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阵列数字助听系统核心问题的研究

作　者: 孟君
导　师: 袁安富；李致金；乔杰
学　校: 南京信息工程大学
专　业: 系统分析与集成
关键词: 数字助听器老年性聋声源定位响度补偿
分类号: R49
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

佩带助听器是听损患者听力矫正治疗中最简单有效的方法,目前世界上先进的助听器几乎都是全数字助听器,但国内缺少具有自主知识产权的数字助听器核心语音处理算法。本文基于麦克风阵列,采取系统科学中把对象作为系统进行定量化、模型化和择优化研究的思想和方法,主要研究数字助听系统核心问题中的声源定位算法和语音响度补偿方案。本文具体研究工作如下：(1)利用镜像反射模型,通过MATLAB仿真实现混响房间系统。将一个小型正交直线型麦克风阵列系统安置在混响房间系统中,构成声源定位大系统。提出了一种定位速度极快的改进SRP-PHAT定位算法：利用麦克风阵列几何结构,把二维的最优解搜索空间缩减成两个一维空间；分别在一维空间中利用四叉树进行分级迭代搜索。在声源定位系统中,通过MATLAB执行定位算法求得系统最优解,并改变信噪比、混响时间、声源位置,与其他算法进行对比分析。(2)对老年性聋进行详细分析,得到患者在整个语音频带内的听力衰减曲线,模拟了老年性聋听损状态下的衰减信号。基于人耳听觉特性和老年性聋,对语音信号进行多频带划分。利用FIR QMFB系统,解决了相邻子带间的混叠；以最优FIR QMFB为子系统设计了近似完美重构非等宽六通道响度补偿方案。在助听器响度补偿系统中,通过MATLAB仿真并最优化增益,对老年性聋模拟信号进行子带划分、响度补偿和信号重建。临床实验验证了方案可行。本文提出的定位算法只需要极短的定位时间,在混响和噪声环境中定位准确,而且小型直线麦克风阵体积小、易实现、成本低。响度补偿方案能更好地针对老年性聋补偿高频听力损失,提高患者言语辨识率,并且系统结构简单、容易实现、设计难度低。本文提出的声源定位算法和响度补偿方案,对国内数字助听器的研发具有很积极的实用意义。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-5
目录  5-7
第1章引言  7-10
第2章数字助听器核心问题的研究现状  10-17
  2.1 声源定位算法研究现状  10-12
    2.1.1 国外发展现状  10-12
    2.1.2 国内发展现状  12
  2.2 响度补偿方案研究现状  12-14
    2.2.1 国外发展现状  12-13
    2.2.2 国内发展现状  13-14
  2.3 存在的问题  14-15
  2.4 论文研究内容及意义  15-17
第3章老年性聋听损环境模拟  17-23
  3.1 语音声学特性及人耳听觉特性  17-19
  3.2 老年性聋听损状态及模拟  19-22
  3.3 本章小结  22-23
第4章声源定位系统环境的建立  23-33
  4.1 正交直线麦克风阵列模型的建立  23-24
  4.2 麦克风阵列远场信号模型  24-25
  4.3 混响声学房间系统模型的建立  25-32
    4.3.1 信号反射镜像模型  25-27
    4.3.2 镜像模型的实现  27-30
    4.3.3 混响声学房间环境仿真  30-32
  4.4 本章小结  32-33
第5章基于正交直线麦克风阵列的分级搜索SRP-PHAT声源定位算法  33-56
  5.1 算法先验知识  33-34
  5.2 算法原理及步骤  34-41
    5.2.1 基于相位变换加权的可控波束形成  34-37
    5.2.2 基于正交直线麦克风阵列的搜索空间划分  37-39
    5.2.3 基于四叉树的分级搜索策略  39-41
  5.3 运算复杂度  41-43
  5.4 算法仿真与分析  43-55
    5.4.1 算法执行  43-46
    5.4.2 仿真环境及结果  46-54
    5.4.3 仿真结果分析  54-55
  5.5 本章小结  55-56
第6章基于QMFB的多通道响度补偿方案  56-77
  6.1 基于人耳听觉特性和老年性聋的语音频带划分  56-59
  6.2 基于QMFB的滤波器组  59-64
    6.2.1 QMFB优越性分析  59-62
    6.2.2 FIR QMFB的最优化设计  62-64
  6.3 六通道FIR QMFB响度补偿方案的设计  64-68
  6.4 老年性聋听损环境下的响度补偿  68-70
    6.4.1 助听器响度补偿模型的建立  68-69
    6.4.2 响度补偿增益的确定  69-70
  6.5 方案仿真与验证  70-75
    6.5.1 仿真结果  70-73
    6.5.2 验证实验  73-75
  6.6 本章小结  75-77
第7章结论与展望  77-79
  7.1 结论  77-78
  7.2 展望  78-79
参考文献  79-83
硕士在读期间发表论文清单  83-84
致谢  84-85
附录  85-99

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