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一款用于失聪人员的低成本实时触摸式信号发生器
I. L. Barbacena, R. C. S.
Freire, A. T. Barros and S. C. Costa
巴西
Campina
Grande
联邦大学电子工程系
电话
:+ 55-83-3310-1447
/
邮编
:58109 -
970
。
电子邮件地址：
iltonlb@,
rcsfreire@
alessiot@
silvanacunhacosta@
摘要：
本文提出了一款低成本的小型可变频信号发生器。
该发生器采用串行
通信方式，在实际的应用中通过对失聪人员的实时触觉反馈对其进行模式训练。
< br>这个信号发生器是用于修正数字化去电流延迟及对实际的声音信号进行处理。
通<
/p>
过使用该信号发生器，
我们将用于触摸端用以生成数字化信号的部
分从接收模块
中分离出来。
关键词——耳聋，音高，信号发生器，触觉感知。
I
介绍
大
约在五十年以前，
Geldard
提出触觉是一直
“被忽略的通讯感知”
[1]
。他指
出虽然视觉系统和听觉系统分别在空间区隔及时间
区隔时候利于信息的传递，
而
人体本身的感觉系统则在两种情况
下都可适应。
另一方面，
在无法听到也无法看
< br>到的情况下，触觉就变得非常关键了。在
Geldard
之前有人曾试图用触觉作为一
个通信联络的方式。从
XX
世纪以来，人们就开始研究对失聪人员采用触觉系统
进行声音信号的传
递。
人们尝试寻找各种各样的信息转换的方式，
并且由此开发<
/p>
出了许多触觉感知装置来帮助失聪人员。
[3]
，
[4]
，
< br>[5]
在文献
[6]
里面，触
觉感知编码是以葡萄牙语文本开发的，它应用于用来辅助语
音教学的音节游戏中，
其中设置了以触觉感知为基础的语音参数的转换系统。
这
些转换装置在传输感知实验中验证了基准语音频率和元音音节的触觉感知。
但
这
种转换装置没有被采用在实时系统当中。
由于是触觉感知，<
/p>
为了有助于对基准频
率控制的训练，
系统
没有设置对应于实时系统的寄存器。
但不管怎样，
装置中任
然设计了帮助通过触觉感知的信息传输来进行语音朗读的系统
[7]
[8][9][10]
。
这
篇文章展示
了文献
11
中所提到的通过了解失聪人员而得到的帮助进行基准
频率
学习的编码估算方法。
为达成这个目标，
< br>它采用了实时系统及信号发生器来修正
声音信号捕获及处理过程的而产生的时间延
迟，比如麦克风、
A/D
转换、及基准
频率的估计。基本频率值采用实时估计
,
然后音调值转化为传感
器动作数值范围
,
这个过程提供志愿者视觉或触觉的感知反馈，
其具体过程在图
1
及图
2
中进行演
示。
图
1
.
系统作用原理“声音和触觉感知游戏”。
信号发生器通过串口通信接收已改变的信号频率值，
这就产生了振动触觉制
动器的信号。
所有的这些过程都是在实时的情况下进行的。
在这个游戏规则里，
视觉和触觉反馈系统包括的模块有训练使用者在特定的基准频率上产生语音，
< br>并
且指示正确的频率。
II
。
编码和研究方法：
A
拟定的转变
麦克风能够获取耳聋的人
听不到的声音信息
,
如图
1
所阐述的。
麦克风的信号是计
算声音波形的主要参
数的系统的输入信号。
这些参数是每个声音来源，
声音的强
度，
以及相应的频谱的特殊定位，
声音信息
被转换成触觉信息。
在语音信号获取
以后，信号的主要参数就完
成了计算：每个声音来源，声音的强度，以及相应的
频谱的特殊定位。声信息通过系统转
换成触觉信息。
This work used the
proposed transformations [6] [11]in
order to transform voice
pitch in the
tactile scale as illustrated in Figure
2.
图
2.
