CN103686571A - 助听设备的音调语言的双耳增强 - Google Patents

Abstract

本发明公开了针对助听设备的音调语言的双耳增强的方法和装置。本发明主题的一个方面包括一种用于助听系统中增强音高的方法，该助听系统具有第一和第二助听设备。使用第一助听设备的麦克风接收信号。对该信号执行音高检测，以获得音高值。从第一助听设备向第二助听设备无线地发送音高值。在各个实施例中，将第一助听设备的音高值与第二助听设备的音高值相组合。在各个实施例中，基于组合的音高值来调整增益。

Description

助听设备的音调语言的双耳增强

技术领域

本发明主题总体上涉及一种助听系统，更具体地涉及针对助听设备的音调语言的双耳增强。

背景技术

助听设备包括多种设备，例如，辅助收听设备、耳蜗植入器和助听器。助听器用于根据主体的听力损失程度通过选择性地放大特定频率来改善听力损失的人的听力和语音理解。典型地，助听器具有三个基本部件:麦克风、放大器和扬声器。麦克风接收声音(声学信号)，并且将声音转换成电信号并发送给放大器。放大器与听力损失成比例增大信号的功率并然后通过扬声器发送给耳朵。耳蜗设备可以采用电极向患者发送声音。

音调语言(例如，汉语普通话、广东话或泰语)与英语不同，这是因为音调语言依赖于针对语音可理解性的音高(pitch)辨别。例如，Mandarin使用四个音调来澄清词义:平声的第一音调、第二升调、第三降然后升调以及第四降调。图4的表中示出了示例。由于许多字符具有相同的声音，因此，音调用于将词语彼此相区分。通过音高改变来区分音调，音高改变受限于小范围的低频频谱。

对于听力受损的收听者而言，即使有助听设备的帮助，音高检测速率也会由于不足的频谱分辨率和低频下的听力损失而下降。这对于助听设备的佩戴者而言，导致音调语言的不良语音可理解性。

因此，本领域需要一种用于增强助听设备的音调语言的改进方法和装置。

发明内容

本文公开了针对助听设备的音调语言的双耳增强的方法和装置。本发明主题的一个方面包括一种助听系统中用于增强音高的方法，该助听系统具有第一助听设备和第二助听设备。使用第一助听设备的麦克风接收信号。对该信号执行音高检测，以获得音高值。从第一助听设备向第二助听设备无线地发送音高值。在各个实施例中，将第一助听设备的音高值与第二助听设备的音高值相组合。在各个实施例中，基于组合的音高值来调整增益。

本发明主题的另一方面包括一种助听系统中用于增强音高的方法，该助听系统具有第一助听设备和第二助听设备。在各个实施例中，使用第一助听设备的麦克风来感测时域信号。将时域信号转换成频域信号，并且对频域信号执行音高检测，以获得第一助听设备的音高等高线值和音高检测置信度。从第一助听设备向第二助听设备无线地发送音高等高线值和音高检测置信度。在各个实施例中，使用第一助听设备的音高检测置信度和第二助听设备的音高检测置信度将第一助听设备的音高检测等高线值与第二助听设备的音高检测等高线值相组合。在各个实施例中，基于组合的音高等高线值对音调进行分类，并且基于音调分类来调整增益。

本发明主题的另一方面包括一种助听系统。该系统包括佩戴者第一耳朵中的第一助听设备和佩戴者第二耳朵中的第二助听设备。在各个实施例中，第一助听设备配置为接收信号，对该信号执行音高检测以获得音高值，并且向第二助听设备无线地发送音高值。在各个实施例中，第二助听设备配置为将第一助听设备的音高值与第二助听设备的音高值相组合，并且基于组合的音高值来调整增益。

本发明内容是本申请一些教导的概述，并不应是本发明主题的排他或完尽分析。与本发明主题有关的其他细节可以在详细描述和所附权利要求中找到。本发明的范围由所附权利要求及其法律等同物来限定。

