Procesamiento y compresión de señales de audio

Presentación del tema: "Procesamiento y compresión de señales de audio"— Transcripción de la presentación:

1 Procesamiento y compresión de señales de audio
Curso de Doctorado del programa: Tecnologías Multimedia ATV 2003 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR

2 1.- Producción de voz y audición:
Modelos de producción de voz Victoria Sánchez Calle (1 h.) Anatomía y fisiología de la audición Ángel de la Torre Vega (2 h.) Implantes cocleares Ángel de la Torre Vega (3 h.) ATV 2003 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR

3 Audición Papel esencial en: Procesamiento de señales de audio
Comunicación oral Producción de la voz Percepción de la voz Percepción del sonido (señales de audio) Procesamiento de señales de audio ¿Cómo se perciben las señales de audio? ATV 2003 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR

4 Órganos de la audición Anatomía (se conoce desde siglo XIX)
Fisiología (años 60) Órganos de la audición: Oído externo Oído medio Oído interno Vías auditivas Corteza cerebral ATV 2003 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR

5 Papel de los órganos Oídos externo y medio: Oído interno:
Protección y transmisión onda mecánica Oído interno: Transducción auditiva (generación de potenciales de acción) Vías auditivas: Transmisión de los potenciales de acción Corteza cerebral: Procesamiento de la información ATV 2003 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR

6 cadena de huesecillos nervio auditivo cóclea ventana redonda
tímpano ventana oval ventana cóclea nervio auditivo redonda ATV 2003 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR

7 Transducción auditiva
cóclea cóclea desenrollada estribo v. oval vibración v. redonda Cel.ciliadas Memb. de Reissner perilinfa coclear Memb. basilar Potenciales de acción pared Impulsos eléctricos auditivo nervio ATV 2003 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR

8 Los mecanismos involucrados en la audición son más complicados
Oído externo: respuesta en frecuencia depende de la dirección (localización y detección de movimiento de fuentes) Oído medio: reflejo estapedial Oído interno: sintonización Células ciliadas externas (inervación eferente –descendente-) Células ciliadas internas (inervación aferente –ascendente-) ATV 2003 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR

9 Vías auditivas: distintas estaciones:
Tronco cerebral (núcleos cocleares, colículo inferior, cuerpo geniculado medio) Con distintas funciones: Generación reflejo estapedial Estimulación eferente células ciliadas internas Inhibición/realce de respuestas Localización del sonido Corteza cerebral: Procesamiento de la información Conexión con otras áreas (lenguaje) ATV 2003 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR

10 Relación entre Audiología y el Procesamiento de Señales de Audio
Funcionamiento oído normal: Procesamiento señal de audio Funcionamiento oído patológico: Problemas Limitaciones en la audición Tratamiento Exploraciones audiológicas Evaluación de la funcionalidad Relación entre Audiología y el Procesamiento de Señales de Audio ATV 2003 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR

11 El laberinto Laberinto: Vestíbulo Cóclea Conductos semicirculares
Laberinto óseo Laberinto membranoso ATV 2003 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR

12 Laberinto óseo y cóclea
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13 Laberinto óseo anterior (cóclea)
Hueso compacto Formado en el 5º mes de vida embrionaria Tubo cónico, enrollado sobre cono que describe 2 vueltas y media 5-6 mm 1-2 mm 32-35 mm 9 mm ATV 2003 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR

14 Sección de la lámina espiral ósea
Sección de la cóclea Sección de la lámina espiral ósea Columela o modiolo Lámina de los contornos Canal de Rosenthal Lámina espiral ósea Habénula perforata Orificios salida nervio auditivo Canal de Rosenthal Canal aferente de la lámina espiral Habénula perforata ATV 2003 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR

15 Laberinto membranoso (rampas cocleares)
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16 El órgano de Corti ATV 2003 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR

