CN1759634A - 在助听器中提供对讲功能的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种提供从在场人员到助听器用户的对讲功能的系统，其包括：助听器(4)、连接到助听器(4)的连接设备(5)、具有对讲麦克风(9)的计算机(7)、将计算机(7)连接到连接设备(5)的通信链路(6)、助听器(4)和连接设备(5)位于隔音间(1)中。计算机(7)适合接收来自麦克风(9)的信号，并且适合运行音频处理软件，音频处理软件处理麦克风信号，将它们转换成压缩的数字音频信号，并且经由通信链路(6)将这些信号传给连接设备(5)。连接设备(5)适合解压缩所接收的信号，并且将它们转成实时地提供给助听器(4)的音频信号。所述系统使得在场人员或助听器配制员能够通过通信链路(6)和助听器用户对话。例如，这在当助听器用户在配制助听器(4)期间与配制人员隔音时是有用的。本发明提供了具有对讲功能的系统和方法。

Description

在助听器中提供对讲功能的系统和方法

技术领域

本发明涉及助听器和配制助听器的方法。更具体地，本发明涉及独立用户的助听器系统的配制，特别是涉及在配制链中利用某种形式的数字信号处理的系统的配制。

背景技术

对讲系统被用于各种各样的应用中，例如在音乐产业的专业录音或广播的工作室中，它们使得从控制室到工作室本身能够建立听觉通信链路。在这些设置中，对讲功能使得音频工程师或者制作者能够给工作室里的任何人提供信息、指令或者请求。对讲功能通常是通过专用的开关激活的，其一般被置于混音控制台上或者控制室的其他地方，并且依靠置于控制室中的对讲麦克风、专用信号路径以及从对讲麦克风再现信号给工作室里的人的装置。但是，据本发明人所知，它从没有被用于助听器配制领域，这也许是由于各种实际限制所致。

US 2255517公开了一种对讲通信系统，其允许多个远程转换器终端回应来自中央转换器终端的语音通信。对讲信号路径是通过激活在任何一个远程转换器终端的按钮开关启动的，从而临时中断从中央转换器终端到所述的远程转换器终端的正常信号路径，并且当来自远程终端的通信终止时释放开关，从而恢复正常的信号路径。但是这个系统不处理通过窄带通信通道的传输，也未合并任何数字信号路径。

US 6360093B1公开了一种无线语音广播系统，其利用计算机网络在许多无线终端之间以编码的数字音频格式经由互连网或内部网服务器传送通话。任何无线终端可在任何时间启动传输，因为服务器软件控制来自各个发送器的信号。

WO 01/56331提供了一种听觉修复物，以及编程设备和用于从助听器传送信号到编程设备的装置。

EP 0453450A1公开了一种从个人计算机无线传输编程数据到接收的助听器的装置。在编程过程中，运行合适的助听器编程软件的计算机(PC)，将关于不同频率带的增益、压缩率等等的指令传给助听器。

DE 19541648描述了一种装置，其具有配备发送器/接收器模块的PC，发送器/接收器模块与连接到助听器的移动发送器模块进行无线通信。

经由连接设备用于对助听器进行无线编程的商业系统被优化用于高吞吐量且简单的硬件。这是通过在所用的缓冲通信协议中使用可变的比特率和相对大的数字包实现的。在这种装置中，可得到的带宽是大约250kbps，其足以用于编程但是不能用于全频率范围的未压缩音频，未压缩音频要求大约2Mbps的带宽。

在电信领域，在数字转换和传输之前减少音频信号的带宽是公知的，例如减少到64kbps固定率传输的带宽，如在标准的ISDN电话连接中使用的。但是，通过利用可变比特率协议的连接设备来驱动64kbps的固定率传输需要高速的数据包传输率，因此提供有效连续传输所需数据包的数量将会非常巨大，以至于在连接设备中将会消耗大量的时间来缓冲和处理各个数据包，以便连接设备处理器实现连续传输，不发生由于缓冲溢出而造成某些数据包丢失的情况，。