附图说明

图1是示出了根据本发明主题一个实施例的针对助听设备的基于双耳音高检测的系统的流程图。

图2是示出了根据本发明主题一个实施例的针对助听设备的基于双耳音高增强的系统的流程图。

图3是示出了根据本发明主题一个实施例的基于双耳音高增强的系统中的音高检测置信度的示意图。

图4是示出了音调语言中各个音调的意义的表。

具体实施方式

以下本发明主题的详细描述是指附图中的主题，附图通过示意示出了其中可以实践本发明主题的特定方面和实施例。足够详细地描述这些实施例，使得本领域技术人员能够实践本发明主题。本公开中对“一”、“一个”或“各个”实施例的引用不必指代相同实施例，并且这样的引用应为多于一个实施例。以下详细描述是说明性的，并非限制性的。本发明主题的范围由所附权利要求以及与所附权利要求同样有权利的法律等同物的全部范围来限定。

现代的助听设备(例如，助听器)典型地包括与麦克风和接收器通信的处理器，例如数字信号处理器。这样的设计适于对麦克风接收到的信号执行大量处理。这些设计可以是高度可编程的，并且可以适于来自远程设备(例如，有线和无线设备)的输入。

音调语言(例如，汉语普通话、广东话或泰语)与英语不同，这是因为音调语言依赖于针对语音可理解性的音高(pitch)辨别。例如，汉语普通话使用四个音调来澄清词义:平声的第一音调、第二升调、第三降然后升调以及第四降调。图4的表中示出了示例。由于许多字符具有相同的声音，因此，音调用于将词语彼此相区分。通过音高改变来区分音调，音高改变受限于小范围的低频频谱。在一些情况下，基频的改变(V(k,n)=O_n)应当小于100Hz。然而，对于听力受损的收听者而言，即使有助听设备的帮助，音高检测速率也会由于不足的频谱分辨率和低频下的听力损失而下降。这对于助听设备的佩戴者而言，导致音调语言的不良语音可理解性。

先前的解决方案包括:集中于检测助听设备的每一侧(每只耳朵)的基频等高线，并且分别增强每一侧的信号。这些先前解决方案的缺点包括:(1)对两侧的处理彼此独立，这会导致音调检测的不同步;(2)由于针对每一侧分别进行处理，因此不能利用双耳音高检测;以及(3)对于一些不利情况(例如嘈杂情况)，单耳处理如果不具有较强的接收目标信号就不能受益于另一只耳朵。

本发明主题使用双耳音高检测，并且提供鲁棒的音高检测来提高佩戴双耳助听设备的听力受损收听者对音调语言的语音理解。来自左侧和右侧的信息用于增强音调语言的音高检测。在一个实施例中，来自一个助听设备(一侧或耳朵)的信息与来自第二助听设备(第二侧或耳朵)的信息相组合。在另一实施例中，从每一侧检测音高，并且向另一侧传送该音高，以获得更精确的音高等高线信息。

本文公开了针对助听设备的音调语言的双耳增强的方法和装置。本发明主题的一个方面包括一种助听系统中用于增强音高的方法，该助听系统具有第一和第二助听设备。使用第一助听设备的麦克风接收信号。对该信号执行音高检测，以获得音高值。从第一助听设备向第二助听设备无线地发送音高值。在各个实施例中，将第一助听设备的音高值与第二助听设备的音高值相组合。在各个实施例中，基于组合的音高值来调整增益。

图1是示出了根据本发明主题一个实施例的针对助听设备的基于双耳音高检测的系统的流程图。该系统包括佩戴者左耳针对第一助听设备102和佩戴者右耳中的第二助听设备152。所示的系统100中的基本模块包括:频率分析106、156;无线发送110;音高检测108、158;增益调整112、162;增益施加114、164;和合成116、166。在各个实施例中，频率分析模块106、156将麦克风104、105拾取的时域信号转换成频域信号。例如，该频率分析模块106、156能够由离散傅立叶变换(DFT)或其他频率分析方法来实现。无线发送模块110将信号从一侧(或耳朵)发送到另一侧。音高检测模块108、158采用来自两侧的信号，以产生音高等高线检测。在各个实施例中，时域和/或频域方法可以用于音高检测。频域方法的示例包括但不限于，谐波积频谱和频谱分析。增益调整模块112、162首先基于音高等高线确定音调。在各个实施例中，基于音高等高线的斜率来将信号分到多个音调组之一中。

(音高等高线的斜率，Δt是持续时间)

