基于DSP的电子耳蜗语音处理器的研制

电子耳蜗是一项正在迅速发展的聋人康复新技术，其关键是要研制出可靠、灵活、价格低廉的产品。首先介绍电子耳蜗的原理及其进展，然后介绍基于TMS320VC5402 DSP处理器的电子耳蜗语音处理器。实验证明：基于DSP的电子耳蜗系统可以按照患者的实际情况灵活选择各种语音处理方案，并能方便实现语音预处理、噪声抑制和对应各电极的频谱阈值调整，是一种比较好的系统结构。     

液体硅橡胶在电子耳蜗中的初步应用

电子耳蜗的植入部分主要包括刺激电极及语音处理2部分，目前，对耳蜗电极进行了大量的研究，但是由于影响电极刺激效果的因素很多，所以不能确定哪一种刺激电极最好。介绍了液体硅橡胶在电子耳蜗电极上的应用，由于工艺及技术的问题，用Silastic MDX4210做了初步尝试，希望对以后的研究有一定参考     

液体硅橡胶在电子耳蜗中的初步应用

电子耳蜗的植入部分主要包括刺激电极及语音处理2部分，目前，对耳蜗电极进行了大量的研究，但是由于影响电极刺激效果的因素很多，所以不能确定哪一种刺激电极最好。介绍了液体硅橡胶在电子耳蜗电极上的应用，由于工艺及技术的问题，用Silastic MDX-4210做了初步尝试，希望对以后的研究有一定参考。     

用小波变换实现电子耳蜗CIS语音信号的处理

为克服以往滤波器组参数调整复杂问题和实现电子耳蜗语音处理的快速数字化计算,提出了将小波变换应用于电子耳蜗的语音处理。介绍了电子耳蜗的机理及连续交替取样（ Ｃ Ｉ Ｓ）语音信号处理方案,并对耳蜗的频率分析特性与小波变换的时间—尺度分析特点进行了比较; 讨论了用小波变换实现 Ｃ Ｉ Ｓ语音信号处理方案的方法及仿真结果,给出尺度的选择依据,并与滤波器组的分析方法进行了比较。结果表明,用小波变换实现电子耳蜗的 Ｃ Ｉ Ｓ语音信号处理方案是可行的     

电子耳蜗的选择性频率幅度调制编码算法

为提高电子耳蜗植入者在噪声下的语音识别能力,提出了一种利用频率调制信息的算法。该算法根据人耳听觉机理,增加了频带选择法则。该法则对不同频带提取出的频率调制信息进行了有选择的传递,并在听觉仿真试验中得到验证:该算法既可以比传统幅度信息编码算法更有效地提高电子耳蜗植入者在噪声下的语音识别能力,又降低了不选择频带而全通道传递频率调制信息算法的复杂度(频率调制信息提取的计算量降低了37.5%),减少了内存占用,使之适合在临床上实时实现。     

用于汉语全音节识别的新特征参数——频变参数

本文探讨了一种特定人的汉语全音节语音识别方案,介绍了一种基于人耳听觉特性的语音参数的提取方法,对以1/3倍频程分布的16个通道滤波器组的对数能量输出用非线性时域归正方法归正到定长,然后求出相邻通道间频谱的变化量,即得到一组新的特征参数——频变参数.这组参数能够较好地反映语音中与感知有关的特性,如高音、音强、音调等.音节被选用来作为识别的基本单位,以400个汉语无调音节作为字表.最后给出了识别结果.     

基于听觉特性的电子耳蜗语音编码策略

为了改善电子耳蜗语音编码策略的性能,提出了一种基于听觉特性的编码策略.策略中的带通滤波及包络检测阶段采用Gammatone滤波器模型和Meddis内毛细胞模型;在通道选择阶段引入心理声学的掩蔽效应模型,从M个通道中选出N个通道,在相应的通道产生脉冲刺激信号.用MATLAB对提出的策略进行仿真研究,实现了22选8的编码策略.结果表明,所提编码策略在稳定性和鲁棒性方面优于CIS和ACE编码策略.     

Small-Space Microphone Array Fractional Delay Algorithm Based on FIR Filter for Cochlear Implant

Directional speech enhancement of signals from microphone arrays is an effective way to improve speech recognition for cochlear implant users.The strict implant size limitation results in a short distance between microphones.The fractional delay problem due to the short distance between microphones is solved by a maximal flat (Maxflat) finite impulse response (FIR) filter,using the Maxflat error criteria at a low frequency containing most of the speech information and energy.The fractional Maxflat FIR filter approximates the ideal digital fractional filter at the magnitude response,phase response,and phase delay characteristics,and is also very low order.The results demonstrate that the Maxflat FIR filter accurately and effectively solves the fractional digital delay and is very suitable for real-time speech processing in practical cochlear implant products.     

