CN105554663B - 用于估计听力装置的反馈通路的听力系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了用于估计听力装置的反馈通路的听力系统，该听力系统包括听力装置及编程装置。所述听力装置包括输入变换器、输出变换器、输入变换器和输出变换器之间的正向通路，所述听力系统还包括反馈通路分析器，用于提供从输出变换器到输入变换器的反馈通路的估计量；所述听力装置包括相应的输入缓冲器和输出缓冲器，用于分别保存电输入信号或源自其的信号及处理后的输出信号或源自其的信号的对应输入和输出时间段；及所述听力装置在特定反馈测量模式下配置成将保存的相应信号的输入和输出时间段经编程接口传给编程装置的反馈通路分析器；及处于特定反馈测量模式的反馈通路分析器配置成基于所述输入和输出时间段确定反馈通路的估计量。

Description

用于估计听力装置的反馈通路的听力系统
技术领域
本申请涉及听力装置。本发明具体涉及包括听力装置和编程装置的听力系统，编程装置用于运行验配软件(或其一部分)从而使听力装置的信号处理能经公共编程接口适应特定用户和/或应用。
本发明的实施例如可用在针对特定用途或用户验配听力装置如助听器的应用中。
背景技术
在针对特定用户需要验配助听器期间，反馈测量通常使用配置成特定“验配模式”的助听器的反馈抵消系统进行。该程序的局限在于助听器中的反馈抵消系统以特定方式实施(适应其在助听器中的正常使用)。在实践中，这样的程序仅提供有限的估计准确度，且通常需要长的测量时间。
发明内容
本申请的目标在于提供估计听力装置的反馈通路的备选方案。
本发明提出一种用于从听力装置的输出变换器到输入变换器的反馈通路估计的方案，其中数字扬声器和传声器数据信号被缓存(临时保存)在听力装置中并(通过有线或无线)传给编程装置，编程装置运行用于针对特定用户需要和/或特定应用编程(验配)听力装置的验配软件。随后，在编程装置中，基于所接收的数字扬声器和传声器数据信号进行反馈通路的(离线)估计。
本申请的目标由权利要求限定的及下面描述的发明实现。
听力系统
一方面，本申请的目标由一种听力系统实现，其包括
-听力装置(HD)，该听力装置包括：
--输入变换器(IT)，用于将输入声音转换为电输入信号；
--输出变换器(OT)，用于将处理后的电信号转换为输出声音；
--输入变换器和输出变换器之间的正向通路，该正向通路包括用于将随电平和/或频率而变的增益应用于正向通路信号并提供处理后的输出信号的信号处理单元(SPU)；
-编程装置(PD)；
-反馈通路分析器(FPA)，用于提供从输出变换器到输入变换器的反馈通路的估计量；
听力装置(HD)和编程装置(PD)中的每一个包括使能在这些装置之间交换数据的编程接口(PI,PD-PI)。听力系统配置成使得反馈通路分析器(FPA)位于编程装置(PD)中，及
-听力装置(HD)包括相应的输入缓冲器(IBUF)和输出缓冲器(OBUF)，用于分别保存电输入信号或源自其的信号及处理后的输出信号或源自其的信号的对应输入和输出时间样本；及其中
-听力装置(HD)在特定反馈测量模式下配置成将保存的相应信号的输入和输出时间样本经编程接口(PI,PD-PI)传给编程装置(PD)的反馈通路分析器(FPA)；及其中
处于特定反馈测量模式的反馈通路分析器(FPA)配置成基于输入和输出时间样本确定反馈通路的估计量。
从而可实现更准确的估计和更短的测量时间。
在实施例中，听力装置包括模数转换器，用于将模拟电信号转换为包括数字样本的数字电信号。在实施例中，听力装置包括数模转换器，用于将包括数字样本的数字电信号转换为模拟电信号。在实施例中，表示声信号的模拟电信号在模数(AD)转换过程中转换为数字音频信号，其中模拟信号以预定采样频率或速率fs进行采样。在实施例中，fs在从8kHz到40kHz的范围中(例如适应所涉及应用的特定需要)以在离散的时间点tn(或n)提供数字样本xn(或x[n])。每一音频样本通过预定的比特数Ns表示声信号在tn时的值，Ns例如在从1到16比特的范围中。数字样本x具有1/fs的时间长度，对于fs＝20kHz，如50μs。在实施例中，多个音频样本按时间帧进行安排。在实施例中，一时间帧包括64个音频数据样本。根据实际应用可使用其它帧长度。
在实施例中，听力装置和编程装置中的每一个包括用于从另一装置无线接收直接电输入信号的相应天线和收发器电路以实施编程接口。在实施例中，编程接口是或包括用于从另一装置接收直接电输入信号的(可能标准化的)电接口(例如有线连接器或无线接口的形式)。在实施例中，直接电输入信号表示或包括音频数据和/或控制数据和/或信息数据和/或编程参数和/或软件/固件程序或其一部分。在实施例中，编程接口包括无线链路。总的来说，通过相应装置的天线和收发器电路建立的无线链路可以是任何类型。
