專利名稱：基于手機平臺的陣列麥克風助聽器及其控制方法
技術領域：
發(fā)明涉及一種基于手機平臺的陣列麥克風助聽器及其控制方法，屬于數字助聽裝
置的技術領域。
背景技術：
數字式助聽器的組成如圖1所示，主要有傳聲器，前置放大器，抗混疊濾波器，A/D轉換器，數字濾波器，微處理器，D/A轉換器，抗鏡像濾波器和耳機構成。傳聲器是助聽器中的重要部件，其作用是拾取外界聲音信號并轉換為電信號。長期以來，傳聲器使用的都是單個、全向麥克風。這種傳聲器在助聽器使用過程中，只能夠全向采音，即拾取的聲音不集中于某個方向，而是對整個區(qū)域內的所有聲音一起拾取，包括不希望收到的噪聲源。但是在實際使用過程中，人們常常只對這些聲源中的某個或某幾個感興趣。為了解決這個問題，當今先進的數字助聽器系統(tǒng)采用了基于麥克風陣列的方向性技術。采用方向性技術后，數字助聽器的傳聲器可以將聲音的采集方向集中到使用者感興趣的某個或某幾個方向，如圖2所示。這類產品中比較有代表性的有美國斯坦福大學的Bernard Widrow教授發(fā)明的"項鏈"式數字助聽器，如圖3所示，以及荷蘭Varibel與Philips公司聯合開發(fā)的"眼鏡"式數字助聽器，如圖4所示。從上面的圖示中我們可以看出，這兩種數字助聽器由于采用了基于方向性技術的陣列傳聲器系統(tǒng)，因而它們的噪聲抑制能力得到了大幅度的提升。但是這兩種方向性數字助聽器系統(tǒng)分別有著各自的局限性"項鏈"式數字助聽器要求佩戴著在頸間攜帶一體積"巨大"的環(huán)形"項鏈"，由于"項鏈"內設置了陣列傳聲器和DSP處理系統(tǒng)，因此其體積不可能做的很?。?眼鏡"式數字助聽器體積較"項鏈"式更容易讓人接受，但是這種形式的助聽器要求佩戴者具備佩戴眼鏡的習慣，同時給"眼鏡"充電也是個讓佩戴者煩心的事

發(fā)明內容
本發(fā)明目的是針對現有技術存在的缺陷提供一種基于手機平臺的陣列麥克風助聽器及其控制方法。 本發(fā)明為實現上述目的，采用如下技術方案 本發(fā)明基于手機平臺的陣列麥克風助聽器，所述手機平臺包括手機本體、設置于手機本體內的DSP處理芯片以及由DSP處理芯片分別控制的電源模塊、輸出模塊和通信模塊，還包括SIM卡模塊和輸入模塊，其特征在于還包括微處理器、存儲模塊、陣列麥克風、藍牙發(fā)送模塊、外部接口和遠端模塊，其中遠端模塊由藍牙接收模塊串接耳機構成，陣列麥克風均布在手機本體兩側，陣列麥克風與DSP處理芯片相互通信，藍牙發(fā)送模塊、外部接口 、存儲模塊、輸入模塊、SIM卡模塊分別與微處理器相互通信，DSP處理芯片與微處理器相互通信，藍牙發(fā)送模塊于藍牙接收模塊無線通信。 基于手機平臺的陣列麥克風助聽器，所述手機平臺包括手機本體、設置于手機本體內的DSP處理芯片以及由DSP處理芯片分別控制的電源模塊、輸出模塊和通信模塊，還包
4括SIM卡模塊和輸入模塊，其特征在于還包括微處理器、存儲模塊、陣列麥克風、外部接口和遠端模塊，其中遠端模塊由接收天線依次串接無線接收機、耳機構成，陣列麥克風均布在
手機本體兩側，陣列麥克風與DSP處理芯片相互通信，外部接口、存儲模塊、輸入模塊、SM卡模塊分別與微處理器相互通信，DSP處理芯片與微處理器相互通信。 所述的基于手機平臺的陣列麥克風助聽器，其特征在于所述DSP處理芯片由A/D
轉換模塊依次串接濾波模塊、信號放大模塊以及信號強化模塊構成，其中A/D轉換模塊與
DSP處理芯片雙向通信，信號強化模塊的輸出端接藍牙發(fā)送模塊的輸入端。 所述的基于手機平臺的陣列麥克風助聽器，其特征在于手機本體上還設置自適應
陣列指向系統(tǒng)，所述自適應陣列指向系統(tǒng)串接與陣列麥克風與DSP處理芯片之間。 所述的基于手機平臺的陣列麥克風助聽器的控制方法，其特征在于所述方法如
