基于增益补偿助听器语音质量W‑PESQ客观评价方法技术

本发明专利技术属于助听器语音质量评估技术领域，尤其涉及一种基于增益补偿助听器语音质量W‑PESQ客观评价方法。该方法首先利用端点检测法将录制的助听器输出语音信号与原始纯净语音信号进行对齐处理；将对齐处理后的助听器输出语音信号与原始纯净语音信号进行信号截取处理；然后对未经过助听器的纯净语音信号进行增益补偿；设计增益补偿滤波器，将原始纯净语音信号按照当前助听器的频域增益曲线，进行增益调整，以将增益补偿滤波器的频域响应曲线和助听器的增益曲线进行拟合。最后采用W‑PESQ算法进行助听器语音质量的客观评价。该方法考虑到听力障碍人群，设计增益补偿滤波器，经过主观验证，该方法具有很好主客观吻合度，具有极大的实用价值。

【技术实现步骤摘要】
基于增益补偿助听器语音质量W-PESQ客观评价方法
本专利技术属于助听器语音质量评估
，尤其涉及一种基于增益补偿助听器语音质量W-PESQ客观评价方法。
技术介绍
随着科学技术的不断进步，助听器呈现智能化、数字化等趋势。助听器所具备的高端性能越来越丰富，价格差距也越来越大。而如何评价助听器的质量，是助听器厂家、消费者以及验配医师都很关注的问题。目前对助听器进行客观评估还主要局限在物理声学参数上，国际国内都有相关的标准规范。语音质量作为助听器的重要性能，其评估还主要还局限在主观评价上。而主观评测方法因其耗费大量人力、物力及时间，不适合作为计量检测手段。必须采用科学客观的方法对助听器语音质量进行评价，才能避免市场定价混乱，企业不健康竞争，从而避免损害消费者利益。对于语音质量评价的客观评价方法有许多，而检验客观评价的金标准就是主观评价，即用耳朵去听。因而，考虑耳朵听觉特性，用客观方法对主观评价过程进行一定程度模拟，可望改善评价性能。目前广泛应用的是W-PESQ(宽带PESQ)算法，其评价结果与主观评价的相关度也最高。国际电信联盟提出的W-PESQ算法最初适用的是对电话语音的质量进行评估，并取得了较好的评价效果，进而在其他领域推广。然而目前尚未发现有相关技术应用在助听器语音质量领域，并且W-PESQ算法的提出是基于正常人耳的听力水平，没有考虑听力障碍人群的听力衰减。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于利用现有的W-PESQ算法提出一种新的适用于助听器的客观评估方法，将W-PESQ算法与听力患者的典型听力图相结合，进行增加补偿，进而将其运用于助听器语音质量的客观评估方法。技术方案如下所述：一种基于增益补偿的助听器语音质量的W-PESQ客观评价方法，包括以下步骤：步骤一：播放大于一定时间长度的纯净语音，录制助听器的输出语音信号；利用端点检测法将录制的助听器输出语音信号与原始纯净语音信号进行端点检测对齐处理。步骤二：将端点检测对齐处理后的助听器输出语音信号与原始纯净语音信号进行稳定助听器信号截取处理。步骤三：对未经过助听器的纯净语音信号进行增益补偿；设计增益补偿滤波器，将原始纯净语音信号按照当前助听器的频域增益曲线，进行增益调整，以将增益补偿滤波器的频域响应曲线和助听器的增益曲线进行拟合。步骤四：采用W-PESQ算法进行助听器语音质量的客观评价。所述端点检测法采用基于双门限的端点检测方法，用于检测语音信号的起始点，去除语音录制和采集系统本身的时延，将信号对齐。所述稳定助听器信号截取处理为：在录制语音信号大于60s的前提下，舍弃助听器输出语音信号端点对齐后的15s语音信号，截取15s-60s之间的45s语音信号作为有效助听器信号，同样，在端点对齐后的原始纯净语音信号做相同的信号截取处理。所述增益补偿是根据听障患者的听力图，调整助听器的参数设置，完成验配之后，测量助听器在各个不同频率点的增益情况，通过设计滤波器的频域响应曲线和助听器的增益曲线相拟合，从而将未经过助听器的纯净语音进行增益补偿。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提出的一种基于增益补偿的助听器语音质量W-PESQ客观评价方法，该方法在原有的W-PESQ语音质量客观评价方法的基础上，增加了端点检测处理、语音截取和增益补偿滤波器；利用端点检测算法，将录制的助听器输出语音与原始纯净语音信号对齐，去除音频录制系统及操作系统本身所引入的较大信号延迟；通过语音截取去除助听器15s之内的不稳定信号，截取45s的有效语音信号。另外考虑到听力障碍人群的听力衰减，将原始语音信号按照当前助听器的频域增益曲线，设计增益补偿滤波器，进行增益调整，以将原始信号的幅度调整到与助听器输出相匹配的范围，最后采用W-PESQ算法进行助听器语音质量的客观评价。经过主观验证，该方法的主客观相关系数达到0.8，具有很好主客观吻合度，易于评价助听器的语言质量优劣，相比于W-PESQ算法的性能略胜一筹，具有极大的实用价值。附图说明附图1为基于增益补偿的助听器语音质量的W-PESQ客观评价方法的算法流程图。附图2为原始语音信号和助听器输出语音信号对比图。附图3为经过端点检测之后的原始语音信号和助听器输出语音信号对比图。附图4为经过信号截取之后的原始语音信号和助听器输出语音信号对比图。