CN104606762A - 一种基于数字信号处理系统的听觉统合训练器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于数字信号处理系统的听觉统合训练器。包括核心处理单元，其用于声音信号的实时处理，实时处理包括原声播放、对声音信号的滤波运算、移频运算和生成差频脑电波诱导信号；实时处理内设有情绪障碍调节模式、双耳平衡治疗模式、滤波复合感知模式、听觉过敏治疗模式和自定义模式；及外设单元，其用于辅助核心处理单元完成此听觉统合训练器原声播放、滤波运算、移频运算和生成差频脑电波诱导信号的功能。本发明通过选择不同音频处理的效果，将特定选择的音乐进行处理，让听者矫正听觉系统对声音处理失调的现象，并刺激大脑皮层，从而达到改善语言障碍、交往障碍、情绪失调和行为紊乱的目的。

Description

一种基于数字信号处理系统的听觉统合训练器

技术领域

本发明属于医疗器械领域，涉及一种基于数字信号处理系统(DSP)的听觉统合训练器，用于广发性发育障碍、注意力缺陷多动症儿童、言语及语言发育障碍、情绪障碍和情感障碍和学习障碍的治疗。

背景技术

当儿童的听力存在先天的缺陷或受到损害(不管是传导性的还是感觉神经性的，都不能正确的察觉声音传导)，对周围环境事物产生歪曲的知觉，往往会导致语言发育迟缓和行为、情绪障碍。

听觉统合训练(Auditory Integration Training)，简称AIT，是一种特殊的音乐治疗方法，通过聆听一组经过过滤和调制的音乐来达到校正听觉系统对声音的失调现象，并刺激大脑皮层，从而达到改善行为紊乱和情绪失调的目的。作为一种整体的听力训练程序，充分利用现代电子技术，在帮助个体对周围环境的反应性、改善个体在对声音信息相关的认知障碍和“不均衡听力”以及听力过敏等方面，具有其他矫治方法所难以媲美之处。听觉统合训练主要用于治疗儿童孤独症、多动症及儿童学习困难所存在的听知觉障碍。

听觉统合训练的治疗原理在于以下几点：1)通过过滤过度敏感的频率，使大脑听觉皮层重新组织，促进它对所有频率的知觉，减少对听觉信号的歪曲；2)改善中枢的听觉加工处理过程；3)使受训者更清楚地接受声音，从而使其能够更好地学习声音与行为、环境、行动及事件的关系；4)当声音信号通过听觉器官的神经纤维传导至丘脑和大脑皮质系统，音乐中的音高、音强、音色这些基本元素能够直接通过丘脑等皮下结构，使大脑机体产生自主反应，各种音响以时间为载体，在时间的过程中展示着自身有序的声频律动，而这种声频律动与大自然中一切具有生命的物体产生着异体同构的共鸣，形成起、开、张、合的有序交替与增长的生命律动，音乐中的节奏模式和曲调体系在很大程度上与人体的特征节律有着奇妙的共通。

目前，已有一些听觉统合训练系统上市，通过临床治疗结果已证明对儿童发育行为障碍疾病进行早期干预有明显的疗效，但其部分功能不够完善、交互界面设计不够人性化等还存在一定的缺陷，训练体系比较单一，为了给患者提供更方便更全面的治疗，还需要一个更为完善的系统。

对于一些听损伤患儿来说，高频听觉细胞已经完全丧失功能，只对低频段的信号信息比较敏感，其残余的听力大部分集中，会造成听者的理解度降低。由于生理学上的听觉掩蔽效应，对信号的单纯放大无法提高听者的分别能力，因此需要将声音的高频部分能量搬移到低频区域，即采用移频压缩技术对声音信号进行处理，从而提高这部分患儿听觉理解能力。

ADHD(注意力缺陷多动症Attention Deficit Hyperactivity Disorder)儿童存在神经生物学的发育障碍，他们的大脑中的θ脑电波成分显著高于正常儿童，而他们的感觉运动节律SMR波和β波的成分却显著低于正常儿童。ADHD儿童θ脑电波过多、β波较少会导致其大脑唤醒程度低，造成注意力低下和情绪障碍。而SMR波过低会使其在控制自己的行动时面临困难。

目前，利用音乐来诱发脑电波已经成为一种常见的手段，人们利用音乐诱导α波的训练来改善人的记忆和情绪，诱发大脑θ波来帮助人获得更好的睡眠。音乐具有很强的脑电波诱发能力，利用音乐抑制θ波、提升SMR波和β波为注意力缺陷伴多动障碍儿童提供了新的康复方法。

在脑电波诱导中，首先将单音轨音频转换成左右声道完全一样的双音轨音频，利用左右耳差频算法改变其中一个音轨的频率，通过双耳聆听近似的不同频率音乐就可以诱发脑电波进入目标状态。

