WO2021091357A1 - 청각보조기기의 청각 보상 방법 - Google Patents

청각보조기기의 청각 보상 방법 Download PDF

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WO2021091357A1
WO2021091357A1 PCT/KR2020/015653 KR2020015653W WO2021091357A1 WO 2021091357 A1 WO2021091357 A1 WO 2021091357A1 KR 2020015653 W KR2020015653 W KR 2020015653W WO 2021091357 A1 WO2021091357 A1 WO 2021091357A1
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frequency
local maximum
gain
maximum value
hearing
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PCT/KR2020/015653
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양기동
박영진
조경환
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한국전기연구원
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    • H04R2225/00—Details of deaf aids covered by H04R25/00, not provided for in any of its subgroups
    • H04R2225/43—Signal processing in hearing aids to enhance the speech intelligibility

Definitions

  • the present invention relates to a method of compensating for hearing of a hearing aid device, and in particular, to a method of compensating for hearing aid of a hearing aid device for performing more accurate hearing loss compensation and reducing discomfort for sudden noise for a user's hearing aid.
  • the basic algorithm of hearing aid medical devices such as hearing aids to compensate the hearing impaired person's hearing ability is Wide-Dynamic Range Compression. This compensates for the reduced dynamic range of hearing, and functions to adjust the dynamic range of the output signal to suit the individual with a hearing loss by adding nonlinear amplification to the input sound pressure.
  • dynamic range adjustment was performed with a single channel, but in recent years, it has been increased to multiple channels, so that a volume optimized for each frequency can be applied to the hearing impaired.
  • a filter bank method was initially used to classify channels, which is a method of calculating an appropriate gain value by passing an input signal through several filter banks and summing them.
  • the filter bank method has a disadvantage in that it has limitations in responding to changes in various frequency characteristics of hearing loss because the required computational amount increases exponentially as the number of channels increases.
  • the present invention has been conceived to solve the above-described problem, and an object of the present invention is, in the auditory compensation method using DFT-IDFT, the volume is limited so that the maximum output is limited by performing smoothing while preserving the local maximum gain.
  • Hearing aids that can assist the user's hearing so that the noise normalization is performed to remove unnecessary distortions, compensate for more accurate hearing loss, reduce discomfort for sudden noise, and provide natural hearing compensation. It is to provide a method of hearing compensation.
  • the auditory compensation method of the hearing aid device for achieving the above object includes: (A) a frequency for a DFT (Discrete Fourier Transform) transformed signal of an acoustic signal. Calculating a star gain; (B) searching for a local maximum value of the gain for each frequency; (C) smoothing the gains for each frequency; And (D) maintaining the local maximum value in the smoothing result and outputting the gain for each frequency.
  • DFT Discrete Fourier Transform
  • steps (B), (C), and (D) may be sequentially repeated two or more times in order to reduce distortion.
  • the local maximum value may be searched for in units of a window corresponding to a frequency band.
  • the frequency width of the window may be equally applied to the entire band.
  • the frequency width of the window may be applied differently for each band.
  • step (B) the local maximum value is searched in units of a window corresponding to a frequency band, but during the repetition of steps (B), (C), and (D), the position of the window unit according to the setting in the repetition mode It is also possible to search for the local maximum value by moving to a frequency high band or low band position.
  • a hearing aid device includes: a gain calculator configured to calculate a gain for each frequency of a DFT (Discrete Fourier Transform) transformed signal of an acoustic signal; A search unit searching for a local maximum value of the gain for each frequency; A smoothing unit for smoothing the gains for each frequency; And a holding unit configured to output the gain for each frequency by maintaining the local maximum value in the smoothing result.
  • a gain calculator configured to calculate a gain for each frequency of a DFT (Discrete Fourier Transform) transformed signal of an acoustic signal
  • a search unit searching for a local maximum value of the gain for each frequency
  • a smoothing unit for smoothing the gains for each frequency
  • a holding unit configured to output the gain for each frequency by maintaining the local maximum value in the smoothing result.
  • the sequential operation of the search unit, the smoothing unit, and the holding unit may be repeated two or more times.
  • the search unit may search for the local maximum value in units of a window corresponding to a frequency band.
  • the search unit may apply the same frequency width of the window to the entire band.
  • the search unit may apply different frequency widths of the windows for each band.
  • the search unit searches for the local maximum value in units of a window corresponding to a frequency band, and during the sequential repetition operation of the search unit, the smoothing unit, and the holding unit, the position of the window unit is frequency It is also possible to search for the local maximum value by moving to a high-band or low-band position.