17 Células del órgano de Corti
Células de soporte Células sensoriales Células ciliadas externas 3 hileras (de a ) 90% inervación eferente 5% inervación aferente Estereocilios tocan membrana tectoria Células ciliadas internas 1 hilera (aprox ) 10% inervación eferente 95% inervación aferente Estereocilios no tocan la membrana tectoria ATV 2003 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR

18 Células ciliadas Núcleo Mitocondrias Estereocilios
Placa basal de los estereoc. Cuerpo de Hensen Microvellosidades C. Soporte Placa basal kinocilio vestigial Fibras nerviosas afer. efer. ATV 2003 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR

19 Papel de las células ciliadas externas
Capacidad motriz (inervación eferente) Mueven la membrana basal Relacionadas con mecanismo de afinación o sintonización Relacionadas con las otoemisiones acústicas Ototóxicos selectivos (afectan a CCE y no a CCI): gentamicina, estreptomicina: Pérdida de OAE Pérdida de capacidad de sintonización ATV 2003 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR

20 Fisiología de la audición
Oído externo: pabellón y CAE Oído medio: tímpano y osículos Oído interno: cóclea Vías auditivas: Nervio acústico (VIII par) Tronco cerebral Corteza cerebral ATV 2003 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR

21 Oído externo Pabellón auditivo: Conducto Auditivo Externo (CAE):
Amplificación 10dB Función de transferencia dependiente de la dirección (localización y detección de movimiento) Conducto Auditivo Externo (CAE): Amplifica la zona – Hz ATV 2003 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR

22 Oído medio Tímpano y osículos (martillo, yunque y estribo)
Función: amplificación y transmisión de onda mecánica al oído interno Amplificación: Brazo de palanca cadena de huesecillos Relación superficie tímpano – platina del estribo (de 14:1 a 27:1) Ganancia: 27 – 35 dB dependiendo de la frecuencia ATV 2003 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR

23 ... Oído medio Trompa de Eustaquio: Músculo estapedial:
Equilibrio de presión del aire entre caja del oído medio y el exterior Si no, disminuye la movilidad del tímpano y se reduce la ganancia del oído medio Drenaje y secreción de agentes antiinfecciosos Músculo estapedial: Sonido intenso produce contracción bilateral Reduce el movimiento del estribo Función: reducir ganancia para: Protección del oído interno Mejor percepción a altas intensidades ATV 2003 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR

24 Oído interno Conocimientos Siglo XIX:
Histología: Huschke, Reissner y Corti Teoría de la resonancia: Fourier, Ohm, Helmholtz: cuerdas en el oído interno que vibrarían por resonancia de acuerdo con frecuencias del sonido ATV 2003 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR

25 ...Oído interno Von Bekesy (años 60) Teoría tonotópica
Onda viajera en la membrana basilar Para cada frecuencia existe una zona del órgano de Corti que da una respuesta máxima. Esta zona da lugar a una sensación precisa de tono Nobel en Medicina ATV 2003 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR

26 Onda viajera en membrana Basilar
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27 Punto de máxima estimulación
20 Hz 80 Hz 150 Hz 200 Hz 250 Hz 350 Hz 600 Hz 800 Hz 1000 Hz 1400 Hz 2000 Hz 2500 Hz 3200 Hz 4 kHz 5 kHz 6 kHz 8 kHz 10 kHz 12 kHz 15 kHz 20 kHz ATV 2003 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR

28 Respuesta en frecuencia de 6 puntos de la cóclea
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29 Teorías de la percepción sonora
Tonotópica Patrón temporal de estimulación Frecuencia máxima de disparo en células ciliadas y fibras del nervio coclear: 400 – 800 descargas por segundo Patrón temporal: depende de la sincronización Combinación de ambos mecanismos: A bajas frecuencias predomina el patrón temporal de estimulación A altas frecuencias predomina tonotopia ATV 2003 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR

