CN102436817A

CN102436817A - 具有谐波校正的频率压缩的方法和装置

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Publication number: CN102436817A
Application number: CN2011102959103A
Authority: CN
Inventors: R.鲍姆尔; U.考内格尔; T.皮尔格里姆
Original assignee: Siemens Medical Instruments Pte Ltd
Current assignee: Sivantos Pte Ltd
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2012-05-02
Anticipated expiration: 2031-09-28
Also published as: AU2011226820A1; DE102010041644B4; DK2437521T4; US9258655B2; AU2011226820B2; DK2437521T3; EP2437521B1; EP2437521B2; DE102010041644A1; EP2437521A1; US20120076332A1; CN102436817B

Abstract

在频率压缩，特别是助听器中的频率压缩时应当减少伪影。对此，本发明提出一种对包括一个基本频率和至少一个谐波(30)的音频信号进行频率压缩的方法。将所述音频信号提供到多个频率信道(31，32)中。将所述音频信号的谐波(30)从所述多个频率信道的第一频率信道(31)移动或映射(33)到所述多个频率信道的第二频率信道(32)中。此外，在第二频率信道(32)中估计对于基本频率来说同样是谐波的第一频率(f₃₅)，其中将所述谐波(30)移动或映射到所述估计的第一频率(f₃₅)。由此在压缩信号中保持谐波栅格不变并且减少伪影。

Description

具有谐波校正的频率压缩的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种对包括基本频率和至少一个谐波的音频信号进行频率压缩的方法，该方法通过将音频信号提供到多个频率信道中并且将该音频信号的谐波从所述多个频率信道的第一频率信道移动或映射到多个频率信道的第二频率信道来实现。此外，本发明涉及一种用于频率压缩的相应的装置。特别是这种装置可在助听装置中使用。助听装置在此被理解为任何可佩戴在耳中或耳上的声音输出设备，特别是助听器、头戴送受话器、头戴耳机以及其它此类设备。

背景技术

助听器是用来给重听者提供听力帮助的便携带式助听装置。为了满足数目众多的个体需求，提供了不同结构形式的助听器，诸如耳后助听器(HdO)、具有外部听筒(RIC：接收器在信道内)的助听器以及耳内助听器(IdO)，例如，还有外耳助听器或耳道助听器(ITE，CIC)。这些示例性举出的助听器被戴在外耳上或耳道中。但是此外在市场上还提供骨传导助听器、可植入的或振动触觉助听器。在此或者以机械方式或者以电方式对受损的听觉进行刺激。

原则上助听器的主要组件包括输入转换器、放大器和输出转换器。输入转换器通常是声音接收器(如麦克风)和/或电磁式接收器(如感应线圈)。输出转换器大多实现为电声转换器(如微型扬声器)或电子机械转换器(如骨传导听筒)。放大器通常被集成在信号处理单元内。在图1中以耳后助听器为例示出了这种原理结构。在用于佩带在耳后的助听器壳体1中，设置了一个或多个用于接收环境声音的麦克风2。同样集成在该助听器壳体1中的信号处理单元3对麦克风信号进行处理并将其放大。该信号处理单元3的输出信号被传导到输出声音信号的扬声器或听筒4。必要时还可以通过用耳塑件固定在耳道中的声音软管将所述声音传导到该助听器佩带者的鼓膜。所述助听器特别是所述信号处理单元3的供能，通过同样集成在所述助听器壳体1中的电池5来实现。

许多听力丧失可以通过将取决于频率的放大与动力学压缩相结合来得以补偿。但还有一些听力丧失，对于这些听力丧失来说，放大是没有效果的或者是不利的。对此的示例是具有所谓“死区”的听力丧失。死区是在其中频谱分量(Spektralanteile)不再能通过放大而变得可以听见的频率范围。

为了避免上述问题，一个可能的技术是频率压缩。在此，将来自于典型地位于较高频率处并且在其中不应当应用放大的源频率范围(例如死区)的频谱分量移动到较低的目标频率范围。在该目标频率范围中通常原则上保证了可听度，因此可以应用放大。