  • the volume leveling is performed so that the maximum output is limited by performing smoothing while preserving the local maximum gain with respect to the gain calculated from the spectrum signal for each frequency according to the Fourier transform of the speech signal. (Loudness normalization) can be performed to remove unnecessary distortion. Accordingly, more accurate compensation for hearing loss may be achieved, discomfort for unexpected noise may be reduced, and a user's hearing may be assisted so that natural hearing compensation may be achieved.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an ear-mounted type of a hearing aid device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a detailed configuration diagram of a hearing aid device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of the hearing aid device according to an embodiment of the present invention.
  • 4A is a graph of gain values for a frequency band for explaining the gain compensation effect of the prior art.
  • 4B is a graph of gain values for a frequency band for explaining the gain compensation effect in the present invention.
  • FIG. 5 is a view for explaining an example of a method of implementing a hearing aid device according to an embodiment of the present invention.
  • first and second may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms, and the terms are used to distinguish one component from other components. Is only used.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an ear-mounted type of a hearing aid device 100 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the hearing aid 100 is implemented in the form of a hearing aid mounted in the user's ear to assist the user's hearing.
  • the hearing aid device 100 of the present invention performs smoothing while preserving a local maximum gain so that the maximum output is limited.
  • a loudness normalization is performed to remove unnecessary distortion, so that more accurate hearing loss compensation is achieved, and discomfort for sudden noise is reduced, and the hearing of the hearing impaired, such as the hearing impaired, can be assisted so that natural hearing compensation is achieved. I did.
  • FIG. 2 is a detailed configuration diagram of the hearing aid device 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the hearing aid 100 includes a gain calculation unit 110, a local maximum search unit 120, a smoothing unit 130, and a local maximum maintenance unit 140. Includes.
  • Each component of the hearing aid device 100 may be implemented by hardware such as a semiconductor processor, software such as an application program, or a combination thereof.
  • FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of the hearing aid device 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the operation of the hearing aid 100 includes calculating a gain for each frequency (S110), searching for a local maximum value of the gain for each frequency (S120), The smoothing step (S130), the step of outputting a frequency-specific gain by maintaining the local maximum value in the smoothing result (S140), and the step of removing distortion by repeating the steps S120 to S140 two or more times, and then applying a frequency-specific gain ( S150).
  • the gain calculator 110 calculates a gain for each frequency of a DFT (Discrete Fourier Transform) transformed signal of an acoustic signal (S110).
  • the DFT unit may generate a spectrum signal for each frequency by converting a time domain sound signal input through a microphone into a frequency domain signal through DFT processing.
  • the frequency-specific spectrum signals Y1, Y2, .., YN which are DFT-converted with respect to the acoustic signal by the DFT unit, are input to the gain calculating unit 110, and the gain calculating unit 110 is DFT for the acoustic signal.
  • the gain is calculated for each frequency (see Fig. 4B).
  • the local maximum search unit 120 includes a preset window unit (frequency (band) width) corresponding to a frequency band for the calculated gain for each frequency from the gain calculation unit 110 (e.g., 500 Hz, 1000 Hz,, Etc.) (Refer to W1, W2, W3,,, in FIG. 4B), it is possible to search for a local maximum in the corresponding part.
  • the local maximum search unit 120 may equally apply the corresponding frequency width in window units to the entire frequency band. Alternatively, in some cases, the local maximum search unit 120 may divide the entire frequency band for each band and apply a different width of the corresponding frequency in a window unit.
  • the corresponding frequency width in a window unit can be applied to a wider range.
  • the frequency range of the sound signal is approximately 100Hz to 10kHz, so the frequency width (first frequency width) of the window unit is equally divided and applied in the range of 100Hz to 10kHz.
  • the frequency width (first frequency width) of the window unit is equally divided and applied in the range of 100Hz to 10kHz.
  • it is divided into a frequency width smaller than the first frequency width for the entire or multiple segmentation bands
  • the 10kHz to 20kHz range it is divided into a frequency width greater than the second frequency width for the entire or multiple segmentation bands.
  • the smoothing unit 130 smoothes the calculated gain for each frequency from the gain calculation unit 110 (S130).
  • the smoothing unit 130 smoothes the gain for each frequency in order to remove noise such as a high frequency component of the gain or sharp peaks and valleys.
  • the smoothing unit 130 may perform filtering by a low-pass filter or the like on a gain value in log units, or the smoothing unit 130 determines an average gain between a predetermined minimum output and a maximum output. Smoothing may be performed on a gain value in log units using an averaging technique.
  • the local maximum holding unit 140 outputs a gain for each frequency processed to maintain the local maximum value in the smoothing result (S140).
  • the local maximum holding unit 140 replaces the maximum value for each preset window unit (frequency bandwidth) with the local maximum value searched by the local maximum search unit 120 with respect to the gain for each frequency according to the smoothing result.