随着技术的进步，数字化技术已经深入人们的生活，数字化技术具有诸多模拟技术无可比拟的优势。传统的模拟音频处理技术精度低、功耗高、灵活性差，因此传统的音频技术已经不能满足人们的要求。数字技术的快速发展，在很多场合使得数字音频技术逐步取代模拟音频技术，数字化的音频处理具有比模拟音频处理技术更大的优势，因此数字化的音频处理方式成为了音频技术的发展趋势。

本发明利用数字信号处理技术结合听觉统合治疗方法和音乐诱发脑电波的方法针对广发性发育障碍(PDD)儿童；言语及语言发育障碍(SLD)儿童；情绪障碍和情感障碍(ED)儿童和学习障碍(LD)儿童，特别是注意力缺陷多动症(ADHD)儿童提出了一种基于数字信号处理系统(DSP)的听觉统合训练器。

发明内容

本发明克服了现有技术的上述缺陷，提出了一种基于数字信号处理系统(DSP)的听觉统合训练器。针对广发性发育障碍(PDD)儿童，包括孤独症与阿斯伯格综合症；注意力缺陷多动症(ADHD)儿童；言语及语言发育障碍(SLD)儿童；情绪障碍和情感障碍(ED)儿童和学习障碍(LD)儿童，本发明通过选择不同处理的效果，将特定选择的音乐进行处理，让听者矫正听觉系统对声音处理失调的现象，并刺激大脑皮层，从而达到改善语言障碍、交往障碍、情绪失调和行为紊乱的目的。

本发明提出了一种基于数字信号处理系统(DSP)的听觉统合训练器，包括核心处理单元和外设单元。

其中，核心处理单元，主要进行声音信号的实时处理，包括原声播放、滤波运算(所述滤波包括低通滤波、高通滤波、带通滤波和带阻滤波)、移频运算、生成差频脑电波诱导信号等各功能，并且内设有四种预设模式和自定义模式供用户自主选择。

其中，所述核心处理单元进一步包括DSP最小系统，其设置在所述核心处理单元中，其完成声音信号的实时运算处理。

本发明中，所述“DSP最小系统”是DSP能够正常工作的最基本的结构，包括DSP芯片、电源模块所提供的电源、片内程序存储器和时钟源(晶振)。

其中，所述四种预设模式包括：情绪障碍调节模式、双耳平衡治疗模式、滤波复合感知模式和听觉过敏治疗模式。所述自定义模式可将滤波、移频、差频脑电波训练自由结合使用。

其中，所述核心处理单元进一步包括外扩1M的闪存，其设置在所述核心处理单元中，扩充存储烧写的系统程序的存储区。

其中，所述核心处理单元进一步包括扩充8M的同步动态随机存储器，其设置在所述核心处理单元中，增加DSP芯片数据处理的缓存区。

本发明中，所述外设单元辅助核心处理单元完成整个系统的功能，其包括：

电源模块，其与所述核心处理单元连接，外接12V稳压直流电源，提供3.3V和1.6V直流电压作为整个系统的用电来源。

进一步包括按键控制模块，其与所述核心处理单元连接，包括“确认”、“返回”、“向后”、“向前”、“重设”等按键，供用户进行设备的控制操作。

进一步包括音频处理模块，其设置在所述外设单元中，其与所述核心处理单元连接，其中输入端口可接入训练素材播放器，如MP3等，音频处理模块对输入的模拟声音信号进行A/D(模拟向数字)转换，再将转换后的数字信号传输给所述核心处理单元。经输出端口输出处理过的声音，可以直接连接耳机、音箱等放音设备；也可接入无线传输模块，如无线音频发射器，使多个用户使用无线耳机等设备就可以同时接受听觉统合训练。

进一步包括音频存储模块，其设置在所述外设单元中，与所述核心处理单元连接，可插入SD卡，用于存储训练所用到的音乐素材，由核心处理单元直接读取进行信号的实时处理。

进一步包括显示模块，其与所述核心处理单元连接，为LED液晶屏，显示系统菜单，用于指导使用者进行设备的控制操作。

本发明采用数字信号处理芯片进行音频处理的实时实现。采用的数字信号处理芯片是德州仪器的TMS320VC5509A，其片内集成有直接内存存取(Direct Memory Access，DMA)，它可以在嵌入式系统中的不用CPU操作即能实现数据传输，这样宝贵的CPU资源可以被完全用于数据的处理中。在实际应用中，利用乒乓缓存机制来避开DMA数据传输过程中覆盖还没被处理的数据。从而达到音频处理的实时实现。

