CN105531764A - 用于在电话系统和移动电话装置中补偿听力损失的方法 - Google Patents

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Abstract

本方法可以为听力受损的用户扩展在移动电话装置和通信系统中的功能可能性，并且可以提升声音质量以及语音可理解度。在该方法中，所述的技术效果是如下实现的，基于从存储在通信网络的服务器上的数据库中并与听力受损用户的电话号码绑定的听力受损用户的听力图、即频率特性中接收到的属性，产生用于听力受损的用户的个性化音频信号(A)。在服务器上基于听力受损用户的听力属性而在宽带频率范围中对A进行处理，依照听力受损用户的属性来调节经过处理的音频信号的功率，并且将经过调节的个性化音频信号从通信服务器传送到听力受损用户的电话装置。所使用的通信网络是蜂窝网络，并且所使用的电话装置是移动电话装置(MTA)。实施将移动电话和听力设备的功能结合的模式。

Description

用于在电话系统和移动电话装置中补偿听力损失的方法
技术领域
本发明涉及计算机工程和电信系统，并且可以用于改善(患有感觉神经性听力损失的)听力受损的用户的可理解度。
背景技术
患有感觉神经性听力损失的人通常具有升高了的声音信息感知级别，这种升高了的声音信息感知级别阻碍他们听到低强度的声音。然而，响亮声音感知通常与正常人处于相同的级别。听力感知损失阈值是取决于频率的，并且是通过对于每一个患者使用清晰的声调信号而在指定的频率(200；500；1,000；2,000；3,000；4,000以及6,000Hz)上确定的。
改善听力受损人群的可理解度的任务包括将语音和日常声音的动态范围汇集到有限的受损听力的动态范围以内。这种压缩动态范围的方法代表将可听范围的信号反应到患者的残留感知区域之中。然而，在这种情况下，被放大的信号不应大于最大电平，否则将会使人产生痛苦的感觉。此外，受损的听力通常是取决于频率的，也就是说，压缩器应该承受在各个频段中的各种动态水平。通常，该任务可以通过应用滤波器组这类在每个通道中都具有不同压缩级别的多通道系统来解决。在设计用于动态范围的多通道压缩器的同时，有必要：
1)找到频率解析度与延迟之间的平衡。在通常的解决方案中，分析频率解析度的提升会导致信号处理时间增加；
2)最大程度可能地将用于动态范围的多通道压缩器的频率解析度与人的声音信息感知的频率解析度相匹配；
3)找到频率解析度与群组延迟之间的平衡。具有不等波段的滤波器组的多通道压缩器中处理信号的延迟在低频段中与高频通道中相比较大，但是该延迟在具有相似频率解析度的等波段系统中较小。在大的延迟(超出8毫秒)下，出现对感知造成负面影响的寄生回波，并且可理解度变得更差。
一种为患有感觉神经性听力丧失的用户提升数字电信系统中的语音可理解度的已知方法是以使用助听器(HA)和移动话机(PS)为基础的，其中为了接收来自PS的信号，用户应将该PS带到他的HA(A.Boothroyd、K.Fitz、J.Kindred等人于2008年3月发表于TheHearingReview的Hearingaidsandwirelesstechnology)。然而，在使用这种方法的时候将会出现这两个单元的声音兼容性和电磁兼容性的问题。提供声音兼容性是以改变PS扬声器的增益和HA中的麦克风灵敏度的必要性为条件的，并且所有这些都会导致在系统内部产生声音反馈，并且由此降低语音可理解度，以及在某些增益和麦克风灵敏度等级上使人产生痛苦的感觉。
举例来说，在美国已经开发了用于检查各种类型的HA与移动PS之间的互兼容性的特别标准。现今，通常会向HA补充经由例如蓝牙的无线链路来与HA通信的额外的自供电设备(YanzJ.L.发表于HearingJournal,2005,58(10)第41-48页的Phonesandhearingaids:issues,resolutions,andanewapproach)。这样做能将HA与PS分隔一定的距离，同时排除了这两个设备的声音兼容性和电磁兼容性的问题。然而，这种方法的缺点在于需要附加设备，也就是在HA与PS之间的信号中继设备。
此外，另一种为听力受损的用户提升数字电信系统中的语音可理解度的已知方法是以具有嵌入式无线通信链路的HA为基础的(R.Dong、D.Hermann、R.Brennan、E.Chau于2008年发表于ICASSP的第1533-1536页的Jointfilterbankstructuresforintegratingaudiocodingintohearingaidapplications)。这种方法包括通过将来自麦克风的信号与经由无线通信链路从远程终端(即电视机、多媒体播放器、具有无线通信链路的另一HA以及配备了嵌入式无线通信链路的其他音频信号源)接收的音频信号相混合来形成输入音频信号以及对该输入音频信号的动态压缩，对该输入音频信号的动态压缩包括：形成子波段音频信号并在相应的子波段中控制信号电平，以便提供以HA用户的听力图为前提条件的子波段信号电平的所需的动态范围，以及随后通过使用合成滤波器组来恢复音频信号。这种具有嵌入式无线通信链路的模拟解决方案的优点在于可以在HA用户接收来自远程终端的音频信号的时候，排除房间中的噪声背景和混响对语音可理解度的负面影响。存在将用户连接到不易受到在房间中存在的声音环境产生的影响的HA网络以及转译诸如紧急消息的可能性。缺点在于HA的复杂度和成本较高，通信范围很小，以及HA的功耗增大。但是该方法的主要限制在于：通过PS的HA用户通信的组织实际是以使用带有所有缺陷的第一模拟解决方案中公开的方法为先决条件的，由此造成了HA与PS之间的声音兼容性和电磁兼容性的问题。
