CN102920432B - 基于音位矩阵对比技术的言语听觉康复系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于音位矩阵对比技术的言语听觉康复系统，包括存储单元，其用于存储言语听觉康复信息的数据；矩阵单元，其包括音位矩阵、音位矩阵对比和最小音位对比模块，与存储单元连接，用于选择存储言语听觉康复信息；控制单元，其与矩阵单元连接，实现控制言语听觉康复系统；输出单元，其与控制单元连接，用于播放言语听觉康复信息。本发明通过音位矩阵对比技术比较21个声母两两之间声学参数的异同，优选出具有25对最小音位对比的最小音位对比模块，通过最小音位对比为听障患者建立顺畅的言语听觉链，促进听障患者的康复效率。本发明还公开了一种基于音位矩阵对比技术的言语听觉康复方法。
Description
技术领域
本发明属于言语听觉康复治疗领域，尤其涉及一种基于音位矩阵对比技术的言语听觉康复系统及其康复方法。
背景技术
人与人相互间之所以能够通过有声语言形成良好的互动沟通，主要因为“言语听觉链”的存在。听话者对说话者发出的某段言语声音进行感知，并在此基础上产生包含回应意义的言语声音，“听-说-听-说…”的过程不断往复，即为言语听觉链，在言语感知和产生中起到了非常重要的作用。听和说作为言语听觉链的重要组成元素，地位同等重要，听是说的基础，为说提供真实的语言环境，说是听的前提，可以检验听的质量，以促进听技巧的提高。
听觉障碍患者(以下简称“听障患者”)由于存在听力损失，“言语听觉链”产生异常，使得言语的感知和产生都受到一定程度的影响，出现由于听不清导致说不清，而说不清又进一步对感知到的信息产生混淆的现象。目前，国内对于听障碍患者康复的研究分别集中在听觉康复和言语治疗。研究指出，听障患者的听觉康复包括“听觉察知”、“听觉分辨”、“听觉识别”和“听觉理解”的四阶段，其中听觉识别是听障患者能够听清、精细识别的关键环节，包含87项声母音位对和92项韵母音位对。听障患者的言语矫治包括：呼吸障碍矫治、发声障碍矫治、共鸣障碍矫治、构音障碍矫治，以及语音障碍矫治，其中构音障碍和语音障碍是听障患者言语治疗的重点和难点。
现有技术中，对于言语听觉链的康复方法关注听障患者的听觉康复和言语治疗，但仅通过“听觉康复”提升患者的听觉功能，而忽略“说可以检验听的质量，可以促进听技巧的提高”这一事实，听觉功能不可能得到很好的发展；或者仅通过“言语治疗”提升患者的言语功能，而忽略“听作为说的基础条件”，或者当听无法为说提供真实的语言环境时，即使言语功能获得暂时地提升，但终不能持久保留，会逐渐退步。
发明内容
本发明克服了现有技术中将听觉康复与言语康复分开治疗导致不能高效率治疗言语听觉障碍的缺陷，提出了一种基于音位矩阵对比技术的言语听觉康复系统及其康复方法。本发明通过音位矩阵对比技术比较21个声母两两之间声学参数的异同，优选出25对最小音位对比，通过最小音位对比为听障患者建立顺畅的言语听觉链，提高了听障患者言语听觉康复的效率。
本发明提出了一种基于音位矩阵对比技术的言语听觉康复系统及其康复方法，包括：
存储单元，其用于存储言语听觉康复信息的数据；
矩阵单元，其包括音位矩阵、音位矩阵对比和最小音位对比模块，与所述存储单元连接，用于选择所述存储言语听觉康复信息；
控制单元，其与所述矩阵单元连接，实现控制所述言语听觉康复系统；
输出单元，其与所述控制单元连接，用于播放所述言语听觉康复信息；
所述音位矩阵是由形成该声母各声学参数构成的矩阵；所述矩阵单元根据所述音位矩阵形成音位矩阵对比选出具有25对最小音位对比的所述最小音位对比模块。
其中，进一步包括：
采集单元，其与所述控制单元连接，用于采集用户的反馈信息。
其中，进一步包括：
判断单元，其与所述采集单元以及所述控制单元连接，用于对所述反馈信息进行判断。
其中，进一步包括：