附图5为助听器1的增益补偿效果图。附图6为助听器2的增益补偿效果图。附图7为助听器3的增益补偿效果图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明。附图1为基于增益补偿的助听器语音质量的W-PESQ客观评价方法的算法流程图。如图1所示，首先需要播放60s以上的原始纯净语音，并作为该算法的参考语音信号，将助听器录制的输出语音信号作为该算法的失真语音信号，然后利用端点检测模块，将录制的助听器输出语音信号与原始纯净语音信号进行端点检测对齐处理，该环节采用端点检测方法，用来检测语音信号的起始点，将原始纯净语音信号和助听器输出语音信号对齐。接下来将端点检测对齐处理后的助听器输出语音信号与原始纯净语音信号进行信号截取处理，依据ieee60118-15标准，舍弃端点对齐后的15s信号，从第16s开始，一直到60s结束，保留共45s的有效助听器信号，以避免15s之内的不稳定信号；由于助听器各个频率的信号放大作用，使得助听器输出语音信号的幅度远大于纯净语音信号所对应的幅度，导致无法直接对二者进行比较研究，因此，在进行电平调整之前，需要设计增益补偿滤波器，设计滤波器的频域响应曲线和助听器的增益曲线相拟合，将原始纯净语音信号按照当前助听器的频域增益曲线，进行增益调整和补偿，将原始纯净语音信号各个频率点的幅度调整到和助听器输出信号相当的水平，以使其幅度与助听器的输出相匹配，从而使得二者具有可比性；最后按照W-PESQ算法进行助听器语音质量的客观评价，即将助听器输出语音信号和经过补偿后的原始纯净语音信号调整到标准听觉电平，利用输入滤波器将助听器的输出语音限制在50hz～7000hz的频率范围，然后将两个信号进行时间对齐，将对齐好的信号进行听觉转换，转换之后的输入和输出信号差值为干扰度，通过认知模型处理，最后得到W-PESQ分值，在干扰度的处理中识别出坏区间，然后对坏区间进行重新对齐。进一步地，在端点检测对齐处理环节，本专利技术采用基于双门限的端点检测方法，但端点检测的方法不限于此方法。所述基于双门限的端点检测方法的步骤如下所述：首先在播放语音的起始端之前的固定时间间隔位置添加固定时长的高强度白噪声，以提高端点检测的准确性。采用短时能量和短时过零率相结合的方法，利用短时能量和短时过零率两个门限来确定语音信号的起点和终点，目的是从采集到的语音信号中分离出真正的语音信号作为系统处理的对象。在开始端点检测之前，首先为短时能量和过零率分别确定两个门限。一个是比较低的门限，其数值比较小，对信号的变化比较敏感，很容易会被超过。另一个是比较高的门限，数值比较大，信号必须达到一定的强度，该门限才可能被超过。低门限被超过未必就是语音的开始，有可能是时间很短的噪声引起的。高门限被超过可以基本确信是由于语音信号引起的。整个语音信号的端点检测可以分成四段:静音、过渡段、语音段、结束。在静音段，如果能量或过零率超越了低门限，就应该开始标记起始点，进入过渡段。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于增益补偿助听器语音质量W‑PESQ客观评价方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：播放大于一定时间长度的纯净语音，录制助听器的输出语音信号；利用端点检测法将录制的助听器输出语音信号与原始纯净语音信号进行端点检测对齐处理；步骤二：将端点检测对齐处理后的助听器输出语音信号与原始纯净语音信号进行稳定助听器信号截取处理；步骤三：对未经过助听器的纯净语音信号进行增益补偿；设计增益补偿滤波器，将原始纯净语音信号按照当前助听器的频域增益曲线，进行增益调整和补偿，以将增益补偿滤波器的频域响应曲线和助听器的增益曲线进行拟合；步骤四：采用W‑PESQ算法进行助听器语音质量的客观评价。

【技术特征摘要】
1.一种基于增益补偿助听器语音质量W-PESQ客观评价方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：播放大于一定时间长度的纯净语音，录制助听器的输出语音信号；利用端点检测法将录制的助听器输出语音信号与原始纯净语音信号进行端点检测对齐处理；步骤二：将端点检测对齐处理后的助听器输出语音信号与原始纯净语音信号进行稳定助听器信号截取处理；步骤三：对未经过助听器的纯净语音信号进行增益补偿；设计增益补偿滤波器，将原始纯净语音信号按照当前助听器的频域增益曲线，进行增益调整和补偿，以将增益补偿滤波器的频域响应曲线和助听器的增益曲线进行拟合；步骤四：采用W-PESQ算法进行助听器语音质量的客观评价。2.根据权利要求1所述的一种基于增益补偿助听器语音质量W-PESQ客观评价方法，其特征在于，所述端点检测法...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓梅，钟波，杨平，何龙标，牛锋，赵正宜，许欢，冯秀娟，
申请(专利权)人：华北电力大学，中国计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11