專利名稱：基于碼本的反饋通路估計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聽音裝置如助聽器中的聲反饋的估計(jì)。本發(fā)明尤其涉及用于處理輸入聲音以根據(jù)用戶需要輸出聲音的助聽器。
本發(fā)明還涉及運(yùn)行用于處理輸入聲音以根據(jù)用戶需要輸出聲音的助聽器的方法。本發(fā)明還涉及助聽器的使用、軟件程序、及其上保存指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。
例如，本發(fā)明可用在聽音裝置中，聽音裝置如助聽器、頭戴式耳機(jī)或有源耳塞，其中定制反饋補(bǔ)償是問題。
背景技術(shù)：
下面的現(xiàn)有技術(shù)說明涉及本發(fā)明的應(yīng)用領(lǐng)域之一即助聽器。在助聽器中，從接收器到傳聲器的聲反饋如果未進(jìn)行處理可引起信號(hào)降級(jí)甚至嘯聲。通常，為減少這種問題，使用自適應(yīng)反饋抵消算
法，其使用自適應(yīng)濾波技術(shù)如LMS、 RLS等估計(jì)反饋通道。實(shí)際反饋傳遞函數(shù)通過物理參數(shù)確定，物理參數(shù)如傳聲器和接收器的相對(duì)位置、顎移動(dòng)、助聽器用戶的活動(dòng)(聽電話、擁抱等)、及到反射物體、墻壁等的大致距離。當(dāng)實(shí)際反饋傳遞函數(shù)緩慢變化時(shí)，及在助聽器中施加的增益不太高時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)自適應(yīng)方案如LMS足以滿足需要。然而，在實(shí)踐中，經(jīng)常不是這樣的情形，標(biāo)準(zhǔn)自適應(yīng)算法不能跟蹤變化的反饋通道。

發(fā)明內(nèi)容
總的來說，特定助聽器用戶經(jīng)歷的不同的有關(guān)實(shí)際反饋傳遞函數(shù)的數(shù)量取決于用戶的行為、職業(yè)等并可以是任何數(shù)量。提出(離線)測(cè)量典型或普通實(shí)際反饋通道并收集相應(yīng)的脈沖響應(yīng)。具體地，本發(fā)明提出產(chǎn)生似乎真實(shí)的反饋通道脈沖響應(yīng)或任何等效表示的碼本，如復(fù)值傳遞函數(shù)、濾波器系數(shù)等，并使它們可用于選擇和使用在適當(dāng)?shù)?聽音情形中，如通過將它們保存在助聽器的、可從助聽器的信號(hào)處理 單元訪問的存儲(chǔ)器中。所收集的脈沖響應(yīng)(或等效表示)可在圖1中 所示的設(shè)置中進(jìn)行使用。
本發(fā)明的目標(biāo)在于提供用于處理助聽器中的聲反饋的備選方案。 本發(fā)明實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)施相對(duì)簡(jiǎn)單。本發(fā)明實(shí)施例的另 一優(yōu)點(diǎn)在 于其可特別適合特定用戶的正常聲環(huán)境。
本發(fā)明的目標(biāo)通過附圖及下面描述的發(fā)明實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的目標(biāo)通過用于處理輸入聲音以根據(jù)用戶需要輸出聲音 的助聽器實(shí)現(xiàn)。助聽器包括用于將輸入聲音轉(zhuǎn)換為電輸入信號(hào)的輸入 變換器及用于將己處理電輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為輸出聲音的輸出變換器、形 成在輸入變換器和輸出變換器之間的正向通路、用于估計(jì)從輸出變換 器到輸入變換器的聲反饋效果的反饋抵消系統(tǒng)，反饋抵消系統(tǒng)包括可 變預(yù)估濾波器及存儲(chǔ)器，其中對(duì)應(yīng)于經(jīng)受實(shí)質(zhì)反饋的多個(gè)聲環(huán)境的多 個(gè)預(yù)定反饋通道脈沖響應(yīng)被保存，及其中助聽器包括監(jiān)控單元，基于 當(dāng)前聲環(huán)境，監(jiān)控單元適于在所保存的脈沖響應(yīng)之間選擇可變預(yù)估濾 波器的當(dāng)前最適當(dāng)?shù)拿}沖響應(yīng)。
這具有提供處理聲反饋的方案的優(yōu)點(diǎn)，該方案可相當(dāng)快地適應(yīng)聲 環(huán)境中的(甚至相當(dāng)大的)變化。
總的來說，保存在存儲(chǔ)器中的預(yù)定反饋通道脈沖響應(yīng)的數(shù)量為1 或多個(gè)。在特定實(shí)施例中，數(shù)量為l。例如，該估計(jì)代表從傳聲器、
接收器、(可能)A/D和D/A轉(zhuǎn)換器等對(duì)反饋通路的靜態(tài)貢獻(xiàn)。例
如，靜態(tài)貢獻(xiàn)可在驗(yàn)配過程期間進(jìn)行測(cè)量并保存?；蛘?，保存在存儲(chǔ)
器中的預(yù)定反饋通道脈沖響應(yīng)的數(shù)量至少為2，如在2-10的范圍中， 如在3-5的范圍中。在另一實(shí)施例中，保存在存儲(chǔ)器中的預(yù)定反饋通 道脈沖響應(yīng)的數(shù)量小于256，如小于50，如小于20。
在特定實(shí)施例中，信號(hào)通路包括元件如濾波器組(或等效元件如 可變?yōu)V波器)，用于將電輸入信號(hào)拆分為多個(gè)頻帶或范圍。在本說明書中，通常使用術(shù)語"頻帶"，但術(shù)語如"頻率范圍"、"頻段"等 可互換地使用。
在特定實(shí)施例中，正向通路包括適于通過處理來自多個(gè)頻帶的信 號(hào)而提供隨頻率而變的增益及適于提供已處理輸出信號(hào)的信號(hào)處理 單元。
在特定實(shí)施例中，反饋抵消系統(tǒng)包括反饋通路估計(jì)單元，如自適
