一种人工耳蜗中的体外语音处理器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种人工耳蜗中的体外语音处理器，该体外语音处理器包括：传声器、语音信号预处理模块、A/D转换模块、语音信号处理模块、射频发射/接收模块和电源模块，该体外语音处理器还包括：通讯接口模块和外部存储器，所述的语音信号处理模块与通讯接口模块、外部存储器相连，所述传声器依次连接语音信号预处理模块、A/D转换模块、语音信号处理模块和射频发射/接收模块。由于语音信号处理模块与通讯接口模块相连，使语音信号处理模块能够通过通讯接口模块实现与PC机的通信，同时利用PC机对语音信号处理模块进行刺激参数的调节和外部编程，实现了对改进及新的言语处理策略的应用，并能灵活的对人工耳蜗系统进行系统升级。
【专利说明】一种人工耳蜗中的体外语音处理器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及人工耳蜗的【技术领域】，特别涉及一种人工耳蜗中的体外语音处理器。
【背景技术】
[0002]对于中、重度感音神经性耳聋患者，可以通过佩戴助听器将声音放大来提高听力，但是对于内耳毛细胞损伤但听神经完好的重度耳聋患者，需通过植入人工耳蜗恢复听力。人工耳蜗(cochlear implant)是可以通过电信号直接刺激残余听觉神经以使其恢复部分听力的装置。人工耳蜗由体外语音处理器、体内植入体和电极阵列组成。其工作原理是体外处理器拾取自然环境的声音，经过预处理，AD转换，并将信号进行数字处理编码后，通过射频发射的方式传送到体内植入体部分。体内植入体将接收到的数据解码，产生刺激电流到电极上，从而刺激听神经纤维兴奋并将声音信息传入到大脑，产生听觉。
[0003]体外语音处理器在人工耳蜗中具有决定性的作用，语音信号的处理及体内植入体的供电都需要体外语音处理器完成。目前，经FDA认证的国外三种人工耳蜗产品中的体外处理器都是基于集成IC完成的，但是，其对于改进的及新的言语处理策略的实现比较困难。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于，为了解决现有技术中人工耳蜗体外语音处理器存在着上述技术问题，本实用新型提供了一种人工耳蜗中的体外语音处理器，该体外语音处理器通过外部编程，实现了对改进及新的言语处理策略的应用，并能灵活的对人工耳蜗系统进行系统升级。
[0005]为实现上述目的，本实用新型提供一种人工耳蜗中的体外语音处理器，该体外语音处理器包括:
[0006]传声器、语音信号预处理模块、A/D转换模块、语音信号处理模块、射频发射/接收模块和电源模块，该体外语音处理器还包括:通讯接口模块和外部存储器，所述的语音信号处理模块与通讯接口模块、外部存储器相连，所述传声器、语音信号预处理模块、A/D转换模块、语音信号处理模块和射频发射/接收模块依次连接；
[0007]所述电源模块分别为语音信号预处理模块、A/D转换模块、语音信号处理模块、夕卜部存储器和通讯接口模块供电；
[0008]所述的通讯接口模块用于实现语音信号处理模块与PC机的通信；
[0009]所述的外部存储器用于提供程序的存储空间，语音信号处理模块通过外部存储器在线写入和加载程序。
[0010]作为上述技术方案的进一步改进，语音信号处理模块采用TI公司通用的TMS320VC5502 型 DSP 芯片。
[0011]作为上述技术方案的进一步改进，所述的语音信号预处理模块采用电容电阻搭建一个高通滤波器。
[0012]作为上述技术方案的进一步改进，所述的A/D转换模块采用24位Σ-Λ型转换器，采用64倍过采样方式，采样率在4kHz?96kHz范围之间。
[0013]作为上述技术方案的进一步改进，所述的射频发射/接收模块采用符合ISO/IEC14443AU4443B和15693标准的13.56MHz的RFID收发集成电路芯片。
[0014]作为上述技术方案的进一步改进，所述的射频发射/接收模块以ASK调制发射方式将信号发射出去。
[0015]作为上述技术方案的进一步改进，所述的电源模块提供1.26V、3.3V和2.5V的电压。
[0016]作为上述技术方案的进一步改进，所述的通讯接口模块通过电平转换芯片，将所述的DSP芯片的RX和TX引脚输出的电平转换为符合标准RS232接口规范的电平。
[0017]作为上述技术方案的进一步改进，所述的外部存储器的存储空间为64kB，该外部存储器经由I2C串行总线向语音信号处理模块加载程序和通过语音信号处理模块的JTAG调试接口在线写入程序。
[0018]本实用新型的一种人工耳蜗中的体外语音处理器的优点在于:
