[发明专利]语音信号处理方法及装置以及使用其的助听器

说明书

技术领域

本发明总体涉及数字信号处理技术，更具体地，涉及一种语音信号处理方法及装置，以及使用其的助听器。

背景技术

根据2006年的调查发现中国有27,800,000名听觉障碍患者。助听器近年来取得了很大的进步。然而，无论当前的助听器取得了怎样的成功，许多辅助听觉障碍患者仍然抱怨他们听不清楚。其中一个原因是大多数患者患有感觉神经性听觉损失。由这种听觉损失，患者的内耳具有缺陷，这会导致语音分析能力丧失。传统的助听器更加关注振幅放大。然而，简单放大振幅无法补偿语音分析能力丧失。汉语是一种有声调的语言，不同于其他西方语言。基于临床听觉测试结果，我们发现声调识别能力低于听力正常的人。原因是丧失了语音分析能力。

目前，大多数助听器装置都是由西方的公司制作的，是基于西方语言研发的。然而，汉语与西方语言的不同之处在于几个方面：(1)声调语言，以及(2)不同于西方辅音音丛结构的辅音加元音结构。因此，对专门为中国用户设计的助听器装置提出了越来越高的要求。

具有声调增强功能的典型助听器简单地放大了带有汉语普通话语音中的声调信息的元音部分的大小。然而，元音是语音的低频率部分，作为心理学心理声学的模型的向上掩蔽(upward masking)原理，简单放大元音部分将掩蔽语音中的高频分量。这将进一步降低语音可懂度。

发明内容

本发明公开了一种语音信号处理方法及装置、以及使用其的助听器，这可以避免可能给出较低语音可懂度的向上掩蔽并且可以提供较高语音可懂度。

本发明的一个实施例提供了一种语音信号处理方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S1：将语音波形转换为数字信号；

步骤S2：由从步骤S1中获得的数字信号计算频谱；

步骤S3：通过使用以下公式中所示的音高移位算法来移位频谱的音高以获得具有修改音高的频谱：

F0新(n)＝C×F0原始(n)，

其中F0新(n)指的是声调增强的音高轮廓采样，F0原始(n)指的是原始语音信号的音高轮廓采样，C是音高移位因子且大于1；

步骤S4：将具有修改音高的频谱转换回时域信号；

步骤S5：对步骤S4中获得的时域信号重新采样以获得重新采样的语音信号；以及

步骤S6：将重新采样的语音信号转换回波形。

优选地，所述方法还包括步骤S0：在步骤S1之前，收集语音波形。

优选地，步骤S2包括使用快速傅里叶变换算法来从步骤S1中获得的数字信号计算频谱；并且步骤S4包括使用快速傅里叶反变换算法来将具有修改音高的频谱转换回时域信号。

本发明的另一个实施例提供了一种语音信号处理装置，其包括：

模数转换模块，其被配置为将语音波形转换为数字信号；

快速傅里叶变换模块，其与模数转换模块连接并被配置为从由模数转换模块转移的数字信号计算短时频谱；

音高修改模块，其与快速傅里叶变换模块连接并被配置为通过使用以下公式中所示的音高移位算法来移位短时频谱的音高以获得具有修改音高的频谱：

F0新(n)＝C×F0原始(n)，

其中F0新(n)指的是声调增强的音高轮廓采样，F0原始(n)指的是原始语音信号的音高轮廓采样，C是音高移位因子且大于1；

快速傅里叶反变换模块，其与音高修改模块连接并被配置为将具有修改音高的频谱转换回时域信号；

重新采样模块，其与快速傅里叶反变换模块连接并被配置为对快速傅里叶反变换模块获得的时域信号重新采样以获得重新采样的语音信号；以及

数模转换模块，其与重新采样模块连接并被配置为将重新采样的语音信号转换回波形。

优选地，模数转换模块、快速傅里叶变换模块、音高修改模块、快速傅里叶反变换模块、重新采样模块和数模转换模块依次串联连接。

本发明的另一个实施例提供了一种助听器，其包括：

语音信号处理装置；

语音输入装置，其连接至语音信号处理装置；以及

语音输出装置，其连接至语音信号处理装置；

其中语音信号处理装置包括：

模数转换模块，其与语音输入装置连接并被配置为将由语音输入装置转移的语音波形转换为数字信号；

快速傅里叶变换模块，其与模数转换模块连接并被配置为从由模数转换模块转移的数字信号计算短时频谱；