显示单元，其与所述判决单元连接，用于显示所述判断结果。
本发明还提出了基于音位矩阵对比技术的言语听觉康复方法，包括：
步骤一：所述控制单元向所述矩阵单元发送请求信息；
步骤二：所述矩阵单元根据所述请求信息，基于音位矩阵对比技术对所述存储单元的言语听觉康复信息进行筛选，筛选出符合所述音位对比的言语听觉康复信息，并将筛选出的言语听觉康复信息传输至所述控制单元；
步骤三：所述控制单元将所述筛选出的言语听觉康复信息发送至所述输出单元；
步骤四：所述输出单元将所述筛选出的言语听觉康复信息播放给用户。
其中，进一步包括：
步骤五：所述采集单元采集用户的反馈信息，发送至所述判断单元；
步骤六：所述判断单元根据所述言语听觉康复信息与所述反馈信息进行评判，将评判结果信息发送至所述显示单元和控制单元；
步骤七：所述显示单元显示所述评判结果信息。
其中，进一步包括：
步骤八：所述控制单元根据所述评判结果信息设定输出至所述输出单元的言语听觉康复信息的播放模式；
步骤九：重复执行步骤二至步骤七，直至所述控制单元接收到中止命令时结束。
其中，所述步骤一之前，进一步包括：
步骤A1：所述采集单元采集到发音信息；所述发音信息是用户根据所述音位矩阵生成的发音声学参数数据；
步骤A2：所述采集单元将所述发音信息发送至所述判断单元中；
步骤A3：所述判断单元根据所述音位矩阵中的声学参数对所述发音信息进行评判，判断所述发音信息中发音参数存在的错误，生成音位矩阵错误信息并发送至所述控制单元；
步骤A4：所述控制单元根据所述音位矩阵错误信息，生成所述请求信息。
其中，所述步骤二中包括：
步骤B1：所述矩阵单元从所述存储单元中读取所述言语听觉康复信息；
步骤B2：根据所述请求信息通过所述音位矩阵对比技术对所述言语听觉康复信息进行筛选；
步骤B3：所述矩阵单元(2)将所述筛选后的言语听觉康复信息发送至所述控制单元。
其中，所述输出单元的播放模式包括交替听刺激模式、发音模式、对比发音模式、切换练习模式。
本发明通过音位矩阵对比技术比较21个声母两两之间声学参数的异同，优选出25对最小音位对比作为连接听、说两渠道的介质，通过最小音位对比为听障患者建立顺畅的言语听觉链，提高了听障患者言语听觉康复的效率。
本发明的采集单元采集用户的发音信息与反馈信息，并通过对比技术对用户的康复进行评估。
本发明采用四种言语听觉康复信息的播放模式。通过四种播放模式循序渐进的方式强化用户的言语听觉链的康复。
本发明在使用过程中可以实时对用户的反馈进行评估，并根据该评估信息对播放模式进行调整，实现用户的康复情况与疗效进行实时监控与追踪。
附图说明
图1是发明言语听觉康复系统的结构示意图。
图2是本发明25对最小音位对比的示意图。
图3是本发明言语听觉康复信息的示意图。
图4是塞音d与t的语谱图。
图5是输出单元4播放交替听刺激模式的示意图。
图6是输出单元4播放发音模式的示意图。
图7是输出单元4播放对比发音模式的示意图。
图8是输出单元4播放切换练习模式的示意图。
图9是本发明评判方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式做进一步详细的说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
如图1-9所示，1-存储单元，2-矩阵单元，3-控制单元，4-输出单元，5-采集单元，6-判断单元，7-显示单元。
本发明基于音位对比的言语听觉康复系统，如图1所示，包括：存储单元1，其用于存储言语听觉康复信息的数据；矩阵单元2，其包括音位矩阵、音位矩阵对比和最小音位对比模块，与存储单元1连接，用于选择存储言语听觉康复信息；控制单元3，其与矩阵单元2连接，实现控制言语听觉康复系统；输出单元4，其与控制单元3连接，用于播放言语听觉康复信息；其中，音位矩阵是由形成该声母各声学参数构成的矩阵。将两个声母音位的音位矩阵进行两两比较形成音位矩阵对比，音位矩阵对比中若两个声母的大部分声学参数相仿，仅局部或个别声学参数存在较大差异时，则该音位矩阵对比形成最小音位对比。矩阵单元2根据每一对最小音位对比，构成了具有25对最小音位对比的最小音位对比模块。
