一种助听器快速自验配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种助听器快速自验配方法，其步骤包括：1)计算染色体的初始群体：2)计算染色体的适应度；3)判断并输出；4)用户偏好匹配分析；5)参数选择；6)种群多样性分析；7)参数交叉；8)参数变异；9)参数进化。本发明专利技术以频带增益为验配目标，用患者的主观评价代替参数适应值，并基于改进的交互式进化算法进行参数的更新。方法改进包括：构建可动态更新的辅助决策系统来提高参数迭代优化效率；基于构建的决策系统并结合患者听力图来优化算法验配初值以及参数迭代值；从参数编码、适应度选择、参数交叉变异等方面改进遗传算法性能，提高算法的寻优效率。实验结果显示，该验配方法能改善听障患者语音识别率。

A Fast Self-Testing Method for Hearing Aid

The invention discloses a rapid self-test method for hearing aids, which comprises the following steps: 1) calculating the initial population of chromosomes: 2) calculating the fitness of chromosomes; 3) judging and outputting; 4) user preference matching analysis; 5) parameter selection; 6) population diversity analysis; 7) parameter crossover; 8) parameter variation; 9) parameter evolution. The method takes the frequency band gain as the test target, replaces the parameter fitness value with the subjective evaluation of the patient, and updates the parameters based on the improved interactive evolutionary algorithm. Improvements include: building a dynamic updating decision-making system to improve the efficiency of parameter iteration optimization; optimizing the initial value and iteration value of parameters based on the constructed decision-making system combined with patient audiogram; improving the performance of genetic algorithm from the aspects of parameter coding, fitness selection, parameter cross-mutation, etc. The optimization efficiency of the algorithm. The experimental results show that the method can improve the speech recognition rate of hearing impaired patients.

