CN104952457A - 一种用于数字助听和语音增强处理的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于数字助听和语音增强的装置和方法，该装置包括：配置控制模块，用于根据芯片的配置模式获取芯片的工作模式及算法参数；语音算法硬件处理模块，用于按照芯片的工作模式及算法参数处理输入的语音信号；其中，当配置模式为被动接收时，芯片工作模式为数字助听，算法参数是数字助听的算法参数，语音算法硬件处理模块按数字助听的算法参数处理第一语音信号；当配置模式为主动读取时，芯片工作模式为语音增强，算法参数为语音增强的算法参数，语音算法硬件处理模块按语音增强的算法参数处理第二语音信号。能够通过同一装置对不同的语音信号进行相应处理，简化了结构，减小了装置体积，各模块在空闲时处于低功耗状态，便于降低功耗。

Description

一种用于数字助听和语音增强处理的装置和方法

技术领域

本发明涉及语音处理领域，特别是涉及一种用于数字助听和语音增强处理的装置和方法。

背景技术

数字助听和语音增强都是针对语音信号进行处理。数字助听器对进入耳朵的各个频段的语音信号进行处理，以得到优化的语音信号；语音增强处理通常应用在双工语音通信领域，如双工对讲设备和电话会议设备等。

现有的语音信号处理的实现有2种方式，一种是使用加载语音处理算法软件的数字信号处理器，另一种是针对语音增强或数字助听具体设计专用集成芯片。然而数字信号处理器具有体积大、功耗高、外围连接部件多的缺点；专用集成芯片仅能够实现数字助听或语音增强中的一种，无通用性。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种用于数字助听和语音增强处理的装置和方法，能够依据语音信号的不同来源进行数字助听及语音增强的处理，达到相应的效果，同时可以降低功耗，减少占用空间。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种用于数字助听和语音增强处理的装置，连接一至少用于控制装置工作的芯片，该用于数字助听和语音增强的装置包括：配置控制模块，用于根据芯片的配置模式获取芯片的工作模式及算法参数，配置模式包括被动接收和主动读取，芯片的工作模式包括数字助听和语音增强，算法参数包括芯片的工作模式为数字助听和语音增强时的算法参数；语音算法硬件处理模块，用于按照芯片的工作模式及算法参数处理输入的语音信号，输入的语音信号包括第一语音信号和第二语音信号；当配置模式为被动接收时，芯片工作模式为数字助听，语音算法硬件处理模块按数字助听的算法参数处理第一语音信号；当配置模式为主动读取时，芯片工作模式为语音增强，语音算法硬件处理模块按语音增强的算法参数处理第二语音信号。

其中，配置控制模块包括配置模式控制单元、通信接口单元和外部存储器控制接口单元；配置模式控制单元用于控制芯片选择配置模式；通信接口单元用于在配置模式为被动接收时，接收从与装置连接的另一装置传输的芯片的工作模式及算法参数；外部存储器控制接口单元用于在配置模式为主动读取时，从与芯片连接的外部存储器读取芯片的工作模式及算法参数。

其中，通信接口单元通过通信协议接收上位装置传输的芯片工作模式及算法参数，通信协议是I2C、UART、以太网和USB协议中的一种。

其中，语音算法硬件处理模块包括依序连接的输入选择单元、滤波单元、声学回音抵消单元、噪声消除单元、宽动态范围压缩单元、移频单元、自动增益控制单元和输出滤波单元。

其中，当芯片工作模式为语音增强时，语音算法硬件处理模块处理第二语音信号，第二语音信号不通过宽动态范围压缩单元和移频单元。

其中，在配置控制模块工作时，语音算法硬件处理模块设置为低功耗状态；在语音算法硬件处理模块工作时，配置控制模块设置为低功耗状态。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种用于数字助听和语音增强的方法，用于一包括语音算法硬件处理器和配置模式控制器的装置，装置连接一至少用于控制装置工作的芯片，其特征在于，方法步骤包括：将语音算法硬件处理器设置为第一状态，以及将配置模式控制器设置为第二状态；配置模式控制器读取并依据芯片的配置模式获取芯片的工作模式和算法参数；切换配置模式控制器和语音算法硬件处理器的输入时钟的状态；语音算法硬件处理器按照芯片的工作模式及算法参数处理输入的语音信号；芯片的配置模式包括被动接收和主动读取；芯片工作模式包括数字助听和语音增强，算法参数包括芯片工作模式为数字助听或语音增强时的算法参数；输入的语音信号包括第一语音信号和第二语音信号。

