CN101778330A - 基于手机平台的阵列麦克风助听器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种基于手机平台的阵列麦克风助听器及其控制方法，所述手机平台包括手机本体、设置于手机本体内的DSP处理芯片以及由DSP处理芯片分别控制的电源模块、输出模块和通信模块，还包括SIM卡模块和输入模块、微处理器、存储模块、阵列麦克风、蓝牙发送模块、外部接口和远端模块。本发明方法利用麦克风阵列采集到的声音信号经过手机平台内的DSP的处理后获得较高信噪比和言语可懂度的声音信号，这些声音信号通过无线传输的方式送入使用者佩戴在耳内的无线耳机。本发明经济性较高、用户易操控以及不易受干扰。

Description

基于手机平台的阵列麦克风助听器及其控制方法

技术领域

发明涉及一种基于手机平台的阵列麦克风助听器及其控制方法，属于数字助听装置的技术领域。

背景技术

数字式助听器的组成如图1所示，主要有传声器，前置放大器，抗混叠滤波器，A/D转换器，数字滤波器，微处理器，D/A转换器，抗镜像滤波器和耳机构成。传声器是助听器中的重要部件，其作用是拾取外界声音信号并转换为电信号。长期以来，传声器使用的都是单个、全向麦克风。这种传声器在助听器使用过程中，只能够全向采音，即拾取的声音不集中于某个方向，而是对整个区域内的所有声音一起拾取，包括不希望收到的噪声源。但是在实际使用过程中，人们常常只对这些声源中的某个或某几个感兴趣。为了解决这个问题，当今先进的数字助听器***采用了基于麦克风阵列的方向性技术。采用方向性技术后，数字助听器的传声器可以将声音的采集方向集中到使用者感兴趣的某个或某几个方向，如图2所示。这类产品中比较有代表性的有：美国斯坦福大学的Bernard Widrow教授发明的“项链”式数字助听器，如图3所示，以及荷兰Varibel与Philips公司联合开发的“眼镜”式数字助听器，如图4所示。从上面的图示中我们可以看出，这两种数字助听器由于采用了基于方向性技术的阵列传声器***，因而它们的噪声抑制能力得到了大幅度的提升。但是这两种方向性数字助听器***分别有着各自的局限性：“项链”式数字助听器要求佩戴着在颈间携带一体积“巨大”的环形“项链”，由于“项链”内设置了阵列传声器和DSP处理***，因此其体积不可能做的很小；“眼镜”式数字助听器体积较“项链”式更容易让人接受，但是这种形式的助听器要求佩戴者具备佩戴眼镜的习惯，同时给“眼镜”充电也是个让佩戴者烦心的事情。

发明内容

本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种基于手机平台的阵列麦克风助听器及其控制方法。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明基于手机平台的阵列麦克风助听器，所述手机平台包括手机本体、设置于手机本体内的DSP处理芯片以及由DSP处理芯片分别控制的电源模块、输出模块和通信模块，还包括SIM卡模块和输入模块，其特征在于：还包括微处理器、存储模块、阵列麦克风、蓝牙发送模块、外部接口和远端模块，其中远端模块由蓝牙接收模块串接耳机构成，阵列麦克风均布在手机本体两侧，阵列麦克风与DSP处理芯片相互通信，蓝牙发送模块、外部接口、存储模块、输入模块、SIM卡模块分别与微处理器相互通信，DSP处理芯片与微处理器相互通信，蓝牙发送模块于蓝牙接收模块无线通信。

基于手机平台的阵列麦克风助听器，所述手机平台包括手机本体、设置于手机本体内的DSP处理芯片以及由DSP处理芯片分别控制的电源模块、输出模块和通信模块，还包括SIM卡模块和输入模块，其特征在于：还包括微处理器、存储模块、阵列麦克风、外部接口和远端模块，其中远端模块由接收天线依次串接无线接收机、耳机构成，阵列麦克风均布在手机本体两侧，阵列麦克风与DSP处理芯片相互通信，外部接口、存储模块、输入模块、SIM卡模块分别与微处理器相互通信，DSP处理芯片与微处理器相互通信。