Pitch scale
mapping in the vibrotactile scale
根据心
理学实验分析的结果
,
以及触觉感知的特征，系统设计者可以选
F1,F2
和感知频率值
Fa
，详见参考文献
[10]
。语音治疗师可以选择
范围来确定
P1
和
P2
的
值
,
以及
the target
frequency pitch
P
a
。基准频率值的预估
以及培
训
/
学习期间的
targetfrequenc
y pitch
Pa
引导这个选择，对每个音高的校正，在触
觉测量范围
内仅有一个正确的频率值。
在之前被提到的触觉感知
语音训练系统中在这里我们
对调整有一个规定：
1)
触觉感知频率的范围取决于学习过程的困难度。
(
scale
factor
见方程式
1 - 4)<
/p>
；
(2)
目标基准频率。在这项工作中，
主要研究的是以下转
换声音的基准频率
P(t)
，刺激输出脉冲频率
F(t)
：线性
< br>(Eq
。
1)
、对数
(Eq
。
2)
、立
方
(Eq
。
3)
和二次
(Eq
。
4
)
。在这里要用到一个触觉感知器。
F(t) = Fc + [ P(t)
–
Pa ] * S
(1)
F(t) = Fc + [ln {P(t) / Pa} ] * S
(2)
F(t) = Fc + [ P(t)
–
Pa ] 3* S
(3)
F(t) = Fc +
[ P(t)
–
Pa ] 2* S
(4)
地点
:P(t)
音高检测，
Pa
就是指定的目标语音基准频率，当用户得到目标频率
< br>Pa
，
S
是一个
scale factor
，表明学习和培训练习的困难度，控制刺激频率的范
围。
表
I
展示除了
S
方程式的转换应用。
表
I
S
方程对应不同转变
脉冲刺激频率
F(t)
的变化局限于某一范围从
F1,F2
及
the detected p
itch
基准频
率
P(t)
，它的变化从
P1
到
P2
，这个取决于治疗师的设置。从方程式
(1)-(4)
可知当
S
=
0
时，代表最大程度的困难培训和学习的过程。当
Smax =
最大偏移时，在脉冲
频率
F(t)
获得，在给定值
Pa
及
P(t)
、表示最低程度的难度的训练。一旦
F1
，
F2
，
P1
，
P2
和
Pa
已选定，
the
voluntary pitch
预估
(Pi)
就完成了。
S
的值
iscomputed
如表
I
所示
。
当
Pi
小于
Pa
，第二栏使用，当
Pi
比
Pa
，第三栏用来作为
S
计算的结
果。
F(t)
计算公式是方程
1
至
4
。如果
Pi
等于
Pa
，
F(t
)
就和
Fc
相同。
Pitch
限
制范围的定
义
target pitch
转化类型和点的个数，
thedichotomized
tactile scale
被建立
。
对于每一个声音捕捉，
a pitch
预估
(Pi)
的完成。在
tactile scale
里计算其相应的
值，使用转换方式见表
I
和方程式
(1)-(4)
。调整到接近值
The dichotomized
tactile scale
。
在触觉规模使用之一包含的转换和调节到适合你的最近的价值
dichotomized
触觉规模。附表二
< br>)
显示出了一些被系统采纳的参数。
表
II
系统
采用的参数
说明
麦克风采样声音信号的频率
触觉刺激限制
数据
Tx = 8000
采样
/
秒
F1=10Hz
F2=100Hz
麦克风的捕捉时间
Ta =
0.9s
参加的人，
这个信号总在触觉刺激的驱动器每一个估
计的
Tb= 2
秒
基音周期
(Pi)
采用点的数量在赛场上离散化和触觉的规模
触觉和视觉反馈
估计算法
=cepstra
线性预测
(LPC
分析的编码
)
数量的样本
,
进行比赛
Pt = 8
反馈
= 3
方法
=3
样品
= 20
采用规模范围和目标球
场。
这些价值观是建立在初步评价
P1, P2
和
Pa
采用串行通讯速度随着计算机技术和之间信号发生器
传感器的工作频率
P(t) = Pa Fc = 10
(
二次变换
)
Fc = 20
(
其他
)
B .
信号发生器
信号发生器的应用范围包括触觉感知的实际应用，
(
参考文献
[10]
，<
/p>
)
在这种
情况下频率范围是
10
赫兹至
100
赫兹。<
/p>
当开始游戏时
,
信号发生器产生输出一个
频
率为
Fc
的连续信号，
这个频率对应于目标球在球场的频率。
当在培训或者玩游戏
< br>波特率
=19200bps
Fc = Fa