其中，第一状态为输入时钟关断状态，第二状态为输入时钟开启状态，且在配置模式控制器读取并依据芯片的配置模式获取芯片的工作模式和算法参数的步骤中，选择芯片的配置模式，在配置模式为被动接收时，接收从与芯片连接的装置传输的芯片工作模式及算法参数；在配置模式为主动读取时，从与芯片连接的外部存储器读取芯片工作模式及算法参数。

其中，在语音算法硬件处理器按照芯片的工作模式及算法参数处理输入的语音信号的步骤中，当配置模式为被动接收时，芯片工作模式为数字助听，语音算法硬件处理器按数字助听的算法参数处理语音信号；当配置模式为主动读取时，芯片工作模式为语音增强，语音算法硬件处理器按语音增强的算法参数处理语音信号。

其中，语音算法硬件处理器按照芯片的工作模式及算法参数处理输入的语音信号的步骤中，若芯片工作模式为语音增强时，语音算法硬件处理器对输入的语音信号不进行宽动态范围压缩操作和移频操作。

区别于现有技术，本发明的用于数字助听和语音增强处理的装置根据控制装置工作的芯片的配置模式选择芯片的工作模式及算法参数，并对相应的语音信号进行处理，通过同一装置实现语音增强和数字助听，降低功耗，且减小装置的体积。

附图说明

图1是本发明提供的一种用于数字助听和语音增强的装置第一实施方式的结构示意图；

图2是本发明提供的一种用于数字助听和语音增强的装置第二实施方式的结构示意图；

图3是本发明提供的一种用于数字助听和语音增强的装置第二实施方式语音算法硬件处理模块的工作示意图；

图4是本发明提供的一种用于数字助听和语音增强处理的方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步更详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

通常情况下，接收到的语音信号中含有不同程度的噪声，混杂在原始的语音信号中，使原始语音信号难以辨识。而语音增强的目的就是为从含噪语音中去除噪声，提取尽可能纯净的原始语音信号。如果语音信号是用于向他人传播信息时，需要对该语音信号进行优化和增强，使该语音信号完整、清晰的被接收，使听者乐于接受，不感觉疲劳。

参阅图1，图1是本发明一种用于数字助听和语音增强的装置100第一实施方式的结构示意图。该装置100连接一芯片101，芯片101至少用于控制装置100工作。芯片101连接装置100，芯片101设定的配置模式包括被动接收和主动读取。

装置100包括配置控制模块110和语音算法硬件处理模块120。配置控制模块110根据芯片101的配置模式获取芯片101的工作模式及算法参数。当芯片101的配置模式为被动接收时，芯片101控制装置100进行数字助听操作；当芯片101的配置模式为主动读取时，芯片101控制装置100进行语音增强操作。即通过芯片101的配置模式选择芯片101的工作模式。被动接收是指接收从与装置100连接的另一装置(未标示)接收芯片101的工作模式及算法参数，此时芯片101工作模式为数字助听，得到的算法参数是数字助听的算法参数。主动读取是指从与装置100连接的存储部件(未标示)读取芯片101的工作模式及算法参数，此时芯片101的工作模式为语音增强，得到的算法参数是语音增强的算法参数。