  • the sequential operations S120 to S140 of the local maximum search unit 120, smoothing unit 130, and local maximum holding unit 140 may be repeated two or more times according to a setting.
  • the local maximum search unit 120 determines the local maximum value for the calculated gain for each frequency from the gain calculation unit 110 in a corresponding set window unit corresponding to the frequency band as described above. ), it is also possible to search for the local maximum value by moving the position of the window unit to a frequency high band or low band position according to a predetermined setting in a corresponding repetition mode.
  • a predetermined frequency band range e.g., 100 Hz
  • the gain for each frequency processed by the sequential iteration process of (S120 to S140) and output from the local maximum holding unit 140 is applied in a subsequent process (S150).
  • a subsequent process appropriate amplification may be performed, and a signal in a time domain may be output using an Inverse Discrete Fourier Transform (IDFT).
  • IDFT Inverse Discrete Fourier Transform
  • 4A is a graph of gain values for a frequency band for explaining the gain compensation effect of the prior art.
  • 4B is a graph of gain values for a frequency band for explaining the gain compensation effect in the hearing aid device 100 of the present invention.
  • an algorithm for maintaining a local maximum in addition to smoothing for the gain 410 for each frequency is applied to maintain the local maximum value.
  • a more accurate gain value can be applied.
  • a smoothing process is performed based on a gain value in log units, and by performing such hearing compensation, an amplification ratio tailored to the hearing ability of the hearing impaired is determined. You can make it possible to get it.
  • Human hearing is in the form of an actual cosine filter, and when a loud sound is input at an adjacent frequency, sensitivity to the surrounding frequencies decreases, so the hearing compensation algorithm of the present invention can effectively compensate the hearing loss of the hearing impaired person. .
  • a loudness normalization is performed in a local window so that the local maximum value is not immediately exceeded. This guarantees the same natural hearing compensation as the human cognitive system when a loud sound is applied, thereby reducing discomfort for living noise (such as a clicking sound or a door closing sound).
  • FIG. 5 is a view for explaining an example of an implementation method of the hearing aid device 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the hearing aid device 100 may be formed of hardware, software, or a combination thereof.
  • the hearing aid device 100 of the present invention may be implemented in the form of a computing system 1000 as shown in FIG. 5 or a server on the Internet having at least one processor for performing the above functions/steps/processes. .
  • the computing system 1000 includes at least one processor 1100 connected through the bus 1200, a memory 1300, a user interface input device 1400, a user interface output device 1500, a storage 1600, and a network.
  • An interface 1700 may be included.
  • the processor 1100 may be a central processing unit (CPU) or a semiconductor device that processes instructions stored in the memory 1300 and/or the storage 1600.
  • the memory 1300 and the storage 1600 may include various types of volatile or nonvolatile storage media.
  • the memory 1300 may include a read only memory (ROM) 1310 and a random access memory (RAM) 1320.
  • the network interface 1700 is a communication module such as a modem that supports wired Internet communication, wireless Internet communication such as WiFi, WiBro, mobile communication such as WCDMA, LTE, etc. It may include a communication module such as a modem that supports communication in a wireless communication method (eg, Bluetooth, ZigBee, Wi-Fi, etc.).
  • a wireless communication method eg, Bluetooth, ZigBee, Wi-Fi, etc.
  • the steps of the method or algorithm described in connection with the embodiments disclosed herein may be directly implemented in hardware executed by the processor 1100, a software module, or a combination of the two.
  • the software module is a storage/recording medium (i.e., memory 1300) readable by a device such as a computer, such as RAM memory, flash memory, ROM memory, EPROM memory, EEPROM memory, register, hard disk, removable disk, CD-ROM. Alternatively, it may reside in the storage 1600.
  • An exemplary storage medium is coupled to the processor 1100, which is capable of reading information (codes) from the storage medium and writing information (codes) to the storage medium.
  • the storage medium may be integral with the processor 1100.
  • the processor and storage media may reside within an application specific integrated circuit (ASIC).
  • the ASIC may reside within the user terminal.
  • the processor and storage medium may reside as separate components within the user terminal.
  • the hearing aid 100 limits the maximum output by performing smoothing while preserving the local maximum gain with respect to the gain calculated in the spectrum signal for each frequency according to the Fourier transform of the speech signal.
  • loudness normalization is performed to remove unnecessary distortion. Accordingly, more accurate compensation for hearing loss may be achieved, discomfort for unexpected noise may be reduced, and a user's hearing may be assisted so that natural hearing compensation may be achieved.

