CN118018935A - 宽动态范围压缩优化方法、装置及计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及助听器技术领域，具体涉及宽动态范围压缩优化方法、装置及计算机可读存储介质。本发明实施例在根据增益启动时间、增益释放时间、增益延时周期，对动态范围控制器进行增益平滑处理的基础上，通过不同的环境特性，对平滑曲线进一步优化，可以实现在不同的助听器使用环境中，对声音变化的效果进行调整，避免听感上容易出现“断层”或“断断续续”等问题，使听障患者听感更加舒适。
Description
技术领域
本发明涉及助听器技术领域，具体涉及宽动态范围压缩优化方法、装置及计算机可读存储介质。
背景技术
宽动态范围压缩(Wide Dynamic Range Compression)，是DRC(Dynamic RangeCompression)算法的一种；将宽动态范围声音压缩到更小的范围。左边不同能量的声音经过DRC算法，被映射到更小范围中，实现了小声被放大，大声被压缩。助听器进行信号放大的本质是充分利用听损者剩余听力的潜能，即将原本听不到的声音压缩到听得到的范围之内。
宽动态范围压缩的类型包括以下几种类型：压缩器，衰减超过给定阈值声音的音量。限幅器，是压缩器的一种，可以限制超过给定阈值的信号。扩展器，衰减低于给定阈值的安静声音音量。噪声门，是扩展器的一种，可以限制声音低于给定阈值。但宽动态范围压缩在类型切换的硬拐点附近，声音的放大比例不同且变化不够平滑，导致听感上容易出现“断层”或“断断续续”等问题，会影响听感。同时，在助听器使用过程中，不同的使用环境对听障患者的声音获取影响很大，现有的宽动态范围压缩方法，在不同使用环境中，容易增加“断层”或“断断续续”或者损失部分需要听取的音频信息。
发明内容
鉴于上述问题，本发明实施例提供了宽动态范围压缩优化方法、调参装置及计算机可读存储介质，解决了宽动态范围压缩在类型切换的硬拐点附近，声音的放大比例不同且变化不够平滑，导致听感上容易出现“断层”或“断断续续”等问题，会影响听感。同时，在助听器使用过程中，不同的使用环境对听障患者的声音获取影响很大，现有的宽动态范围压缩方法，在不同使用环境中，容易增加“断层”或“断断续续”或者损失部分需要听取的音频信息的问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种宽动态范围压缩优化方法，应用于助听器中，所述方法包括：
获取增益启动时间、增益释放时间、增益延时周期、当前环境信息；
根据所述增益启动时间、增益释放时间、增益延时周期，对动态范围控制器进行增益平滑处理，获取平滑曲线；
根据所述当前环境信息，查询预设的环境数据表，获得环境参数；
通过所述环境参数对所述平滑曲线进行优化。
在一种可选的方式中，所述对动态范围控制器进行增益平滑处理，包括：
通过一阶递归滤波器：gs(n)＝(1-k)·gs(n-1)+k·gc(n)，其中，k是增益启动时间、增益释放时间、增益延时周期的换算的采样点数。
在一种可选的方式中，所述动态范围控制器包括压缩器、限幅器、扩展器、噪声门。。
在一种可选的方式中，在所述压缩器、限幅器中，通过第一平滑公式进行增益平滑处理，具体包括：所述第一平滑公式为：
其中，aA、aR由采样率和增益启动时间、增益释放时间确定，公式为：
在所述扩展器、噪声门中，通过第二平滑公式进行增益平滑处理，具体包括：
所述第二平滑公式为：
其中，aA、aR由采样率和增益启动时间、增益释放时间确定，公式为：k为增益延时周期的采样点数，CA为增益启动时间采样点数，CR为增益释放时间采样点数。
在一种可选的方式中，所述根据所述当前环境信息，查询预设的环境数据表，获得环境参数，包括：
所述环境数据表为当前环境信息和环境参数映射关系表，所述环境数据表存储格式为：S＝[s1,s2,s3,s4]，其中，S为环境信息，s1、s2、s3、s4为环境参数，且s1为压缩器调节参数，s2为限幅器调节参数，s3扩展器调节参数，s4噪声门调节参数。
在一种可选的方式中，所述通过所述环境参数对所述平滑曲线进行优化，包括：
将压缩器调节参数与压缩器的平滑曲线相乘，对压缩器平滑曲线进行优化；
将限幅器调节参数与限幅器的平滑曲线相乘，对限幅器平滑曲线进行优化；
将扩展器调节参数与扩展器的平滑曲线相乘，对扩展器平滑曲线进行优化；
将噪声门调节参数与噪声门的平滑曲线相乘，对噪声门平滑曲线进行优化。