语音算法硬件处理模块120在配置控制模块110得到芯片101的工作模式及算法参数后，根据工作模式和算法参数对输入装置100的语音信号进行处理。语音信号包括第一语音信号和第二语音信号。第一语音信号是与装置100连接的另一装置(图未示)实时获取的语音信号。在本实施方式中，与装置100连接的另一装置是上位通信装置111，第一语音信号是该上位通信装置111通过自身的语音获取单元实时获取的语音信号，如通话过程中对话的语音信号。第二语音信号是装置100从存储部件112得到的音频语音信号。第一语音信号因获取的环境嘈杂而附带噪声，为使通话对象清晰得到语音信号包含的信息，通常对第一语音信号进行数字助听处理；第二语音信号是音频文件，因在压缩存储过程中造成失真，通常需对第二语音信号进行语音增强处理。

芯片101工作模式为被动接收时语音算法硬件处理模块120从上位通信装置112获取第一语音信号，按照数字助听的算法参数对第一语音信号进行处理；芯片101工作模式为主动读取时语音算法硬件处理模块120从存储部件112获取第二语音信号，按照语音增强的算法参数对第而语音信号进行处理。

区别于现有技术，本发明的用于数字助听和语音增强处理的装置根据控制装置工作的芯片的配置模式选择芯片的工作模式及算法参数，并对相应的语音信号进行处理，通过同一装置实现语音增强和数字助听，降低功耗，且减小装置的体积。

参阅图2和图3，图2是本发明一种用于数字助听和语音增强的装置第二实施方式的结构示意图，图3是本发明一种用于数字助听和语音增强的装置第二实施方式语音算法硬件处理模块的工作示意图。装置200包括配置控制模块110和语音算法硬件处理模块120。

其中，配置控制模块210包括配置模式控制单元211、通信接口单元212和外部存储器控制接口单元213，通信接口单元212和外部存储器控制接口单元213均连接到配置模式控制单元211。

配置模式控制单元211用于控制芯片201选择配置模式，芯片201的配置模式包括被动接收和主动读取。当配置模式控制单元211选定配置模式为被动接收时，通信接口单元212接收从与装置200连接的上位通信装置214传输的芯片201的工作模式及算法参数，此时芯片201的工作模式是数字助听，接收到的算法参数是数字助听的算法参数；当配置模式控制单元211选定配置模式为主动读取时，外部存储器控制接口单元213从与外部存储器215读取芯片201的工作模式及书算法参数，此时芯片201的工作模式是语音增强，接收到的算法参数是语音增强的算法参数。

其中，通信接口单元212是通过通信协议和上位通信装置214连接以进行信号传输，通信协议是I2C、UART、以太网和USB协议中的一种。本发明中，通信接口单元212与上位通信装置214之间通过I2C协议传输信号。I2C是两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备，具有接口线少，控制方式简单，器件封装形式小，通信速率较高等优点。可快速完整的将数字助听工作模式及算法参数传输到装置200。

在获取到芯片201的工作模式及算法参数后，语音算法硬件处理模块220根据工作模式及算法参数，对相应的语音信号进行处理。语音算法硬件处理模块220具体包括依序连接的输入选择单元221、滤波单元222、声学回音抵消单元223、噪声消除单元224、宽动态范围压缩单元225、移频单元226、自动增益控制单元227和输出滤波单元228。

输入选择单元221根据芯片201工作模式选择语音信号的输入方式。语音信号包括第一语音信号和第二语音信号，第一语音信号是装置100通过I2C通信协议连接的上位通信装置214通过自身的语音获取单元实时获取的语音信号，如通话过程中对话的语音信号；第二语音信号是装置200通过外部存储器215传输得到的音频语音信号，如从网站上下载的音频文件。

