一种应用于智能助听设备的音频数据流控制器系统结构的制作方法

本发明属于助听器领域，涉及一种应用于智能助听设备的音频数据流控制器系统结构。

背景技术：

随着中国人口老龄化的快速发展，以及人民生活水平的日益提高，助听器这种解决老年人常见的感音神经性及混合性听力损失的电子设备会更多的被听力损失患者所接受。助听器通过对传入耳朵的声音进行放大的同时进行抑制噪声等语音增强处理，使听力损失患者能够正确识别听力正常人所接受音量的声音。

当代及未来助听器的发展显现出三个趋势。一是因为美观的原因，助听器体积不断小型化，尤其是耳内式或耳道式的定制助听器，可以像耳塞一样塞进耳道，不易引起他人注意。但助听器体积的减小意味着电池容量的减小。小体积耳背式助听器以及定制机的电池容量一般在35mah至175mah之间。为保证连续使用时间，助听器的功耗一般需要控制在1mw左右。第二个趋势是助听器信号处理的复杂化。先进的双耳助听器应该具有左右耳间的无线连接，使用双耳语音信号处理算法对两个耳朵的声音信号进行整合处理，以达到更好的方向性识别和言语分辨率。多程序助听器，可以针对不同的使用环境，如安静环境，噪声环境，音乐环境，多人说话环境等，采用不同的信号处理策略，如全向处理和定向处理的切换，差异化的频域放大特性以及不同的噪声抑制算法，使得使用者在不同的环境下都能获得最好的听觉感受。智能自适应助听器还具有自学习能力，可以记忆和分析不同情况下使用者的设置偏好，在不同声场环境，自动对程序和设置进行切换，减少使用者的负担。第三个趋势是助听器和音频源设备的无线互联化。智能手机，电视，mp3等播放设备中有大量的音频信息需要无线传送到助听器中，满足使用者接听电话，享受多媒体信息的要求。

可以看出助听器越来越复杂的信号处理算法，以及越来越普遍的无线连接与其体积小型化所要求的越来越小的电池容量这一矛盾，构成了助听器未来发展的障碍。另外，左耳和右耳分立的传统助听器，因为左右耳的音频信号不互通，不能被整合起来进行更复杂的双耳信号处理以达到更高的言语识别率。

技术实现要素：

本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种音频数据流控制器系统结构及其在智能助听设备中的应用。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种音频数据流控制器系统结构，包括声音收集接口、无线传输接口、声音传出接口、有线传输接口和芯片，其中：

声音收集接口，用于连接传声器并采集声音信号，并将采集的声音信号转化为模拟电信号，传递给模拟—数字转换器；

模拟—数字转换器，用于将模拟电信号转化为数字信号，并传递给芯片；

芯片，将输入的数字信号通过寄存器(堆)传递给无线发射器，并接收来自无线发射器的数字信号并输出给数字—模拟转换器；

数字—模拟转换器，用于将芯片输出的数字信号转化为模拟信号，并传递给声音传出接口；

声音传出接口，用于连接耳机并接收模拟信号；

无线传输接口，用于连接无线发射器，发射未经处理的数字信号和接收接收经过处理的数字信号；

有线传输接口用于通过usb有线传输连接计算侧的处理设备；

计算侧的处理设备用于对信号进行处理，包括但不限于信号的时域频域转换、信号的滤波、信号的放大、抑制噪声等基本功能，也包括如双耳信号处理、声场环境分析、声源定位、自适应处理、机器学习等高级复杂的运算处理。

在上述技术方案中，在声音收集接口和模拟—数字转换器之间设置前置放大器，用于将采集的声音进行功率放大。

在上述技术方案中，在声音传出接口和数字—模拟转换器之间设置驱动器，用于对将模拟信号传输给收话器。

在上述技术方案中，所述无线发射器为天线。

在上述技术方案中，所述传声器为话筒，受话器为耳机。

在上述技术方案中，所述处理设备为智能手机、智能手表、平板电脑、可穿戴计算机、定制的终端设备等智能设备。

在上述技术方案中，所述的芯片、传输接口有线传输接口均采用全双工的通信方式。

上述技术方案中所述的一种应用于智能助听设备的音频数据流控制器系统结构，该系统结构可以配置为耳侧和计算侧两种工作模式：

在耳侧工作模式下，通过声音收集接口1将外界的声音从声音信号转换为模拟电信号，并通过无线传输接口2将模拟电信号发送至计算侧的处理设备进行信号的处理，再通过无线传输接口2接收经过处理的模拟电信号，而后通过声音传出接口3，将模拟电信号转化为声音信号，最终通过受话器发出声音；

在计算侧工作模式下，处理设备通过此系统结构配置成计算侧结构，通过无线传输接口2将无线信号接收并通过有线(包括但不限于usb，type-c)传输入计算侧，对信号进行处理，包括但不限于信号的时域频域转换、信号的滤波、信号的放大、抑制噪声等基本功能，也包括如双耳信号处理、声场环境分析、声源定位、自适应处理、机器学习等高级复杂的运算处理，处理完成后的数字信号再通过有线转无线的方式发送回耳机侧。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该芯片无线/有线均采用全双工的通信方式，使耳侧助听器到计算侧的下行数据流与计算侧到耳侧助听器的上行数据流可以同时发送，以减少信号传输和信号处理所带来的延时，实现将功耗较大，算法复杂且需要扩展升级的数字信号处理部分从耳侧移至电量充足且运算能力强的便携式终端上进行，从而减轻耳侧助听器的功耗约束，增加耳侧助听器的使用时间。同时，便携式终端数字信号处理算法的配置和升级都非常方便。而且随着智能终端的普及，助听器共享智能终端硬件资源的方式会降低助听器本身的成本。本发明的方案原理新颖，结构简单，易于应用在低成本、智能型、双耳助听器的系统结构设计中。