优选地，听力装置和编程装置之间的通信基于高于100kHz的频率下的某类调制。优选地，用于在听力装置和另一装置之间建立通信链路的频率低于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范围中或在5.8GHz范围中或在60GHz范围中(ISM＝工业、科学和医学，这样的标准化范围例如由国际电信联盟ITU定义)。在实施例中，无线链路基于标准化或专用技术。在实施例中，无线链路基于蓝牙技术(如蓝牙低功率技术)。
在实施例中，输入和输出缓冲器配置成保存50个以上音频样本。在实施例中，输入和输出缓冲器配置成保存100个以上音频样本，如500个以上音频样本。在实施例中，输入和输出缓冲器配置成保存音频样本的一个或多个帧，如两个以上帧，如五个以上帧。在实施例中，输入和输出缓冲器配置成保存1000个以下音频样本。在实施例中，输入和输出缓冲器配置成保存音频样本的1-20个帧，如2-10个帧。在实施例中，输入和输出缓冲器为循环缓冲器，从而相对较旧的样本被相对较新的样本代替。在实施例中，当给定缓冲器因前一传输而包括预定数量Nnew的新样本时，缓冲器的内容传给编程装置，例如Nnew＝1或等于缓冲器的样本长度，或等于输入或输出信号的帧长度(或一个以上帧)，例如等于32或64个样本。
在实施例中，反馈通路分析器配置成应用LMS型算法提供反馈通路的估计量。在实施例中，听力系统包括多个不同类型的算法，可由反馈通路分析器选择使用以提供反馈通路的估计量。在实施例中，听力系统(如编程装置，如反馈控制单元)包括多个不同类型的算法(每一算法例如针对特定声情形优化)，可由反馈通路分析器选择使用以提供反馈通路的估计量。在实施例中，将在特定情形使用的算法类型的选择(或建议)经用户接口手动进行或者根据特定(如占优)声情形自动进行。
在实施例中，听力系统包括用于控制反馈通路分析器的反馈控制单元。在实施例中，反馈控制单元包括互相关估计器，用于估计电输入信号或源自其的信号和处理后的输出信号或源自其的信号之间的互相关。在实施例中，反馈控制单元包括自相关估计器，用于估计正向通路的信号如电输入信号或源自其的信号或者处理后的输出信号或源自其的信号的自相关。在实施例中，反馈控制单元包括用于提供当前(背景)噪声电平(或功率或能量)的估计量的背景噪声估计器。
在实施例中，听力系统包括配置成提供试探信号的试探信号发生器。在实施例中，试探信号发生器可配置成例如使能产生不同的试探信号并施加到听力装置的输出变换器。在实施例中，试探信号发生器配置成(在某些情形下)将具有完美或近乎完美的自相关的(循环重复的)确定性序列用作试探信号。术语“确定性”用作与“随机”或“任意”相反的含义(后者例如在包括白噪声的试探信号中例示)。在实施例中，试探信号发生器配置成使用“随机”或“任意”序列。在实施例中，试探信号发生器位于听力装置中。在实施例中，试探信号发生器位于编程装置中。在实施例中，试探信号发生器部分位于听力装置中，部分位于编程装置中。
在实施例中，听力系统(如听力装置)包括组合单元，配置成使试探信号能连到输出变换器。在实施例中，听力系统配置成(在特定反馈估计模式下)控制组合单元以使试探信号能独自连到输出变换器。在实施例中，听力系统配置成控制组合单元以使试探信号(或源自其的信号)能与来自信号处理单元的处理后的输出信号一起连到输出变换器。在实施例中，试探信号在编程装置中产生。在实施例中，试探信号在听力装置中产生。
在实施例中，听力系统包括用户接口，从而使用户(如听觉病矫治专家和/或听力装置的用户)能基于输入和输出时间样本开始反馈通路的估计。在实施例中，编程装置包括用户接口。在实施例中，用户接口实施在(可能第三)单独的装置中，如听力系统的遥控器，如移动电话例如智能电话或类似装置。在实施例中，编程装置实施在计算机中，如PC，如膝上型或平板计算机。在实施例中，编程装置配置成(在正常运行模式下)从电力网供电接收功率(线路功率，如从墙壁插座接收)。在实施例中，编程装置配置为固定不动的装置。在实施例中，用户接口实施在便携装置中，如智能电话或类似装置的APP。
在实施例中，保存的相应信号的输入和输出时间样本从听力装置逐样本传给编程装置(如根据标准化(如G.722)或专有方案)。在实施例中，相应信号的输入和输出时间样本分别按数据样本的帧安排在输入和输出缓冲器中，并从听力装置逐帧传给编程装置(如根据标准化(可与蓝牙或蓝牙低功率兼容的音频编解码器)或专有方案)。
在实施例中，听力系统配置成基于预定判据自动选择多个不同类型的算法中的适当算法。在实施例中，用于选择适当算法的判据基于来自一个或多个检测器的输入(或受其影响)，如背景噪声电平(或功率或能量)的估计量。在实施例中，在背景噪声电平(或功率或能量)相对低的情形下，应用使用包括循环重复的完美序列的试探信号的自适应反馈通路估计算法。在实施例中，在背景噪声电平(或功率或能量)相对高的情形下，应用使用具有矩阵逆的正弦扫描方法或确定性方法的自适应反馈通路估计算法。