應(yīng)FBC (反饋抵消)濾波器的形式，用于動(dòng)態(tài)估計(jì)助聽器中的當(dāng)前聲 反饋。在特定實(shí)施例中，反饋通路估計(jì)單元(如自適應(yīng)FBC濾波器) 和可變預(yù)估濾波器并行工作。
在實(shí)施例中，助聽器適于使能在使用動(dòng)態(tài)估計(jì)當(dāng)前聲反饋的反饋 通路估計(jì)單元及使用具有所選當(dāng)前最適當(dāng)?shù)拿}沖響應(yīng)的可變預(yù)估濾 波器之間進(jìn)行選擇。在實(shí)施例中，本發(fā)明系統(tǒng)適于在至少兩個(gè)預(yù)估脈 沖響應(yīng)之間進(jìn)行插值以得出當(dāng)前相較所述至少兩個(gè)預(yù)估脈沖響應(yīng)更 適當(dāng)?shù)拿}沖響應(yīng)。
當(dāng)僅使用反饋通路估計(jì)單元(如自適應(yīng)FBC濾波器)(即沒有 所提出的使用可變預(yù)估濾波器的碼本解決方案)用于估計(jì)反饋通路傳 遞函數(shù)時(shí)，估計(jì)的準(zhǔn)確度將根據(jù)幾個(gè)因素跨頻率(和時(shí)間)變化，所 述因素如輸入信號(hào)的音調(diào)、正向通路的增益、輸入信號(hào)的功率等。例 如，己知在接收器(輸出)信號(hào)比輸入信號(hào)功率大的頻譜范圍內(nèi)估計(jì) 的準(zhǔn)確度相當(dāng)高，或者，在正向通路中施加的增益較高的頻譜范圍內(nèi) 也相當(dāng)高。影響估計(jì)準(zhǔn)確度的因素的影響并不一直完全知道，而是可 進(jìn)行估計(jì)。因此，可確定哪些頻率范圍內(nèi)反饋通路估計(jì)將可靠及哪些 頻率范圍內(nèi)反饋通路估計(jì)將不太可靠。因而，在被視為可靠的頻譜范 圍內(nèi)使用反饋通路估計(jì)單元(如自適應(yīng)FBC濾波器)的反饋通路估 計(jì)可能有利，而在反饋通路估計(jì)不可靠的頻譜范圍內(nèi)使用基于碼本的 估計(jì)可能有利。
在實(shí)施例中，在特定情形下，基于預(yù)定準(zhǔn)則(如基于反饋通路估 計(jì)單元的反饋通路估計(jì)的可靠性的估計(jì))，反饋抵消適于僅依賴于來 自反饋通路估計(jì)單元的反饋通路估計(jì)。在用戶未處于為其調(diào)整所提出的基于碼本的解決方案的典型情形的情況下，這是有利的。因此，這 可以看作"安全網(wǎng)"解決方案。
在特定實(shí)施例中，助聽器適于通過處于至少一頻帶的反饋通路估 計(jì)單元及處于至少一其它頻帶的可變預(yù)估濾波器對(duì)聲反饋進(jìn)行估計(jì)。
在特定實(shí)施例中，助聽器適于確定信號(hào)能量低于預(yù)定值的頻帶， 及適于通過處于這些頻帶的可變預(yù)估濾波器及處于其它頻帶的自適
應(yīng)FBC濾波器估計(jì)反饋通路的傳遞函數(shù)。測(cè)量頻帶內(nèi)的平均能量或
功率很容易實(shí)現(xiàn)，例如通過應(yīng)用于正向信號(hào)通路的每一子頻帶(下標(biāo)
i)內(nèi)的幅值平方時(shí)間樣本|^>)|2的1極IIR長(zhǎng)期求平均濾波器實(shí)現(xiàn)。 閾值可以是40 dB SPL (聲壓等級(jí))。x 表示正向通路(中某處) 的數(shù)字信號(hào)，其中n為離散時(shí)間指數(shù)，及x,/^(i4,2, ....，K)表示子 頻帶i中時(shí)間變化的輸入信號(hào)?；蛘?，可以監(jiān)控在正向通路中的一個(gè) 或多個(gè)子頻帶如每一子頻帶中施加的(平均)增益并決定在增益低于 某一閾值即OdB的頻譜范圍內(nèi)使用可變預(yù)估濾波器提供的反饋通路 估計(jì)。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，也可使用其它適當(dāng)?shù)闹等?0dB。
在特定實(shí)施例中，助聽器適于確定可靠的頻帶及因反饋、自相關(guān) 等而不可靠的頻帶，并通過自適應(yīng)FBC濾波器估計(jì)可靠頻帶中的聲 反饋及使用可靠頻帶中的估計(jì)反饋傳遞函數(shù)在所保存的脈沖響應(yīng)中 找到可變預(yù)估濾波器的最適當(dāng)?shù)拿}沖響應(yīng)，及使用該脈沖響應(yīng)估計(jì)不 可靠頻帶中的傳遞函數(shù)。
在本說明書中，"助聽器"可以是任何適當(dāng)?shù)念愋?，如耳?nèi)式 (ITE)、耳道式(ITC)、深耳道式(CIC)、耳后式(BTE)、耳 道式接收器(RITE)助聽器。根據(jù)本發(fā)明的助聽器的部分為體戴式 并位于共同殼體中及佩戴在耳后(BTE)或耳道中，或者可位于不同 的殼體中，例如一個(gè)位于耳道中另一個(gè)位于耳后或佩戴在佩戴者身體 上的其它地方。兩個(gè)或兩個(gè)以上殼體之間的通信可以是聲學(xué)和/或電 學(xué)和/或光學(xué)通信。電學(xué)和光學(xué)通信可以是有線或無線通信。在實(shí)施 例中，輸入變換器和可變預(yù)估濾波器封裝在同一物理單元中并位于耳 后或耳道中。在實(shí)施例中，輸入變換器、可變預(yù)估濾波器及存儲(chǔ)器(預(yù)定反饋通道脈沖響應(yīng)(或其它等效表示)保存于其中)封裝在同一物 理單元中。
另一方面，運(yùn)行用于處理輸入聲音以根據(jù)用戶需要輸出聲音的助 聽器的方法進(jìn)一步由本發(fā)明提供，該方法包括
a) 將輸入聲音轉(zhuǎn)換為電輸入信號(hào)；
b) 將已處理電輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為輸出聲音；
c) 估計(jì)從輸出聲音到輸入聲音的聲反饋的效果；
d) 向所述助聽器提供可變預(yù)估濾波器和存儲(chǔ)器；
e) 估計(jì)對(duì)應(yīng)于經(jīng)受聲反饋的多個(gè)聲環(huán)境的多個(gè)預(yù)定反饋通道脈 沖響應(yīng)；