最近，数字助听器的发展已经给配制人员和听力学家提供了高级工具，用于确定听力损失、选择和配制合适的助听器以补偿听力损失，并且能够调节助听器以尽可能接近地匹配用户的听力损失分布(hearing loss profile)。数字技术允许使用专门的软件，通过将适当的参数值编程进助听器处理器来执行这些任务。最高级的可编程助听器提供几个程序存储在助听器的存储器中，用于由助听器用户在任何时间立即重复呼叫和使用。

典型地，给各个用户配制现代的助听器是由听力学家来实施的，其使用来自在较早阶段确定的听力图的值。听力图数据是根据配制规则处理的，以确定合适的设置，以便最佳补偿用户的听力不足。随后将参数设置编程进助听器。

可在一个步骤中对配制进行测试和调节，在此用户被置于选定的听觉环境中，并且允许听和测试设置中的变化。为了测试，模拟的听觉环境在参数室中产生，用户位于测试室中。听力学家指导测试并且远程修改助听器设置。

这种配制是听力学家和用户之间的交互过程。但是，在配制期间，从听力学家到助听器用户的通信却是一个问题。专用的对讲系统可用于这个目的，然而这意味着将会增加资金成本和复杂性。

发明内容

在第一方面中，本发明提供了一种系统，其提供从在场人员到助听器用户的对讲功能，该系统包括助听器、连接到助听器的连接设备、具有对讲麦克风的计算机和将计算机连接到连接设备的通信链路，所述计算机具有接收来自对讲麦克风信号的装置，和用于处理对讲麦克风信号的音频处理软件，音频处理软件将所述麦克风信号压缩成压缩的数字音频信号，并且将通信链路上的这些信号传给连接设备，所述连接设备适合解压缩经由通信链路接收的信号，并且将它们转换成提供给助听器的音频信号。

这种系统的一个好处是，除了在典型的配制状况下一般可获得的设备之外，不需要特殊的硬件或外部设备就可提供对讲功能。根据本发明，在助听器配制部门中一般均可获得用于对助听器进行编程的连接设备或类似设备，其能够被用于传送音频数据到助听器。适合在助听器和配制计算机之间提供通信通道的合适设备利用某种形式的数字有线或无线通信。无线通信的一个例子是Bluetooth系统。

本发明的系统提供了，将表示声音信号的数字数据包压缩成适合经由小容量传输通道作为数据流发送的压缩的数据格式。这使得依靠窄带传输通道装置(其可能没有足够的容量来传送未压缩的音频数据)成为可能。在其他技术中，这包括，各种串行数据通信接口、Bluetooth标准设备和在配制和编程助听器设备中使用的其他连接设备。

在第二个方面，本发明的系统提供了一种连接设备，其适合处理来自助听器的音频信号，并且经由通信链路将所处理的音频信号传送到计算机，并且其中所述计算机具有用于处理经由通信链路传输的信号的音频处理软件，以及用于在听觉上对计算机处理信号进行再现的装置。

在信号传输到计算机之前在连接设备中对信号进行处理，提供了对来自助听器的信号的压缩，并且在接收之后对计算机所接收的信号进行处理，提供了信号的解压缩和所述信号到音频信号的转换，因此允许在计算机处的配制人员使用通信链路选择性地监视助听器获取和处理的声音。

在第三个方面，本发明提供了一种方法，用于处理从在场人员到助听器用户的对讲功能。对讲功能包括以下步骤：从麦克风接收声音信号，将接收的声音信号转成数字数据帧，经由通信链路将压缩的数据帧作为数据包传输到连接设备，在连接设备中接收数据包，在连接设备中解码压缩的数据帧，并且最后将表示声音信号的解压缩数据帧传输到用于声音再现的助听器，。

