CN102984638B - 使好耳效应最大化的方法和双耳听音系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了使好耳效应最大化的方法和双耳听音系统。本申请的目标在于为双耳听音系统的用户提供改善的声音定位。本发明方法包括：提供关于用户听觉能力的信息；确定多个目标频带，在所述目标频带中用户的听觉能力满足预定听觉能力条件；提供来自一个或多个声源的声信号的动态分离；在动态分离的声信号之中选择信号；确定所选信号的、表明所选信号相对于声场的其它信号的强度的SNR度量；及将左和/或右听音装置的好耳效应度量确定为所选信号分别对于左和右听音装置的SNR度量值之间的差；在左和/或右听音装置中确定所选信号在特定时间的多个施主频带，所选信号的好耳效应度量在所述施主频带高于预定阈值；如果满足预定移频条件，在左和/或右听音装置中将所选信号在特定时间的施主频带移到目标频带。本申请具有为听力受损用户提供改善的语音可懂度的优点。本发明可用于补偿用户听力受损的助听器。

Description

使好耳效应最大化的方法和双耳听音系统
技术领域
本申请涉及听音装置，如包括第一和第二听音装置的听音系统，尤其涉及动态声环境中的声音定位和使不同声源彼此分离的用户能力，例如目标在于提高语音可懂度。本发明尤其涉及包括适于分别佩戴在用户左耳和右耳处的左和右听音装置的双耳听音系统的传声器系统从声场拾取的音频信号的处理方法，声场包括来自一个或多个声源的声信号，声信号从相对于用户的一个或多个方向撞击在用户上，左和右听音装置包括用于在其间建立通信链路的收发器。本申请还涉及双耳听音系统。
本申请还涉及包括处理器和程序代码的数据处理系统，程序代码使处理器执行本发明方法的至少部分步骤，及涉及保存程序代码的计算机可读介质。
例如，本发明可用在如补偿用户听力受损的助听器系统的应用中。本发明尤其可用在包括听力仪器、耳机、耳麦、有源耳朵保护系统或其组合的应用中。
背景技术
本发明背景技术的相应描述可在EP 2026601 A1中找到，下面的大部分内容均取自该申请。
患听力损失的人大多数通常存在检测声信号中的高频的问题。由于声信号中的高频已知在空间听觉如确定所检测声音的位置或源的能力(“声定位”)方面具有优点，因而这是主要问题。因此，空间听觉对于人在其环境中感知声音、交互作用及确定方向的能力非常重要。对于更复杂的听音情形如鸡尾酒会更是如此，其中空间听觉使人能在知觉上使不同声源彼此分离，从而导致更好的语音可懂度[Bronkhorst,2000]。
从心理声学文献可以看出，除了耳间时间和电平差(分别缩写为ITD和ILD)之外，声定位还由单耳频谱暗示即在高于3kHz的频率通常出现的峰值和谷值调解[Middlebrooksand Green,1991]、[Wightman and Kistler,1997]。由于听力受损人员通常在检测高于3kHz频率的能力方面受损，他们受降低的空间听觉能力的折磨。
频移已用于修改音频信号的所选频谱分量以提高用户对音频信号的感知能力。原则上，术语“频移”或“移频”指多种不同的、改变信号频谱的方法。例如，“频率压缩”指将(更宽的)源频区压缩为更窄的目标频区，例如通过抛弃每第n个频率分析频带并在频域中将其余频带“推”在一起。“频率降低”指将高频源区转变为低频目标区，但不抛弃所转变的高频带中包含的任何频谱信息。而是，已移频的较高频率完全代替较低频率或它们与较低频率混频。原则上，两种类型的方法均可对特定输入频谱的所有频率执行或仅对部分频率执行。在本说明书中，两种方法均用于将较高的频率向下移频，或通过频率压缩，或通过频率降低。然而，总的来说，可有向下移到一个或多个低频目标频带的一个或多个高频源频带，也可有其它保持不受移频影响的愈加更低的频带。
专利申请EP 1742509涉及通过合成听力装置的音频输入信号而消除声反馈及噪声。尽管该方法利用频移，但在该现有技术方法中频移的目的是消除助听器中的声反馈和噪声，而不是提高空间听觉能力。
发明内容
因自适应频移引起的好耳效应基于当前声环境的估计、个人佩戴者听力损失、可能及关于佩戴者的头部和躯干几何形状的信息的独特组合。好耳效应通常指听者试图增强具有更好信噪比的那一侧的语音信号的可听度同时减低具有更差信噪比的那一侧的噪声的现象。
创造性的算法提供将听力仪器观察到的好耳效应(BEE)变换为佩戴者借助于频移可接近的BEE的方式。
在第一方面，例如由头部相关传递函数(HRTF)表征的耳朵、头部和躯干几何形状与当前声源的频谱分布和位置信息组合提供决定在特定时间哪些频带对听者或听力仪器见到的BEE最有作用的手段。这对应于图1略示的系统。这方面是2011年8月23日申请的、题为“A method,a listening device and a listening system for maximizing a betterear effect”的欧洲专利申请的主要论题，该申请通过引用组合于此。
在第二方面，耳朵、头部和躯干几何形状对BEE的影响在不知道个人HRTF的情形下通过比较跨耳朵估计的源信号进行估计。这对应于图2中略示的系统。
原则上，对于显现BEE，必须发生两件事：目前声源的位置需要在听者的频率范围引起ILD(耳间电平差)，及目前声源必须在ILD足够大的那些频率展现能量。这些称为潜在施主(donor)频率范围或频带。
用户听力损失的信息，尤其是听力图和随频率而变的频率分辨率，用于推导佩戴者感受BEE的频区。这些称为目标频率范围或频带。
根据本发明，算法持续改变移频以使BEE最大化。另一方面，与静态移频方案如[Carlile et al.,2006]、[Neher and Behrens,2007]相反，本发明并不向用户提供空间信息的一致表示。
根据本发明，当前身体BEE的频谱构造知识与怎样使其可由听力仪器的佩戴者接近的知识组合。
本申请的目标在于为双耳听音系统的用户提供改善的声音定位。
本申请的目标由所附权利要求限定的及下面描述的发明实现。
运行双耳听音系统的方法
在本申请的一方面，本申请的目标由包括适于佩戴在用户左耳和右耳处的左和右听音装置的双耳听音系统的传声器系统从声场拾取的音频信号的处理方法实现，声场包括来自一个或多个声源的声信号，声信号从相对于用户的一个或多个方向撞击用户，左和右听音装置包括用于在其间建立通信链路的收发器。本发明方法包括：
b1)根据声信号的频率提供关于用户听觉能力的信息；
b2)确定多个目标频带，在这些目标频带中用户的听觉能力满足预定听觉能力条件；及对分别位于用户左耳和右耳处的左和右听音装置中的每一听音装置执行步骤c1)-c3)：
c1)根据时间、频率及声信号相对于用户的起始方向提供来自一个或多个声源的声信号的动态分离；
c2)在动态分离的声信号之中选择信号；
c3)根据时间、频率和所选信号相对于用户的起始方向及根据声源的位置和相互强度确定所选信号的、表明所选信号相对于声场的其它信号的强度的SNR度量；及
在左和右听音装置中的至少一听音装置中执行步骤c4bin)-d)：
c4bin)将左听音装置的好耳效应度量确定为所选信号分别对于左和右听音装置的SNR度量值之间的差；和/或将右听音装置的好耳效应度量确定为所选信号分别对于左和右听音装置的SNR度量值之间的差；
c5bin)在左和/或右听音装置中确定所选信号在特定时间的多个施主频带，所选信号的好耳效应度量在这些施主频带高于预定阈值；
d)如果满足预定移频条件，在左和/或右听音装置中将所选信号在特定时间的施主频带移到目标频带。
这具有对听力受损用户提供改善的语音可懂度的优点。
在实施例中，预定移频条件包括所选信号的至少一施主频带与所选信号的潜在施主频带重叠或一样。在实施例中，预定移频条件包括在步骤c4bin)中在所选信号起始方向未识别到潜在施主频带。在实施例中，预定移频条件包括施主频带包含语音。
