也被称为TF单位。
与方向有关的时频掩模为二进制，对于属于目标信号的时频系数，与方向有关的时频掩模为1；而对于属于噪声信号的时频系数，其为0。
当与方向有关的时频掩模为二进制时，其使可能实现和简化或属于目标源或属于噪声/干扰源的时频系数的归类。因此，这使能估计二进制掩模，从而将提高助听器用户的语音可懂度。
当构建二进制掩模时，必须应用用于确定目标和噪声/干扰信号的量的准则。该准则控制所保留及去除的时频系数的数量。降低SNR值对应于增加所处理信号中的噪声量，反之亦然。SNR也可被定义为局部SNR准则或所应用的局部SNR准则。
当通过对两个定向信号进行相互比较而估计与方向有关的时频掩模时，两个定向信号之间的比最大化，这是由于定向信号中在目标信号方向的那一信号力求消除噪声源，而另一定向信号力求抵消目标源同时保留噪声源。因而，目标信号和噪声/干扰信号被非常好地分开，通过使前面和对准后面定向信号之间的比最大，使得更容易控制加权函数如加权函数的稀疏性，从而提高助听器用户的声源定位和语音可懂度。相比于消除噪声的噪声TF单位的量，稀疏加权函数仅可包含少数几个保留目标信号的TF单位。
使用所述方法估计与方向有关的时频增益的情形已表明：只要目标位于定向系统的前面及噪声源位于定向系统的后面，二进制TF掩模将是高质量的掩模。
图5示出了二进制TF掩模在耳朵之间的传输。
当用户每只耳朵分别佩戴一个助听器时，与方向有关的时频增益可在两个助听器之间传输和互换。在两个助听器中测量的与方向有关的时频增益可由于传声器噪声、传声器失配、头部阴影效应等而相互不同，因此联合二进制掩模和估计对噪声更稳健。这样，通过在两个耳朵之间互换二进制与方向有关的时频掩模，可更好地估计二进制增益。
通过合成耳朵上的二进制增益模式，定位线索不被干扰，因为它们在双耳上具有不同的增益模式。
只有二进制增益值而不是全部函数可在耳朵之间传输，这简化了与方向有关的时频增益的互换和同步。
当在耳朵之间合并二进制TF掩模的传输时由于可能的传输延迟而需要频繁的帧-帧传输。联合掩模与应用其的音频信号可能时间上不完全对准，为了时间对准不得不延迟信号。
耳朵之间的TF掩模传输可借助于无线连接进行，如射频通信、微波通信或红外通信，或借助于助听器之间的小的导线连接。
图6示出了不同波束形成器之间的并行比较的合并。
图6a示出了要比较的波束形成器方向图。当并行进行几个比较而不是一个比较时，将进行更稳健的二进制掩模比较，因为每一比较具有相较其它方向估计更稳健的方向。朝向前面和后面信号之间具有最大差值的方向，二进制增益估计非常好和稳健。
图6b示出了通过在不同的与方向有关的时频增益之间应用与/或功能可怎样进行合并。
通过将“或”、“与”功能应用于不同的估计，可实现总体更稳健的二进制增益估计。或者，也可应用其它适当的功能如心理声学功能。
通过具有如图6a和图6b中所示的不同的波束形成器方向图，根据信号可忽视或避开某些源。
图7a和图7b中的每一个示出了将所估计的时频增益应用于定向信号的例子，其中定向信号目的在于衰减对准前面和对准后面波束形成器之间的决策边界方向的信号。决策边界方向意味着前面波束形成器的传递函数与后面波束形成器的传递函数之间的比等于决策阈值。图7a和7b中的第一极性图示出了决策阈值701、对准前面波束方向图702。对准后面波束方向图703和朝向弱决策的具有零对准的波束方向图704。波束形成器的零向具有与二进制决策阈值相同的方向。在两个定向信号之间的决策边界所处的方向，时频掩模估计基于弱决策。为了使弱决策的影响最小，所得到的时频增益增加到定向信号，这意在衰减弱决策方向的信号。图7a和7b中的第二极性图示出了在时频增益应用于定向信号之后得到的灵敏度图705。