本发明进一步包括：采集单元5，其与控制单元3连接，用于采集用户的反馈信息。
本发明进一步包括：判断单元6，其与采集单元5以及控制单元3连接，用于对反馈信息进行判断。
本发明进一步包括：显示单元7，其与判决单元6连接，用于显示判断结果。
本发明基于音位矩阵对比技术的言语听觉康复系统的康复方法，即，本发明系统采集发音信息后，判断单元6判断发音信息中存在的错误，生成音位矩阵错误信息。控制单元3根据音位矩阵错误信息生成请求信息，通过矩阵单元2筛选言语听觉康复信息，输出单元4将言语听觉康复信息播放给用户。采集单元5采集反馈信息，判断单元6将反馈信息与标准的声学参数进行比对得到评判结果，控制单元3根据评判结果设定本发明输出单元4的播放模式。输出单元4播放之后再由采集单元5采集反馈信息，如此重复执行直到接收到中止指令为止。康复方法包括：
步骤一：控制单元3向矩阵单元2发送请求信息；
步骤二：矩阵单元2根据请求信息，基于音位矩阵对比技术对存储单元1的言语听觉康复信息进行筛选，筛选出符合最小音位对比的言语听觉康复信息，并将筛选出的言语听觉康复信息传输至控制单元3；
步骤三：控制单元3将筛选出的言语听觉康复信息发送至输出单元4；
步骤四：输出单元4将筛选出的言语听觉康复信息播放给用户。
本发明康复方法进一步包括：
步骤五：采集单元5采集用户的反馈信息，发送至判断单元6；
步骤六：判断单元6根据言语听觉康复信息与反馈信息进行评判，将评判结果信息发送至显示单元7和控制单元3；
步骤七：显示单元7显示评判结果信息。
本发明康复方法还进一步包括：
步骤八：控制单元3根据评判结果信息设定输出至输出单元4的言语听觉康复信息的播放模式；
步骤九：重复执行步骤二至步骤七，直至控制单元3接收到中止命令时结束。
在步骤一之前，本发明康复方法进一步包括：
步骤A1：采集单元5采集到发音信息；发音信息是用户根据音位矩阵生成的发音声学参数数据；
步骤A2：采集单元5将发音信息发送至判断单元6中；
步骤A3：判断单元6根据音位矩阵中的声学参数对发音信息进行评判，判断发音信息中发音参数存在的错误，生成音位矩阵错误信息并发送至控制单元3；
步骤A4：控制单元3根据音位矩阵错误信息，生成请求信息。
本发明康复方法的步骤二包括：
步骤B1：矩阵单元2从存储单元1中读取言语听觉康复信息；
步骤B2：根据请求信息通过音位矩阵对比、最小音位对比模块对言语听觉康复信息进行筛选；
步骤B3：矩阵单元2将筛选后的言语听觉康复信息发送至控制单元3。
其中，输出单元4的播放模式包括交替听刺激模式、发音模式、对比发音模式、切换练习模式。
如图1所示，本发明包括存储单元1、矩阵单元2、控制单元3、输出单元4、采集单元5、判断单元6以及显示单元7。存储单元1、矩阵单元2、控制单元3与输出单元4依次连接。采集单元5与控制单元3连接。判断单元6分别与采集单元5以及控制单元3连接。显示单元7与判断单元6连接。
其中，存储单元1中存储言语听觉康复信息的数据。言语听觉康复信息是指在言语听觉康复过程中使用的图像信息、语音信息、视频信息、文字信息等。语音信息用于展现一个字或词语的读音，图像信息、视频信息以及文字信息用于展示该字或词语的含义。存储单元1中的语音信息均与图像信息一一对应。例如：语音信息展现“杯”的读音，则对应的图像信息为一幅关于杯子的图片，如图3所示。
其中，矩阵单元2中包括音位矩阵、音位矩阵对比和25对最小音位对比。本发明中，音位 矩阵是由形成该声母各声学参数构成的矩阵。音位矩阵对比是将两个声母音位的音位矩阵进行两两比较，如对声母音位的强频集中区、能量坡度、时长等参数进行比较；音位矩阵对比中若两个声母的大部分声学参数相仿，仅局部或个别声学参数存在较大差异，即由于个别声学参数的不同形成近似差异对比称为最小音位对比。