所述的基于手机平台的阵列麦克风助听器，其特征在于所述DSP处理芯片由A/D转换模块依次串接滤波模块、信号放大模块以及信号强化模块构成，其中A/D转换模块与DSP处理芯片双向通信，信号强化模块的输出端接蓝牙发送模块的输入端。

所述的基于手机平台的阵列麦克风助听器，其特征在于手机本体上还设置自适应阵列指向***，所述自适应阵列指向***串接与阵列麦克风与DSP处理芯片之间。

所述的基于手机平台的阵列麦克风助听器的控制方法，其特征在于所述方法如下：

阵列麦克风：获得具有指向性的声音信号；

自适应阵列指向***：追踪和分析阵列麦克风获得的声音信号中噪声的噪声源，并相应的调整阵列麦克风的方向性模式，将噪声源始终排除在外；

DSP处理芯片：通过通信模块与通信基站通信，并且将阵列麦克风获得的声音信号传输至微处理器；

微处理器：将将阵列麦克风获得的声音信号依次经过滤波、放大以及强化后通过蓝牙发送模块发送至远端模块；

远端模块：采用蓝牙接收模块接收蓝牙发送模块发出的声音信号，并通过耳机播放声音信号。

所述的基于手机平台的阵列麦克风助听器的控制方法，其特征在于所述方法如下：

阵列麦克风：获得具有指向性的声音信号；

自适应阵列指向***：追踪和分析阵列麦克风获得的声音信号中噪声的噪声源，并相应的调整阵列麦克风的方向性模式，将噪声源始终排除在外；

DSP处理芯片：通过通信模块与通信基站通信，并且将阵列麦克风获得的声音信号传输至微处理器；

微处理器：将将阵列麦克风获得的声音信号依次经过滤波、放大以及强化后通反馈至DSP处理芯片，DSP处理芯片依次通过通信模块、接收天线、无线接收机后通过耳机播放声音信号。

本发明在手机上设置麦克风阵列，同时在手机平台上实现数字助听功能。手机兼具了无线通话和数字助听的功能。手机一方面通过无线通信协议完成与基站之间的无线通信功能，另一方面将设置在手机上的麦克风拾取的信号经过A/D转换、滤波、消噪、放大以及强化等处理通过无线接口送往无线耳机，从而完成数字助听功能。

第二方面，在手机上设置了麦克风阵列以及实现自适应方向性消噪功能的处理***。首先，手机尺寸足够大，有足够的物理空间供我们设置合适拓扑结构的麦克风阵列，这个麦克风阵列是我们实现方向性噪声抑制的物理基础；其次，我们在手机的信号处理平台上设置自适应阵列指向***，改***能够根据用户所处的实际噪声环境追踪和分析噪声源，并相应的调整阵列的方向性模式，将噪声源始终排除在外。

第三方面，本发明设置了无线耳机，该无线耳机中的无线接收机通过无线信道接收来自于设置在手机上的无线发送机所发送的语音信号。因为所有的数字信号处理功能都在手机平台上完成，所以无线耳机中的结构非常简单，全部构成只包括无线接收机和耳机。因此，该无线耳机可以以较低的代价实现完全入耳式。

第四方面，助听器的便捷操控一直是一个难以解决的问题。本发明的助听器的核心DSP处理部件位于手机中，与助听功能相关的信号处理***都被设置在手机中，远端无线耳机模块仅完成接收无线语音信号的任务，因此所有的个性化配置和用户控制工作都可以在手机上完成。又因为手机平台自身就配置了丰富的人机接口，在手机上完成这些任务就容易多了。技术人员可以通过手机的数据接口完成对用户的个性化配置服务，用户可以通过键盘完成一般的简单操控，例如音量控制和场景转换。更进一步的，用户也可以通过手机数据接口在个人电脑上通过专用用户软件完成对助听器更为复杂的操控，例如软件***的升级和更新。

