基于模块复用的语音处理方法的硬件设计方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种基于模块复用的语音处理方法，其中，语音处理方法包括多个处理过程，其特征在于，包括：由多个复用模块将多个处理过程中的多个共性运算步骤集成为多个复用运算；由多个处理模块分别执行多个处理过程中的多个非共性运算步骤；由参数设置单元设置用于多个处理过程的多个参数；以及将多个复用模块、多个处理模块、参数设置单元以及用于控制多个复用模块和多个处理模块的启用的控制模块进行整合，得到集成后的硬件系统。本发明采用了模块复用的设计方法，可以提高方法系统集成度，减少电路面积和资源消耗，降低功耗。
【专利说明】基于模块复用的语音处理方法的硬件设计方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子【技术领域】，并且特别涉及一种基于模块复用的语音处理方法的硬件设计方法及系统。
【背景技术】
[0002]在当今社会，随着语音处理技术的不断发展，语音处理方法的种类和复杂度都有了极大的提高。集成在语音处理设备(例如，助听器、耳机、音响等)中的语音处理芯片也更加复杂。在语音处理芯片中通常集成多种语音处理方法来优化声音信号，用以实现更高质量的语音处理效果。因此，在芯片硬件电路设计中，如何统筹规划多种语音处理方法，进而以最优的面积和功耗实现方法的硬件化将是一个非常重要的任务。这要求设计者能够综合各种语音处理方法自身的特点，对其进行结构优化整合，使整个语音处理方法电路能够高效、快速地运转，从而提升芯片的集成度，减少生产成本。
[0003]目前，常用的语音处理方法有宽动态范围压缩处理过程(WDRC)和自动增益调节处理过程(AGC)等。
[0004]听力动态范围是指人耳对某一种频率的声音或某类声音从能够听到的最小声到感到不能忍受的最大声之间的声强范围。可听声音域是从听阈到痛阈的这一段区域。显然，与正常人相比，听力损伤者的整个可听声音域的动态范围较小，主要体现在听力损伤者无法听到一般正常人能听到的较低的声音。在助听器内的语音处理方法中，听力补偿方法的目的是压缩放大声压级，将正常人听力动态范围内的声音映射到听力受损患者的听域内，并尽可能保持听觉的舒适，同时提高声音的清晰度和辨识度。
[0005]图1所示为典型的宽动态压缩声压补偿后的输入/输出(I/O)图。在图1中，横坐标代表正常人的声压级，纵坐标代表需要根据正常人听力水平映射到听力受损患者听力动态范围的声压级。Imin代表指正常人的听阈，Imax代表正常人的痛阈，Omin代表听力受损患者的听阈，Offlax代表听力受损患者的痛阈。
[0006]图2所示为宽动态范围压缩处理过程的计算流程图。如图2所示，宽动态范围压缩处理过程将输入的频率信号分为几个不同的子频带，其中，频带的划分方式根据方法的需求不同而不同。在划分频带之后，根据公式(I)计算每个子频带输入信号的平均能量:
[0007]刚=■土_—fi登
W|C( I )
[0008]随后根据公式(2)计算各子频带的平均声压级:
[0009]SPL (n) = 201og (P (n)/Pref)(2)
[0010]其中，Pref代表基准声压20微帕(uPa)。判断各子频带的平均声压级落在哪个声压范围:正常人听阈以下；正常人听阈到痛阈之间；正常人痛阈以上。之后根据图1所示的声压补偿I/o图计算补偿增益，并将子频带中的原始信号与相应增益相乘后输出。
[0011]在助听器中，虽然有“Volume Control ”开关以及“Clipping”来控制助听器的输出音量，但是在设定之后，在使用过程中无法调节音量，为使声音不超过人耳的听力动态范围，需要自适应的语音音量调节方法，根据输入的语音信号实时地改变音量的增益，使得声音保持在人耳的听力动态范围内。
[0012]自动增益调节处理过程有多种，其中线性数字自动增益调节处理过程极具代表性。在线性数字自动增益调节处理过程中，增益系数的调整量与误差信号之间成线性关系，增益的计算如公式(3)所示:
【权利要求】
1.一种基于模块复用的语音处理方法的硬件设计方法，其中，所述语音处理方法包括多个处理过程，其特征在于，包括: 由多个复用模块将所述多个处理过程中的多个共性运算步骤集成为多个复用运算； 由多个处理模块分别执行所述多个处理过程中的多个非共性运算步骤； 由参数设置单元设置用于所述多个处理过程的多个参数；以及将所述多个复用模块、所述多个处理模块、所述参数设置单元以及用于控制所述多个复用模块和所述多个处理模块的启用的控制模块进行整合，得到集成后的硬件系统。
2.如权利要求1所述的基于模块复用的语音处理方法的硬件设计方法，其特征在于，所述语音处理方法包括宽动态范围压缩处理过程和自动增益调节处理过程。
3.如权利要求2所述的基于模块复用的语音处理方法的硬件设计方法，其特征在于，所述多个步骤包括: 计算能量和； 计算增益值；以及 输出增益处理之后的音频数据。
4.如权利要求3所述的基于模块复用的语音处理方法的硬件设计方法，其特征在于，所述多个共性运算步骤包括所述计算能量和的步骤和所述进行增益处理后输出音频数据的步骤；所述多个非共性运算步骤包括所述计算增益值的步骤。
5.如权利要求2所述的基于模块复用的语音处理方法的硬件设计方法，其特征在于，所述多个参数包括所述宽动态范围压缩处理过程中需要使用的正常人和病人的听阈和痛阈值，以及所述自动增益调节处理过程中的舒适声压级对应的声压。
6.一种基于模块复用的语音处理方法的硬件设计系统，其中，所述语音处理方法包括多个处理过程，其特征在于，包括: 多个复用模块，用于将所述多个处理过程中的多个共性运算步骤集成为多个复用运算； 多个处理模块，用于分别执行所述多个处理过程中的多个非共性运算步骤； 参数设置单元，用于设置在所述多个处理过程中使用的多个参数；以及 控制模块，用于控制所述多个复用模块和所述多个处理模块的启用。
7.如权利要求6所述的基于模块复用的语音处理方法的硬件设计系统，其特征在于，所述语音处理方法包括宽动态范围压缩处理过程和自动增益调节处理过程。
8.如权利要求7所述的基于模块复用的语音处理方法的硬件设计系统，其特征在于，所述多个复用模块包括: 第一复用模块，用于计算信号能量和；以及 第二复用模块，用于将计算的增益值乘以原始音频数据进行输出。
9.如权利要求7所述的基于模块复用的语音处理方法的硬件设计系统，其特征在于，所述多个处理模块包括: 第一处理模块，用于计算所述宽动态范围压缩处理过程的增益；以及 第二处理模块，用于计算所述自动增益调节处理过程的增益。
10.如权利要求6所述的基于模块复用的语音处理方法的硬件设计系统，其特征在于，还包括存储模块，用于存储运算所需的数据，其中，所述存储模块包括所述参数单元；所述控制模块每次仅控制一个模块的所述启用。
【文档编号】H04R25/00GK104183242SQ201410387069
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月7日 优先权日:2014年8月7日
【发明者】郭峰, 张国新, 何越文, 王雪祥, 蒲智星, 王丹, 刘永新 申请人:深圳市微纳集成电路与系统应用研究院