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Cochleaimplantate (CI), verbunden mit einer professionellen Rehabilitation, haben mehreren hunderttausenden Hörgeschädigten die verbale Kommunikation wieder ermöglicht. Betrachtet man jedoch die Rehabilitationserfolge, so haben CI-Systeme inzwischen ihre Grenzen erreicht. Die Tatsache, dass die meisten CI-Träger nicht in der Lage sind, Musik zu genießen oder einer Konversation in geräuschvoller Umgebung zu folgen, zeigt, dass es noch Raum für Verbesserungen gibt. Diese Dissertation stellt die neue CI-Signalverarbeitungsstrategie Stimulation based on Auditory Modeling (SAM) vor, die vollständig auf einem Computermodell des menschlichen peripheren Hörsystems beruht. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die SAM Strategie dreifach evaluiert: mit vereinfachten Wahrnehmungsmodellen von CI-Nutzern, mit fünf CI-Nutzern, und mit 27 Normalhörenden mittels eines akustischen Modells der CI-Wahrnehmung. Die Evaluationsergebnisse wurden stets mit Ergebnissen, die durch die Verwendung der Advanced Combination Encoder (ACE) Strategie ermittelt wurden, verglichen. ACE stellt die zurzeit verbreitetste Strategie dar. Erste Simulationen zeigten, dass die Sprachverständlichkeit mit SAM genauso gut wie mit ACE ist. Weiterhin lieferte SAM genauere binaurale Merkmale, was potentiell zu einer Verbesserung der Schallquellenlokalisierungfähigkeit führen kann. Die Simulationen zeigten ebenfalls einen erhöhten Anteil an zeitlichen Pitchinformationen, welche von SAM bereitgestellt wurden. Die Ergebnisse der nachfolgenden Pilotstudie mit fünf CI-Nutzern zeigten mehrere Vorteile von SAM auf. Erstens war eine signifikante Verbesserung der Tonhöhenunterscheidung bei Sinustönen und gesungenen Vokalen zu erkennen. Zweitens bestätigten CI-Nutzer, die kontralateral mit einem Hörgerät versorgt waren, eine natürlicheren Klangeindruck. Als ein sehr bedeutender Vorteil stellte sich drittens heraus, dass sich alle Testpersonen in sehr kurzer Zeit (ca. 10 bis 30 Minuten) an SAM gewöhnen konnten. Dies ist besonders wichtig, da typischerweise Wochen oder Monate nötig sind. Tests mit Normalhörenden lieferten weitere Nachweise für die verbesserte Tonhöhenunterscheidung mit SAM. Obwohl SAM noch keine marktreife Alternative ist, versucht sie den Weg für zukünftige Strategien, die auf Gehörmodellen beruhen, zu ebnen und ist somit ein erfolgversprechender Kandidat für weitere Forschungsarbeiten.

The auditory system of humans enables the perception of spatial audio in real and virtual acoustics using monaural and binaural cues. The perception of direction and distance are two prominent quality features to evaluate the quality of experience of spatial audio systems. Inaccuracies in perception can occur if physical quality elements of the synthesis system are not adequate. In this study a binaural synthesis via headphones is used to re-synthesize single sound sources on several discrete positions on a full circle around the listener. An artificial head (KEMAR) and a two channel spherical microphone setup are used to measure binaural room impulse responses in a real environment. A listening test is performed to measure the number of quadrant errors and perceived externalization of the auditory events in a localization task. The distributions of its frequencies depending on the direction of the re-synthesized sound source are investigated. The results show a continuous relationship between the investigated quality features and the direction of the sound source. Furthermore, an analysis of the relationship between quadrant errors and externalization depending on direction and used binaural room impulse responses are presented.

Motiviert durch die aktuellen Herausforderungen im Bereich der computergestützten Bearbeitung vom Multimediadaten, leistet die vorliegende Arbeit einen Beitrag zum Forschungsgebiet der Datenverarbeitung und Dateiverwaltung innerhalb von Computersystemen durch neuartige Verfahren zur Nutzung skalierbarer Medien unter Verwendung vorhandener Datei- und Betriebssysteme. Hierzu werden die Kompressionsformate JPEG 2000 und H.264 SVC vorgestellt und gezeigt, wie die Eigenschaft der Skalierbarkeit innerhalb der verschiedenen Verfahren erreicht wird. Es folgt eine Analyse der limitierenden Hard- und Softwarekomponenten in einem Computersystem für das o.g. Einsatzgebiet. Ausgehend vom hohen Aufwand zur Kompensation der Leistungsengpässe werden anschließend neue Lösungsansätze unter Nutzung skalierbarer Medienformate abgeleitet, die nachfolgend untersucht werden. Die vorliegende Arbeit zeigt hierzu neue Konzepte zur Verwaltung skalierbarer Mediendaten, die durch ein neues Rechtemanagement sowie durch eine speicheradaptive Ablagestrategie abgedeckt werden. Das Rechtemanagement erlaubt die Vergabe von Zugriffsrechten auf verschiedene Abschnitte einer Datei, wodurch die Skalierbarkeit der Medien derart abgebildet werden kann, dass verschiedene Benutzer unterschiedliche Varianten einer Datei angezeigt bekommen. Die speicheradaptive Ablagestrategie erreicht Durchsatzsteigerungen der verwendeten Datenträger, wenn das spätere Zugriffsverhalten auf die gespeicherten Medien vorab bekannt ist. Weiter werden Verbesserungen der Verarbeitungsabläufe unter Ausnutzung skalierbarer Medien gezeigt. Auf Basis der entwickelten Substitutionsmethode zur Kompensation fehlender Daten einer skalierbaren Datei wird eine echtzeitfähige Einlesestrategie vorgestellt, die unzureichende Durchsatzraten von Speichermedien bzw. langsamen Schnittstellen derart kompensieren kann, dass eine unterbrechungsfreie Ausspielung von Bildsequenzen bei einer vorgegebenen Bildwiederholrate gewährleistet werden kann. Angepasste Cache-Strategien ermöglichen eine Steigerung der im Cache vorhaltbaren Einzelbilder im Vergleich zu nicht skalierbaren Varianten. Darüber hinaus wird das Konzept eines parametrisierbaren Dateiaufrufes eingeführt, wodurch mittels Zusatzinformationen im virtuellen Dateinamen eine gewünschte Variante einer skalierbaren Datei vom Datenspeicher angefragt werden kann.

To authentically reproduce spatial audio signals it is important to know how these signals are perceived and evaluated by the subjects. The quality of the spatial audio signal can be described in overall quality, called the basic audio quality, or can be stripped down into several quality features. In the literature numerous experiments are conducted in which the multi-dimensionality of spatial audio signals is investigated. Results of these experiments are only reliable for the room in which they were performed. In this project the room is assumed as the contextual factor. The perception of the spatial audio signal is context dependent, this is especially important for loudspeaker reproduction. Goal of the research topic is to find consistent quality features and to assign them either to the technical signal or to the context. The second step is to define a standardised method to evaluate the quality features in different contexts and achieve reproducible and reliable results. A first approach is to evaluate quality features known from previous studies and to explore their correlation with the basic audio quality. This will be done in different reproduction rooms with different room characteristics with the use of a 5.0 loudspeaker setup. The project and the structure of the first listening test is described in this contribution.