附图说明

图1是一个典型的数字助听器组成框图。

图2是采用方向性麦克风技术后助听器工作示意图。

图3是美国斯坦福大学的Bernard Widrow教授发明的“项链”式数字助听器。

图4是荷兰Varibel与Philips公司联合开发的“眼镜”式数字助听器。

图5是本发明的基于手机平台的阵列麦克风助听器示意图。

图6是本发明的结构组成框图。

图7是微处理器原理图。

具体实施方式

下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明：

图5示出了基于手机平台的阵列麦克风助听器。所述手机1通过键盘2和显示屏3完成操作。阵列麦克风4按照合适的拓扑结构被设置在手机两侧，完成对声音信号的方向性拾取功能。经由阵列麦克风4拾取的声音信号被送入手机中的DSP处理部件，DSP处理部件完成数字助听器的核心处理功能：方向性滤波，放大，增强等处理。经过处理的声音信号被送入无线发送装置5，通过发送天线6发送给无线通信基站。

远端模块8由蓝牙接收模块串接耳机11构成。接收天线9通过无线信道接收发送天线6送来的无线信号，该信号被送入无线接收机10，经过处理后恢复成模拟语音信号。该模拟语音信号被送入耳机11，由耳机11转换为声波信号送入人耳。以上3个部件组成的无线接收模块8达到入耳式的尺寸级别，从而使得该模块可以实现入耳隐藏。

手机平台上的键盘2和显示屏3在用户接听电话时为用户提供人机交互功能。当手机1实现数字助听功能时，键盘2和显示屏3又可以作为用户操控数字助听器的人机接口，为用户提供诸如场景切换、增益控制等功能。

手机平台上的数据接口7可以作为用户和技术人员对手机进行复杂操控和数据传输的接口。同时，在技术人员为用户验配助听器时，该接口还可以作为技术人员调控助听器指标的接口。在用户日常使用中，当用户需要对助听器进行复杂操控时，例如进行软件升级和参数调整时，该数据接口也可作为用户接口出现。

图6给出了本发明的基于手机平台的阵列麦克风助听器的更为详尽复杂的结构组成图。DSP1和微处理器2是手机的核心控制处理部件，对无线呼叫和数字助听的相关控制和处理都是由这两个部件完成的。基于手机平台的阵列麦克风助听器，所述手机平台包括手机本体1、设置于手机本体1内的DSP处理芯片以及由DSP处理芯片分别控制的电源模块、输出模块和通信模块5，还包括SIM卡模块和输入模块，其特征在于：还包括微处理器、存储模块、阵列麦克风4、蓝牙发送模块、外部接口7和远端模块8，其中远端模块8由蓝牙接收模块串接耳机11构成，阵列麦克风4均布在手机本体1两侧，阵列麦克风4与DSP处理芯片相互通信，蓝牙发送模块、外部接口7、存储模块、输入模块、SIM卡模块分别与微处理器相互通信，DSP处理芯片与微处理器相互通信，蓝牙发送模块于蓝牙接收模块无线通信。

基于手机平台的阵列麦克风助听器，所述手机平台包括手机本体1、设置于手机本体1内的DSP处理芯片以及由DSP处理芯片分别控制的电源模块、输出模块和通信模块5，还包括SIM卡模块和输入模块，其特征在于：还包括微处理器、存储模块、阵列麦克风4、外部接口7和远端模块8，其中远端模块8由接收天线9依次串接无线接收机10、耳机11构成，阵列麦克风4均布在手机本体1两侧，阵列麦克风4与DSP处理芯片相互通信，外部接口7、存储模块、输入模块、SIM卡模块分别与微处理器相互通信，DSP处理芯片与微处理器相互通信。

所述的基于手机平台的阵列麦克风助听器，其特征在于所述DSP处理芯片由A/D转换模块依次串接滤波模块、信号放大模块以及信号强化模块构成，其中A/D转换模块与DSP处理芯片双向通信，信号强化模块的输出端接蓝牙发送模块的输入端。

