CN104038880B - 一种双耳助听器语音增强方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双耳助听器语音增强方法，该方法包括以下步骤：拾取双耳声学信号；将双耳声学信号分别进行频带分解，得到子带声学信号；计算双耳子带声学信号的联合特征，估计声源所在位置；分别延迟左耳和右耳的子带声学信号，并与不延迟的右耳和左耳的子带声学信号相减或相加，增强指定方向声音；根据噪声源位置，自适应调节延迟参数，抑制噪声信号，得到增强的语音信号。该方法可实现语音信号的方向性增强，并保留语音的自然度。
Description
技术领域
本发明涉及一种音频信号处理方法，特别是涉及一种双耳助听器语音增强方法。
背景技术
即使在“鸡尾酒会”环境下，人类听觉系统也可以出色地辨识不同说话人位置，并有选择的关注有用声音。而由于生理功能退化或生理缺陷，听障患者极易受干扰声源影响，无法关注有用声音。目前，助听器是轻-重度听障患者的最有效的听力干预和康复设备。最新研究表明，在存在干扰源的情况下，佩戴助听器所带来的听觉能力改善程度，仍然是影响听障患者选择助听器的关键因素。
在提高听障患者在干扰源下的语言可懂度方面，方向性语音增强是一个有效途径。在助听器设计中，常使用方向性麦克风实现方向性增强。但是，采用方向性麦克风的助听器通常假定使用者正前方的声音是有用声音，侧方和后方的声音是噪声。因此，佩戴这种助听器的患者必须时刻面向声源方向，因此其技术存在一定局限性，从而影响听障患者的助听器使用满意度。
由此可见，为了解决目前语音增强存在的问题，相关领域技术人员莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的方法被发展完成，而现有的技术又不能适切的解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种双耳助听器语音增强方法，解决现有技术中听障患者受干扰声源影响，无法关注有用声音的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种双耳助听器语音增强方法，包括以下步骤：
步骤一：拾取双耳声学信号，得到左耳声学信号sl和右耳声学信号sr；
步骤二：频带分解：将左耳声学信号sl和右耳声学信号sr分别通过滤波器的各通道进行频带分解，得到左耳子带声学信号和右耳子带声学信号其中i表示滤波器通道数；
步骤三：声源定位：估计声源所在位置，用平面角θ(i)表示；
步骤四：子带声学信号延迟：
延迟1：将左耳子带声学信号延迟t秒，并与不延迟的右耳子带声学信号相减得到叠加的声学信号
延迟2：将右耳子带声学信号延迟t秒，并与不延迟的左耳子带声学信号相减得到叠加的声学信号
其中，t表示声音经过双耳间距所对应的时间，d表示双耳间距，c表示声音传播速度；
步骤五：增益：根据声源位置，调节增益参数依次输出i个通道的子带声学信号
步骤六：频带合成：合成来自各通道的子带声学信号y(i)，得到增强后的语音信号y＝y(1)+y(2)+y(3)+……+y(i)。
所述声源定位方法包括如下步骤：
1)分通道计算双耳标准互相关值；
2)提取有效时间段：设定双耳标准互相关值的峰值门限δt，选取双耳标准互相关值大于δt的时间片段；
3)计算联合特征：在所述时间片段内，分别计算人耳最敏感通道的互相关均值和其它通道的互相关均值
4)提取到达时间差：将乘以比例系数β后与进行叠加，通过设定叠加值的门限δc＝1+β/2，得到超过δc的通道采样位置j，即 则声音到达双耳的时间差为其中，c表示声音传播速度，fs表示采样频率；
5)计算声源位置：用于表示声源位置的平面角其中，d表示双耳间距，αf表示与声源发出的声音信号频率相关的尺度因子。
所述滤波器采用24通道的伽马通滤波器。
所述人耳最敏感通道为滤波器的第12～16通道。
所述双耳标准互相关值的峰值门限δt的取值范围为0.92～0.99。
所述比例系数β的取值范围为0.45～0.55。
所述尺度因子αf的取值范围为1.2～1.7。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：根据噪声源位置，自适应调节延迟参数，抑制噪声信号，得到增强的语音信号，可实现语音信号的方向性增强，并保留语音的自然度；算法计算量低，易于实现，适合助听器等低功耗器件实现。
附图说明
图1为本发明所述的双耳语音增强方法的原理图。
图2为本发明所述的声源定位方法的原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，双耳助听器语音增强方法，包括以下步骤：
步骤一：拾取双耳声学信号，得到左耳声学信号sl和右耳声学信号sr；