[0019]由于语音信号处理模块与通讯接口模块相连，使语音信号处理模块能够通过通讯接口模块实现与PC机的通信，同时利用PC机对语音信号处理模块进行刺激参数的调节和外部编程，实现了对改进及新的言语处理策略的应用，并能灵活的对人工耳蜗系统进行系统升级；采用改进的Cis言语处理策略，提高了噪声环境中言语识别的准确率；语音信号处理模块采用TI公司通用的TMS320VC5502型DSP芯片，该芯片具有低功耗、运算速率高的特性，进而有效的降低了体外语音处理器的功耗，功耗仅为300MW，并利用该芯片具有多种外部接口和丰富的片上资源的特点，实现了体外语音处理器同多种外部设备相连，如ABR设备；且可获得精准的ECAP测试信号，为获得言语处理策略可靠的参数T值和C值提供保证。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本实用新型实施例中的一种人工耳蜗中的体外语音处理器的结构示意图。
[0021]图2是本实用新型实施例中的一种人工耳蜗中的体外语音处理器的电路结构图。
[0022]图3是本实用新型实施例中的一种人工耳蜗中的体外语音处理器的电源模块结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步的描述并通过下述技术方案予以实现。
[0024]如图1所示，为本实用新型实施例中的一种人工耳蜗中的体外语音处理器，该体外语音处理器包括:传声器、语音信号预处理模块、A/D转换模块、语音信号处理模块、射频发射/接收模块和电源模块，该体外语音处理器还包括:通讯接口模块和外部存储器，所述的语音信号处理模块与通讯接口模块、外部存储器相连，所述传声器、语音信号预处理模块、A/D转换模块、语音信号处理模块和射频发射/接收模块依次连接；
[0025]所述电源模块分别为语音信号预处理模块、A/D转换模块、语音信号处理模块、夕卜部存储器和通讯接口模块供电；所述的通讯接口模块用于实现语音信号处理模块与PC机的通信；所述的外部存储器用于提供程序的存储空间，语音信号处理模块通过外部存储器在线写入和加载程序。
[0026]基于上述的实施例中的一种人工耳蜗中的体外语音处理器，所述的传声器拾取外界声音信号作为输入信号，该输入信号经语音信号预处理模块进行预加重后，通过A/D转换模块转换为数字信号并输入到语音信号处理模块，所述的数字信号在语音信号处理模块中经过言语处理策略处理后，通过射频发射/接收模块将信号发射出去；所述的语音信号处理模块与通讯接口模块相连，电源模块与语音信号预处理模块和语音信号处理模块相连。
[0027]如图2示出了该人工耳蜗中的体外语音处理器的电路结构，所述的语音信号预处理模块采用电容Cl和电阻Rl组成硬件RC电路形成一个高通滤波器，输入信号经RC电路进行预加重处理后，去除了该输入信号中的高频成分；
[0028]所述的A/D转换模块采用24位Σ - Λ型转换器，采用64倍过采样方式，采样率在4kHz?96kHz范围之间，该A/D转换模块是一款低功耗、立体声模数转换芯片。其提供3个双声道线路输入或两个双声道线路输入加一个话筒输入；该模数转换芯片内部集成了可编程话筒放大器、可编程低噪声话筒偏压电路、可编程增益线路放大器、可编程自动电平控制、噪声门限及抑制电路和数字音量控制等诸多功能，该模数转换芯片非常适合在低功耗便携式系统中应用。在本实用新型实施例中分别应用了该模数转换芯片的可编程增益信号放大、自动电平控制、自动噪声抑制、模数转换和数字音量控制功能。本实用新型实施例中通过模数转换芯片的串行数据输出接口、串行数据时钟接口和指示左右声道接口，实现A/D转换模块与语音信号处理模块的连接。在连接过程中，需设置串行数据输出的格式为I2S，该格式与语音信号处理模块的McBSP接口兼容，语音信号处理模块将A/D转换模块输出的数据从McBSP接口读入，语音信号处理模块为A/D转换模块提供数据串行时钟。通过上述设置，使得A/D转换模块处于软件控制模式，语音信号处理模块通过I2C总线可对A/D转换模块进行编程和控制操作。
[0029]所述的语音信号处理模块采用TI公司通用的TMS320VC5502型DSP芯片，此芯片具有低功耗，运算速率高的特性，且具有多种外部接口和丰富的片上资源。DSP芯片通过I2C总线从A/D转换模块读取的数字信号作为言语处理策略的输入信号。所述的语音信号处理模块采用改进的CIS言语处理策略，该改进的CIS言语处理策略包括:将由A/D转换模块转换生成的数字信号分为η个通道，每个通道的信号进行全波整流和低通滤波得到包络信号，并计算每个通道的调制深度，选择其中m(m〈n)个调制深度较大的通道进行对数压缩，对压缩后的信号进行曼彻斯特编码。最后，DSP芯片通过McBSP接口将编码后的数据发送到射频发射/接收模块，并接收从射频发射/接收模块发送的数据。此言语处理策略的优点是在一个刺激周期内，根据调制深度的大小，选择含语音成分较多的通道进行刺激，在总刺激速率一定的情况下，挺高每个通道的刺激速率，为刺激通道提供更多的信息。
[0030]由于DSP芯片具有可灵活编程的特性，可随着言语处理策略的改进不断对人工耳蜗系统进行升级，且随着系统改进能够灵活的增加新功能；另外，利用DSP芯片具有丰富的外部接口的特性，使得DSP芯片能与外部存储器相连。在本实用新型实施例中，所述的外部存储器的存储空间为64kB，该外部存储器经由I2C串行总线向语音信号处理模块加载程序，并可通过语音信号处理模块的JTAG调试接口在线写入程序。