在一种可选的方式中，所述当前环境信息包括餐厅模式、户外模式、音乐模式、标准模式；其中，标准模式S＝[1,1,1,1]，所述餐厅模式、户外模式、音乐模式根据环境特征和标准模式关系的，生成不同模式的环境参数。
根据本发明实施例的另一方面，提供了一种宽动态范围压缩优化装置，所述装置包括：
信息获取模块，用于获取增益启动时间、增益释放时间、增益延时周期、当前环境信息；
平滑曲线计算模块，用于根据所述增益启动时间、增益释放时间、增益延时周期，对动态范围控制器进行增益平滑处理，获取平滑曲线；
环境参数获取模块，用于根据所述当前环境信息，查询预设的环境数据表，获得环境参数；
优化模块，用于通过所述环境参数对所述平滑曲线进行优化。
根据本发明实施例的又一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一可执行指令，所述可执行指令在如上述的一种宽动态范围压缩优化装置上运行时，使得一种宽动态范围压缩优化装置执行如上述的一种宽动态范围压缩优化方法的操作。
本发明实施例在根据增益启动时间、增益释放时间、增益延时周期，对动态范围控制器进行增益平滑处理的基础上，通过不同的环境特性，对平滑曲线进一步优化，可以实现在不同的助听器使用环境中，对声音变化的效果进行调整，避免听感上容易出现“断层”或“断断续续”等问题，使听障患者听感更加舒适。
上述说明仅是本发明实施例技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明实施例的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明实施例的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
附图仅用于示出实施方式，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了本发明提供的实施例1的流程示意图；
图2示出了本发明提供的实施例1平滑曲线示意图；
图3示出了本发明提供的实施例2的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。
实施例1，
图1示出了根据本发明实施例的一个方面，提供了一种宽动态范围压缩优化方法，应用于助听器中，方法包括：
101，获取增益启动时间、增益释放时间、增益延时周期、当前环境信息；在步骤101中，增益启动时间即Attack time、增益释放时间即release time对应增益信号从最终值的10％到90％所花费的时间。增益延时周期即Hold time是在增益被施加之前的延时周期。当前环境信息通过助听器所在环境获取或者通过人工切换获得。其中，增益启动时间、增益释放时间、增益延时周期是宽动态范围压缩算法中的特定参数。可以通过对增益启动时间、增益释放时间、增益延时周期进行计算采样获得。
102，根据增益启动时间、增益释放时间、增益延时周期，对动态范围控制器进行增益平滑处理，获取平滑曲线；在步骤102中，可以通过一阶递归滤波器对动态范围控制器进行增益平滑处理。或者，在压缩器、限幅器中，通过第一平滑公式进行增益平滑处理；在扩展器、噪声门中，通过第二平滑公式进行增益平滑处理。
103，根据当前环境信息，查询预设的环境数据表，获得环境参数；在步骤103中，预设的环境数据表存储在宽动态范围压缩优化装置中，环境数据表为当前环境信息和环境参数映射关系表，环境数据表存储格式为：S＝[s1,s2,s3,s4]，其中，S为环境信息，s1、s2、s3、s4为环境参数，且s1为压缩器调节参数，s2为限幅器调节参数，s3扩展器调节参数，s4噪声门调节参数。
104，通过环境参数对平滑曲线进行优化。在步骤104中，通过将不同的环境参数与不同的类型的动态范围控制器的平滑曲线进行分别优化，提升听障患者的实际听感效果。
本发明实施例在根据增益启动时间、增益释放时间、增益延时周期，对动态范围控制器进行增益平滑处理的基础上，通过不同的环境特性，对平滑曲线进一步优化，可以实现在不同的助听器使用环境中，对声音变化的效果进行调整，避免听感上容易出现“断层”或“断断续续”等问题，使听障患者听感更加舒适。