存在一种个人通信设备，包括：用于发射和接收对音频信号编码的通信信号的发射机和接收机，用于使得音频信号能被听到的音频转换器，麦克风，以及与发射机、接收机、音频转换器和麦克风相连并且包含逻辑的控制电路，用于对音频信号应用多波段压缩，其中包括在对转换器进行控制来使音频信号能被听到的同时，基于已存储的用户数据以及基于环境数据集合来产生多波段压缩的参数。
该设备能够保持三个子简档：特别是通过使用具有向设备传送音频简档的可能性的远程装置存储和接收的用户音频简档；用户个人偏好简档；关于环境的数据，即周边噪声简档，这些简档的任何组合都可以应用于在解码了馈送至设备接收器的通信信号之后接收到的音频信号(US7529545)。该设备的缺陷在于：
设备用户无法使用在与对话人进行个人通信期间所需要的个性化音频信号；
在用户经由话机来与另一用户进行通信以及亲自与对话者进行通信的同时，以及在从多个设备的扬声器接收音频信号的同时，例如在看电视、听音乐等期间，设备用户无法接收个性化音频信号；
听力受损且尚未拥有此类设备的通信网络用户无法直接从此类通信网络接收个性化音频信号，尤其是在此类设备的用户与另一尚未拥有类似设备且听力受损的通信网络用户进行通信的时候；
该设备的用户无法依照其偏好来使用各种模式，例如电话交谈，亲自与对话者进行通信，接收来自不同设备的扬声器的音频信号。
与这里请求保护的方法最为接近的是一种以电话号码解析度为基础的用于在电话系统中补偿受损的听力的方法(US6061431)。该方法基于从存储在数据库中并与听力受损的用户的电话号码绑定的听力受损用户的听力图中接收的属性来形成用于所述听力受损的用户的个性化音频信号。
该方法可以在通信网络中实施，通信网络包括：近端使用者(用户)和远程使用者的PS，能够访问PS数据网络的设备，以及作为网络服务器的自动电话交换机，其中听力受损用户属性的数据库、用于处理近端和远程用户信号的应用以及用于依照听力受损用户的号码来选择属性的系统都位于该网络服务器中。该通信服务器基于作为听力受损用户的频率响应的倒数的函数来对宽带频率范围中的音频信号进行处理，依照作为听力受损用户的听力的频率响应的倒数的函数来放大和/或限制经过处理的音频信号的功率，以便保持中等的音量，将经过放大和/或限制的个性化音频信号从通信服务器传送到听力受损用户的电话装置。
依照近端还是远程用户具有受损的听力，该方法有两个实施选项。
依照第一个选项，远程用户具有正常的听力，并且近端用户具有受损的听力。在这种情况下，该处理语音信号的方法包括以下内容。在未进行处理的情况下，通过网络接入设备将来自近端用户的语音信号传送到远程用户的网络中的网络接入设备，并且进一步传送到远程用户的PS。基于听力受损用户(即近端用户)的电话号码，通过网络接入设备将远程用户的音频信号传送到网络服务器，在该网络服务器中，由服务器在应用模块中对音频信号进行处理，所述应用模块被设计成依照近端用户的听力图中包含的属性来处理远程用户的信号，所述听力图是根据该近端用户的电话号码从属性数据库中选出的。然后，通过网络接入设备并且经由通信网络来将经过处理的远程用户信号传送到近端用户的网络接入设备，以及进一步将其传送到近端用户的电话装置。
依照第二个选项，近端用户和远程用户都具有受损的听力。在这种情况下，通信网络中的处理语音信号的方法可以采用如下方式来实施。在网络服务器上，通过相应的网络接入设备接收来自近端和远程用户的音频信号(语音)，该网络服务器中，在相应的应用模块中会依照远程用户的听力图属性(用于近端用户的语音信号)和近端用户的听力图属性(用于远程用户的语音信号)来处理这些信号，并且该听力图属性是依照远程用户和近端用户的电话号码而从属性数据库中选择的。然后，通过相应的网络接入设备并经由通信网络将经过处理的信号传送到用户的电话装置。
这种补偿受损听力的方法的一个优点在于可以基于网络服务器中对用户语音信号的处理来形成用于听力受损的用户的个性化音频信号，其中该处理依照网络中的听力受损用户的属性，这些属性被存储在通信网络服务器的属性数据库中，并且可对于其电话号码而被访问。在电话会话期间，听力受损的用户不使用其HA。一旦结束会话，那么听力受损的用户可以再次使用其HA，而这将会对其造成一定的困难。给定用户的HA是其有效寿命中的主要工具。同时，听力受损的人会遭遇到因为房间的声音所导致的与助听器相关的诸多困难，例如在感知来自诸如音频播放器、电视机等的不同多媒体设备的声音的时候。
