数字信号的助听器未来的发展

1980年推出了个数字信号处理器(DSP),从此开创了DSP的历史。经过二十余年的发展,DSP应用领域日渐宽广,从军事雷达系统到消费类电器,可以说无处不在。近年来,DSP更是普遍应用在一些热门产品中,如通信电子类(Communication Electronics):电话( VoiceOver ATM),计算机类(Computer Electronics): 数字多用光盘(Digital Versatile Disks,DVD), 数字电视/高清晰电视(Digital TV/HDTV), 办公自动化设备(Office Automation Electronics)和数字助听器(Digital Hearing Aids)等。

通用处理器(GPP)可以对文字进行处理,管理数据库和对科学工程进行数学运算,而数字信号处理器(DSP)则主要针对代表信号的数字进行数学运算,得到处理结果。很多工程都可以用数学方式来表达,而不同的工程有不同的数学表达式。比如,医药、医疗、助听器、声音、电信、图像、工业控制等都有不一样的数学表达式,因此数字信号处理器的种类很多。另外,数字信号处理器处理的信号大部分是无头无尾的连续量,而且是实时的(On-Line),故其取样、运算过程应尽可能短,以不影响信号的连续性。这也是DSP处理速度要求很高的原因所在。可见,DSP在数字化世界中扮演的绝不是配角。

经过了将近一个多世纪模拟信号发展历程,助听器领域终于用数字信号处理技术替代了传统的声音处理方式,其核心成分就是助听器中的模/数转换器,于是外界的声音信号,比如一个正弦波的音调,就通过数字化变成数字信号,然后运用预先设置好的运算法则对这一数字信号进行计算,一个计算法则是一系列确认和计算的过程。数字化助听器需要有尽可能多的字符,以不同的运算关系的数据符来进行计算与判断,以获得对某种听力损失性质的再现,计算法则同样被用于标定数字化助听器中的处理器,以满足在特定条件中应进行的切换或调整。

助听器独立执行的分析通过应用计算法则来实施和鉴定。数字信号处理技术赋予助听器很多优于传统助听器的特性,例如对声音信号予以有效“压缩”。压缩是为了在残余的动态范围内获得至佳的响度特性而采用的增益控制的方法。这种控制可以是在全部语音动态范围内的控制(FDRC),目的是避免输出过大。因此,当有突然增大的声音可能对听力障碍患者产生响度不适时,助听器的增益就会被控制(压缩),以确保他听到的声音响度和正常听力者接近。如今,使用在至新一代的全数字助听器里的压缩方式已经相当复杂,说明数字线路对于声音的控制日趋精细,而今后,助听器的革命性发展也是有赖于数字处理技术的更新,因而,关注DSP技术的发展,也就是在关注基于DSP技术的产品发展,当然也包含助听器。

DSP技术的发展趋势

互联网和设备个性化是当前信息社会的特征。互联网是后PC时代全球经济新的增长点,也是DSP至大潜在应用领域。而个人消费品如手机、手提电脑以及助听器等则是设备个性化的典型代表。这些设备的发展水平取决于DSP的发展。新的形势下,DSP面临的要求是处理速度更高、性能更多更全,功耗更低,存储器用量更少。专家认为,其技术发展将会有以下一些走势︰

1、数字信号处理器的内核结构进一步改善,多信道结构和单指令多重数据(SIMD)、特大指令字组(VLIM)将在新的高性能处理器中将占主导地位。

2、DSP 和微处理器的融合。微处理器是低成本的,主要执行智能定向控制任务的通用处理器能很好执行智能控制任务,但是对数字信号处理的功能很差;而DSP的功能正好与之相反。在许多应用中均需要同时具有智能控制和数字信号处理两种功能, 如助听器就需要监测和声音处理功能。因此,把DSP和微处理器结合起来,用单一芯片的处理器实现这两种功能,将加速个人电脑、移动电话、助听器及其他电子产品的开发,同时简化设计,减小芯片体积,降低功耗和整个系统的成本。

3、DSP 和高檔CPU的融合。大多数高档GPP如Pentium 和PowerPC都是SIMD指令组的超标量结构,速度很快。而且结构规范,利于编程,不用担心指令排队,使得性能大幅度提高。

4、DSP 和SOC的融合。SOC(System-On-Chip)是指把一个系统集成在一块芯片上。这个系统包括DSP 和系统接口软件如USB、10BASET等等。这可以使一块芯片能够做更多的事,极大地提高了工作效率,当然也包括经济效应。

5、DSP 和FPGA的融合。FPGA是现场编程门数组器件。它和DSP集成在一块芯片上,可实现宽带信号处理,大大提高信号处理速度。

DSP的发展还有着无限大的空间,关注DSP的尖端科技无论是对通讯还是医疗的发展都有着极其重大的意义,而作为医疗系统一部分的助听器行业也能深得其益,更好地服务于弱听人士。

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