下 陣列麥克風獲得具有指向性的聲音信號； 自適應陣列指向系統(tǒng)追蹤和分析陣列麥克風獲得的聲音信號中噪聲的噪聲源，并相應的調整陣列麥克風的方向性模式，將噪聲源始終排除在外； DSP處理芯片通過通信模塊與通信基站通信，并且將陣列麥克風獲得的聲音信號傳輸至微處理器； 微處理器將將陣列麥克風獲得的聲音信號依次經過濾波、放大以及強化后通過藍牙發(fā)送模塊發(fā)送至遠端模塊； 遠端模塊采用藍牙接收模塊接收藍牙發(fā)送模塊發(fā)出的聲音信號，并通過耳機播放聲音信號。 所述的基于手機平臺的陣列麥克風助聽器的控制方法，其特征在于所述方法如下 陣列麥克風獲得具有指向性的聲音信號； 自適應陣列指向系統(tǒng)追蹤和分析陣列麥克風獲得的聲音信號中噪聲的噪聲源，并相應的調整陣列麥克風的方向性模式，將噪聲源始終排除在外； DSP處理芯片通過通信模塊與通信基站通信，并且將陣列麥克風獲得的聲音信號傳輸至微處理器； 微處理器將將陣列麥克風獲得的聲音信號依次經過濾波、放大以及強化后通反饋至DSP處理芯片，DSP處理芯片依次通過通信模塊、接收天線、無線接收機后通過耳機播
放聲音信號。 本發(fā)明在手機上設置麥克風陣列，同時在手機平臺上實現數字助聽功能。手機兼具了無線通話和數字助聽的功能。手機一方面通過無線通信協議完成與基站之間的無線通信功能，另一方面將設置在手機上的麥克風拾取的信號經過A/D轉換、濾波、消噪、放大以及強化等處理通過無線接口送往無線耳機，從而完成數字助聽功能。 第二方面，在手機上設置了麥克風陣列以及實現自適應方向性消噪功能的處理系統(tǒng)。首先，手機尺寸足夠大，有足夠的物理空間供我們設置合適拓撲結構的麥克風陣列，這個麥克風陣列是我們實現方向性噪聲抑制的物理基礎；其次，我們在手機的信號處理平臺上設置自適應陣列指向系統(tǒng)，改系統(tǒng)能夠根據用戶所處的實際噪聲環(huán)境追蹤和分析噪聲源，并相應的調整陣列的方向性模式，將噪聲源始終排除在外。
第三方面，本發(fā)明設置了無線耳機，該無線耳機中的無線接收機通過無線信道接收來自于設置在手機上的無線發(fā)送機所發(fā)送的語音信號。因為所有的數字信號處理功能都在手機平臺上完成，所以無線耳機中的結構非常簡單，全部構成只包括無線接收機和耳機。因此，該無線耳機可以以較低的代價實現完全入耳式。 第四方面，助聽器的便捷操控一直是一個難以解決的問題。本發(fā)明的助聽器的核心DSP處理部件位于手機中，與助聽功能相關的信號處理系統(tǒng)都被設置在手機中，遠端無線耳機模塊僅完成接收無線語音信號的任務，因此所有的個性化配置和用戶控制工作都可以在手機上完成。又因為手機平臺自身就配置了豐富的人機接口，在手機上完成這些任務就容易多了。技術人員可以通過手機的數據接口完成對用戶的個性化配置服務，用戶可以通過鍵盤完成一般的簡單操控，例如音量控制和場景轉換。更進一步的，用戶也可以通過手機數據接口在個人電腦上通過專用用戶軟件完成對助聽器更為復雜的操控，例如軟件系統(tǒng)的升級和更新。


圖1是一個典型的數字助聽器組成框圖。 圖2是采用方向性麥克風技術后助聽器工作示意圖。 圖3是美國斯坦福大學的Bernard Widrow教授發(fā)明的"項鏈"式數字助聽器。 圖4是荷蘭Varibel與Philips公司聯合開發(fā)的"眼鏡"式數字助聽器。 圖5是本發(fā)明的基于手機平臺的陣列麥克風助聽器示意圖。 圖6是本發(fā)明的結構組成框圖。 圖7是微處理器原理圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對發(fā)明的技術方案進行詳細說明 圖5示出了基于手機平臺的陣列麥克風助聽器。所述手機1通過鍵盤2和顯示屏3完成操作。陣列麥克風4按照合適的拓撲結構被設置在手機兩側，完成對聲音信號的方向性拾取功能。