本发明系统(如听力装置)包括用于记录(保存)来自听力装置的正向通路音频数据的存储器(一个或多个缓冲器)。在实施例中，该系统配置成保存传声器拾取的音频数据。在实施例中，该系统配置成保存传给输出变换器以呈现给用户的音频数据。在实施例中，该系统配置成保存传声器拾取的音频数据及传给输出变换器的音频数据(如同时记录)的对应时间段(如预定数量的音频样本)。在实施例中，该系统配置成将音频数据保存在听力装置中。在实施例中，该系统配置成(通过有线或无线方式)将音频数据传给编程装置。在实施例中，该系统(如编程装置)配置成基于记录的(保存的)音频数据进行反馈通路的离线估计。其优点在于实现更准确的估计和更短的测量时间。这些优点因以下两点而可以实现：
1、编程装置(计算机)通常(不然总是)比听力装置的计算能力强，其可更快速地进行更先进的估计。
2、离线估计与听力装置中实施的反馈消除系统无关，在给定测量环境的情形下，可选择最佳的估计方法。
在实施例中，听力装置适于提供随频率而变的增益和/或随电平而变的压缩和/或一个或多个频率范围到一个或多个其它频率范围的移频(具有或没有频率压缩)以补偿用户的听力受损。在实施例中，听力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。
在实施例中，输出变换器适于基于处理后的电信号提供由用户感知为声信号的刺激。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，输出变换器包括用于将刺激作为颅骨的机械振动提供给用户的振动器(如在附着骨头的听力装置或骨锚式听力装置中)。
在实施例中，听力装置为便携装置，例如包括本机能源如电池例如可再充电电池的装置。在实施例中，听力装置具有0.15m级的最大外尺寸(如手持移动电话)。在实施例中，听力装置具有0.08m级的最大外尺寸(如头戴式耳机)。在实施例中，听力装置具有0.04m级的最大外尺寸(如听力仪器)。
在实施例中，听力装置包括模数(AD)转换器以按预定采样速率如20kHz使模拟输入(如来自输入变换器)数字化。在实施例中，听力装置包括数模(DA)转换器以将数字信号转换为模拟输出信号，例如用于经输出变换器呈现给用户。
在实施例中，听力装置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，听力装置考虑的、从最小频率fmin到最大频率fmax的频率范围包括从20Hz到20kHz的典型人听频范围的一部分，例如从20Hz到12kHz的范围的一部分。
在实施例中，听力装置包括分类单元，用于对听力装置当前周围的声环境进行分类(如与反馈有关)。在实施例中，听力装置包括向分类单元提供输入及分类基于哪一输入的多个检测器(如反馈检测器，例如相关检测器)。
在实施例中，听力系统包括电平检测器(LD)，用于确定输入信号的电平(例如基于频带级和/或全(宽带)信号)。从用户声环境拾取的电输入信号的输入电平例如是声环境的分类参数。
在实施例中，听力系统包括用于估计当前的噪声电平(或功率或能量)的噪声电平检测器。
在实施例中，听力系统包括话音检测器(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，听力装置包括声(和/或机械)反馈抑制系统，如自适应反馈消除系统。在实施例中，自适应反馈消除系统基于线性时不变滤波器估计反馈通路，其中滤波器权重随时间更新，例如使用随机梯度算法，包括一些形式的最小均方(LMS)或归一化LMS(NLMS)算法。
在实施例中，听力装置还包括用于所涉及应用的其它适宜功能，如压缩、降噪等。
在实施例中，听力装置包括听音装置，例如助听器，例如听力仪器，例如适于位于用户耳朵处、或者完全或部分位于耳道中、或者完全或部分植入在用户头部中的听力仪器，例如头戴式耳机、耳麦、耳朵保护装置或其组合。
听力装置
一方面，提供一种听力装置。该听力装置包括：
-输入变换器，用于将输入声音转换为电输入信号；
-输出变换器，用于将处理后的电信号转换为输出声音；
-输入变换器和输出变换器之间的正向通路，该正向通路包括用于将随电平和/或频率而变的增益应用于正向通路信号并提供处理后的输出信号的信号处理单元(SPU)；
-编程接口，其使能在听力装置和编程装置之间交换数据并包括用于提供从输出变换器到输入变换器的反馈通路的估计量的反馈通路分析器；
-输入缓冲器和输出缓冲器，用于分别保存电输入信号或源自其的信号及处理后的输出信号或源自其的信号的对应输入和输出时间样本；及
其中听力装置在特定反馈测量模式下配置成将保存的相应信号的输入和输出时间样本经编程接口传给编程装置的反馈通路分析器，及经编程接口从编程装置的反馈通路分析器接收基于输入和输出时间样本的反馈通路估计量。
在实施例中，基于输入和输出时间段的反馈通路估计量保存在听力装置中并在听力装置中代替先前的反馈通路估计量。
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力装置的用途。
定义
