CN110324774A - 基于脑电eeg的骨传导助听器自动增益控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于脑电EEG的骨传导助听器自动增益控制系统，所述系统包括骨传导模块，采集模块，控制模块，支撑单元。通过本发明设计成的骨传导助听器，可实时根据用户在不同语噪环境下的语义清晰度，动态调整骨传导助听器的助听增益。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于脑电EEG的骨传导助听器自动增益控制系统，属于医疗电子器械技术领域。
背景技术
EEG是一种无创口，时间分辨率高，设备便携，成本低易于推广的脑活动记录方式，基于脑电的人机交互也是目前的研究热点之一，脑电波为机器提供大量准确反映用户需求的信息，使机器即时准确的产生用户需要的反馈。 本领域已提出多种脑电波在医疗电子器械中的实际应用，例如根据脑电波信号修改助听器的信号处理。
现有助听器类型基本为全数字气导助听器，电磁辐射经由耳道进入大脑可能对人体造成损伤，在嘈杂的环境中音质受影响较大，且目前设计的大部分助听器信号增益多为手动调节，对于车载环境下或者是针对失能半失能个体用户时，使用极为不便，因此丞需更为方便的助听器信号增益调控方式，实现不同语噪环境下、针对不同用户个体进行自适应助听信号增益控制。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于脑电EEG的骨传导助听器自动增益控制系统，通过本发明设计成的骨传导助听器，可实时根据用户在不同语噪环境下的语义清晰度，动态调整骨传导助听器的助听增益。
一种基于脑电EEG的骨传导助听器自动增益控制系统，所述系统包括骨传导模块，采集模块，控制模块，支撑单元；
所述控制模块包括控制MCU，控制MCU中包括模糊算法模块和自动增益模块，自动增益模块包括控制电压形成电路和增益受控放大电路；控制电压形成电路将模糊控制算法模块输入的信号转换成用以控制增益控制放大器的电压，增益受控放大电路用于实现增益修正；
所述骨传导模块包括骨传导振子，所述骨传导振子与控制MCU相连，控制MCU根据脑电语义清晰度判断结果输出增益调控信号，调节骨传导振子的增益值，即改变骨传导振子的震动频率/幅度，进而实现音量大小和频率调节；
所述采集模块包括气导语音采集模块、脑电信号采集模块和信号处理MCU；所述气导语音采集模块包括麦克风，麦克风通过ADC转换器将采集到的声音；
信号传给所述信号处理MCU，所述信号处理MCU通过维纳滤波降噪算法分别对不同类别对环境声进行噪声建模与去噪处理，针对不稳定对语音噪声，采用谐波频率抑制法，降低音节与音节间停顿的噪音，经过处理后的语音信号再通过DAC转换器传至所述骨传导模块；
所述脑电信号采集模块包括干/湿电极，用于对脑电信号的采集、预处理，并对预处理后的脑电信号进行特征提取，提取出能够反映用户针对不同语噪环境下注意力变化脑电信号特征，再将信号特征输入信号处理MCU内置的基于随机梯度的自适应线性分类器算法模块进行模式识别，从而判断出当前的语义清晰度；
所述信号处理MCU通过SPI通信协议与上述控制模块的控制MCU相连；控制MCU接收到信号处理MCU反馈的语义清晰度后，采用直接型自适应模糊控制器算法，根据当前语义清晰度自动调节控制MCU的增益值，并即时修正模糊算法公式中的系数，控制模块修正增益值后，调节骨传导振子震动的频率和幅度，实现对声音大小及频率的控制；
所述支撑单元用于支撑所述骨传导模块、控制模块、采集模块。
上述维纳滤波降噪算法、谐波频率抑制法、于随机梯度的自适应线性分类器算法模块、直接型自适应模糊控制器算法均是现有技术中成熟的算法和模块，在此不详细展开描述。
上述麦克风为自适应方向性麦克风。
上述支撑单元为眼镜，所述骨传导振子位于镜架两侧，佩戴时处于耳后靠近颅骨的地方；干/湿电极位于左右支撑架内侧，并与颅骨上方最利于语义清晰度判别的区域贴合；麦克风位于耳根处；控制MCU和信号处理MCU分别位于眼镜左右支撑架上；电池位于左右支撑架上，用于对控制MCU和信号处理MCU供电。