[0031]所述的射频发射/接收模块采用符合IS0/IEC 14443AU4443B和15693标准的13.56MHz的RFID收发集成电路芯片。语音信号处理模块同射频发射/接收模块的数据接口信号包括串行时钟输入、数据输入和数据输出，在通信模式时的接收和发送选择输入。射频发射/接收模块的工作状态包括配置模式、发送模式和接收模式。在射频发射/接收模块与语音信号处理模块连接过程中，需将语音信号处理模块的McBSP接口设置为SPI兼容模式，并对射频发射/接收模块进行配置，完成射频发射/接收模块的初始化设置。在本实用新型实施例中，射频发射/接收模块采用直接发送数据的方式，将输入数据对载波进行ASK调制后将信号发射出去。同时，采用直接接收数据的方式接收回送信号数据。直接接收数据的方式通过语音信号处理模块的通用I/O实现，接收到的信号数据是由植入体系统发送的编码数据。如图1所示，本实用新型实施例中对接收到的信号数据进行解调，并采用软件方式解码编码数据。语音信号处理模块将接收到的解码数据通过UART接口输出，所述的通讯接口模块通过电平转换芯片，将DSP芯片的RX和TX引脚输出的电平转换为符合标准RS232接口规范的电平后，由RS-232接口传送到PC机或任何具有RS232标准接口的设备作进一步处理。语音信号处理模块的McBSP接口与UART接口共用。利用RS-232接口实现语音信号处理模块与PC机的通信，使得人工耳蜗中的体外语音处理器能够直接通过PC机连接进行调试，便于进行系统升级，实现了对改进及新的言语处理策略的应用，同时可灵活调整参数。
[0032]如图3所示，为本实用新型实施例中的一种人工耳蜗中的体外语音处理器的电源模块结构。该电源模块由电池供电，提供3-5V的电压。第一电源芯片直接由电池正极使能，输出电压VCl.26V ;电池的正极端连接两个运算放大器，分别作为第二电源芯片和第三电源芯片的使能端。如图2所示，第二电源芯片的输出电压为VL3.3V，为RC电路、模数转换芯片、DSP芯片、外部存储器和电平转换芯片供电；第三电源芯片的输出电压为VD2.5V，为语音信号预处理模块供电。
[0033]最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种人工耳蜗中的体外语音处理器，该体外语音处理器包括:传声器、语音信号预处理模块、A/D转换模块、语音信号处理模块、射频发射/接收模块和电源模块，其特征在于，该体外语音处理器还包括:通讯接口模块和外部存储器；所述的语音信号处理模块与通讯接口模块、外部存储器相连，所述传声器、语音信号预处理模块、A/D转换模块、语音信号处理模块和射频发射/接收模块依次连接； 所述电源模块分别为语音信号预处理模块、A/D转换模块、语音信号处理模块、外部存储器和通讯接口模块供电； 所述的通讯接口模块用于实现语音信号处理模块与PC机的通信； 所述的外部存储器用于提供程序的存储空间，语音信号处理模块通过外部存储器在线写入和加载程序。
2.根据权利要求1所述的人工耳蜗中的体外语音处理器，其特征在于，语音信号处理模块采用TI公司通用的TMS320VC5502型DSP芯片。
3.根据权利要求1所述的人工耳蜗中的体外语音处理器，其特征在于，所述的语音信号预处理模块采用电容电阻搭建一个高通滤波器。
4.根据权利要求1所述的人工耳蜗中的体外语音处理器，其特征在于，所述的A/D转换模块采用24位Σ-Λ型转换器，采用64倍过采样方式，采样率在4kHz?96kHz范围之间。
5.根据权利要求1所述的人工耳蜗中的体外语音处理器，其特征在于，所述的射频发射/接收模块采用符合IS0/IEC14443A、14443B和15693标准的13.56MHz的RFID收发集成电路芯片。
6.根据权利要求1所述的人工耳蜗中的体外语音处理器，其特征在于，所述的射频发射/接收模块以ASK调制发射方式将信号发射出去。
7.根据权利要求1所述的人工耳蜗中的体外语音处理器，其特征在于，所述的电源模块提供1.26V、3.3V和2.5V的电压。
8.根据权利要求2所述的人工耳蜗中的体外语音处理器，其特征在于，所述的通讯接口模块通过电平转换芯片，将所述的DSP芯片的RX和TX引脚输出的电平转换为符合标准RS232接口规范的电平。
9.根据权利要求1所述的人工耳蜗中的体外语音处理器，其特征在于，所述的外部存储器的存储空间为64kB，该外部存储器经由I2C串行总线向语音信号处理模块加载程序和通过语音信号处理模块的JTAG调试接口在线写入程序。
【文档编号】A61F11/04GK203506973SQ201320499387
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年8月15日 优先权日:2013年8月15日
【发明者】孟丽, 李平, 肖灵 申请人:中国科学院声学研究所