应该说明的是，这种已知的方法在数字电话网络中未必会起作用。例如，蜂窝电话网络需要通过在网络服务器中实施附加的音频信号解码/编码来获取脉冲编码调制(PCM)形式的信号，以便处理来自近端和远程用户的信号。依照该方法，通信网络服务器会基于作为听觉受损的人的听力频率响应的倒数的函数而在宽带频率范围中对用户信号进行处理，并且为了补偿听力损失，激活应用于宽带信号的附加的放大和输出信号功率限制器，由此即便在处于网络另一端的用户讲话声音很大的情况下也确保中等音量的音频信号。然而，听力受损的人会显现出频率选择性缺失，由此需要依照心理声音标度来处理音频信号，以及提高PS接收的音频信号中的信噪比，以便在与具有正常听力的人交谈的时候保持相似的语音可理解度等级。如果动态范围压缩器的频率解析度与人的声音信息感知度的频率解析度，即，喊叫标度完全匹配，那么语音可理解度将会更高(J.М.Kates和К.Н.Arehart于2005年发表于EURASIPJ.Adv.Sig.Proc第2005卷第18号第3003-3014页的“Multichanneldynamicrangecompressionusingdigitalfrequencywarping”)。
由此，这种已知的方法存在以下缺陷：
音频信号失真以及低语音可理解度；
无法形成能使用户聆听音频文件、无线电广播等等的个性化音频信号；
在同时接收来自各种设备的扬声器的音频信号的同时，用户无法获取其与位置接近的对话者进行通信所需要的个性化信号；
在收听来自多媒体设备的音频信号的同时，听力受损的人无法同时保持与远程通信网络用户以及位置接近的对话者的会话；
除了自动电话交换机之外，无法使用包含了处理器、随机存取存储器、长期存储单元以及提供通信网络接入的设备的计算机设备作为网络服务器；
此类设备的用户无法依照其偏好来使用各种模式，例如电话交谈，与对话者的个人通信，接收来自不同设备的扬声器的音频信号。
发明内容
本发明的目的是提高质量和性能。
在执行请求保护的方法时，所能获得的技术效果是扩展了功能，提高了用于听力受损的用户在移动电话和通信系统中的声音质量和语音可理解度。
为了实现所设定的目标以及获得所陈述的技术效果，请求保护的技术方案提出的是在补偿电话系统中的听力损失的已知方法中，在处于将移动电话与助听器的功能相结合的模式的同时，将蜂窝网络用作通信网络以及将移动电话用作电话装置，其中包括：基于从听力受损的人的听力图，即听力频率响应获取的属性来形成用于听力受损用户的个性化音频信号，其中所述听力图存储在通信网络服务器上的数据库中并与听力受损用户的电话号码绑定，所述通信网络服务器被用于依据听力受损用户的属性来处理宽带频率范围中的音频信号，对依照听力受损用户的所述属性处理的音频信号的功率进行调节，以及将所述及的经过调节的个性化音频信号从通信网络服务器传送到听力受损用户的电话装置。
本发明的方法还可以具有附加的实施例，其中比较有利的是：
为了在将移动电话装置与助听器的功能相结合的模式中工作，在具有内嵌式无线链路的听力受损用户的移动电话装置上安装基于用户的听力属性来对音频信号执行动态压缩的应用模块以及用于补偿声音反馈的应用模块(通过电子信息介质或是来自与因特网相连的个人计算机)；来自听力受损用户附近的对话者的移动电话装置的麦克风的信号与在无线通道上接收的来自多媒体设备的音频信号相混合，由动态压缩模块动态压缩这个混合的音频信号，并且由声音反馈补偿模块对声音反馈进行补偿，由此获取用于在听力受损用户的移动电话装置上回放的所要传送的宽带音频信号；在听力受损用户的移动电话装置上进行的电话呼叫期间，来自蜂窝网络运营商设备的信号比特流通过绑定的电话号码传送到通信网络服务器，其中来自蜂窝网络运营商设备的比特流会被转换成脉冲编码调制信号，并且依照该脉冲编码调制信号来形成基于其属性的个性化音频信号；然后，通信网络服务器对个性化音频信号进行编码，并且形成用于该个性化音频信号的信号比特流，之后，所述信号比特流经由通信网络传送到听力受损用户的电话装置，以便进行回放；
在通信服务器上附加执行动态压缩；
一旦执行动态压缩，则形成设定的子波段音频信号装置，并且依照听力受损用户的听力频率响应、用于编辑环境噪声的算法的系数，以及单个非均匀子波段中的动态范围压缩函数，在每一个单个的非均匀频段中控制每一个子波段音频信号的动态等级；
一旦补偿了声音反馈，则附加地将混合的音频信号与来自声音反馈补偿模块的输出信号相混合，其中所述声音反馈补偿模块从动态压缩模块接收所还原的宽带音频信号，以此作为输入信号，所述混合音频信号和来自动态压缩模块的输出信号被分解到单独的频率通道中，为每一个单独的频率通道评估自适应滤波系数，并且执行自适应滤波，且自适应滤波的信号用作来自声音反馈补偿模块的输出信号。
在移动电话和通信系统中使用请求保护的方法的优点在于可以在移动电话装置中将电话功能与HA功能相结合。与常规的技术方案相反，除了音频信号动态压缩的系数之外，在这里还引入了编辑环境噪声和抑制声音反馈的功能。由于具有在不使用HA和附加设备的情况下在通信网络服务器中实施的用于为网络中的听力受损用户形成个性化音频信号的功能，因此，该处理能够提升听力受损用户的语音可理解度，由此，即便在不利的声音条件下(在餐厅，在火车站)也能与对话者进行舒适的通信，从而排除了任何反馈“啸叫”，并且快速切换到电话会话。移动PS中的无线链路以及HA功能的可用性能使听力受损的人接收到高可理解度的电视音频信号，享受音响迷你系统的声音质量等等，同时消除了环境噪声因素。