在一种可选的方式中，对动态范围控制器进行增益平滑处理，包括：通过一阶递归滤波器：gs(n)＝(1-k)·gs(n-1)+k·gc(n)，其中，k是增益启动时间、增益释放时间、增益延时周期的换算的采样点数。在本实施例中，增益平滑:gc->gs；使用attack time、releasetime以及hold time作为系数对信号进行平滑。也就是对于台阶信号，增益信号并不是台阶的，使用指数或者对数函数进行平滑过渡。Attack time和release time对应增益信号从最终值的10％到90％所花费的时间。在计算信号增益要进行电平检测，电平检测使用递归一阶滤波器获取原始信号的电平，可以通过Peak算法，RMS算法获取原始信号的电平。其中，Peak算法是生成信号电平的峰值包络，RMS算法是计算前N个样本的RMS值作为当前样本的电平。电平检测一阶递归滤波器，使用Attack time或者release time作为滤波器的系数进行控制。
在一种可选的方式中，动态范围控制器包括压缩器、限幅器、扩展器、噪声门。压缩器，衰减超过给定阈值声音的音量。限幅器，是压缩器的一种，可以限制超过给定阈值的信号。扩展器，衰减低于给定阈值的安静声音音量。噪声门，是扩展器的一种，可以限制声音低于给定阈值
在一种可选的方式中，
在压缩器、限幅器中，通过第一平滑公式进行增益平滑处理，具体包括：
第一平滑公式为：
其中，aA、aR由采样率和增益启动时间、增益释放时间确定，公式为：
在扩展器、噪声门中，通过第二平滑公式进行增益平滑处理，具体包括：
第二平滑公式为：
其中，aA、aR由采样率和增益启动时间、增益释放时间确定，公式为：k为增益延时周期的采样点数，CA为增益启动时间采样点数，CR为增益释放时间采样点数。
在本实施例中，参见图2，图2为平滑曲线示意图；其中，平滑曲线的横坐标为输入音频，纵坐标为输出音频，201为平滑曲线，202为动态范围控制器的拐点，303为拐点宽度阈值。增益平滑减少了增益的急剧变化，避免伪像和不自然的声音。扩展器expander和噪声门noiseGate具有相同的平滑方程，限制器limiter和压缩器compressor具有相同的平滑方程。增益平滑的类型由增益启动时间、增益释放时间、增益延时周期组合指定。增益启动时间、增益释放时间对应于增益信号从其最终值的10％上升到90％所需的时间。增益延时周期是应用增益之前的延迟时间。此外，本方案还包括对输入音频进行处理：
线性到dB转换，通过xdB(n)＝20log10(x(n))，从线性值转换为dB值。
通过将xdB(n)信号传递到静态特征公式，假设设计的曲线函数关系为xsc(xdb)＝f(xdb(n))，计算差值：gc＝xsc-xdB。随时间推移进行增益平滑处理：gc→gs，其中，增益平滑处理通过在压缩器、限幅器中，通过第一平滑公式进行增益平滑处理；在扩展器、噪声门中，通过第二平滑公式进行增益平滑处理。在限制器和压缩器补充增益：gs→gm。dB到线性转换：gm→glin。将计算出的增益信号于原始音频信号相乘：y＝glin*x。
在一种可选的方式中，根据当前环境信息，查询预设的环境数据表，获得环境参数，包括：环境数据表为当前环境信息和环境参数映射关系表，环境数据表存储格式为：S＝[s1,s2,s3,s4]，其中，S为环境信息，s1、s2、s3、s4为环境参数，且s1为压缩器调节参数，s2为限幅器调节参数，s3扩展器调节参数，s4噪声门调节参数。由于不同类型的动态范围控制器特点不一样，所以，采用不同的调节参数，分别对压缩器、限幅器、扩展器、噪声门进行调整，使听障患者在不同的环境中听感效果更好。
在一种可选的方式中，通过环境参数对平滑曲线进行优化，包括：将压缩器调节参数与压缩器的平滑曲线相乘，对压缩器平滑曲线进行优化；将限幅器调节参数与限幅器的平滑曲线相乘，对限幅器平滑曲线进行优化；将扩展器调节参数与扩展器的平滑曲线相乘，对扩展器平滑曲线进行优化；将噪声门调节参数与噪声门的平滑曲线相乘，对噪声门平滑曲线进行优化。在本实施例中，通过不同的环境参数对不同的动态范围控制器进行优化，其优化后可以分别产生针对的压缩器、限幅器、扩展器、噪声门的调节蓝本，并在助听器用户切换助听器的环境模式时，自动选择对应的调节蓝本，对动态范围控制器自适应调节，相较于现有技术，本方法极大提供了患者在不同环境中的听音效果。
