增強時域表達的人工耳蝸信號處理方法及系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于醫療器械領域，尤其涉及一種增強時域表達的人工耳蝸信號處理方法及系統。
【背景技術】
[0002]人工耳蝸(Cochlear Implant,Cl)是一種能夠幫助重度以上聽力損失者恢復部分聽力的電子裝置。多數Cl植入者已經可以在安靜環境下進行良好的一對一言語交流(不借助視覺信息)，甚至可以打電話。但這是建立在說話人發音清楚、標準、語速適中的情況下。快語速、發音連貫、偶爾吐字不清，這些情況對于正常聽力者可能沒有問題，但是會給植入者帶來很大困難。另外，Cl植入者的抗噪聲干擾、音樂感知、音高分辨的效果依然很差。
[0003]當前的Cl信號處理策略大多是基于時域包絡設計的，其中僅保留了少量有限多個(12-24)通道的時域包絡信息，而丟棄了時域精細結構(Temporal Fine Structure，TFS)信息。TFS的缺少導致了以上提到的Cl缺點。已經有大量研究嘗試將TFS加入Cl信號處理策略，但在目前已有的實際Cl實驗中，這些策略都尚未表現出能夠顯著提升實際Cl效果的能力。其中限制因素包括電聽覺時域音高限制、包絡和TFS間的互相干擾、包絡和TFS分解問題的病態性。
[0004]為了突破以上三個限制，有技術提出了一種新的信號處理策略，被命名為時域限制編碼(temporal limits encoder,TLE)策略。TLE策略的核心創新點在于將帶通信號向下移頻至電聽覺時域音高上限以下，這樣可以克服電聽覺時域音高限制，同時這個移頻操作能夠避免顯式的包絡和TFS分解操作，進而避免了其病態性帶來的困擾。
[0005]然而，TLE遺留了一個問題，就是包絡和TFS間的互相干擾。由于TFS被移動到了300Hz以下，而這個范圍與包絡中的時域周期性所在的頻率范圍(50Hz-300Hz)重疊。包絡和TFS同時在300Hz以下通過時域形式表達時則不可避免產生互相干擾。
【發明內容】
[0006]本發明所要解決的技術問題在于提供一種增強時域表達的人工耳蝸信號處理方法及系統，旨在引入時域精細結構信息的同時避免對包絡產生干擾，進而提升人工耳蝸聲音感知效果。
[0007]本發明提供了一種增強時域表達的人工耳蝸信號處理方法，包括下述步驟:
[0008]濾波步驟:利用預設的帶通濾波器組對采集的聲音信號進行濾波得到帶通信號；
[0009]時域信號表達轉換步驟:若當前電極通道的頻率范圍大于電極通道的時域音高上限Π且帶寬小于等于電極通道的時域音高上限fl與包絡的時域周期性所在的頻率范圍上限f2的差值時，將經過當前電極通道的帶通信號向下移頻至包絡的時域周期性所在的頻率范圍上限f 2和電極通道的時域音高上限f I之間；
[0010]帶通信號傳遞步驟:將經過時域信號表達轉換處理后的帶通信號進一步處理后表達到電流波形上傳遞出去。
[0011]進一步地，所述電極通道的時域音高上限fl的范圍為450Hz?850Hz，包絡的時域周期性所在的頻率范圍上限f2的范圍為250Hz?450Hz，且fl-f2 2 100Hz。
[0012]進一步地，所述濾波步驟之前還包括預處理步驟，具體為對采集的聲音信號進行預加重、降噪處理。
[0013]進一步地，所述帶通信號傳遞步驟中對帶通信號進一步處理的方法為:將帶通信號進行非線性壓縮。
[0014]進一步地，帶通信號傳遞步驟中的電流波形為單脈沖間隔采樣波形或模擬電流波形；
[0015]具體地，若采用單脈沖間隔采樣波形，即用單脈沖對帶通信號進行采樣，然后在不同通道間間隔產生刺激；
[0016]若采用模擬電流波形，即將帶通信號表達為模擬電流形式傳遞出去。
[0017]本發明還提供了一種增強時域表達的人工耳蝸信號處理系統，包括:
[0018]濾波模塊，用于利用預設的帶通濾波器組對采集的聲音信號進行濾波；
[0019]時域信號表達轉換模塊，用于對每個帶通濾波器輸出的帶通信號進行時域信號表達轉換處理;具體地，若當前電極通道的頻率范圍大于電極通道的時域音高上限f I且帶寬小于等于電極通道的時域音高上限fl與包絡的時域周期性所在的頻率范圍上限f2的差值時，將經過當前電極通道的帶通信號向下移頻至包絡的時域周期性所在的頻率范圍上限f2和電極通道的時域音高上限fl之間；
[0020]帶通信號傳遞模塊，用于將經過時域信號表達轉換處理后的帶通信號進一步處理后表達到電流波形上傳遞出去。
[0021]進一步地，所述電極通道的時域音高上限fl的范圍為450Hz?850Hz，包絡的時域周期性所在的頻率范圍上限f2的范圍為250Hz?450Hz，且fl-f2 2 100Hz。