本发明所达到的有益效果：
1、通过眼镜作为支撑单元，能够改善传统助听器的外观审美，保护听障人士隐私，同时也规避了传统助听器易造成耳朵感染等问题。
2、通过骨传导助听，解决传统助听器单一占用耳道的问题，即在骨传导助听的同时，还将耳道解放出来，对于中度及以下听障人士即可接受来自骨传导的声音，也可接受来自于气导的声音。
3、根据脑电主义清晰度自动调节助听增益，实现定向语音增强，适应更加复杂的听音环境，有效降低听障人士的语义负荷，并且用户无需手动动作即可自动调节增益效果。
附图说明
图1是本发明所述装置硬件连接图。
图2本发明装置的系统框架图。
图3是采集模块的结构简图。
图4是控制模块的结构简图。
图5是自动增益控制模块框图。
图6是自动增益控制系统总框图。
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2所示，一种基于脑电EEG的骨传导助听器自动增益控制系统，所述系统包括骨传导模块，采集模块，控制模块，支撑单元；支撑单元用于支撑所述骨传导模块、控制模块、采集模块。
骨传导模块包括骨传导振子，骨传导振子与控制MCU相连，控制MCU根据脑电语义清晰度判断结果输出增益调控信号，调节骨传导振子的增益值，即改变骨传导振子的震动频率/幅度，进而实现音量大小和频率调节。
如图3所示，采集模块包括气导语音采集模块、脑电信号采集模块和信号处理MCU；所述气导语音采集模块包括麦克风，麦克风通过ADC转换器将采集到的声音信号传给所述信号处理MCU，所述信号处理MCU通过维纳滤波降噪算法分别对不同类别对环境声进行噪声建模与去噪处理，针对不稳定对语音噪声，采用谐波频率抑制法，降低音节与音节间停顿的噪音，经过处理后的语音信号再通过DAC转换器传至所述骨传导模块。
脑电信号采集模块包括干/湿电极，用于对脑电信号的采集、预处理，并对预处理后的脑电信号进行特征提取，提取出能够反映用户针对不同语噪环境下注意力变化脑电信号特征，再将信号特征输入信号处理MCU内置的基于随机梯度的自适应线性分类器算法模块进行模式识别，从而判断出当前的语义清晰度。
信号处理MCU通过SPI通信协议与上述控制模块的控制MCU相连；控制MCU接收到信号处理MCU反馈的语义清晰度后，采用直接型自适应模糊控制器算法，根据当前语义清晰度自动调节控制MCU的增益值，并即时修正模糊算法公式中的系数，控制模块修正增益值后，调节骨传导振子震动的频率和幅度，实现对声音大小及频率的控制。
信号处理MCU，分别对输入脑电信号和声音信号进行处理。脑电信号的处理包括信号预处理、特征提取、特征分类三个环节。预处理去除了原始信号中心电、肌电等信号对干扰，特征提取是从脑电波活动中提取出反映使用者特定思维变化的信号频带功率特征，特征分析则是进一步将输入信号特征向量传入信号处理MCU内置的基于随机梯度的自适应线性分类器算法模块，该算法会根据输入的特征向量进行模式识别，判断用户对语义清晰度的感知。
麦克风采集到的声音信号和脑电采集干/湿电极采集到的脑电波信号首先被传入采集模块，采集模块中的信号处理MCU会进行声音信号的降噪处理和脑电信号预处理；针对脑电信号，信号处理MCU会进行进一步的模式识别，判断用户当前的语义清晰度，控制模块会根据语义清晰度判断结果对骨传感模块进行自动增益控制，即时调整骨传导振子震动的频率/幅度。用户接收到新修正后的声音信号后，会产生新的脑电信号反馈，从而实现系统增益自适应调节。
作为优选方案，上述麦克风为自适应方向性麦克风。
如图4所示，控制模块包括控制MCU，控制MCU中包括模糊算法模块和自动增益模块。