在实施例中，在步骤c3)确定SNR度量时，术语“声场信号”意为“声场的所有信号”，或作为备选，“声场信号的所选子集”(通常包括所选信号)，包括估计对用户更重要的声场，如包括更多信号能量或功率的那些声场(如在特定时间点共同包括声场声源的总能量或功率的预定部分以上的声源)。在实施例中，预定部分为50％，如80％或90％。
在实施例中，本发明方法包括a)提供关于将声音传给用户左耳和右耳的传递函数的信息，所述传递函数随声信号的频率、相对于用户的声音撞击方向、及用户头部和身体的性质而定。在实施例中，将声音传给用户左耳和右耳的传递函数包括左耳和右耳的头部相关传递函数HRTFl和HRTFr。在实施例中，左耳和右耳的头部相关传递函数HRTFl和HRTFr在听音系统正常运行之前确定并使其在正常运行期间可用于听音系统。在实施例中，左耳和右耳的头部相关传递函数HRTFl和HRTFr在听音系统正常运行期间确定。
在实施例中，对动态分离的声信号中的两个以上如所有信号执行步骤c2)-c5bin)，及其中在确定SNR度量时不同于所选信号的所有其它信号源视为噪声。
在实施例中，在步骤c2)中，目标信号在动态分离的声信号之中选择，及其中对目标信号执行步骤d)，及其中不同于目标信号的所有其它检测到的信号源视为噪声。在实施例中，目标信号在满足一个或多个条件的、分离的信号源之中选择，前述条件包括：a)具有最大能含量；b)离用户最近；c)位于用户前面；d)包括最大声的语音信号成分。在实施例中，目标信号可由用户选择，如经使能在当前分离的声源之间进行选择或使能选择来自相对于用户的特定方向的声源的用户接口。在实施例中，不属于动态分离的声信号之一的信号分量视为噪声。
在实施例中，步骤d)包括用施主频带的量值和/或相位取代目标频带的量值和/或相位。在实施例中，步骤d)包括使目标频带的量值和/或相位与施主频带的量值和/或相位混合。在实施例中，步骤d)包括用施主频带的量值取代目标频带的量值或使施主频带的量值与目标频带的量值混合，同时目标频带的相位保持不变。在实施例中，步骤d)包括用施主频带的相位取代目标频带的相位或使施主频带的相位与目标频带的相位混合，同时目标频带的量值保持不变。在实施例中，步骤d)包括用两个以上施主频带的量值和/或相位取代目标频带的量值和/或相位或使两个以上施主频带的量值和/或相位与目标频带的量值和/或相位混合。在实施例中，步骤d)包括用来自一施主频带的量值和来自另一施主频带的相位取代目标频带的量值和/或相位或使来自一施主频带的量值和来自另一施主频带的相位与目标频带的量值和/或相位混合。
在实施例中，施主频带选择为高于预定最小施主频率，及其中目标频带选择为低于预定最大目标频率。在实施例中，最小施主频率和/或最大目标频率适应用户听觉能力。
在实施例中，在步骤b2)中，目标频带基于听力图确定。在实施例中，在步骤b2)中，目标频带基于用户听觉能力的频率分辨率确定。在实施例中，在步骤b2)中，当不同电平的声音同时播放给用户左耳和右耳时，目标频带确定为用户有能力正确决定哪一耳朵上的电平更大的那一频带。换言之，听觉能力条件可与下述一个或多个有关：a)用户听觉能力与用户听力图有关，例如用户听觉能力在多个频率下高于预定听力阈值(如听力图所确定的)；b)用户的频率分辨率能力；c)当不同电平的声音同时播放给用户左耳和右耳时，用户正确决定哪一耳朵上的电平更大的能力。
在实施例中，确定对佩戴者当前的空间感知和语音可懂度没有多大作用的目标频带，使得它们的信息可用来自施主频带的信息取代。在实施例中，对佩戴者当前的空间感知没有多大作用的目标频带为好耳效应函数BEE低于预定阈值的目标频带。在实施例中，对佩戴者的语音可懂度没有多大作用的目标频带为所选信号的、表明所选信号相对于声场信号的强度的SNR度量低于预定阈值的目标频带。
在实施例中，步骤d)在左和右听音装置中独立(异步)运行。
在实施例中，步骤d)在左和右听音装置中同步运行。在实施例中，在步骤d)中，左和右听力仪器共享同一施主和目标频带配置。在实施例中，同步通过在左和右听音装置之间通信实现。在实施例中，同步经双侧逼近双耳BEE估计实现，其中特定听音装置适于能够估计另一听音装置将做什么，而不需要在其间通信。
在实施例中，特定听音装置从另一听音装置接收已移频信号及非必须地根据所需ILD按比例调节该信号。在实施例中，确定来自施主频带的ILD并应用于同一听音装置的目标频带。在实施例中，在听音装置之一中确定ILD并传给另一听音装置并在另一听音装置中应用。
在实施例中，本发明方法包括基于所保存的HRTF值数据库将方向信息应用于信号。在实施例中，数据库的HRTF值通过学习进行修改(改进)。
在优选实施例中，根据本发明的算法分离输入信号以获得具有对应定位参数(如水平角、垂直角和距离，或等价参数，或其子集)的、分离的源信号。分离例如可基于定向传声器系统、周期匹配、统计独立性，组合或备选。在双耳助听器系统中，提供听音装置内通信从而使能在系统的两个听音装置之间交换分离的信号及对应的定位参数。在实施例中，本发明方法提供分离的源信号的比较以估计一个、多个或所有分离的源信号的头部相关传递函数(HRTF)并将结果保存在HRTF数据库中，例如保存在一个或两个听音装置中(或保存在与听音装置通信的装置中)。在实施例中，本发明方法使能在听音系统正常运行期间根据学习规则更新HRTF数据库，例如
θs,r为极坐标系统中的坐标，f为频率，及α为确定HRTF的数据库(db)值随HRTF当前估计的(est)值的变化的变化率的参数(0和1之间)。
在实施例中，本发明方法包括将相应HRTF值应用于电信号以将声源的真实相对位置或虚拟位置的感知传达给用户。
在实施例中，本发明方法包括将HRTF值应用于立体声信号以操纵声源位置。
在实施例中，本发明方法包括，没有信号中固有的方向信息但具有估计的、接收的或虚拟的定位参数的声音通过查找和插值根据HRTF数据库进行置放(将非固有定位参数用作输入参数)。
在实施例中，本发明方法包括，包括方向信息的声信号通过HRTF数据库进行修改使得其被感知为源自不同于固有方向信息指示的另一位置。该特征例如可与博弈或虚拟现实应用结合使用。
双耳听音系统
在另一方面，提供包括适于分别佩戴在用户左耳和右耳处的左和右听音装置的双耳听音系统，每一听音装置包括用于从包括来自一个或多个声源的声信号的声场拾取声音的传声器系统，声信号从相对于用户的一个或多个方向撞击佩戴听音装置的用户，左和右听音装置包括用于在其间建立通信链路的收发器，及前述听音系统适于根据如上所述的、“具体实施方式”中详细描述的及权利要求限定的方法处理左和右听音装置的传声器系统拾取的音频信号。
当用对应的结构件适当代替时，如上所述的、“具体实施方式”中详细描述的及权利要求限定的方法的过程特征可与本发明系统组合，反之亦然。系统的实施例具有与对应方法一样的优点。
在实施例中，听音系统包括辅助装置。在实施例中，该系统适于在听音装置和辅助装置之间建立通信链路以实现：信息(如控制和状态信号，可能音频信号)可交换或从一装置转发给另一装置。在实施例中，辅助装置为适于接收多个音频信号(如来自娱乐装置如电视机或音乐播放器、电话装置如移动电话、或计算机如PC)并适于选择和/或组合所接收的音频信号中的特定信号(或信号组合)以传给听音装置的音频网关设备。
在实施例中，双耳听音系统包括双耳助听器系统。
在实施例中，至少一听音装置适于提供随频率而变的增益以补偿用户的听力损失。在实施例中，听音装置包括用于增强输入信号并提供处理后的输出信号的信号处理单元。数字助听器的各个方面在[Schaub；2008]中描述。