在诸如汉语普通话等音调语言中，例如(参见图4)，对于第二音调，S_f＞0，而对于第四音调，S_f＜0。对于特定语言，还将该信息与音节的长度相组合。在对音调进行分类以后，在各个实施例中，可以基于音调类别来调整增益估计。对于特定音调，在低频中强调增益可以提高语音理解。在实施例中，增益施加模块114、164在频域中施加调整后的增益。在各个实施例中，合成模块116、166将信号转换回时域。在各个实施例中，包括其他模块。例如，对于助听器，可以使用压缩器、反馈抑制器和噪声降低模块，并且可以影响增益。由于实现方式需要整个信号，因此使用相对较大的数据速率。为了限制比特率，可以根据非恒定语音片段的需要，激活无线链路。此外，实施例将传送限制到低频，而不是传送整个频率范围。

图2是示出了根据本发明主题一个实施例的针对助听设备的基于双耳音高增强的系统的流程图。在各个实施例中，图2的系统通过降低计算成本并减小对嘈杂环境的敏感度改进了图1的系统。该系统包括佩戴者左耳中的第一助听设备202和佩戴者右耳中的第二助听设备252。所示系统200中的基本模块包括:频率分析206、256;无线发送210;音高检测208、258;音高校正211、261;增益调整212、262;增益施加214、264;和合成216、266。频率分析模块206、256将由设备麦克风204、256拾取的时域信号转换成频域信号。例如，频率分析模块206、256能够由离散傅立叶变换(DFT)或其他频率分析方法来实现。无线发送模块210将音高检测结果从一侧发送到另一侧。音高检测模块208、258可以以多种方式来实现。频域算法包括谐波积频谱、尝试将频域特性与预定的频率图相匹配的最大似然、以及由于谐波序列的峰值检测。对于音高检测模块，本发明主题还测量检测置信度。

c=f(SNR)

在各个实施例中，检测置信度是信噪比(SNR)的函数。SNR越高，检测结果的置信度就越高。

SNR(n)=max(min(SNR(n),T1),T2)

$c\left(n\right)=\frac{\mathrm{SNR}\left(n\right)-T1}{T2-T1}$

在各个实施例中，T1和T2用于限制SNR值，并且c(n)的值在0到1的范围内。在各个实施例中，向另一侧(用户另一只耳朵中的设备)传送检测置信度以及音高等高线值。

图3是示出了根据本发明主题一个实施例的基于双耳音高增强的系统中的音高检测置信度的示意图。该示意图使用T1＝-10dB和T2＝20dB的示例，示出了音高检测置信度与SNR。还可以使用非线性函数来计算检测置信度。

在各个实施例中，本发明主题提供了音高校正。音高校正模块211、261根据确定的音高检测置信度将来自两侧(来自左耳中的设备和右耳中的设备)的音高值相组合。在一个实施例中，可以使用以下方程来组合音高值。

$f_0\left(n\right)=\frac{c_l\left(n\right)}{c_l\left(n\right)+c_r\left(n\right)}{f}_0^l\left(n\right)+\frac{c_r\left(n\right)}{c_l\left(n\right)+c_r\left(n\right)}{f}_0^r\left(n\right)$

如果c_l(n)＝c_r(n)＝0

则对于左侧: $f_0\left(n\right)=f_0^l\left(n\right)$

对于右侧: $f_0\left(n\right)=f_0^r\left(n\right)$

在各个实施例中，增益调整模块212、262首先基于音高等高线来确定音调。在各个实施例中，基于音高等高线的斜率将信号分到若干音调组之一中。

(音高等高线的斜率，Δt是持续时间)

在音调语言汉语普通话的示例中(图4)，对于第二音调，S_f＞0，而对于第四音调，S_f＜0。对于特定语言，还可以与音节的长度相组合。在对音调进行分类以后，在各个实施例中，可以基于音调类别来调整增益估计。对于特定音调，在低频中强调增益可以提高语音理解。在实施例中，增益施加模块214、264在频域中施加调整后的增益。在各个实施例中，合成模块216、266将信号转换回到时域。在各个实施例中，包括其他模块。例如，对于助听器，可以使用压缩器、反馈抑制器和噪声降低模块，并且可以影响增益。

图2的系统具有多个优点。一个优点在于，可以使用相对较低的数据速率，这是因为对于实现方式仅需要音高和检测置信度。此外。还可以通过仅针对非恒定语音片段激活无线链路来限制比特率。此外，由于音高与信号本身相比变化较慢，因此可以在发送之前对音高改变有效率地抽取和编码。因此，在各个实施例中，本发明主题与双耳音高检测相比具有较低的计算成本，并且对于嘈杂环境是鲁棒的。

