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皮肤听声技术的原理是将声音信号转换成电流信号,聋哑人通过皮肤对电流的感应来达到“听声”的目的,它解决了耳聋患者的听声问题,是一门新兴的跨学科的信息技术。目前,变压式皮肤听声器已经实现,它不需要通过任何手术,就能够使耳聋患者获得对外界声音的感知与简单分辨。但由于模拟电路的变压式皮肤听声器体积大,通道单一,分辨语音的能力差。为使耳聋患者获得更清晰的语音信息,皮肤听声器必须进行新一代数字化的开发研究,旨在通过新技术来实现数字式皮肤听声器的语音辨析功能。
本文介绍了助听器与电子耳蜗的相关知识,分析了变压式皮肤听声器的运行原理和不足之处,结合汉语语音特点及语音信号处理方面的相关知识,提出了将多通道带通滤波技术应用于皮肤听声器中,实现皮肤听声器语音辨析的功能。本课题采用在信号处理方面应用比较成熟的DSP技术,对整个系统从硬件系统设计、软件系统设计两个部分着手进行改进和技术创新。
皮肤听声器外部结构包括三大部分:音频信号输入部分,CPU处理单元部分,输出至多通道电极部分。根据数字式皮肤听声器的功能需求分析,设计出了基于DSP的软、硬件平台。具体设计硬件平台CPU采用的是TI公司的32位浮点DSP TMS320C6727芯片来设计,工作主频最高达300MHz,外扩16M×16bit FLASH存储器,8M×32bit SDRAM存储器。整个硬件框架由两部分组成:核心电路及扩展接口电路。要实现的功能模块有音频信号的A/D转换及D/A转换模块、UART模块、USB模块、JTAG模块及电源模块等。
在软件平台中,实现了各个硬件模块的初始化、语音信号实时播放以及多通道带通滤波技术。多通道带通滤波就是将输入的语音信号,通过一组不同中心频率的带通滤波,输出到对应的平面电极上。其中每一个通道可以看作是一个独立的“能量”传感器,这样电极片也就有了不同位置的刺激感应,通过辨认刺激感来辨析语音信号,皮肤听声器就实现了语音辨析的能力。
本系统实现了开发设计的基本要求,为数字式皮肤听声器的进一步发展做了重要工作。本文创新点在于将DSP技术应用到传统的变压式皮肤听声器中,将多通道数字带通滤波技术同语音信号处理理论相结合,实现数字式皮肤听声器的语音辨析功能。