本發(fā)明屬于助聽器設(shè)計(jì)領(lǐng)域，更具體的說，是涉及一種新型的應(yīng)用于助聽器的濾波器組的實(shí)現(xiàn)方法，以便攜式終端作為濾波器組信號(hào)處理的平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)助聽器智能化。

背景技術(shù)：

根據(jù)世界衛(wèi)生組織數(shù)據(jù)表明，聽障患者是目前殘疾人中數(shù)目最多的一類。在我國，聽障患者主要集中在老年群里中。而面對我國老齡化日漸嚴(yán)重的現(xiàn)狀，患有聽力疾病的老年人數(shù)量不斷增多，聽力問題亟待解決。

助聽器是對聽力損失患者進(jìn)行聽力補(bǔ)償?shù)挠行гO(shè)備。典型的助聽器，主要包括麥克風(fēng)，數(shù)模轉(zhuǎn)換器，信號(hào)處理模塊，電源管理模塊，受話器等。其中，信號(hào)處理模塊是助聽器的核心，它會(huì)對輸入的語音信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償、降噪等處理，使輸出語音在聽力損失患者的聽閾(人耳剛好能聽到的聲音的聲壓)之上。對于聽力受損人群來說，每個(gè)人的聽力曲線(聽閾-頻率曲線)是不相同的，其普遍規(guī)律為聽閾隨頻率的增大而上升，并且在不同的頻段上升程度不同。一段語音信號(hào)所覆蓋最大頻率大約為0Hz～8000Hz，要是聽損患者聽到0Hz～8000Hz內(nèi)的聲音，就需要對0Hz～8000Hz內(nèi)的不同頻段的語音分別進(jìn)行補(bǔ)償。再加上人耳對語音處理延時(shí)的敏感，因此需要一種低延時(shí)分頻道語音濾波法，將輸入的語音信號(hào)分成子頻段，以便于進(jìn)行分頻段補(bǔ)償。近幾年來，分頻段方法不斷發(fā)展，從最初的均勻分頻法發(fā)展為如今多采樣速率法，發(fā)展宗旨就是降低設(shè)備復(fù)雜度和延時(shí)，提高舒適度。其中，分頻段方法以數(shù)字濾波器組的形式實(shí)現(xiàn)。

但是，為提高舒適度，分頻段方法越來越復(fù)雜，相應(yīng)的硬件設(shè)計(jì)復(fù)雜度，功耗也隨之提高，這是阻礙助聽器發(fā)展的問題之一。隨著智能化設(shè)備不斷涌現(xiàn)，助聽器也需要與智能設(shè)備相連接，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化與智能化，但目前此類產(chǎn)品并不普及，這是阻礙助聽器發(fā)展問題之二。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于便攜式終端的助聽器濾波器組的實(shí)現(xiàn)方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種基于便攜式終端的助聽器濾波器組的實(shí)現(xiàn)方法，智能終端接收到來自助聽器的語音信號(hào)，經(jīng)過分析濾波器組的分頻后，進(jìn)行聲音補(bǔ)償，最后將各頻段輸出的語音信號(hào)經(jīng)綜合濾波器綜合到一起；所述分析濾波器組和所述綜合濾波器組的實(shí)現(xiàn)方法如下：

A.分析濾波器組：

a.依次確定分頻標(biāo)準(zhǔn)、分頻通道數(shù)、濾波器種類及階數(shù)和濾波器系數(shù)，濾波器系數(shù)確定后，對每個(gè)系數(shù)擴(kuò)大2^15倍，轉(zhuǎn)化為整型數(shù)據(jù)；

b.通過對折分頻算法對語音信號(hào)進(jìn)行分頻，具體包括以下步驟：

(1)數(shù)字信號(hào)輸入(令從音頻文件中提取出的數(shù)據(jù)為整型數(shù)據(jù))，初始化通道數(shù)k＝1；

(2)判斷k是否小于等于分頻通道數(shù)，若是，取語音信號(hào)的采樣點(diǎn)，進(jìn)行下一步；若否，輸出處理后的語音信號(hào)，結(jié)束算法；

(3)對采樣點(diǎn)進(jìn)行對折卷積倒敘相乘處理，對折卷積算法表示為：

$y\left(n\right)=\underset{i=0}{\overset{(N-1)/2}{\Σ}}{h}_i*\[x(n-i)+x(n-N+i)\]---\left(1\right)$

x(n)為輸入語音信號(hào)，n代表第n個(gè)采樣點(diǎn)，h₀～h_N為濾波器系數(shù)，N為濾波器階數(shù)，y(n)為通過對折卷積運(yùn)算后得到的語音信號(hào)；當(dāng)n-N<0時(shí)，舍去此類采樣點(diǎn)n，不進(jìn)行計(jì)算；