f) 將所述預(yù)定反饋通道脈沖響應(yīng)保存在所述存儲(chǔ)器中；
g) 監(jiān)控當(dāng)前聲環(huán)境；及
h) 從來自所述存儲(chǔ)器的所保存脈沖響應(yīng)之間選擇可變預(yù)估濾波 器的當(dāng)前最適當(dāng)?shù)拿}沖響應(yīng)。本發(fā)明方法具有與上述助聽器一樣的優(yōu) 點(diǎn)。本發(fā)明方法可與針對(duì)系統(tǒng)描述的相同特征結(jié)合(適當(dāng)轉(zhuǎn)換為相應(yīng) 行動(dòng))。
優(yōu)選地，本發(fā)明方法還包括步驟將所選擇的脈沖響應(yīng)應(yīng)用于可 變預(yù)估濾波器。
在優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明方法包括步驟將正向通路的電信號(hào)拆 分為多個(gè)頻帶。
在特定實(shí)施例中，本發(fā)明方法包括步驟動(dòng)態(tài)估計(jì)助聽器中的當(dāng) 前聲反饋。
在特定實(shí)施例中，動(dòng)態(tài)估計(jì)聲反饋的步驟與預(yù)估濾波器估計(jì)反饋 通路的步驟并行執(zhí)行。
在特定實(shí)施例中，本發(fā)明方法包括步驟在至少一頻帶中動(dòng)態(tài)估 計(jì)聲反饋及在至少一其它頻帶中通過當(dāng)前最適當(dāng)?shù)念A(yù)估脈沖響應(yīng)估 計(jì)聲反饋。
在特定實(shí)施例中，本發(fā)明方法包括步驟使用預(yù)定脈沖響應(yīng)的統(tǒng) 計(jì)模型，例如相應(yīng)普通脈沖響應(yīng)及它們的平均值附近的脈沖響應(yīng)的方
9差保存在存儲(chǔ)器中。在特定實(shí)施例中，本發(fā)明方法包括步驟基于普 通脈沖響應(yīng)及它們的平均值附近的脈沖響應(yīng)的方差確定反饋通道脈 沖響應(yīng)的最小均方估計(jì)量或最大后驗(yàn)(MAP)估計(jì)量。
在特定實(shí)施例中，考慮反饋通道隨時(shí)間的變化，例如通過使用隱
馬爾可夫模型(HMM)或等效統(tǒng)計(jì)工具實(shí)現(xiàn)。
在特定實(shí)施例中，本發(fā)明方法包括步驟更新保存在碼本存儲(chǔ)器 中的預(yù)定反饋通道脈沖響應(yīng)。通過將動(dòng)態(tài)反饋通路估計(jì)單元獲得的當(dāng) 前反饋估計(jì)量(或平均反饋估計(jì)量)與存儲(chǔ)器中保存的預(yù)估反饋估計(jì) 量進(jìn)行比較，預(yù)定脈沖響應(yīng)可隨時(shí)根據(jù)預(yù)定準(zhǔn)則(例如，如果偏差大
于某一水平)和/或更新頻率(如每周一次、每月一次或每3個(gè)月一
次)進(jìn)行更新。這具有使能補(bǔ)償變化的反饋情況的優(yōu)點(diǎn)，變化由用戶 耳道中的情況改變、兒童成長(zhǎng)、耳垢產(chǎn)生等引起。
上面描述的系統(tǒng)和方法的至少部分特征可以軟件實(shí)現(xiàn)并全部或 部分通過執(zhí)行信號(hào)處理器可執(zhí)行指令而在助聽器的信號(hào)處理單元上 完成。指令可以是經(jīng)(可能無線)網(wǎng)絡(luò)加載在內(nèi)存如位于助聽器或另
一裝置中的RAM或ROM中的程序代碼。或者，所述特征可用硬件 而不是軟件實(shí)現(xiàn)，或用硬件與軟件的組合實(shí)現(xiàn)。
上面描述的、"具體實(shí)施方式
"中詳細(xì)剖析的及權(quán)利要求書限定 的助聽器的用途也由本發(fā)明提供。
另一方面，在助聽器的信號(hào)處理器上運(yùn)行的軟件程序也由本發(fā)明 提供。當(dāng)實(shí)現(xiàn)上面描述的、"具體實(shí)施方式
"中詳細(xì)描述的及權(quán)利要 求書限定的方法的至少部分步驟的軟件程序在信號(hào)處理器上運(yùn)行時(shí)， 提供特別適于數(shù)字助聽器的解決方案。
另一方面，指令保存于其上的介質(zhì)也由本發(fā)明提供。這些指令當(dāng) 執(zhí)行時(shí)導(dǎo)致上面描述的、"具體實(shí)施方式
"中詳細(xì)描述的及權(quán)利要求 書限定的助聽器的信號(hào)處理器執(zhí)行上面描述的、"具體實(shí)施方式
"中 詳細(xì)描述的及權(quán)利要求書限定的方法的至少部分步驟。
本發(fā)明的進(jìn)一步的目標(biāo)通過從屬權(quán)利要求和本發(fā)明的詳細(xì)描述 中限定的實(shí)施方式實(shí)現(xiàn)。除非明確指出，在此所用的單數(shù)形式的含義均包括復(fù)數(shù)形式(即 具有"至少一"的意思)。應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步理解，在說明書中使用的術(shù)語 "包括"和/或"包含"表明存在所述的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和 /或部件，但不排除存在或增加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整數(shù)、步驟、 操作、元件、部件和/或其組合。應(yīng)當(dāng)理解，除非明確指出，當(dāng)元件 被稱為"連接到"另一元件時(shí)，可以是直接連接或耦合到其他元件，也 可以存在中間插入元件。此外，如在此使用的"連接"或"耦合"可包括 無線連接或耦合。如在此所用的術(shù)語"和/或"包括一個(gè)或多個(gè)列舉的相 關(guān)項(xiàng)目的任何及所有組合。除非明確指出，在此公開的任何方法的步 驟不必須精確按所公開的順序執(zhí)行。