支持这种频率压缩的助听器是已知的。在所述压缩方法中，例如将滤波层(Filterbank)的性能用于简单的实施。将各个信道除了别的之外根据其瞬时功率选择性地复制到其它信道，从而在这些信道中包含的频率分量在输出端上移动地再次出现在另一个频率范围中。可调节的映射规范确定了将信道映射到何处，从而可以实现不同的压缩比例。

图2示出了通过简单复制信道进行频率压缩的原理，如其已经用于助听器的那样。例如将(通过它的中心频率14表示的)信道14′复制或移动到(通过它的中心频率11表示的)信道11′。被移动到目标信道11′中的声音11″上的声音14″(例如谐波)位于信道14′中。声音14″与中心频率14的间隔与声音11″与中心频率11的间隔相同。

该简单映射规范在谐波信号的情况下带来问题。谐波信号例如出现在语音的浊音发声中，例如在元音中。在此，未压缩的频谱具有线列(linienartig)结构，其中，频谱线出现在语音基本频率处以及其整数倍处。谐波信号的栅格(Raster)(线列结构Linienstruktur)在按照现有技术的简单映射规范中不被考虑并且因此被破坏，也就是频谱线不再保证出现在语音基本频率的整数倍上。这点在清楚可见的伪影中表现出来(在基本频率的整数倍中出现的信号分量在此被简称为“谐波”)

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于，在所述频率压缩时进一步减少伪影。

按照本发明通过一种通过如下对包括基本频率和至少一个谐波的音频信号进行频率压缩的方法来解决该技术问题：

-将音频信号提供到多个频率信道中并且

-将所述音频信号的谐波从所述多个频率信道的第一频率信道移动或映射到所述多个频率信道的第二频率信道中，以及

-在所述第二频率信道中估计对于所述基本频率同样是谐波的第一频率，其中

-将所述谐波移动或映射到所述估计的第一频率。

此外，按照本发明还提供一种对包括基本频率和至少一个谐波的音频信号进行频率压缩的装置，该装置具有

-信号处理装置，用于将音频信号提供到多个频率信道中和

-移动装置，用于将所述音频信号的谐波从所述多个频率信道的第一频率信道移动或映射到所述多个频率信道的第二频率信道，以及具有

-估计装置，用于在所述第二频率信道中估计所述对基本频率来说同样是谐波的第一频率，其中

-通过移动装置将所述谐波移动或映射到所述估计的第一频率。

按照优选的方式在将所述谐波移动或映射到另一个频率信道之时或之后进行谐波校正。这意味着，将该谐波设置到同样表示基本频率的整数倍的频率位置。由此，该谐波在移动之后还表示谐波。这点明显地减少了伪影。

在一个实施方式中，将所述第一频率信道完全移动到所述第二频率信道中。由此，例如可以将来自于死区中的频率信道移动到助听器佩戴者的可听见的区域。如果谐波位于第一频率信道，则将其随着该频率信道完全移动。在此首先保持所述谐波对于所述信道的中心频率的间隔不变。

可以估计与随着所述频率信道移动的谐波对应的第二频率，并且由此可以在所述第二频率信道中将所移动的谐波进一步移动到所述第一频率。这意味着，该移动按照两个步骤进行。首先移动整个频率信道然后在该频率信道内将原始谐波再次移动到谐波的频率位置。

在第二移动步骤中到第一频率的进一步移动例如可以通过振幅调制来进行。这点可以在时域中通过简单地乘以因数exp(j·ω·t)来实现。

优选地，在第一频率信道中的谐波表示主频率。由此可以在移动之前和之后相对精确地估计该谐波位置。

在一个替换的实施方式中，通过使在所述第二频率信道中合成产生的信号获得在所述第一频率信道中的谐波的振幅和该第二频率信道的估计的频率，将该谐波映射到所述估计的第一频率。也就是，在此不必进行例如通过振幅调制来完成的第二移动步骤，因为在合适的谐波位置上使用合成信号。但是这种方法有如下的缺陷，即，可能会损失相位信息。

所述用于频率压缩的按照本发明的装置包括优选具有多相滤波层(Polyphasen-Filterbank)的信号处理装置。由此，在所述信道中仅产生正频率分量是可能的。

