一種基于DSP的人工耳蝸語(yǔ)音處理器設計
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1 帶自適應噪聲消除技術(shù)的CIS算法
1．1 自適應噪聲消除原理
在低信噪比的環(huán)境下，耳聾患者的語(yǔ)音識別率大幅下降?；谧赃m應濾波器的噪聲消除法能有效的增強語(yǔ)音，消除背景噪聲，從而提高患者的語(yǔ)音識別率。本文中語(yǔ)音采集部分利用了兩個(gè)麥克風(fēng)接收語(yǔ)音，經(jīng)過(guò)采樣后作為兩個(gè)通道的輸入信號，輸入信號中均包括語(yǔ)音信號成分s和噪聲成分n。假設麥克風(fēng)1的采樣結果為s1+n1，麥克風(fēng)2的采樣結果為s2+n2。由于麥克風(fēng)1和麥克風(fēng)2分別對同一環(huán)境中的聲音進(jìn)行采樣，s1和s2為相關(guān)信號，n1和n2為相關(guān)信號。假設麥克風(fēng)1和麥克風(fēng)2收到的語(yǔ)音信號一樣，即s1等于s2。通過(guò)兩路信號相加得到主通道輸入信號x1=2s1+n1+n2，通過(guò)兩路信號相減得到參考通道輸入信號x2=n1-n2。由于主通道語(yǔ)音中的噪聲n1+n2與參考噪聲n1-n2是相關(guān)的，參考通道中的自適應濾波器在接收n1-n2以后使輸出在最小均方誤差下最接近主通道噪聲n1+n2。輸出端e得到了消除噪聲后的增強語(yǔ)音信號。本文中自適應濾波器采用了歸一化LMS算法，當信噪比較大時(shí)，采用較小的收斂因子，減少穩定失調誤差；當信噪比較小時(shí)，采用較大的收斂因子，加快算法的收斂速度。自適應噪聲消除原理如圖1所示。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/241710.htm
1．2 帶自適應噪聲消除技術(shù)的CIS方案
文中設計的人工耳蝸語(yǔ)音處理器采用CIS方案，即連續間隔采樣方案(Continuous Interleaved Sampling，CIS)。語(yǔ)音信號先經(jīng)過(guò)預加重處理，以補償語(yǔ)音信號中的高頻成分，然后做FFT變換，經(jīng)n個(gè)帶通濾波器后劃分為與刺激電極相對應的通道，對各個(gè)通道能量求和并利用對數或指數函數壓縮已提高患者的聽(tīng)力動(dòng)態(tài)范圍。帶自適應噪聲消除技術(shù)的CIS方案如圖2所示。
2 硬件結構與設計
本系統以TMS320VC5509A DSP為核心，TLV320AIC23語(yǔ)音Codec芯片等其他外設為輔助設備。TMS320VC5509A控制系統的外設和處理CIS算法程序，TLV320AIC23對外部聲音進(jìn)行采樣和A／D轉換。TMS320VC5509A是TI公司推出的一款高性能低功耗的16位定點(diǎn)數字信號處理器，它擁有豐富的片內資源，能方便的控制其他設備，輸出處理結果等。TLV320AIC23具有很低的功耗，在A(yíng)DC和DAC的噪音可分別達到90 dB和100 dB。此外TLV320AIC23支持MIC和LINE IN兩種輸入方式，內部ADC和DAC轉換模塊均帶有完整的數字濾波器，可以在8 kHz到96 kHz的采樣頻率范圍內傳輸數據寬度為16位，20位，24位，32位的數據。
語(yǔ)音采集芯片TLV320AIC23與主處理芯片TMS320VC5509A的接口電路如圖3所示。
DSP與AIC23的接口有兩個(gè)，一個(gè)是控制接口采用I＾2C模塊，通過(guò)編程完成對AIC23的配置；一個(gè)是數據音頻接口，通過(guò)MCBSP0傳輸數據。
AIC23的控制接口有SPI／和I＾2C兩種工作方式，由于VC5509A片內外設含有I＾2C模塊．因此使用I＾2C方式控制AIC23更為方便。此時(shí)VC5509A作為I＾2C總線(xiàn)的主設備，AIC23作為從設備。在I＾2C總線(xiàn)上AIC23有7位外設地址，9位寄存器的設置值。SCL和SD1分別是AIC23的控制端口和數據輸入端，分別和VC5509的I＾2C模塊端口SCL，SDA相連。TLV3320AIC23的數據音頻接口支持右判，左判，I＾2S和DSP 4種接口模式。本系統采用DSP模式，把AIC23設為主模式，DSP設為從模式，即MCBSP0的移位時(shí)鐘和幀同步時(shí)鐘全部由AIC23提供。在幀同步脈沖到來(lái)時(shí)第一個(gè)數據字即為左通道數據，右通道數據緊跟著(zhù)左通道數據。
語(yǔ)音是時(shí)變的，非平穩的隨機過(guò)程，但由于語(yǔ)音的形成過(guò)程與與人類(lèi)發(fā)音系統的生理結構密切相關(guān)，通常假設語(yǔ)音信號是短時(shí)平穩的，即在10至30 ms的時(shí)間段內其頻譜特性和一些物理特征參量可近似的看作是不變的。因此語(yǔ)音信號要進(jìn)行分幀處理，在采樣率為8 kHz時(shí)可將幀長(cháng)取為N=256較為合適。
3 系統軟件設計
本系統中語(yǔ)音信號由LINE IN輸入，LLINE IN和RLINEIN分別對應自適應噪聲消除原理圖中的麥克風(fēng)1和麥克風(fēng)2，語(yǔ)音信號分別經(jīng)過(guò)AIC 23內部的A／D轉換后，通過(guò)MCBSP0通道傳送到VC5509A內。VC5509A對這些語(yǔ)音數據進(jìn)行CIS算法處理，得到各個(gè)通道的刺激脈沖。
系統軟件設計分為系統初始化，系統中斷處理程序和CIS算法程序。系統的初始化包括設置時(shí)鐘發(fā)生器，MCBSP初始化，I＾2C初始化以
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