基于谱扩展技术的电子耳蜗电话适配装置及方法制造方法及图纸

一种基于谱扩展技术的电子耳蜗电话适配装置，包括数字信号处理器、音频输入输出接口、外部存储器以及电源管理模块，所述外部存储器中存储有基于语音信号处理的谱扩展程序；来自电话的窄带语音信号经音频输入输出接口放大、ＡＤ转换后输入数字信号处理器，数字信号处理器运行外部存储器中的谱扩展程序将来自音频输入输出接口的窄带语音信号转换为涵盖正常语音能量范围的宽带语音信号后，再经音频输入输出接口输出至电子耳蜗体外部分。本装置通过将电话通讯中的窄带语音扩展成含有更加丰富高频信息的宽带语音，从而为电子耳蜗佩带者提供更加丰富的高频语音信号，提高他们在语音通讯时的言语识别能力，它能够更加有效地恢复我国耳聋患者的听力状况。

【技术实现步骤摘要】

一种基于窄带语音通讯谱扩展技术的电子耳蜗电话适配装置及方法，将窄带语 音信号扩展成为宽带语音信号，涉及电子耳蜗恢复耳聋患者听觉领域，尤其适用于 提高电子耳蜗佩带者使用电话时的言语识别能力，可结合多种电子耳蜗临床产品使 用，从而为中国耳聋患者更好的恢复听觉。
技术介绍
电子耳蜗(也称人工耳蜗或仿生耳)是唯一能使全聋患者恢复听觉的电子装置。 电子耳蜗将声能转换成电能，避开外耳、中耳和部分内耳器官等，直接刺激内耳残 余的听神经纤维，以使聋人恢复听觉。电子耳蜗技术可以帮助全聋患者恢复语言交 流能力，增加他们接受教育、就业和社会交往的机会。尤其是聋儿，无论是语前 聋还是语后聋，当借助于助听器仍然无法听到声音时，将导致他们终生失去获 得正常教育的机会，给家庭和社会增加沉重的负担。电子耳蜗可以帮助他们重新获 得对声音的感觉，获取外界的信息和知识，和听力正常人一样享受幸福的生活。现有的临床产品已经在恢复佩带者言语识别能力方面取得了很大的进展，不过在 佩带者使用电话和手机进行通讯时，其言语识别能力却由于通讯语音信号的一些限 制受到很大的影响，难以满足佩带者的要求。通过远程通讯网络传播的语音往往是窄带语音信号，其频带限定在300 - 3400Hz 范围内，然而语音信号的能量主要集中在50 - 8000Hz的宽带范围，电子耳蜗临床产 品的语音处理方法同样覆盖了这一范围，这就使得佩带者在使用窄带语音通讯时难 以通过电子耳蜗获得丰富的语音高频信息，从而极大的削弱了佩带者的言语识别能 力。因此，专利技术一种基于语音信号谱扩展技术的电子耳蜗电话适配装置及方法，将 窄带通讯语音信号扩展成为宽带语音，从而为电子耳蜗佩带者提供更多语音信号的 高频信息，来更好的恢复佩带者在用电话或手机通讯时的言语识别能力，对于听力 残疾众多的我国就具有非常重要的理论意义和应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对目前电子耳蜗电话和手机通讯存在的上述问题，提供一种 高效的，以更加有效地恢复我国耳 聋患者的听力状况。本专利技术基于语扩展技术的电子耳蜗电话适配装置包括数字信号处理器、音频输入输出接口、外部存储器以及电源管理模块，所述外部存储器中存储有基于语音信 号处理的谱扩展程序；来自电话的窄带语音信号经音频输入输出接口放大、AD转换 后输入数字信号处理器，数字信号处理器运行外部存储器中的谱扩展程序将来自音 频输入输出接口的窄带语音信号转换为涵盖正常语音能量范围(50 - 8000Hz)的宽 带语音信号后，再经音频输入输出接口输出至电子耳蜗体外部分。进一步，上述数字信号处理器采用TMS320VC5509A,所述音频输入输出接口采 用音频编解码器TLV320AIC23B，数字信号处理器TMS320VC5509A通过I2C接口和 MCBSP接口与音频编解码器TLV 3 2 0 AIC2 3B连4姿。