本发明采用自适应滤波算法，系统在滤波的过程中可以根据当前的滤波结果修正滤波器参数，以达到最优的滤波效果。在音频信号处理平台上变换自适应滤波的收敛判别条件，便于实时实现。

本发明中采用移频压缩算法实现声音信号频率的迁移，是通过选择的方式来处理语音信号的一种压缩技术，先对言语的声学特性进行判断，然后选定需要压缩频率的声音信号部分，并将之压缩移动向临近的低频区域，而经过分析被认为不需要压缩的语音信号则维持不变。

本发明的左右耳差频算法采用SOLA-FS方法，它是一种时域抽取或内插的方法。该方法首先利用改变采样率的方法改变频率，然后再利用SOLA-FS方法完成时长规整。

本发明中，情绪障碍调节模式训练时长共20分钟，共分为4段：第一段为5分钟左右声道均为高通250Hz的滤波处理；第二段为5分钟左右声道均为高通750Hz的滤波处理；第三段为5分钟左右声道均为带通1000～2000Hz的滤波处理；第四段为5分钟左右声道均为高通750Hz的滤波处理。

本发明中，双耳平衡训练模式训练时间共30分钟，共分为4段。第一段为5分钟左右声道原声播放；第二段为10分钟左右声道均为带通1000～4000Hz的滤波处理；第三段为5分钟左右声道原声播放；第四段为10分钟左右声道均为带通1000～4000Hz的滤波处理。

本发明中，滤波复合感知模式训练时间共30分钟，共分为5段。第一段为6分钟左右声道均为带通250～750Hz的滤波处理；第二段为6分钟左右声道均为带通1000～2000Hz的滤波处理；第三段为6分钟左右声道均为带通2000～3000Hz的滤波处理；第四段为6分钟左右声道均为带通3000～4000Hz的滤波处理；第五段为6分钟左右声道的原声播放。

听觉过敏治疗模式训练时间共30分钟，共分为6段；第一段为5分钟左右声道均为低通500Hz的滤波处理；第二段为5分钟左右声道均为低通1000Hz的滤波处理；第三段为5分钟左右声道均为低通1500Hz的滤波处理；第四段为5分钟左右声道均为低通3000Hz的滤波处理；第五段为5分钟左右声道均为低通4000Hz的滤波处理；第6段为5分钟左右声道的原声播放。

本发明中，自定义模式中可根据用户自身具体情况设定移频范围，对用户进行声音信号分辨能力的训练；可根据需要诱导的脑电波范围，设定双耳差频具体数值进行情绪诱导。也可将音乐治疗，滤波治疗，移频治疗和双耳差频脑电波诱导训练相结合进行特定的训练。

附图说明

图1为本发明基于数字信号处理系统(DSP)的听觉统合训练器硬件结构图。

图2为本发明中数字信号处理系统DSP外部存储空间映射体系。

图3为本发明中异步存储器FLASH与TMS320VC5509A硬件连接图。

图4为本发明中同步动态存储器SDRAM与TMS320VC5509A硬件连接图。

图5为本发明中音频处理模块与TMS320VC5509A硬件连接图。

图6为本发明外接音频输入设备时工作流程图。

图7为本发明直接读取音频存储模块中SD卡音频文件时工作流程图。

图8为本发明中所用自适应滤波器原理图。

图9为本发明中所用SOLA-FS算法示意图；其中，图9(a)图为/∫/和/s/的原始频谱包络图；图9(b)为利用比例移频压缩技术将/∫/和/s/的频率压缩到耳聋患者的听力频段内的频谱图。

图10为本发明中所用的移频压缩算法流程图。

图11为本发明中移频压缩算法原理示意图。

具体实施方式

结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。

图1中，1-核心处理单元，2-外设单元，3-数字信号处理器TMS5509A最小系统，4-存储器，5-缓存器，6-电源模块，7-音频存储模块，8-按键控制输入模块，9-LED液晶显示模块，10-复杂可编程逻辑器件(CPLD)，11-音频处理模块。

图1显示的是基于数字信号处理系统(DSP)的听觉统合训练器构成图。其中包括核心处理单元1和外设单元2。

核心处理单元1包括德州仪器的TMS320VC5509A的DSP最小系统3，存储器4和缓存器5。存储器4为扩展的闪存，缓存器5为扩展的SDRAM。核心处理单元1主要进行声音信号的实时处理，包括原声播放，可用于音乐治疗；低通滤波，可用于助听模拟治疗；高通滤波，可用于高频治疗，进行高频诱导、高频谐波刺激；带通滤波，可用于滤波复合治疗；带阻滤波用于吸频治疗，滤除敏感频段治疗(固定频点)；移频运算，用于提高用户听觉分辨能力；生成差频脑电波诱导信号，并且内设有四种预设模式和自定义模式供用户自主选择。