作为如上所述的在一个或多个助听器中进行时频掩模估计的备选，位于一个或多个助听器外部的外部设备可执行一个或多个时频掩模的估计，之后所述一个或多个时频掩模可传给所述一个或多个助听器。使用外部设备估计时频掩模的优点在于在每一助听器中只需要一个传声器，这可节省助听器中的空间。所述外部设备可以是手持设备，外部设备和一个或多个助听器之间的连接可以是无线连接或借助于导线进行连接。
尽管已详细描述和示出一些实施例，但本发明不限于这些实施例，而是可以所附权利要求确定的主题范围内的其它方式体现。具体地，应当理解，可使用其它实施方式，并可在不背离本发明范围的情况下进行结构和功能修改。
在列举几个组成部分的装置权利要求中，这些组成部分中的几个可由一个硬件实施。起码的事实在于，某些措施在相互不同的从属权利要求中提及或在不同的实施例中描述并不意味着这些措施的结合使用没有优点。
应强调的是，当用在本说明书中时，术语“包括”用于指明所陈述特征、整体、步骤或组成部分的存在，但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、组成部分或其群组的存在或添加。
Claims (40)
1、通过估计所接收音频信号的加权函数在助听器中产生可听见信号的方法，所述助听器适于由用户佩戴，所述方法包括步骤：
通过估计来自两个或两个以上传声器的两个或两个以上传声器信号的加权和而估计定向信号，其中两个或两个以上传声器中的第一传声器为前面传声器，及其中两个或两个以上传声器中的第二传声器为后面传声器；
估计与方向有关的时频增益；及
合成输出信号；
其中估计与方向有关的时频增益包括：
-获得至少两个定向信号，每一定向信号包含目标信号和噪声信号的时频表示；及其中第一定向信号定义为对准前面信号，第二定向信号定义为对准后面信号；
-使用目标信号和噪声信号的时频表示估计时频掩模；及
-使用所估计的时频掩模估计与方向有关的时频增益。
2、根据权利要求1的方法，其中使用目标信号和噪声信号的时频表示估计时频掩模包括对所述时频表示中的每一时频系数比较所述至少两个定向信号。
3、根据权利要求1或2的方法，其中使用所估计的时频掩模估计与方向有关的时频增益包括基于所述比较对每一时频系数确定所述时频系数与目标信号有关还是与噪声信号有关。
4、根据权利要求3的方法，还包括：
-获得所述至少两个定向信号的每一时频表示的包络；
-使用目标信号和噪声信号的时频表示的包络估计时频掩模。
5、根据权利要求4的方法，其中使用目标信号和噪声信号的时频表示的包络估计时频掩模包括对每一时频包络样本值比较定向信号的两个包络。
6、根据权利要求4或5的方法，其中确定时频表示的包络包括：
-将每一时频系数的绝对大小值提高到第p幂，其中p为预定值；
-使用预定的低通滤波器随着时间的过去对升幂后的绝对大小值进行滤波。
7、根据权利要求6的方法，其中对每一时频系数确定所述时频系数是与目标信号有关还是与噪声信号有关包括：
-确定目标信号方向的定向信号的时频表示的包络信号与噪声信号方向的定向信号的包络的比值是否超过预定阈值；及
-如果目标信号方向的定向信号的包络信号与噪声信号方向的定向信号的包络的比值超出预定阈值，则将时频系数归为与目标信号有关；
-如果目标信号方向的定向信号的包络信号与噪声信号方向的定向信号的包络的比值未超出预定阈值，则将时频系数归为与噪声信号有关。
8、根据权利要求7的方法，其中所述时频掩模为二进制掩模，对于属于目标信号的时频系数，所述时频掩模为1；而对于属于噪声信号的时频系数，所述时频掩模为0。
9、根据权利要求8的方法，其中所述方法还包括将所估计的与方向有关的时频增益增加到定向信号，及
在低频时，处理所述输出信号并将输出信号传给助听器中的输出变换器。
10、根据权利要求8的方法，其中所述方法还包括将所估计的与方向有关的时频增益增加到来自一个或多个传声器的信号，及在低频时处理输出信号并将其传给助听器中的输出变换器。
11、根据权利要求8的方法，其中所述方法还包括将所估计的与方向有关的时频增益应用于来自第三传声器的信号，所述第三传声器靠近耳道置放或位于耳道中；及
