基于可重构滤波器组的“个体化”数字助听系统滤波算法研究

Today hearing loss has become one of the most common diseases that influence people's lives. The use of digital hearing aids is the most effective way to compensate for hearing loss. Currently, the filter bank algorithms that digital hearing aid systems employed can only give one frequency division plan to decompose the sound signal, therefore cannot provide hearing impaired people the best compensation according to their own characteristics of hearing loss. To solve this problem, in this project, efficient algorithms with low complexity, no distortion and reasonable delay will be proposed based on reconfigurable filter banks. By adjusting the control parameters, the number of bands and the bandwidths can be changed based on the pathology of the patient, making it convenient to emphasize the sound to look for the patient's comfort. On the basis of the design of the reconfigurable filter banks, gain control algorithms, noise reduction algorithms and feedback suppression algorithms will also be discussed. This study provides technical preparation for the development of controllable sound decomposition of new digital hearing aid devices, which will enhance the "individual" level of current hearing aid systems, thus improve the quality of life of patients with hearing loss.

目前，听力损失已经成为影响人们生活的最常见疾病之一，数字助听器的使用是弥补听力损失最有效的方法。当前，数字助听系统采用的滤波器组算法仅能提供单一频率划分方案来分解声音信号，无法使听损患者根据自身的听力损失特点获得最佳的声音补偿策略。基于此，本课题研究适用于数字助听系统的低复杂度、无失真的可重构滤波器组算法，以实现根据患者听损特点提供灵活频率划分方案的目标。该算法能够在不改变滤波器组基本结构的前提下，通过对控制参数的调节来依据患者的听力损伤病理设定系统的频带数目和频带带宽，从而方便选择要强调的声音功能，使患者得到更好的舒适度。基于此算法，本课题将同时设计有效的增益控制算法和噪声与回声抑制联合算法。本研究为开发具备可控声音分解方式的新型数字助听设备提供了技术准备，将大大提高助听系统的"个体化"程度，有效提升听损患者的生活质量。

目前，听力损失已经成为影响人们生活的最常见疾病之一，数字助听器的使用是弥补听力损失最有效的方法。当前数字助听系统采用的滤波器组算法仅能提供单一频率划分方案来分解声音信号，无法使听损患者根据自身的听力损失特点获得最佳的声音补偿策略。基于此，本课题研究适用于数字助听系统的低复杂度低时延的可重构滤波器组算法，以实现根据患者听损特点提供灵活频率划分方案的目标，并在此基础上研究增益控制与噪声抑制算法。课题组得到的主要成果有：.（1）提出了将可重构滤波器应用于数字助听系统的思路，设计了基于频率遮蔽技术的低复杂度可重构滤波器组。该项工作发表在IEEE Transactions on Biomedial Engineering 上。.（2）提出了基于分数内插滤波器的线性相位可重构数字FIR滤波器组设计方法。采用分数插值、对称和互补的频带变换方法降低了复杂度。通过选择合适的原型滤波器得到了较低时延。该项工作发表在IEEE/ACM Transactions on Audio,Speech and Language Prcessing 上。.（3）提出了适用于数字助听器的基于非线性变换的可重构滤波器组及设计方法。经非线性映射把余弦调制均匀滤波器组映射为非均匀滤波器组，通过对非线性变换参数的调整实现可重构性。该项工作发表在IEEE Transactions on Biomedical Circuits and System 上。.（4）在应用频率遮蔽技术（FRM）的过程中，提出了一种二级FRM算法，其两级子滤波器的插值因子可独立选择，这与传统二级FRM非常不同。实验结果表明，该结构的复杂度低于当前各FRM改进算法。该项工作发表在IEEE Transactions on Signal Processing 上。.（5）提出了一种基于汉语时频特性的语音端点检测算法，根据语音区与噪声区的位置，进行相关的特征提取分析和噪声抑制。该项工作发表在CISP2013国际会议上。.除此之外，课题组在声源定位和提取方面以及声信号的非均匀采样及滤波方面进行了研究。.本课题研究成果使数字助听系统的核心--数字滤波器组，能够根据患者的个人情况提供灵活的频率选择方案，从而使患者有可能采用最适合自己的听力补偿策略。这将对数字助听设备的向着自然化、人性化和个体化的特点发展起到推动作用，是数字助听领域新型技术的有益探索。