在经由连接设备传输之前压缩音频信号，大大减少了连接设备所必须的数据传输率。这使得使用带宽相对适中的数字通信协议，甚至使用可变比特率协议来传送表示信号的数据包成为可能，而不会对所接收的声音信号产生显著的不良影响。因此，用于编程和配制助听器的现有连接设备可将压缩的、数字化的对讲声音信号传送到助听器。

在经由连接设备进行传输之前，用于压缩数字音频信号的算法可以是本领域公知的、任何合适的音频压缩算法。空间有效的、有损算法比如MPEG(运动图像专家组)音频层3(即所谓的“MP3”)、或者ATRAC(MiniDisc的自适应转换声音编码)是优选的算法，因为它们能够非常充分地压缩音频数据，例如达到10∶1-14∶1，同时提供适当的再现质量。这显著地限制了对传输缓冲区的需求。

但是这些压缩方案都是有损的，即它们在编码过程中基于心理声学模型牺牲了部分信号，优选地是听者大概不能听到的信号部分。其他实施例可使用无损的压缩方案，例如LZW压缩(即在Unisys公司名字下的美国专利第4558302号所保护的Lempel-Ziv-Welch压缩)等等。这通常可以得到更高保真度的再现音频信号，但是代价却是不能有效地压缩音频数据，因此会使容量有限的传输通道的负担更重。

根据从属权利要求，将会表现出更多的有利特征。

附图说明

下面将结合附图更详细地描述本发明，其中：

图1是用于实时处理对讲功能的算法的流程图，

图2是一个具有对讲功能的配制系统的原理框图，和

图3是在对讲过程期间音频帧处理的时序图。

具体实施方式

图1显示了本发明软件算法的流程图。所述算法假设适合在标准计算机上(比如PC上)运行，并且所述软件算法的实际实现对于本领域的技术人员应该是明显的。流程图被分成4个主要的部分或者线程：主线程、MCI(媒体控制接口)线程、共享缓冲区处理程序(handler)线程和链路接收器线程(图1中表示为NOAHLink)。主线程负责对讲功能、转换和链路传输处理程序的初始化。MCI线程处理从麦克风收集的声音数据和在这个活动中涉及的缓冲区。共享缓冲区处理程序线程形成了主线程和MCI线程之间的接口，使得主线程可获得来自MCI线程的数据包。链路接收器适合经由链路传输处理程序接收来自主线程的压缩音频数据，并且对压缩的音频数据进行解压缩，用于听觉仪器的再现。

在图1中，主线程在步骤101初始化，主线程的一个实例在此通过为其分配存储器和给它指定句柄而被创建。在随后的步骤102，，创建媒体控制接口MCI的一个实例，由此创建了MCI缓冲池130以及与MCI的使用和事件处理程序相关的资源。在步骤103，主线程初始化音频压缩管理器ACM对象。然后，在步骤104，创建传输链路对象的一个实例。在步骤105，创建用于临时存储压缩音频数据的共享缓冲池(未示出)的一个实例以及共享缓冲区处理程序120，并且在步骤106启动MCI线程中的录音过程，下文将会对此进行更详细的描述。

下一个事件序列是在并发线程中同时运行的，但是为了方便，下文将按顺序对其进行描述。在步骤107建立一个反复循环，包括步骤108、109、110、111、112和113。在步骤108，例程确定对讲标志是否设为Yes(真)。这个标志是由标准事件处理程序(event handler)(比如按钮按压)来控制的，或者是由麦克风设备131的声级下降到某个级别之下一段预定时间来控制，例如当配制人员停止对麦克风说话时自动关闭对讲功能。但是，如果对讲标志设为No(假)，那么例程继续到步骤115，在此录音停止，链路对象、ACM对象和共享缓冲池实例的事件处理程序被销毁。分配的存储器被回收，并且MCI线程暂停。