在本说明书中，“听力装置”指适于改善、增强和/或保护用户的听觉能力的装置如听力仪器或有源耳朵保护装置或其它音频处理装置，其通过从用户环境接收声信号、产生对应的音频信号、可能修改该音频信号、及将可能已修改的音频信号作为可听见的信号提供给用户的至少一只耳朵而实现。“听力装置”还指适于以电子方式接收音频信号、可能修改该音频信号、及将可能已修改的音频信号作为听得见的信号提供给用户的至少一只耳朵的装置如头戴式耳机或耳麦。听得见的信号例如可以下述形式提供：辐射到用户外耳内的声信号、作为机械振动通过用户头部的骨结构和/或通过中耳的部分传到用户内耳的声信号、及直接或间接传到用户耳蜗神经的电信号。
听力装置可构造成以任何已知的方式进行佩戴，如作为佩戴在耳后的单元(具有将辐射的声信号导入耳道内的管或者具有安排成靠近耳道或位于耳道中的扬声器)、作为整个或部分安排在耳廓和/或耳道中的单元、作为连到植入在颅骨内的固定结构的单元、或作为整个或部分植入的单元等。听力装置可包括单一单元或几个彼此电子通信的单元。
更一般地，听力装置包括用于从用户环境接收声信号并提供对应的输入音频信号的输入变换器和/或以电子方式(即有线或无线)接收输入音频信号的接收器、用于处理输入音频信号的信号处理电路、及用于根据处理后的音频信号将听得见的信号提供给用户的输出装置。在一些听力装置中，放大器可构成信号处理电路。在一些听力装置中，输出装置可包括输出变换器，例如用于提供空传声信号的扬声器或用于提供结构或液体传播的声信号的振动器。
在一些听力装置中，振动器可适于经皮或由皮将结构传播的声信号传给颅骨。在一些听力装置中，振动器可植入在中耳和/或内耳中。在一些听力装置中，振动器可适于将结构传播的声信号提供给中耳骨和/或耳蜗。在一些听力装置中，振动器可适于例如通过卵圆窗将液体传播的声信号提供到耳蜗液体。
“听力系统”指包括一个或两个听力装置的系统。“双耳听力系统”指包括两个听力装置并适于协同地向用户的两只耳朵提供听得见的信号的系统。听力系统或双耳听力系统还可包括“辅助装置”，其与听力装置通信并影响和/或受益于听力装置的功能。辅助装置例如可以是遥控器、音频网关设备、移动电话(如智能电话)、广播系统、汽车音频系统或音乐播放器。听力装置、听力系统或双耳听力系统例如可用于补偿听力受损人员的听觉能力损失、增强或保护正常听力人员的听觉能力和/或将电子音频信号传给人。
附图说明
本发明的各个方面将从下面结合附图进行的详细描述得以最佳地理解。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。在整个说明书中，同样的附图标记用于同样或对应的部分。每一方面的各个特征可与其他方面的任何或所有特征组合。这些及其他方面、特征和/或技术效果将从下面的图示明显看出并结合其阐明，其中：
图1示出了根据本发明的听力系统的第一实施例，该听力系统包括连接到编程装置的听力装置，编程装置运行用于对听力装置进行编程的软件。
图2A示意性地示出了根据本发明的听力系统的、数字数据样本从听力装置到编程装置的逐样本传输。
图2B示意性地示出了根据本发明的听力系统的、数字数据样本从听力装置到编程装置的逐帧传输。
图3示出了根据本发明的听力系统的第二实施例。
图4A示出了根据本发明的听力系统的第三实施例的、用户佩戴听力装置的使用情形，其中编程装置包括手持用户接口。
图4B示出了手持用户接口的实施例。
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。对于本领域技术人员来说，基于下面的详细描述，本发明的其它实施方式将显而易见。
具体实施方式
下面结合附图提出的具体描述用作多种不同配置的描述。具体描述包括用于提供多个不同概念的彻底理解的具体细节。然而，对本领域技术人员显而易见的是，这些概念可在没有这些具体细节的情形下实施。装置和方法的几个方面通过多个不同的块、功能单元、模块、元件、电路、步骤、处理、算法等(统称为“元素”)进行描述。根据特定应用、设计限制或其他原因，这些元素可使用电子硬件、计算机程序或其任何组合实施。
电子硬件可包括微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑器件(PLD)、选通逻辑、分立硬件电路、及配置成执行本说明书中描述的多个不同功能的其它适当硬件。计算机程序应广义地解释为指令、指令集、代码、代码段、程序代码、程序、子程序、软件模块、应用、软件应用、软件包、例程、子例程、对象、可执行、执行线程、程序、函数等，无论是称为软件、固件、中间件、微码、硬件描述语言还是其他名称。
可能使用目前技术发展水平的听力装置HD估计反馈通路，而不将数据传给编程装置PD，编程装置通常为用于助听器验配的计算机(PC、MAC等)或智能电话。然而，由于听力装置中有限的处理能力，只能实施相对简单的算法估计反馈通路，如简单的自适应最小均方算法。此外，反馈通路估计仅可使用所实施的算法进行。因此，只有有限的选择在短时间段内获得精确的估计。另一方面，由于访问计算能力强得多的编程装置中的输入/输出数据样本，反馈通路估计不再限于听力装置中实施的简单估计算法。由于访问所有数据，可使用技术上更先进的计算需求更高的方法确定反馈通路，如通过使输出信号的自相关矩阵的逆乘以输入和输出信号的互相关向量的矩阵逆方法，或者需要所获得的输入/输出数据样本与所得脉冲响应的量值谱的补偿的反向和卷积的对数正弦扫描技术。由于计算复杂性，这些方法不适合目前技术发展水平的助听器。
