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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.BarrosandS.C.Costa
巴西CampinaGrande联邦大学电子工程系
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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[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，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，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。Thisworkusedtheproposedtransformations[6][11]inordertotransformvoicepitchinthetactilescaleasillustratedinFigure2.
图2.Pitchscalemappinginthevibrotactilescale
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thetargetfrequencypitchPa。基准频率值的预估以及培训/学习期间的targetfrequencypitchPa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。(scalefactor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)。在这里要用到一个触觉感知器。
F(t)=Fc+[P(t)–Pa]*S(1)