《抗噪全数字助听器设计和实现》-毕业学术论文（设计）.docVIP

基于DSP的全数字助听器设计和实现摘要 介绍研制以DSP TMS320C5416为核心的全数字助听器，实现当前流行的一系列助听器的算法，包括宽动态压缩、移频压缩、噪声消除、方向性麦克等，该项目为国内基于DSP全数字助听器的软硬件开发提供参考。关键词DSP；全数字助听器；宽动态压缩；自适应消噪20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术（DSP）应运而生并得到迅速的发展。在医疗卫生领域，DSP技术大大促进医疗器械的进步。听力辅助设备的研发中，由于听力障碍的患者病因各异，其听力损失情况存在着较大差异，每个患者的听力损失曲线几乎都是不一样的，加上患者在年龄、语言识别、以及对设备适应程度方面存在着差异，使得每位患者对于助听器的补偿有着不同的要求。传统助听器线路功能的局限性，无法满足大部分患者的要求。目前国外助听器技术已经由传统的模拟放大电路逐步被功能强、运算快、功耗低、体积小的DSP所取代。从而使现代助听器技术产生1个质的飞跃。笔者在学习先进技术的基础上，研制基于TI公司DSP TMS320C5416的助听器，对助听器的软硬件开发进行了深入的探索。1系统概述整个系统以DSP为核心，结合TI公司高性能立体音频Codec芯片TLV320AIC23B构建硬件环境，并在此基础上实现双麦克方向性选择，宽动态压缩，噪声消除以及反馈消除等助听器关键算法。本系统功耗低，易便携，使用中参数可任意调节，满足临床听障患者对听力进行补偿的要求，也为进一步研究助听器高级算法搭建了较好的实验平台。2硬件设计2.1系统结构系统结构如图1所示，主要包括DSP模块，音频模块，存储模块与电源模块。助听器采用双麦克输入，4.5V电池供电，硬件功耗小于100mW，体积小，PCB板仅名片大小，确保可随身佩戴使用。图1系统硬件结构2.2 DSP电路TMS320C5416为16位高速定点DSP，处理速度高达160MIPS，该芯片采用程序与数据存储区分开的哈佛结构，进一步提高运行速度，芯片广泛采用流水线技术，减少指令执行周期，专用的硬件乘法器与特殊的DSP指令更提高了信号处理的效率。助听器中，高性能DSP的使用能快速实现FFT、卷积、相关等算法，保证了音频数据能够得到实时处理。TMS320C5416片内存储资源丰富，含RAM128k×16bit，ROM64k×16bit，足够助听器程序运行时所需的空间，这款DSP不但高效而且功耗低封装小，适合在便携设备中使用。2.3音频采集 \ 2.3音频采集音频采集主要组成是TI公司近年新推出的低功耗∑-Δ型16位A/D、D/A音频接口（AIC）芯片TLV320AIC23B。模拟接口芯片（AIC）又称调制解调编解码器（modem Codec）以其高度可编程性，高性能，低功耗，较少的外围器件等特点，成为当前语音处理芯片的主流产品。该芯片工作方式和采样速率均可由编程设置，助听器采样率设为16kHz，确保大部分听力范围内语音信号不丢失。ADC和DAC的输出信噪比分别达到90dB和100dB。AIC23B与C5416的接口有2个，一是数据接口用于输入输出数据，另1个为控制接口，用于寄存器初始化设置。AIC23B的数据接口采用专为与TI的DSP设计的连接模式，其与DSP的McBSP（Multi-channel buffered se-rial port，多通道缓存串口）无缝连接，连接如图2所示。其中，BCLK-数字音频接口时钟信号，当AIC为从模式时（通常情况），该时钟由DSP产生，AIC为主模式时，该时钟由AIC产生；LRCIN-数字音频接口DAC方向的帧信号；LRCOUT-数字音频接口 图3 AIC23B配置接口I2C时序ADC方向的帧信号；DIN-数字音频接口DAC方向的数据输入；DOUT-数字音频接口ADC方向的数据输出。DSP接收音频数据过程采用中断的方式，AIC23B每采集1次就发送数据，McBSP每接受到1个AIC23B发来的数据包，产生中断，CPU读缓冲区内的数据。AIC23B的配置接口采用2线制的I2C模式，而C5416没有I2C接口，我们利用DSP的GPIO(General Purpose Input/Output)来实现I2C时序。可以利用其中的2个管脚来作为I2C中的SCLK和SDI。时序如图3所示。2.4存储与电源电路存储模块电路选用的芯片是SST39VF400，它是一款低功耗FLASH，工作在2.7～3.6V电压下，存储容量位256KM，其中的数据可以保持100年以上，可重复编程次数高达10万次。 （下标1为正常人的听力指标，下标2为听障患者的