由此，本发明的本质特征是将HA和PS功能并入一个装置，即移动电话装置中。
业内人士可以理解，通过使用这里请求保护的用于在电话系统中补偿听力损失的方法，可以形成用于听力受损的人的个性化音频信号，并且该方法可以用从属权利要求中公开的未改变其本质的各种算法来实施。
以下将参考附图并通过本发明的最为优选的实施选项来对本发明的上述优点以及具体特征进行说明。
附图说明
图1显示的是具有正常听力的人的信号感知范围；
图2与图1相同，但其针对的是具有受损的听力系统的人；
图3显示的是用于实施请求保护的方法的通信系统的功能图；
图4显示的是由中央处理单元来形成用于网络中的听力受损用户的个性化音频信号的功能图；
图5显示的是补偿器输入/输出特性；
图6显示了输入信号；
图7显示的是在执行动态范围压缩(DRC)时获取的图6中的输入信号；
图8显示的是音频(语音)信号的条形图；
图9显示的是经过DRC处理的信号的频谱条形图；
图10显示的是输入音频信号的图示；
图11与图10相同，但其显示的是经过噪声编辑算法处理之后的输入音频信号；
图12显示的是分析滤波器组的振幅-频率响应(AFR)；
图13显示的是声音反馈(AFB)通道的振幅-频率响应(AFR)；
图14显示的是声音反馈(AFB)通道中的群组延迟；
图15显示的是用于实施请求保护的方法的移动电话装置的频率响应的模式；
图16显示的是在抑制声音反馈(AFB)之前的输入音频信号；
图17显示的是移动电话装置扬声器的输出端的音频信号(未执行AFB)；
图18显示的是在由声音反馈(AFB)抑制算法处理了输入信号之后获取的移动电话装置的扬声器输出端上的音频信号。
具体实施方式
图1显示的是具有正常听力的人的信号感知范围，并且图2显示的内容与图1相同，但其针对的是具有感觉神经性听力丧失的人。现代数字助听器的目标是将听力受损的人的响应(图1)转换成具有正常听力的人的响应(图2)。在设计助听器的过程中，其中存在的主要问题是对引入音频信号中的可允许延迟的限制。如果延迟很大(超出8毫秒)，那么将会出现对感知度产生负面影响的寄生回波。现代的助听器会在信号频率子波段中执行处理，而这需要用到分析和合成滤波器组，由此将会引入附加的群组延迟，并且将无法确保延迟小于6-8毫秒。此外，在分开使用HA和PS的时候还会出现在背景技术部分中描述的问题。
这里请求保护的用于在电话系统和移动电话装置中补偿听力损失的方法可以使用在图3所示的功能图中描述的设备来实施。
这里请求保护的方法可以在通信网络中实施，该通信网络包括近端用户和远程用户的PS，即听力受损用户的移动电话装置(MTA)，PS数据网络接入设备，以及通信网络服务器，该通信网络服务器包括用于听力受损用户的属性数据库，用于处理来自近端用户和远程用户的信号的软件，以及用于根据听力受损用户的电话号码来选择属性的系统。
在本发明中，MTA被理解成是任何可编程个人通信设备，例如智能电话、iPhone或iPad；以及电话号码被理解成是任何用户识别标志，例如在诸如“Skype”等等的遵从IP协议的语音通信中使用的识别标志。
为了依照第一选项、也就是在助听器(HA)模式中操作MTA，在具有嵌入式无线链路的现有MTA上，通过使用电子信息介质或从与因特网相连的个人计算机，安装了基于从听力受损用户的听力图获取的用户的听力属性来执行音频信号动态压缩的应用模块(软件)以及声音反馈补偿模块。
当在HA模式中工作时，开关处于位置2(图3)。MTA将被启动，并且将连接无线通信链路，以便聆听多媒体设备(例如音响迷你系统，电视机等等)。来自无线通信链路的信号进入音频信号动态压缩模块的输入端，并且将被双重混合(通过软件)。周边噪声从MTA的麦克风通过I/O设备进入第一混合设备，其中所述I/O设备是基于模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)制造的。从第一混合设备的输出端向声音反馈(AFB)补偿模块的第一输入端传送d[n]信号，并且该信号还被传送到第二混合设备的第一输入端，其中向所述第二混合设备的第二输入端馈送来自AFB补偿模块的输出端的信号。在第二混合处理之后的e[n]信号将被传送到音频信号动态压缩模块的输入端，并且在该模块中将会依照听力受损用户的属性(听力图)来对该信号执行处理，以便缩窄其动态范围。来自音频信号动态压缩模块的输出端的还原的信号s[n](还原单元(未显示)位于动态压缩模块的输出端并用于还原宽带操作)被馈送至AFB补偿模块的第二输入端，并且还被馈送到I/O设备的输入端，以便通过MTA扬声器来进行回放(主要是通过听力受损用户的耳机)。所述声音反馈补偿模块是以用于AFB分析的两个滤波器组、和用于AFB合成的一个滤波器组，以及用于信号子波段处理的单元为基础构造的，并且被设计成抑制声音反馈。