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Abstract

본 발명은 청각보조기기의 청각 보상 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 청각보조기기의 청각 보상 방법은, (A) 음향 신호의 DFT(Discrete Fourier Transform) 변환된 신호에 대해 주파수별 이득을 계산하는 단계, (B) 상기 주파수별 이득의 국소 최대값을 탐색하는 단계, (C) 상기 주파수별 이득에 대한 스무딩을 수행하는 단계, 및 (D) 상기 스무딩 결과에 상기 국소 최대값을 유지시켜 상기 주파수별 이득을 출력하는 단계를 포함한다.

Description

청각보조기기의 청각 보상 방법
본 발명은 청각보조기기의 청각 보상 방법에 관한 것으로서, 특히, 사용자의 청각 보조를 위하여, 보다 정확한 난청 보상이 이루어지며 돌발적인 잡음에 대한 불편을 감소시키는 청각보조기기의 청각 보상 방법에 관한 것이다.
난청인의 청각 능력 보상을 위한 보청기 등 청각보조 의료기기의 기본 알고리즘은 광대역 압축 (Wide-Dynamic Range Compression)이다. 이는, 저하된 청력의 다이내믹 레인지를 보상하는 것으로, 입력 음압에 비선형 증폭을 더해 출력 신호의 다이내믹 레인지를 난청인 개개인에 맞도록 조정하는 기능을 한다. 과거에 다이내믹 레인지 조정은 단일 채널로 수행되다가, 최근에 들어서는 다중 채널로 늘어나게 되어 주파수별로 최적화된 음량을 난청인에게 인가할 수 있도록 하고 있다.
다중 채널 광대역 압축을 수행함에 있어, 초기에는 채널 구분에 있어 필터 뱅크 방식을 사용하였으며, 이는 입력된 신호를 여러 개의 필터 뱅크를 통과시켜 각기 알맞은 이득값을 산출하고 이를 합산하는 방식이다. 필터 뱅크 방식은 채널이 늘어날수록 필요한 연산량이 기하급수적으로 늘어나게 되므로, 난청의 다양한 주파수 특성 변화에 대응하는 데 있어 한계를 보이는 단점이 있었다.
종래의 DFT(Discrete Fourier Transform)을 이용하는 방법에서는, DFT를 이용하여 필터 계수를 산출하여 다시 IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform)을 수행하고 이를 시 계열 신호와 convolution하는 방식 (Side-branch방식)은 연산량 측면에서 필터 뱅크 방식에 비해 큰 장점이 없기 때문에, 주파수 도메인에서 모든 신호 처리를 수행한 후 IDFT를 한 번만 수행하는 방식이 최근 제안되고 있다. 이렇게 DFT-IDFT를 이용하는 방식에서는 채널별 음을 적정 수준으로 조절하기 위해 각각의 채널에서 산출된 이득값을 스무딩하는 과정이 반드시 필요하며, 이 스무딩 과정에서 산출된 이득 값이 바뀌게 되므로 청각 보상이 제대로 이루어지지 못하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, DFT-IDFT를 이용하는 청각 보상 방식에 있어서, 국소적 최대 이득을 보존하면서 스무딩을 수행함으로써 최대 출력이 제한되도록 음량 평준화(loudness normalization)가 이루어져 불필요한 왜곡을 제거해, 보다 정확한 난청 보상이 이루어지며 돌발적으로 발생하는 잡음에 대한 불편을 감소시킬 수 있고, 자연스러운 청력 보상이 이루어지도록 사용자의 청각을 보조할 수 있는 청각보조기기의 청각 보상 방법을 제공하는 데 있다.
먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 청각보조기기의 청각 보상 방법은, (A) 음향 신호의 DFT(Discrete Fourier Transform) 변환된 신호에 대해 주파수별 이득을 계산하는 단계; (B) 상기 주파수별 이득의 국소 최대값을 탐색하는 단계; (C) 상기 주파수별 이득에 대한 스무딩을 수행하는 단계; 및 (D) 상기 스무딩 결과에 상기 국소 최대값을 유지시켜 상기 주파수별 이득을 출력하는 단계를 포함한다.
상기 청각보조기기의 청각 보상 방법은, 왜곡을 줄이기 위하여, (B), (C), (D) 단계를 순차로 2회 이상 반복 가능하다.
(B) 단계에서, 주파수 대역에 대응되는 윈도우 단위로 상기 국소 최대값을 탐색할 수 있다. 이때, 상기 윈도우의 주파수 폭이 전체 대역에 동일하게 적용할 수 있다. 또한, 상기 윈도우의 주파수 폭이 대역별로 다르게 적용할 수도 있다.
(B) 단계에서, 주파수 대역에 대응되는 윈도우 단위로 상기 국소 최대값을 탐색하되, (B), (C), (D) 단계의 반복 동안에, 반복 모드에서의 설정에 따라 상기 윈도우 단위의 위치가 주파수 고대역 또는 저대역 위치로 이동하여 상기 국소 최대값을 탐색하는 것도 가능하다.
