[发明专利]脑电图辅助的波束形成器和波束形成方法以及耳戴式听力系统

权利要求书

1.一种波束形成器，包括：

用于接收至少一个脑电图(EEG)信号和来自多个语音源的多个输入信号的装置；和

用于构建优化模型和求解优化模型的装置，其获得对所述多个输入信号进行线性或非线性组合的波束形成权系数；

其中，所述优化模型包括用于获得所述波束形成权系数的优化公式，所述优化公式包括建立所述至少一个脑电图信号与波束形成输出之间的关联、优化所述关联以便构建出与至少一个脑电图信号相关联的波束形成权系数。

2.根据权利要求1所述的波束形成器，其中，建立所述至少一个脑电图信号与波束形成输出之间的关联包括利用非线性变换或用神经网络的方法建立所述至少一个脑电图信号与波束形成输出之间的关联。

3.根据权利要求1所述的波束形成器，其中，建立所述至少一个脑电图信号与波束形成输出之间的关联包括利用线性变换建立所述至少一个脑电图信号与波束形成输出之间的关联。

4.根据权利要求3所述的波束形成器，其中，所述优化公式包括Pearson相关系数：

其中

且其中，是由所述至少一个EEG信号重新构造的参与语音源的语音信号的包络；z(t)表示波束形成输出；是对应于所述波束形成输出的解析信号；是所述波束形成输出的包络，其是所述解析信号的绝对值；κ({w(ω)})表示对于给定的时间段t＝t₁，t₁+1，...，t₂，所述重新构造的参与语音源的语音信号的包络和所述波束形成输出的包络之间的所述Pearson相关系数；{ω(ω)}_ω为所述波束形成权系数；ω(ω＝1，2，…，Ω)表示频带。

5.根据权利要求4所述的波束形成器，进一步包括用于接收重新构造的参与语音源的语音信号的包络的装置，且其中，基于优化线性变换系数根据所述至少一个EEG信号，得到所述重新构造的参与语音源的语音信号的包络且所述重新构造的参与语音源的语音信号的包络被传递至所述用于接收重新构造的参与语音源的语音信号的包络的装置，

其中，根据对以下公式求解获知所述优化线性变换系数

其中，为时刻t(t＝1，2，…)时所述至少一个EEG信号中的EEG通道i(i＝1，2，…，C)所对应的EEG信号且τ为时间延迟；s_a(t)表示对应于所述多个输入信号的所述参与语音源的语音信号的包络；g_i(τ)是对应于具有延迟τ的EEG通道i的所述EEG信号的线性回归系数，E是期望运算符号；正则函数

其限定所述线性回归系数g_i(τ)的时间平滑性；且λ≥0是对应的正则参数。

6.根据权利要求5所述的波束形成器，其中，所述解析信号通过离散傅里叶变换根据所述波束形成权系数{w(ω)}_ω被表示为：

其中，是用于形成所述解析信号的对角矩阵，是所述离散傅里叶变换矩阵的逆；表示帧l和频带ω(ω＝1，2，…，Ω)处的所述多个输入信号，帧l对应于N个采样时间点t，t+1，…，t+N-1，而是用于补偿在用于表示所述多个输入信号所使用的短时傅里叶变换(STFT)中使用的合成窗的对角矩阵，

所述解析信号进一步被等价地表示为：

其中，是所述波束形成权系数，且由{y(l，ω)}_ω和矩阵D_W，F和D_H中的系数确定，以及通过所述解析信号，将所述波束形成输出的包络表示为：

7.根据权利要求6所述的波束形成器，其中，所述波束形成输出的包络的采样率对应于所述多个输入信号的音频采样率。

8.根据权利要求6所述的波束形成器，其中，所述优化所述关联以便构建出与至少一个脑电图信号相关联的波束形成权系数包括最大化所述Pearson相关系数κ({w(ω)})，以提取所述至少一个EEG信号中包含的听觉注意力(AA)信息。