在一种可选的方式中，当前环境信息包括餐厅模式、户外模式、音乐模式、标准模式；其中，标准模式S＝[1,1,1,1]，餐厅模式、户外模式、音乐模式根据环境特征和标准模式关系的，生成不同模式的环境参数。在本实施例中，餐厅模式主要是提升用户在噪声环境下的多人对话识别能力。在此环境中，背景噪声较大，且多为低频噪声，如小于200Hz，所以在调试设定上会采取将低频增益减少，并且加大降噪等级相结合的方式来满足环境需求。另外，由于多人对话中言语声往往是出现在中高频，如200Hz-8000Hz，所以在调试中将中高频的增益调整到合适的位置，使用户能够在此环境下通过助听器的干预而提升噪声下的言语识别能力。户外模式主要是提升用户在室外环境中对言语以及声源方向的感知。由于佩戴助听器的用户往往经历了比较漫长的听力下降过程，所以对于环境噪声比较敏感，传统助听器在户外环境中佩戴会将环境声一同放大，导致用户佩戴不够舒适，通过对环境声进行提取分析，得出环境声主要是由低频、中频以及部分高频声音组成的，如4500Hz以下，所以在对应的调试算法上将这部分的增益减少，同时辅以适当的降噪等级，使用户在室外环境中更好的拾取言语声，并且不会受到环境声的过多影响。音乐模式主要是为用户在欣赏音乐、演唱会等场景下使用。针对音频信号具有宽音域的特点，如20Hz-20000Hz，尽可能的将频宽调整至适当的范围才可以充分还原音乐带来的美感和音质。调试此模式的原则是将低、中、高频的声音能量尽可能平缓的输出，确保助听器接收到较完整且较宽的音频信号。
此外，本申请可以根据标准模式的参数，计算其他环境模式的参数，如通过增益公式G＝G1+0.05*(Y500+Y1000+Y2000)+0.31Yn，计算各音频频点的各环境参数中的各个调节参数的值，其中，G为自定义环境模式增益，G1为标准增益参数，Y500为音频频点为500Hz时的听阈差值，Y1000为音频频点为1000Hz时的听阈差值，Y2000为音频频点为2000Hz时的听阈差值，Yn为音频频点为nHz时的听阈差值。可以通过收集不同工作模式下的音频数据，并根据不同的音频数据中，各音频频点的声音强度作为环境模拟测试音频；在标准模式中，提取各音频频点的标准声音强度，记为x1，测试获取助听器的标准纯音听阈，记为y1；在自定义模式中，播放环境模拟测试音频，获取不同的环境模式的强度为x2时，助听器自定义纯音听阈，记为y2；在各音频频点中，不同的环境模式的声音强度与标准声音强度的差值为X时，不同的环境模式的纯音听阈与标准纯音听阈的差值，记为听阈差值Y；其中，音频频点包括125Hz、500Hz、1000Hz、1500Hz、2000Hz、2500Hz、3000Hz、3500Hz、4000Hz、4500Hz、5000Hz、5500Hz、6000Hz、6500Hz、7000Hz、7500Hz、8000Hz中任一个或多个；声音强度为40dB、50dB、60dB、70dB、80dB、90dB中任一个或多个。通过上述方式建立环境数据表。
实施例2，
根据本发明实施例的另一方面，提供了一种宽动态范围压缩优化装置，参见图3，本装置包括：信息获取模块301，用于获取增益启动时间、增益释放时间、增益延时周期、当前环境信息；平滑曲线计算模块302，用于根据增益启动时间、增益释放时间、增益延时周期，对动态范围控制器进行增益平滑处理，获取平滑曲线；环境参数获取模块303，用于根据当前环境信息，查询预设的环境数据表，获得环境参数；优化模块304，用于通过环境参数对平滑曲线进行优化。本发明实施例在根据增益启动时间、增益释放时间、增益延时周期，对动态范围控制器进行增益平滑处理的基础上，通过不同的环境特性，对平滑曲线进一步优化，可以实现在不同的助听器使用环境中，对声音变化的效果进行调整，避免听感上容易出现“断层”或“断断续续”等问题，使听障患者听感更加舒适。
实施例3，
根据本发明实施例的又一方面，提供了一种计算机可读存储介质，本存储介质中存储有至少一可执行指令，所述可执行指令在如上述的一种宽动态范围压缩优化装置上运行时，使得一种宽动态范围压缩优化装置执行如上述的一种宽动态范围压缩优化方法的操作。
具体地，一种计算机可读存储介质存储以下指令：
获取增益启动时间、增益释放时间、增益延时周期、当前环境信息；
根据增益启动时间、增益释放时间、增益延时周期，对动态范围控制器进行增益平滑处理，获取平滑曲线；
根据当前环境信息，查询预设的环境数据表，获得环境参数；
通过环境参数对平滑曲线进行优化。
上述指令，通过被宽动态范围压缩优化装置进行调用，从而执行对宽动态范围压缩方法的优化。通过本方案，实现在不同的助听器使用环境中，对声音变化的效果进行调整，避免听感上容易出现“断层”或“断断续续”等问题，使听障患者听感更加舒适。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。类似地，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明实施例的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。其中，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本领域技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。上述实施例中的步骤，除有特殊说明外，不应理解为对执行顺序的限定。