經由陣列麥克風4拾取的聲音信號被送入手機中的DSP處理部件，DSP處理部件完成數字助聽器的核心處理功能方向性濾波，放大，增強等處理。經過處理的聲音信號被送入無線發(fā)送裝置5，通過發(fā)送天線6發(fā)送給無線通信基站。 遠端模塊8由藍牙接收模塊串接耳機11構成。接收天線9通過無線信道接收發(fā)送天線6送來的無線信號，該信號被送入無線接收機IO，經過處理后恢復成模擬語音信號。該模擬語音信號被送入耳機11，由耳機11轉換為聲波信號送入人耳。以上3個部件組成的無線接收模塊8達到入耳式的尺寸級別，從而使得該模塊可以實現入耳隱藏。
手機平臺上的鍵盤2和顯示屏3在用戶接聽電話時為用戶提供人機交互功能。當手機1實現數字助聽功能時，鍵盤2和顯示屏3又可以作為用戶操控數字助聽器的人機接口 ，為用戶提供諸如場景切換、增益控制等功能。 手機平臺上的數據接口 7可以作為用戶和技術人員對手機進行復雜操控和數據傳輸的接口。同時，在技術人員為用戶驗配助聽器時，該接口還可以作為技術人員調控助聽器指標的接口 。在用戶日常使用中，當用戶需要對助聽器進行復雜操控時，例如進行軟件升級和參數調整時，該數據接口也可作為用戶接口出現。 圖6給出了本發(fā)明的基于手機平臺的陣列麥克風助聽器的更為詳盡復雜的結構組成圖。DSP1和微處理器2是手機的核心控制處理部件，對無線呼叫和數字助聽的相關控制和處理都是由這兩個部件完成的。基于手機平臺的陣列麥克風助聽器，所述手機平臺包括手機本體1、設置于手機本體1內的DSP處理芯片以及由DSP處理芯片分別控制的電源模塊、輸出模塊和通信模塊5，還包括SIM卡模塊和輸入模塊，其特征在于還包括微處理器、存儲模塊、陣列麥克風4、藍牙發(fā)送模塊、外部接口 7和遠端模塊8，其中遠端模塊8由藍牙接收模塊串接耳機11構成，陣列麥克風4均布在手機本體1兩側，陣列麥克風4與DSP處理芯片相互通信，藍牙發(fā)送模塊、外部接口 7、存儲模塊、輸入模塊、SIM卡模塊分別與微處理器相互通信，DSP處理芯片與微處理器相互通信，藍牙發(fā)送模塊于藍牙接收模塊無線通信。
基于手機平臺的陣列麥克風助聽器，所述手機平臺包括手機本體1、設置于手機本體1內的DSP處理芯片以及由DSP處理芯片分別控制的電源模塊、輸出模塊和通信模塊5，還包括SIM卡模塊和輸入模塊，其特征在于還包括微處理器、存儲模塊、陣列麥克風4、外部接口 7和遠端模塊8，其中遠端模塊8由接收天線9依次串接無線接收機10、耳機11構成，陣列麥克風4均布在手機本體1兩側，陣列麥克風4與DSP處理芯片相互通信，外部接口 7、存儲模塊、輸入模塊、SIM卡模塊分別與微處理器相互通信，DSP處理芯片與微處理器相互通信。 所述的基于手機平臺的陣列麥克風助聽器，其特征在于所述DSP處理芯片由A/D轉換模塊依次串接濾波模塊、信號放大模塊以及信號強化模塊構成，其中A/D轉換模塊與DSP處理芯片雙向通信，信號強化模塊的輸出端接藍牙發(fā)送模塊的輸入端。
所述的基于手機平臺的陣列麥克風助聽器，其特征在于手機本體1上還設置自適應陣列指向系統(tǒng)，所述自適應陣列指向系統(tǒng)串接與陣列麥克風4與DSP處理芯片之間。
所述的基于由藍牙接收模塊串接耳機11構成的遠端模塊8的手機平臺的陣列麥克風助聽器的控制方法，其特征在于所述方法如下
陣列麥克風4 :獲得具有指向性的聲音信號； 自適應陣列指向系統(tǒng)追蹤和分析陣列麥克風4獲得的聲音信號中噪聲的噪聲源，并相應的調整陣列麥克風4的方向性模式，將噪聲源始終排除在外； DSP處理芯片通過通信模塊與通信基站通信，并且將陣列麥克風4獲得的聲音信號傳輸至微處理器； 微處理器將將陣列麥克風4獲得的聲音信號依次經過濾波、放大以及強化后通過藍牙發(fā)送模塊發(fā)送至遠端模塊8 ; 遠端模塊8 :采用藍牙接收模塊接收藍牙發(fā)送模塊發(fā)出的聲音信號，并通過耳機ll播放聲音信號。 所述的基于由接收天線9依次串接無線接收機10、耳機11構成的遠端模塊8的手機平臺的陣列麥克風助聽器的控制方法，其特征在于所述方法如下