下面參考附圖、結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例更充分闡釋本發(fā)明，其中 圖1為根據(jù)本發(fā)明的助聽器的第一、第二和第三實(shí)施例的框圖。 圖2為根據(jù)本發(fā)明的助聽器的第四實(shí)施例的框圖。 圖3為根據(jù)本發(fā)明的助聽器的第五實(shí)施例的框圖。 圖4為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，保存在助聽器的碼本中的脈沖響應(yīng) 的例子。
為清晰起見，這些附圖均為示意性及簡(jiǎn)化的圖，它們只給出了對(duì) 于理解本發(fā)明必要的細(xì)節(jié)，而省略其他細(xì)節(jié)。在所有附圖中，相同的
附圖標(biāo)記用于一樣或?qū)?yīng)的部分。
通過下面給出的詳細(xì)描述，本發(fā)明進(jìn)一步的適用范圍將顯而易 見。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在詳細(xì)描述和具體例子表明本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例 的同時(shí)，它們僅為說明目的給出，因?yàn)?，?duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說， 通過這些詳細(xì)說明在本發(fā)明精神和范圍內(nèi)做出各種變化和修改是顯 而易見的。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了本發(fā)明的第一實(shí)施例的簡(jiǎn)化框圖。助聽器IO包括用 于拾取輸入聲音并將其轉(zhuǎn)換為電輸入信號(hào)的輸入變換器11 (在此為 傳聲器)、用于將已處理輸出信號(hào)(在此為信號(hào)處理單元13的輸出) 轉(zhuǎn)換為輸出聲音的輸出變換器12 (在此為接收器)、及包括使輸入 信號(hào)適合用戶需要(可能包括降噪、方向提取、增益適應(yīng)、壓縮、時(shí)
頻轉(zhuǎn)換等)的信號(hào)處理單元13的正向通路。助聽器10還包括可變預(yù) 估濾波器14和存儲(chǔ)器151，對(duì)應(yīng)于經(jīng)受實(shí)質(zhì)反饋的多個(gè)聲環(huán)境的多 個(gè)預(yù)定反饋通道脈沖響應(yīng)保存在存儲(chǔ)器中。助聽器還包括監(jiān)控單元 15，其與存儲(chǔ)器151通信。基于指示當(dāng)前聲環(huán)境的一個(gè)或多個(gè)輸入 311、 321，監(jiān)控單元適于在保存于存儲(chǔ)器151中的脈沖響應(yīng)之間選擇 當(dāng)前最適當(dāng)?shù)拿}沖響應(yīng)并將其加載到可變預(yù)估濾波器14。可變預(yù)估 濾波器14的輸入為己處理輸出信號(hào)(在此為信號(hào)處理單元13的輸 出)。可變預(yù)估濾波器14的輸出與求和單元16中的電輸入信號(hào)相減， 從而閉合(第一)電反饋環(huán)路。
圖lb示出了本發(fā)明的第二實(shí)施例的簡(jiǎn)化框圖。圖lb的助聽器 IO除另外的反饋環(huán)路之外與圖la的助聽器一樣，該另外的反饋環(huán)路 包括與包括可變預(yù)估濾波器14的反饋環(huán)路并行工作的反饋通路估計(jì) 單元17 (如自適應(yīng)濾波器的形式)。反饋通路估計(jì)單元17的一個(gè)輸 入為已處理輸出信號(hào)(在此為信號(hào)處理單元13的輸出)。反饋通路 估計(jì)單元17的另一輸入為反饋校正的電輸入信號(hào)。反饋通路估計(jì)單 元17的輸出與求和單元20中的電輸入信號(hào)相減，從而閉合(第二) 電反饋環(huán)路。
圖lc示出了根據(jù)本發(fā)明的助聽器的第三實(shí)施例的框圖。助聽器 10包括用于拾取輸入聲音并將其轉(zhuǎn)換為電輸入信號(hào)的輸入變換器11 (在此為傳聲器l)、用于將已處理輸出信號(hào)(在此為信號(hào)處理單元 13的輸出)轉(zhuǎn)換為輸出聲音的輸出變換器12 (在此為接收器)、及 包括使輸入信號(hào)適合用戶需要的信號(hào)處理單元13的正向通路(處理 單元(正向通路)模塊)。助聽器10還包括可變?yōu)V波器14，在此為
12自適應(yīng)濾波器141 (自適應(yīng)濾波器模塊)的形式，其濾波特征可通過
自適應(yīng)濾波器算法142 (自適應(yīng)算法(如NLMS、 RLS)模塊)進(jìn)行 定制。信號(hào)處理單元13的輸出用作接收器12的輸入及用作可變?yōu)V波 器(在此為濾波器部分141和算法部分142)的"參考信號(hào)"?？勺?濾波器的濾波器部分141的輸出與來自傳聲器的電輸入信號(hào)在加法 單元16中相加以提供反饋校正的輸入信號(hào)。該所得的"誤差"信號(hào) 用作信號(hào)處理單元13及可變?yōu)V波器的算法部分142的輸入。助聽器 10還包括適于與存儲(chǔ)器151通信的監(jiān)控單元15 (圖1中的從碼本選 擇FIR濾波器模塊)，對(duì)應(yīng)于經(jīng)受實(shí)質(zhì)反饋的多個(gè)聲環(huán)境的預(yù)定反饋 通道脈沖響應(yīng)(或任何其它適當(dāng)?shù)谋硎?保存在存儲(chǔ)器中。監(jiān)控單元 15適于在存儲(chǔ)器中保存的脈沖響應(yīng)之中選擇可變預(yù)估濾波器14的當(dāng) 前最適當(dāng)?shù)拿}沖響應(yīng)并適于將所選脈沖響應(yīng)應(yīng)用于可變?yōu)V波器14。 在圖1的實(shí)施例中，監(jiān)控單元15接收來自可變?yōu)V波器的算法部分142 和來自檢測(cè)器31、 32、 33的輸入，在這些輸入的基礎(chǔ)上，選擇適當(dāng) 的脈沖響應(yīng)并將其饋給算法部分142及應(yīng)用于可變?yōu)V波器14的濾波 器部分141，從而優(yōu)先于算法部分本身確定的濾波器系數(shù)。