如果对讲标志设为Yes，那么例程继续到步骤109，从共享缓冲区处理程序120收集下一个满的共享缓冲区。这个缓冲区包含还未压缩的、要经由传输链路传输的音频数据。如果缓冲区还没有准备好，那么例程在步骤110中通过重复步骤107、108和109继续：在步骤108再次检查对讲标志，在步骤110中当缓冲区准备好时进行另一分支。当缓冲区准备好时，在步骤109接收指示这个状态的、来自共享缓冲区处理程序120的信号量(semaphore)。这样，步骤110将例程转移到步骤111，在此缓冲区内容被转成压缩格式并且分开存储。在步骤112，压缩的缓冲区内容被传给传输链路。然后在步骤113中，共享缓冲区被释放到共享缓冲区处理程序，并且再次执行步骤107，收集下一个满的缓冲区。

当在步骤106中开始录音的信号量发送给MCI线程时，例程在步骤132通过合适的放大器和A/D转换器(未示出)从麦克风设备131收集模拟的麦克风信号的数字表示。在该上下文中，术语“录音”是这样一种过程：使用A/D转换器对模拟的麦克风信号进行采样，将模拟信号转换成等长度的数字数据帧，并且借助于合适的缓冲区在所分配的存储器中存储所述帧。来自麦克风的信号在步骤133被进一步处理并且存储在所分配的MCI缓冲区存储空间中。MCI缓冲池130在步骤133中也被作为单独的线程处理，在此控制了缓冲区指针和与MCI缓冲区其他相关资源。这种控制包括在步骤134对用于指示一个缓冲区是否已满的缓冲区标志进行检查，在这种情况下主线程需要清空该缓冲区，以便缓冲区接收数字化的麦克风信号用于进一步的处理。

如果该缓冲区不是满的，例程继续步骤132，从麦克风设备131收集更多的数据用于在步骤132的处理。但是，如果缓冲区标志指示缓冲区是满的，那么就在共享缓冲区处理程序例程中将指示缓冲区已满的信号量发送给“缓冲区满”事件处理程序121，并且所述例程继续回到步骤132，在处理缓冲区内容时收集更多的麦克风信号。MCI线程继续以这种方式工作直到它被主线程中的步骤115暂停。

共享缓冲区处理程序120处理主线程和MCI线程共享的存储器缓冲区。这个缓冲区通过MCI线程从麦克风设备131收集麦克风信号数据，并且当在步骤109接收了来自共享缓冲区处理程序120的相应的信号量时，就传递数据用于主线程的进一步处理。在步骤121当MCI缓冲区是满的时，“缓冲区满”事件处理程序接收来自MCI线程的信号量，如步骤135所产生的。在步骤122，从共享缓冲池中分配空闲的共享缓冲区，并且在步骤123，麦克风信号数据从MCI缓冲区移到共享缓冲区。当共享缓冲区满了时，在步骤124共享缓冲区返回到共享缓冲区处理程序120，并且共享缓冲区处理程序120通过发送共享缓冲区已满的信号量给主线程中的步骤109来进一步对其进行处理。

在步骤112中压缩音频信号被传给步骤141中的传输链路，在步骤141中，独立地接收各个数据帧，用于步骤142的解压缩。步骤142中的解压缩遵从和步骤111中的压缩相同的压缩方案，但是是以相反的顺序。在该优选实施例中使用的压缩是MPEG音频层一3压缩，其在数字录音和广播领域是众所周知的。最后在步骤143中，将解压缩的音频信号传给听觉仪器。

图2示出了在一个配制会话(session)中所用的设置，助听器4被示意性地置于隔音间1中，助听器4包括麦克风3和接收器2(即一个微型扩音器)。助听器4被连接到连接设备5，并且连接设备适合经由通信链路6与PC 7通信。通信链路6可以是电缆或无线连接，比如Bluetooth连接。PC 7配备有传输和接收硬件、合适的音频处理硬件和音频处理软件。PC 7被连接到PC麦克风9用于录音，并且可选地连接到扩音器8用于再现来自隔音间1、由助听器麦克风得到的声音。