其中TMS5509A的最小系统3相当于整个系统的CPU，进行大量的数据的计算。5509A属于非ROM类芯片，要独立工作必须外扩异步存储器FLASH作为程序固化空间。同时，在片外扩展同步动态随机存储器SDRAM作为系统程序运行空间。

其中外部存储空间映射体系如图3所示。其中存储器4采用1M的芯片AM29LV800。这是一片512K×16bit的异步存储器，其地址线为19位，以“字”访问。但PGE封装的5509A只有14根地址线，而且以“字节”访问。故5509A的最低位地址线A0被悬空，将A[1∶13]与存储器4的A[0∶12]相连，而存储器4的高位地址线A[13∶18]被连接到复杂可编程逻辑器件(CPLD)10，如图4所示。这样每次存储器4中的数据只有8K×16bit被映射到CF1空间中。系统通过CPLD的高位地址线来决定某部分被映射至CF1空间，如图3所示。

其中缓存器5采用8M的芯片HY57V641620FTP，这是一片4M×16bit，占据2个CE空间，如图3所示，为同步动态存储器。通过EMIF(外部存储器接口External Memory Interface)与5509A相连接，如图4。

外设单元2包括电源模块6，音频存储模块7，按键控制模块8，LED液晶显示模块9，复杂可编程逻辑器件(CPLD)10和音频处理模块11。

其中电源模块6，其与所述核心处理单元连接，连接12V稳压直流电源，输出3.3V和1.6V稳压直流电提供整个系统的用电来源。

其中音频存储模块7，其与所述核心处理单元连接，存储训练所用到的音乐素材，由核心处理单元直接读取进行信号的实时处理。

其中按键控制模块8，通过复杂可编程逻辑器件(CPLD)10与所述核心处理单元连接，由“返回”、“向后”、“向前”、“确认”和“重设”5个按键构成，供用户进行设备的控制操作。“返回”键用于返回上级菜单，“向后”、“向前”键用于同级菜单的选择，“确认”键用于进入下级菜单，“重设”键用于训练时，可以终止训练，并返回到上级菜单。

其中显示模块9，通过复杂可编程逻辑器件(CPLD)10与所述核心处理单元连接，为LED液晶屏，显示系统菜单，指导使用者进行设备的控制操作。

其中复杂可编程逻辑器件(CPLD)10与TMS320VC5509A相连，用于扩展TMS320VC5509A的数据接口。

其中音频处理模块11，其与所述核心处理单元连接，其中输入端口Line in可接入训练素材播放器，如MP3等，音频处理模块对输入的模拟声音信号进行A/D(模拟向数字)转换，再将转换后的数字信号传输给核心处理单元，信号的实时处理后再由音频处理模块对处理后的数字信号进行D/A(向模拟数字)转换。输出端口输出处理过的声音，可以直接连接耳机、音箱等放音设备；也可接入无线传输模块，如无线音频发射器，使多个用户使用无线耳机等设备就可以同时接受听觉统合训练。

音频输入直接连接播放器的流程如图5，首先对DSP芯片进行初始化，然后通过按键控制输入参数，读取音频数据，进行自适应滤波同时更新自适应滤波器，最后将滤波后的声音输出给放音设备。由SD卡读入声音文件在处理声音前先要对SD卡进行初始化及一系列操作，其流程如图6。

本听觉统合训练器采用的滤波算法是LMS(最小均方算法Least mean square)自适应滤波算法。其自适应滤波器的原理框图如图8所示。图中，x(n)为输入信号，y(n)为输出信号，d(n)为期望信号或参考信号，e(n)为期望信号d(n)与实际输出信号y(n)的差值。

其中所用的数字滤波器为FIR(有限冲激响应)滤波器，所用公式为

$y\left(n\right)=W^T\left(n\right)X\left(n\right)={\mathrm{\Σ}}_{k=0}^{N-1}{w}_i\left(n\right)x(n-k);$

其中，n为时间序列，W^T(n)为权系数矢量，X(n)为输入矢量，N为滤波器阶数。

其中所采用的自适应滤波算法为LMS(最小均方算法Least mean square)自适应滤波算法。其W(n)的递推公式为：

$W(n-1)=W\left(n\right)-\mathrm{\μ}{\▿}_n;$

其中为W(n)的修正值，μ为自适应步长参数，为均方差E[e²(n)]沿超抛物面下降的n次迭代梯度。修正权向量W时，由于梯度向量的计算量较大，本发明采用瞬时值即令可以有效的降低训练复杂度，化简后权向量迭代公式为：