在實(shí)施例 中，本發(fā)明系統(tǒng)適于逐步更新濾波器部分中的濾波器系數(shù)，例如通過 以預(yù)定衰減率從一組值衰減到另一組值實(shí)現(xiàn)。濾波器部分141可實(shí)施 為任何便利的可變?yōu)V波器，如FIR或IIR濾波器。算法部分142可實(shí) 施為任何便利的自適應(yīng)算法如LMS、 RLS等。檢測(cè)器提供關(guān)于正向 通路中當(dāng)前輸入信號(hào)和當(dāng)前增益設(shè)置的信息，因而提供關(guān)于當(dāng)前聲環(huán) 境的、將用于決定反饋環(huán)路的最適當(dāng)脈沖響應(yīng)的輸入。監(jiān)控單元15 適于決定可變?yōu)V波器部分141是否用算法部分142 (基于算法部分的 輸入信號(hào)的當(dāng)前值)確定的濾波器系數(shù)更新或是否基于存儲(chǔ)器15K其 可以也可不形成監(jiān)控單元15的一部分)中保存的預(yù)定脈沖響應(yīng)中的 所選脈沖響應(yīng)進(jìn)行更新。例如，相對(duì)于其它更新源選擇一個(gè)更新源是 根據(jù)從各個(gè)檢測(cè)器收集的信息，從該信息可判斷現(xiàn)有反饋通路估計(jì)的 可靠性。例如，如果來自算法部分142的估計(jì)很大程度上被判斷為不 可靠，則使用預(yù)定脈沖響應(yīng)。在實(shí)施例中，正向通路的信號(hào)被拆分為
13多個(gè)頻帶(如通過濾波器組)，及監(jiān)控單元15適于根據(jù)算法部分142
中的自適應(yīng)算法當(dāng)前確定的值在至少一頻帶中更新可變?yōu)V波器部分
141及適于根據(jù)監(jiān)控單元15的存儲(chǔ)器中保存的預(yù)定脈沖響應(yīng)中的所 選脈沖響應(yīng)在至少一頻帶中更新可變?yōu)V波器部分141。例如，對(duì)于給 定頻帶，相對(duì)于其它更新源選擇一個(gè)更新源是根據(jù)從各個(gè)檢測(cè)器收集 的信息，從該信息可判斷各個(gè)頻率范圍的現(xiàn)有反饋通道估計(jì)的可靠 性。在圖1的實(shí)施例中，使用三個(gè)檢測(cè)器，第一檢測(cè)器是提供當(dāng)前環(huán) 路增益的估計(jì)量的環(huán)路增益估計(jì)器31 (LGE)(指示當(dāng)前反饋通道 估計(jì)量隨頻率變化的質(zhì)量/可靠性)。第二檢測(cè)器是用于檢測(cè)正向通 路中的音調(diào)成分的音調(diào)檢測(cè)器32 (TD)(指示反饋通道的哪些頻率 范圍可能出現(xiàn)偏差因而不可靠)，及第三檢測(cè)器是用于檢測(cè)當(dāng)前正向 增益的增益檢測(cè)器33 (GD)(具有低正向增益的頻率范圍中的反饋 通道估計(jì)往往不可靠)。環(huán)路增益估計(jì)器31 (LGE)，在此從正向 通路的各個(gè)不同階段取輸入，可按Kaelin、 Lindgren和Wyrsch在下 面文獻(xiàn)中描述的實(shí)施"A digital frequency-domain implementation of a very high gain hearing aid with compensation for recruitment of loudness and acoustic echo cancellation," Elsevier Signal Processing, vol. 64， pp. 71-85, 1998。音調(diào)檢測(cè)器32 (TD)，在此取反饋校正的輸入信號(hào)為 輸入，可按WO 2008/051570或WO 01/06812 Al中所述的實(shí)施。增 益檢測(cè)器33 (GD)，在此假定在信號(hào)處理單元13中計(jì)算，可通過 將正向通路中的各個(gè)算法如方向系統(tǒng)、降噪系統(tǒng)等施加的所有增益進(jìn) 行相加實(shí)施。應(yīng)當(dāng)理解，所選檢測(cè)器組僅用作例子。在實(shí)踐中，可增 加其它檢測(cè)器或用其它檢測(cè)器代替。
自適應(yīng)濾波器和適當(dāng)?shù)乃惴ㄔ谙率鑫墨I(xiàn)中描述Ali H. Sayed, Fundamentals of Adaptive Filtering, John Wiley & Sons, 2003， ISBN 0-471-5 46126-1,參考第5章的"Stochastic-Gradient Algorithms", 212-280頁；或者Simon Haykin， Adaptive Filter Theory, Prentice Hall， 3rd edition, 1996, ISBN 0-13-322760-X,參考關(guān)于"Linear Adaptive Filtering"的第3部分，8-17章，338-770頁。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的助聽器的實(shí)施例的簡(jiǎn)化碼本的例子。在
該特定情形下，碼本由圖4a和4b中所示的兩個(gè)振幅-時(shí)間脈沖響應(yīng) 組成，其中每一個(gè)由多個(gè)如64個(gè)真值時(shí)間樣本組成，時(shí)間參數(shù)由"樣 本指數(shù)"(1-64)表示。備選但等效的表示可以是兩個(gè)脈沖的離散傅 立葉變換。在該情形下，每一脈沖響應(yīng)使用圖4c和4d的幅值譜(振 幅-頻率單元指數(shù))及圖4e和4f的相位譜(相位-頻率單元指數(shù))表 示。使用后一表示的優(yōu)點(diǎn)在于嘯聲通常被限制到某一頻率范圍，這在 圖4c-4d的頻譜表示中更容易處理。