针对助听器说明了本发明主题，但是本发明主题可以使用在任一助听设备中。在各个实施例中，可以使用其他方法来计算检测得分，只要该检测得分表示如何估计音高的置信度得分。在各个实施例中，除了将两侧的音高相组合以外还可以实现音高校正，只要音高校正可以受益于两侧的信息，尤其是利用较好的耳朵(高SNR侧)。

本发明主题的另一方面包括一种助听系统中用于增强音高的方法，该助听系统具有第一和第二助听设备。在各个实施例中，使用第一助听设备的麦克风来感测时域信号。将时域信号转换成频域信号，并且对频域信号执行音高检测，以获得第一助听设备的音高等高线值和音高检测置信度。从第一助听设备向第二助听设备无线地发送音高等高线值和音高检测置信度。在各个实施例中，使用第一助听设备的音高检测置信度和第二助听设备的音高检测置信度将第一助听设备的音高检测等高线值与第二助听设备的音高检测等高线值相组合。在各个实施例中，基于组合的音高等高线值对音调进行分类，并且基于音调分类来调整增益。

本发明主题的另一方面包括一种助听系统。该系统包括佩戴者第一耳朵中的第一助听设备和佩戴者的第二耳朵中的第二助听设备。在各个实施例中，第一助听设备配置为接收信号，对该信号执行音高检测以获得音高值，并且向第二助听设备无线地发送音高。在各个实施例中，第二助听设备配置为将第一助听设备的音高值与第二助听设备的音高值相组合，并且基于组合的音高值来调整增益。

本发明主题的各个实施例支持与助听设备的无线通信。在各个实施例中，无线通信可以包括标准或非标准通信。标准无线通信的一些例子包括链路协议、蜂窝协议，链路协议包括但不限于:BLUETOOTH^TM、IEEE802.11(无线LAN)、802.15(WPAN)、802.16(WiMAX)，蜂窝协议包括但不限于CDMA和GSM，ZigBee和超宽带(UWB)技术。这样的协议支持射频通信，其中一些支持红外通信。尽管作为无线电系统说明了本系统，但是无线通信的其他形式也能够被使用，例如超声波，光的和其他形式。可以理解可以使用标准包括过去和当前的标准。还可预期的，在不脱离本发明主题的范围的情况下，可以采用这些标准的未来版本和新的未来标准。

无线通信支持来自其他设备的连接。这样的连接包括但不限于，具有链路协议的一个或多个单声或立体声连接或数字连接，或国家流传输接口，链路协议包括但不限于802.3(以太网)、802.4、802.5、USB、ATM、光纤信道、Firewire或1394、InfiniBand。在各个实施例中，这样的连接包括多有过去和当前的链路协议。还可预期，在不脱离本发明主题的范围的情况下，可以采用这些协议的未来版本和新的未来标准。

应理解，在不脱离本发明主题的范围的情况下，可以采用通信标准、协议的变型和组件的组合。助听设备典型地包括外壳或壳体、麦克风、助听设备电子装置，该电子装置包括处理电子装置和扬声器或接收器。在各个实施例中，处理电子装置包括控制器或处理器，例如，数字信号处理器(DSP)。在不脱离本公开的范围的情况下，可以使用其他类型的处理器。应理解，在各个实施例中，麦克风是可选的。应理解，在各个实施例中，接收器是可选的。因此，本文提出的示例意在说明并非是变型的限制或完尽描述。

应理解，本专利申请中引用的助听器包括处理器。处理器可以是数字信号处理器(DSP)、微处理器、微控制器、其他数字逻辑电路或其组合。本申请中引用的信号处理可以使用处理器来执行。处理可以在数字域、模拟域或其组合中进行。处理可以使用标准处理技术来进行。一些处理可以包括频域方面和时域方面二者。为了简要起见，在一些示例中，附图可以省略执行频率合成、频率分析、模数转换、数模转换、放大和特定类型滤波和处理的特定模块。在各个实施例中，处理器适于执行显式或非显式示出的存储器中存储的指令。可以使用各种类型的存储器，包括易失或非易失形式的存储器。在各个实施例中，指令可以由处理器执行，以执行大量信号处理任务。在这样的实施例中，模拟组件与处理器通信以执行信号任务，例如麦克风接收、或接收器声音实施例(即，在使用这种换能器的应用中)。在各个实施例中，在不脱离本发明主题的范围的情况下，可以出现本文提出的模块图、电路和处理的不同实现方式。

