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1、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：,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。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
2、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，并且由此开发出了许多触觉感知装置来帮助失聪人员。 3，4，5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
3、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，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78910。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，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
4、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，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
5、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 11in 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
6、。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 Pa。基准频率值的预估以及培训/学习期间的targetfrequency 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)；(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(Eq。1)、对数(Eq。2)、立方(Eq。3)和二次(Eq。4
7、)。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 pitch基准频率P(t)，它的变化从P
8、1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
9、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)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数据麦克风采样声音信号的频率Tx = 8000 采样/秒触觉刺激限制F1=10HzF2=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基音周期(Pi)T
10、b= 2秒采用点的数量在赛场上离散化和触觉的规模Pt = 8触觉和视觉反馈反馈= 3估计算法=cepstra线性预测(LPC分析的编码)方法=3数量的样本,进行比赛样品= 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波特率 =19200bps传感器的工作频率P(t) = Pa Fc = 10 (二次变换)Fc = 20 (其他)Fc = FaB .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，)在这种情况下频率范围是10赫兹至100赫兹。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，
11、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而且没有输赢时，这信号在几秒钟(Tb)内是和另外一个信号重叠的。这将使个别触觉评估变得可能。通过麦克风中个人声音的捕获或者一个人食指的触觉 信号发生器具有以下连接:一个电动反馈、RS232反馈等方式，语调控制是可以实现的，如图1所示。 信号发生器具有以下连接:一个电动反馈、RS232标准系列通信,一个提供连接的震动触觉制动器以及一个USB串行适配器。信号发生器的board projec被用于一个8位单片机:16 F628正阻抗变换器。串行接口被用于用MAX232信号整流器中来变换RS232信号中TTL和vice-versa的标准TTL。 信号
12、发生器和计算机之间的通信协议的在表3可以看出。这信号发生器一直在等待一个字节,当它来了的时候,它就读字节,直到找到最后一个字节。每一个阅读字节都会被转发到串口用来确定它读到传输器了。使用的算法从图3中可以看出,在那里中断子程序和主程序都列出来了。 表III 通信协议信息说明A9999目标频率代表价值重叠的地方F9999代表价值9999T9999重叠在9999代表价值13字节的结束表示传输(最后字节)信号发生器接收到信息，在触觉感知刺激下，通过从接收信号中提取的有效频率输出一个二次信号。当游戏开始时,发生器接收一个信号，这个信号与重叠的时间和目标频率是一致的,这个频率以一个不间断的形式产生,直到
13、比赛结束的时候。在比赛期间,每接收一个消息，一个相应的频率与所接收消息相同得信号会产生。在游戏开始时，这个信号在规划的时间内和目标信号是重叠的。如果重叠信号等于目标信号,它意味着升幅已经产生了。当重叠信号不同时,玩家将通过触觉感知觉察到。他获得了比赛这场中的得分。通过这种方式,玩家能通过改变他的声音语调在比赛中取得成功。他成功是理所当然的，如果他的对手说话的基本频率等于目标基本频率。图3。对主程序流程图和截断例行公事。III实验过程：播放器在系统中注册，他的语音特点的初始评估就实现了。分析了语音特点之后播放器就将资料采用的P1，P2和PA的值去开始游戏。在本次调查中，我们对触觉采用八个规模的离
14、散点，包括规模限制和目标频率。在较低的规模限制（F1）和目标频率（FA）之间只有一个中介点。 其余五个点在目标频率的右侧值到达到规模的限制（F2）频率。 此过程是由于通常间距值大于听者的间距，普遍失聪人士总是会在上述目标范围内，详细内容见文献12。完成一次博弈三种二十每一个尝试,会有每个转变。对指的转化的平均时间每场比赛时间登记。球场上的价值是估计在每一个尝试和转移到触觉规模。近似的价值得到最近的离散值,对照采用目标触觉量表(Fa= Fc)。对于每一个rightness score，它的意思是一个人说话的音高等同于听者听到的音高。表IV的值等于在Fc中每一个演奏者的目标音高。估计的值随着使用从
15、1到4的方程以及表II的触觉测量范围而转换。随后，这些值在离散值在触觉测量范围里集合为最近似的值。当这个最终值等同于Fc时，我们就当产生了一个rightness score。表四采用的目标频率值(PA)年龄和性别PA(赫兹)成年人男性120女性220小孩和青少年超过10岁300在11岁到17岁之间男性=200女性=250IV.结果图表V代表由选择的转换来实现在游戏中合适数量的比较结果。该转换过程是以立方形式（9.39%）提供更大的数量的改变;然而它具有较大的变化值（标准差）。就目前来说，我们使用这一结果是为了测量一些能够通过the dichotomization of the tactile scale。表五采用的