此外，处于离线处理步骤的编程装置可具有许多最佳的估计方法，并配置成使用户(或编程装置)能在不同情形下(如在不同声情形下或在不同听力装置中(如根据其设计))选择在精确度、鲁棒性和测量时间方面最适合的方法。
从而，预期反馈通路测量时间可大大减少，如相较于目前的听力装置减少5-10倍，例如减少到少于2秒。该方案的另一优点在于当引入新的用于听力装置的IC平台时不需要重新设计反馈分析器FPA。
为准备编程装置中的离线处理，需要将数字数据样本传给编程装置(参见图1中的PI、PD-PI、链路)。之所以这样做是因为想要将听力装置的A/D和D/A转换器包括在反馈通路估计中，既然它们是反馈通路的一部分。为传输这两个信号，需要引入缓冲器(参见图1中的IBUF和OBUF)，然后根据预定方案传输内容(以在每当缓冲器因前一传输而被新的音频样本填充时清空缓冲器)。
图1示出了根据本发明的听力系统的第一实施例，该听力系统包括连接到编程装置的听力装置，编程装置运行用于对听力装置进行编程的软件。
图1示出了用于估计听力装置中的声反馈通路的听力系统。声反馈通路在图1中通过模块FBP(表示声传递函数，称为声反馈通路(或其一部分))和时变信号v(t)(t为时间)指明。听力系统包括听力装置HD和编程装置PD。听力系统包括主要位于编程装置PD中的反馈通路分析器FPA。听力装置HD和编程装置PD中的每一个包括使能在这些装置之间交换数据的编程接口(PI PD-PI，如实施为有线或无线链路，参见图1-4A中的“链路”)。编程接口为需要针对特定用户的需要进行定制的听力装置的典型特征。听力系统配置成使数字输入/输出信号能从听力装置流传输/传输到编程装置以在那里进行(离线)处理。因而，听力装置仅需要提供基于样本的流传输和/或缓冲/传输能力(除听力装置的正常功能之外)，同时反馈通路估计使用编程装置(如计算机或智能电话)进行(基于所接收的输入/输出数字信号)。编程装置例如配置成执行听力装置验配软件。该设置确保可使用先进及最佳的估计，而没有任何因听力装置中实施的(有限能力的)反馈估计(由于这样的装置的典型尺寸限制)施加的限制
听力装置HD包括用于将输入声音转换为(时变、模拟)电输入信号s(t)的输入变换器IT，其中t表示时间，及包括用于将处理后的电信号u(t)转换为输出声音(图1中的声输出)的输出变换器OT。声输入信号(图1中是声输入)包括由通过反馈通路FBP传播的声输出信号(的一部分)构成的反馈信号v(t)和环境信号env(t)(如目标信号和/或噪声信号)。听力装置还包括模数转换器AD，用于将模拟电信号s(t)转换为包括信号在离散时间点n的数字样本的数字电信号s(n)；及包括数模转换器DA，用于将包括数字样本的数字电信号u(n)转换为模拟电信号u(t)。正向通路形成在输入变换器IT和输出变换器OT之间。除模数转换器AD和数模转换器DA之外，正向通路还包括信号处理单元SPU，用于将随电平和/或频率而变的增益应用于正向通路的信号(在此为s(n))并提供处理后的输出信号(在此为u(n))。听力装置HD还包括相应的输入缓冲器IBUF和输出缓冲器OBUF，用于分别保存电输入信号s(n)或源自其的信号和处理后的输出信号u(n)或源自其的信号的对应输入和输出时间段。在特定反馈测量模式下，该系统配置成将当前保存的相应信号S,U的输入和输出时间段(由Nbf个音频样本表示)经编程接口(PI,PD-PI,链路)传给编程装置PD的反馈通路分析器FPA。正向通路包括使电输入信号s(n)能与信号处理单元(在特定反馈运行模式下)断开连接的开关单元sw。听力系统配置成使开关单元sw和听力装置的其它特征能经信号CNT从用户接口(如编程装置的用户接口或单独的装置)进行控制。在实施例中，输出信号u(n)包括试探信号(如在听力装置(如信号处理单元)或编程装置中产生)或由其构成。在实施例中，试探信号在特定反馈测量模式下使用，其中反馈通路根据本发明在编程装置中进行估计。
编程装置可包括分别对应于听力装置HD的输入缓冲器IBUF和输出缓冲器OBUF的存储器或缓冲器(PD-IBUF和PD-OBUF)，用于分别保存接收到的输入信号和输出信号的对应时间段。作为备选，编程装置配置成逐样本地连续分析从听力装置HD的输入和输出缓冲器接收到的数据，从而进一步保持时延最小。编程装置还包括反馈通路分析器FPA，其在特定反馈测量模式下配置成基于输入和输出时间段提供从数模转换器DA的输入到模数转换器AD的输出的反馈通路(包括声通路FBP)的估计量。编程装置还包括用于(经信号FPC)控制反馈通路分析器FPA的反馈控制单元PD-CONT。在图1的实施例中为，编程装置还包括互相关估计器XC，用于估计电输入信号S’或源自其的信号和处理后的输出信号U’或源自其的信号之间的互相关。特定时间点的信号S’和U’分别包括缓冲器IBUF和OBUF的内容，这些内容经编程接口(PI,PD-PI,链路)从听力装置接收。互相关估计器XC的输出xc表示听力装置(在特定时间点)的输入和输出信号之间的互相关量，因而(在某些情形下)指明(当前的)反馈量。这样的信息可用于确定所使用的反馈估计算法的类型和/或该算法的适当适应速率。
