新型压电式人工中耳中的语音信号处理研究

摘要

随着社会的发展,听力损伤疾病患者日益增多,各种助听装置的研究与应用不断涌现。中耳植入式助听装置,即人工中耳,作为一种有效的助听手段成为当下研究的热点之一。目前国内外都有机构和企业对人工中耳的原理和应用进行研究和开发。但是相比于国外的研究水平和国外高端产品在国内市场占主体地位的现状,国内的研究还处在起步阶段,暂时还没有产品问世。鉴于这个原因,本项目致力于人工中耳的设计和研究,目的是希望能开发出一套高性价比,具有自主知识产权的植入式系统,为国内听力患者带来福音。人工中耳的基本原理是将声音信号转化为电信号,以此来驱动振子振动,进而将振动信号激励耳蜗内淋巴液流动,从而转变为听觉神经的电信号使患者感受到声音。人工中耳一般由这几个部分组成:麦克风,以获取外界声音;语音处理装置,将声音信号转换为电信号;振子,将电信号转换为振动信号等。本论文主要负责新型压电式人工中耳中的语音信号处理部分。首先建立了中耳的有限元模型,得到中耳的传递特性,并根据已有的人工中耳装置,设计了一款新型的压电式人工中耳。这两部分的完成使设计语音处理算法有了针对性。之后运用小波包分频的原理并结合了Bark频谱的相关理论,设计了一套信号处理算法。再利用Simulink建立模型,通过仿真,验证了算法的正确性和可行性。之后将整套算法移植到DSP上,运用CCS软件仿真实现。最后通过具体的实验,驱动压电振子振动,再次验证了算法是正确并可行的。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 助听装置国内外研究状况

1.2 中耳植入助听器一般原理与研究进展介绍

1.2.1 电磁式中耳植入装置的研究进展

1.2.2 压电式中耳植入装置的研究进展

1.2.3 部分植入式和全植入式装置

1.3 各类中耳植入装置的适用对象

1.4 人工中耳中的信号处理

1.5 课题的来源和目的

1.6 本文的主要章节安排

第二章 中耳传递特性

2.1 听觉的生理学基础

2.2 中耳有限元模型建立

2.2.1 材料属性

2.2.2 边界条件

2.3 中耳传递特性

2.3.1 镫骨底板位移频响曲线

2.3.2 鼓膜脐位移频响曲线

2.3.3 镫骨底板速度传递函数

2.4 新型人工中耳工作原理

2.5 本章小结

第三章 语音信号处理算法

3.1 语音信号分频

3.1.1 滤波器组分频方案

3.1.2 小波变换的分频方案

3.1.3 滤波器组分频方案和小波包变换方案的关系

3.1.4 小波（包）单支重构

3.2 信号分频及仿真验证

3.3 各频带处理算法

3.4 各频带处理算法仿真结果与分析

3.5 本章小结

第四章 语音信号降噪

4.1 常用的几种降噪方法

4.2 含噪语音信号数学模型

4.3 几种小波降噪方法

4.3.1 小波变换模极大值降噪

4.3.2 小波系数尺度相关降噪法

4.3.3 小波阈值降噪

4.4 实验结果及其分析

4.4.1 选择阈值和阈值函数

4.4.2 对加噪语音信号降噪仿真

4.5 本章小结

第五章 DSP 算法实现

5.1 DSP 简介

5.2 SEED-DEC5502 音频处理的CODEC 模块

5.2.1 TLV320AIC238 音频芯片

5.2.2 SEED-DEC5502 的McBSP

5.2.3 SEED-DEC5502 和TLV320AIC238 的接口设计

5.3 SEED-DEC5502 软件开发

5.3.1 软件开发流程

5.3.2 运用CCS 软件开发

5.4 CCS 算法仿真

5.4.1 实验设置

5.4.2 验证分频特性

5.4.3 验证各频段处理算法

5.4.4 验证降噪算法

5.5 本章小结

第六章 算法的实验验证

6.1 实验目的和试验设备简介

6.1.1 实验目的

6.1.2 实验设备实物介绍

6.2 实验结果及分析

6.2.1 实验一：输入白噪声信号

6.2.2 实验二：输入各个单频信号

6.2.3 结论

6.3 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 主要结论

7.2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文