所述的基于手机平台的阵列麦克风助听器，其特征在于手机本体1上还设置自适应阵列指向***，所述自适应阵列指向***串接与阵列麦克风4与DSP处理芯片之间。

所述的基于由蓝牙接收模块串接耳机11构成的远端模块8的手机平台的阵列麦克风助听器的控制方法，其特征在于所述方法如下：

阵列麦克风4：获得具有指向性的声音信号；

自适应阵列指向***：追踪和分析阵列麦克风4获得的声音信号中噪声的噪声源，并相应的调整阵列麦克风4的方向性模式，将噪声源始终排除在外；

DSP处理芯片：通过通信模块与通信基站通信，并且将阵列麦克风4获得的声音信号传输至微处理器；

微处理器：将将阵列麦克风4获得的声音信号依次经过滤波、放大以及强化后通过蓝牙发送模块发送至远端模块8；

远端模块8：采用蓝牙接收模块接收蓝牙发送模块发出的声音信号，并通过耳机11播放声音信号。

所述的基于由接收天线9依次串接无线接收机10、耳机11构成的远端模块8的手机平台的阵列麦克风助听器的控制方法，其特征在于所述方法如下：

阵列麦克风4：获得具有指向性的声音信号；

自适应阵列指向***：追踪和分析阵列麦克风4获得的声音信号中噪声的噪声源，并相应的调整阵列麦克风4的方向性模式，将噪声源始终排除在外；

DSP处理芯片：通过通信模块与通信基站通信，并且将阵列麦克风4获得的声音信号传输至微处理器；

微处理器：将将阵列麦克风4获得的声音信号依次经过滤波、放大以及强化后通反馈至DSP处理芯片，DSP处理芯片依次通过通信模块、接收天线9、无线接收机10后通过耳机11播放声音信号。

通信模块5由基带，射频和无线收发天线3个部分组成，手机与基站联络的无线信号都是经由该通信模块5收发。存储模块4由闪存和SRAM两部分组成，存储模块中除了存有无线通信所必须的数据和指令外，与数字助听功能相关的绝大部分程序和数据也存储在这里，这种配置可以非常方便用户对助听软件进行管理和升级。SIM卡模块由卡管理和SIM卡两部分组成，该模块主要功能是存储用户的身份信息和相关数据，为用户合法的接入移动通信网提供鉴权。输入模块包括了键盘和触摸屏，这两个部分可以为用户提供灵活的输入界面。该输入模块承担的任务包括两项：1)用户进行无线呼叫和接听时，为用户提供人机交互界面；2)当用户需要对数字助听器的相关功能(例如增益控制、场景切换等)进行操控的时候，输入模块为用户提供了一个便捷的操控界面。外部接口7主要由数据接口构成，该数据接口也主要承担3项任务：1)用户需要对存储器中的个人数据更新时，可以通过该接口实现；2)技术人员为用户验配助听器时，该接口可以作为技术人员的操控接口，对助听器的相关参数调整；3)用户可以通过该数据接口自主完成助听软件的升级操作。电源模块8由电源管理和电池两个部分组成，该模块主要承担为手机平台的各个子***供电的任务，该模块要能够根据各个子***的需求合理的分配电量。输出模块由声音模块和LCD 3两部分组成，该模块承担着为用户提供声音信息和视觉信息的功能。需要说明的是这里的声音信息主要是指与无线呼叫有关的声音信息，而且在用户开启助听功能时，这里的声音信息全部被送往远端无线耳机，该模块的声音输出被关闭。麦克风阵列模块4为助听器提供一组阵列麦克风，该组麦克风为实现方向性滤波提供一组阵列语音信号，在该模块和DSP模块中的自适应方向性滤波算法的共同作用下，滤波器可以实现对目标语音信号的自动追踪和分析，形成方向性波束，从而实现提升信噪比的目标。蓝牙发送模块将DSP模块将麦克风阵列模块4送来的阵列语音信号进行数字助听处理(包括方向性滤波，频率补偿，增强放大等处理)，处理之后的语音信号被送往蓝牙模块，蓝牙发送模块通过蓝牙链路将该语音信号送往远端模块8。远端模块8由蓝牙接收模块和耳机组成，该模块接受来自蓝牙发送模块的信号并将其转化为人耳可以接收的声波。整个远端模块8的尺寸被设计为入耳级，可以完全放入用户的耳道内。

