基于TMS320VC5416DSP的數字助聽(tīng)器設計
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隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展以及人們對聽(tīng)障患者的日益關(guān)注，助聽(tīng)器的發(fā)展逐漸受到人們的重視。但由于聽(tīng)力障礙患者病因各異，其聽(tīng)力損失情況存在著(zhù)較大差異，使得每位患者對于助聽(tīng)器的補償有著(zhù)不同的要求。目前，現代助聽(tīng)器技術(shù)進(jìn)入到全數字助聽(tīng)器時(shí)代。同時(shí)，各種有效提高數字助聽(tīng)器效能的數字信號處理算法也得到更多的重視。在此提出基于TMS320VC5416的數字助聽(tīng)器設計，能滿(mǎn)足聽(tīng)障患者對聽(tīng)力的需求。
l 系統構成和工作原理
1．1 系統組成
基于助聽(tīng)器的技術(shù)要求，選用TI公司的C54X系列產(chǎn)品TMS320C5416(以下簡(jiǎn)稱(chēng)C5416)和數字編碼器TLV320AIC23(以下簡(jiǎn)稱(chēng)AIC23)。
數字編碼器AIC23是TI公司推出的一款高性能的立體聲音頻Codec芯片，A／D轉換和D／A轉換部件集成在芯片內部，采用先進(jìn)的∑-△過(guò)采樣技術(shù)，內置耳機輸出放大器。AIC23 DSP Codec工作電壓與C5416的核心和I／O電壓兼容，可實(shí)現與C54x串行口的無(wú)縫連接，功耗很低，使得AIC23是一款非常理想的音頻模擬器件，可以很好地應用于數字助聽(tīng)器的設計當中。
系統結構如圖1所示，主要包括DSP模塊、音頻處理模塊、JTAG接口、存儲模塊及電源模塊等。模擬語(yǔ)音信號通過(guò)MIC或IANE IN輸入AIC-23，經(jīng)過(guò)模／數轉換后通過(guò)MCBSP串口輸入C5416，經(jīng)過(guò)實(shí)際所需的算法進(jìn)行處理和補償后，得到聽(tīng)障患者所需要的語(yǔ)音信號，再通過(guò)AIC23數／模轉換，通過(guò)揚聲器或耳機輸出聲音信號。
1．2 C5416與AIC23的接口設計
圖2是C5416與AIC23的接口原理圖。由于A(yíng)IC23采樣輸出的是串行數據，因此需要協(xié)調好與之相配的DSP的串行傳輸協(xié)議，MCBSP是最適合做語(yǔ)音信號傳輸的。將AIC23的第22腳MODE接高電平，接收來(lái)自DSP的SPI格式串口數據。數字控制接口(SCLK，SDIN，CS)與MCBSPl連接，控制字共16位，由高位開(kāi)始傳輸。數字音頻口LRCOUT，LRCIN，DOUT，DIN，BCLK與MCBSP0相連。在工作方式上，DSP為主模式，AIC23為從模式，即BCLK的時(shí)鐘信號由DSP產(chǎn)生。
串口時(shí)鐘由BCLKX0，BCLKR0并聯(lián)到AIC23的BCLK時(shí)鐘，這樣在發(fā)送和接收數據時(shí)都可產(chǎn)生串口時(shí)鐘信號。輸入／輸出同步信號LRCIN與LRCOUT，用來(lái)啟動(dòng)串口數據傳輸，接收DSP的幀同步信號。
BFSX0和BFSR0，BDR0和BDX0分別與AIC23的DIN和DOUT連接來(lái)實(shí)現DSP與AIC23之間的數字通信。
2 系統實(shí)現
2．1 語(yǔ)音的基本特性
聲音是一種波，能被人耳聽(tīng)到聲音的振動(dòng)頻率為20 Hz～20 kHz。語(yǔ)音是聲音的一種，他是由人的發(fā)音器官發(fā)出的，具有一定語(yǔ)法和意義的聲音。語(yǔ)音的振動(dòng)頻率最高可達15 kHz。
語(yǔ)音按其激勵形式的不同分為：濁音、清音、爆破音。而人的聲音特性基本是由基因周期和共振峰等因素決定的。當發(fā)濁音時(shí)，氣流通過(guò)聲門(mén)使聲帶發(fā)生振動(dòng)，產(chǎn)生準周期激勵脈沖串。這個(gè)脈沖串的周期就稱(chēng)為“基因周期”，其倒數即為“基因頻率”。
人類(lèi)的聲道和鼻道都可以看做是非均勻界面的聲道管，聲道管的諧振頻率稱(chēng)為共振峰。改變聲道的形狀就產(chǎn)生不同的聲音。共振峰用依次增加的多個(gè)頻率表示．如F1，F2，F3，等，稱(chēng)之為第一共振峰，第二共振峰等。為了提高語(yǔ)音接收質(zhì)量，必須采用盡可能多的共振峰。實(shí)際中，頭三個(gè)共振峰是最重要的，具體情況因人而有差異。
2．2 語(yǔ)音增強
在實(shí)際的應用環(huán)境中，語(yǔ)音會(huì )不同程度的受到環(huán)境噪聲的干擾。語(yǔ)音增強就是對帶噪語(yǔ)音進(jìn)行處理，降低噪聲的影響，改善聽(tīng)覺(jué)環(huán)境。
實(shí)際語(yǔ)音遇到的干擾可能包括以下幾類(lèi)：
(1)周期性噪聲：如電器干擾，發(fā)動(dòng)機旋轉引起的干擾等，這類(lèi)干擾在頻域表現為一些離散的窄峰。特別是50 Hz或60 Hz交流聲會(huì )引起周期噪聲。
(2)沖擊噪聲：如電火花，放電產(chǎn)生的噪聲干擾，這類(lèi)干擾在時(shí)域表現為突然出現的窄脈沖。消除這種噪聲可以在時(shí)域中進(jìn)行，即根據帶噪語(yǔ)音信號幅度的平均值確定閾值。
(3)寬帶噪聲：通常指高斯噪聲或白噪聲，其特點(diǎn)是頻帶寬，幾乎覆蓋整個(gè)語(yǔ)音頻段。它的來(lái)源很多，包括風(fēng)、呼吸噪聲和一般的隨機噪聲源。
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