Claims (10)
1.一种宽动态范围压缩优化方法，其特征在于，应用于助听器中，所述方法包括：
获取增益启动时间、增益释放时间、增益延时周期、当前环境信息；
根据所述增益启动时间、增益释放时间、增益延时周期，对动态范围控制器进行增益平滑处理，获取平滑曲线；
根据所述当前环境信息，查询预设的环境数据表，获得环境参数；
通过所述环境参数对所述平滑曲线进行优化。
2.根据权利要求1所述的一种宽动态范围压缩优化方法，其特征在于，所述对动态范围控制器进行增益平滑处理，包括：
通过一阶递归滤波器：gs(n)＝(1-k)·gs(n-1)+k·gc(n)，其中，k是增益启动时间、增益释放时间、增益延时周期的换算的采样点数。
3.根据权利要求1所述的一种宽动态范围压缩优化方法，其特征在于，所述动态范围控制器包括压缩器、限幅器、扩展器、噪声门。
4.根据权利要求3所述的一种宽动态范围压缩优化方法，其特征在于，在所述压缩器、限幅器中，通过第一平滑公式进行增益平滑处理，具体包括：
所述第一平滑公式为：
其中，aA、aR由采样率和增益启动时间、增益释放时间确定，公式为：
5.根据权利要求3所述的一种宽动态范围压缩优化方法，其特征在于，在所述扩展器、噪声门中，通过第二平滑公式进行增益平滑处理，具体包括：
所述第二平滑公式为：
其中，aA、aR由采样率和增益启动时间、增益释放时间确定，公式为：k为增益延时周期的采样点数，CA为增益启动时间采样点数，CR为增益释放时间采样点数。
6.根据权利要求1所述的一种宽动态范围压缩优化方法，其特征在于，所述根据所述当前环境信息，查询预设的环境数据表，获得环境参数，包括：
所述环境数据表为当前环境信息和环境参数映射关系表，所述环境数据表存储格式为：S＝[s1,s2,s3,s4]，其中，S为环境信息，s1、s2、s3、s4为环境参数，且s1为压缩器调节参数，s2为限幅器调节参数，s3扩展器调节参数，s4噪声门调节参数。
7.根据权利要求6所述的一种宽动态范围压缩优化方法，其特征在于，所述通过所述环境参数对所述平滑曲线进行优化，包括：
将压缩器调节参数与压缩器的平滑曲线相乘，对压缩器平滑曲线进行优化；
将限幅器调节参数与限幅器的平滑曲线相乘，对限幅器平滑曲线进行优化；
将扩展器调节参数与扩展器的平滑曲线相乘，对扩展器平滑曲线进行优化；
将噪声门调节参数与噪声门的平滑曲线相乘，对噪声门平滑曲线进行优化。
8.根据权利要求6所述的一种宽动态范围压缩优化方法，其特征在于，所述当前环境信息包括餐厅模式、户外模式、音乐模式、标准模式；其中，标准模式S＝[1,1,1,1]，所述餐厅模式、户外模式、音乐模式根据环境特征和标准模式关系的，生成不同模式的环境参数。
9.一种宽动态范围压缩优化装置，其特征在于，所述装置包括：
信息获取模块，用于获取增益启动时间、增益释放时间、增益延时周期、当前环境信息；
平滑曲线计算模块，用于根据所述增益启动时间、增益释放时间、增益延时周期，对动态范围控制器进行增益平滑处理，获取平滑曲线；
环境参数获取模块，用于根据所述当前环境信息，查询预设的环境数据表，获得环境参数；
优化模块，用于通过所述环境参数对所述平滑曲线进行优化。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有至少一可执行指令，所述可执行指令在如权利要求9所述的一种宽动态范围压缩优化装置上运行时，使得一种宽动态范围压缩优化装置执行如权利要求1-8任一项所述的一种宽动态范围压缩优化方法的操作。
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410142620.2A Pending CN118018935A (zh) | 2024-01-31 | 2024-01-31 | 宽动态范围压缩优化方法、装置及计算机可读存储介质 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN118018935A (zh) |
-
2024
- 2024-01-31 CN CN202410142620.2A patent/CN118018935A/zh active Pending
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