陣列麥克風4 :獲得具有指向性的聲音信號； 自適應陣列指向系統(tǒng)追蹤和分析陣列麥克風4獲得的聲音信號中噪聲的噪聲源，并相應的調整陣列麥克風4的方向性模式，將噪聲源始終排除在外； DSP處理芯片通過通信模塊與通信基站通信，并且將陣列麥克風4獲得的聲音信
7號傳輸至微處理器； 微處理器將將陣列麥克風4獲得的聲音信號依次經過濾波、放大以及強化后通反饋至DSP處理芯片，DSP處理芯片依次通過通信模塊、接收天線9、無線接收機10后通過耳機ll播放聲音信號。 通信模塊5由基帶，射頻和無線收發(fā)天線3個部分組成，手機與基站聯絡的無線信號都是經由該通信模塊5收發(fā)。存儲模塊4由閃存和SRAM兩部分組成，存儲模塊中除了存有無線通信所必須的數據和指令外，與數字助聽功能相關的絕大部分程序和數據也存儲在這里，這種配置可以非常方便用戶對助聽軟件進行管理和升級。SIM卡模塊由卡管理和SIM卡兩部分組成，該模塊主要功能是存儲用戶的身份信息和相關數據，為用戶合法的接入移動通信網提供鑒權。輸入模塊包括了鍵盤和觸摸屏，這兩個部分可以為用戶提供靈活的輸入界面。該輸入模塊承擔的任務包括兩項1)用戶進行無線呼叫和接聽時，為用戶提供人機交互界面；2)當用戶需要對數字助聽器的相關功能(例如增益控制、場景切換等)進行操控的時候，輸入模塊為用戶提供了一個便捷的操控界面。外部接口 7主要由數據接口構成，該數據接口也主要承擔3項任務1)用戶需要對存儲器中的個人數據更新時，可以通過該接口實現；2)技術人員為用戶驗配助聽器時，該接口可以作為技術人員的操控接口 ，對助聽器的相關參數調整；3)用戶可以通過該數據接口自主完成助聽軟件的升級操作。電源模塊8由電源管理和電池兩個部分組成，該模塊主要承擔為手機平臺的各個子系統(tǒng)供電的任務，該模塊要能夠根據各個子系統(tǒng)的需求合理的分配電量。輸出模塊由聲音模塊和LCD 3兩部分組成，該模塊承擔著為用戶提供聲音信息和視覺信息的功能。需要說明的是這里的聲音信息主要是指與無線呼叫有關的聲音信息，而且在用戶開啟助聽功能時，這里的聲音信息全部被送往遠端無線耳機，該模塊的聲音輸出被關閉。麥克風陣列模塊4為助聽器提供一組陣列麥克風，該組麥克風為實現方向性濾波提供一組陣列語音信號，在該模塊和DSP模塊中的自適應方向性濾波算法的共同作用下，濾波器可以實現對目標語音信號的自動追蹤和分析，形成方向性波束，從而實現提升信噪比的目標。藍牙發(fā)送模塊將DSP模塊將麥克風陣列模塊4送來的陣列語音信號進行數字助聽處理(包括方向性濾波，頻率補償，增強放大等處理)，處理之后的語音信號被送往藍牙模塊，藍牙發(fā)送模塊通過藍牙鏈路將該語音信號送往遠端模塊8。遠端模塊8由藍牙接收模塊和耳機組成，該模塊接受來自藍牙發(fā)送模塊的信號并將其轉化為人耳可以接收的聲波。整個遠端模塊8的尺寸被設計為入耳級，可以完全放入用戶的耳道內。
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權利要求
一種基于手機平臺的陣列麥克風助聽器，所述手機平臺包括手機本體(1)、設置于手機本體(1)內的DSP處理芯片以及由DSP處理芯片分別控制的電源模塊、輸出模塊和通信模塊(5)，還包括SIM卡模塊和輸入模塊，其特征在于還包括微處理器、存儲模塊、陣列麥克風(4)、藍牙發(fā)送模塊、外部接口(7)和遠端模塊(8)，其中遠端模塊(8)由藍牙接收模塊串接耳機(11)構成，陣列麥克風(4)均布在手機本體(1)兩側，陣列麥克風(4)與DSP處理芯片相互通信，藍牙發(fā)送模塊、外部接口(7)、存儲模塊、輸入模塊、SIM卡模塊分別與微處理器相互通信，DSP處理芯片與微處理器相互通信，藍牙發(fā)送模塊于藍牙接收模塊無線通信。