步骤二：频带分解：将左耳声学信号sl和右耳声学信号sr分别通过滤波器的各通道进行频带分解，得到左耳子带声学信号和右耳子带声学信号其中i表示滤波器通道数，此处，滤波器采用24通道的伽马通滤波器，则i∈[1，24]，滤波器的时域表示为g(t)＝tn -1e-2πbtcos(2πft+φ),t≥0，这里，φ代表相位，b代表带宽，n是滤波器阶数(取值为4)，f为中心频率。
步骤三：声源定位：估计声源所在位置，用平面角θ(i)表示。
步骤四：子带声学信号延迟：
延迟1：将左耳子带声学信号延迟t秒，并与不延迟的右耳子带声学信号相减得到叠加的声学信号
延迟2：将右耳子带声学信号延迟t秒，并与不延迟的左耳子带声学信号相减得到叠加的声学信号
其中，t表示声音经过双耳间距所对应的时间，d表示双耳间距，c表示声音传播速度，c＝340米/秒。
步骤五：增益：根据声源位置，调节增益参数依次输出i个通道的子带声学信号
步骤六：频带合成：合成来自各通道的子带声学信号y(i)，得到增强后的语音信号y＝y(1)+y(2)+y(3)+……+y(i)。
如图2所示，声源定位方法包括如下步骤：
1)分通道计算双耳标准互相关值τl,r (i)(t,j)。
2)提取有效时间段：设定双耳标准互相关值的峰值门限δt，选取双耳标准互相关值大于δt的时间片段，δt的取值范围是0.92～0.99，优选δt＝0.95。
3)计算联合特征：在时间片段内，分别计算人耳最敏感通道的互相关均值和其它通道的互相关均值对于24通道的伽马通滤波器，人耳最敏感通道为滤波器的第12～16通道，因此
4)提取到达时间差：将乘以比例系数β后与进行叠加，比例系数β的取值范围为0.45～0.55，优选0.5，通过设定叠加值的门限δc＝1+β/2，得到超过δc的通道采样位置j，即则声音到达双耳的时间差为其中，c表示声音传播速度,c＝340米/秒，fs表示采样频率。
5)计算声源位置：用于表示声源位置的平面角其中，d表示双耳间距，αf表示与采样频率fs相关的尺度因子，αf的取值范围是1.2～1.7，优选αf＝1.5。
本发明根据噪声源位置，自适应调节延迟参数，抑制噪声信号，得到增强的语音信号，可实现语音信号的方向性增强，并保留语音的自然度，具有算法计算量低，易于实现的优点，适合助听器等低功耗器件实现。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种双耳助听器语音增强方法，其特征在于,所述方法包括以下步骤：
步骤一：拾取双耳声学信号，得到左耳声学信号sl和右耳声学信号sr；
步骤二：频带分解：将左耳声学信号sl和右耳声学信号sr分别通过滤波器的各通道进行频带分解，得到左耳子带声学信号和右耳子带声学信号其中i表示滤波器通道数；
步骤三：声源定位：估计声源所在位置，用平面角θ(i)表示；
所述声源定位方法包括如下步骤：
1)分通道计算双耳标准互相关值；
2)提取有效时间段：设定双耳标准互相关值的峰值门限δt，选取双耳标准互相关值大于δt的时间片段；
3)计算联合特征：在所述时间片段内，分别计算人耳最敏感通道的互相关均值和其它通道的互相关均值
4)提取到达时间差：将乘以比例系数β后与进行叠加，通过设定叠加值的门限δc＝1+β/2，得到超过δc的通道采样位置j，即j＝则声音到达双耳的时间差为其中，c表示声音传播速度，fs表示采样频率；
5)计算声源位置：用于表示声源位置的平面角其中，d表示双耳间距，αf表示与声源发出的声音信号频率相关的尺度因子；
步骤四：子带声学信号延迟：
延迟1：将左耳子带声学信号延迟t秒，并与不延迟的右耳子带声学信号相减得到叠加的声学信号
延迟2：将右耳子带声学信号延迟t秒，并与不延迟的左耳子带声学信号相减得到叠加的声学信号
其中，t表示声音经过双耳间距所对应的时间，d表示双耳间距，c表示声音传播速度；
步骤五：增益：根据声源位置，调节增益参数依次输出i个通道的子带声学信号
步骤六：频带合成：合成来自各通道的子带声学信号y(i)，得到增强后的语音信号y＝y(1)+y(2)+y(3)+……+y(i)。
2.根据权利要求1所述的双耳助听器语音增强方法，其特征在于，所述滤波器采用24通道的伽马通滤波器。
3.根据权利要求2所述的双耳助听器语音增强方法，其特征在于，所述人耳最敏感通道为滤波器的第12～16通道。
4.根据权利要求1所述的双耳助听器语音增强方法，其特征在于，所述双耳标准互相关值的峰值门限δt的取值范围为0.92～0.99。
5.根据权利要求1所述的双耳助听器语音增强方法，其特征在于，所述比例系数β的取值范围为0.45～0.55。
6.根据权利要求1所述的双耳助听器语音增强方法，其特征在于，所述尺度因子αf的取值范围为1.2～1.7。
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