在实施例中，至少一听音装置包括用于将电信号转换为由用户感知为声信号的刺激的输出变换器。在实施例中，输出变换器包括多个耳蜗植入电极或骨导听力装置的振动器。在实施例中，输出变换器包括用于将刺激作为声信号提供给用户的接收器(扬声器)。
在实施例中，每一听音装置包括用于将输入声音转换为电输入信号的输入变换器。在实施例中，每一听音装置包括适于分离佩戴听音装置的用户的局部环境中的两个以上声源的定向传声器系统。在实施例中，定向系统适于检测(如自适应检测)传声器信号的特定部分源自哪一方向。这可以多种不同的方式实现，例如US 5,473,701、WO 99/09786 A1或EP 2 088 802 A1中描述的方式。
在实施例中，每一听音装置包括用于从另一装置如通信装置或另一听音装置无线接收直接电输入信号的天线和收发器电路。在实施例中，听音装置包括用于从另一装置如通信装置或另一听音装置接收有线直接电输入信号的(可能标准化的)电接口(例如连接器的形式)。在实施例中，直接电输入信号表示或包括音频信号和/或控制信号和/或信息信号。在实施例中，听音装置包括用于对所接收的直接电输入进行解调的解调电路，以提供表示音频信号和/或控制信号的直接电输入信号，例如用于设置听音装置的运行参数(如音量)和/或处理参数。总的来说，听音装置的发射器和天线及收发器电路建立的无线链路可以是任何类型。在实施例中，无线链路在功率约束条件下使用，例如由于听音装置包括便携式(通常电池驱动的)装置。在实施例中，无线链路为基于近场通信的链路，例如基于发射器和接收器部分的天线线圈之间的感应耦合的感应链路。在另一实施例中，无线链路基于远场电磁辐射。在实施例中，经无线链路的通信根据特定调制方案进行安排，例如模拟调制方案，如FM(调频)或AM(调幅)或PM(调相)，或数字调制方案，如ASK(幅移键控)如开-关键控、FSK(频移键控)、PSK(相移键控)或QAM(正交调幅)。
在实施例中，听音装置和可能的其它装置之间的通信处于基带(音频频率范围，如0和20kHz之间)中。优选地，听音装置和另一装置之间的通信基于高于100kHz频率下的某种调制。优选地，用于在听音装置和另一装置之间建立通信的频率低于50GHz，例如位于从50MHz到50GHz的范围中，例如高于300MHz，例如在高于300MHz的ISM范围中，例如在900MHz范围中或在2.4GHz范围中。
在实施例中，每一听音装置包括输入变换器(传声器系统和/或直接电输入(如无线接收器))和输出变换器之间的正向或信号通路。在实施例中，信号处理单元位于正向通路中。在实施例中，信号处理单元适于根据用户的特定需要提供随频率而变的增益。在实施例中，每一听音装置包括具有用于分析输入信号(如确定电平、调制、信号类型、声反馈估计量等)的功能件的分析通路。在实施例中，分析通路和/或信号通路的部分或所有信号处理在频域进行。在实施例中，分析通路和/或信号通路的部分或所有信号处理在时域进行。
在实施例中，听音装置如传声器单元和/或收发器单元包括用于提供输入信号的时频表示的TF转换单元。在实施例中，时频表示包括所涉及信号在特定时间和频率范围的相应复值或实值的阵列或映射。在实施例中，TF转换单元包括用于对(时变)输入信号进行滤波并提供多个(时变)输出信号的滤波器组，每一输出信号包括截然不同的输入信号频率范围。在实施例中，TF转换单元包括用于将时变输入信号转换为频域中的(时变)信号的傅里叶变换单元。在实施例中，听音装置考虑的、从最小频率fmin到最大频率fmax的频率范围包括典型的、人听得见的、从20Hz到20kHz的频率范围的一部分，例如从20Hz到12kHz的范围的一部分。在实施例中，听音装置考虑的频率范围fmin,fmax拆分为P个频带，其中P如大于5，如大于10，如大于50，如大于100，其中至少部分个别进行处理。在实施例中，听音装置适于在多个不同的频率范围或频带处理其输入信号。频带可以宽度一致或不一致(如宽度随频率增加)、重叠或不重叠。
在实施例中，听音装置包括用于确定输入信号(如频带电平上的和/或全(宽带)信号的)的电平的电平检测器(LD)。从用户声环境拾取的电传声器信号的输入电平适于根据多个不同的(如平均)信号电平将用户当前的声环境分类为高电平或低电平环境。助听器中的电平检测例如在WO 03/081947 A1或US 5,144,675中描述。
在特定实施例中，听音装置包括话音检测器(VD)，用于确定输入信号是否包括话音信号(在特定时间点)。在本说明书中，话音信号包括来自人类的语音信号。其还可包括由人类语音系统产生的其它形式的发声(如唱歌)。在实施例中，话音检测器单元适于将用户当前的声环境分类为话音或无话音环境。这具有下述优点：包括用户环境中的人类发声(如语音)的电传声器信号的时间段可被识别，因而与仅包括其它声源(如人工产生的噪声)的时间段分离。在实施例中，话音检测器适于将用户自己的话音也检测为话音。作为备选，话音检测器适于在检测话音时排除用户自己的话音。语音检测器例如在WO 91/03042 A1中描述。
在实施例中，听音装置包括自我话音检测器，用于检测特定输入声音(如话音)是否源自系统用户的话音。自我话音检测例如在US 2007/009122和WO 2004/077090中涉及。在实施例中，听音装置的传声器系统适于能够在用户自己的话音和另一人的话音及可能来自非话音声音之间区分。
在实施例中，听音装置包括声(和/或机械)反馈抑制系统。在实施例中，听音装置还包括用于所涉及应用的其它相应功能，如压缩、降噪等。
在实施例中，听音装置包括助听器，如听力仪器，如适于位于用户耳朵处或完全或部分位于用户耳道中的听力仪器，例如耳机、耳麦、耳朵保护装置或其组合。
用途
此外，本发明提供上面描述的、“具体实施方式”中详细描述的及权利要求中限定的听音装置的用途。在实施例中，提供在包括一个或多个听力仪器、耳机、耳麦、有源耳朵保护系统等的系统中的用途。
计算机可读介质
本发明进一步提供保存包括程序代码的计算机程序的有形计算机可读介质，当计算机程序在数据处理系统上运行时，使得数据处理系统执行上面描述的、“具体实施方式”中详细描述的及权利要求中限定的方法的至少部分(如大部分或所有)步骤。除了保存在有形介质如磁盘、CD-ROM、DVD、硬盘、或任何其它机器可读的介质上，计算机程序也可经传输介质如有线或无线链路或网络如因特网进行传输并载入数据处理系统从而在不同于有形介质的位置处运行。
数据处理系统
本发明进一步提供数据处理系统，包括处理器和程序代码，程序代码使得处理器执行上面描述的、“具体实施方式”中详细描述的及权利要求中限定的方法的至少部分(如大部分或所有)步骤。
本发明的进一步的目标由从属权利要求和本发明的详细描述中限定的实施方式实现。
除非明确指出，在此所用的单数形式的含义均包括复数形式(即具有“至少一”的意思)。应当进一步理解，说明书中使用的术语“具有”、“包括”和/或“包含”表明存在所述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或增加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。应当理解，除非明确指出，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，可以是直接连接或耦合到其他元件，也可以存在中间插入元件。如在此所用的术语“和/或”包括一个或多个列举的相关项目的任何及所有组合。除非明确指出，在此公开的任何方法的步骤不必须精确按所公开的顺序执行。
附图说明
本发明将在下面参考附图、结合优选实施方式进行更完全地说明。
图1示出了包括BEE最大化算法的听音装置实施例的框图，在分别位于用户左耳和右耳处的听音装置(双侧系统)之间不交换信息。