特别优选地，将所述按照本发明的装置用在助听装置中，特别是用在助听器中。由此，可以实现对助听器佩戴者具有更少伪影的频率压缩。

附图说明

就本发明结合附图作进一步说明，附图中：

图1示出了所述按照现有技术的助听器的原理结构；

图2示出了所述按照现有技术通过简单的复制信道进行频率压缩的原理；

图3示出了按照现有技术的压缩；

图4示出了按照本发明的压缩；并且

图5示出了未压缩的频谱的截面和压缩后的频谱的截面。

具体实施方式

下面详细描述的实施例表示本发明优选的实施方式。

不过，为了更好地理解本发明，首先根据图3以细节示出了按照现有技术的频率压缩。相应地，按照频率映射曲线(例如SPINC，BARK等)压缩频率。出发点例如是如图3上部所示的那样的线列谱(Linienspektrum)。关于频率f来描绘振幅响应α。该线列谱具有大量谐波20，这些谐波20形成谐波信号的频谱的精细结构(Feinstruktur)。这些谐波20的振幅可以通过频谱的包络线21相连。两个谐波20之间的间隔f₀在整个所述频谱范围中对应于所述基本频率。现在应当压缩高于频率f_c的频谱。通过将原始频谱的选出的信道复制到更低频的信道中来逐信道地进行该压缩。但是通常所述信道具有与所述谐波之间的间隔f₀不同的带宽。由于这些，所述谐波20在移动时落在图3上部所示的线列栅格(Linienraster)之外的频率位置。图3下部示出了这种压缩的频谱。表示该被移动的谐波的各个谱线22之间的间隔f₁、f₂不再恒定并且尤其是不等于f₀。被压缩的该频谱的包络线23虽然在压缩区域中示出了如其源于所述原始频谱的移动的变形(Formande)24和25，但是谱线22的间隔是不均匀的，从而所述频谱的精细结构以及由此所述谐波信号的结构被破坏。结果出现相应的伪影。

如果除了按照现有技术的简单映射规范之外附加地进行谐波校正(结合图4对此作进一步说明)，可以实现特别是对于语音信号的显著的改善。在图4的上部再次示出如图3上部所示的具有其谐波20和包络线21的原始频谱。各个所述谐波20的间隔在整个所述原始频谱中对应于所述基本频率f₀。

图4下部示例性地示出了通过本发明力求的目标。压缩高于边界频率f_c的频谱。所述被压缩的频谱的包络线23具有与图3下部所示的那样的相同的形状。即，在压缩区域中也可以看出变形24和25。在高于f_c的压缩区域中所述频谱的谱线26彼此之间具有与在未压缩的区域中的谱线或谐波20相同的间隔f₀。这意味着，所述谐波信号的频谱的精细结构不受压缩影响。相应地，导致更少的伪影。

为了达到具有谐波校正的频率压缩的目的，首先估计未压缩信号的谐波栅格的频率结构，也就是确定在频率范围中的谐波的位置。结合图5进一步说明这点，图5上部再次示出了未压缩的频谱的截面，而下部示出了压缩后的频谱的截面。所示频谱的片段在此具有线段也即谐波30。其位于频率信道31中，就该频率信道而言，其中心频率为f₃₁。具有中心频率f₃₂的第二频率信道32位于低于第一频率信道31的区域中。为了压缩，现在将该第一频率信道31移动、复制或映射到该第二频率信道32。这表示频率压缩的第一步骤33。该步骤33对应于图3的按照现有技术的压缩。相应地将所述第一频率信道31的谐波30移动到对应于频率f₃₄(也称为第二频率)的线段34上。所述频率f₃₁和f₃₀之间的间隔Δf与所述频率f₃₂和f₃₄之间的间隔相同。但所述频率f₃₄不对应于基本频率的谐波，事实上谐波位于第二频率信道32中的频率位置f₃₅上。这点例如可以通过在将所述第一频率信道31映射或移动到其上的目标频率范围中(也就是在所述第二频率信道32中)的第一频率估计来确定。也就是，必须将所述线段34移动到所述频率f₃₅，从而得到所述谐波信号的精细结构。此外，在第二估计中估计还未校正的被压缩的频谱分量的频率结构。在图5的简化示例中，其中仅移动一个信道，也就是在所述第一步骤33的移动之后估计或确定所述线段34的频率f₃₄。根据这两个频率估计可以确定频率偏移，也就是在所述频率f₃₄和f₃₅之间的间隔。在第二步骤36中借助调制补偿偏移，其中，再次建立谐波的栅格。在此将所述线段34移动到所述频率f₃₅，从而得出所述线段35。