在高频处理输出信号并将其传给助听器中的输出变换器。
12、根据权利要求8的方法，其中所述方法还包括将所估计的与方向有关的时频增益应用于来自一个或多个传声器的一个或多个传声器信号；及
处理输出信号并将其传给助听器中的输出变换器。
13、根据权利要求12的方法，其中所述定向信号借助于至少两个波束形成器提供，其中所述波束形成器中的至少一个选自下组：
-固定波束形成器；
-自适应波束形成器。
14、根据权利要求13的方法，其中所估计的时频增益应用于定向信号，其目的在于衰减对准前面和对准后面波束形成器之间的决策边界所在方向的信号。
15、根据权利要求14的方法，其中所述方法还包括，当用户的每一耳朵分别佩戴一个助听器时，在两个助听器之间传输和互换所述时频掩模。
16、根据权利要求15的方法，其中所述方法还包括对目标信号和噪声信号之间的差进行并行比较，及在不同的波束方向图集合之间合并所述并行比较。
17、根据权利要求16的方法，其中所述合并包括在不同时频掩模之间应用功能，所述功能中的至少一个选自下组：
-“与”功能；
-“或”功能；
-心理声学模型。
18、适于用户佩戴的助听器，所述助听器包括一个或多个传声器、信号处理单元、及一个或多个输出变换器，其中第一模块包括所述一个或多个传声器中的至少一个。
19、根据权利要求18的助听器，其中所述第一模块适于置于耳朵的后面。
20、根据权利要求18的助听器，其中所述第一模块适于置于耳朵中或耳道附近。
21、根据权利要求18的助听器，还包括第二模块，该第二模块包括所述一个或多个传声器中的至少一个。
22、根据权利要求21的助听器，其中所述第一模块适于置于耳朵后面，及所述第二模块适于置于耳道中或耳道附近。
23、根据权利要求21或22的助听器，其中包括在所述第二模块中的所述一个或多个传声器为全向传声器。
24、根据权利要求21或22的助听器，其中包括在所述第二模块中的所述一个或多个传声器为定向传声器。
25、根据权利要求22的助听器，其中所述第一模块还包括所述信号处理单元。
26、根据权利要求22的助听器，其中所述第一模块还包括电池。
27、根据权利要求26的助听器，其中适于置于耳道中或耳道附近的所述第二模块还包括所述一个或多个输出变换器。
28、根据权利要求27的助听器，其中适于置于耳道中或耳道附近的所述第二模块为耳模。
29、根据权利要求27的助听器，其中适于置于耳道中或耳道附近的所述第二模块为微模。
30、根据权利要求27的助听器，其中适于置于耳道中或耳道附近的所述第二模块为耳塞。
31、根据权利要求27的助听器，其中适于置于耳道中或耳道附近的所述第二模块为塑料插塞。
32、根据权利要求27的助听器，其中适于置于耳道中或耳道附近的所述第二模块相对于用户的耳朵成形。
33、根据权利要求27的助听器，其中适于置于耳道中或耳道附近的所述第二模块包括软的材料。
34、根据权利要求33的助听器，其中所述软的材料具有圆顶形状。
35、根据权利要求22的助听器，其中适于置于耳朵后面的所述第一模块和适于置于耳道中或耳道附近的所述第二模块通过导线连接。
36、根据权利要求35的助听器，其中适于置于耳朵后面的所述第一模块为耳后式模块。
37、根据权利要求36的助听器，其中适于置于耳道中或耳道附近的所述第二模块为耳内式模块。
38、根据权利要求37的助听器，还包括用于与用户另一耳朵处的第二助听器通信的通信装置。
39、适于置于一个或多个助听器外部的设备，其中所述设备包括适于执行根据权利要求1-17任一所述的方法的处理装置，及其中一个或多个所估计的时频掩模适于传给所述一个或多个助听器。
40、根据权利要求18的助听器，其中所述助听器包括适于执行根据权利要求1-17任一所述的方法的处理装置。
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