图2示出了包括BEE最大化算法的听音系统实施例的框图，在分别位于用户左耳和右耳处的系统听音装置(双耳系统)之间交换信息。
图3a-3d示出了声源结构的四个简单例子及左和右听音装置的相应功率密度谱，图示了本申请中讨论的好耳效应。
图4a-4b示意性地示出了时域信号到时频域的转换，图4a示出了随时间而变的声信号(振幅-时间)及其在模数转换器中的采样，图4b示出了在采样的信号傅里叶变换之后得到的时频单元“映射”。
图5示出了根据本发明的移频引擎结构的几个简单例子。
图6a-6b示出了根据本发明的移频引擎结构的两个例子，图6a示出了异步移频，及图6b示出了同步移频。
图7示出了根据本发明的移频引擎结构的另一例子，其中右仪器从左仪器接收已移频信号及(非必须地)根据所需ILD按比例调节该信号。
图8示出了根据本发明的移频引擎结构的另一例子，其中仪器在施主范围中估计ILD并将类似的增益应用于目标范围。
图9示出了根据本发明的移频引擎结构的另一例子，其中仪器仅对一个源提供BEE(另一源未被移频)。
图10示出了根据本发明的移频引擎结构的另一例子，称为扫描BEE模式，其中仪器拆分目标范围并对两个源提供(一些)BEE。
图11a-11b示意性地示出了用于实施本发明方法和想法的听音装置的实施例。
图12a-12b示出了包括第一和第二听音装置LD1、LD2的双耳或双侧听音系统的例子，每一听音装置例如为图11a或图11b中所示的听音装置。
为清晰起见，这些附图均为示意性及简化的图，它们只给出了对于理解本发明所必要的细节，而省略其他细节。在所有附图中，同样的附图标记用于同样或对应的部分。
通过下面给出的详细描述，本发明进一步的适用范围将显而易见。然而，应当理解，在详细描述和具体例子表明本发明优选实施例的同时，它们仅为说明目的给出。对于本领域的技术人员来说，从下面的详细描述可显而易见地得出其它实施方式。
具体实施方式
本发明涉及好耳效应，尤其涉及使其通过自适应频移可为听力受损人员利用。算法基于当前声环境的估计(包括声源分离)、个人佩戴者听力损失、可能及关于用户头部和躯干几何形状的信息的独特组合。
在第一方面，例如由头部相关传递函数(HRTF)表征的耳朵、头部和躯干几何形状与当前声源的频谱分布和位置信息组合提供决定在特定时间哪些频带对听者或听力仪器见到的BEE最有作用的手段。这对应于图1略示的系统。
图1示出了包括BEE最大化算法的听音装置实施例的框图，其中在分别位于用户左耳和右耳处的听音装置(双侧系统)之间不交换信息。听音装置包括从输入变换器(传声器)到输出变换器(接收器)的正向通路，该正向通路包括处理单元(在此为模块(从左到右)定位、源提取、源增强、另外的HI处理、及移频引擎、BEE提供者和另外的HI处理)，用于处理(如提取源信号、提供所得的方向信号、应用随频率而变的增益等)输入变换器(在此为传声器系统“传声器”)拾取的输入信号或源自其的信号、及将增强信号提供给输出变换器(在此为接收器)。正向通路的信号的增强包括动态应用本申请中描述的BEE算法。听音装置包括用于分析正向通路的信号并影响信号通路的处理的分析通路，包括提供动态利用BEE效应的基础。在图1中所示的听音装置实施例中，分析通路包括模块BEE定位器和BEE分配器。模块BEE定位器适于提供施主范围的估计量，即BEE的频谱位置，与存在的声源相关联，尤其适于对特定声源s提供一组潜在施主频带DONORs(n)，与源s相关联的BEE在这些频带有用。BEE定位器使用保存在听音装置存储器中的(参见来自中间的“头部和躯干几何形状”的信号HTG)、关于听音装置用户的头部和躯干几何形状的输入(与将声音传给用户左耳和右耳有关)，例如保存在听音装置存储器中的头部相关传递函数的形式。估计以对所涉及听音装置见到的好耳效应有贡献的(分类的)频带列表告终，参见用作BEE分配器模块的输入的信号PDB。模块BEE分配器实现将具有大多数空间信息(如所涉及听音装置见到的)的施主频带动态分配给具有最佳空间接收(如听音装置的佩戴者(用户)见到的)的目标频带，参见馈给移频引擎、BEE提供者模块的信号DB-BEE。BEE分配器模块识别用户具有可接受的听觉能力且对佩戴者当前的空间感知和语音可懂度没有多大作用的频带，称为目标频带，使得它们的信息可用具有好BEE的信息(来自适当的施主频带)有利地取代。所识别的目标频带的分配在BEE分配器模块中基于来自BEE定位器模块的输入DB-BEE和保存在听音装置存储器(在此为“听力损失”)中的关于用户(随频率而变的)听觉能力的输入HLI进行。关于用户听觉能力的信息包括频带怎样好地处理空间信息的分类列表，优选包括必要的、空间暗示的频谱宽度(对于能够区分不同空间起点的两个声音的用户)。如图1中的框BEE-MAX所示，模块BEE定位器、BEE分配器和移频引擎、BEE提供者及另外的HI处理一起形成BEE最大化算法的一部分或构成BEE最大化算法。其它功能单元可另外存在，(完全或部分位于)根据本发明的听音装置的分析通路中，例如反馈估计和/或抵消、降噪、压缩等。移频引擎、BEE提供者模块将正向通路的输入信号SL和来自BEE分配器模块的DB-BEE信号接收为输入并提供输出信号TB-BEE，包括具有来自适当施主频带的自适应分配的BEE信息的目标频带。增强信号TB-BEE馈给另外的HI处理模块，以可能在经输出变换器(在此为接收器模块)呈现给用户之前进一步处理信号(如压缩、降噪、反馈减少等)。作为备选或另外，正向通路的信号的处理可在BEE最大化算法应用于正向通路信号之前在定位、源提取、源增强、另外的HI处理模块中进行。
在第二方面，耳朵、头部和躯干几何形状对BEE的影响在不知道个人HRTF的情形下通过比较跨用户耳朵估计的源信号进行估计。这对应于图2中略示的系统。图2示出了包括BEE最大化算法的听音系统实施例的框图，其中在分别位于用户左耳和右耳处的系统听音装置(双耳系统)之间交换信息。图2的系统包括结合图1所示和所述的左和右听音装置。除了图1中所示听音装置实施例的元件之外，图2的系统的左和右听音装置LD-1(上部装置)、LD-2(下部装置)包括用于在其间建立无线通信链路WL的收发器。从而关于特定声源s的、与源s相关联的BEE有用的施主频带DONORs(n)的信息可在左和右听音装置之间(如图2中所示的相应BEE定位器模块之间)进行交换。另外或作为备选，使能在左和右听音装置中直接比较BEE和SNR值以用于将可用施主频带动态分配给适当的目标频带的信息可在左和右听音装置之间(如图2中所示的相应BEE分配器模块之间)进行交换。另外或作为备选，可在左和右听音装置之间(如图2中所示的相应定位、源提取、源增强、另外的HI处理模块之间)交换使能直接比较其它信息的信息，如关于声源定位，如关于或包括传声器信号或来自分别位于左和右听音装置之中或之处本地的传感器的信号，如关于局部声环境如啸声、调制、噪声等的传感器。尽管图2中示出了三个不同的无线链路WL，但WL指示仅用于表明数据交换，物理交换可以也可不经同一链路执行。在实施例中，在左和/或右听音装置中省略与听音装置用户的头部和躯干几何形状有关的信息。作为备选，前述信息实际上保存在一个或两个仪器中，或使可从听音装置可访问的数据库获得，例如经无线链路(参见图2中的“头部和躯干几何形状”)。
在下面进一步论述听音装置及基于图1中所示的左和右听音装置的双侧听音系统的另外的实施例和修改。同样地，在下面进一步论述图2中所示的双耳听音系统的另外的实施例和修改。
本申请中所述的好耳效应在图3a-3d中通过声源结构的一些简单例子图示。
四个例子提供简化的计算可视化，其导致对特定源提供BEE的那些频区的估计。可视化基于选自Gardner and Martin的KEMAR HRTF数据库[Gardner and Martin,1994]的三组HRTF。为保持例子简单，源频谱平(脉冲源)，因此可视化忽略源幅度谱的影响，其在实践中另外存在。