针对包括助听器的助听设备说明本发明主题，听力器包括但不限于，耳朵后方(BTE)、耳朵中(ITE)、耳道中(ITC)、耳道中接收器(RIC)或完全在耳道(CIC)类型的助听器。应理解，耳朵后方类型的助听器可以包括实质上位于耳朵后方或耳朵之上的设备。这样的设备可以包括具有与耳朵后方设备的电子部件相关联的接收器的助听器、或在用户的耳道中具有接收器(包括但不限于耳道中接收器(RIC)或耳朵中接收器(RITE)设计)类型的助听器。通常，本发明主题还可以在助听设备中使用，例如，耳蜗植入类型的助听设备以及具有换能器的深插入设备，换能器例如是接收器或麦克风，无论定制固定、标准、开放固定还是封闭固定。应理解，本文没有明确陈述的其他助听设备可以与本发明主题结合使用。

本申请意在覆盖本发明主题的改变或变型。应理解，以上描述意在示意并非限制。应当参照所附权利要求以及以及与所附权利要求同样有权利的法律等同物的全部范围来确定本发明主题的范围。

Claims (20)

1.一种用于助听系统中增强音高的方法，所述助听系统具有第一助听设备和第二助听设备，所述方法包括:

使用第一助听设备的麦克风接收信号;

对所述信号执行音高检测，以获得音高值;

从第一助听设备向第二助听设备无线地发送音高值;

将第一助听设备的音高值与第二助听设备的音高值相组合;并且

基于组合的音高值来调整增益。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，将第一助听设备的音高值与第二助听设备的音高值相组合包括:使用音高校正。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，使用音高校正包括:使用音高检测置信度将来自第一助听设备和第二助听设备的音高值相组合。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，使用音高检测置信度包括:确定第一助听设备的音高检测置信度和第二助听设备的音高检测置信度。

5.根据权利要求4所述的方法，还包括:

从第一助听设备向第二助听设备无线地发送第一助听设备的音高检测置信度。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，对信号执行音高检测以获得音高值包括:确定音高等高线值。

7.根据权利要求3所述的方法，其中，音高检测置信度是信噪比SNR的函数。

8.根据权利要求3所述的方法，其中，音高检测置信度是使用非线性函数计算的。

9.根据权利要求1所述的方法，还包括:

对信号施加调整后的增益，以获得增强信号。

10.根据权利要求3所述的方法，还包括:

使用接收器来播放增强信号。

11.一种用于助听系统中增强音高的方法，所述助听系统具有第一助听设备和第二助听设备，所述方法包括:

使用第一助听设备的麦克风来感测时域信号;

将时域信号转换成频域信号;

对频域信号执行音高检测，以获得第一助听设备的音高等高线值和音高检测置信度;

从第一助听设备向第二助听设备无线地发送音高等高线值和音高检测置信度;

使用第一助听设备的音高检测置信度和第二助听设备的音高检测置信度将第一助听设备的音高检测等高线值与第二助听设备的音高检测等高线值相组合;

基于组合的音高等高线值对音调进行分类;并且

基于音调分类来调整增益。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括:

对频域信号施加调整后的增益。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括:

将所述频域信号转换为调整后的时域信号。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括:

使用接收器来播放调整后的时域信号。

15.根据权利要求11所述的方法，其中，无线地发送音高等高线值和音高检测置信度包括:使用Bluetooth^TM。

16.根据权利要求11所述的方法，其中，无线地发送音高等高线值和音高检测置信度包括:使用IEEE802.11，802.15或802.16。

17.根据权利要求11所述的方法，其中，无线地发送音高等高线值和音高检测置信度包括:使用蜂窝协议，例如CDMA或GSM。

18.根据权利要求11所述的方法，其中，无线地发送音高等高线值和音高检测置信度包括:使用超宽带UWB技术。

19.一种助听系统，包括:

佩戴者第一耳朵中的第一助听设备;以及

佩戴者第二耳朵中的第二助听设备，

其中，第一助听设备配置为:

接收信号;

对信号执行音高检测以获得音高值;并且

向第二助听设备无线地发送音高值，并且

其中，第二助听设备配置为:

将第一助听设备的音高值与第二助听设备的音高值相组合;并且

基于组合的音高值来调整增益。

20.根据权利要求19所述的助听系统，其中，第一助听设备和第二助听设备包括第一助听器和第二助听器。

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