當(dāng)n-N>0時(shí)，將x(n)代入式(1)進(jìn)行運(yùn)算，算出結(jié)果輸出為y(n)；由于步驟(a)將所述濾波器系數(shù)化為整型時(shí)將系數(shù)擴(kuò)大了2^15倍，所以此處將y(n)縮小2^15倍，記為y*(n)＝y(tǒng)(n)/(2^15)；

(4)在n-N>0的情況下，第n個(gè)采樣點(diǎn)處理完后，繼續(xù)取下一個(gè)采樣點(diǎn)x(n+1)，進(jìn)行對折卷積運(yùn)算，計(jì)算后輸出結(jié)果為y*(n+1)；依次取x(n+2)，x(n+3)直至所有采樣點(diǎn)都處理完畢；

(5)待所有采樣點(diǎn)處理完畢，輸出的一系列y，就是濾波之后，第k個(gè)頻段的語音信號(hào)；令k＝k+1，進(jìn)行下一步；

(6)重復(fù)步驟(2)，(3)，(4)，(5)直至結(jié)束算法；最終將語音信號(hào)分為k個(gè)頻段；

B.綜合濾波器組：

經(jīng)過分析濾波器組的k個(gè)頻段的語音信號(hào)，進(jìn)行補(bǔ)償處理，將聲音有選擇的放大之后，再經(jīng)過綜合濾波器組，將k個(gè)頻段的信號(hào)加到一起，計(jì)算方法按照下式(2)進(jìn)行：

$Y\left(n\right)=\underset{k=1}{\overset{8}{\&Sigma;}}{y}_k\left(n\right)---\left(2\right)$

得到最終語音信號(hào)Y，通過無線傳送到耳側(cè)助聽器處進(jìn)行后續(xù)處理；如此便實(shí)現(xiàn)了基于便攜式終端的助聽器分頻段算法。

所述分頻標(biāo)準(zhǔn)采用Critical band-like分頻標(biāo)準(zhǔn)；所述分頻通道數(shù)為8頻段，分別為1個(gè)高通頻段，6個(gè)帶通頻段和1個(gè)低通頻段；所述濾波器種類及階數(shù)基于63階fir分頻方法；所述濾波器系數(shù)共64個(gè)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案所帶來的有益效果是：

1.該方法將耳部佩戴的助聽器與助聽器進(jìn)行無線連接，將助聽器對折分頻段，補(bǔ)償，綜合頻段算法放到智能終端(包括手機(jī)，平板電腦，智能手表等)中執(zhí)行，其他操作放在耳側(cè)助聽器中執(zhí)行，這樣在不影響助聽器佩戴者舒適度的基礎(chǔ)上，可大大降低硬件復(fù)雜度，從而降低功耗與制作成本；連接智能終端，也使助聽器更加智能化。

2.該方法將分頻涉及到的濾波器系數(shù)化為整型；濾波器濾波卷積運(yùn)算采用對折算法，這樣可以有效降低延時(shí)，彌補(bǔ)軟件處理速度低于硬件處理的不足。

附圖說明

圖1是應(yīng)用本發(fā)明方法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是濾波器組的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是分析濾波器組的分頻算法流程圖。

圖4是延時(shí)對比示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述：

如圖1和圖2所示，智能終端接收到來自助聽器的語音信號(hào)，經(jīng)過分析濾波器組的分頻后，進(jìn)行聲音補(bǔ)償，最后將各頻段輸出的語音信號(hào)通過綜合濾波器組綜合到一起。下面具體介紹分析濾波器組和綜合濾波器組的實(shí)現(xiàn)方法:

A:分析濾波器組：將語音信號(hào)分頻段

分頻之前，首先要進(jìn)行以下幾方面預(yù)處理：a.確定分頻標(biāo)準(zhǔn)，本實(shí)施例采用Critical band-like分頻標(biāo)準(zhǔn)；

b.確定分頻通道數(shù)，一般為8通道或是16通道，此處以分8頻段為例，分別為1個(gè)高通頻段，6個(gè)帶通頻段，1個(gè)低通頻段；聲音覆蓋頻率大概在0Hz～8000Hz之間，按照a中方法分為0Hz～250Hz，250Hz～645Hz，645Hz～1130Hz，1130Hz～1720Hz，1720Hz～2355Hz，2355Hz～3255Hz，3255Hz～4860Hz，4860Hz～7500Hz；

c.確定濾波器種類及階數(shù)，此處基于63階fir分頻方法；

d.確定濾波器系數(shù)，一共64個(gè)，根據(jù)分頻標(biāo)準(zhǔn)，分頻通道數(shù)，濾波器種類及階數(shù)，可以通過matlab計(jì)算出低通，帶通，高通段的濾波器系數(shù)，或?qū)⑶鬄V波器系數(shù)算法集成到下面算法中，用c程序?qū)崿F(xiàn)。濾波器系數(shù)確定之后，對每個(gè)系數(shù)擴(kuò)大2^15倍，轉(zhuǎn)化為整型數(shù)據(jù)。

e.對語音信號(hào)進(jìn)行分頻，如圖3所示，通過對折分頻算法具體實(shí)施步驟如下：

(1)數(shù)字信號(hào)輸入(令從音頻文件中提取出的數(shù)據(jù)為整型數(shù)據(jù))，首先初始化通道數(shù)k＝1；

(2)判斷k是否小于等于8(總分頻通道數(shù))，若是，取語音信號(hào)的采樣點(diǎn)，進(jìn)行下一步；若否，輸出處理后的語音信號(hào)，結(jié)束算法；