每一例子(1,2,3,4)包含在单一图(分别为图3a,3b,3c,3d)中，存在的源及其相对于彼此的位置如上表中所述。图3a-3d中的每一个的中上片示出对应于上表的源和噪声信号的空间结构。图3a-3d中的每一个的两外(左和右)上片示出当源信号和噪声信号到达彼此时它们的功率谱密度(PSD)(左边为左耳PSD，右边为右耳PSD)。图3a-3d中的每一个的外(左和右)下片(紧接相应的PSD下面)示出相应耳朵的SNR。最后，图3a-3d中的每一个的中下片按频率的函数指示好耳效应(BEE，即具有更好SNR的耳朵)的位置(左/右)(例如，如果在特定频率下SNR(右)>SNR(左)，则BEE被指示在中下片的右部，反之亦然)。显然，每一不同声源结构的BEE大小(左和右耳的SNR曲线之间的dB差)随频率变化。在图3a、3b和3c中，假定在用户附近存在两个声源，一个包括噪声，另一个包括目标声音。在图3d中，假定在用户附近存在三个声源，两个包括噪声，另一个包括目标声音。在图3a的声源结构中，噪声源位于用户的前面，及目标声源位于用户正面方向偏左20度，BEE恒定地在左耳上。在图3b的声源结构中，噪声源位于用户正面方向偏左20度，及目标声源位于用户正面方向偏右50度，BEE主要在右耳上。在图3c的声源结构中，噪声源位于用户正面方向偏右50度，及目标声源位于用户正面，BEE主要在左耳上。在图3d的声源结构中，两个噪声源分别位于用户正面方向偏左20度和偏右50度，及目标声源位于用户正面，BEE在相对较低频率下(低于5kHz)主要在左耳上及在相对较高频率下(高于5kHz)主要在右耳上，分别在窄频率范围4.5kHz和8kHz附近具有偏离。
这些例子使用脉冲源，因而基本上这些例子仅比较所测得的HRTF的幅度谱(及不包括谱着色的影响，当使用普通声源时，但简化的例子仍然说明本发明实施例中利用的BEE原理)。功率谱密度与短时傅里叶变换(STFT)比较用于使幅度谱平滑以易于阅读和理解。在有两个噪声源的例子中，两个噪声源被衰减12dB。
图4a-4b中示意性地示出了时域信号转换到时频域。图4a示出了随时间而变的声信号(振幅-时间)、其在模数转换器中的采样及时间样本按帧分组，每一个包括Ns个样本。图4b示出了在图4a的输入信号傅里叶变换(如DFT)之后得到的时频单元“映射”，其中特定时频单元m,k对应于一个DFT-bin并包括信号(量值和相位)在特定时间帧m和频带k的复值。在下面，特定频带假定包含信号在每一时间帧的一个值(通常为复值)。作为备选，可包括一个以上的值。术语“频率范围”和“频带”在本说明书中可互换地使用。频率范围可包括一个或多个频带。
1、处理步骤
1.1前提条件
1.1.1短时傅里叶变换(STFT)
给定采样信号x[n]，短时傅里叶变换(STFT)用周期性离散傅里叶变换(DFT)逼近。用窗口函数w[m]获得的STFT经其形状和长度在时间分辨率和频率分辨率之间平衡。DFT K的大小表示以FS/K速率的频率轴采样，其中FS为系统采样率：
STFT按时间和频率采样，n和k的每一组合表示单一时频单元。对于固定的n，k的范围对应于频谱。对于固定的k，n的范围对应于受限于第k个通道的频率范围的时域信号。对于在STFTS中参数选择等方面的另外的细节，可查阅Goodwin最近的研究[Goodwin,2008]。
1.1.2移频引擎
BEE经能够使一个或多个施主频带的量值和相位分别与目标频带的量值和相位个别组合以分别提供得到的目标频带量值和相位的移频引擎提供。前述一般移频方案可表达为
MAG(T-FBkt,res)＝SUM[αkd MAG(S-FBkd)]+αkt MAG(T-FBkt,orig)
PHA(T-FBkt,res)＝SUM[βkd PHA(S-FBkd)]+βkt PHA(T-FBkt,orig)
其中，kd为可用施主频带的指数(参见图5中的D-FB1,D-FB2,….,D-FBq)，及其中kt为可用目标频带的指数(参见图5中的T-FB1,T-FB2,….,T-FBp)，及其中SUM对可用kd进行，及其中α和β为常数(如0和1之间)。
频移例如适于实现将施主频率范围移到目标频率范围：
-包括通过取代(代替)移频，因而抛弃目标频率范围中的原始信号；
-包括通过混合移频，例如将已移频信号添加到目标频率范围中的原始信号。
此外，用施主频率范围的量值和/或相位取代目标频率范围的量值和/或相位或与之混合：
-包括使来自一施主频率范围的量值与来自另一施主频率范围(包括施主范围)的相位组合；
-包括使来自一组施主频率范围的量值与来自另一组施主频率范围(包括施主范围)的相位组合。
在基于STFT的滤波器组中，参见[Goodwin,2008]，受移频影响的每一时频单元变为
其中为复数常数，Ys[n,k]为来自施主频带km的量值∣Xs[n,km]∣、来自施主频带kp的相位∠Xs[n,kp]在移频后的复数频谱值，最后为相位的必要的角频移[Proakis and Manolakis,1996]。然而，也可使用其它移频设计。
图5示出了移频处理(图1、2中的移频引擎)的效果的例子。纵轴在底部具有低频率和在顶部具有高频率，对应于频带FB1,FB2,…,FBi,…,FBK，增加指数i对应于增加频率。左仪器将三个施主频带(D-FBi)从施主范围(包括施主频带D-FB1,D-FB2,…,D-FBq)移到目标范围(包括目标频带T-FB1,T-FB2,…,T-FBp)，表明不必保持频带的自然频率顺序关系。右仪器表明最高目标频带接收来自同一施主频带的量值和相位的结构。下一较低目标频带接收来自一施主频带的量值和来自另一(较低)施主频带的相位。最后，最低的频带仅用来自施主频带的量值取代其量值，而该目标频带的相位保持不变。
图5提供了移频引擎结构的几个简单例子。其它移频策略也可通过移频引擎实施。由于BEE主要在相对较高的频率出现，及主要在相对较低的频率需要，本文中的例子具有高于目标频率范围的施主频率范围。然而，这并非必然的约束。
1.1.3源估计和源分离
对于多个同时存在的信号，下面假定一个信号(编号i)选择为目标，及其余信号整体视为噪声。显然，这要求存在的源信号和噪声源已经借助于如盲源分离(例如参见[Belland Sejnowski,1995],[Jourjine et al.,2000],[Roweis,2001],[Pedersen et al.,2008])、传声器阵列技术(例如参见[Schaub,2008]的第7章)、或其组合(例如参见[Pedersen et al.,2006],[Boldt et al.,2008])而被分离。
此外，尽管噪声项可用作不能归属于所识别的源的所有信号部分的容器，仍需要存在的源的数量的估计量。此外，尽管将有很大程度的重叠和共享计算，但所有识别的源均需要进行所述计算。
全带宽源信号估计
传声器阵列技术提供在源分离时全源信号估计的例子。实质上，传声器阵列技术将输入分为源自各个方向的全带宽信号。因此，如果源自一方向的信号受控于信号源，该技术提供源信号的表示。
全带宽源信号估计的另一例子为应用Bell和Sejnowski[Bell et al.,1995]论证的全带宽传声器信号的盲解卷积。
部分源信号估计
然而，分离并不必须提供全带宽信号。Jourjine等的关键发现为，当在STFT域中分析两个源信号时，时频单元很少重叠[Jourjine et al.,2000]。[Roweis,2001]使用该发现将两个扬声器与单一传声器录音分离，通过将各个模板二值掩码应用于单一传声器信号的STFT而实现。二值掩码[Wang,2005]为时频单元分配给特定源，其为二进制，因为单一时频单元或属于源或不依赖于其是否为该单元中最大声的源。除了一些噪声伪像之外，仅保留属于特定源的时频单元的结果导致高度可懂的语音信号。实际上，这对应于仅包含与源相关联的时频单元的全带宽信号。
