CN116055972B - 一种助听器的信号处理***及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种助听器的信号处理***及其方法,涉及助听器技术领域。该助听器的信号处理***,包括DSP模块、音频处理模块、音频信号输入模块和音频信号输出模块,所述音频信号输入模块通过MIC与音频处理模块相连,所述DSP模块的输出传输端通过数/模转换模块与音频处理模块的数据接收端相连,所述音频信号输出模块是信号接收端连接在音频处理模块的信号输出端。通过采用可编程数字滤波器配合梯度计算与系数修正模块组成的音频处理模块,形成音频信号输入的自适应滤波技术,能够快速精确定位反馈频率,有效地消除助听器因声反馈产生的啸叫声,极大地改善了助听器声音输出的品质,给使用者带来便利。
Description
技术领域
本发明涉及助听器技术领域,具体涉及一种助听器的信号处理***及其方法。
背景技术
一般而言,听力下降则听不清较小的声音,助听器是放大这样的较小的声音以便即使是听力下降的人也容易听见的装置,助听器是一个小型扩音器,助听器能够有效地补偿听障者的听力损失,把听障者原本听不到的声音加以扩大,再利用听障者的残余听力,使声音能送到听障者的大脑听觉中枢,进而听障者能够感觉到声音。
但是现有助听器会受到声反馈现象的影响,导致助听器的音质以及听障者的佩戴舒适度降低,并且抑制了助听器的有效增益,导致输出给听障者的声音清晰度降低,同时助听器会由于声反馈现象产生啸叫声,十分影响助听器的声音输出品质,影响使用体验。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供了一种助听器的信号处理***及其方法,解决了现有助听器无法快速精确定位反馈频率、同时无法消除助听器因声反馈产生的啸叫声,声音输出品质差的问题。
为实现以上目的,本发明通过以下技术方案予以实现:一种助听器的信号处理***,包括DSP模块、音频处理模块、音频信号输入模块和音频信号输出模块,所述音频信号输入模块通过MIC与音频处理模块相连,所述音频处理模块的数据传输端通过MCBSP串口与DSP模块的数据接收端相连,所述DSP模块的输出传输端通过数/模转换模块与音频处理模块的数据接收端相连,所述音频信号输出模块是信号接收端连接在音频处理模块的信号输出端,所述音频信号输出模块电连接有耳机或扬声器。
优选的,所述DSP模块还电连接有音量控制模块和存储模块,用于对语音信号进行放大缩小和程序存储。
优选的,所述DSP模块还电连接有JTAG接口和PC机,用于输出语音信号,所述DSP模块还电连接有电源模块,用于供电。
优选的,所述音频处理模块包括可编程数字滤波器和梯度计算与系数修正模块,所述可编程数字滤波器用于接收输入信号X(n),并对X(n)进行算法处理和补偿后得到滤波器输出信号y(n),同时期望输出信号Y(n)也输入至可编辑数字滤波器中。
优选的,所述梯度计算与系数修正模块用于接收Y(n)和y(n)的差值e(n),并对每次的输入信号和误差信号进行计算,得出下一轮滤波所使用的系数,通过可编程数字滤波器不断更新滤波器的系数,用滤波器模拟得到的反馈量和实际反馈量之间的误差,并最终输出得到最终输出信号L(n)。
优选的,所述可编辑数字滤波器包括滤波器A、滤波器B、两个可编程ROM及逻辑接口,所述滤波器A和滤波器B包含两个级联的积分器和一个加法器。
优选的,所述可编辑数字滤波器包含24个引脚,具体为正电源输入端V+、负电源输入端V-、模拟的GND、外界晶体振荡器和滤波器A部分的时钟输入端CLKA、滤波器B部分的时钟输入端CLKB、晶体振荡器和R-C振荡的时钟输出端CLKOUT、与晶体振荡器或R-C振荡器相连的OSCOUT、滤波器的信号输入端INA和INB、带通滤波器输出端BPA和BPB、低通滤波器输出端LPA和LPB、高通带阻全通滤波器输出端HPA和HPB、写入有效输入端WR、地址输入端A0/A1/A2/A3、数据输入端D0和D1、放大器输出端OP OUT和放大器反向输入端OP IN。