(3)對采樣點(diǎn)進(jìn)行對折卷積倒敘相乘處理，對折算法與傳統(tǒng)卷積算法不同，傳統(tǒng)卷積算法可表示為：

$y\left(n\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{h}_i*x(n-i)---\left(1\right)$

x(n)為輸入語音信號(hào)，n代表第n個(gè)采樣點(diǎn)，h₀～h_N為濾波器系數(shù)，N為濾波器階數(shù)，y(n)為通過卷積運(yùn)算后的語音信號(hào)。n-i<0時(shí)的情況舍去，不進(jìn)行計(jì)算。

對折算法可以簡化一半的乘法運(yùn)算，將乘法轉(zhuǎn)換為加法運(yùn)算。其原理如下，因?yàn)椴捎玫臄?shù)字濾波器組的系數(shù)滿足h_m＝h_N-m，其中m∈[0，(N-1)/2]所以當(dāng)濾波器的系數(shù)為偶數(shù)的時(shí)候，我們就可以將第一個(gè)和最后一個(gè)的輸入數(shù)據(jù)相加，加和再與h₀～h_(N-1)/2濾波器系數(shù)對應(yīng)相乘，這樣就可以減少一半的乘法運(yùn)算次數(shù)，所付出的代價(jià)是增加了同等程度的加法運(yùn)算次數(shù)。對折算法可表示為：

$y\left(n\right)=\underset{i=0}{\overset{(N-1)/2}{\&Sigma;}}{h}_i*\&lsqb;x(n-i)+x(n-N+i)\&rsqb;---\left(2\right)$

同上，x(n)為輸入語音信號(hào)，n代表第n個(gè)采樣點(diǎn)，h₀～h_N為濾波器系數(shù)，N為濾波器階數(shù)，y(n)為通過對折卷積運(yùn)算后的語音信號(hào)。n-N<0時(shí)的情況舍去，不進(jìn)行計(jì)算。

將x(64)代入式(1)進(jìn)行運(yùn)算，算出結(jié)果輸出為y(64)；由于步驟(a)將所述濾波器系數(shù)化為整型時(shí)將系數(shù)擴(kuò)大了2^15倍，所以此處將y(64)縮小2^15倍，記為y*(64)＝y(tǒng)(64)/(2^15)；

(4)第64個(gè)采樣點(diǎn)處理完后，繼續(xù)取下一個(gè)采樣點(diǎn)x(65)，進(jìn)行對折卷積運(yùn)算，計(jì)算后輸出結(jié)果為y*(65)。接續(xù)依次去取x(66)，x(67)直至所有采樣點(diǎn)都處理完畢。

(5)待所有采樣點(diǎn)處理完畢，輸出的一系列y，就是濾波之后，第k個(gè)頻段的語音信號(hào)。令k＝k+1，進(jìn)行下一步。

(6)重復(fù)步驟(2)，(3)，(4)，(5)直至結(jié)束算法。如此便可將聲音分為k個(gè)頻段。

B：綜合濾波器組：將語音信號(hào)分頻段

經(jīng)過分析濾波器組的k個(gè)頻段的語音信號(hào)，進(jìn)行補(bǔ)償處理，將聲音有選擇的放大之后，再經(jīng)過綜合濾波器組，將k個(gè)頻段的信號(hào)加到一起，計(jì)算方法按照式(3)進(jìn)行，得到最終語音信號(hào)Y，通過無線傳送到耳側(cè)助聽器處進(jìn)行后續(xù)處理。如此便實(shí)現(xiàn)了基于便攜式智能終端的助聽器分頻段算法。

$Y\left(n\right)=\underset{k=1}{\overset{8}{\&Sigma;}}{y}_k\left(n\right)---\left(3\right)$

圖4所示為延時(shí)對比示意圖，圖中為對折算法，整型操作，對折+整型操作與初始卷積運(yùn)算相比，節(jié)省時(shí)間的程度，百分比越大，表示節(jié)省時(shí)間越多?？芍捎脤φ?整型操作時(shí)所節(jié)省的時(shí)間最多。

本發(fā)明并不限于上文描述的實(shí)施方式。以上對具體實(shí)施方式的描述旨在描述和說明本發(fā)明的技術(shù)方案，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，并不是限制性的。在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下還可做出很多形式的具體變換，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。