W(n+1)＝W(n)+2μe(n)X(n)；

本发明中原声播放和滤波训练带有-9、-6、-3、0、3、6dB的增益处理，可按不同需求进行设置。

其中低通滤波的截止频率包括：500Hz、750Hz、1000Hz、1500Hz、2000Hz、3000Hz、4000Hz、6000Hz、8000Hz、10000Hz，各截止带衰减≥25dB；

其中高通滤波的截止频率包括：250Hz、500Hz、750Hz、1000Hz、1500Hz、2000Hz、3000Hz、4000Hz、6000Hz、8000Hz，各截止带衰减≥25dB；

其中带通滤波可选的频段包括：250～750Hz、1000～2000Hz、2000～3000Hz、3000～4000Hz、1000～3000Hz、1000～4000Hz，各截止带衰减≥15dB；

其中带阻频段可选的吸频点包括：500Hz、750Hz、1000Hz、1500Hz、2000Hz、3000Hz、4000Hz、6000Hz、8000Hz、10000Hz。其中3000Hz及以下阻带范围为(吸频点-10％)至(吸频点+10％)，3000Hz以上阻带范围为(吸频点-300Hz)至(吸频点+300Hz)，中心频点衰减≥25dB。

本发明采用按比例压缩移频算法进行频率的迁移。其原理是根据不同患者的听觉范围不同，把原有的语音频谱压缩到患者的听觉域内。其原理示意图如图9所示。

图中阴影部分代表耳聋患者的残余听力范围，两条曲线分别代表/∫/和/s/的频谱包络，图9(a)图表示/∫/和/s/的原始频谱包络图。图9(b)中，按比例移频压缩技术把/∫/和/s/的频率压缩到耳聋患者的听力频段内。因为是按比例在频域里进行压缩的，所以声音信号的能量峰关系保持不变，因此患者可以分辨经过压缩后的语音高频部分，可以识别其差异，重新感知到原来所不能感知的声音

此算法所用的函数表达式为

$\left\{\begin{array}{cc}{X}^{\&prime;}\left(f\right)=0,& f<f_{\mathrm{ol}}\\ X^{\&prime;}\left(f\right)=X[p*(f-f_{\mathrm{ol}})+f_{\mathrm{tl}}],& f_{\mathrm{ol}}<f<f_{\mathrm{oh}}\\ X^{\&prime;}\left(f\right)=0,& f>f_{\mathrm{oh}}\end{array}\right.;$

其中，X(f)为原始信号，X′(f)为移频压缩处理后的信号。其中p为频域压缩比，其公式为

$p=\frac{f_{\mathrm{th}}-f_{\mathrm{tl}}}{f_{\mathrm{oh}}-f_{\mathrm{ol}}};$

其中f_tl到f_th是需要移频的原始频段，f_ol到f_oh为患儿的听力范围。其按比例移频压缩算法的实现的流程如图10所示。

本听觉统合训练器采用的差频算法是SOLA-FS差频算法，主要包含两部分：改变频率和规整时间。

改变频率时f为调整后的频率，f0为原始频率，α为频率改变系数。那么α＝f/fO＝M/L，其中M、L为正整数；要实现任意有理数倍的频率变化，所用公式为：

$\left\{\begin{array}{cc}{x}_1\left(n\right)=x\left(\right[\frac{n}{L}\left]\right)+\frac{\mathrm{mod}(n,L)}{L}\&times;\{(\frac{n}{L}+1)-x\left(\right[\frac{n}{L}\left]\right)\},& n=\mathrm{0,1,2},...(N-1)\&times;L+1,\\ y\left(n\right)=x_1(M\&times;n),& n=\mathrm{0,1,2},...N\&times;L/M\end{array}\right.;$

当M＞L时进行升调变换，M＜L时进行降调变换。其中N为帧长，[]为取整运算。

SOLA-FS算法用来保持规整播放时间。该算法可在不改变音调的情况下，实现音频数据长度的改变。SOLA-FS规整时间算法的各参数示意图如图11所示。其中Sa为分析位移；Ss为合成位移；Kmax为寻找相关性的最大允许位移；L为计算相关性所采用的叠加长度；W为窗长。

其处理流程如下：首先将音频信号中前W个数值取出并存入目标地址中，然后根据Sa的值取下一段语音，然后将这W个点的前L点与输出序列的最后的L个点相比，比较其相关性并记录下结果，然后分析窗口向后移动一个样本点，再将新序列中前L个点与输出序列中的后L个点的一致性进行比较，并记录下其相关性的比较结果。以此类推，选取Kmax次比较结果最一致的情况。将该情况下，所截取的音频序列的前L个点与输出序列的后L个点按照斜坡函数进行叠加，然后再将W个点的窗口中剩余的Ss个点存入到输出序列中去。至此完成了一轮操作。只不过从输入序列中截取的语音段不是从原先的起点开始而是在原先的起点的基础上向后延时Sa个点。所用公式为