为了依照第二选项、也就是在助听器(HA)模式中操作MTA，接近听力受损用户的对话者与其进行交谈。来自麦克风输出端的音频(语音)信号与环境噪声一起通过I/O设备传送至第一混合设备；由此，通过将麦克风信号与经由无线通信链路而从多媒体设备接收的音频信号相混合，形成了用于动态压缩模块的主输入音频信号。然后，该操作会依照第一选项来继续进行。听力受损用户可以在无中断的情况下同时听到对话者的言语以及音乐声，例如来自音响迷你系统的音乐声。
如有电话呼入，那么MTA的听力受损用户会将开关转到位置1(图3)。该MTA与蜂窝通信网络相连接，并且在电话模式中工作。
考虑到iPhone类型的MTA操作系统的设计人员没有提供访问GSM编解码器的可能性(主要是出于安全原因)，通信网络服务器依照源自移动通信运营商设备的相应电话号码(图3)(由蜂窝网络运营商提供的服务)来拦截信道(例如GSM)中的比特流。该通信网络服务器将来自蜂窝网络运营商设备的信号比特流转换成脉冲编码调制(PCM)信号。该PCM信号会依照服务器上安装的软件而被进一步处理，以便基于从存储在通信服务器上的数据库中且与听力受损用户的电话号码绑定的听力图获取的听力受损用户的属性来形成用于听力受损用户的个性化音频信号。通信服务器在宽带频率范围中基于作为听力受损用户的频率响应的倒数的函数来处理音频信号，依照作为听力受损用户的频率响应的倒数的函数来放大和/或限定经过处理的音频信号的功率，以便保持中等的音量。在经过通信服务器处理之后，根据听力受损用户的病状来形成信号PCM码。然后，所述码由GSM编码器进行编码并被传送到网络接入设备，之后，MTA从通信网络信道接收该比特流(为了清楚起见，在图3中没有显示MTA收发信机)，在解码器中进行解码，然后，经过解码的信号被传递至I/O设备的输入端，并且通过MTA扬声器(耳机)回放语音信号。
依照近端还是远程用户具有受损的听力的事实，该方法的实施例可以通过电话模式来实现。
如果MTA依照第三选项，也就是在电话装置模式中工作的，那么远程用户具有正常的听力，并且近端用户具有受损的听力。在这种情况下，语音信号会在普通模式中通过MTA编码器而被传送到近端用户的网络接入设备，由此绕过通信服务器，并且该信号会通过使用蜂窝通信运营商设备经由通信网络以及经由远程用户的网络接入设备而被进一步传送到远程用户的PS。基于听力受损用户(即近端用户)的电话号码，来自远程用户的音频信号会通过网络接入设备而被传送到网络服务器。通信服务器会依照源于近端用户的听力图的属性来对远程用户的信号执行动态压缩，其中所述听力图是依照近端用户的电话号码而从属性数据库中选择的。然后，经过处理和还原的远程用户的信号通过网络接入设备经由通信网络而被传送到近端用户的网络接入设备。如上所述，近端用户的MTA接收来自通信网络信道的这个比特流，并且用解码器对其进行解码。解码后的信号被传递至I/O设备的输入端，并且通过MTA扬声器(耳机)来回放远程用户的语音音频信号。
如果MTA依照第四选项、也就是在电话装置模式中工作的，那么近端用户和远程用户都具有受损的听力。在这种情况下，近端用户和远程用户的语音信号都会通过其相应的网络接入设备而被传送到通信网络服务器，并且在该通信网络服务器中，依照远程用户的听力图属性(针对近端用户的语音信号)以及近端用户的听力图属性(针对远程用户的语音信号)来动态压缩这些信号，其中所述听力图是依照远程用户和近端用户的电话号码而从属性数据库中选择的。然后，通过相应的网络接入设备还原的经过处理的信号经由通信网络而被传送到这两个用户的MTA。
如果MTA依照第五选项、也就是在电话会话、与近端对话者通信、聆听从安装在MTA之中且用于回放音频文件、无线电广播等等的多媒体软件接收的来自外部多媒体设备的音频信号的模式中工作的，那么用户会将开关同时转到位置1和2。这样做将会实施如上所述的所有四种模式的实施例。由此，在通过电话与另一用户通信以及亲自与对话者通信的同时，以及在接收来自不用设备的扬声器的音频信号的同时，例如在观看电视节目、聆听音乐等等的过程中，用户能够接收个性化音频信号。
业内人士可以理解，通过使用该开关，用户能够控制电话会话、与对话者进行个人通信、接收来自扬声器和多媒体设备的音频信号的模式。
为了形成用于听力受损用户的个性化信号，其MTA的中央处理单元会以如下方式工作(图4)。
MTA中央处理单元使用用于音频信号动态压缩的软件和基于子波段自适应滤波的用于声音反馈补偿的软件形成个性化音频信号，其中该用于音频信号动态压缩的软件包括不等波段滤波器组，与校正增益因数相乘的信道乘法器，用于还原信号宽带响应的输出加法器；该应用模块包括用于AFB分析的两个滤波器组，用于AFB合成的滤波器组(为了简洁起见，在图4中将其显示成AFB分析单元和AFB合成单元)，用于信号子波段处理的单元，其中所述单元评估并更新自适应滤波系数，基于语音活动检测器应用对语音中是否存在停顿的随机评估来测量噪声功率谱密度，以及计算用于编辑环境噪声的算法的加权系数。