Effective use of the spectral information in speech processing of cochlear implant

Based on the results of the acoustic research on Mandarin, two novel algorithms using the spectral information in speech processing of cochlear implants are purposed and certified effectively by the spectral information of tonal language in acoustic simulation experiments. We bring forward novel algorithms conveying the spectral information based on the choices of the frequency bands. These new algorithms can not only improve the speech recognition ability of cochlear implant users in the noisy environments but also reduce the complexity of computing and the memory occupied, and make it more suitable to be carried out in clinical practice.     

Effective use of the spectral information in speech processing of cochlear implant

Based on the results of the acoustic research on Mandarin, two novel algorithms using the spectral information in speech processing of cochlear implants are purposed and certified effectively by the spectral information of tonal language in acoustic simulation experiments. We bring forward novel algorithms conveying the spectral information based on the choices of the frequency bands. These new algorithms can not only improve the speech recognition ability of cochlear implant users in the noisy environments but also reduce the complexity of computing and the memory occupied, and make it more suitable to be carried out in clinical practice.     

基于听觉模型的小波包变换的语音增强

由于人耳频率分辨率是非线性的 ,用传统的线性信号处理方法 (如FFT)来模拟人耳基底膜的频率分析特性是比较困难的 .小波包算法有灵活的时频分析能力 ,可较好地符合人耳基底膜的频率分析特性 .在模拟人耳的听觉机理方面 ,用动态阈值法成功地对含噪语音进行了去噪处理 ,在去噪处理中引入音乐噪声的问题也较好地得到解决 .实验表明 :在单声道的条件下 ,其语音增强效果比传统的频谱减法有更高的清晰度和可懂度     

改进的子波过零电子耳蜗语音编码策略

提出改进的倍频程小波过零刺激方案(WZCS),以改善电子耳蜗语音编码策略的性能.在语音信号倍频程小波变换域的过零点通过幅度调制合成刺激脉冲,并基于Matlab对该算法和连续间隔采样(CIS)、通道专用采样序列(CSSS)、频率幅度联合调制编码(FAME)等编码策略进行仿真,将合成信号与原始语音、合成信号频谱与原始语音频谱进行了相关性分析.仿真结果表明,WZCS算法合成信号的频谱与原始语音信号的频谱相关系数最大,WZCS算法合成信号频谱与原始语音最为相关,且相关显著,即与其他算法相比其保留了原始语音信号的更多频率和相位成分.     

微创人工耳蜗手术导航匹配算法研究

微创人工耳蜗通道(Minimal Cochlear Access,MCA)是一种直接从颞骨的表面向内耳钻出隧道,然后在内耳植入耳蜗电极的手术治疗方式.相比于传统开放的耳蜗植入手术,MCA具有创伤小、耗时少、快速恢复及较少的并发症等优点.该手术的主要难点是要获取足够的精度,通常小于0.50 mm.该文对基于基准标志物的光学导航系统(Landmark-Based Optical Navigation System,LONS)的定量精度进行研究,通过不同的表面配准算法来获得稳定的精度.结果表明:在相同初始化条件下,颞骨模型匹配的目标配准误差(Target Registration Error,TRE)最小值为(0.16±0.01)mm.     

Direct measurement of intra-cochlear pressure waves

The cochlear travelling wave is fundamental to the ability of the mammalian auditory system to resolve frequency. The seashell-shaped outer bone of the cochlea (the auditory inner ear) contains a spiral of cochlear fluid and the sensory tissue known as the cochlear partition. Sound travels down the ear canal to the eardrum, causing its flexible tympanic membrane to vibrate. This vibration is transmitted to the cochlea via the ossides. Motion of the stapes (the stirrup ossicle) sets the cochlear fluid in motion, which in turn sets the cochlear partition near the states in motion. The motion of the cochlear partition ripples down the cochlear spiral as a travelling wave, stimulating the cochlea's sensory hair cells. The wave peaks near the base (the stapes end) of the cochlea for high frequency tones and near the apex for low frequencies. The fundamental elements of the cochlear travelling wave are fluid pressure and motion and partition forces and motion. However, the wave's direct experimental study has to date relied almost solely on measurements of the partition motion. Here I report finely spaced measurements of intracochlear pressure close to the partition, which reveal the fluid component of the cochlear wave. The penetration depth of the wave is very limited, approximately 15 microm. Over a range of frequencies at least an octave wide, the depth is independent of frequency.     