连接设备5包括经由通信链路至PC 7的、合适的传输和接收硬件。连接设备5优选是一个由电缆连接到助听器4的便携装置，用以在编程会话期间与助听器4通信。连接设备5还适合向助听器4输入音频信号，在助听器处理器中对该音频信号进行处理，并且将其送入产生听觉输出信号的助听器接收器中。助听器4和连接设备5之间的电缆连接也使得连接设备5能够根据来自PC 7的指令对助听器4编程。连接设备5也可被修改以接收来自助听器的音频输入，从而经由通信链路6传输相应的信号给PC。

在配制期间，佩戴助听器4的助听器用户被安排在隔音间1中。所执行的配制过程包括经由通信链路6和连接设备5对助听器4编程，以通过将合适的参数设置编程进助听器中来补偿用户的听觉损失，例如在各个不同的频率带中些相应的放大器增益设置，比如在用户的听觉受损的那些频率带中是高增益设置。在现代的可编程助听器中，几中不同的程序可存储在存储器中供用户选择。这些程序可适合特定的听觉环境，或者可由听力学家改编以适合个别用户的需求和偏好。通信链路6连接PC 7，PC 7被编程用于从助听器读取数据和将编程的参数设置等等写入助听器存储器。

在配制过程期间，听力学家向助听器4的用户给出指令，并且问问题，以在配制过程中获得用户反馈。在一个常规的配制方案中，这是复杂的，因为助听器4的用户在配制期间通常不得不处于隔音间1中，而听力学家在隔音间1之外。

在图2的装置中，听力学家和助听器用户之间的直接通信通道由连接设备5和通信链路6提供。，助听器4通过助听器麦克风3从隔音间1获得声音并且为助听器接收器2提供听觉音频信号。

当听力学家需要向助听器4的用户发出请求或者希望询问他或她问题时，他或她通过按下按钮、或通过点击设备点击图形用户界面中的适当位置来激活对讲功能，或者可以通过语音激活开关来激活对讲功能，语音激活开关适合在检测到来自PC麦克风9的足够振幅的发音强度(vocal effort)时激活对讲功能。然后，来自PC麦克风9的声音信号就以上文所述的方式转换成数字数据帧，并且被压缩，并经由通信链路6从PC 7传输给连接设备5，然后被转换回声音信号。这个声音信号是由连接设备5提供给助听器4，并且是由助听器接收器2再现的。这样，就以一种简单有效的方式提供了对讲功能。

一个实际的实施例包括一个像连接设备5那样的专用通信设备，比如由GN Otometrics A/S，Denmark制造的、由HIMSA A/S，Denmark销售的NOAHLink设备，其用于连接到左助听器和右助听器。NOAHLink设备包括Bluetooth链路，用于与运行合适的配制软件的PC进行无线通信。执行数字音频帧的编码/解码的软件可包括在NOAHLink设备的固件中。在其他的实施例中，连接设备5可部分或整个地集成到助听器4中。

在图3中，更详细示出了单个音频帧的收集、传输、压缩和解压缩。在这个时序图中，包括对讲系统的6个对象以预定的方式交换信息。用户接口对象表示激活系统中的对讲功能的方法，主线程对象负责帧缓冲请求并且实际压缩音频信号，共享缓冲区对象处理帧缓冲区，MCI线程对象从音频硬件(麦克风、放大器和A/D转换器)获取音频数据，链路接收器对象接收和解码压缩的音频帧，以及听觉仪器对象接收解码的音频帧用于再现。