其中x_n(n)输入的第m段原始短时信号序列，Km是第m个分析窗口移动量，Km值的变化范围是0至Kmax。输出序列公式与输入序列关系为

y(m×S_s+n+L)＝x_m(n)   n＝1，2，3，...，W-L；

由于在每段波形拼接时存在相位不连续，故采用叠加技术对各拼接处进行平滑处理。叠加函数选用斜坡函数，公式为

$y(m\&times;S_s+n)=\left\{\begin{array}{cc}b\left(n\right)y(m\&times;S_s+n)+(1-b\left(n\right))x_m\left(n\right),& n=\mathrm{0,1},...L-1,\\ x_m\left(n\right),& n=L,...,W.\end{array}\right.;$

其中b(n)为斜坡函数，b(n)＝n/L。

由于互相关系数的计算比较复杂，因此在硬件的实时处理中，本发明采用了平均绝对误差函数(MAE)这种低复杂度的算法来进行匹配性判别，其公式为

$K_m=\underset{0\&le;k\&le;K_{\max }}{\min }\mathrm{MAE}\left(k\right);$

其中

$\mathrm{MAE}\left(k\right)=\frac{1}{L:}\underset{n=0}{\overset{\mathrm{Wov}-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left|X\right[m\&times;S_s+n]-X[m\&times;S_a+k\left]\right|;$

本听觉统合训练器同时配有所需训练素材，其所采用的音乐素材都根据音乐同质性原理选取。每个音乐系列的音乐素材都经过精心选取与编排，适用于不同人群。当音乐与人的情绪节律同步，易于与人产生共鸣，产生共鸣以后，音乐色彩逐渐变换、易逐渐消除其不良情绪、调节聆听者情绪状态。聆听者情绪状态得到改善，变哀伤为优美抒情，变激愤为轻松愉快。

本听觉统合训练器所搭配的音乐素材训练目标清晰、针对性强、疗效明显，能有效改善患者的听觉过敏、情绪障碍、双耳统合失调、紧张忧郁等问题。

本训练器共设有四种预设训练模式和自定义模式，用于不同的针对训练。

预设模式一：情绪障碍调节模式

本训练模式利用高频治疗法，共分为4段，第一段为5分钟左右声道均为高通250Hz的滤波处理；第二段为5分钟左右声道均为高通750Hz的滤波处理；第三段为5分钟左右声道均为带通1000～2000Hz的滤波处理；第四段为5分钟左右声道均为高通750Hz的滤波处理，一共训练20分钟。经过滤波处理的高频音乐声刺激相关的听神经，使得听神经活跃，提高患者听觉注意力，能够刺激耳部神经和大脑，平抚焦虑感，从而有效的抑制了不良情绪和不良心境的产生。同时，调节神经系统使之逐步趋于正常。当音乐与人的精神节律同步，与人的情绪产生共鸣，产生共鸣以后，可逐渐变换音乐色彩情绪，变哀伤为优美抒情，变激愤为轻松愉快。

预设模式二：双耳平衡治疗模式

双耳平衡训练模式训练共分为4段，训练时间共30分钟。第一段为5分钟左右声道原声播放；第二段为10分钟左右声道均为带通1000～4000Hz的滤波处理；第三段为5分钟左右声道原声播放；第四段为10分钟左右声道均为带通1000～4000Hz的滤波处理。此模式可进行左、右声道时频组合滤波式听觉统合训练。本训练模式采用左右声道分离处理的声音信号对左右半脑听神经分别进行定向刺激，通过定向治疗提高左右耳协调处理能力。针对中枢听处理障碍和学习困难人群存在的听觉注意不稳定或者听处理紊乱问题。

预设模式三：滤波复合感知模式

滤波复合感知模式可对音乐声进行复合滤波，经过该模式处理后的音乐能充分突出不同频段的声音特性，适用于听力障碍患者。此模式共5段，训练时间共30分钟。第一段为6分钟左右声道均为带通250～750Hz的滤波处理；第二段为6分钟左右声道均为带通1000～2000Hz的滤波处理；第三段为6分钟左右声道均为带通2000～3000Hz的滤波处理；第四段为6分钟左右声道均为带通3000～4000Hz的滤波处理；第五段为6分钟左右声道的原声播放。治疗中，音乐材料能充分刺激患者听觉中枢，提升患者对声音信号的处理效率，锻炼提升患者的听觉处理能力。