本发明中，优选地，汉语普通话的21个声母--21个音位矩阵两两比较进行音位矩阵对比，挑选仅由于个别声学参数不同而形成近似差异的最小音位对比，共形成了25对最小音位对比，构成了最小音位对比模块，如图2所示。
例如，塞音主要由强频集中区、能量坡度、时长三个声学参数共同体现，不送气塞音d与送气塞音t的具体参数值如图1所示。通过比照d、t的声学参数，二者的声学参数值较为接近，其中强频集中区、能量坡度的声学参数值相仿，仅时长这一个参数存在较大差异，d的时长较短，t的时长远大于d，如图4所示。因此d、t两个音位矩阵通过音位矩阵对比，发现两者之间大部分声学参数相仿，仅局部或个别声学参数存在较大差异时，则认为这d、t对比形成了一对最小音位对比。
表1不送气塞音d与送气塞音t的声学参数表
例如，舌尖中音主要由响音比值、鼻流量、共振峰幅度、时长四个声学参数共同体现。舌尖中鼻音n与舌尖中边音l的声学参数的具体参数值如表2所示。比照n、l的声学参数，二者的声学参数值较为接近，其中响音比值、共振峰幅度、时长的声学参数值相仿，仅鼻流量这一个参数存在较大差异，如表3所示。因此同理，可以认定n、l形成了一项最小音位对比。
表2舌尖中鼻音n与舌尖中边音l声学参数表
表3读音na与读音la的鼻流量统计表
| 读音 | na | La |
| 平均鼻流量 | 60.18％ | 47.62％ |
| 鼻流量标准差 | 24.33％ | 22.60％ |
用户通过控制单元3设置输出单元4的播放模式。输出单元4播放模式包括交替听刺激模式、发音模式、对比发音模式、切换练习模式。输出单元4根据所选播放模式，播放言语听觉康复信息。
输出单元4按照控制单元3的所选的播放模式，向用户播放语音信息、图像信息、视频信息、文字信息等。同时采集单元5实时采集用户的反馈信息。反馈信息包括用户的发音情况、喉部运动情况、口音鼻音信息等。采集单元5包括语音采集模块、图像采集模块、电声门图采集模块、人机互动输入模块。语音采集模块负责采集输出单元4播放言语听觉康复信息后用户的声音反馈信息，将采集的声波信息反馈至判断单元6；图像采集模块负责采集用户的图像反馈信息，将采集的口形与喉部动作等反馈信息发送至判决单元6。
判断单元6中存储有标准的音位矩阵元素声音与图像信息。判断单元6将从采集单元5接收到的声音反馈信息、图像反馈信息、人机互动输入信息进行评判，生成评判结果。声音反馈信息与图像反馈信息与标准的音位矩阵元素声音与图像信息相似程度越高，则评判结果越高。判断单元6将评判结果发送至控制单元2与显示单元7。显示单元7显示该评判结果。
实施例1：
采集单元5首先采集发音信息。发音信息由用户根据音位矩阵中包含21个声母生成的发音声学参数数据。采集单元5将发音信息发送至判断单元6中。判断单元6根据音位矩阵中各声母的声学参数对发音信息中每一个声母的发音参数进行评判，从而判断发音信息中存在的错误。判断单元6整理出这些发音信息的错误，生成音位矩阵错误信息。控制单元3根据判断单元6的音位矩阵错误信息，生成请求信息，请求信息中包含有音位矩阵错误信息中的内容。
实施例2：
控制单元3将请求信息发送至矩阵单元2。矩阵单元2的音位矩阵对比、最小音位对比模块对存储单元1中的言语听觉康复信息进行筛选。音位矩阵对比、最小音位对比模块根据控制单元3的请求信息，从存储单元1中的言语听觉康复信息中筛选出符合请求数据中最小音位对比错误信息的言语听觉康复信息。例如，矩阵单元2接收到的音位矩阵错误信息中包含声母/d/的音位矩阵。最小音位对比模块从存储单元1中筛选出与声母/d/相关的最小音位对比(例如，声母d、t/)的言语听觉康复信息发送至控制单元3中。
控制单元3将该筛选出的言语听觉康复信息，发送至输出单元4。