二值掩码的另一应用为定向传声器方面(可能用上面提及的传声器阵列技术或波束成形实现)。如果一个传声器对一个方向相较于另一方向更灵敏，则第一传声器比第二传声器更大声的时频单元表明声音从第一传声器更灵敏的方向到达。
在存在仪器间通信的情形下，还可能应用在两个仪器中利用传声器的传声器阵列技术，例如参见EP1699261 A1或US 2004/0175008 A1。
本发明并不必然要求信号的完全分离，意义在于源对波束成形和传声器阵列技术有时使用的特定传声器或伪传声器接收的信号的作用的完美重构。在实践中，当预定仅将时频单元分配给所识别的源或噪声时，可能发生部分源信号估计。
1.1.4局部SNR的运行计算
给定目标信号(x)和噪声(ν)，全局信噪比为
然而，该值并不反映信号的频谱和时间变化，而是需要在特定时间间隔和频率间隔中的SNR。
基于x[n]和v(n)的短时傅里叶变换的SNR度量，分别表示为X[n,k]和N[n,k]，满足要求
使用该等式，SNR度量局限于特定时刻n和频率k，因而为局部度量。
考虑存在的源
从上面给出的局部SNR等式，得到提供所选源s与其余源s’和噪声的能量之间的局部比的等式：
1.1.5头部相关传递函数(HRTF)
头部相关传递函数(HRTF)为头部相关脉冲响应(HRIR)的傅里叶变换。二者均表征当从起点行进到鼓膜时声音经历的变换。
将两个耳朵(左和右)的HRTF定义为共中心点θ的水平入射角及与水平面的偏差的函数，导致HRTFl(f，θ，φ)和HRTFr(f，θ，φ)。ITD和ILD(如从左耳见到的)则可表达为
其中∠{x}和∣x∣分别指复数x的相位和量值。此外，注意共中心点导致两个听力仪器中的入射角一样。
1.1.6用直接比较估计BEE
给定时频域(在应用STFT之后)中分离的源信号，即和(尽管与源相关联的二值掩码或该信号的幅度谱估计量将足够)，及水平面中的入射角估计量，听力仪器跨耳朵比较局部SNR以估计该源具有有益SNR差的频带。估计针对一个或多个如大部分或所有存在的、所识别的声源进行。
BEE为两个耳朵处的源特有SNR之间的差
1.1.7用间接比较估计BEE
给定时频域(在应用STFT之后)中分离的源信号，即(尽管与源相关联的二值掩码或该信号的幅度谱估计量将足够)、水平面中的入射角估计量θs、及垂直面中的入射角估计量Φs，仪器经HRTF估计对侧耳朵中的源电平并使用这些幅度谱进行SNR计算。
对于每一源s
其中ILD[k，θs，φs]为连续ILD[f，θs，φ_s]函数的离散采样。SNR因而变为
其中s为当前选择的源，及s’≠s指所有其它存在的源。
1.2 BEE定位器
本发明描述两种不同的方法估计BEE。一种方法需要助听器(假定每一耳朵一个)交换关于源的信息。另外，该方法也对单耳安装情形适用。另一方法利用双耳安装中的通信交换相应信息。
1.2.1单耳和双侧BEE估计
假定听力仪器可分离源，至少分配二值掩码，及估计水平面中的入射角，听力仪器利用保存的个人HRTF数据库估计该源将具有有益BEE的频带。估计对一个或多个如大部分或所有存在的、所识别的声源进行。对于给定源s的时间帧n中的选择如下：选择满足下式的频带(指数k)
SNRs[n，k]＞τSNR∧ILD[k，θs，φs]＞τILD
这导致一组施主频带DONORs(n)，其中与源s相关联的BEE有用，其中τSNR和τILD分别为信噪比和耳间电平差的阈值。优选地，阈值τSNR和τILD随频率恒定。然而，它们可随频率而变。
听力仪器佩戴者的个人左和右HRTF优选映射(在听力仪器正常运行之前)和保存在听力仪器的数据库中(或至少保存在听力仪器可访问的存储器中)。在实施例中，执行建立τSNR和τILD的个体或团体值的特定临床度量，且结果在听力仪器正常运行之前保存在听力仪器中。
由于该计算并不涉及两个听力仪器之间的任何信息交换，该方法可用于双侧安装(即没有仪器间通信的两个助听器)和单耳安装(一个助听器)情形。
分离的源信号与先前测量的ILD组合，仪器能够估计每一源在另一仪器处的量值。对于一组双侧运行的听力仪器，可能从该估计量逼近下面部分描述的双耳BEE估计，而在其间没有通信。
1.2.2双耳BEE估计
对于源s，在时间帧n左仪器中的选择如下：选择满足下式的频带组(指数k)
类似地，对于右仪器，选择满足下式的频带组
因此，以仪器间通信为代价，个人左和右HRTF的度量可省略。至于单耳和双侧估计，τBEE为阈值参数。优选地，阈值τBEE随频率和听音装置(左、右)的位置恒定。然而，它们也可从左到右不同和/或随频率而变。在实施例中，在听力仪器正常运行之前执行特定临床度量以建立个体或团体特有的值。
1.2.3 HRTF的在线学习
对于双耳安装情形，可能跨给定时间从源学习HRTF。当HRTF已被学习时，可能切换为双侧BEE估计以使仪器间通信最小化。使用该方法，可能在听力仪器验配期间跳过HRTF的度量，并使因仪器间通信需要的功耗最小化。无论听力仪器组在何时发现所选频带中给定空间位置的双耳和双侧估计之间的差足够小，对该空间位置，仪器均可依赖于双侧估计方法。
1.3 BEE提供者
尽管BEE提供者在流程图上放在BEE分配器之后(参见图1和2)，通过先完成BEE提供者可更容易描述本发明。移频将施主频率范围移到目标频率范围。
下面的分段描述四种不同的运行模式。图6a-6b示出了移频处理的效果的两个例子，图6a示出了所谓的异步移频，图6b示出了所谓的同步移频。图7示出了所谓的增强单声道模式，及图8示出了ILD移频模式。图6a、6b、7、8中的每一个示出了左和右听力仪器的一个或多个施主范围及一目标范围，左和右仪器的每一曲线具有施主频率轴和目标频率轴，频率轴上的箭头指示增加频率的方向。
1.3.1异步移频
在异步运行时，听力仪器独立配置移频，使得同一频带在一仪器中可用作一源的目标，及在另一仪器中用作另一源的目标，因而两个源将在每一耳朵中更突出地感知。
图6a示出了异步移频的例子。左仪器将源1(对应于图6a中的施主1范围)具有有益BEE的频率范围移到目标范围，同时右仪器将源2(施主2范围)具有有益BEE的频率范围移到同一目标范围。
1.3.2同步移频
在同步移频时，听力仪器共享施主和目标配置，使得具有有益BEE的仪器中的频率和另一仪器中的信号移到同一频率范围。因此，两个耳朵中的频率范围用于该源。然而，可能发生两个源对称放在佩戴者附近的情形，使得它们的ILD也对称。在该情形下，同步移频可对多个源使用同一频率范围。
同步可通过听力仪器之间的通信实现，或经双侧逼近双耳BEE估计，其中听力仪器可在不需要其间通信的情形下估计另一听力仪器将做什么。
1.3.3 SNR增强的单声道
在一些情形下，在具有差BEE的耳朵处增强信号可能有利，使得具有有利BEE的听力仪器与具有差BEE的听力仪器共享该信号。然而，身体的好耳效应可通过选择降低，两个耳朵将接收从最确定源特有SNR估计的信号。如图7中所示，右仪器从左仪器接收已移频信号及(非必须地)根据所需ILD按比例调节该信号。
1.3.4 ILD移频
无论施主和目标频带在何时受控于同一源，如果对ILD移频，均可改善声音质量。在图8的例子中，确定(相对较高频率的)施主频带的ILD(在图8中由虚箭头ILD表示)并应用于(相对较低频率的)目标频带(在图8中由箭头A表示)。例如，在仪器之一中ILD确定为所涉及频带中来自相应听力仪器的信号的量值比(因而仅需要将所涉及频带中的信号量值从一仪器传给另一仪器)。因此，即使未处理的声音在目标频率下在两个耳朵处几乎具有一样的电平，该模式在BEE出现在施主频率范围的那一侧上放大目标频率范围中的分离的声音。ILD例如可在两个仪器中应用(在图8中仅示出应用于左听力仪器的目标范围)。