用户接口对象发送“对讲激活”事件给主线程对象，从而启动录音。主线程对象发送“开始录音”事件给真正收集音频数据帧的MCI线程对象。MCI线程对象适合在分配的缓冲区中存储这些数据帧，以便随后由MCI线程对象或主线程对象检索。主线程对象通过发送信号量“缓冲区请求”给应用程序中处理缓冲区活动的共享缓冲区对象来分配共享缓冲区。一个“获得麦克风缓冲区”的请求信号量被发送给MCI线程对象，以通知共享缓冲区对象准备好接收数据。在收集麦克风数据的MCI线程中的缓冲区中填充音频数据帧，并且当这个缓冲区装满时，“缓冲区满”事件信号被发送回共享缓冲区对象，结果，实际的缓冲区内容被传给共享缓冲区。然后通过发送信号量“返回满帧(rtn-full-frame)”，将共享缓冲区返回到主线程对象用于压缩。在接收到未压缩的音频缓冲区数据时，主线程对象使用合适的压缩协议启动压缩，并且随后在独立的内部缓冲区中(未示出)存储压缩的音频数据帧。

在主线程对象压缩音频帧块时，共享缓冲区对象将当前空闲共享缓冲区返回给MCI共享缓冲池，以使其对于MCI线程对象存储下一个音频帧块而言是可用的。一旦主线程对象完成当前音频帧的压缩，就使用“传输帧”消息将压缩的音频帧传给链路接收器对象。然后，链路接收器对象使用解压缩协议解码压缩的音频帧，该解压缩协议对应于在主线程对象中压缩音频数据帧所用的压缩协议。最后，解码的音频数据帧被作为数字音频数据传给听觉仪器对象，听觉仪器对象是实际使用的助听器的系统表示。

这样，在该应用的不同部分之间就能够以快速和有效的方式将计算机的麦克风记录的对讲音频帧传递给助听器。

Claims (11)

1.一种提供从在场人员到助听器用户的对讲功能的系统，其包括：一个助听器、一个连接到所述助听器的连接设备、一台具有对讲麦克风的计算机、以及一个将所述计算机到所述连接设备的通信链路，所述计算机具有从所述对讲麦克风中接收信号的装置以及音频处理软件，所述音频处理软件对所述对讲麦克风的信号进行处理以将其压缩成压缩的数字音频信号，并且在所述通信链路上将这些信号传输到所述连接设备，所述连接设备用于对经由所述通信链路接收的信号进行解压缩，并且将它们转换成提供给所述助听器的音频信号。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述音频处理软件包括将所述麦克风信号转换成数字数据包的装置、压缩所述数字数据包的装置、产生表示所压缩的数字数据包的数据流的装置、以及将表示所压缩的数字数据包的数据流从所述计算机传给所述通信链路设备的装置。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述连接设备包括接收所述数据流的装置、临时存储所接收的数据流的装置、将表示所压缩的、存储的数字数据包的数据流解压缩成数字音频流的装置、以及将所述数字音频流传给所述助听器用于声音再现的装置。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述连接设备包括经由所述通信链路接收所压缩的数据包的装置、解压缩所接收的数据包的装置、以及将所述数据包传给所述助听器用于声音再现的装置。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述通信链路是电缆传输通道。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述通信链路是无线传输通道。

7.根据上述权利要求中任一项所述的系统，其中所述连接设备用于处理来自所述助听器的音频信号，经由所述通信链路将所处理的音频信号传给所述计算机，其中所述计算机具有音频处理软件，其用于处理经由所述通信链路传输的信号，以及具有用于听觉上再现所述计算机处理的信号的装置。

8.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述传输链路被用于将新的程序设置传给所述助听器，并且用于传输所述对讲信号。

9.一种提供从在场人员到助听器用户的对讲功能的方法，其包括以下步骤：通过麦克风从在场人员获取声音信号，将所获取的声音信号转换成数字数据帧，将所述数字数据帧转换成压缩的数据帧，经由通信链路传输所述压缩的数据帧，在一个连接设备中接收所述压缩的数据包，在一个连接设备中解码所述压缩的数据包，并将表示声音信号的解码数据帧传输到一个用于声音再现的助听器，。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述数据帧的压缩和解压缩利用了MPEG音频层3编码解码算法。

11.根据权利要求9所述的方法，其中所述数据帧的压缩和解压缩利用ATRAC编码解码算法。

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