输出单元4将该筛选出的言语听觉康复信息播放给用户。
实施例3：
本实施例中，基于音位矩阵对比技术的言语听觉康复系统的数据采集与评判方法为：
在输出单元4播放完言语听觉康复信息收，采集单元5的语音采集模块、图像采集模块、人机互动输入模块采集用户的反馈信息，采集单元将反馈信息发送至判断单元6。
判断单元6根据言语听觉康复信息与反馈信息进行评判。评判包括听评判、说评判和听说评判结果的比较。
如图9所示，听评判是输出单元4依次根据各项最小音位对比给出声音指令，用户通过人机互动输入模块做出选择，判断单元6根据人机互动输入结果进行评判。例如，输出设备4分别示范/dao/、/tao/的发音，输出设备4随机给出/dao/或/tao/三次声音指令。用户通过人机互动输入模块选择/dao/与/tao/三次声音指令的顺序，采集单元5将用户选择的信息发送至判断单元6中进行评判。选择正确评判结果为1，选择错误评判结果为0。三个评判结果中的正确个数大于等于两个时(例如，判断结果为111，110)，判断单元6判定用户能够正确识别d-t最小音位对比；反之，判断单元6判定用户不能正确识别d-t最小音位对比(例如，评判结果为100、000)。
说评判是用户通过输出单元4依次进行最小音位对比的发音，采集单元5采集声音，判断单元6分析出音位矩阵对比中两个声母的声学参数值并进行对照。如用户发音/dao/、/tao/，判断单元6分别分析出该用户d的声学参数和t的声学参数，对二者的声学参数进行比照，如果二者的各声学参数均相仿，则判断单元6自动判定用户无法正确表达d-t最小音位对比；如果二者声学参数至少在一个声学参数上存在区别，则判断单元6认定用户有可能已经掌握d-t最小音位对比的区别特征，如图9所示。
听说评判结果的比较是将某对最小音位对比的听评判结果与说评判结果进行对照，如果评判结果为听评判通过，说评判不通过，则判断单元6判定该用户能识别但不能表达出该对最小音位对比，需要进行康复；如果评判结果为听评判不通过，说评判不通过，则判断单元6判定该用户既不能识别亦不能表达该对最小音位对比，需要进行康复，如图9所示。
判断单元6将评判结果信息发送至显示单元7和控制单元3。显示单元7显示评判结果信息。
进一步地，控制单元3根据评判结果信息设定输出至输出单元4的言语听觉康复信息的播放模式并播放下一次言语听觉康复信息，或是终止言语听觉康复。
实施例4
本实施例中，主要表现本发明输出单元4的四种播放模式。四种播放模式为交替听刺激模 式、发音模式、对比发音模式、切换练习模式。
输出单元4的交替听刺激模式通过丰富的声音刺激，让用户初步感受最小音位对比的区别特征，如图5所示。交替听刺激模式充分利用用户和标准发音的声音，充分暴露最小音位对比中两个声母的声学差异。输出单元4反复向用户播放言语听觉康复信息。用户的反馈信息被采集单元5实时采集并由判断单元6进行评判。显示单元7显示该评判结果。输出单元4向用户反复播放言语听觉康复信息，直到改变播放模式或接收到中止命令位置。
输出单元4的发音教育模式是在交替听刺激模式的基础上进行，输出单元4通过视觉和触觉等辅助条件，向用户播放最小音位对比中两个声母读音的生理特征，向用户展示二者在发音部位和发音方法的异同，如图6所示。输出单元4在用户练习的过程中不断给予听觉的声学输出，将音位矩阵对比的感知、生理和声学信息进行有机的整合。
输出单元4的对比发音模式是在发音教育模式的基础上，通过多组词语对最小音位对比进行连续的听说联动，如图7所示。输出单元4首先向用户播放言语听觉康复信息，对最小音位对比中两个声母进行对比发音，再逐渐缩短声母的组词语之间的时间间隔，并逐渐加快输出单元4的播放速率。