反馈控制单元PD-CONT(经信号FPC)从反馈通路分析器FPA接收反馈估计量。反馈估计量(信号VH)馈给处理单元PD-PU进行可能的进一步处理和/或传给听力装置(经信号PD-CNT和编程接口)和/或经用户接口(包括显示器DISP和键盘KEYB，键盘可能与显示器一体)显示。用户接口例如可用于控制听力装置和开始反馈测量。用户接口还可用于指明当前运行模式或正在进行的活动的状态。图1的示例性的显示器(DISP)屏指明针对特定用户<user-id>和特定听力装置<device-id>的反馈通路测量在进行中。
在实施例中，听力系统还包括用于检测听力装置周围当前的噪声电平的噪声检测器。当前的噪声电平可用于选择将在反馈估计中使用的算法类型和/或估计时间。
图2A和2B示出了根据本发明的听力系统的、数字数据样本从听力装置HD到编程装置PD的传输。图2A和2B示出了适合本申请的两个不同数据传输方案。二者可表示听力装置HD中的输入缓冲器IBUF或输出缓冲器OBUF的内容及其经有线或无线链路传给编程装置PD的存储器或对应的缓冲器(PD-IBUF或PD-OBUF)。
图2B示意性地示出了根据本发明的听力系统的、数字数据样本从听力装置到编程装置的逐帧传输。
图2A示出了一种数据传输方案，其中数据逐样本地传输。数据样本1,2,3,4,….,Nbf从听力装置一个接一个地传给编程装置(数据样本1’,2’,3’,4’,…,N’bf)。每一数据样本通过预定比特数Ns表示声信号在时间tn的值，Ns例如在1-16比特的范围中。数据样本具有1/fs的时间长度，对于fs＝20kHz，例如50μs，其中fs为模数转换器的采样频率。相较于图2B中所示的逐帧传输，每缓冲器的样本数量Nbf,N’bf在逐样本传输的情形下可保持相对较小。
图2B示出了另一数据传输方案，其中几个数据样本合为数据帧，然后传输整个数据帧。该方案通常传输更有效率，但需要(引起)较大的(帧)延迟。
输入和输出信号的数据流的对应数据样本以(确定性的)时延保存在输入和输出缓冲器中。时延可提前确定并使编程装置中的缓冲器内容的进一步处理容易以确定当前反馈通路的估计量。
图3示出了根据本发明的听力系统的第二实施例。
估计反馈通路的现有技术(在线)方法在助听器中可能更直接/显而易见地使用，因为自适应反馈消除系统(其已经在所有现代助听器中)可用于估计反馈通路。这样，在不需要新的实施进行反馈通路测量方面原则上“自由”。
然而，(编程装置中进行的)离线处理提供具有不同于助听器中实施的估计方法的多个不同方法的选择。这在图3中由反馈通路分析器单元FPA的阴影轮廓指明。通过直接访问编程装置/计算机中的数据，可使用不同的方法(其中的任何一个或全部)估计反馈通路，且这相较当前的在线估计可更快速地进行，因为不需要使用助听器中实施的自适应反馈消除系统估计反馈通路。
用于选择哪一离线处理方法的一个判据可基于来自一个或多个检测器的输入(或受其影响)，如背景噪声电平的估计量。优选地，听力装置和/或编程装置包括当前噪声电平的检测器或估计器(参见图3的编程装置PD中的检测器单元PD-DET)。在低背景噪声电平时，可应用使用完美序列的系统识别方法，其提供最短的估计时间(参见申请人于2014年10月2日申请的、题为“Feedback estimation based on deterministic sequences”的未决欧洲专利申请EP14187424.8)。另一方面，在相对高的背景噪声时，可使用具有矩阵逆的正弦扫描方法或确定性方法(或任何其他适当方法)，其针对有噪声的背景更鲁棒，但处理时间较长。
在实施例中，听力系统配置成使用一个以上算法确定最终的反馈通路估计。具有来自不同算法的结果，测量质量可通过分析所获得的结果之间的差异确定。此外，所获得的结果可用于确定一个最终结果，如通过求平均或放弃某些结果。重新测量也可基于该分析进行。
图3中所示的听力系统包括与结合图1所示和所述的听力系统一样的基本功能单元。