Claims (6)

1.一种基于手机平台的阵列麦克风助听器，所述手机平台包括手机本体(1)、设置于手机本体(1)内的DSP处理芯片以及由DSP处理芯片分别控制的电源模块、输出模块和通信模块(5)，还包括SIM卡模块和输入模块，其特征在于：还包括微处理器、存储模块、阵列麦克风(4)、蓝牙发送模块、外部接口(7)和远端模块(8)，其中远端模块(8)由蓝牙接收模块串接耳机(11)构成，阵列麦克风(4)均布在手机本体(1)两侧，阵列麦克风(4)与DSP处理芯片相互通信，蓝牙发送模块、外部接口(7)、存储模块、输入模块、SIM卡模块分别与微处理器相互通信，DSP处理芯片与微处理器相互通信，蓝牙发送模块于蓝牙接收模块无线通信。

2.一种基于手机平台的阵列麦克风助听器，所述手机平台包括手机本体(1)、设置于手机本体(1)内的DSP处理芯片以及由DSP处理芯片分别控制的电源模块、输出模块和通信模块(5)，还包括SIM卡模块和输入模块，其特征在于：还包括微处理器、存储模块、阵列麦克风(4)、外部接口(7)和远端模块(8)，其中远端模块(8)由接收天线(9)依次串接无线接收机(10)、耳机(11)构成，阵列麦克风(4)均布在手机本体(1)两侧，阵列麦克风(4)与DSP处理芯片相互通信，外部接口(7)、存储模块、输入模块、SIM卡模块分别与微处理器相互通信，DSP处理芯片与微处理器相互通信。

3.根据权利要求1或2所述的基于手机平台的阵列麦克风助听器，其特征在于所述DSP处理芯片由A/D转换模块依次串接滤波模块、信号放大模块以及信号强化模块构成，其中A/D转换模块与DSP处理芯片双向通信，信号强化模块的输出端接蓝牙发送模块的输入端。

4.根据权利要求1或2所述的基于手机平台的阵列麦克风助听器，其特征在于手机本体(1)上还设置自适应阵列指向***，所述自适应阵列指向***串接与阵列麦克风(4)与DSP处理芯片之间。

5.一种如权利要求1所述的基于手机平台的阵列麦克风助听器的控制方法，其特征在于所述方法如下：

阵列麦克风(4)：获得具有指向性的声音信号；

自适应阵列指向***：追踪和分析阵列麦克风(4)获得的声音信号中噪声的噪声源，并相应的调整阵列麦克风(4)的方向性模式，将噪声源始终排除在外；

DSP处理芯片：通过通信模块与通信基站通信，并且将阵列麦克风(4)获得的声音信号传输至微处理器；

微处理器：将阵列麦克风(4)获得的声音信号依次经过滤波、放大以及强化后通过蓝牙发送模块发送至远端模块(8)；

远端模块(8)：采用蓝牙接收模块接收蓝牙发送模块发出的声音信号，并通过耳机(11)播放声音信号。

6.一种如权利要求2所述的基于手机平台的阵列麦克风助听器的控制方法，其特征在于所述方法如下：

阵列麦克风(4)：获得具有指向性的声音信号；

自适应阵列指向***：追踪和分析阵列麦克风(4)获得的声音信号中噪声的噪声源，并相应的调整阵列麦克风(4)的方向性模式，将噪声源始终排除在外；

DSP处理芯片：通过通信模块与通信基站通信，并且将阵列麦克风(4)获得的声音信号传输至微处理器；

微处理器：将阵列麦克风(4)获得的声音信号依次经过滤波、放大以及强化后通反馈至DSP处理芯片，DSP处理芯片依次通过通信模块、接收天线(9)、无线接收机(10)后通过耳机(11)播放声音信号。

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