当输入选择单元221输入第一语音信号进行处理时，芯片201工作模式是数字助听，算法参数是数字助听算法参数，并由配置控制模块210发送到语音算法硬件处理模块220。第一语音信号输入后，滤波单元222对第一语音信号进行插值滤波处理，声学回音抵消单元223对第一语音信号进行回音抵消处理，去除第一语音信号中的回音，得到较纯净的语音信号。噪声消除单元224根据语音和噪声特征，将第一语音信号中的噪声消除。宽动态范围压缩单元225根据数字助听配置需求，对第一语音信息进行压缩和补偿，使之符合人类听觉习惯。移频单元226根据数字助听配置需求，依据不同使用者的听力损伤程度，运用数字助听的算法及算法参数将高频段的语音信息，转移到到低频率段，并均匀分布在各个频点上，使之适用于不同使用者。数字助听的配置需求包括装置体积小、功耗低、可定制等特点。自动增益控制单元227将数字助听算法处理后输出的第一语音信号进行自动化的声强增益控制，以达到比较柔和的听觉效果。输出单元228将处理完成的第一语音信号输出。

当输入选择单元221输入第二语音信号进行处理时，芯片201工作模式是语音增强，算法参数是语音增强算法参数，并由配置控制模块210发送到语音算法硬件处理模块220。第二语音信号输入后，滤波单元222对第二语音信号进行插值滤波处理，声学回音抵消单元223对第二语音信号进行回音抵消处理，去除第二语音信号中的回音，得到较纯净的语音信号。噪声消除单元224根据语音和噪声特征，将第二语音信号中的噪声消除。宽动态范围压缩单元225和移频单元226只对第一语音信号进行处理，噪声消除单元224对第二语音信号处理完成后，直接将第二语音信号传输到自动增益控制单元227。自动增益控制单元227将数字助听算法处理后输出的第二语音信号进行自动化的声强增益控制，以达到比较柔和的听觉效果。输出单元228将处理完成的第二语音信号输出。

在本实施方式中，宽动态范围压缩单元225和移频单元226仅用于对第一语音信号进行处理，而不会处理第二语音信号。

进一步，本实施方式中，装置200在工作过程中，配置控制模块210和语音算法硬件处理模块220永远处于两种不同的状态：当配置控制模块210获取芯片201工作模式及算法参数时，语音算法硬件处理模块220处于低功耗的状态，而获取芯片201工作模式及算法参数后语音算法硬件处理模块220开始对语音信号进行处理，而配置控制模块210处于低功耗状态。

区别于现有技术，本发明的用于数字助听和语音增强处理的装置根据控制装置工作的芯片的配置模式选择芯片的工作模式及算法参数，并对相应的语音信号进行处理，通过同一芯片在同一装置实现数字助听和语音增强，降低功耗，通过同一装置对不同的语音信号进行相应处理，简化装置的结构，减小装置的体积。

参阅图4，图4是本发明用于数字助听和语音增强处理的方法的流程示意图。该方法至少需使用一用于数字助听和语音增强的处理器和一控制该处理器的芯片，该方法的步骤包括：

S301：将语音算法硬件处理器设置为第一状态，以及将配置模式控制器设置为第二状态。

在本发明中，第一状态是输入时钟关断的状态，是低功耗的状态；第二状态是输入时钟开启的状态，是正常工作的状态。语音算法硬件处理器在配置模式控制器工作时，处于第一状态，即低功耗的状态，可节省能源及自身损耗。配置模式控制器处于正常工作的第二状态。进入步骤S302。

S302：选择芯片的配置模式，在配置模式为被动接收时，配置模式控制器接收从与芯片连接的装置传输的芯片工作模式及算法参数；在配置模式为主动读取时，从与芯片连接的外部存储器读取芯片工作模式及算法参数。

配置模式控制器获取芯片的配置模式，配置模式包括被动接收和主动读取。在本发明中，与进行数字助听和语音增强的处理器(下称处理器)连接的上位装置为通信装置。当配置模式控制器选定配置模式为被动接收时，接收从通信装置传输的芯片的工作模式及算法参数，此时芯片的工作模式是数字助听，接收到的算法参数是数字助听的算法参数；当配置模式控制器选定配置模式为主动读取时，从与处理器连接的外部存储器(图未示)读取芯片的工作模式及书算法参数，此时芯片的工作模式是语音增强，接收到的算法参数是语音增强的算法参数。获取工作模式和算法参数后进入步骤S303。