图3的听力装置HD包括组合的传声器和AD转换器单元MIC-AD，其提供在离散时间点n的包括输入信号v(t)+env(t)的数字样本的数字电信号s(n)。仅示出了一个传声器，但可使用多个输入变换器(如传声器)，以实施定向系统和/或多传声器降噪系统。数字电信号s(n)馈给输入缓冲器IBUF以经编程接口PI和通信链路传给编程装置。听力装置的正向通路还分别包括输入和输出组合单元Ci和Co。这些组合单元(如求和或求减单元(或作为备选，乘法单元)，或更一般地，混合单元)使能受控组合或选择给组合单元的输入信号。输入组合单元Ci为结合图1的实施例的信号处理单元SPU描述的开关sw的一般化。图1的DA转换器和输出变换器OT在图3中由组合的DA和扬声器单元DA-SP例示。图3的听力装置HD还包括机载反馈估计单元FBE，用于估计从DA-SP单元的输入(信号u(n))到组合单元Ci的输出(信号e(n))的反馈。该机载反馈估计单元FBE包括可变滤波器部分，用于对输出信号u(n)进行滤波并提供听力装置正常运行情形下(其中编程装置未连接到听力装置)的反馈通路估计量(信号vh(n))。可变滤波器部分的滤波器系数由自适应算法(FBE单元的算法部分)通过使考虑当前输出信号u(n)的反馈校正的输入信号e(n)最小化进行确定。图3的听力装置HD还包括用于产生试探信号的机载试探信号发生器PSG，其例如结合反馈估计使用，或由机载反馈估计单元FBE进行或由编程装置PD的反馈通路分析器FPA进行。图3的听力装置HD还包括连接到听力装置HD的机载试探信号发生器PSG和来自编程装置PD的信号PS的选择单元SEL，作为备选，其可提供来自编程装置的试探信号发生器PD-PSG的试探信号。在特定时间n得到的试探信号ps(n)(选择单元SEL的输出)可经编程接口和信号CNTo从编程装置控制。听力装置的多个不同功能单元(如Ci,SPU,FBE,和SEL,Co)通常可经信号(分别为CNTi,PP,CNT,和CNTo)从编程装置的用户接口控制，这些信号经编程接口PI,PD-PI和通信链路交换。同样，听力装置中感兴趣的信号(如信号s(n),e(n),y(n)(信号处理单元SPU的输出)和正向通路的u(n)及机载反馈估计单元FBE的反馈估计量vh(n))均经编程接口使得可用在编程装置中。后者例如可用作编程装置PD的反馈通路分析器FPA得到的反馈通路估计量的比较。
除结合图1所述的功能单元之外，图3的编程装置PD还包括可配置的试探信号发生器PD-PSG，用于产生在反馈通路分析器FPA的反馈通路测量中使用的试探信号。此外，图3的反馈通路分析器单元FPA可配置成使能从多个算法选择反馈估计算法(如FPA单元的阴影轮廓指示)。图3的编程装置PD还包括检测器单元PD-DET，其包括一个或多个检测器，如相关检测器(参见图1中的单元XC)或噪声电平检测器等，用于提供适合控制反馈通路分析器单元FPA的一个或多个参数的指示，如反馈估计算法的选择。到包括使能交换数据和命令的显示器DISP和键盘KEYB的用户接口的接口由记为IO的双(阴影)箭头指示。图3的示例性的显示器DISP屏示出了用户(如听觉病矫治专家或用户自己)可选择反馈通路估计模式、开始反馈通路测量和接受(或拒绝)反馈通路测量结果的情形。如果结果被接受，反馈通路估计量传给听力装置如信号处理单元(经编程接口，听力装置中的信号PP)。这样改进的反馈通路测量例如可用于确定特定声情形下的最大允许增益(如随频带而变)，例如参见WO2008151970A1。
图4A和4B示出了根据本发明的听力系统的第三实施例，其中编程装置包括手持用户接口(参见图4B)。在实施例中，编程装置PD的用户接口实施在手持装置中(非必须地，与编程装置的其余部分分开但与其通信)。该接口例如可形成听力系统的遥控器，如实施在智能电话中。作为备选，编程装置可与用户接口一起实施在便携装置中。图4A示出了使用中的听力系统，该系统包括便携编程装置PD和安装在用户U的耳朵处的听力装置HD。无线链路可在编程装置PD和听力装置HD之间建立(参见听力装置中指明的收发器RF-Rx/Tx电路)。该链路例如基于近场通信技术(如感应通信)或远场通信技术(如基于蓝牙或类似标准化或专有技术)。图4B示出了编程装置，尤其示出了实施在编程装置PD中的用户接口UI的例子。用户接口UI包括显示“反馈通路估计器”模式屏的显示器(如触敏显示器)。该屏包括第一有界区域(在模式标题下方)，其向听力系统的用户给出指令。示例性的指令为：
-检查噪声电平(NL)是否足够低。
-如果
Figure GDA0002435178100000171
按压“开始”以开始反馈通路估计(FBPE)。
-等待反馈通路估计结果。
-如果
Figure GDA0002435178100000172
按压“接受”。
在示例性指令下面，给出了启动元件(左)及对应的说明：
Figure GDA0002435178100000181
(启动开始噪声电平测量；可接受及不可接受的噪声电平分别由
Figure GDA0002435178100000182
和
Figure GDA0002435178100000183
指明)。
Figure GDA0002435178100000184
(如果噪声电平可接受，可开始使用完美或几乎完美序列或者扫描序列估计反馈通路)。
Figure GDA0002435178100000185
(如果反馈通路的估计量可接受(如在某些预定极限内)，其被接受并传给听力装置，如传给听力装置的信号处理单元，以可能用于处理正向通路的信号)。