[0022]進一步地，還包括預處理模塊，用于對采集的聲音信號進行預加重、降噪處理。
[0023]進一步地，所述帶通信號傳遞模塊具體用于對經過時域信號表達轉換處理后的帶通信號進行非線性壓縮后表達到電流波形上傳遞出去。
[0024]進一步地，帶通信號傳遞模塊中的電流波形為單脈沖間隔采樣波形或模擬電流波形；
[0025]具體地，若采用單脈沖間隔采樣波形，即用單脈沖對帶通信號進行采樣，然后在不同通道間間隔產生刺激；
[0026]若采用模擬電流波形，即將帶通信號表達為模擬電流形式傳遞出去。
[0027]本發明與現有技術相比，有益效果在于:本發明提供了一種增強時域表達的人工耳蝸信號處理方法及系統，將帶通信號移頻至稍高于包絡的時域周期性所在的頻率范圍上限，這種方式在避免包絡和TFS(時域精細結構)分解的病態問題的同時，將TFS以可用的適中的速度進行傳遞，可以避免TFS對包絡產生過度干擾;并且通過單脈沖間隔采樣或模擬電流進行刺激，比傳統的多相脈沖間隔采樣刺激能提供更高的聽覺靈敏度，并且可以在最小程度上避免可能對聽神經產生損傷的殘留電荷。
【附圖說明】
[0028]圖1是本發明實施例提供的一種增強時域表達的人工耳蝸信號處理方法流程圖；
[0029]圖2是本發明實施例提供的時域信號表達轉換中用到的移頻操作的示意圖；
[0030]圖3是本發明實施例提供的一種增強時域表達的人工耳蝸信號處理系統的示意圖；
[0031]圖4是本發明實施例提供的以一個雙純音構成的復合音為例對CIS、TLE1、TLE2在時域信號表達方面的對比示意圖；
[0032]圖5為圖4中關于CIS、TLE1、TLE2的電極宏觀對比示意圖；
[0033]圖6為圖5中CIS、TLE1、TLE2的電極圖的局部放大對比圖。
【具體實施方式】
[0034]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0035]一種增強時域表達的人工耳蝸信號處理方法，具體包括:預處理步驟:對麥克風采集的聲音信號進行預加重、降噪處理;濾波步驟:利用預先設計好的帶通濾波器組對所采集到的聲音信號進行濾波;時域信號表達轉換步驟:對每個帶通濾波器輸出的帶通信號進行時域信號表達轉換處理，使在引入時域精細結構信息的同時保留包絡的時域周期性信息；帶通信號傳遞步驟:將每個通道中的轉換處理后的帶通信號進行非線性壓縮并以某種波形形式表現在電流波形上。總體流程圖如圖1所示。
[0036]其中，時域信號表達轉換步驟中的時域信號表達轉換處理的方法包括如下三種方法的至少一種:
[0037]—、若當前電極通道的頻率范圍小于電極通道的時域音高上限fl時，帶通信號不做任何處理，直接輸出。
[0038]二、若當前電極通道的頻率范圍大于電極通道的時域音高上限fl且帶寬小于等于fl-f2時，將經過的帶通信號向下移頻至包絡的時域周期性所在的頻率范圍上限f2和電極通道的時域音高上限fl之間；
[0039]所述電極通道的時域音高上限fl的范圍為450Hz?850Hz;包絡的時域周期性所在的頻率范圍上限f2的范圍為250Hz?450Hz;且fl-f2 2 100Hz。
[0040]三、若當前電極通道的頻率范圍大于電極通道的時域音高上限fl且帶寬大于等于fl_f2時，選擇下述兩種方法中的一種對經過的帶通信號進行處理:
[0041]方法一，將經過當前電極通道的帶通信號向下移頻至包絡的時域周期性所在的頻率范圍上限f2以上的范圍，并對移頻后的帶通信號進行包絡提取；
[0042]方法二，直接對經過當前電極通道的帶通信號進行包絡提取。
[0043]在時域信號表達轉換中用到的移頻操作如圖2所示。
[0044]上述帶通信號傳遞步驟中，將帶通信號進行非線性壓縮處理;具體地，將時域表達轉換的輸出結果進行聲電映射。傳統的壓縮函數為冪函數和對數函數;本發明與傳統的基于包絡(短時能量)的策略的原理不同，本發明采用較小的壓縮系數以更好地表達TFS信息。
[0045]在所述帶通信號傳遞步驟中，若時域信號表達轉換處理采用第一或第二種方法，則帶通信號傳遞步驟中的電流波形對應單脈沖間隔采樣波形或模擬電流波形;若時域信號表達轉換處理采用第三種方法，則帶通信號傳遞步驟中的電流波形對應多相脈沖間隔刺激波形。
[0046]具體地，若采用單脈沖間隔采樣波形，即用單脈沖(只有一個正矩形脈沖或一個負矩形脈沖)對帶通信號進行采樣，然后在不同通道間間隔產生刺激。
[0047]若采用模擬電流波形，即將帶通信號直接表達為模擬電流形式傳遞出去。
[0048]若采