从第一混合设备的输出端会向语音活动检测器的输入端传送d[n]信号(参见图1，3)，并且该信号还被传送至用于AFB分析的第一滤波器组的输入端以及第二混合设备的第一输入端，其中将y[n]信号从用于AFB合成的滤波器组的第一输出端传送至所述第二混合设备的第二输入端。从第二混合设备的输出端向不等波段滤波器组的输入端传送e[n]信号。来自语音活动检测器以及用于AFB分析的第一滤波器组的输出端的信号分别被传送到信号子波段处理单元的第一和第二输入端。该不等波段滤波器组具有K个输出端，并且在这些输入端将接收来自每一个组滤波器的信号e0[n]…еK-1[n]。这些信号被传送到信号子波段处理单元的相应输入端。该信号子波段处理单元将会计算子波段增益因数g0…gK-1。所述e0[n]…еK-1[n]和g0…gK-1分别会从不等波段滤波器组的数据输出端以及信号子波段处理单元的数据输出端传送到混合设备集合的第一和第二输入端，其中所述第一和第二输入端分别与用于还原宽带响应的多输入加法器的输入端相连接，并且从所述多输入加法器的输出端获取s[n]信号，以便将其在听力受损用户的MTA回放。该加法器的输出端与第二AFB分析单元相连接，并且所述第二AFB分析单元的输出端与信号子波段处理单元的第三输入端相连接。信号子波段处理单元的输出端与AFB合成单元的输入端相连接。与特定用户的听力图相对应的属性数据将被输入至信号子波段处理单元中。
从第一混合设备的输出端向语音活动检测器的输入端传送d[n]信号(参见图1，3)，并且该信号还被传送到用于AFB分析的第一滤波器组的输入端以及第二混合设备的第一输入端，其中从用于AFB合成的滤波器组的第一输出端将y[n]信号传送到所述第二混合设备的第二输入端。从第二混合装置的输出端向不等波段滤波器组的输入端传送e[n]信号。来自语音活动检测器、用于AFB分析的第一滤波器组的输出端以及来自用于AFB合成的滤波器组的第二输出端的信号分别被传送到信号子波段处理单元的第一、第二和第三输入端。不等滤波器组具有K个输出端，并且在这些输出端上将传送来自所述组中包含的每一个滤波器的e0[n]…еK-1[n]信号。这些信号被传送到信号子波段处理单元的相应数据输入端。所述信号子波段处理单元计算子波段增益因数gK。e0[n]…еK-1[n]信道信号的计数以及因数g0…gK-1分别被传送到与校正增益因数相乘的信道乘法器的第一和第二输入端，所述乘法器的输出端则分别连接到用于还原宽带响应的多输入加法器的输入端，其中从所述加法器的输出端获取s[n]信号，以便由听力受损用户的MTA对其进行回放。该加法器的输出端还连接到用于AFB分析的第二单元的输入端，并且所述用于AFB分析的第二单元的输出端与信号子波段处理单元的第三输入端相连接。与特定用户的听力图相对应的属性数据将被输入至信号子波段处理单元中。
信号子波段处理单元控制：相应子波段中的信号电平，以便提供以MTA的听力受损用户的听力图(属性)为前提条件的所需要的子波段信号电平动态；编辑环境噪声的算法的系数；以及用于在集成于相应子波段增益因数gk中的相应子波段中的动态范围压缩的函数。
动态范围压缩(DRC)可用于减小音频信号中具有高强度和低强度的分量的电平差。由此，语音信号的宽动态范围被转换成了残留听力的窄动态范围。
本方法使用了基于耳蜗滤波器组且具有小群组延迟(不到4毫秒)的滤波模式作为不等波段滤波器组，其中所述耳蜗滤波器组是作为一组具有二阶无限脉冲响应(IIR)的并行波段滤波器来实施的。该耳蜗滤波器组拥有若干个重要的且需要的属性，例如：1)将信号分解到了人耳听觉系统的临界波段中；2)低群组延迟(不到4毫秒)；3)高计算效率(每一个通道中的滤波是通过使用二阶IIR滤波器执行的)。该技术方案使用的是以二阶差分耳蜗模型为基础的22通道的滤波器组。
根据听力受损用户的属性的可用阈值，信号子波段处理单元为每一个子波段中的g0…gK-1信号计算校正增益因数。
然后，由于输出信号动态范围会受痛苦阈值限制，因此使用压缩算法。动态范围压缩(DRC)算法的主要思想是依照输入信号的当前电平来自动控制增益因数。DRC的主要参数是输入/输出函数以及攻击(attack)和还原时间。
在子波段中具有高功率的信号将被衰减，并且低功率的信号将被放大。由于执行了该处理，低的声音也被听见，并且响的声音不会导致产生不舒服的感觉。由此，DRC包括依照输入信号的当前电平来自动控制增益因数。所述DRC的主要参数是：压缩阈值(CT)；压缩比(CR)；攻击和释放时间；助听器增益(GdB)。用分贝量度的压缩阈值(CT)限定压缩器输入/输出特性的弯曲点，其中在所述弯曲点之后，DRC算法变得活动。如果输入信号电平低于CT，那么将会线性放大输出信号。如果输出信号电平高于压缩阈值(CT)，那么压缩器增益将减小。CR参数限定动态范围压缩比。举例来说，大小为5(或5：1)的CR值指的是在输入信号电平每增大5dB的情况下，输出信号电平只增大1dB。图5显示了在参数CR＝2、CT＝70dB以及GdB＝10dB的情况下的压缩器输入/输出特性。该图表限定了压缩器中的输入和输出声压级别(SPL＝声压级)之间的关系。
