数字助听器的集成电路前端设计

发布时间：2017-04-23 23:12

  本文关键词：数字助听器的集成电路前端设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：数字助听器是帮助听力损失患者进行听力补偿的重要设备,其基本功能就是对声音信号进行补偿。为满足患者对助听器性能日益增高的要求,越来越多的语音数字信号处理算法被应用到数字助听器中,主要有响度补偿、啸叫抑制、噪声处理和声源定位等算法,其中响度补偿和啸叫抑制是决定助听器性能的最重要的算法。本文以这两个关键算法作为研究重点,深入研究算法的原理,综合分析现有算法的优缺点,提出适于硬件实现的算法方案,并进行设计验证。 首先,研究了声音信号的基本特征和听障患者的听觉特性,并对数字助听器的关键算法进行了分析,查找了助听器的相关评价标准。 深入研究了助听器的响度补偿算法和啸叫抑制算法,分析硬件设计的要求与特点,设计了便于实现的算法结构。其中响度补偿法采用多通道响度补偿设计,针对语音信号的特点,进行非等带宽的划分,并且对每一个子带信号按照患者听力补偿曲线进行响度补偿。啸叫抑制算法采用基于频域块的LMS自适应滤波器法,其处理过程是一帧一帧的处理,比逐个采样值的处理效率更高。 本文针对两个关键算法进行了基于MATLAB的仿真验证,并利用verilog HDL进行算法实现,设计时采用了用速度换取面积的思想对部分模块进行复用,优化设计,然后针对于算法模块进行ModelSim与MATLAB的联合仿真。最后将算法集成,利用FPGA验证平台实现助听器系统,并进行系统的功能测试,测试结果基本符合设计预期。
【关键词】：数字助听器 响度补偿 啸叫抑制 多通道 频域块
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R764.5;TN912.3
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 目录9-12
• 1 绪论12-22
• 1.1 研究背景及意义12
• 1.2 人耳听觉特性及助听器的基本原理12-16
• 1.2.1 人耳听觉特性12-14
• 1.2.2 听力损伤和助听器14-16
• 1.3 国内外助听器的研究现状16-18
• 1.3.1 助听器技术发展16-17
• 1.3.2 国外助听器技术研究现状17-18
• 1.3.3 国内助听器技术现状18
• 1.4 本文研究的主要内容及组织结构18-22
• 1.4.1 主要研究内容18-19
• 1.4.2 论文组织结构19-22
• 2 声音信号基础及助听器设计指标22-42
• 2.1 声音信号基础22-30
• 2.1.1 声音信号的基本特征23-25
• 2.1.2 声音信号的听觉感知特性25-27
• 2.1.3 听觉障碍的特性分析27-30
• 2.2 数字助听器的关键算法30-37
• 2.2.1 响度补偿算法30-34
• 2.2.2 移频压缩算法34-36
• 2.2.3 啸叫抑制算法36-37
• 2.3 助听器设计指标37-40
• 2.3.1 助听器测试标准37-39
• 2.3.2 助听器的主要性能指标39-40
• 2.4 本章小结40-42
• 3 响度补偿算法的硬件设计42-54
• 3.1 算法基本原理42-44
• 3.1.1 多通道分析、综合滤波器组42-44
• 3.1.2 声压级及增益处理44
• 3.2 基于MATLAB的方案验证44-48
• 3.3 算法的硬件实现48-50
• 3.3.1 通道滤波器组的设计48-49
• 3.3.2 其它模块设计与综合49-50
• 3.4 基于ModelSim的算法仿真50-53
• 3.5 本章小结53-54
• 4 啸叫抑制算法的硬件设计54-68
• 4.1 算法基本原理54-56
• 4.2 基于MATLAB的方案验证56-58
• 4.2.1 反馈啸叫的产生56
• 4.2.2 反馈啸叫的抑制56-58
• 4.3 算法的硬件实现58-63
• 4.3.1 FFT模块设计58-62
• 4.3.2 其它模块设计62
• 4.3.3 顶层模块设计与综合62-63
• 4.4 算法的ModelSim与MATLAB联合仿真63-66
• 4.4.1 Link for ModelSim介绍63-64
• 4.4.2 ModelSim与MATLAB联合仿真64-66
• 4.5 本章小结66-68
• 5 数字助听器的系统实现及测试68-74
• 5.1 系统测试的硬件平台68-70
• 5.2 基于FPGA的系统设计70-71
• 5.3 板级系统测试71-73
• 5.3.1 响度补偿功能测试71-73
• 5.3.2 啸叫抑制功能测试73
• 5.4 本章小结73-74
• 6 总结与展望74-76
• 6.1 论文工作总结74
• 6.2 未来工作展望74-76
• 参考文献76-80
• 附录A80-84
• 作者简历84-88
• 学位论文数据集88

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 何艳辉;梁维谦;董保帅;张浩;;基于频域的数字助听器中的啸叫检测与抑制[J];电声技术;2012年08期

2 Northern JL;Curran JR;;助听器听力学及高级助听器技术[J];国外医学.耳鼻咽喉科学分册;1987年04期

3 沈燕飞;全数字助听器的测量[J];中国听力语言康复科学杂志;2004年04期

4 陈振声;引起耳聋的原因有哪些?[J];中国听力语言康复科学杂志;2004年06期

5 ;发展中国家助听器及其服务指南(第二版,2004.9.)[J];听力学及言语疾病杂志;2005年01期

6 高杰;张辉;胡广书;;Real-Time Implementation of an Efficient Speech Enhancement Algorithm for Digital Hearing Aids[J];Tsinghua Science and Technology;2006年04期

7 王青云;赵力;乔杰;邹采荣;;符合人耳听觉特征的数字助听器子带响度补偿[J];应用科学学报;2008年06期

  本文关键词：数字助听器的集成电路前端设计，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：323178