因而，改进的反馈通路估计可由听觉病矫治专家在验配期间或由用户在通电之后经用户接口开始，其中听力装置重新安装在用户耳朵处(关于反馈，可能并未最佳地放置)。如果编程装置(或者至少反馈通路测量)实施在便携装置中，如实施为智能电话或类似装置的APP，后者特别感兴趣。
总之，本发明的实施是有利的，因为：
1、离线估计独立于听力装置中实施的任何反馈消除系统。通过使用编程计算机，在特定测量环境下，可选择最佳的估计方法。
2、编程计算机(如固定不动的或膝上型PC)通常比听力装置计算能力强得多，因而能够更快速地进行更先进的估计。
当由对应的过程适当代替时，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装置的结构特征可与本发明方法的步骤结合。
除非明确指出，在此所用的单数形式“一”、“该”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。
应意识到，本说明书中提及“一实施例”或“实施例”或“方面”或者“可”包括的特征意为结合该实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一实施方式中。此外，特定特征、结构或特性可在本发明的一个或多个实施方式中适当组合。提供前面的描述是为了使本领域技术人员能够实施在此描述的各个方面。各种修改对本领域技术人员将显而易见，及在此定义的一般原理可应用于其他方面。
权利要求不限于在此所示的各个方面，而是包含与权利要求语言一致的全部范围，其中除非明确指出，以单数形式提及的元件不意指“一个及只有一个”，而是指“一个或多个”。除非明确指出，术语“一些”指一个或多个。
因而，本发明的范围应依据权利要求进行判断。
参考文献
EP14187424.8(OTICON)Filed 02.10.2014
WO2008151970A1(OTICON)18.12.2008

Claims (15)

1.一种听力系统，包括
-听力装置(HD)；及
-编程装置(PD)；
所述听力装置包括：
--输入变换器(IT)，用于将输入声音转换为电输入信号；
--输出变换器(OT)，用于将处理后的电信号转换为输出声音；
--输入变换器和输出变换器之间的正向通路，所述正向通路包括用于将随电平和/或频率而变的增益应用于正向通路信号并提供处理后的输出信号的信号处理单元(SPU)；
所述听力装置(HD)和所述编程装置(PD)中的每一个包括使能在装置之间交换数据的编程接口(PI,PD-PI)；
其中
-所述编程装置包括反馈通路分析器(FPA)，所述反馈通路分析器(FPA)用于提供从输出变换器到输入变换器的反馈通路的估计量；及
-所述听力装置(HD)包括相应的输入缓冲器(IBUF)和输出缓冲器(OBUF)，用于分别保存电输入信号或源自其的信号及处理后的输出信号或源自其的信号的对应输入和输出时间样本；及其中
-所述听力装置(HD)在特定反馈测量模式下配置成将保存的相应信号的输入和输出时间样本经编程接口(PI,PD-PI)传给编程装置(PD)的反馈通路分析器(FPA)；及其中
-处于特定反馈测量模式的反馈通路分析器(FPA)配置成基于所述输入和输出时间样本确定反馈通路的估计量。
2.根据权利要求1所述的听力系统，其中所述听力装置包括用于将模拟电信号转换为包含数字样本的数字电信号的模数转换器。
3.根据权利要求1所述的听力系统，其中所述听力装置包括用于将包含数字样本的数字电信号转换为模拟电信号的数模转换器。
4.根据权利要求1所述的听力系统，其中所述听力装置和所述编程装置中的每一个包括相应的天线和收发器电路，用于从另一装置无线接收直接电输入信号以实施所述编程接口。
5.根据权利要求1所述的听力系统，其中所述输入缓冲器和所述输出缓冲器配置成保存50个以上音频样本。
6.根据权利要求1所述的听力系统，其中所述反馈通路分析器配置成应用LMS型算法提供所述反馈通路的估计量。
7.根据权利要求1所述的听力系统，包括多个不同类型的、可由所述反馈通路分析器选择使用以提供所述反馈通路的估计量的算法。
8.根据权利要求1所述的听力系统，包括用于控制所述反馈通路分析器的反馈控制单元。
9.根据权利要求1所述的听力系统，包括配置成提供试探信号的试探信号发生器。
10.根据权利要求9所述的听力系统，包括配置成使所述试探信号能连到所述输出变换器的组合单元。
11.根据权利要求1所述的听力系统，包括使用户能基于所述输入和输出时间样本开始所述反馈通路的估计的用户接口。
12.根据权利要求11所述的听力系统，其中所述用户接口实施在便携装置中。
13.根据权利要求1所述的听力系统，其中保存的相应信号的输入和输出时间样本从所述听力装置逐样本地传给所述编程装置。
14.根据权利要求7所述的听力系统，配置成基于预定判据自动选择多个不同类型的算法中的适当算法。
15.根据权利要求1所述的听力系统，其中所述听力装置包括适于位于用户的耳朵处、或者完全或部分位于耳道中、或者完全或部分植入在头部中的助听器或听力仪器。
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