基于数字信号处理的听力辅助系统

摘要

本项目使用Altair Compose和Altair Embed构建了一个基于软件的数字化听力辅助设备。它采用数字信号处理（DSP）技术，如滤波、增益控制和功率谱密度（PSD）分析，来模拟和处理音频信号。该系统旨在提高听力受损者的语音清晰度，解决了传统听力辅助设备在噪声抑制和音频响应延迟等方面的常见限制。处理后的音频以.wav格式导出，并通过频谱图进行实时分析。

1. 问题陈述

尽管听力辅助技术有所进步，但仍存在几个关键缺陷：

• 声音处理延迟高
• 动态环境中噪声抑制效果差
• 缺乏个性化设置
• 抑制不良导致的反馈（啸叫）
• 缺乏3D音效体验
• 手动调谐对老年用户不友好

本项目旨在通过软件方式使用DSP技术克服这些限制。

2. 项目目标

• 完全在软件中模拟数字化听力辅助设备
• 应用DSP滤波器（低通、高通、带通）提高清晰度
• 实现自适应增益以增强语音特定频率
• 使用功率谱密度分析输出结果
• 通过Altair Embed可视化信号流和处理过程

3. 使用的工具和技术

• Altair Compose：信号处理（音频读写、滤波、PSD分析）
• Altair Embed：实时框图仿真和可视化
• WAV格式：用于输入和输出音频信号

4. 方法学

在Altair Compose中：

• 导入原始.wav语音信号
• 标准化音频并应用带通滤波器和自适应增益
• 生成处理后的.wav文件
• 运行PSD分析以可视化清晰度和噪声水平

在Altair Embed中：

• 加载处理后的.wav输出
• 应用额外的100Hz高通巴特沃斯滤波器
• 使用PSD模块和频谱显示器观察频率行为
• 可视化确认改进效果

5. 特性与创新

• 完整的软件实现
• 基于DSP的噪声抑制
• 实时频谱分析
• 可定制的滤波功能
• 模块化和可扩展的设计

6. 结果

• 处理后的音频文件显示语音清晰度提高
• PSD图确认了不需要的噪声减少
• 在Altair Embed中可视化了滤波效果

7. 面临的挑战与解决方案

挑战：背景噪声失真 解决方案：使用带通滤波和自适应增益

挑战：无实时输入 解决方案：使用预录制的.wav文件

挑战：PSD复杂性 解决方案：专注于人类语音频段

挑战：滤波器调谐 解决方案：试错法

挑战：缺乏清晰度基准 解决方案：使用PSD和音频播放

8. 可行性与优势

• 成本效益：原型设计无需硬件
• 教育价值：清晰展示DSP概念
• 可扩展性：未来可集成嵌入式系统
• 可扩展性：可添加AI、物联网或蓝牙模块

9. 未来展望

• 使用DSP芯片实现实时处理
• 移动应用界面进行配置文件选择
• AI驱动的自适应滤波
• 物联网监控和更新功能
• 具有无线流媒体功能的可穿戴原型

10. 结论

基于DSP的数字化听力辅助系统成功展示了使用Altair Compose和Altair Embed的实时信号增强功能。通过滤波、增益控制和频谱分析，它提高了听力受损用户的清晰度，为未来创新提供了一个可扩展的教育平台。

附录

• Compose中的截图（信号图）
• PSD对比图
• Embed框图
• 示例.wav文件（原始和处理后）