S303：切换配置模式控制器和语音算法硬件处理器的输入时钟的状态。

获取工作模式和算法参数后，配置模式控制器将工作模式和算法参数传输到语音算法硬件处理器。本次处理过程中配置模式控制器的任务完成，语音算法硬件处理器开始工作。故将配置模式控制器设置为第一状态，以降低处理器的功耗，将语音算法硬件处理器设置为第二状态，以对语音信号进行处理。进入步骤S304。

S304：语音算法硬件处理器按照所芯片的工作模式及算法参数，当芯片工作模式为数字助听、算法参数是数字助听的算法参数时，语音算法硬件处理器按数字助听的算法参数处理语音信号；当芯片工作模式为语音增强，算法参数为语音增强的算法参数、语音算法硬件处理器按语音增强的算法参数处理语音信号。

语音算法硬件处理器的语音输入端根据芯片工作模式选择语音信号的输入方式。语音信号包括第一语音信号和第二语音信号，第一语音信号是处理器通过I2C通信协议连接的通信装置通过自身的语音获取单元实时获取的语音信号，如通话过程中对话的语音信号；第二语音信号是处理器通过外部存储器传输得到的音频语音信号，如从网站上下载的音频文件。

当输入端输入第一语音信号进行处理时，芯片工作模式是数字助听，算法参数是数字助听算法参数。第一语音信号输入后，语音算法硬件处理器首先对第一语音信号进行插值滤波处理；然后对第一语音信号进行回音抵消处理，去除第一语音信号中的回音，得到较纯净的语音信号；接着根据语音和噪声特征，将第一语音信号中的噪声消除；再接着根据数字助听配置需求，对第一语音信息进行压缩和补偿，使之符合人类听觉习惯；以及依据不同患者的听力损伤程度，运用数字助听的算法及算法参数将高频段的语音信息，转移到到低频率段，并均匀分布在各个频点上，使之适用于不同使用者，数字助听的配置需求包括装置体积小、功耗低、可定制等特点；最后将由数字助听算法处理后输出的第一语音信号进行自动化的声强增益控制，达到比较柔和的听觉效果后输出端将处理完成的第一语音信号输出。

当输入端输入第二语音信号进行处理时，芯片工作模式是语音增强，算法参数是语音增强算法参数。第二语音信号输入后，语音算法硬件处理器首先对第二语音信号进行插值滤波处理；然后对第二语音信号进行回音抵消处理，去除第二语音信号中的回音，得到较纯净的语音信号；接着根据语音和噪声特征，将第二语音信号中的噪声消除；最后将数字助听算法处理后输出的第二语音信号进行自动化的声强增益控制，达到比较柔和的听觉效果后将处理完成的第二语音信号由输出端输出。

区别于现有技术，本发明的用于数字助听和语音增强处理的方法根据控制装置工作的芯片的配置模式选择芯片的工作模式及算法参数，并对相应的语音信号进行处理，通过同一芯片在同一装置实现数字助听和语音增强，降低功耗，通过同一处理器对不同的语音信号进行相应处理，简化处理器的结构，减小处理器的体积。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于数字助听和语音增强的装置，连接一至少用于控制所述装置工作的芯片，其特征在于，所述用于数字助听和语音增强的装置包括：

配置控制模块，用于根据所述芯片的配置模式获取所述芯片的工作模式及算法参数，所述芯片的配置模式包括被动接收和主动读取，所述芯片的工作模式包括数字助听和语音增强，所述算法参数包括所述芯片的工作模式为数字助听和语音增强时的算法参数；

语音算法硬件处理模块，用于按照所述芯片的工作模式及算法参数处理输入的语音信号，所述输入的语音信号包括第一语音信号和第二语音信号；

其中，当所述配置模式为被动接收时，所述芯片工作模式为数字助听，所述语音算法硬件处理模块按所述数字助听的算法参数处理第一语音信号；当所述配置模式为主动读取时，所述芯片工作模式为语音增强，所述语音算法硬件处理模块按所述语音增强的算法参数处理第二语音信号。