Efficient auditory coding

The auditory neural code must serve a wide range of auditory tasks that require great sensitivity in time and frequency and be effective over the diverse array of sounds present in natural acoustic environments. It has been suggested that sensory systems might have evolved highly efficient coding strategies to maximize the information conveyed to the brain while minimizing the required energy and neural resources. Here we show that, for natural sounds, the complete acoustic waveform can be represented efficiently with a nonlinear model based on a population spike code. In this model, idealized spikes encode the precise temporal positions and magnitudes of underlying acoustic features. We find that when the features are optimized for coding either natural sounds or speech, they show striking similarities to time-domain cochlear filter estimates, have a frequency-bandwidth dependence similar to that of auditory nerve fibres, and yield significantly greater coding efficiency than conventional signal representations. These results indicate that the auditory code might approach an information theoretic optimum and that the acoustic structure of speech might be adapted to the coding capacity of the mammalian auditory system.     

与初始噪声分布无关的恒虚警处理器

为提高单元平均类恒虚警 (CA- CFAR)检测的性能 ,提出一种新的与噪声初始分布无关的恒虚警处理方法 ,即 Gauss双参数恒虚警检测 (GB- CFAR)方法。其特点是根据独立同分布噪声的非相参积累结果近似 Gauss分布的特性 ,用不同的参考单元估计积累后噪声的均值和标准差 ,然后将待检测单元减去均值估计值 ,再与标准差估计值和固定门限的乘积相比较 ,从而实现恒虚警检测。结果表明 ,由于剔除积累后的噪声均值等价于剔除了部分噪声能量 ,因此提高了信噪比 ,使得检测性能明显优于传统的 CA - CFAR检测器     

动态阈值谱法语音增强

根据人耳能从噪声中提取有用信息的听觉特征，并结合语音信号的基本特征，提出并研究了一个适合于语音增强的听党内模型；实验结果表明，这个方法不仅在提高语音信噪比方面，而且在减小语音失真度方面均有较好的改善。     

多电极对激光器电极形状及预电离结构的选择

在多电极对激光器中，电极对形状直接影响到激光器的性能。现有的各种电极面型各有其利弊。该文分析了各种形状的电极面型的优缺点，给出了结构简单、对提高多光脉冲输出稳定性有利的电极形状。此外，为获得大体积均匀辉光放电和提高输出稳定性，选择出适宜于多电极对ＴＥＡＣＯ２；激光器中使用的预电离结构。这为正确选择ＴＥＡＣＯ２激光器中的电极形状及预电离结构提供了基础。     

两层 CPO 修饰电极的制备及其应用

电化学方法制备聚L－赖氨酸膜（PLL）修饰的玻碳电极上固定氯过氧化物酶,利用循环伏安法研究了修饰电极的电化学行为．修饰一层和两层的CPO修饰电极上均观察到CPO直接可逆的电子传递,其中,修饰两层CPO的电极（CPO／PLL）2／GC的氧化还原峰电流较为明显;氧气饱和的缓冲溶液中的循环伏安曲线显示,（CPO／PLL）2／GC电极上氧的还原峰电流显著增大,且还原峰电位相对于修饰一层CPO的电极正移了150mV,表明修饰两层CPO的电极对氧还原具有更好的电催化效应．（CPO／PLL）2／GC修饰电极应用于原位产生过氧化氢催化苯甲硫醚的反应,得到了目标产物苯甲亚砜,产物的量随电解催化反应时间的增加而增大．实验结果为开发环保、绿色的生物酶催化有机合成反应提供了新思路．     

高频电磁水处理器处理腔的仿真与设计

处理腔是高频电磁水处理器的重要组成部件,为了确定何种处理腔结构对高频电磁阻垢除垢具有更佳的效果,利用Ansoft Maxwell软件建立了有限元模型,对两种常见的处理腔,即同轴电极式处理腔和缠绕电极式处理腔内的电磁场能量分布进行仿真计算,比较了两种处理腔向水体释放电磁能量的大小以及处理腔内观测点的瞬时能量密度的分布特征。仿真分析表明,当施加相同的激励源并处理相同体积的水时,同轴电极式处理腔内的电磁能量远大于缠绕电极式处理腔;但是同轴电极式处理腔内电磁能量分布不均匀,由阳极向阴极依次递减,而缠绕电极式处理腔内电磁能量分布较为均匀。这些结论对于高频电磁水处理器处理腔的设计具有重要的指导意义。