基于泰凌微電子TWS耳機的助聽器方案解析

1方案應(yīng)用背景

聽力問題是全世界面臨的重大公共健康問題，2021年世界衛(wèi)生組織發(fā)布的《世界聽力報告》顯示聽力損失目前影響這全球超過15億人，其中4.3億人聽力較好的耳朵有中度或以上程度的聽力損失；預(yù)計2050年全球四分之一的人有聽力問題，近25億人將患有某種程度的聽力損失，其中至少7億人將需要聽力康復(fù)服務(wù)。

2傳統(tǒng)助聽器的弊端

“助聽器越戴越聾”：單純的通過放大音量來實現(xiàn)助聽；

體驗感差：如盒式助聽器，麥克風(fēng)不在耳廓處，無方向感和立體聲；

不夠美觀：如耳背式助聽器，佩戴在耳廓上方，不夠隱蔽影響美觀性；

3泰凌方案介紹

泰凌助聽器方案基于TWS耳機應(yīng)用形態(tài)進行開發(fā)，采用泰凌 TLSR9518芯片搭配DSP實現(xiàn)整體方案，語音處理相關(guān)算法運行在DSP內(nèi)，具備以下功能特點：

01支持產(chǎn)品采用TWS耳機形態(tài)

該方案基于泰凌成熟的TWS耳機方案擴充而來，可以支持客戶以TWS耳機的形態(tài)來進行助聽器產(chǎn)品開發(fā)，對于用戶來講可以提高美觀度，避免佩戴傳統(tǒng)助聽器帶來的尷尬。

02支持助聽、電話、音樂三種模式自動切換

該方案即支持傳統(tǒng)助聽器的助聽功能，也支持作為BT TWS耳機連接手機的娛樂功能，針對娛樂模式下的音樂和通話功能，算法也會對音頻做出相應(yīng)的處理，提高用戶娛樂的體驗。

助聽、電話、音樂模式自動切換的機制為，藍牙未連接或連接后手機無電話或音樂操作時，系統(tǒng)處于助聽模式；當手機播放音樂或接打電話時，系統(tǒng)自動切換到音樂或電話模式，且電話的優(yōu)先級大于音樂；

音樂及電話模式軟件實現(xiàn)方案如下圖所示，按數(shù)據(jù)傳輸方向可劃分為上下行通路，具體介紹如下：

音樂/電話下行通路：通過buffer緩存和task調(diào)度，將bt stack發(fā)來的數(shù)據(jù)進行解碼并送至DSP內(nèi)進行算法處理，算法處理后的數(shù)據(jù)緩存在相應(yīng)buffer內(nèi)，等待DMA搬運至codec進行播放。

電話上行通路：同樣依托buffer緩存即task調(diào)度機制，控制codec采集到的MIC數(shù)據(jù)傳輸至DSP內(nèi)進行算法處理，并對處理后的數(shù)據(jù)進行編碼、發(fā)送至藍牙主機。

圖1 音樂/電話模式方案框圖

助聽模式軟件實現(xiàn)方案如下圖所示，該模式不涉及藍牙協(xié)議棧及編解碼，直接將codec采集到的MIC數(shù)據(jù)傳輸至DSP內(nèi)做算法處理，處理后立即進行播放。助聽模式追求語音信號的實時性，通過軟件層面對緩存buffer及讀寫指針的優(yōu)化，在DSP只做memory copy的場景下，使用AP進行測量，數(shù)據(jù)環(huán)路延遲可以做到9.5ms。

圖2 助聽模式方案框圖

03支持各常用編解碼格式

BT音樂支持AAC SBC格式解碼，BT通話支持MSBC CVSD格式編解碼，兼容市面上絕大多數(shù)藍牙播放器。

04支持降噪、回聲消除、語音增強等算法

DSP內(nèi)集成了各種語音處理算法，在頻域?qū)用鎸φZ音數(shù)據(jù)進行降噪、回聲消除等處理，提高用戶的使用體驗度，避免了傳統(tǒng)助聽器單純音量放大帶來的“越戴越聾”的問題。方案支持SPP通信，可配合客戶開發(fā)的上位機/APP工具，指導(dǎo)用戶通過界面化操作，根據(jù)實際聽覺反饋配置算法參數(shù)，精準匹配每一位用戶的實際需求。

泰凌即將推出新一代音頻芯片TL751X系列，該系列芯片支持藍牙5.4技術(shù)，并采用雙核RISC-V處理器及Hifi-5 DSP的多核架構(gòu)，提供高性能音頻處理能力。MCU和DSP的核心頻率分別達到300MHz，配備1.75MB的SRAM和最大32MB的閃存容量。硬件編解碼器支持高達24bit/768kHz的音頻采樣率，其中ADC的信噪比和總諧波失真加噪聲（SNR/THD+N）分別達到106dB和80dB，DAC的性能則分別為120dB和90dB。

TL751X系列芯片具備豐富的外設(shè)接口，包括標準的SPI、I2C、UART等，以及新增的EMMC和SPDIF接口，使其能夠支持單芯片助聽器解決方案。現(xiàn)TL751X系列芯片已經(jīng)進入送樣階段，供前期客戶進行測試和開發(fā)。