在所提出設(shè)置的一個(gè)實(shí)施例中，反饋通道脈沖響應(yīng)通常通過任一 標(biāo)準(zhǔn)算法(如NLMS/RLS等)進(jìn)行估計(jì)。由于在一些頻譜范圍中， 在特定時(shí)間的輸出信號(hào)能量相對(duì)低，則在這些頻率范圍中，反饋通路 估計(jì)(例如由圖1中的自適應(yīng)濾波器14提供)的方差較高。在這些 頻率范圍中較差的估計(jì)質(zhì)量可簡(jiǎn)單地通過用碼本中的"最接近的"(在 某些適當(dāng)距離的測(cè)量中)脈沖響應(yīng)代替該頻率范圍中的反饋傳遞函數(shù) 進(jìn)行提高。
在特定實(shí)施例中，所提出的碼本方法可用于更先進(jìn)的統(tǒng)計(jì)模型， 其中反饋通道脈沖響應(yīng)的最小均方估計(jì)或最大后驗(yàn)(MAP)估計(jì)使用 預(yù)先收集的脈沖響應(yīng)形成。這可通過不僅將預(yù)先收集的普通脈沖響應(yīng) (或等效反饋傳遞函數(shù))保存在碼本中而且還保存它們的平均值附近 的脈沖響應(yīng)的(共同)方差實(shí)現(xiàn)。例如，這可使用高斯混合模型(GMM) 實(shí)施，其中每一碼本項(xiàng)現(xiàn)在由多維高斯概率密度函數(shù)的線性組合描 述。使用該設(shè)置，可在每一時(shí)間瞬間計(jì)算MAP概率，即碼本的特定 元素"產(chǎn)生"觀察數(shù)據(jù)。對(duì)碼本的每一項(xiàng)進(jìn)行該行動(dòng)使可能選擇具有 最高概率的特定脈沖響應(yīng)表示，并將其使用為反饋通路傳遞函數(shù)的碼 本估計(jì)。
在特定實(shí)施例中，可考慮反饋通道的典型隨時(shí)間的變化，例如通 過使用隱馬爾科夫模型(HMM)或等效統(tǒng)計(jì)工具實(shí)現(xiàn)。在這種情況 下，上面描述的GMM碼本可用躍遷概率擴(kuò)展，即兩個(gè)碼本項(xiàng)的概率 相繼發(fā)生。在與上述類似的方式中，在該框架中可能找到具有最高M(jìn)AP概率的碼本項(xiàng)或找到導(dǎo)致反饋通路傳遞函數(shù)的MMSE估計(jì)的碼 本項(xiàng)線性組合。在本發(fā)明的實(shí)施例中，助聽器包括一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)器(如圖lc 中的3個(gè)，31-33)，其適于決定反饋傳遞函數(shù)的哪些頻率范圍可靠 及哪些由于反饋、自相關(guān)等而不可靠。使用所估計(jì)的反饋傳遞函數(shù)的 可靠頻譜范圍，可能在碼本中找到"最接近的"項(xiàng)(或碼本項(xiàng)的適當(dāng) 組合)，并因此獲得不可靠頻譜范圍中的反饋通道的似乎真實(shí)的估計(jì)。 在確定特定反饋傳遞函數(shù)的測(cè)量可靠或不可靠時(shí)，可使用下述參數(shù)或 手段低于0dB的(平均)增益導(dǎo)致不可靠的范圍、任何自相關(guān)檢測(cè) 算法的輸出、反饋?zhàn)兓瘷z測(cè)器的輸出、給定頻率范圍中接收器(即輸 出)信號(hào)的功率水平等。所收集(預(yù)定)的反饋脈沖響應(yīng)給出瞬間時(shí)間反饋通道的全貌， 但不能足夠詳細(xì)地對(duì)其描述。在這種情況下，依然可能使用預(yù)先收集 的脈沖響應(yīng)，如圖2和3中所示，反饋通道的一般趨勢(shì)使用來自預(yù)先 收集的脈沖響應(yīng)碼本的反饋通道估計(jì)消除(參考圖2中的模塊14、 15、 151和圖3中的模塊14、 15、 151、 152)，而表征瞬間反饋通道 的較細(xì)細(xì)節(jié)使用標(biāo)準(zhǔn)算法(與基于碼本的自適應(yīng)濾波器按正常反饋抵 消模式并行工作的自適應(yīng)FBC濾波器17的形式)進(jìn)行估計(jì)和消除。 簡(jiǎn)單但實(shí)際上有關(guān)的特殊情形是碼本僅包含單一脈沖響應(yīng)估計(jì)。例如，該估計(jì)可表示從傳聲器、接收器、A/D和D/A轉(zhuǎn)換器對(duì)反饋通 路的靜態(tài)貢獻(xiàn)；該靜態(tài)貢獻(xiàn)可在驗(yàn)配過程期間進(jìn)行測(cè)量和保存。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的助聽器的第四實(shí)施例的框圖。圖2的實(shí) 施例包括結(jié)合圖1所述的正向通路和電反饋環(huán)路。然而，在圖2的實(shí) 施例中，特定自適應(yīng)FBC濾波器17(包括自適應(yīng)濾波器部分171 (自 適應(yīng)濾波器模塊)，其濾波特征可通過算法部分172 (自適應(yīng)算法(如 NLMS、 RLS)模塊)進(jìn)行定制)，包括在單獨(dú)的反饋環(huán)路(圖2中 的i^ZW)中，用于估計(jì)反饋通路的較細(xì)細(xì)節(jié)，其與包括碼本濾波元 件(模塊14 (FIR濾波)和15 (從碼本選擇FIR濾波器))的、用 于估計(jì)反饋通路的更靜態(tài)的部分的環(huán)路(圖2中的i^丄弁力"并行"。16監(jiān)控單元15從檢測(cè)器接收指明當(dāng)前聲環(huán)境的特征的輸入，其由監(jiān)控 單元用于在助聽器的存儲(chǔ)單元151中保存的脈沖響應(yīng)之中選擇適當(dāng) 的脈沖響應(yīng)。如上所述，可能(使用標(biāo)準(zhǔn)自適應(yīng)FBC方法或在碼本方法的幫 助下)確定給定估計(jì)的"可靠性"。如果給定反饋通道估計(jì)已被視為 在足夠的時(shí)間段"可靠"，則認(rèn)為其真實(shí)地描述物理反饋通路，因此 用該新信息更新現(xiàn)有碼本是有意義的。這樣的變化可由于情況變化、 兒童成長(zhǎng)、產(chǎn)生耳垢等引起。例如，這可按圖3中所示的實(shí)施方式進(jìn) 行實(shí)施。