그리고, 본 발명의 다른 일면에 따른 청각보조기기는, 음향 신호의 DFT(Discrete Fourier Transform) 변환된 신호에 대해 주파수별 이득을 계산하는 이득 계산부; 상기 주파수별 이득의 국소 최대값을 탐색하는 탐색부; 상기 주파수별 이득에 대한 스무딩을 수행하는 스무딩부; 및 상기 스무딩 결과에 상기 국소 최대값을 유지시켜 상기 주파수별 이득을 출력하는 유지부를 포함한다.
왜곡을 줄이기 위하여, 상기 탐색부, 상기 스무딩부, 상기 유지부의 순차 동작 수행을 2회 이상 반복 가능하다.
상기 탐색부는, 주파수 대역에 대응되는 윈도우 단위로 상기 국소 최대값을 탐색할 수 있다.
상기 탐색부는, 상기 윈도우의 주파수 폭이 전체 대역에 동일하게 적용할 수 있다.
상기 탐색부는, 상기 윈도우의 주파수 폭이 대역별로 다르게 적용할 수 있다.
상기 탐색부는, 주파수 대역에 대응되는 윈도우 단위로 상기 국소 최대값을 탐색하되, 상기 탐색부, 상기 스무딩부, 상기 유지부의 순차 반복 동작 동안에, 반복 모드에서의 설정에 따라 상기 윈도우 단위의 위치를 주파수 고대역 또는 저대역 위치로 이동하여 상기 국소 최대값을 탐색할 수도 있다.
본 발명에 따른 청각보조기기의 청각 보상 방법에 따르면, 음성 신호의 푸리에 변환에 따른 주파수별 스펙트럼 신호에서 계산된 이득에 대해, 국소적 최대 이득을 보존하면서 스무딩을 수행함으로써 최대 출력이 제한되도록 음량 평준화(loudness normalization)가 이루어져 불필요한 왜곡을 제거할 수 있다. 이에 따라, 보다 정확한 난청 보상이 이루어지며 돌발적으로 발생하는 잡음에 대한 불편을 감소시킬 수 있고, 자연스러운 청력 보상이 이루어지도록 사용자의 청각을 보조할 수 있다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는 첨부도면은, 본 발명에 대한 실시예를 제공하고 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 청각보조기기의 귓속 장착 형태를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 청각보조기기의 구체적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 청각보조기기의 동작 설명을 위한 흐름도이다.
도 4a는 종래 기술의 이득 보상 효과를 설명하기 위한 주파수 대역에 대한 이득값 그래프이다.
도 4b는 본 발명에서의 이득 보상 효과를 설명하기 위한 주파수 대역에 대한 이득값 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 청각보조기기의 구현 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대해서 자세히 설명한다. 이때, 각각의 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타낸다. 또한, 이미 공지된 기능 및/또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하에 개시된 내용은, 다양한 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분을 중점적으로 설명하며, 그 설명의 요지를 흐릴 수 있는 요소들에 대한 설명은 생략한다. 또한 도면의 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니며, 따라서 각각의 도면에 그려진 구성요소들의 상대적인 크기나 간격에 의해 여기에 기재되는 내용들이 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시 예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 청각보조기기(100)의 귓속 장착 형태를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 청각보조기기(100)는 사용자의 귓속에 장착되는 보청기 등의 형태로 구현되어 사용자의 청각을 보조한다. 본 발명의 청각보조기기(100)는, DFT(Discrete Fourier Transform)-IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform)을 이용하는 청각 보상 방식에 있어서, 국소적 최대 이득을 보존하면서 스무딩을 수행함으로써 최대 출력이 제한되도록 음량 평준화(loudness normalization)가 이루어져 불필요한 왜곡을 제거해, 보다 정확한 난청 보상이 이루어지며 돌발적으로 발생하는 잡음에 대한 불편을 감소시킬 수 있고, 자연스러운 청력 보상이 이루어지도록 난청인 등 사용자의 청각을 보조할 수 있도록 하였다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 청각보조기기(100)의 구체적인 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 청각보조기기(100)는, 이득 계산부(110), 국소 최대 탐색부(120), 스무딩부(130), 국소 최대 유지부(140)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 청각보조기기(100)의 각부 구성 요소들은 반도체 프로세서와 같은 하드웨어, 응용 프로그램과 같은 소프트웨어, 또는 이들의 결합으로 구현될 수 있다.