优选的,所述外界晶体振荡器和滤波器A部分的时钟输入端CLKA和滤波器B部分的时钟输入端CLKB均设置在滤波器内部,时钟频率被2分频,所述与晶体振荡器或R-C振荡器相连的OSCOUT,用于自同步,所述地址输入端A0/A1/A2/A3用于完成对滤波器工作模式、中心频率和品质因数进行相应设置,所述数据输入端D0和D1用于中心频率和品质系数的相应位进行设置。
一种助听器的信号处理方法,包括以下步骤:
S1:音频信号接收外接声音信号,声音信号通过MIC输入至音频处理模块中进行数/模转换;
S2:经过数/模转换后的信号通过MCBSP串口输入至DSP模块中进行算法处理和补偿,得到使用者所需的语音信号;
S3:经过算法处理和补偿后的信号再通过数/模转换回到音频处理模块中,最后通过音频信号输出模块输出。
所述步骤S2的算法处理和补偿包括以下步骤:
经过算法处理和补偿后得到滤波器输出信号y(n),同时期望输出信号Y(n)也输入至可编辑数字滤波器中;
S22:计算Y(n)和y(n)的差值得到误差信号e(n),随后将每次的输入信号和误差信号同时输入到梯度计算与系数修正模块,计算出下一轮滤波所使用的系数;
S23:通过可编程数字滤波器不断更新滤波器的系数,用滤波器模拟得到的反馈量和实际反馈量之间的误差,并最终输出得到最终输出信号L(n)。
本发明提供了一种助听器的信号处理***及其方法。具备以下有益效果:
本发明通过采用可编程数字滤波器配合梯度计算与系数修正模块组成的音频处理模块,形成音频信号输入的自适应滤波技术,能够快速精确定位反馈频率,有效地消除助听器因声反馈产生的啸叫声,极大地改善了助听器声音输出的品质,使得重度听障者佩戴助听器能保留气孔、佩戴助听器更加舒适,聆听更加自然,声音更加清晰,同时也提高定制式助听器的适配范围,给使用者带来便利。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1为本发明的***设计原理框图;
图2为本发明中DSP模块内部***结构图;
图3为本发明中音频处理模块的***原理框图;
图4为本发明中可编辑数字滤波器的内部***结构图;
图5为本发明中可编辑数字滤波器的引脚结构图;
图6为本发明中DSP模块与音频处理模块的接口原理图;
图7为本发明的***流程图;
图8为图7中步骤S2的***流程图。
实施方式
以下结合附图对本发明的优选实例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
如图1-8所示,本发明实施例提供一种助听器的信号处理***,包括DSP模块、音频处理模块、音频信号输入模块和音频信号输出模块,音频信号输入模块通过MIC与音频处理模块相连,音频处理模块的数据传输端通过MCBSP串口与DSP模块的数据接收端相连,DSP模块的输出传输端通过数/模转换模块与音频处理模块的数据接收端相连,音频信号输出模块是信号接收端连接在音频处理模块的信号输出端,音频信号输出模块电连接有耳机或扬声器。
具体的,请参阅图6,由于音频处理模块采样输出的是串行数据,因此需要协调好与之相配的DSP模块的串行传输协议,MCBSP串口是最适合做语音信号传输的,将音频处理模块的第22脚MODE接高电平,接收来自DSP模块的SPI格式串口数据,数字控制接口(SCLK,SDIN,CS)与MCBSPl串口连接,控制字共16位,由高位开始传输,数字音频口LRCOUT,LRCIN,DOUT,DIN,BCLK与MCBSP串口相连。
需要说明的是,在工作方式上,DSP模块为主模式,音频处理模块为从模式,即BCLK的时钟信号由DSP模块产生,串口时钟由BCLKX0,BCLKR0并联到音频处理模块的BCLK时钟,这样在发送和接收数据时都可产生串口时钟信号,输入/输出同步信号LRCIN与LRCOUT,用来启动串口数据传输,接收DSP模块的帧同步信号,BFSX0和BFSR0,BDR0和BDX0分别与音频处理模块的DIN和DOUT连接来实现DSP模块与音频处理模块之间的数字通信。