【技术实现步骤摘要】
一种助听器快速自验配方法
本专利技术涉及一种音频信号处理的方法，特别是涉及一种助听器快速自验配方法。
技术介绍
世界卫生组织统计，全球的听障患者超过2.7亿。听力障碍是影响人类健康的第三类慢性疾病。而且，全球老龄化问题使得听力康复面临更严峻的挑战。长时间听力障碍不但会影响患者正常的交谈能力、理解能力和发音能力，而且会导致病人退缩、孤独、暴躁，严重者出现心理障碍，甚至发展到老年痴呆，从而给家庭和社会带来负面影响。目前，佩戴助听器是最有效的听力康复手段之一。但是，即使在发达国家，听障患者使用助听器的比例也只到1/5。而受医疗条件限制和人民的保健意识影响，不发达国家的比例要低的多。影响发展中国家助听器使用率的因素之一就是缺乏专业的听力人才。发展中国家和发达国家中合格的听力学家的人数都是严重不足的。可是，听力人才的外流使得发展中国家的助听器相关服务处于更加落后的位置，进而制约了助听器的发展，也间接提高了发展中国家的助听器的附加成本。针对听力人才缺乏的问题，远程听力学被认为是一个解决方法。但是，由于医生和患者可能位于不同的国家，因此带来很多问题，如从业资格，责任的认定，报销和质量控制等。此外，远程听力网络的建立和维护仍然需要专业的人士来辅助病人，获得信息，引导过程。这些问题已经严重影响美国听力远程医疗的发展速度显著变慢。随着智能手机的广泛渗透，该技术未来可成为提供服务的接入点，服务内容包括信息/教育，筛选和可能的诊断和干预。从设计理念上讲，自验配助听器是解决听力人才缺乏问题的最佳选择。自验配助听器的本质是助听器的装配、验配、使用管理都由用户完成，整个过程几乎不需要专业人士参与，也不需要专业的设备。早在1984年，Wiener等人的专利中提到利用助听器内部的纯音生成器所生成的纯音信号测量用户的听力阈值，然后设计一个传递函数来产生符合规定的助听器配置。这是自验配助听器的基本概念，直到今天集成这些设计理念的设备也未实现。目前用户可编程助听器的功能还相对简单，主要做法是由患者来判断当前环境，再通过配置开关进行人为改变。如患者根据环境差异，控制四种参数实现助听器最优配置，或者通过四个独立内存调节算法增益，数字降噪，麦克风模式，以及频谱增强。这种方法和自验配的设计理念是相同的，都是由于环境变化导致助听器输出质量下降，从而由用户主导进行助听器参数的调配。所不同的是用户可编程助听器所能调配的参数个数和数值改变程度是固定的，而自验配算法完全依赖于患者的主观感受，参数的变化的范围大且实际效果更佳，但是更复杂，实现难度大。在自验配参数更新算法方面，Takagi等人(2007)采用交互式进化计算方法初步实现响度补偿算法的参数优化问题；2015年，高斯进程算法也应用于助听器增益补偿研究上。除此以外，国内外并无相关报道。Takagi等人的研究为自验配助听器的算法研究提供了一个可行的思路，但是仍然存在许多问题需要深入研究，比如验配效率，验配过程控制等。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种助听器快速自验配方法，解决现有技术中助听器验配繁琐低效的技术问题。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是一种助听器快速自验配方法，包括以下步骤：1)计算染色体的初始群体：根据患者的年龄、性别、听障时间和听力图，计算与专家系统中患者信息的最接近的(欧式距离最小)的M个样本所对应的算法参数作为初始群体；2)计算染色体的适应度：将适应度分为5个等级，并按照超几何算子的方法选取适应度值，每个等级对应的遗传概率为γ的取值为q为0.5；3)判断并输出：如果当前染色体被判定为“最优解”或达到最大迭代次数，则结束流程；否则进行寻优。当达到最大迭代次数时，输出的解为迭代历史中的最优解。4)用户偏好匹配分析：找出与当前用户偏好最相似的参数，并将该参数加入到现有进化种群中去，并且去除掉当前种群中适应度最差的参数；5)参数选择：把当前群体中适应度较高的个体根据概率Pn把一个圆盘分成M份；然后，在进行选择时，转动圆盘，若某点落到第i扇形内，则选择个体i。6)种群多样性分析：评估当前种群的进化程度，更新参数交叉概率Pc和参数变异概率Pm。7)参数交叉：以概率Pc交换两个个体的部分染色体，得到新的两个个体。8)参数变异：将每个个体中的每个基因值都以概率Pm进行变异，变异概率公式为其中，Pmmax为变异概率上限。9)参数进化：经过选择、交叉和变异操作，得到一个新的种群。上述步骤经过给定的循环次数后，优化过程终止。进一步地，所述的用户偏好匹配分析包括以下步骤：1)计算等位基因单元的适应度xi＝{gi1,gi2...giN}为种群中的第i个参数，N为参数个数，gik表示种群中第i个染色体的第k个增益参数，表示种群中第i个染色体的第k个增益参数的第j位，代表患者对当前染色体xi的评价值；2)计算置信度函数来模拟人主观评价的可信程度，a为置信度系数，Ns为参数阈值；3)调整用户对等位基因单元的偏好4)计算当前患者u1和知识库中的用户u2对基因单元gk的偏好相似度从而计算用户u1与匹配用户u2的相似度5)根据σ(u1,u2)选择与用户u1相似度较高的匹配用户u2。进一步地，所述的种群多样性分析包括以下步骤：1)计算种群的多样性L为每个参数的位数，为第k个通道第i位基因取1的概率，取值为2)当多样性d大于阈值D时，交叉概率增加5％，上限为0.95；变异概率增加0.5％，上限为0.3；否则，交叉概率及变异概率保持不变。与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：1、构建基于交互式计算和专家系统的助听器验配模型，提高了算法效率；2、基于专家系统对用户偏好匹配以及种群多样性进行分析，从而优化初始参数和更新迭代中间值，加快算法收敛速度。综上所述，本专利技术的助听器快速自验配方法具有收敛快，验配效果好的优点。其具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类方法中未见有类似的设计公开发表或使用而确属创新，具有较大的改进，在技术上有较大的进步，有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。附图说明图1为本专利技术所述的自适应验配总体架构图。图2为本专利技术所述的优化算法流程图。图3为本专利技术所述的助听器专家系统结构图。图4为本专利技术所述的语音识别率对比。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。如图1所示，自验配助听器整个系统包含三个要素：助听器测试系统、患者和自验配系统。基本工作流程为：助听器测试系统根据算法参数处理输入声音，并输出处理后的声音给用户；用户接收助听器输出的声音并按照其主观标准进行评价；评估的结果反馈给自验配系统进行参数的优化调整，并返回给助听器测试系统。其中，自验配系统由三个部分组成：专家系统、进化模块和用户接口。用户接口提供给用户人机交互方式，并以数值方式评估处理后的声音。评价内容包含听力评估和声音评价。①听力评估：拟考虑采用简化的纯音听阈测试来完成对患者的听损评估。(a)基本的测试方法与一般的纯音测试相同，所测纯音分为11个频点125、250、500、750、1000、1500、2000、3000、4000、6000、8000Hz；(b)根据评价的等级，按比例动态调整级别的dB值；(c)相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种助听器快速自验配方法，包括以下步骤：1)计算染色体的初始群体：根据患者的年龄、性别、听障时间和听力图，计算与专家系统中患者信息的最接近的M个样本所对应的算法参数作为初始群体；2)计算染色体的适应度：将适应度分为5个等级，并按照超几何算子的方法选取适应度值，每个等级对应的遗传概率为

【技术特征摘要】
1.一种助听器快速自验配方法，包括以下步骤：1)计算染色体的初始群体：根据患者的年龄、性别、听障时间和听力图，计算与专家系统中患者信息的最接近的M个样本所对应的算法参数作为初始群体；2)计算染色体的适应度：将适应度分为5个等级，并按照超几何算子的方法选取适应度值，每个等级对应的遗传概率为γ的取值为q为0.5；3)判断并输出：如果当前染色体被判定为“最优解”或达到最大迭代次数，则结束流程；否则进行寻优；当达到最大迭代次数时，输出的解为迭代历史中的最优解；4)用户偏好匹配分析：找出与当前用户偏好最相似的参数，并将该参数加入到现有进化种群中，并且去除当前种群中适应度最差的参数；5)参数选择：把当前群体中适应度较高的个体根据概率Pn把一个圆盘分成M份；然后，在进行选择时，转动圆盘，若某点落到第i扇形内，则选择个体i；6)种群多样性分析：评估当前种群的进化程度，更新参数交叉概率Pc和参数变异概率Pm；7)参数交叉：以概率Pc交换两个个体的部分染色体，得到两个新的个体；8)参数变异：将每个个体中的每个基因值都以概率Pm进行变异，变异概率为其中，Pmmax为变异概率上限；9)参数进化：经过选...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦福高，奚吉，庞学东，史书明，李亦飞，王文琴，
申请(专利权)人：常州工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32