1.4 BEE分配器
已发现具有有利BEE的频带，下一步的目标在于找到对佩戴者当前的空间感知和语音可懂度没有多大作用的频带，使得它们的信息可用具有好BEE的信息取代。那些频带在下面称为目标频带。
已估计目标范围及不同源的施主范围，下一步涉及分配所识别的目标范围。这怎样进行在描述目标范围估计之后描述。
1.4.1估计目标范围
在下面，执行已从用户听觉能力确定(如基于听力图和/或用户声级分辨率的测试结果)的(潜在)目标频带之间的选择。潜在目标频带例如可确定为用户听觉能力高于预定水平时的频带(如基于该用户的听力图)。然而，作为备选或另外，当不同电平的声音同时播放给用户左耳和右耳时，潜在目标频带可确定为用户有能力正确决定哪一耳朵上的电平更大的频带。优选地，使用两个声音电平的预定差。此外，当不同相位的声音(给定频带中)同时播放给用户左耳和右耳时，可影响用户潜在频带的选择的相应测试可以是用户正确感测相位差的能力的测试。
异步移频情形的单耳和双侧BEE分配
在单耳和双侧BEE分配时，尽管可能从分离的源和个体HRTF的知识的组合估计，听力仪器不直接使用BEE估计量。
在异步移频时，仪器仅需要估计没有有利BEE和SNR的频带。不需要估计该频带在另一仪器/耳朵中是否具有有利BEE。因此，对于使用间接比较的所有源s，目标频带满足
BEEs[n，k]＜τBEE∧SNRs[n，k]＜τSNR
目标频带的选择也可通过单耳SNR度量进行，通过选择对所有源s不具有有利SNR或ILD的频带实现
SNRs[n，k]＞τSNR∧ILD[k，θs，φs]＞τILD
同步移频情形的单耳和双侧BEE分配
对于同步移频，目标频带为对于任一源s在任一仪器中均不具有有利BEE(经间接比较)及在任一仪器中均不具有有利SNR的频带
异步移频情形的双耳BEE分配
对于异步移频，目标频带的双耳估计涉及左和右仪器的BEE和SNR值的直接比较。
或者，作为备选
其SNR差未超出BEE阈值的(目标)频带可用出现有利BEE的(施主)频带的内容取代。由于两个仪器不在同步模式下运行，两个仪器不协调其目标和施主，因而具有大的负BEE估计量(意味着在另一仪器中有有利BEE)的频带也可被取代。
同步移频情形的双耳BEE分配
在同步模式下，两个听力仪器共享施主和目标频带。因此，可用频带为在任一仪器中均没有有利BEE或SNR的频带。
1.4.2划分目标范围
下面描述用于将可用目标频率范围分布到可用施主频率范围的两个不同目标。
焦点BEE-单一源BEE增强
如果希望单一源被BEE增强，所有可用频带可用具有有利信息的内容填充。该目标可确切地阐述为使单一源(讲话者)和一个或多个其它源(其它讲话者和噪声源)之间的总空间对照物最大化。该聚焦策略的例子如图9中所示，其中分别占用施主1范围和施主2范围的两个源可用，但仅来自施主1范围的两个施主频带移到目标范围中的两个目标频带。
可应用用于(自动)选择单一源(目标信号)的多种策略，例如包含具有最高能含量的语音的信号，例如当跨预定时间段如≤5s求平均时。作为备选或另外，可选择大约来自用户正面的源。作为备选或另外，源可由用户经用户接口如遥控器选择。
该策略也可称为“焦点BEE”，因为其对单一对象提供尽可能多的BEE，从而使佩戴者能唯一聚焦在该声音上。
扫描BEE-多源BEE增强
如果听者具有足够的剩余能力，听力仪器可尝试在多个源之间划分可用频带。该目标可确切地阐述为使独立接收的空间对照物的数量最大化，即对个体佩戴者可应付的当前声源提供“清楚的”空间信息。
第二模式称为“扫描BEE”，因为其根据佩戴者对尽可能多的对象提供BEE，从而使佩戴者能扫描/追踪多个源。该运行模式相较单一源BEE增强可能需要更好的剩余空间能力。扫描BEE模式如图10中所示，其中分别占用施主1范围和施主2范围的两个源可用，来自施主1范围和施主2范围中的每一范围的一个施主频带(施主FB)移到目标范围中的两个不同目标频带(目标FB)。
2、听音装置和听音系统
2.1听音装置
图11a-11b示意性地示出了用于实施本发明方法和想法的听音装置的实施例。
图11a示出了听音装置LD的实施例，如听力仪器，包括从输入变换器MS到输出变换器SP的正向通路，正向通路包括用于处理(如应用随频率而变的增益)输入变换器(在此为传声器系统MS)拾取的输入信号MIN或源自其的信号并将增强的信号REF提供给输出变换器(在此为扬声器SP)的处理单元SPU。从输入变换器到输出变换器的正向通路(在此包括求和单元“+”和信号处理单元SPU)用粗线指示。听音装置(非必须地)包括反馈抵消系统(用于减少或抵消来自从听音装置的输出变换器到输入变换器的“外部”反馈通路的声反馈)，该系统包括用于估计反馈通路的反馈估计单元FBE和用于将反馈估计量FBest从输入信号MIN减去的求和单元“+”，从而理想地抵消因反馈引起的输入信号部分。所得的反馈校正的输入信号ER由信号处理单元SPU进一步处理。来自信号处理单元的处理后的输出信号，称为基准信号REF，馈给输出变换器SP以呈现给用户。分析单元ANA从正向通路接收信号(在此为输入信号MIN、反馈校正的输入信号ER、基准信号REF、及无线接收的输入信号WIN)。分析单元ANA向信号处理单元SPU提供控制信号CNT以控制或影响正向通路中的处理。用于处理音频信号的算法在信号处理单元SPU和分析单元ANA中完全或部分执行。输入变换器MS代表包括多个传声器的传声器系统，该传声器系统使能修改系统在一个或多个空间方向的特性(例如将灵敏度集中在用户的正向(衰减来自用户后面方向的信号))。输入变换器可包括使能分离来自声场的一个或多个声源的方向算法。作为备选，该方向算法也可实施在信号处理单元中。输入变换器还可包括用于采样模拟输入信号并提供数字化输入信号的模数转换单元。输入变换器还可包括时间到时频转换单元，例如分析滤波器组，用于在多个频带提供输入信号，从而使能在不同频带分开处理信号。类似地，输出变换器可包括数模转换单元和/或时频到时间转换单元，例如合成滤波器组，用于从多个频带信号产生时域(输出)信号。听音装置可适于能够处理与好耳效应有关的信息，唯一源自听音装置本身的局部信息(参见图1)或部分源自经无线接口(天线、收发器Rx-Tx和信号WIN)从另一装置接收的数据，藉此可实施包括位于用户左耳和右耳处的两个听音装置的双耳听音系统(参见图2)。不同于与BEE有关的信息的其它信息可经无线接口交换，例如命令和状态信号和/或音频信号(全部或部分，例如音频信号的一个或多个频带)。BEE有关的信息可以是信噪比(SNR)度量、耳间电平差(ILD)、施主频带等。
图11b示出了用于实施本发明方法和想法的听音装置LD的另一实施例。图11b的听音装置LD的实施例与图11a中所示的类似。在图11b的实施例中，输入变换器包括传声器系统，该系统包括提供输入传声器信号IN1、IN2的两个传声器M1、M2及提供两个输入传声器信号的、定向信号IN形式的加权组合的定向算法DIR，IN馈给处理模块PRO进行进一步处理，例如将随频率而变的增益应用于输入信号并提供处理后的输出信号OUT，该输出信号馈给扬声器单元SPK。单元DIR和PRO对应于图11a实施例的信号处理单元SP。图11b的听音装置LD的实施例包括两个反馈估计通路，从扬声器SPK分别到传声器M1和M2的每一反馈通路各一个反馈估计通路。每一反馈通路的反馈估计量FBest1、FBest2在相应减法单元“+”中从来自传声器M1、M2的相应输入信号IN1、IN2减去。减法单元的、表示相应反馈校正的输入信号的输出ER1、ER2馈给信号处理单元SPU，在此馈给定向单元DIR。每一反馈估计通路包括反馈估计单元FBE1、FBE2，例如包括用于对输入信号(OUT(REF))进行滤波并提供滤波后的输出信号FBest1、FBest2的自适应滤波器，从而提供相应反馈通路的估计量。与图11a的实施例一样，图11b的听音装置可适于能够处理与好耳效应有关的信息，或唯一源自听音装置本身的局部信息(参见图1)，或接收和处理经非必需的无线接口(天线、收发器Rx-Tx和信号WIN，用虚线指示)从另一装置接收的与好耳效应有关的信息，藉此可实施包括位于用户左耳和右耳处的两个听音装置的双耳听音系统(参见图2)。