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 청각보조기기(100)의 동작을 도 3을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 청각보조기기(100)의 동작 설명을 위한 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 청각보조기기(100)의 동작은, 주파수별 이득을 계산하는 단계(S110), 주파수별 이득의 국소 최대값을 탐색하는 단계(S120), 스무딩 단계(S130), 상기 스무딩 결과에 상기 국소 최대값을 유지시켜 주파수별 이득을 출력하는 단계(S140), S120~S140 단계를 2회 이상 반복하여 왜곡을 제거한 후 주파수별 이득을 적용하는 단계(S150)를 포함한다.
먼저, 이득 계산부(110)는 음향 신호의 DFT(Discrete Fourier Transform) 변환된 신호에 대해 주파수별 이득을 계산한다(S110). DFT 유닛은 마이크(microphone)를 통해 입력되는 시간 영역의 음향 신호에 대하여 DFT 처리를 통해 주파수 영역의 신호로 변환하여 주파수별 스펙트럼 신호를 생성할 수 있다. 이와 같이 DFT 유닛에 의해 음향 신호에 대해 DFT 변환된 주파수별 스펙트럼 신호(Y1, Y2,..,YN)는 이득 계산부(110)로 입력되고, 이득 계산부(110)는 음향 신호에 대해 DFT 변환된 신호(Y1, Y2,..,YN)에 대하여 주파수별로 이득을 계산한다(도 4b 참조).
국소 최대 탐색부(120)는, 이득 계산부(110)로부터의 상기 계산된 주파수별 이득에 대해 주파수 대역에 대응되는 미리 설정된 윈도우 단위(주파수 (대역)폭)(예, 500Hz, 1000Hz,,,등)(도 4b의 W1, W2, W3,,,참조) 마다 해당 부분에서의 국소적인 최대값(Local Maximum)을 탐색할 수 있다. 국소 최대 탐색부(120)는, 주파수 전체 대역에 윈도우 단위의 해당 주파수 폭을 동일하게 적용할 수 있다. 또는, 경우에 따라, 국소 최대 탐색부(120)는, 주파수 전체 대역에 대해 대역별로 구분하여 윈도우 단위의 해당 주파수 폭을 다르게 적용할 수도 있다. 예를 들어, 가청 주파수 대역(20Hz~20kHz)에서 주파수가 작은쪽에서 큰쪽으로 갈수록 윈도우 단위의 해당 주파수 폭을 넓게 적용할 수 있다. 또는 가청 주파수 대역(20Hz~20kHz) 중에서 음향 신호의 주파수 범위는 대략 100Hz ~ 10kHz의 대역을 갖고 있으므로, 100Hz ~ 10kHz 범위에서 윈도우 단위의 주파수 폭(제1 주파수폭)을 동일하게 구분하여 적용하고, 20Hz ~ 100Hz 범위에서는 전체적으로 또는 복수의 구분 대역에 대해 제1 주파수폭 보다 작은 주파수 폭으로 구분하여 적용하고, 10kHz~20kHz 범위에서는 전체적으로 또는 복수의 구분 대역에 대해 제2 주파수폭 보다 큰 주파수 폭으로 구분하여 적용할 수 있다.
스무딩부(130)는 이득 계산부(110)로부터의 상기 계산된 주파수별 이득에 대한 스무딩을 수행한다(S130). 스무딩부(130)는 이득의 고주파 성분이나 날카로운 피크(peak)와 밸리(valley) 등의 잡음을 제거하기 위하여 주파수별 이득에 대한 스무딩을 수행한다. 이를 위하여, 스무딩부(130)는 로그 단위의 이득값에 대하여 저주파 통과 필터 등에 의한 필터링을 수행할 수 있으며, 또는, 스무딩부(130)는 미리 결정된 최소출력과 최대출력 사이의 평균 이득을 결정하는 평균화(averaging) 기법으로 로그 단위의 이득값에 대하여 스무딩을 수행할 수도 있다.
국소 최대 유지부(140)는 상기 스무딩 결과에 상기 국소 최대값을 유지시키도록 처리된 주파수별 이득을 출력한다(S140). 국소 최대 유지부(140)는 스무딩 결과에 따른 주파수별 이득에 대하여, 미리 설정된 윈도우 단위(주파수 대역폭) 마다의 최대값은 국소 최대 탐색부(120)에서 탐색한 상기 국소적인 최대값으로 대체시킨다.