图6和7显示的是通过使用DRC算法(图7)获取的输入信号处理结果(图6)的示例，其中该结果包括两个部分，即高声区域和低声区域。非线性放大的效果是可以清楚看到的(这两个部分在音量上几乎是平衡(图7))。可以看出的是，由于压缩器中的非线性处理，在经过处理之后，在频谱中会出现失真；但是这些失真不会对说话者的语音可理解度以及可识别性产生很大的影响。
测试语音信号(图8)是通过使用DRC算法处理的，其中该算法是针对特定的听力损失简档而调节的。在图9中显示了在对信号进行了处理之后获取的频谱条形图。这些结果显示出DRC算法能将输出信号电平与听力受损的用户的听力响应相适配。
用于编辑环境噪声的算法是以在心理声音方面激励的频谱加权规则为基础的。该算法使用了用于确定以dB为单位的残留噪声RL的所需电平的可调节参数ζ＝10-RL/20。通过使用以经过修改的最小控制递归平均(MCRA)方法为基础的高效率计算和容错算法，可以评估DRC算法中的每个通道的噪声功率谱密度(PSD)。噪声的当前PSD值Rn(其中n是一个计数值)是通过使用依照具有有用信号的可能性的平滑参数、通过取先前PDS值Re(n)的平均值的方式而计算的，其中作为示例，所述具有有用信号的可能性是由语音活动检测器使用倒谱分析确定的。所述参数每4毫秒刷新。
在通信计算服务器上同样可以执行类似的动态压缩，但是没有AFB的补偿和降噪。
图10和11显示的是使用编辑环境噪声的算法的结果：图10显示的是麦克风输入端上的信号，图11显示的是处理之后的信号。
声音反馈抑制可以依照如下方式来执行(图4)。在DRC输入端，通过使用用于AFB分析的第一滤波器组来将d[n]信号拆分成M个频谱分量。在DRC输出端，通过使用与第一滤波器组相似的用于AFB分析的第二滤波器组，将s[n]信号拆分成M个频谱分量。由于通道内部的信号频谱会占用较窄的频段，因此可以执行至较低采样频率的转换。在用于AFB合成的滤波器组中将会还原源采样频率。信号子波段处理单元(图20)对其自身的自适应滤波系数矢量进行评估。自适应滤波处理域中的最新的结果显示出，在诸如收敛速率和/或模型误差之类的一些参数中，不等波段自适应结构会因为其灵活性较高而好于等波段的结构。对于信号的子波段分解来说，该技术方案使用了过采样的不等波段余弦调制滤波器组(CMFB)，并且在图12中显示了其振幅-频率特性。
在每一个通道中都会评估单独的自适应滤波系数集合。该评估过程对于所有通道而言都是相似的，并且仅仅在参数值方面存在差异，例如滤波器阶数，损失因数和自适应步阶。这些系数基于最小均方算法而被刷新(为了简化记录，信道编号索引将被省略)：
1.将零值指配给每一个滤波系数w[l]，l＝0,1…L-1，其中L是自适应滤波器的阶数。
2.计算滤波器输出计数：其中m是输入信号当前计数值，并且s[m]是输入信号。
3.计算误差评估：е[m]＝d[m]–y[m]，其中d[m]是所需的信号。
4.刷新加权系数：w[l]＝δw[l]+2μе[m]x[m-l]，其中0<δ<1是损失因数。μ参数是算法自适应步阶。当前计数值将会递增：m＝m+1。该算法移动到步骤2。
图13和14显示的是仿真的声音反馈通道的频率响应。
为了对直达通道、也就是用于MTA中的信号处理的通道进行仿真，在这里将会选择一个对听力系统的典型损伤进行补偿的平均AFR(图15)。大多数的损伤在1.5kHz的区域、也就是在语音信息量最大的频率范围中发生。
图16、17、18显示的是AFB模块操作的结果：图16显示的是输入音频信号，图17显示的是扬声器输出端上的音频信号；位于大约5,000Hz的频率上的系统激励是可以清楚看到的，图18显示的是使用抑制声音反馈的算法来处理输入音频信号的结果。从所给出的频谱图中可以看出，通过使用AFB抑制算法，能够在直达通道中使用更高的增益因数来处理信号，而这将会提升听力受损用户的语音可理解度。
工业实用性
这里请求保护的用于在电话系统和移动电话装置中补偿听力损失的方法可以非常有益地作为用于患有感觉神经性听力损失的人的多媒体应用而在产业中应用。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于在电话系统中补偿听力损失的方法，包括：基于从存储在通信网络服务器上的数据库中并与听力受损用户的电话号码绑定的听力受损用户的属性，为听力受损用户形成个性化信号，该通信服务器用于依据听力受损用户的属性来处理宽带频率范围中的音频信号，依照所述听力受损用户的所述属性来对经过处理的音频信号的功率进行调节，以及将经过调节的个性化音频信号从通信服务器传送到听力受损用户的电话装置，其特征在于，使用蜂窝网络作为所述通信网络，以及使用移动电话装置作为所述电话装置，应用将移动电话装置和助听器的功能结合的模式，蜂窝网络用作所述通信网络，并且移动电话装置用作所述电话装置，电话装置的模式用于具有正常听力的用户和听力受损的用户，其特征在于：使用所述听力受损用户的听力图，也就是听力的频率响应作为所述听力受损用户的属性，该移动电话装置在以下模式中工作：
用于由所述听力受损用户聆听多媒体设备的助听器模式，
用于与接近所述听力受损用户的对话者进行通信的助听器模式，