在两种情形下，分析单元ANA和信号处理单元SPU包括必要的BEE最大化模块(BEE定位器、BEE分配器、移频引擎、BEE提供者、保存相应数据的存储介质等)。
2.2听音系统
图12a示出了包括第一和第二听音装置LD1、LD2的双耳或双侧听音系统，每一听音装置为如图11a或图11b中所示的听音装置。听音装置适于经收发器RxTx交换信息。可在两个听音装置之间交换的信息例如包括信息、控制信号和/或音频信号(如音频信号的一个或多个频带，包括BEE信息)。
图12b示出了包括第一和第二听音装置LD-1、LD-2(在此称为听力仪器)的双耳或双侧听音系统，如助听器系统。第一和第二听力仪器适于位于用户左耳和右耳之处或之中。听力仪器适于在它们之间经无线通信链路如特定耳间IA无线链路IA-WL交换信息。两个听力仪器HI-1、HI-2适于使能交换状态信号，例如包括将特定耳朵处的装置接收的输入信号的特征(包括BEE信息)传给另一耳朵处的装置。为建立耳间链路，每一听力仪器包括天线和收发器电路(在此由模块IA-Rx/Tx指示)。每一听力仪器包括天线和收发器电路(在此由模块IA-Rx/Tx指示)。每一听力仪器LD-1和LD-2包括正向信号通路，其包括传声器MIC、信号处理单元SPU和扬声器SPK。听力仪器还包括具有结合图11a-11b所述的反馈估计单元FBE和组合单元“+”的反馈抵消系统。在图12b的双耳助听器系统中，包括由听力仪器之一如LD-1的分析单元ANA产生的BEE信息(可能及其它信息)的信号WIN传给另一听力仪器如LD-2，反之亦然，用在另一相应分析单元ANA中及控制另一相应信号处理单元SPU。来自本地和对面装置的信息和控制信号在某些情形下一起影响本地装置中的决定或参数设置。控制信号可包括增强系统质量的信息，例如改善信号处理，与佩戴听力仪器的用户当前声环境的分类有关的信息、同步等。BEE信息信号可包括用在系统对侧听力仪器中的方向信息如ILD和/或听力仪器的音频信号的一个或多个频带。每一听力仪器(或听力仪器之一)包括可用手操作的用户接口UI，用于产生控制信号UC，例如用于将用户输入提供给分析单元(例如用于在传声器系统MIC拾取的声场中的多个信号之中选择目标信号)。
在实施例中，听力仪器LD-1、LD-2中的每一个还包括用于从辅助装置如音频网关设备和/或遥控装置接收无线信号(包括音频信号和/或控制信号)的无线收发器ANT、A-Rx/Tx。每一听力仪器包括用于选择来自传声器的输入音频信号INm或来自无线接收器单元ANT、A-Rx/Tx的输入信号INw或其混合的选择器/混合器单元SEL/MIX，其将所得的输入信号IN提供为输出。在实施例中，选择器/混合器单元可由用户经用户接口UI进行控制，参见控制信号UC和/或经无线接收的输入信号(这些输入信号例如包括对应的控制信号(如来自遥控装置)或音频及控制信号的混合(如来自组合的遥控和音频网关设备))。
本发明由独立权利要求的特征限定。从属权利要求限定优选实施例。权利要求中的任何附图标记不意于限定其范围。
一些优选实施例已经在前面进行了说明，但是应当强调的是，本发明不受这些实施例的限制，而是可以权利要求限定的主题内的其它方式实现。
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Claims (13)

1.包括适于分别佩戴在用户左耳和右耳处的左和右听音装置的双耳听音系统的传声器系统从声场拾取的音频信号的处理方法，所述声场包括来自一个或多个声源的声信号，所述声信号从相对于用户的一个或多个方向撞击用户，左和右听音装置包括用于在左和右听音装置之间建立通信链路的收发器，所述方法包括：
b1)根据声信号的频率提供关于用户听觉能力的信息；
b2)确定多个目标频带，在所述目标频带中用户的听觉能力满足预定听觉能力条件；及对分别位于用户左耳和右耳处的左和右听音装置中的每一听音装置执行步骤c1)-c3)：
c1)根据时间、频率及声信号相对于用户的起始方向提供来自一个或多个声源的声信号的动态分离；
c2)在动态分离的声信号之中选择信号；
c3)根据时间、频率和所选信号相对于用户的起始方向及根据声源的位置和相互强度确定所选信号的、表明所选信号相对于声场的其它信号的强度的SNR度量；及
在左和右听音装置中的至少一听音装置中执行步骤c4bin)-d)：
c4bin)将左听音装置的好耳效应度量确定为所选信号分别对于左和右听音装置的SNR度量值之间的差；和/或将右听音装置的好耳效应度量确定为所选信号分别对于左和右听音装置的SNR度量值之间的差；
c5bin)在左和/或右听音装置中确定所选信号在特定时间的多个施主频带，所选信号的好耳效应度量在所述施主频带高于预定阈值；
d)如果满足预定移频条件，在左和/或右听音装置中将所选信号在特定时间的施主频带移到目标频带；
其中，所述预定移频条件包括所述施主频带包含语音。
2.根据权利要求1的方法，其中对动态分离的声信号中的两个以上信号执行步骤c2)-c5bin)，及其中在确定SNR度量时不同于所选信号的所有其它检测到的信号源均视为噪声。
3.根据权利要求1的方法，其中在步骤c2)中，目标信号在动态分离的声信号之中选择，及其中对目标信号执行步骤d)，及其中不同于目标信号的所有其它检测到的信号源视为噪声。
4.根据权利要求3的方法，其中目标信号在满足一个或多个条件的、分离的信号源之中选择，所述一个或多个条件包括：a)具有最大能含量；b)离用户最近；c)位于用户前面；d)包括最大声的语音信号成分。
5.根据权利要求3的方法，其中目标信号可由用户经用户接口选择，从而使能在当前分离的声源之间进行选择或使能选择来自相对于用户的特定方向的声源。
6.根据权利要求1的方法，其中不属于动态分离的声信号之一的信号成分视为噪声。
7.根据权利要求1的方法，其中步骤d)包括用施主频带的量值和/或相位取代目标频带的量值和/或相位。
8.根据权利要求1的方法，其中施主频带选择为高于预定最小施主频率，及其中目标频带选择为低于预定最大目标频率。
9.根据权利要求8的方法，其中最小施主频率和/或最大目标频率适应用户听觉能力。
10.根据权利要求1的方法，其中在步骤b2)中，当不同电平的声音同时播放给用户左耳和右耳时，目标频带确定为用户有能力正确决定哪一耳朵上的电平更大的那一频带。
11.根据权利要求1的方法，其中确定对佩戴者当前的空间感知和语音可懂度没有多大作用的目标频带，使得它们的信息可用来自施主频带的信息取代。
12.根据权利要求1的方法，其中步骤d)在左和右听音装置中同步运行。
13.包括适于分别佩戴在用户左耳和右耳处的左和右听音装置的双耳听音系统，每一听音装置包括用于从包括来自一个或多个声源的声信号的声场拾取声音的传声器系统，所述声信号从相对于用户的一个或多个方向撞击用户，左和右听音装置包括用于在左和右听音装置之间建立通信链路的收发器，及所述听音系统适于根据权利要求1的方法处理左和右听音装置的传声器系统拾取的音频信号。
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