数字助听器的自适应验配技术的研究

摘要

听觉是人们日常生活中进行沟通交流的一大重要途径，听力的损失将严重影响个人的生活质量。然而，听力损失人群的比重却在不断上升。在现有医疗水平条件下，为矫正听损患者的听力状况，助听器的使用已经成为治疗的主要手段。传统的助听器验配过程相对繁琐，并且高度依赖听力专家的验配水平。近年来，助听器的自适应验配逐渐被大家提起。助听器的自适应验配是指由患者通过与相关软件的交互操作实现患者自行验配，中间无需听力专家的干预，打破了传统验配的束缚。
　　本文重点研究交互式遗传算法以及高斯过程回归方法在数字助听器自适应验配中的应用，在总结了前人已有工作成果的基础之上，提出了完整的算法实现流程，初步实现了数字助听器的自适应验配，取得了一些研究成果，主要研究工作如下:
　　(1)介绍了人耳听觉系统、听力损失产生的原因、听力测试及治疗方法，分析了传统验配过程和自适应验配过程两种验配方式。
　　(2)研究了基于交互式遗传算法的自适应验配技术。对各遗传算子所要进行的操作作出了具体的规定，包括染色体编码、选择操作、交叉操作以及针对听损类型的变异操作。在此基础之上提出了优化辅助模块，利用知识库中的现有数据辅助提升算法搜索效率。
　　(3)研究了基于高斯过程回归的自适应验配技术。本文将人的听觉感知由不能直接测量的内部响应函数来表示，并将该过程用高斯过程来建模。在研究了高斯过程回归相关理论基础之上，本文进行了一系列理论推导，给出了用于预测验配者对当前参数喜好程度的公式。在此基础之上，引入了基于期望提高值(EI)的序贯设计，以找到当前“最有意义”的验配参数提供给验配者进行标记，从而形成一个交互式的循环验配流程。
　　(4)针对本文提出的两种自适应验配方法，设计了相应的人机交互模块，包括纯音测试以及语音测试两个部分。为配合以上算法的研究，设计了16通道6阶IIR滤波器组，实验测试证明了该滤波器组性能良好，可以作为自适应验配中的语音信号处理模块。最后的语音识别率以及语音质量的测试再次证明了上述两种验配方法的良好性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 助听器技术和验配的发展研究现状

1．3 数字助听器基本原理

1．4 论文的研究内容和结构

第二章 助听器验配理论基础

2．1 人耳听觉系统

2．2 听力损失测试及治疗方法

2．2．1 听力损失

2．2．2 听力测试方法

2．2．3 听力损失治疗方法

2．3 传统助听器验配流程

2．4 助听器自适应验配原理

2．5 本章小结

第三章 基于交互式遗传算法的自适应验配方法

3．1 交互式遗传算法原理及自适应验配一般流程

3．1．1 交互式遗传算法原理

3．1．2 自适应验配流程

3．2 遗传算子的设计

3．2．1 染色体编码及选择操作

3．2．2 交叉操作

3．2．3 变异操作

3．3 辅助优化模块

3．3．1 用户偏好匹配

3．3．2 种群进化程度评估

3．4 实验仿真与主观测听评估

3．4．1 实验设置

3．4．2 优化变异仿真实验

3．4．3 主观测听实验

3．5 本章小结

第四章 基于高斯过程回归的自适应验配方法

4．1 高斯过程回归预测理论基础

4．1．1 高斯过程回归预测

4．1．2 高斯模型的训练

4．2 自适应验配的高斯过程模型

4．2．1 听觉心理响应函数的高斯建模

4．2．2 超参数的求解

4．2．3 预测输出

4．3 序贯设计及本章算法流程

4．3．1 基于期望增益的序贯设计

4．3．2 本章算法流程

4．4 主观测听评估

4．5 本章小结

第五章 自适应验配软件系统的设计及实验测试

5．1 自适应验配总体架构

5．2 人机交互模块设计

5．2．1 纯音测试

5．2．2 语音测试

5．3 语音信号处理模块

5．3．1 滤波器组的设计

5．3．2 测试与仿真

5．4 言语测听实验

5．4．1 可懂度测听实验

5．4．2 语音质量测听实验

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 本文己取得的研究成果

6．2 展望

致谢

参考文献