30 Capacidad de sincronización
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31 Excitación de las células ciliadas (mecanismo pasivo)
Modiolo o columela M. Tectoria M. Basal Lámina reticular C.C. Interna C.C. Externa A. Reposo B- Excitación ATV 2003 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR

32 Mecanismo activo (sintonización)
La actividad de las C.C.E. modifica la onda viajera, apareciendo un pico para la frecuencia sintonizada De este modo se mejora la selectividad frecuencial por encima de los límites permitidos por la mecánica coclear ATV 2003 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR

33 Curvas de sintonización
A. Fibras aferentes B- C.C. Internas C- Membrana basilar ATV 2003 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR

34 Curvas de sintonización
Efecto de daño en las células ciliadas externas ATV 2003 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR

35 Vías auditivas Nervio coclear: Conexión con tronco cerebral
a terminaciones nerviosas que hacen sinapsis con células ciliadas Conexión con tronco cerebral Núcleos cocleares Colículo inferior Cuerpo geniculado medio Corteza cerebral ATV 2003 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR

36 Vías auditivas Homolateral para frecuencias bajas
Contralateral para frecuencias altas Corteza cerebral Cuerpo geniculado medio Colículo inferior Núcleos cocleares Función: Inhibición sonidos estacionarios Disparo sonidos nuevos Audición binaural ATV 2003 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR

37 Codificación del sonido (I)
Frecuencia: Mecanismo tonotópico Patrón temporal de estimulación (sincronización disparos) Intensidad: Tasa de disparo Número de fibras activadas Evolución temporal de intensidad y freq.: Ataque – caída de sonidos: sincronización Sonidos estacionarios: no se percibe la fase ATV 2003 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR

38 Codificación del sonido (II)
Mecanismos activos de audición: Reflejo estapedial Sintonización frecuencial: Involucra vías eferentes y células ciliadas externas Papel clave en la percepción en entornos ruidosos Papel clave en la atención en varias fuentes sonoras Entrenamiento auditivo Inhibición de respuestas estacionarias: Papel clave en la percepción en condiciones de ruido Detección de desfase entre respuesta bilaterales Papel clave en la percepción binaural ATV 2003 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR

39 Patologías de la audición
Origen Trauma acústico Ototóxicos: Antibióticos Drogas estimulantes Malformaciones Síndromes Infecciones (otitis, otitis laberintizadas, infecciones víricas) Anoxia perinatal Traumatismo craneoencefálico Meningitis.... Hipoacusias Transmisión Neurosensoriales Mixtas Retrococleares (Presbicusias) Acúfenos ATV 2003 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR

40 Tipos de pérdida auditiva
Nivel de pérdida: Leve 20 – 40 dB Moderada 40 – 70 dB Severa 70 – 90 dB Profunda > 90 dB En relación al nivel de lenguaje: Prelocutiva / perilocutiva / postlocutiva En relación al momento de adquisición: Prenatal (genética/adquirida) / perinatal / postnatal ATV 2003 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR

41 Exploraciones audiológicas
Infantil: Otoemisiones acústicas (OAE): screening Audiometría conductual Potenciales evocados auditivos (EABR) Adultos: Audiometría tonal Audiometría verbal EABR ATV 2003 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR

42 Problemas de la sordera
En niños: Afecta al desarrollo lingüístico ...por tanto al desarrollo educativo ...y al desarrollo social En adultos: Dificulta la comunicación Vías alternativas: Lectura labial (adultos postlocutivos) Lenguaje de signos (adultos prelocutivos) ATV 2003 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR

43 Tratamiento de hipoacusias
Importancia de la intervención temprana Importancia de los métodos de screening: En grupos de riesgo Screening universal Sorderas moderadas – severas: Audífonos (amplificación) analógicos/digitales Sorderas severas – profundas: Implante coclear (estimulación eléctrica del nervio coclear) Implante de tronco cerebral Implante de oído medio ATV 2003 – Dpto. Electrónica y Tecn. Computadores - UGR