2.根据权利要求1所述的用于数字助听和语音增强的装置，其特征在于，所述配置控制模块包括配置模式控制单元、通信接口单元和外部存储器控制接口单元；其中，所述配置模式控制单元用于控制所述芯片选择配置模式；所述通信接口单元用于在所述配置模式为被动接收时，接收从与所述装置连接的另一装置传输的所述芯片的工作模式及算法参数；所述外部存储器控制接口单元用于在所述配置模式为主动读取时，从与所述芯片连接的一外部存储器读取所述芯片的工作模式及算法参数。

3.根据权利要求2所述的用于数字助听和语音增强的装置，其特征在于，所述通信接口单元通过通信协议接收所述上位装置传输的所述芯片工作模式及算法参数，其中所述通信协议是I2C、UART、以太网和USB协议中的一种。

4.根据权利要求2所述的用于数字助听和语音增强的装置，其特征在于，所述语音算法硬件处理模块包括依序连接的输入选择单元、滤波单元、声学回音抵消单元、噪声消除单元、宽动态范围压缩单元、移频单元、自动增益控制单元和输出单元。

5.根据权利要求5所述的用于数字助听和语音增强的装置，其特征在于，当所述芯片工作模式为语音增强时，所述语音算法硬件处理模块处理所述第二语音信号，所述第二语音信号不通过所述宽动态范围压缩单元和所述移频单元。

6.根据权利要求1所述的用于数字助听和语音增强的装置，其特征在于，在所述配置控制模块工作时，所述语音算法硬件处理模块设置为低功耗状态；在所述语音算法硬件处理模块工作时，所述配置控制模块设置为低功耗状态。

7.一种用于数字助听和语音增强的方法，用于一包括语音算法硬件处理器和配置模式控制器的装置，所述装置连接一至少用于控制所述装置工作的芯片，其特征在于，所述方法步骤包括：

将语音算法硬件处理器设置为第一状态，以及将配置模式控制器设置为第二状态；

所述配置模式控制器读取并依据芯片的配置模式获取所述芯片的工作模式和算法参数；

切换所述配置模式控制器和所述语音算法硬件处理器的状态；

所述语音算法硬件处理器按照所述芯片的工作模式及算法参数处理输入的语音信号；

其中，所述芯片的配置模式包括被动接收和主动读取；所述芯片工作模式包括数字助听和语音增强，所述算法参数包括所述芯片工作模式为数字助听或语音增强时的算法参数；所述输入的语音信号包括第一语音信号和第二语音信号。

8.根据权利要求7所述的用于数字助听和语音增强的方法，其特征在于，所述第一状态为输入时钟关断状态，所述第二状态为输入时钟开启状态，且在所述配置模式控制器读取并依据芯片的配置模式获取所述芯片的工作模式和算法参数的步骤中，选择所述芯片的配置模式，在所述配置模式为被动接收时，接收从与所述芯片连接的装置传输的所述芯片工作模式及算法参数；在所述配置模式为主动读取时，从与所述芯片连接的外部存储器读取所述芯片工作模式及算法参数。

9.根据权利要求7所述的用于数字助听和语音增强的方法，其特征在于，在所述语音算法硬件处理器按照所述芯片的工作模式及算法参数处理输入的语音信号的步骤中，当所述配置模式为被动接收时，所述芯片工作模式为数字助听，所述语音算法硬件处理器按所述数字助听的算法参数处理语音信号；当所述配置模式为主动读取时，所述芯片工作模式为语音增强，所述语音算法硬件处理器按所述语音增强的算法参数处理语音信号。

10.根据权利要求9所述的用于数字助听和语音增强的方法，其特征在于，所述语音算法硬件处理器按照所述芯片的工作模式及算法参数处理输入的语音信号的步骤中，若所述芯片工作模式为语音增强时，所述语音算法硬件处理器对输入的语音信号不进行宽动态范围压缩操作和移频操作。