基于人耳特性的电子耳蜗语音编码方法研究与实现

发布时间：2017-09-20 02:16

  本文关键词：基于人耳特性的电子耳蜗语音编码方法研究与实现

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【摘要】：全世界约有3.6亿人患有残疾性听力障碍,耳聋已成为五大残疾之首。电子耳蜗是目前唯一能有效恢复神经性耳聋的医疗装置。其中,语音编码策略是影响电子耳蜗性能的关键的技术之一,近年来一直是电子耳蜗相关技术的研究热点。研究语音编码策略有助于进一步提高电子耳蜗的性能,对于聋人的康复事业有着重要贡献。本文在阅读了大量国内外相关文献的基础上,掌握了电子耳蜗语音编码策略的基本原理,重点研究了一种基于人耳特性的电子耳蜗语音编码策略。本文的主要工作如下：首先在分析人耳生理结构和功能作用的基础上,研究了耳蜗基底膜的特性,设计了Gammatone滤波器完成基底膜的分频作用；同时又研究了内毛细胞的特点,设计了Meddis数学模型完成了内毛细胞对信号的包络检测功能,在Simulink平台下完成了上述两种数学模型的仿真,仿真结果表明模型具有较好的抗噪性。接着在上述耳蜗数学模型的基础上,研究了一种基于人耳特性的心理声学模型的编码策略。该编码策略属于N-of-M型编码策略的一种,针对编码策略的各个阶段,分别结合人耳特性：其中带通滤波和包络检测采用了耳蜗系统数学模型中Gammatone滤波器组和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个通道中选择出N个通道,在相应的通道产生脉冲刺激信号。仿真结果表明了基于人耳特性的心理声学模型的编码策略更符合人耳的听觉特性,同时在抗噪性和稳定性方面要优于CIS编码策略和ACE编码策略。最后,本文以TMS320VC5402为核心搭建了DSP硬件系统平台,使用TLV320AIC23作为语音信号采集模块,采用压频转换器VFC32产生刺激脉冲,并设计了其它相关外围电路,进而在硬件系统上实现了电子耳蜗编码策略,通过实验测试,进一步验证了该策略的正确性和合理性。
【关键词】：电子耳蜗 耳蜗模型 编码策略 人耳特性 心理声学模型 DSP
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R764;TN912.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 课题背景及意义11
• 1.2 电子耳蜗中的关键技术11-12
• 1.3 电子耳蜗编码策略的研究现状12-16
• 1.3.1 基于特征提取的编码策略13-14
• 1.3.2 基于滤波器组的编码策略14-16
• 1.4 本文研究内容及章节安排16-19
• 第2章 相关知识概述19-29
• 2.1 听觉外周系统简介19-23
• 2.1.1 耳的结构19-21
• 2.1.2 耳蜗及其内部主要结构21-23
• 2.2 听觉感知的耳蜗过程和机制23-25
• 2.2.1 基本概述23
• 2.2.2 耳蜗的声学过程23-24
• 2.2.3 声—电换能与神经发放24-25
• 2.3 系统核心芯片及开发环境简介25-27
• 2.3.1 TMS320VC5402简介25-26
• 2.3.2 软件开发环境简介26-27
• 2.4 本章小结27-29
• 第3章 耳蜗数学模型的研究与仿真29-47
• 3.1 基底膜数学模型29-34
• 3.2 内毛细胞数学模型34-36
• 3.3 仿真实验及其分析36-45
• 3.3.1 基底膜数学模型仿真及分析36-39
• 3.3.2 内毛细胞数学模型仿真及分析39-45
• 3.4 本章小结45-47
• 第4章 电子耳蜗编码策略的研究与仿真47-63
• 4.1 ACE编码策略47-50
• 4.1.1 ACE编码策略的基本原理47-48
• 4.1.2 ACE编码策略的实现48-50
• 4.2 基于人耳特性的心理声学模型编码策略50-58
• 4.2.1 心理声学模型的基本概念50-52
• 4.2.2 心理声学模型编码策略的基本原理52-53
• 4.2.3 心理声学模型编码策略的实现53-58
• 4.3 仿真实验及其分析58-62
• 4.4 本章小结62-63
• 第5章 编码策略的硬件系统实现63-81
• 5.1 系统的总体设计63
• 5.2 系统的硬件设计63-69
• 5.2.1 语音采集模块63-64
• 5.2.2 脉冲发生模块64-66
• 5.2.3 系统外围电路设计66-69
• 5.3 系统的软件设计69-75
• 5.3.1 系统软件总体设计69-70
• 5.3.2 系统初始化70-71
• 5.3.3 语音信号的采集71-73
• 5.3.4 编码策略的实现73-75
• 5.4 系统测试75-78
• 5.5 本章小结78-81
• 第6章 结束语81-83
• 6.1 工作总结81
• 6.2 未来工作展望81-83
• 参考文献83-87
• 致谢87-89
• 攻读硕士学位期间发表的论文89

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 王仁华,夏德瑜,付前杰;外周听觉系统的计算模型[J];生物物理学报;1991年04期

2 杨琳;戴培东;华诚;张天宇;丁光宏;王克强;王正敏;;盖膜与内毛细胞静纤毛相互作用的生物力学分析[J];解剖学报;2009年02期

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本文编号：885304