基于FPGA的数字助听系统可重构数字滤波器组设计与实现

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目前,听力损失已经成为影响人们生活的最常见疾病之一,数字助听器的使用是弥补听力损失最有效的方法。数字助听器的主要功能是选择性的放大声音信号,然后将处理后的信号传送到人耳。选择性意味着要对声音信号进行分解,而实现信号子带分解的基本工具是滤波器组。人们已经对这方面的数字滤波器组的设计做了大量的研究,但不管是基于均匀滤波器组的研究还是基于非均匀滤波器组的研究,都采用单一的频率划分方案来分解声音信号,无法使听损患者根据自身的听力损失特点获得最佳的声音补偿策略。因此,设计一种可调整频带划分的数字滤波器组是极具现实意义的。由于本文所设计的系统为FIR系统,所以本文首先重点讨论了FIR滤波器的相关理论,包括FIR滤波器的原理、线性相位特性、设计方法以及如何在Matlab中设计FIR滤波器,为可重构数字滤波器组设计过程中用到的原型滤波器的设计提供了理论基础。然后介绍了可重构数字滤波器组的原理。可重构,即可重新配置,是在不改变滤波器组结构的前提下,通过对控制参数的调节来依据患者的听力损伤病理设定系统的频带数目和频带带宽,从而方便选择要强调的声音功能,使患者得到更好的舒适度。接着讨论了FPGA的相关知识,包括VHDL编程语言以及Modelsirn仿真软件。由于强大的并行处理能力,以及在可靠性、体积、成本等方面的优势,使得FPGA在数字信号处理方面得到了越来越广泛的应用,所以本文采用FPGA来设计和实现可重构数字滤波器组。最后详细介绍了数字滤波器组的FPGA实现过程,使用VHDL编程语言,开发环境为Quartus Ⅱ软件,并采用Modelsim仿真软件对设计进行仿真,借助Matlab软件分析仿真结果,验证了所设计的数字滤波器组的正确性。
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