基于Gammatone滤波器的触觉替代听觉系统的研制.pdf

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1、基于Gammatone滤波器的触觉替代听觉系统的研制摘要据联合国世界卫生组织统计，全世界聋哑人士约为4．2亿人。根据我国最新人口普查统计，我国大约有2075万听障人士。助听器和电子耳蜗是目前最主要的两种工具来帮助聋哑人解决听力问题，但是它们都不能从根本上解决问题。因此如何解决聋哑人的听力问题仍是我国以及世界上的一大难题。1969年美国PaulBach．Y．Rita教授在其Nature文章中提出了感官替代理论，该理论指出在人类的某种感觉器官出现损伤的时候，可以用另一种感觉器官替代原有的感觉器官，因此该理论的提出和近年来的发展应

2、用，为聋哑人开辟了一条重获听觉信息的新途径。本文根据感官替代理论设计并实现了一种触觉替代听觉系统(简称TASS)，该系统主要将从语音信号提取的特征转化为电刺激信号，通过电极阵列刺激皮肤产生触觉感受，聋哑人通过训练学习，大脑将对这些信息进行整合从而识别出不同的语音信号。整个系统主要由语音采集模块、语音特征提取模块、电极驱动模块和电触觉阵列模块四个部分组成。我们采用16通道的Gammatone滤波器提取语音信号特征，分别对应16个电极使其产生不同的信号，总共可以产生216种不同信号，即可以表示65536种汉字，基本上覆盖了我们日

3、常所用的汉字。另外Gammatone滤波器使用很少的参数就可以很好地模拟耳蜗基于Gammatone滤波器的触觉替代听觉系统的研制的听觉滤波特性。电极驱动模块是采用多路分时技术为电极阵列提供高压脉冲刺激信号，这样只需一个恒流高压电源就可以给16路电极提供刺激信号，大大简化电路设计。并通过光电隔离电路将强弱信号进行隔离与控制，保护系统前端的弱电控制系统。实验结果表明：手指对电脉冲刺激的阈值在130V左右，不同的刺激脉冲宽度会引起不同的刺激阈值和刺激效果，脉宽为50us时，170V左右的电压会在手指上产生比较舒适的电触觉感受。通过

4、一段时间的学习和训练，通过该系统确实能获得一些简单的语音信息。关键词：TASS，电触觉刺激，语音特征提取，Gammatone滤波器基于Gammatone滤波器的触觉替代听觉系统的研制DEVELOPN【E'NTOFTACTILEAUDITORYSUBSTITUTIONSYSTEMBASEDONGA删ATONEFILTERABSTRACTAccordingtothestatisticsoftheWorldHealthOrganization，thenumberofdeafpeopleallovertheworldisabout4

5、20million．InChina，thereareabout20．75millionhearingimpairedpeople，accordingtothelatestcensusstatistics．Atpresent，Audio-phoneandCochlearImplantarethetwomostpopularequipmentusingforhelpingdeafpeoplewiththeirhearingdisability．However，neitherofthemCanradicallysolvethepr

6、oblem．Therefore，itremainstobeadifficultprobleminChinaandevenaworldwideproblem．TheUnitedStatesprofessorPaulBach-Y—RitaputforwardthesensorysubstitutiontheoryinNaturein1969．Thetheorysuggeststhatonesensoryorgancanbesubstitutedbyanotherone，whichhasopenedupanewwayfordeaf

7、peopletoregaintheirauditoryinformation，withthepropose，developmentandapplicationofthetheorymrecentyears．Onthebasisofthesensorysubstitutiontheory，thispaperhasIII基于Gammatone滤波器的触觉替代听觉系统的研制designedandimplementedtheexperimentofTacticalAuditorySubstitutionSystem(TASS)，wh

8、ichmainlytriestostimulatetheskintogettacticalsensebytransformingtheinformationfetchedbythespeechsignalintoelectrodearray．Andthebrainwillintegrate