附图说明

图1：是本发明的系统结构示意图。

图2：是本发明使用于耳侧的示意图。

图3：是本发明使用于耳侧时数据输入流示意图。

图4：是本发明使用于耳侧时数据输出流示意图。

图5：是本发明使用于计算侧的示意图。

图6：是本发明使用于计算侧时数据输入流示意图。

图7：是本发明使用于计算侧时数据输出流示意图。

其中，1为声音收集接口，2为无线传输接口，3为声音传出接口，4为有线传输接口。

具体实施方式

下面结合附图与具体的实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1所示为本发明的系统结构示意图。和外界主要有四个接口组成，共分为接口1声音收集部分，接口2无线传输部分，接口3声音传出部分，接口4有线传输部分。该芯片可以配置为耳侧和计算侧两种工作模式(分别为图2和图5所示)。麦克风将外界的声音从声音信号转换为模拟电信号输入进芯片后经过预处理并将预处理后的模拟信号转换为数字信号，数字信号具有易传输，易处理，抗干扰的优点，能够较好的在芯片内部流通。该数字信号可通过接口2或接口4进行无线/有线传输，或者直接经由接口3进行输出。

如图2所示为本发明使用在耳机侧的示意图。当使用在耳侧时，我们只保留接口1、接口2和接口3。去掉有线传输接口4。此时，耳机侧共有两个功能，数据流从麦克风侧输入无线传输出去的耳侧数据输入流(如图3所示)和从无线传输入受话器输出的数据输出流(如图4所示)两种工作模式。下面分别依次介绍耳机侧芯片的两种工作方式：

第一种工作模式数据流从麦克风侧输入无线传输出去的时候，如图3所示，首先由麦克风将外界的声音从声音信号转换为模拟电信号输入进芯片后经过模拟/数字处理将模拟信号转换为数字信号，芯片内部使用i2c接口将模拟/数字转换器与芯片内部连接，通过模拟/数字转换成数字的信号经过i2c接口传输至编码器，后经打包和串扰，通过spi接口与无线发射器连接，通过无线发射器传输出去。

第二种工作模式无线传输入受话器输出的数据输出流工作模式是无线发射器接收发送过来的信号，如图4所示，经过spi接口与芯片内部相连接，经过时钟恢复，解串扰，解包，解码等操作后经由i2c接口将模数字信号传输至数字/模拟转换器，并经由功放将声音播放出去。

如图5所示为本发明使用于计算侧的示意图，只保留了接口2和接口4的无线/有线信号传输部分。去掉了声音收集的接口1和声音输出的接口3部分。此时计算侧共有两个功能，将接口2无线接收到的数据经由接口4有线传输进计算侧处理(如图6所示)和将接口4有线接收到的数据经由接口2无线发送回耳机侧(如图7所示)。下面分别依次介绍计算侧芯片两种工作方式。

如图6所示，第一种工作模式当无线传输端收到无线发送来的信号通过spi接口进行时钟恢复，解串扰，解包，解码然后进行编码，打包，串扰传送至usb接口，通过usb进行有线传输。

如图7所示，第二种工作模式当usb有线端接收到发送来的数据的时候，经过解包，解码，编码，打包，串扰的过程，最终通过spi接口传送至无线发射器进行无线传输。

此结构电路可分别适用于耳侧电路(分为左耳和右耳)和计算侧电路。耳侧电路主要实现语音的声-电、电-声转换，电信号的模拟-数字、数字-模拟转换，以及无线/有线通信功能。传统在耳侧助听器上实现的信号处理部分转移到便携式终端上。便携终端包括但不限于智能手机、智能手表、平板电脑、可穿戴计算机等智能设备，也包括定制的终端设备。

当使用在耳侧时，耳侧助听器采集到声音后，分别通过各自的传声器(麦克风)将采集到的声音信号转化为模拟的电信号，然后还用模拟-数字转换器将此电信号数字化，而数字信号具有易传输、易处理、抗干扰的特点。数字化的语音信号紧接着通过无线低功耗传输的方式(包括但不限于蓝牙，400mhz)，从耳侧助听器传送到便携式终端。便携式终端通过此系统结构配置成计算侧结构将无线信号接收并通过有线(包括但不限于usb，type-c)传输入计算侧，对信号进行处理，包括但不限于信号的时域频域转换、信号的滤波、信号的放大、抑制噪声等基本功能，也包括如双耳信号处理、声场环境分析、声源定位、自适应处理、机器学习等高级复杂的运算处理。处理完成后的数字信号再通过有线转无线的方式发送回耳机侧。耳侧助听器电路将接收到的处理过的数字信号进行数字-模拟转换，最后由受话器(喇叭)将声音进行再生，刺激耳膜产生听觉。

以上对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。