预设模式四：听觉过敏治疗模式

本训练模式共6段，训练时间共30分钟。第一段为5分钟左右声道均为低通500Hz的滤波处理；第二段为5分钟左右声道均为低通1000Hz的滤波处理；第三段为5分钟左右声道均为低通1500Hz的滤波处理；第四段为5分钟左右声道均为低通3000Hz的滤波处理；第五段为5分钟左右声道均为低通4000Hz的滤波处理；第留段为5分钟左右声道的原声播放。本训练模式通过系统脱敏法帮助患者减轻听觉过敏，矫正听觉系统对声音处理失调的现象，并进一步稳定情绪行为，减轻因为听觉过敏带来的烦躁、失眠、耳鸣、耳痛等现象。针对自闭症和听觉过敏人群，本听觉统和训练器通过动态吸频功能针对性的过滤掉引发听觉过敏的频段，刺激强度由弱到强，由小到大逐渐提升使用者的听觉承受力、拓展可接受频域范围，增强使用者听觉适应力，从而达到最后对真实体验“脱敏”反应，保持身心的正常或接近正常状态，逐步帮助患者脱敏。

自定义模式：治疗师可根据患者情况为患者定制个别化的训练模式。

例如，利用本发明通过定向治疗功能提高左右耳协调处理能力。本发明可进行左中右定向、右中左定向。两只耳朵传入的声音到达的大脑中枢是不同的，左耳输入的信号进入右脑，而右耳输入的声音信号则输入左脑。语言中枢主要在左半球，因此，在语言学习方面，应尽可能地挖掘右耳的潜力。音乐中枢主要在右半球，且语言中超音段部分主要与韵律有关。因此，使得左右耳协调工作，分别处理各自擅长的声音信号，从而进一步增强听觉识别能力。

利用本发明进行听觉分辨能力训练，使用移频功能，根据患者所能听到的频率范围，将声音信号的高频部分能量搬移到其所能听到的低频部分，使患者感受到声音信号高频部分能量所携带的信息，可加强其对声音信号的分辨和理解能力。

利用本发明进行脑电波诱导训练，调整双耳差频数值，可进行脑电波的诱导，例如，将左右耳频率调整为β(16-24Hz)范围内的差频声对用户进行训练时，有助于提高其注意力和警觉性，将左右耳频率调整为δ(1-3Hz)和θ(4-7Hz)范围内的差频声刺激则可以帮助用户大脑放松、提升其创造力。

利用本发明通过平衡治疗功能提高平衡能力，并进一步对稳定情绪行为起到很大作用。主司平衡能力的前庭部分与主司听觉注意能力的耳蜗紧密相连。听觉注意能力的提高可促进平衡能力的提高，而这与视觉的平衡能力密切相关，直接影响到人的阅读能力等。此外，平衡是一切活动的基础，当平衡受到破坏时，人将容易出现情绪和行为障碍。平衡能力的提高将会减少情绪和行为障碍的出现。

本发明亦可矫正听觉系统对声音处理失调的现象，刺激脑部活动。

本发明亦可进行左、右声道时频组合滤波式听觉统合训练。

本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。

Claims (18)

1.一种基于数字信号处理系统的听觉统合训练器，其特征在于，包括：

核心处理单元(1)，其用于声音信号的实时处理，所述实时处理包括原声播放、对所述声音信号的滤波运算、移频运算和生成差频脑电波诱导信号；所述实时处理内设有情绪障碍调节模式、双耳平衡治疗模式、滤波复合感知模式、听觉过敏治疗模式和自定义模式；及

外设单元(2)，其用于辅助核心处理单元(1)完成此听觉统合训练器原声播放、滤波运算、移频运算和生成差频脑电波诱导信号的功能。

2.如权利要求1所述的基于数字信号处理系统的听觉统合训练器，其特征在于，进一步包括DSP最小系统(3)，其设置在所述核心处理单元(1)中，用于进行声音信号的实时运算处理。

3.如权利要求1所述的基于数字信号处理系统的听觉统合训练器，其特征在于，进一步包括存储器(4)，其设置在所述核心处理单元(1)中，扩充存储烧写的系统程序的存储区。

4.如权利要求1所述的基于数字信号处理系统的听觉统合训练器，其特征在于，进一步包括缓存器(5)，设置在所述核心处理单元(1)中，增加DSP芯片数据处理的缓存区。

5.如权利要求1所述的基于数字信号处理系统的听觉统合训练器，其特征在于，包括电源模块(6)，其设置在所述外设单元(2)中，其与所述核心处理单元(1)连接，外接12V稳压直流电源，提供3.3V和1.6V直流电压作为整个系统的用电来源。

6.如权利要求1所述的基于数字信号处理系统的听觉统合训练器，其特征在于，进一步包括对按键进行控制的按键控制模块(8)，其设置在所述外设单元(2)中，其与所述核心处理单元(1)连接，所述按键包括“确认”、“返回”、“向后”、“向前”和“重设”，用于供用户进行设备的控制操作。