进一步，外部存储器中存储的谱扩展程序包括正弦信号谱扩展算法和白噪声信 号谱扩展算法中的至少一种；其中，正弦信号谱扩展算法包括线性预测编码分析单元，用于获取输入的窄带语音信号的线性谱频率参数；高斯混合模型计算单元，用于根据窄带语音信号的线性谱频率计算得到 高频语音信号的线性谱频率参数；多带激励分析单元，用于获取窄带语音信号的清浊音判决；清浊音判决映射单元，用于对窄带语音信号的U/V码本进行映射得到高 频语音信号的清浊音判决；正弦模型合成单元，用于将高频语音信号的清浊音判决信息合成高频语 音激励信号；线性预测编码合成单元，用于利用获得的高频语音激励信号和线性谱频 率参数合成高频扩展信号；以及，宽带信号合成单元，用于将输入的窄带语音信号和由该窄带语音信号扩 展的高频扩展信号合成宽带语音信号;白噪声信号谱扩展算法包括源权重参数计算单元，用于根据输入的窄带语音信号确定高频信号部分 的源权重参数；高频信号合成单元，该单元利用所述源权重参数由白噪声信号计算合成 出高频语音信号；频带限定单元，该单元对合成的高频语音信号滤波，输出限定频带范围 的高频扩展信号；以及，宽带信号合成单元，用于将输入的窄带语音信号和由该窄带语音信号扩 展的限定频带范围的高频扩展信号合成宽带语音信号。本专利技术基于谱扩展技术的电子耳蜗电话适配方法包括以下步骤A、 将电话输出的窄带语音信号放大和AD转换；B、 运行基于语音信号处理的谱扩展程序将AD转换后的窄带语音信号转换为涵 盖正常语音能量范围的宽带语音信号；C、 将宽带语音信号发送给电子耳蜗体外部分。上述步骤B中，可以采用正弦信号谱扩展算法将窄带语音信号转换为宽带语音 信号，具体包括以下步骤Bl.l、对窄带语音信号分别进行线性预测编码(LPC)分析和多带激励(MBE) 分析得到该窄带语音信号的线性谱频率(LSF)参数和清浊音(U/V)判决；B1.2、将窄带语音信号的线性谱频率(LSF)参数输入高斯混合模型得到高频语 音信号的线性谱频率参数；Bl. 3、对窄带语音信号的U/V码本进行映射得到高频语音信号的清浊音判决； B14、根据高频语音信号的清浊音判决信息利用正弦模型合成出高频语音激励信B1.5、将高频语音激励信号输入线性预测编码合成器获得高频扩展信号；以及，Bl. 6、利用输入的窄带语音信号和由该窄带语音信号扩展的高频扩展信号合成 宽带语音信号。上述步骤B中，也可以采用白噪声信号谱扩展算法将窄带语音信号转换为宽带 语音信号，具体包括以下步骤B2.1、由窄带语音信号计算得出统计恢复函数(SRF),并通过统计恢复函数确 定高频信号部分各个源的权重参数；B2.2、用白噪声产生高频信号源，并利用所述权重参数计算合成出高频语音信—弓一 ，B2. 3、通过高通滤波器限定该高频语音信号频带范围；以及， B2. 4 、利用输入的窄带语音信号和由该窄带语音信号扩展的限定频带范围的高 频扩展信号合成宽带语音信号。本专利技术电子耳蜗电话适配装置和方法通过将电话通讯中的窄带语音扩展成含有 更加丰富高频信息的宽带语音，从而为电子耳蜗佩带者提供更加丰富的高频语音信 号，提高他们在语音通讯时的言语识别能力。其主要效果有a)采用以TMS320VC5509A为核心的数字信号处理器，提高了系统的计算能力， 在满足系统实时性要求的前提下，能够实现更加复杂的算法。同时，该DSP 系统功耗更低，为便携式系统设计提供了很大便利。TMS320VC5509A片内RAM存储空间大，无需再扩展RAM，简化了系统结构。b) 音频输入输出接口采用音频编解码器TLV320AIC23B,用单一芯片完成了模数 转换所需的放大、抗混叠滤波、AD采样三项功能，进一步简化了系统，减少 了系统的物理空间，降低了成本。采样过程中，可以根据不同实际需要灵活 设置不同的参数。