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的助聽器的第五實(shí)施例的框圖。圖3的實(shí) 施例包括正向通路和電反饋通路，電反饋通路包括具有自適應(yīng)FBC 濾波器17的第一環(huán)路和具有可變預(yù)估濾波器14的第二環(huán)路，可變預(yù) 估濾波器的濾波器特征適于由存儲(chǔ)單元151中保存的多個(gè)反饋通道 脈沖響應(yīng)中的所選脈沖響應(yīng)控制及由監(jiān)控單元15控制，如結(jié)合圖1 和2所述。然而，在圖3的實(shí)施例中，由碼本更新單元152產(chǎn)生并保 存在碼本存儲(chǔ)器151中的預(yù)定反饋通道脈沖響應(yīng)的更新被使得可經(jīng) 監(jiān)控單元15進(jìn)行，監(jiān)控單元適于隨時(shí)將所保存的脈沖響應(yīng)與經(jīng)受的 (如普通)實(shí)際值進(jìn)行比較。例如，后者由碼本更新單元152基于來 自各個(gè)檢測(cè)器(如結(jié)合圖lc的實(shí)施例描述的檢測(cè)器)的輸入及來自 第一反饋環(huán)路的自適應(yīng)FBC濾波器17的輸入產(chǎn)生，例如，來自自適 應(yīng)FBC濾波器的輸入包括FBC濾波器確定的濾波器系數(shù)。本發(fā)明由獨(dú)立權(quán)利要求的特征限定。從屬權(quán)利要求限定優(yōu)選實(shí)施 例。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不意于限定其范圍。一些優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)在上述內(nèi)容中進(jìn)行了說明，但是應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的 是本發(fā)明不受這些實(shí)施例的限制，而是可以權(quán)利要求限定的主題內(nèi)的 其它方式實(shí)現(xiàn)。例如，所示實(shí)施例示為包含單一傳聲器。其它實(shí)施例 可包含傳聲器系統(tǒng)，該傳聲器系統(tǒng)包括兩個(gè)或兩個(gè)以上傳聲器，及可 能包括用于從兩個(gè)或兩個(gè)以上傳聲器拾取的信號(hào)提取方向信息的裝 置。參考文獻(xiàn) Ali H. Sayed, Fundamentals of Adaptive Filtering, John Wiley & Sons, 2003, ISBN 0-471-5 46126-1 Simon Haykin, Adaptive Filter Theory, Prentice Hall， 3rd edition, 19%, ISBN 0-13-322760-X A. Kaelin, A. Lindgren and S. Wyrsch, A digital frequency-domain implementation of a very high gain hearing aid with compensation for recruitment of loudness and acoustic echo cancellation, Elsevier Signal Processing, Vol. 64， 1998, pp. 71-85 WO 2008/051570 Al (STARKEY LABS.) 02-05-2008 WO 01/06812 Al (OTICON) 25-01-200權(quán)利要求
1、用于處理輸入聲音以根據(jù)用戶需要輸出聲音的助聽器，該助聽器包括用于將輸入聲音轉(zhuǎn)換為電輸入信號(hào)的輸入變換器及用于將已處理電輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為輸出聲音的輸出變換器、形成在輸入變換器和輸出變換器之間的正向通路、用于估計(jì)從輸出變換器到輸入變換器的聲反饋效果的反饋抵消系統(tǒng)，反饋抵消系統(tǒng)包括可變預(yù)估濾波器及存儲(chǔ)器，對(duì)應(yīng)于經(jīng)受實(shí)質(zhì)反饋的多個(gè)聲環(huán)境的多個(gè)預(yù)定反饋通道脈沖響應(yīng)保存在存儲(chǔ)器中，及其中助聽器包括監(jiān)控單元，基于當(dāng)前聲環(huán)境，監(jiān)控單元適于在所保存的脈沖響應(yīng)之間選擇可變預(yù)估濾波器的當(dāng)前最適當(dāng)?shù)拿}沖響應(yīng)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1的助聽器，適于將所選擇的當(dāng)前最適當(dāng)?shù)拿}沖響應(yīng)應(yīng)用于所述可變預(yù)估濾波器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1的助聽器，其中正向通路包括用于將電輸入信號(hào)拆分為多個(gè)頻帶或范圍的元件。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1的助聽器，其中正向通路包括適于提供隨頻率而變的增益及適于提供已處理輸出信號(hào)的信號(hào)處理單元。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1的助聽器，其中反饋抵消系統(tǒng)包括反饋通路估計(jì)單元，用于動(dòng)態(tài)估計(jì)助聽器中的當(dāng)前聲反饋。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5的助聽器，適于通過處于至少一頻帶的反饋通路估計(jì)單元及處于至少一其它頻帶的可變預(yù)估濾波器估計(jì)聲反饋。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3的助聽器，適于確定信號(hào)能量低于預(yù)定值的頻帶，及適于通過處于這些頻帶的可變預(yù)估濾波器及處于其它頻帶的反饋通路估計(jì)單元估計(jì)聲反饋。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7的助聽器，適于通過應(yīng)用于正向信號(hào)通路的每一子頻帶內(nèi)的幅值平方時(shí)間樣本lx,^)f的1極IIR長(zhǎng)期求平均濾波器確定頻帶內(nèi)的平均信號(hào)能量或功率。