7.如权利要求1所述的基于数字信号处理系统的听觉统合训练器，其特征在于，进一步包括按音频处理模块(11)，其设置在所述外设单元(2)中，其与所述核心处理单元(1)连接，所述音频处理模块(11)对输入的模拟声音信号进行A/D转换，再将转换后的数字信号传输给所述核心处理单元(1)；经输出端口输出处理过的声音信号连接放音设备或无线传输模块，使多个用户可以同时接受听觉统合训练。

8.如权利要求1所述的基于数字信号处理系统的听觉统合训练器，其特征在于，进一步包括音频存储模块(7)，其设置在所述外设单元(2)中，其与所述核心处理单元(1)连接，用于存储训练所用到的音乐素材，由所述核心处理单元(1)直接读取进行声音信号的实时处理。

9.如权利要求1所述的基于数字信号处理系统的听觉统合训练器，其特征在于，进一步包括显示模块(9)，其设置在所述外设单元(2)中，其与所述核心处理单元(1)连接，所述显示模块(9)为LED液晶屏，用于显示系统菜单和指导使用者进行设备的控制操作。

10.如权利要求2所述的基于数字信号处理系统的听觉统合训练器，其特征在于，所述DSP最小系统(3)采用数字信号处理芯片进行音频处理的实时实现；所述数字信号处理芯片是德州仪器的TMS320VC5509A。

11.如权利要求2所述的基于数字信号处理系统的听觉统合训练器，其特征在于，所述DSP最小系统(3)采用自适应滤波算法，在滤波的过程中根据当前的滤波结果修正滤波器参数，以达到最优的滤波效果；所述自适应滤波算法的收敛判别条件是可调节的，便于实时实现。

12.如权利要求2所述的基于数字信号处理系统的听觉统合训练器，其特征在于，所述DSP最小系统(3)采用按比例移频压缩算法实现声音信号频率的迁移，先对言语的声学特性进行判断，然后选定需要压缩频率的声音信号部分，并将之压缩移动向临近的低频区域，而经过分析被认为不需要压缩的语音信号则维持不变。

13.如权利要求2所述的基于数字信号处理系统的听觉统合训练器，其特征在于，所述DSP最小系统(3)采用左右耳差频SOLA-FS算法，所述左右耳差频SOLA-FS算法是一种时域抽取或内插的方法，首先利用改变采样率的方法改变频率，然后再利用SOLA-FS方法完成时长规整。

14.如权利要求1所述的基于数字信号处理系统的听觉统合训练器，其特征在于，所述情绪障碍调节模式训练时长共20分钟，共分为4段：第一段为5分钟左右声道均为高通250Hz的滤波处理；第二段为5分钟左右声道均为高通750Hz的滤波处理；第三段为5分钟左右声道均为带通1000～2000Hz的滤波处理；第四段为5分钟左右声道均为高通750Hz的滤波处理。

15.如权利要求1所述的基于数字信号处理系统的听觉统合训练器，其特征在于，所述双耳平衡训练模式训练时间共30分钟，共分为4段；第一段为5分钟左右声道原声播放；第二段为10分钟左右声道均为带通1000～4000Hz的滤波处理；第三段为5分钟左右声道原声播放；第四段为10分钟左右声道均为带通1000～4000Hz的滤波处理。

16.如权利要求1所述的基于数字信号处理系统的听觉统合训练器，其特征在于，所述滤波复合感知模式训练时间共30分钟，共分为5段；第一段为6分钟左右声道均为带通250～750Hz的滤波处理；第二段为6分钟左右声道均为带通1000～2000Hz的滤波处理；第三段为6分钟左右声道均为带通2000～3000Hz的滤波处理；第四段为6分钟左右声道均为带通3000～4000Hz的滤波处理；第五段为6分钟左右声道的原声播放。

17.如权利要求1所述的基于数字信号处理系统的听觉统合训练器，其特征在于，所述听觉过敏治疗模式训练时间共30分钟，共分为6段；第一段为5分钟左右声道均为低通500Hz的滤波处理；第二段为5分钟左右声道均为低通1000Hz的滤波处理；第三段为5分钟左右声道均为低通1500Hz的滤波处理；第四段为5分钟左右声道均为低通3000Hz的滤波处理；第五段为5分钟左右声道均为低通4000Hz的滤波处理；第6段为5分钟左右声道的原声播放。

18.如权利要求1所述的基于数字信号处理系统的听觉统合训练器，其特征在于，所述自定义模式中可根据用户自身具体情况设定移频范围，对用户进行声音信号分辨能力的训练；根据需要诱导的脑电波范围，设定双耳差频具体数值进行情绪诱导；或者将音乐治疗，滤波治疗，移频治疗和双耳差频脑电波诱导训练相结合进行特定的训练。