왜곡을 줄이기 위하여, 국소 최대 탐색부(120), 스무딩부(130) 및 국소 최대 유지부(140)의 순차 동작(S120~S140)의 수행을 설정에 따라 2회 이상 반복할 수 있다. 이와 같은 순차 반복 과정에서, 국소 최대 탐색부(120)는, 이득 계산부(110)로부터의 상기 계산된 주파수별 이득에 대해 위와 같이 주파수 대역에 대응되는 해당 설정된 윈도우 단위로 국소 최대값(Local Maximum)을 탐색함에 있어서, 해당 반복 모드에서의 소정의 설정에 따라 상기 윈도우 단위의 위치를 주파수 고대역 또는 저대역 위치로 이동하여 상기 국소 최대값을 탐색할 수도 있다. 예를 들어, 설정 위치가 고대역 위치로의 이동인 경우, 음향 신호의 주파수 범위(대략 100Hz ~ 10kHz) 내에서 반복 과정 마다 이전에 적용한 윈도우 단위의 위치보다 소정의 주파수 대역 범위(예, 100Hz, 200Hz,,,,등) 만큼 주파수가 큰 또는 작은 위치로 이동하여 상기 국소 최대값을 탐색할 수도 있다. 이에 따라 왜곡의 감소가 전체 대역에서 골고루 처리되어 사용자의 청각을 더욱 보조할 수 있다.
이와 같이 (S120~S140)의 순차 반복 과정으로 처리되어 국소 최대 유지부(140)에서 출력되는 주파수별 이득은 후속 프로세스에서 적용된다(S150). 후속 프로세스에서는 적절한 증폭을 수행하고, IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform)을 이용하여 시간 영역의 신호로 출력할 수 있다.
도 4a는 종래 기술의 이득 보상 효과를 설명하기 위한 주파수 대역에 대한 이득값 그래프이다.
도 4b는 본 발명의 청각보조기기(100)에서의 이득 보상 효과를 설명하기 위한 주파수 대역에 대한 이득값 그래프이다.
도 4a와 같이, 종래의 방식은 주파수별 이득(410)에 대해 스무딩 처리한다 하여도, 최대 출력이 넘는 출력값이 나오는 경우(420)가 있게 되는데, 사람의 청력은 실제 cosine filter의 형태이기 때문에, 종래의 방식에서는 인접한 주파수에서 큰 소리가 입력될 경우 주변 주파수에 대한 민감도가 떨어지게 되는 문제점이 있다.
도 4b와 같이, 본 발명의 청각보조기기(100)에서는, 주파수별 이득(410)에 대해 스무딩 이외에도 국소 최대값(Local Maximum)을 유지시키는 알고리즘을 적용하여, 국소 최대값을 유지시키도록 처리된 주파수별 이득(430)을 출력함으로써, 보다 정확한 이득값을 적용할 수 있도록 한다. 본 발명에서는 실제 사람의 청력이 로그 단위의 응답을 갖기 때문에, 로그 단위의 이득값에 기반하여 스무딩(Smoothing) 과정을 수행하도록 하였으며, 이러한 청력 보상을 수행함으로써, 난청인의 청력에 맞춰진 증폭비를 얻을 수 있도록 할 수 있다. 사람의 청력은 실제 cosine filter의 형태로, 인접한 주파수에서 큰 소리가 입력될 경우 주변 주파수에 대한 민감도가 떨어지게 되므로, 본 발명의 이와 같은 청력 보상 알고리즘은 실질적으로 난청인의 청력을 효과적으로 보상할 수 있다. 본 발명에서는 스무딩에 의한 청각 보상 이후에 소정의 최대 출력이 넘는 출력값이 나오는 경우 즉시 국소 최대값을 넘지 못하도록 국소적인 윈도우에서 음량 평준화(loudness normalization)을 수행한다. 이는 큰 소리가 인가되었을 때 인간의 인지 시스템과 동일한 자연스러운 청력 보상을 보장함으로써 생활 소음(클릭음이나 문 닫는 소리 등)에 대한 불편함을 저감할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 청각보조기기(100)의 구현 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 청각보조기기(100)는, 하드웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 결합으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 청각보조기기(100)는 위와 같은 기능/단계/과정들을 수행하기 위한 적어도 하나의 프로세서를 갖는 도 5와 같은 컴퓨팅 시스템(1000) 또는 인터넷 상의 서버 형태로 구현될 수 있다.
