CN112738701B - 助听器芯片用全数字pwm音频输出方法及助听器芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了助听器芯片用全数字PWM音频输出方法及助听器芯片，该方法将数字信号直接变换成PWM波形，具体为首先对数字信号在频域上进行变换，增加其频率；然后对变换后的信号进行处理，计算每次的累积误差，根据累积误差决定输出结果。本发明提出的方法，能够有效的提高双麦克风数字助听器输出的语音质量，且算法复杂度低，资源消耗较少，可以满足实时处理的需求，非常适合助听器的应用市场，具有很高的实用价值。

Description

助听器芯片用全数字PWM音频输出方法及助听器芯片
技术领域
本发明涉及助听器领域，具体涉及助听器芯片用全数字PWM音频输出方法及助听器芯片。
背景技术
随着全球人口老龄化的形式日趋严峻和社会环境的不断变化，听力障碍患者的人数正在不断快速地增加。由于现阶段医疗水平与医疗条件的限制，对于听力损失患者而言，佩戴数字助听器是目前最好的选择。
音频功率放大器，简称音频功放，顾名思义就是将声音放大的仪器，它是助听器中不可或缺的重要组成部分。随着数字信号处理技术的飞速发展，音频功放也从最初的单一的模拟功放发展到了模拟和数字功放并存的局面，两种功放各有各的优缺点。虽然目前音频功率放大器仍以模拟功放为主流产品，但是模拟功放经历了数十年的不断改进和完善，其技术已发展到了顶峰，很难再有突破性的进展，无法满足数字助听器发展的要求了。
发明内容：
本发明提出助听器芯片用全数字PWM音频输出方法，具有输出音质好、失真小、功耗低等优点。
本发明通过下述技术方案实现：
助听器芯片用全数字PWM音频输出方法，所述方法包括：
通过助听器的麦克风获取语音信号；
将所述语音信号进行模数转换，获得数字信号；
将所述数字信号在频域上进行放大变换，根据区间分割参数和调节参数对在频域上放大变换后的数字信号进行区间分割处理，得到增加频率后的数字信号；
将增加频率后的数字信号直接变换成PWM波形，根据预先设置的阈值得到误差函数，然后输出语音信号。
进一步的，将所述数字信号在频域上进行放大变换，根据区间分割参数和调节参数对在频域上放大变换后的数字信号进行区间分割处理，得到增加频率后的数字信号，包括：
对数字信号进行傅里叶变换，得到第一频域信号；
根据数字信号的原始序列长度、放大的倍数和放大处理后的序列长度，获得区间分割参数和调节参数；
根据所述区间分割参数和所述调节参数对所述第一频域信号进行区间分割变换，得到第二频域信号；
对所述第二频域信号进行傅里叶反变换，得到增加频率后的数字信号。
进一步的，根据数字信号的原始序列长度、放大的倍数和放大处理后的序列长度，获得区间分割参数和调节参数，包括：
所述区间分割参数η表示为：
Figure BDA0002887782990000021
所述调节参数β表示为：
Figure BDA0002887782990000022
其中，N为数字信号X1(n)的原始序列长度，L为放大的倍数，M为放大处理后的序列长度。
进一步的，根据所述区间分割参数和所述调节参数对所述第一频域信号进行区间分割变换，得到第二频域信号，包括：
所述第二频域信号Y2(t)表示为：
Figure BDA0002887782990000031
其中，Y1(t)为第一频域信号，N为数字信号的原始序列长度，L为放大的倍数，M为放大处理后的序列长度，η为区间分割参数，β为调节参数，t表示频点。
进一步的，将增加频率后的数字信号直接变换成PWM波形，根据预先设置的比较阈值得到误差函数，然后输出语音信号，包括：
设置比较阈值为增加频率后的数字信号X2(m)幅值的3倍，记为TR1；初始化误差参数e(1)＝e(2)＝0，得到误差函数：
e(m)＝(e(m-2)+0.5×e(m-1)+X2(m))-TR1
对于每个m，如果e(m)＞0，则输出1，否则输出0。
本发明还提供了一种助听器芯片，包括处理器，以及与所述处理器连接的存储器，所述存储器存储有助听器芯片用全数字PWM音频输出程序，所述助听器芯片用全数字PWM音频输出程序被所述处理器执行时实现上述的助听器芯片用全数字PWM音频输出方法的步骤。
本发明的有益效果是：
本发明提出助听器芯片用全数字PWM音频输出方法，将数字信号直接变换成PWM波形。首先对数字信号在频域上进行变换，增加其频率；然后对变换后的信号进行处理，计算每次的累积误差，根据累积误差决定输出结果。本专利提出的方法，能够有效的提高双麦克风数字助听器输出的语音质量，且算法复杂度低，资源消耗较少，可以满足实时处理的需求，非常适合助听器的应用市场，具有很高的实用价值。
附图说明：
图1为本专利所述助听器芯片用全数字PWM音频输出方法的算法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明优选的实施方式进行详细说明。
如图1所示，本发明提供了助听器芯片用全数字PWM音频输出方法，包括以下步骤：
步骤101、通过助听器的麦克风获取语音信号。
步骤102、将所述语音信号进行模数转换，获得数字信号。
步骤103、将所述数字信号在频域上进行放大变换，根据区间分割参数和调节参数对在频域上放大变换后的数字信号进行区间分割处理，得到增加频率后的数字信号。