本实施例中,请参阅图2,DSP模块还电连接有音量控制模块和存储模块,用于对语音信号进行放大缩小和程序存储,DSP模块还电连接有JTAG接口和PC机,用于输出语音信号,DSP模块还电连接有电源模块,用于供电。
进一步的,请参阅图3,音频处理模块包括可编程数字滤波器和梯度计算与系数修正模块,可编程数字滤波器用于接收输入信号X(n),并对X(n)进行算法处理和补偿后得到滤波器输出信号y(n),同时期望输出信号Y(n)也输入至可编辑数字滤波器中,梯度计算与系数修正模块用于接收Y(n)和y(n)的差值e(n),并对每次的输入信号和误差信号进行计算,得出下一轮滤波所使用的系数,通过可编程数字滤波器不断更新滤波器的系数,用滤波器模拟得到的反馈量和实际反馈量之间的误差,并最终输出得到最终输出信号L(n)。
具体的,采用收敛快速运算简单的最小均方误差算法,不断修正和更新滤波器的系数,使得输出信号和参考信号的误差达到最小,这样模拟得到的信号越接近实际的反馈信号,这样就能准确去除助听器输入信号中的反馈信号,达到消除声反馈的目的
进一步的,请参阅图4,可编辑数字滤波器包括滤波器A、滤波器B、两个可编程ROM及逻辑接口,滤波器A和滤波器B包含两个级联的积分器和一个加法器。
具体的,配备滤波器设计软件可以改善滤波特性,同时带有微处理接口,可以控制64个不同的中心频率、128个不同的品质因数和四种工作模式,对中心频率和品质因数可实现独立编程,而时钟频率与中心频率的比值可达1%,中心频率的范围为75kHz。
进一步的,请参阅图5,可编辑数字滤波器包含24个引脚,具体为正电源输入端V+、负电源输入端V-、模拟的GND、外界晶体振荡器和滤波器A部分的时钟输入端CLKA、滤波器B部分的时钟输入端CLKB、晶体振荡器和R-C振荡的时钟输出端CLKOUT、与晶体振荡器或R-C振荡器相连的OSCOUT、滤波器的信号输入端INA和INB、带通滤波器输出端BPA和BPB、低通滤波器输出端LPA和LPB、高通带阻全通滤波器输出端HPA和HPB、写入有效输入端WR、地址输入端A0/A1/A2/A3、数据输入端D0和D1、放大器输出端OP OUT和放大器反向输入端OP IN。
具体的,外界晶体振荡器和滤波器A部分的时钟输入端CLKA和滤波器B部分的时钟输入端CLKB均设置在滤波器内部,时钟频率被2分频,与晶体振荡器或R-C振荡器相连的OSCOUT,用于自同步,地址输入端A0/A1/A2/A3用于完成对滤波器工作模式、中心频率和品质因数进行相应设置,数据输入端D0和D1用于中心频率和品质系数的相应位进行设置。
一种助听器的信号处理方法,包括以下步骤:
S1:音频信号接收外接声音信号,声音信号通过MIC输入至音频处理模块中进行数/模转换;
S2:经过数/模转换后的信号通过MCBSP串口输入至DSP模块中进行算法处理和补偿,得到使用者所需的语音信号;
S3:经过算法处理和补偿后的信号再通过数/模转换回到音频处理模块中,最后通过音频信号输出模块输出。
进一步的,步骤S2的算法处理和补偿包括以下步骤。
经过算法处理和补偿后得到滤波器输出信号y(n),同时期望输出信号Y(n)也输入至可编辑数字滤波器中;
S22:计算Y(n)和y(n)的差值得到误差信号e(n),随后将每次的输入信号和误差信号同时输入到梯度计算与系数修正模块,计算出下一轮滤波所使用的系数;
S23:通过可编程数字滤波器不断更新滤波器的系数,用滤波器模拟得到的反馈量和实际反馈量之间的误差,并最终输出得到最终输出信号L(n)。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种助听器的信号处理***,包括DSP模块、音频处理模块、音频信号输入模块和音频信号输出模块,其特征在于:所述音频信号输入模块通过MIC与音频处理模块相连,所述音频处理模块的数据传输端通过多通道缓冲串行口与DSP模块的数据接收端相连,所述DSP模块的输出传输端通过数/模转换模块与音频处理模块的数据接收端相连,所述音频信号输出模块的信号接收端连接在音频处理模块的信号输出端,所述音频信号输出模块电连接有耳机或扬声器;