9、 根據(jù)權(quán)利要求3的助聽器，適于監(jiān)控在正向通路中的一個(gè)或多個(gè)子頻帶中施加的增益并決定在增益低于某一閾值的頻譜范圍內(nèi)使用可變預(yù)估濾波器提供的反饋通路估計(jì)量。
10、 根據(jù)權(quán)利要求3的助聽器，適于確定可靠的頻帶及不可靠的頻帶，及適于通過反饋通路估計(jì)單元估計(jì)可靠頻帶中的聲反饋及使用可靠頻帶中的估計(jì)反饋傳遞函數(shù)在所保存的脈沖響應(yīng)中找到可變預(yù)估濾波器的最適當(dāng)?shù)拿}沖響應(yīng)，及使用該脈沖響應(yīng)估計(jì)不可靠頻帶中的傳遞函數(shù)。
11、 根據(jù)權(quán)利要求5的助聽器，其中所述反饋通路估計(jì)單元實(shí)施為自適應(yīng)反饋抵消濾波器。
12、 運(yùn)行用于處理輸入聲音以根據(jù)用戶需要輸出聲音的助聽器的方法，該方法包括a) 將輸入聲音轉(zhuǎn)換為電輸入信號(hào)；b) 將已處理電輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為輸出聲音；C)估計(jì)從輸出聲音到輸入聲音的聲反饋的效果；d) 向所述助聽器提供可變預(yù)估濾波器和存儲(chǔ)器；e) 估計(jì)對(duì)應(yīng)于經(jīng)受聲反饋的多個(gè)聲環(huán)境的多個(gè)預(yù)定反饋通道脈沖響應(yīng)；f) 將所述預(yù)定反饋通道脈沖響應(yīng)保存在所述存儲(chǔ)器中；g) 監(jiān)控當(dāng)前聲環(huán)境；及h) 從來自所述存儲(chǔ)器的所保存脈沖響應(yīng)之間選擇可變預(yù)估濾波器的當(dāng)前最適當(dāng)?shù)拿}沖響應(yīng)。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12的方法，還包括步驟i) 將所選擇的脈沖響應(yīng)應(yīng)用于可變預(yù)估濾波器。
14、 根據(jù)權(quán)利要求12的方法，包括步驟將正向通路的電信號(hào)拆分為多個(gè)頻帶。
15、 根據(jù)權(quán)利要求12的方法，包括步驟動(dòng)態(tài)估計(jì)助聽器中的當(dāng)前聲反饋。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中動(dòng)態(tài)估計(jì)聲反饋的步驟與可變預(yù)估濾波器估計(jì)反饋通路的步驟并行執(zhí)行。
17、 根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中聲反饋在至少一頻帶中進(jìn)行動(dòng)態(tài)估計(jì)及在至少一其它頻帶中通過當(dāng)前最適當(dāng)?shù)念A(yù)估脈沖響應(yīng)進(jìn)行估計(jì)。
18、 根據(jù)權(quán)利要求12的方法，包括使用預(yù)定脈沖響應(yīng)的統(tǒng)計(jì)模型，相應(yīng)普通脈沖響應(yīng)及它們的平均值附近的脈沖響應(yīng)的方差保存在存儲(chǔ)器中。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18的方法，包括步驟基于普通脈沖響應(yīng)及它們的平均值附近的脈沖響應(yīng)的方差確定反饋通道脈沖響應(yīng)的最小均方估計(jì)量或最大后驗(yàn)估計(jì)量。
20、 根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中通過使用隱馬爾可夫模型或等效統(tǒng)計(jì)工具考慮反饋通道隨時(shí)間的變化。
21、 根據(jù)權(quán)利要求12的方法，包括步驟更新保存在碼本存儲(chǔ)器中的預(yù)定反饋通道脈沖響應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了基于碼本的反饋通路估計(jì)，其涉及用于處理輸入聲音以根據(jù)用戶需要輸出聲音的助聽器。本發(fā)明還公開了運(yùn)行助聽器的方法及助聽器的用途。助聽器包括輸入變換器及輸出變換器、形成在輸入變換器和輸出變換器之間的正向通路、用于估計(jì)從輸出變換器到輸入變換器的聲反饋效果的反饋抵消系統(tǒng)，反饋抵消系統(tǒng)包括可變預(yù)估濾波器及存儲(chǔ)器，對(duì)應(yīng)于經(jīng)受實(shí)質(zhì)反饋的多個(gè)聲環(huán)境的多個(gè)預(yù)定反饋通道脈沖響應(yīng)保存在存儲(chǔ)器中，及其中助聽器包括監(jiān)控單元，適于基于當(dāng)前聲環(huán)境在所保存的脈沖響應(yīng)之間選擇可變預(yù)估濾波器的當(dāng)前最適當(dāng)?shù)拿}沖響應(yīng)。本發(fā)明助聽器可相當(dāng)快地適應(yīng)變化的聲環(huán)境。
文檔編號(hào)H04R25/00GK101635876SQ20091016081
公開日2010年1月27日 申請(qǐng)日期2009年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月24日
發(fā)明者托馬斯·伯·埃爾梅迪布, 杰斯珀·延森 申請(qǐng)人:奧迪康有限公司