具体的，设原始的数字信号序列为X1(n)，序列长度为N，频率为ω，将其频率增加倍数L，也即新频率为L×ω，记新的信号为X2(m)，则序列长度M＝L×N，具体步骤如下：
(1)对数字信号X1(n)，进行傅里叶变换，得到第一频域信号Y1(t)：
Figure BDA0002887782990000051
其中，t表示频点，t＝1,…,N；
(2)根据数字信号的原始序列长度、放大的倍数和放大处理后的序列长度，计算区间分割参数η：
Figure BDA0002887782990000052
(3)根据数字信号的原始序列长度、放大的倍数和放大处理后的序列长度，计算调节参数β：
Figure BDA0002887782990000053
(4)根据区间分割参数η和调节参数β对第一频域信号Y1(t)进行变换，得到第二频域信号Y2(t)：
Figure BDA0002887782990000054
(5)对第二频域信号Y2(t)进行傅里叶反变换，得到频率为L×ω的数字信号X2(m)。
步骤104、将增加频率后的数字信号X2(m)直接变换成PWM波形，根据预先设置的阈值得到误差函数，然后输出语音信号。
具体包括以下步骤：
(S1)设置比较阈值为信号X2(m)幅值的3倍，记为TR1；
(S2)初始化误差参数e(1)＝e(2)＝0，然后计算：
e(m)＝(e(m-2)+0.5×e(m-1)+X2(m))-TR1
(S3)对于每个m，如果e(m)＞0，则输出1，否则输出0；
(S4)为了防止误差累计，每次经过一定时间后，将当前两次误差参数重新设置为0，然后转入步骤(S2)计算下一次的误差参数。
本发明提出助听器芯片用全数字PWM音频输出方法，将数字信号直接变换成PWM波形。首先对数字信号在频域上进行变换，增加其频率；然后对变换后的信号进行处理，计算每次的累积误差，根据累积误差决定输出结果。本发明提出的方法，能够有效的提高双麦克风数字助听器输出的语音质量，且算法复杂度低，资源消耗较少，可以满足实时处理的需求，非常适合助听器的应用市场，具有很高的实用价值。
本发明还提供了一种助听器芯片，包括处理器，以及与所述处理器连接的存储器，所述存储器存储有助听器芯片用全数字PWM音频输出程序，所述助听器芯片用全数字PWM音频输出程序被所述处理器执行时实现上述的助听器芯片用全数字PWM音频输出方法的步骤。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.助听器芯片用全数字PWM音频输出方法，其特征在于，所述方法包括：
通过助听器的麦克风获取语音信号；
将所述语音信号进行模数转换，获得数字信号；
将所述数字信号在频域上进行放大变换，根据区间分割参数和调节参数对在频域上放大变换后的数字信号进行区间分割处理，得到增加频率后的数字信号；
将增加频率后的数字信号直接变换成PWM波形，根据预先设置的阈值得到误差函数，然后输出语音信号；
将所述数字信号在频域上进行放大变换，根据区间分割参数和调节参数对在频域上放大变换后的数字信号进行区间分割处理，得到增加频率后的数字信号，包括：
对数字信号进行傅里叶变换，得到第一频域信号；
根据数字信号的原始序列长度、放大的倍数和放大处理后的序列长度，获得区间分割参数和调节参数；
根据所述区间分割参数和所述调节参数对所述第一频域信号进行区间分割变换，得到第二频域信号；
对所述第二频域信号进行傅里叶反变换，得到增加频率后的数字信号；
根据数字信号的原始序列长度、放大的倍数和放大处理后的序列长度，获得区间分割参数和调节参数，包括：
所述区间分割参数η表示为：
Figure FDA0003371193860000011
所述调节参数β表示为：
Figure FDA0003371193860000012
其中，N为数字信号X1(n)的原始序列长度，L为放大的倍数，M为放大处理后的序列长度；
根据所述区间分割参数和所述调节参数对所述第一频域信号进行区间分割变换，得到第二频域信号，包括：
所述第二频域信号Y2(t)表示为：
Figure FDA0003371193860000021
其中，Y1(t)为第一频域信号，N为数字信号的原始序列长度，L为放大的倍数，M为放大处理后的序列长度，η为区间分割参数，β为调节参数，t表示频点。
2.根据权利要求1所述的助听器芯片用全数字PWM音频输出方法，其特征在于，将增加频率后的数字信号直接变换成PWM波形，根据预先设置的比较阈值得到误差函数，然后输出语音信号，包括：
设置比较阈值为增加频率后的数字信号X2(m)幅值的3倍，记为TR1；
初始化误差参数e(1)＝e(2)＝0，得到误差函数：
e(m)＝(e(m-2)+0.5×e(m-1)+X2(m))-TR1
对于每个m，如果e(m)＞0，则输出1，否则输出0。
3.一种助听器芯片，其特征在于，包括处理器，以及与所述处理器连接的存储器，所述存储器存储有助听器芯片用全数字PWM音频输出程序，所述助听器芯片用全数字PWM音频输出程序被所述处理器执行时实现如权利要求1或2所述的助听器芯片用全数字PWM音频输出方法的步骤。
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