输出单元4的切换练习模式是讲对比发音模式的主要内容为单音节词，由含有两个具有相同声母以及不同韵母组成。输出单元4将这样的两个词语进行混合播放。输出单元4在此基础上还进行切换练习，将最小音位对比中的两个音位的单音节词置于一个词语中或者句子中进行播放，如图8所示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围。任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种变动与润饰，本发明保护范围应以权利要求书所界定的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种基于音位矩阵对比技术的言语听觉康复系统，其特征在于，包括：
存储单元(1)，其用于存储言语听觉康复信息的数据；
矩阵单元(2)，其包括音位矩阵、音位矩阵对比和最小音位对比模块，与所述存储单元(1)连接，用于选择所述存储言语听觉康复信息；
控制单元(3)，其与所述矩阵单元(2)连接，实现控制所述言语听觉康复系统；
输出单元(4)，其与所述控制单元(3)连接，用于播放所述言语听觉康复信息；
采集单元(5)，其与所述控制单元(3)连接，用于采集用户的反馈信息与发音信息；所述发音信息是用户根据所述音位矩阵生成的发音声学参数数据；
判断单元(6)，其与所述采集单元(5)以及所述控制单元(3)连接，用于根据所述音位矩阵中的声学参数对所述发音信息进行评判，判断所述发音信息中发音声学参数存在的错误，生成音位矩阵错误信息并发送至所述控制单元(3)，所述控制单元(3)根据所述音位矩阵错误信息生成请求信息；矩阵单元(2)基于音位矩阵对比技术根据所述请求信息对所述存储单元(1)的言语听觉康复信息进行筛选，筛选出符合所述最小音位对比的言语听觉康复信息，并将筛选出的言语听觉康复信息传输至所述控制单元(3)；所述控制单元(3)将所述筛选出的言语听觉康复信息发送至所述输出单元(4)，所述输出单元(4)将所述筛选出的言语听觉康复信息播放给用户；
所述判断单元(6)还根据所述言语听觉康复信息与所述反馈信息进行评判，将评判结果信息发送至所述控制单元(3)；
显示单元(7)，其与所述判断单元(6)连接，用于显示所述判断结果；
所述音位矩阵是由形成该声母各声学参数构成的矩阵；所述矩阵单元(2)根据所述音位矩阵形成音位矩阵对比选出具有25对最小音位对比的所述最小音位对比模块。
2.如权利要求1所述的基于音位矩阵对比技术的言语听觉康复系统，其特征在于，所述控制单元(3)根据所述评判结果信息设定输出至所述输出单元(4)的言语听觉康复信息的播放模式；所述输出单元(4)的播放模式包括交替听刺激模式、发音模式、对比发音模式、切换练习模式。
3.如权利要求2所述的基于音位矩阵对比技术的言语听觉康复系统，其特征在于，在所述交替听刺激模式中，输出单元(4)反复向用户播放言语听觉康复信息；用户的反馈信息被采集单元(5)实时采集并由判断单元(6)进行评判；显示单元(7)显示该评判结果；输出单元(4)向用户反复播放言语听觉康复信息，直到改变播放模式或接收到中止命令位置。
4.如权利要求2所述的基于音位矩阵对比技术的言语听觉康复系统，其特征在于，在所述发音模式中，输出单元(4)在用户练习的过程中不断给予听觉的声学输出。
5.如权利要求2所述的基于音位矩阵对比技术的言语听觉康复系统，其特征在于，在所述对比发音模式中，输出单元(4)首先向用户播放言语听觉康复信息，对最小音位对比中两个声母进行对比发音，再逐渐缩短声母的组词语之间的时间间隔，并逐渐加快输出单元(4)的播放速率。
6.如权利要求2所述的基于音位矩阵对比技术的言语听觉康复系统，其特征在于，在所述切换练习模式中，输出单元(4)具有相同声母以及不同韵母组成的两个单音节词进行混合播放，并且将最小音位对比中的两个音位的单音节词置于一个词语中或者句子中进行播放。
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