调制例如可以基于解析信号通过与合适的复数的相移因数(Drehfaktor)相乘来实现。由此移动一个角频率ω1相当于乘以因数exp(j·ω1·t)。所产生的调制相当于振幅调制。

优选地，该方法可以在在信道中仅产生复数值的解析信号(仅傅里叶变换的正频率分量)的多相滤波层中使用。在此，借助具有调制项exp(j·ω1·t)的调制可以周期地调制任何信道，使得将频率分量在此相应周期地移动一个角频率ω1。

原则上在估计(主)频率时区别以下两种情况：

1)存在可以被良好估计的主频率，也就是在该信道中存在一个强的音调的分量(tonaler Anteil)。由此可以实现谐波栅格的良好校正。

2)不存在主频率，也就是在信道中信号是噪声式的。频率估计导致一个多少有些随机的瞬时频率。在映射到目标频率时这点再次导致在信道中相位随机化或者随机调制，这在噪声式的信道中对听觉感觉几乎没有影响。

上述实施例基于，作为音频信号的信号分量的所述谐波30被实际移动。按照替换的实施方式半合成地产生压缩的频谱分量。关于半合成产生的频谱分量的频率位置的信息通过估计未压缩的谐波的结构来获得，也就是如上述示例所示的那样确定所述频率35。但现在在该频率f₃₅上产生了一个合成信号。这样调节该合成信号的振幅，使得其对应于所述原始谐波30的振幅，也就是该所属的振幅由源频谱来获得。由此还可以实现频率压缩，其中保持谐波栅格不变。

从源频率到用于频率压缩的目标频率的映射规范在测听学中以公知的方式执行。于是按照本发明实现谐波校正或保持被压缩的频谱分量的谐波结构。由此强有力地降低了按照现有技术的简单映射规范引起的伪影。

Claims

1.一种对包括基本频率和至少一个谐波(20，30)的音频信号进行频率压缩的方法，通过

-将所述音频信号提供到多个频率信道(31，32)中并且

-将所述音频信号的谐波(20，30)从多个频率信道的第一频率信道(31)移动或映射到多个频率信道的第二频率信道(32)中，

其特征在于

-在所述第二频率信道(32)中估计与对于基本频率来说同样是谐波的第一频率(f₃₅)，其中，

-将所述谐波(20，30)移动或映射到所述估计出的第一频率(f₃₅)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述第一频率信道(31)完全移动到所述第二频率信道(32)中。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，估计与被移动的谐波对应的第二频率(f₃₄)并且在所述第二频率信道(32)中将所述被移动的谐波(20，30)进一步移动到所述第一频率(f₃₅)。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，通过振幅调制进行到所述第一频率(f₃₅)的进一步移动。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述第一频率信道(31)中所述谐波(20，30)表示主频率。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，通过使得在所述第二频率信道(32)中合成产生的信号获得在所述第一频率信道(31)中的谐波(20，30)的振幅，将所述谐波(20，30)映射到所述估计的第一频率(f₃₅)。

7.一种对包括基本频率和至少一个谐波(20，30)的音频信号进行频率压缩的装置，具有

-信号处理装置，用于将所述音频信号提供到多个频率信道(31，32)中，和

-移动装置，用于将所述音频信号的谐波(20，30)从所述多个频率信道的第一频率信道(31)移动或映射到所述多个频率信道的第二频率信道(32)，

其特征在于

-估计装置，用于在所述第二频率信道(32)中估计对基本频率来说同样是谐波的第一频率(f₃₅)，其中

-通过所述移动装置将所述谐波(20，30)移动或映射到所述估计的第一频率(f₃₅)。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述信号处理装置具有多相滤波层。

9.一种具有根据权利要求7或8所述的装置的助听装置。