基于听觉掩蔽效应的数字助听器算法研究及DSP的实现

论文摘要

耳聋已成为一个世界性的问题,解决耳聋问题的最直接手段是给耳聋患者戴上助听器,提高人耳对语音感知。数字助听器最大的优点是能够植入各种语音处理算法,改变语音的分布,提高人耳感知语音的舒适度和分辨率。数字助听器的诞生给耳聋患者带来了希望。本文重点研究了数字助听器的核心算法。将人耳的听觉掩蔽效应应用到数字助听器的核心算法中去,直接从人耳的听觉生理上出发,改善人耳对声音的听觉舒适度,并且把此算法在DSP上实现。本文首先分析了数字助听器三个核心算法:语音增强,宽动态压缩和移频压缩。传统的数字助听器算法忽略了人耳的生理特性,语音听觉舒适度没提高,针对算法的缺点,提出用基于听觉掩蔽效应的语音增强算法取代原语音增强算法。这样利用人耳的生理特性降低噪声,提高语音感知的舒适度。针对听觉掩蔽效应的语音增强算法,本文首先对噪声的估算运用了实时噪声估计,提高了噪声估计的准确性,降低了语音失真。还对原有算法中的听觉掩蔽阈值计算不准确,从而引起了谱减系数计算误差,导致语音失真过大的问题,提出了一种改进的计算方法。在原有的谱减系数计算公式中加入了一个修改参数θ来降低语音失真。实验仿真结果表明,本算法不但提高了语音信噪比,还改善了语音音质。其次就传统的宽动态压缩算法,在实现频谱增益时忽略了语音共振峰,频谱增益后引起了共振峰的非线性变化,改变了共振峰的频域分布,针对此问题提出了一种基于共振峰估计的宽动态压缩算法,减少了共振峰的非线性失真,改善了听觉舒适度。最后对数字助听器的三个核心算法进行了实验验证。利用合众达的SEED—DEC5416开发板,把数字数听器的三个核心算法植入其中,在此开发板上实现了三种语音处理功能。在算法的实现过程中,对其中出现的问题进行了分析研究。实践表明,该模块满足了语音的实时性并且达到了数字助听器语音处理的效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 国内外研究的进展
• 1.2.1 听觉掩蔽效应的语音增强
• 1.2.2 数字助听器
• 1.3 本文研究的内容
• 1.4 论文结构
• 第二章 数字助听器的算法
• 2.1 语音增强算法
• 2.1.1 自适应语音增强
• 2.1.2 听觉掩蔽效应语音增强
• 2.2 宽动态压缩算法
• 2.2.1 宽动态压缩算法的原理
• 2.2.2 传统的压缩算法
• 2.2.3 宽动态压缩算法
• 2.2.4 实验仿真和结果分析
• 2.3 移频压缩算法
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于听觉掩蔽效应的语音增强算法
• 3.1 噪声的特性及分类
• 3.2 语音及人耳的听觉掩蔽特性
• 3.2.1 语音特性
• 3.2.2 人耳的听觉掩蔽特性
• 3.3 基于听觉掩蔽效应和噪声实时估计的语音增强算法
• 3.3.1 参数可调的谱减法
• 3.3.2 掩蔽阈值的计算和感知滤波器
• 3.3.3 算法步骤
• 3.3.4 实验仿真和结果分析
• 3.4 听觉掩蔽效应语音增强的改进算法
• 3.4.1 改进的听觉掩蔽效应算法
• 3.4.2 语音谱平滑
• 3.4.3 算法步骤
• 3.4.4 实验仿真和结果分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于共振峰估计的宽动态压缩算法
• 4.1 共振峰提取
• 4.1.1 共振峰
• 4.1.2 共振峰的提取
• 4.2 改进的宽动态压缩算法
• 4.2.1 宽动态压缩算法
• 4.2.2 频域增益
• 4.3 算法的步骤
• 4.4 实验仿真和结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 数字助听器算法的验证
• 5.1 硬件平台SEED—DEC5416
• 5.2 软件整体设计
• 5.3 信号输入输出设计
• 5.4 算法的实现
• 5.4.1 语音分帧处理
• 5.4.2 算法验证
• 5.4.3 算法实现过程中遇到的问题
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文内容总结
• 6.2 后续研究方向
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录：部分源程序