所述音频处理模块包括可编程数字滤波器和梯度计算与系数修正模块,所述可编程数字滤波器用于接收输入信号X(n),并对X(n)进行算法处理和补偿后得到滤波器输出信号y(n),同时期望输出信号Y(n)也输入至可编辑数字滤波器中;
所述梯度计算与系数修正模块用于接收Y(n)和y(n)的差值e(n),并对每次的输入信号和误差信号进行计算,得出下一轮滤波所使用的系数,采用最小均方误差算法,通过可编程数字滤波器不断修正和更新滤波器的系数,使得输出信号和参考信号的误差达到最小,用滤波器模拟得到的反馈量和实际反馈量之间的误差,并最终输出得到最终输出信号L(n);
所述可编辑数字滤波器包括滤波器A、滤波器B、两个可编程ROM及逻辑接口,所述滤波器A和滤波器B包含两个级联的积分器和一个加法器;
所述可编辑数字滤波器包含24个引脚,具体为正电源输入端V+、负电源输入端V-、模拟的GND、外界晶体振荡器和滤波器A部分的时钟输入端CLKA、滤波器B部分的时钟输入端CLKB、晶体振荡器和R-C振荡的时钟输出端CLKOUT、与晶体振荡器或R-C振荡器相连的OSCOUT、滤波器的信号输入端INA和INB、带通滤波器输出端BPA和BPB、低通滤波器输出端LPA和LPB、高通带阻全通滤波器输出端HPA和HPB、写入有效输入端WR、地址输入端A0/A1/A2/A3、数据输入端D0和D1、放大器输出端OP OUT和放大器反向输入端OP IN;
所述外界晶体振荡器和滤波器A部分的时钟输入端CLKA和滤波器B部分的时钟输入端CLKB均设置在滤波器内部,时钟频率被2分频,所述与晶体振荡器或R-C振荡器相连的OSCOUT,用于自同步,所述地址输入端A0/A1/A2/A3用于完成对滤波器工作模式、中心频率和品质因数进行相应设置,所述数据输入端D0和D1用于中心频率和品质系数的相应位进行设置。
2.根据权利要求1所述的一种助听器的信号处理***,其特征在于:所述DSP模块还电连接有音量控制模块和存储模块,用于对语音信号进行放大缩小和程序存储。
3.根据权利要求2所述的一种助听器的信号处理***,其特征在于:所述DSP模块还电连接有JTAG接口和PC机,用于输出语音信号,所述DSP模块还电连接有电源模块,用于供电。
4.一种基于权利要求1-3任一项所述的助听器的信号处理***的处理方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:音频信号输入模块接收外接声音信号,声音信号通过MIC输入至音频处理模块中进行数/模转换;
S2:经过数/模转换后的信号通过多通道缓冲串行口输入至DSP模块中进行算法处理和补偿,得到使用者所需的语音信号;
S3:经过算法处理和补偿后的信号再通过数/模转换回到音频处理模块中,最后通过音频信号输出模块输出。
5.根据权利要求4所述的一种助听器的信号处理***的处理方法,其特征在于:所述步骤S2的算法处理和补偿包括以下步骤:
S21:输入信号X(n)输送至可编辑数字滤波器中,经过算法处理和补偿后得到滤波器输出信号y(n),同时期望输出信号Y(n)也输入至可编辑数字滤波器中;
S22:计算Y(n)和y(n)的差值得到误差信号e(n),随后将每次的输入信号和误差信号同时输入到梯度计算与系数修正模块,计算出下一轮滤波所使用的系数;
S23:通过可编程数字滤波器不断更新滤波器的系数,用滤波器模拟得到的反馈量和实际反馈量之间的误差,并最终输出得到最终输出信号L(n)。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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