如图5所示，自动增益模块包括控制电压形成电路和增益受控放大电路；控制电压形成电路将模糊控制算法模块输入的信号转换成用以控制增益控制放大器的电压，增益受控放大电路用于实现增益修正。增益受控放大电路位于正向放大通路，通过AD526芯片调节其增益，使增益随控制电压而改变。控制电压形成电路的基本部件是AGC检波器和低通平滑滤波器。采集模块中信号处理MCU传递的语义清晰度判别结果传递至控制MCU的直接型自适应模糊算法模块，该模块的运算结果传递至控制电压形成电路,该电路对信号检波并用滤波器滤除低频调制分量和噪声后，输出用以控制增益受控放大器的控制电压，增益受控放大电路根据控制电压对增益进行实时修正。
如图6所示为本发明所述自动增益控制流程图。若此时传入对语义清晰度低，则控制模块中控制电压减小，增益受控放大电路的增益变大，骨传导振子振动增益变大，振动幅度增大，频率修正，从而使得声音的音量升高，频率修正为语义清晰度更高的频段。
如图1所示，上述支撑单元为眼镜，所述骨传导振子位于镜架两侧，佩戴时处于耳后靠近颅骨的地方；干/湿电极位于左右支撑架内侧，并与颅骨上方最利于语义清晰度判别的区域贴合；麦克风位于耳根处；控制MCU和信号处理MCU分别位于眼镜左右支撑架上；电池位于左右支撑架上，用于对控制MCU和信号处理MCU供电。
需要特别说明的是，眼镜只是本案支撑单元的一个实施例，对于其他需要基于脑电EEG的骨传导助听器自动增益控制系统的载体均适用。
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 (3)
1.一种基于脑电EEG的骨传导助听器自动增益控制系统，其特征在于：所述系统包括骨传导模块，采集模块，控制模块，支撑单元；
所述控制模块包括控制MCU，控制MCU中包括模糊算法模块和自动增益模块，自动增益模块包括控制电压形成电路和增益受控放大电路；控制电压形成电路将模糊控制算法模块输入的信号转换成用以控制增益控制放大器的电压，增益受控放大电路用于实现增益修正；
所述骨传导模块包括骨传导振子，所述骨传导振子与控制MCU相连，控制MCU根据脑电语义清晰度判断结果输出增益调控信号，调节骨传导振子的增益值，即改变骨传导振子的震动频率/幅度，进而实现音量大小和频率调节；
所述采集模块包括气导语音采集模块、脑电信号采集模块和信号处理MCU；所述气导语音采集模块包括麦克风，麦克风通过ADC转换器将采集到的声音
信号传给所述信号处理MCU，所述信号处理MCU通过维纳滤波降噪算法分别对不同类别对环境声进行噪声建模与去噪处理，针对不稳定对语音噪声，采用谐波频率抑制法，降低音节与音节间停顿的噪音，经过处理后的语音信号再通过DAC转换器传至所述骨传导模块；
所述脑电信号采集模块包括干/湿电极，用于对脑电信号的采集、预处理，并对预处理后的脑电信号进行特征提取，提取出能够反映用户针对不同语噪环境下注意力变化脑电信号特征，再将信号特征输入信号处理MCU内置的基于随机梯度的自适应线性分类器算法模块进行模式识别，从而判断出当前的语义清晰度；
所述信号处理MCU通过SPI通信协议与上述控制模块的控制MCU相连；控制MCU接收到信号处理MCU反馈的语义清晰度后，采用直接型自适应模糊控制器算法，根据当前语义清晰度自动调节控制MCU的增益值，并即时修正模糊算法公式中的系数，控制模块修正增益值后，调节骨传导振子震动的频率和幅度，实现对声音大小及频率的控制；
所述支撑单元用于支撑所述骨传导模块、控制模块、采集模块。
2.根据权利要求1所述的基于脑电EEG的骨传导助听器自动增益控制系统，其特征在于：所述麦克风为自适应方向性麦克风。
3.根据权利要求1所述的基于脑电EEG的骨传导助听器自动增益控制系统，其特征在于：所述支撑单元为眼镜，所述骨传导振子位于镜架两侧，佩戴时处于耳后靠近颅骨的地方；干/湿电极位于左右支撑架内侧，并与颅骨上方最利于语义清晰度判别的区域贴合；麦克风位于耳根处；控制MCU和信号处理MCU分别位于眼镜左右支撑架上；电池位于左右支撑架上，用于对控制MCU和信号处理MCU供电。
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