컴퓨팅 시스템(1000)은 버스(1200)를 통해 연결되는 적어도 하나의 프로세서(1100), 메모리(1300), 사용자 인터페이스 입력 장치(1400), 사용자 인터페이스 출력 장치(1500), 스토리지(1600), 및 네트워크 인터페이스(1700)를 포함할 수 있다. 프로세서(1100)는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600)에 저장된 명령어들에 대한 처리를 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(1300) 및 스토리지(1600)는 다양한 종류의 휘발성 또는 불휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(1300)는 ROM(Read Only Memory)(1310) 및 RAM(Random Access Memory)(1320)을 포함할 수 있다. 또한, 네트워크 인터페이스(1700)는 스마트폰, 노트북 PC, 데스크탑 PC 등 사용자 단말에서의 유선 인터넷 통신이나 WiFi, WiBro 등 무선 인터넷 통신, WCDMA, LTE 등 이동통신을 지원하는 모뎀 등의 통신 모듈이나, 근거리 무선 통신 방식(예, 블루투스, 지그비, 와이파이 등)의 통신을 지원하는 모뎀 등의 통신모듈을 포함할 수 있다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서(1100)에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM과 같이 컴퓨터 등 장치로 판독 가능한 저장/기록 매체(즉, 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600))에 상주할 수도 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서(1100)에 커플링되며, 그 프로세서(1100)는 저장 매체로부터 정보(코드)를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보(코드)를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서(1100)와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 청각보조기기(100)는, 음성 신호의 푸리에 변환에 따른 주파수별 스펙트럼 신호에서 계산된 이득에 대해, 국소적 최대 이득을 보존하면서 스무딩을 수행함으로써 최대 출력이 제한되도록 음량 평준화(loudness normalization)가 이루어져 불필요한 왜곡을 제거할 수 있다. 이에 따라, 보다 정확한 난청 보상이 이루어지며 돌발적으로 발생하는 잡음에 대한 불편을 감소시킬 수 있고, 자연스러운 청력 보상이 이루어지도록 사용자의 청각을 보조할 수 있다. 본 발명에 따르면, 종래의 단순한 스무딩 방법에서 발생할 수 있는 증폭 이득 감소를 제거할 수도 있으며, 이는 난청인에게 보다 정확한 이득을 주게 되어 보청기의 효과를 극대화하게 된다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

  1. (A) 음향 신호의 DFT(Discrete Fourier Transform) 변환된 신호에 대해 주파수별 이득을 계산하는 단계;
    (B) 상기 주파수별 이득의 국소 최대값을 탐색하는 단계;
    (C) 상기 주파수별 이득에 대한 스무딩을 수행하는 단계; 및
    (D) 상기 스무딩 결과에 상기 국소 최대값을 유지시켜 상기 주파수별 이득을 출력하는 단계
    를 포함하는 청각보조기기의 청각 보상 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    왜곡을 줄이기 위하여, (B), (C), (D) 단계를 순차로 2회 이상 반복 가능한 청각보조기기의 청각 보상 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    (B) 단계에서, 주파수 대역에 대응되는 윈도우 단위로 상기 국소 최대값을 탐색하는 청각보조기기의 청각 보상 방법.
  4. 제4항에 있어서,
    상기 윈도우의 주파수 폭이 전체 대역에 동일하게 적용하는 청각보조기기의 청각 보상 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 윈도우의 주파수 폭이 대역별로 다르게 적용하는 청각보조기기의 청각 보상 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    (B) 단계에서, 주파수 대역에 대응되는 윈도우 단위로 상기 국소 최대값을 탐색하되, (B), (C), (D) 단계의 반복 동안에, 반복 모드에서의 설정에 따라 상기 윈도우 단위의 위치가 주파수 고대역 또는 저대역 위치로 이동하여 상기 국소 최대값을 탐색하는 청각보조기기의 청각 보상 방법.
  7. 음향 신호의 DFT(Discrete Fourier Transform) 변환된 신호에 대해 주파수별 이득을 계산하는 이득 계산부;
    상기 주파수별 이득의 국소 최대값을 탐색하는 탐색부;
    상기 주파수별 이득에 대한 스무딩을 수행하는 스무딩부; 및
    상기 스무딩 결과에 상기 국소 최대값을 유지시켜 상기 주파수별 이득을 출력하는 유지부
    를 포함하는 청각보조기기.
  8. 제7항에 있어서,
    왜곡을 줄이기 위하여, 상기 탐색부, 상기 스무딩부, 상기 유지부의 순차 동작 수행을 2회 이상 반복 가능한 청각보조기기.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 탐색부는, 주파수 대역에 대응되는 윈도우 단위로 상기 국소 최대값을 탐색하는 청각보조기기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 탐색부는, 상기 윈도우의 주파수 폭이 전체 대역에 동일하게 적용하는 청각보조기기.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 탐색부는, 상기 윈도우의 주파수 폭이 대역별로 다르게 적용하는 청각보조기기.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 탐색부는, 주파수 대역에 대응되는 윈도우 단위로 상기 국소 최대값을 탐색하되, 상기 탐색부, 상기 스무딩부, 상기 유지부의 순차 반복 동작 동안에, 반복 모드에서의 설정에 따라 상기 윈도우 단위의 위치를 주파수 고대역 또는 저대역 위치로 이동하여 상기 국소 최대값을 탐색하는 청각보조기기.
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