2. —種基于手機平臺的陣列麥克風助聽器，所述手機平臺包括手機本體(1)、設置于手機本體(1)內的DSP處理芯片以及由DSP處理芯片分別控制的電源模塊、輸出模塊和通信模塊(5)，還包括SIM卡模塊和輸入模塊，其特征在于還包括微處理器、存儲模塊、陣列麥克風(4)、外部接口 (7)和遠端模塊(8)，其中遠端模塊(8)由接收天線(9)依次串接無線接收機(10)、耳機(11)構成，陣列麥克風(4)均布在手機本體(1)兩側，陣列麥克風(4)與DSP處理芯片相互通信，外部接口 (7)、存儲模塊、輸入模塊、SIM卡模塊分別與微處理器相互通信，DSP處理芯片與微處理器相互通信。
3. 根據權利要求1或2所述的基于手機平臺的陣列麥克風助聽器，其特征在于所述DSP處理芯片由A/D轉換模塊依次串接濾波模塊、信號放大模塊以及信號強化模塊構成，其中A/D轉換模塊與DSP處理芯片雙向通信，信號強化模塊的輸出端接藍牙發(fā)送模塊的輸入丄山順。
4. 根據權利要求1或2所述的基于手機平臺的陣列麥克風助聽器，其特征在于手機本體(1)上還設置自適應陣列指向系統(tǒng)，所述自適應陣列指向系統(tǒng)串接與陣列麥克風(4)與DSP處理芯片之間。
5. —種如權利要求1所述的基于手機平臺的陣列麥克風助聽器的控制方法，其特征在于所述方法如下陣列麥克風(4):獲得具有指向性的聲音信號；自適應陣列指向系統(tǒng)追蹤和分析陣列麥克風(4)獲得的聲音信號中噪聲的噪聲源，并相應的調整陣列麥克風(4)的方向性模式，將噪聲源始終排除在外；DSP處理芯片通過通信模塊與通信基站通信，并且將陣列麥克風(4)獲得的聲音信號傳輸至微處理器；微處理器將陣列麥克風(4)獲得的聲音信號依次經過濾波、放大以及強化后通過藍牙發(fā)送模塊發(fā)送至遠端模塊(8);遠端模塊(8):采用藍牙接收模塊接收藍牙發(fā)送模塊發(fā)出的聲音信號，并通過耳機(11)播放聲音信號。
6. —種如權利要求2所述的基于手機平臺的陣列麥克風助聽器的控制方法，其特征在于所述方法如下陣列麥克風(4):獲得具有指向性的聲音信號；自適應陣列指向系統(tǒng)追蹤和分析陣列麥克風(4)獲得的聲音信號中噪聲的噪聲源，并相應的調整陣列麥克風(4)的方向性模式，將噪聲源始終排除在外；DSP處理芯片通過通信模塊與通信基站通信，并且將陣列麥克風(4)獲得的聲音信號傳輸至微處理器；微處理器將陣列麥克風(4)獲得的聲音信號依次經過濾波、放大以及強化后通反饋至DSP處理芯片，DSP處理芯片依次通過通信模塊、接收天線(9)、無線接收機(10)后通過耳機(11)播放聲音信號。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種基于手機平臺的陣列麥克風助聽器及其控制方法，所述手機平臺包括手機本體、設置于手機本體內的DSP處理芯片以及由DSP處理芯片分別控制的電源模塊、輸出模塊和通信模塊，還包括SIM卡模塊和輸入模塊、微處理器、存儲模塊、陣列麥克風、藍牙發(fā)送模塊、外部接口和遠端模塊。本發(fā)明方法利用麥克風陣列采集到的聲音信號經過手機平臺內的DSP的處理后獲得較高信噪比和言語可懂度的聲音信號，這些聲音信號通過無線傳輸的方式送入使用者佩戴在耳內的無線耳機。本發(fā)明經濟性較高、用戶易操控以及不易受干擾。
文檔編號H04R25/00GK101778330SQ20091026414
公開日2010年7月14日 申請日期2009年12月30日 優(yōu)先權日2009年12月30日
發(fā)明者喬杰, 李致金 申請人:南京信息工程大學