c) 采用USB接口与PC通信，由于TMS320VC5509A片内集成有USB模块，只需扩 展少量的分立器件，就可以实现USB的通信，进一步简化了系统结构，还克 服了传统RS232串口通信中数据传输可靠性差、传输速度低等缺点。d) 在同一装置中设置两种语音信号谱扩展算法，分别实现了以正弦信号和以白 噪声信号将窄带语音信号恢复成宽带语音信号的方法，可以适应不同佩带者 的使用需要。附图说明图1是本电子耳蜗电话适配装置的结构框图； 图2是其正弦信号谱扩展算法的结构框图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于谱扩展技术的电子耳蜗电话适配装置，其特征在于：包括数字信号处理器、音频输入输出接口、外部存储器以及电源管理模块，所述外部存储器中存储有基于语音信号处理的谱扩展程序；来自电话的窄带语音信号经音频输入输出接口放大、ＡＤ转换后输入数字信号处理器，数字信号处理器运行外部存储器中的谱扩展程序将来自音频输入输出接口的窄带语音信号转换为涵盖正常语音能量范围的宽带语音信号后，再经音频输入输出接口输出至电子耳蜗体外部分。

【技术特征摘要】
1. 基于谱扩展技术的电子耳蜗电话适配装置，其特征在于包括数字信号处理器、音频输入输出接口、外部存储器以及电源管理模块，所述外部存储器中存储有基于语音信号处理的谱扩展程序；来自电话的窄带语音信号经音频输入输出接口放大、AD转换后输入数字信号处理器，数字信号处理器运行外部存储器中的谱扩展程序将来自音频输入输出接口的窄带语音信号转换为涵盖正常语音能量范围的宽带语音信号后，再经音频输入输出接口输出至电子耳蜗体外部分。2、 根据权利要求1所述的电子耳蜗电话适配装置，其特征在于所述数字信号 处理器采用TMS320VC5509A ，所述音频输入输出接口采用音频编解码器 TLV320AIC23B，数字信号处理器TMS320VC5509A通过I2C接口和M。BSP接口与音频编 解码器TLV320AIC23B连接。3、 根据权利要求2所述的电子耳蜗电话适配装置，其特征在于还包括蓝牙接 口 ，用于和外部蓝牙手才几通讯。4、 根据权利要求2所述的电子耳蜗电话适配装置，其特征在于所述音频编解 码器TLV320AIC2 3B设置有Mic接口 、耳机音频接口和电话听筒音频接口 。5、 根据权利要求2所述的电子耳蜗电话适配装置，其特征在于所述外部存储 器采用FLASH存储器，该FLASH存储器中存储有系统程序，该存储器和数字信号处 理器通过数据线和地址线进行连接，在每次重新上电后，运用数字信号处理器自带 的Bootload功能自动从FLASH存储器中加载程序。6、 根据权利要求2所述的电子耳蜗电话适配装置，其特征在于还包括与电脑 连接的USB接口 。7、 根据权利要求1-6任一项所述的电子耳蜗电话适配装置，其特征在于所述 外部存储器中存储的谱扩展程序包括正弦信号谱扩展算法和白噪声信号语扩展算法 中的至少一种；其中，正弦信号谱扩展算法包括线性预测编码分析单元，用于获取输入的窄带语音信号的线性谱频率参数；高斯混合模型计算单元，用于根据窄带语音信号的线性谱频率计算得到 高频语音信号的线性谱频率参数；多带激励分析单元，用于获取窄带语音信号的清浊音判决；清浊音判决映射单元，用于对窄带语音信号的U/V码本进行映射得到高 频语音信号的清浊音判决；正弦模型合成单元，用于将高频语音信号的清浊音判决信息合成高频语 音激励信号；线性预测编码合成单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：关添，徐涛，朱子俨，叶大田，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]