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數(shù)字信號處理技術(shù)在助聽器領(lǐng)域的應(yīng)用及其發(fā)展趨勢

DSP技術(shù)在助聽領(lǐng)域的應(yīng)用

　　1980年推出了個數(shù)字信號處理器(DSP)，從此開創(chuàng)了DSP的歷史。經(jīng)過二十余年的發(fā)展，DSP應(yīng)用領(lǐng)域日漸寬廣，從軍事雷達系統(tǒng)到消費類電器，可以說無處不在。近年來，DSP更是普遍應(yīng)用在一些熱門產(chǎn)品中，如通信電子類(Communication Electronics):電話( VoiceOver ATM),計算機類(Computer Electronics): 數(shù)字多用光盤(Digital Versatile Disks，DVD), 數(shù)字電視/高清晰電視(Digital TV/HDTV), 辦公自動化設(shè)備(Office Automation Electronics)和數(shù)字助聽器(Digital Hearing Aids)等。

　　通用處理器(GPP)可以對文字進行處理，管理數(shù)據(jù)庫和對科學(xué)工程進行數(shù)學(xué)運算，而數(shù)字信號處理器(DSP)則主要針對代表信號的數(shù)字進行數(shù)學(xué)運算，得到處理結(jié)果。很多工程都可以用數(shù)學(xué)方式來表達，而不同的工程有不同的數(shù)學(xué)表達式。比如，醫(yī)藥、醫(yī)療、助聽器、聲音、電信、圖像、工業(yè)控制等都有不一樣的數(shù)學(xué)表達式，因此數(shù)字信號處理器的種類很多。另外，數(shù)字信號處理器處理的信號大部分是無頭無尾的連續(xù)量，而且是實時的(On-Line)，故其取樣、運算過程應(yīng)盡可能短，以不影響信號的連續(xù)性。這也是DSP處理速度要求很高的原因所在。可見，DSP在數(shù)字化世界中扮演的絕不是配角。

　　經(jīng)過了將近一個多世紀(jì)模擬信號發(fā)展歷程，助聽器領(lǐng)域終于用數(shù)字信號處理技術(shù)替代了傳統(tǒng)的聲音處理方式，其核心成分就是助聽器中的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，于是外界的聲音信號，比如一個正弦波的音調(diào)，就通過數(shù)字化變成數(shù)字信號，然后運用預(yù)先設(shè)置好的運算法則對這一數(shù)字信號進行計算，一個計算法則是一系列確認(rèn)和計算的過程。數(shù)字化助聽器需要有盡可能多的字符,以不同的運算關(guān)系的數(shù)據(jù)符來進行計算與判斷，以獲得對某種聽力損失性質(zhì)的再現(xiàn)，計算法則同樣被用于標(biāo)定數(shù)字化助聽器中的處理器，以滿足在特定條件中應(yīng)進行的切換或調(diào)整。

　　助聽器獨立執(zhí)行的分析通過應(yīng)用計算法則來實施和鑒定。數(shù)字信號處理技術(shù)賦予助聽器很多優(yōu)于傳統(tǒng)助聽器的特性，例如對聲音信號予以有效“壓縮”。壓縮是為了在殘余的動態(tài)范圍內(nèi)獲得至佳的響度特性而采用的增益控制的方法。這種控制可以是在全部語音動態(tài)范圍內(nèi)的控制(FDRC)，目的是避免輸出過大。因此，當(dāng)有突然增大的聲音可能對聽力障礙患者產(chǎn)生響度不適時，助聽器的增益就會被控制(壓縮)，以確保他聽到的聲音響度和正常聽力者接近。如今，使用在至新一代的全數(shù)字助聽器里的壓縮方式已經(jīng)相當(dāng)復(fù)雜，說明數(shù)字線路對于聲音的控制日趨精細，而今后，助聽器的革命性發(fā)展也是有賴于數(shù)字處理技術(shù)的更新，因而，關(guān)注DSP技術(shù)的發(fā)展，也就是在關(guān)注基于DSP技術(shù)的產(chǎn)品發(fā)展，當(dāng)然也包含助聽器。

　　DSP技術(shù)的發(fā)展趨勢

　　互聯(lián)網(wǎng)和設(shè)備個性化是當(dāng)前信息社會的特征�；ヂ�(lián)網(wǎng)是后PC時代全球經(jīng)濟新的增長點，也是DSP至大潛在應(yīng)用領(lǐng)域。而個人消費品如手機、手提電腦以及助聽器等則是設(shè)備個性化的典型代表。這些設(shè)備的發(fā)展水平取決于DSP的發(fā)展。新的形勢下，DSP面臨的要求是處理速度更高、性能更多更全，功耗更低，存儲器用量更少。專家認(rèn)為，其技術(shù)發(fā)展將會有以下一些走勢︰

　　1、數(shù)字信號處理器的內(nèi)核結(jié)構(gòu)進一步改善，多信道結(jié)構(gòu)和單指令多重數(shù)據(jù)(SIMD)、特大指令字組(VLIM)將在新的高性能處理器中將占主導(dǎo)地位。

　　2、DSP 和微處理器的融合。微處理器是低成本的，主要執(zhí)行智能定向控制任務(wù)的通用處理器能很好執(zhí)行智能控制任務(wù)，但是對數(shù)字信號處理的功能很差;而DSP的功能正好與之相反。在許多應(yīng)用中均需要同時具有智能控制和數(shù)字信號處理兩種功能， 如助聽器就需要監(jiān)測和聲音處理功能。因此，把DSP和微處理器結(jié)合起來，用單一芯片的處理器實現(xiàn)這兩種功能，將加速個人電腦、移動電話、助聽器及其他電子產(chǎn)品的開發(fā)，同時簡化設(shè)計，減小芯片體積，降低功耗和整個系統(tǒng)的成本。

　　3、DSP 和高檔CPU的融合。大多數(shù)高檔GPP如Pentium 和PowerPC都是SIMD指令組的超標(biāo)量結(jié)構(gòu)，速度很快。而且結(jié)構(gòu)規(guī)范，利于編程，不用擔(dān)心指令排隊，使得性能大幅度提高。

　　4、DSP 和SOC的融合。SOC(System-On-Chip)是指把一個系統(tǒng)集成在一塊芯片上。這個系統(tǒng)包括DSP 和系統(tǒng)接口軟件如USB、10BASET等等。這可以使一塊芯片能夠做更多的事，極大地提高了工作效率，當(dāng)然也包括經(jīng)濟效應(yīng)。

　　5、DSP 和FPGA的融合。FPGA是現(xiàn)場編程門數(shù)組器件。它和DSP集成在一塊芯片上，可實現(xiàn)寬帶信號處理，大大提高信號處理速度。

　　DSP的發(fā)展還有著無限大的空間，關(guān)注DSP的尖端科技無論是對通訊還是醫(yī)療的發(fā)展都有著極其重大的意義，而作為醫(yī)療系統(tǒng)一部分的助聽器行業(yè)也能深得其益，更好地服務(wù)于弱聽人士。

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