用于听力受损的人的电话装置模式。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在具有嵌入式无线链路的听力受损用户的移动电话装置上安装用于依据用户的听力属性来对音频信号执行动态压缩以及用于补偿声音反馈的应用模块；来自听力受损用户附近的对话者的移动电话装置的麦克风的信号与在无线通道上从多媒体设备接收的音频信号相混合；在动态压缩模块中动态压缩该混合音频信号，并且在声音反馈补偿模块中对声音反馈进行补偿，由此获取所要传送的用于在听力受损用户的移动电话装置上回放的宽带音频信号；如果在听力受损用户的移动电话装置上接收到呼叫，则将来自蜂窝网络运营商设备的信号的比特流通过绑定的电话号码传送到通信网络服务器，其中来自蜂窝网络运营商设备的比特流被转换成脉冲编码调制信号，并且依照该脉冲编码调制信号来形成基于其属性的个性化音频信号；然后，通信网络服务器对个性化音频信号进行编码，并且形成用于该个性化音频信号的信号比特流，之后，该信号的比特流经由通信网络而被传送到听力受损用户的移动电话装置，以便进行回放。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：一旦执行动态压缩，则形成一组子波段音频信号，并且依照听力受损用户的听力频率响应、用于编辑环境噪声的算法的系数以及单个非均匀子波段中的动态范围压缩函数，在每一个单个的非均匀频段中控制每一个子波段音频信号的动态等级。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：一旦补偿了声音反馈，则附加地将混合音频信号与来自声音反馈补偿模块的输出信号相混合，其中所述声音反馈补偿模块从动态压缩模块接收所还原的宽带音频信号作为输入信号，所述混合音频信号和来自动态压缩模块的输出信号被分解到单独的频率通道中，对于每一个单独的频率通道评估自适应滤波系数，并且执行自适应滤波，该自适应滤波的信号用作来自声音反馈补偿模块的输出信号。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：单独地或者同时地应用所述模式。

Claims (5)

1.一种用于在电话系统中补偿听力损失的方法，包括：基于从存储在通信网络服务器上的数据库中并与听力受损用户的电话号码绑定的听力受损用户的听力图、也就是频率响应中获取的属性，为听力受损用户形成个性化信号，该通信服务器用于依据听力受损用户的属性来处理宽带频率范围中的音频信号，依照听力受损用户的所述属性来对经过处理的音频信号的功率进行调节，以及将经过调节的个性化音频信号从通信服务器传送到听力受损用户的电话装置，其特征在于，使用蜂窝网络作为所述通信网络，以及使用移动电话装置作为所述电话装置，应用将移动电话装置和助听器的功能结合的模式。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了应用将移动电话装置和助听器结合的模式，在具有嵌入式无线链路的听力受损用户的移动电话装置上安装用于依据用户的听力属性来对音频信号执行动态压缩以及用于补偿声音反馈的应用模块；来自听力受损用户附近的对话者的移动电话装置的麦克风的信号与在无线通道上从多媒体设备接收的音频信号相混合；在动态压缩模块中动态压缩该混合音频信号，并且在声音反馈补偿模块中对声音反馈进行补偿，由此获取所要传送的用于在听力受损用户的移动电话装置上回放的宽带音频信号；如果在听力受损用户的移动电话装置上接收到呼叫，则将来自蜂窝网络运营商设备的信号的比特流通过绑定的电话号码传送到通信网络服务器，其中来自蜂窝网络运营商设备的比特流被转换成脉冲编码调制信号，并且依照该脉冲编码调制信号来形成基于其属性的个性化音频信号；然后，通信网络服务器对个性化音频信号进行编码，并且形成用于该个性化音频信号的信号比特流，之后，该信号的比特流经由通信网络而被传送到听力受损用户的移动电话装置，以便进行回放。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在通信服务器上附加执行动态压缩。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：一旦执行动态压缩，则形成一组子波段音频信号，并且依照听力受损用户的听力频率响应、编辑环境噪声的算法的系数以及单个非均匀子波段中的动态范围压缩函数，在每一个单个的非均匀频段中控制每一个子波段音频信号的动态等级。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：一旦补偿了声音反馈，则附加地将混合音频信号与来自声音反馈补偿模块的输出信号相混合，其中所述声音反馈补偿模块从动态压缩模块接收所还原的宽带音频信号作为输入信号，所述混合音频信号和来自动态压缩模块的输出信号被分解到单独的频率通道中，对于每一个单独的频率通道评估自适应滤波系数，并且执行自适应滤波，该自适应滤波的信号用作来自声音反馈补偿模块的输出信号。
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