论文摘要
听觉是人们获取外界信息,与外界进行交流的主要途径,然而听觉障碍是所有残疾中最为普遍的。深度耳聋患者无法借助助听器恢复听觉,但人工电子耳蜗是恢复深度耳聋患者听觉的一种有效的医疗仪器。其基本原理是:提取语音信号中重要的语音信息并对其进行语音编码,用微弱电流脉冲直接兴奋聋人耳蜗内的听神经,使聋人恢复听觉。本文以DSP技术和语音信号处理理论为基础,对人工电子耳蜗的语音信号处理进行了系统研究,并设计了基于DSP的人工电子耳蜗言语处理器的软硬件系统。主要完成的工作有以下几个方面:在语音处理方面,以听觉系统、听觉机理、言语编码等知识为基础,选择SPEAK方案作为本设计语音信号处理的实现方案,同时提出了一种改进的基于短时傅立叶变换（STFT）的语音处理方案。该方案可以大大提高信号处理速度,同时能够根据耳聋患者毛细胞和神经残留数量的不同对语音通道进行灵活的划分,克服了SPEAK方案不够灵活的缺陷。在硬件设计方面,采用了体积小、功耗低的DSP芯片作为语音信号处理器,克服了传统专用集成电路（ASIC）设计与改进复杂、应用量小时成本高的缺点。利用DSP的可编程性,可根据不同病人的情况采用不同的语音信号处理方案,而不用改变硬件电路结构,大大减少了开发成本和周期。在软件设计方面,为了提高系统的实时性与稳定性并降低软件设计的难度,在言语处理器中移植了嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ,并根据所选择的语音处理方案进行了多任务的程序设计,进而利用μC/OS-Ⅱ对各个任务进行统一的管理与调度,充分弥补了DSP作为控制的不足。经测试,该系统可以完成语音信号的采集、重要语音信息的提取以及编码发送等工作。本课题的研究将为国内自主研发一种性价比高的人工电子耳蜗提供一些借鉴,以造福国内耳聋患者。
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摘要ABSTRACT第1章 绪论1.1 课题背景和意义1.2 人工电子耳蜗原理及组成1.3 国内外研究现状1.4 本文的主要工作第2章 人工电子耳蜗语音信号处理方案2.1 语音信号处理的基础知识2.2 电子耳蜗语音处理方案2.2.1 基于特征提取的语音处理方案2.2.2 基于滤波器组的语音处理方案2.3 本设计所采用的方案2.3.1 语音信息的预加重处理2.3.2 带通滤波器组的设计2.3.3 语音信号的包络检测2.4 基于短时傅立叶变换的语音处理改进方案2.4.1 短时傅立叶变换2.4.2 短时傅立叶变换在电子耳蜗语音处理技术中的应用2.5 本章小结第3章 人工电子耳蜗言语处理器的硬件设计3.1 Blackfin ADSP-BF533芯片简介3.2 言语处理器的硬件系统结构3.3 言语处理器最小系统设计3.3.1 BF533芯片与SDRAM存储器的接口设计3.3.2 BF533芯片与FLASH存储器的接口设计3.3.3 BF533芯片与A/D转换器的接口设计3.4 前置放大滤波电路设计3.5 射频发射电路及其它功能电路设计3.6 本章小结第4章 μC/OS-Ⅱ在言语处理器上的移植4.1 嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ简介4.2 嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ移植CPU.H的修改'>4.2.1 OSCPU.H的修改CPUA.ASM的修改'>4.2.2 OSCPUA.ASM的修改CPUC.C的修改'>4.2.3 OSCPUC.C的修改4.3 μC/OS-Ⅱ任务的创建及任务的同步与通信4.4 本章小结第5章 基于STFT语音处理改进方案的软件设计5.1 集成软件开发环境VisualDSP++简介5.1.1 开发工具概述5.1.2 集成开发和调试环境IDDE5.2 基于STFT语音处理方案的软件设计5.2.1 初始化模块5.2.2 MainTask和FlagTest模块5.2.3 ReadTask和DataProcess模块5.3 帧编码5.4 DSP扩展精度运算5.5 本章小结第6章 人工电子耳蜗语音合成与系统性能测试6.1 人工电子耳蜗语音合成6.2 计算机语音合成仿真及讨论6.3 人工电子耳蜗系统性能测试与分析6.4 本章小结结论参考文献攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果致谢
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