DTMF信号的产生与识别

DTMF 信号的产生与识别 实验报告
1、 DTMF信号的产生 DTMF 编码器基于两个二阶数字正弦波振荡器，一个 用于产生行频，一个用于 产生列频。向 DSP 装入相应的系数 和初始条件，就可以只用两个振荡器产生 所需的八个音频信 号。典型的 DTMF信号频率范围是700～1700Hz，选 取 8000Hz 作为采 样频率，即可满足 Nyquist条件。DTMF双音频信号由两个二阶 数字正弦振荡器产生，一个用来产生行音频信号，另个一产生列音频信号。其系 统函数为：
当持续时间没有完毕时，时间变量减 1，然后产生静音样本再返回。
DTMF 信号的产生与识别 实验报告
while(timer!=0)
{ while(1)
{if(i>127) break;
/* 将 data[i]输出到 D/A */ while (!MCBSP_XRDY(HANDSET_CODEC)) {}; /* write sample to handset codec */ *(volatile u16*)DXR1_ADDR(HANDSET_CODEC) = data[i++]; } timer=timer-1;} 当持续时间完毕时，持续时间变量复位，然后切换任务标志为 1，装入下一 个数字，初始化新数字的振荡器系数与初始化条件，最后返回。 while(timer==0)
{ task=1; a=find1(n);
b=find2(n); y1=find3(n); y2=find4(n); timer=45;
} } 当进行任务判决时，如果任务标志不是零则进行双音任务。设计程序如下： while(task==1)
{ buf1[0]=y1; buf2[0]=y2; buf1[1]=(a*y1)*2; buf2[1]=(b*y2)*2; data[0]=buf1[0]/2+buf2[0]/2; data[1]=buf1[1]/2+buf2[1]/2; for(i=2;i<128;i++) { buf1[i]=(a*buf1[i-1])*2-buf1[i-2]; buf2[i]=(b*buf2[i-1])*2-buf2[i-2]; data[i]=buf1[i]/2+buf2[i]/2; }
双音多频 DTMF（Dual Tone Multi-Frequency）信 令，逐渐在全世界范围内 使用在按键式电话机上，因其提供更高的拨号速率，迅速取代了传统转盘式电话 机使用的拨号脉冲信令。近年来 DTMF 也应用在交互式控制中，诸如语言菜单、 语言邮件、电话银行和 ATM 终端等。将 DTMF 信令的产生与检测集成到任一 含有数字信号处理器(DSP)的系统中是一项较有价值的工程应用。
for(n=0;n<4;n++) {k1=2*n; k2=k1+1; k3=(m+4)*2; k4=k3+1; z[0]=a[k1]>3500; z[1]=a[k2]<200;
由 CCITT（国际电报电话咨询委员会）的规定，数字之间必须有适当长度 的静音，因此编码器有两个任务，其一是音频信号任务，产生双音样本，其二是 静音任务，产生静音样本。 每个任务结束后，启动下一个任务前（音频信号任 务或静音 任务），都必须复位决定其持续时间的定时器变量。在静音任务结束后， DSP 从数字缓存中调出下一个数字, 判决该数字。信号所对应的行频和列频信 号，并根据不同频率确定其初始化参数 a =-2cosω 与 y(-2)=-Asinω。我们这里
三、 硬件需求 算法所基于的硬件平台的特点，其运算能力能否满足算法的精度及时间的要 求，进行相应的分析。
四、 程序说明 包括程序实现的流程图、关键程序的注释等。
五、 程序的调试及结果 程序运行的调试过程、结果以及结论。
六、 程序清单 工程中的各个源文件的清单。
七、 总结 设计中的体会心得以及建议。
八、 参考文献 列出设计过程中所使用的参考书目、文章及其出处。
如图 DTMF数字振荡器对 DTMF信号产生流程 CCITT规定每秒最多按10个键，即每个键时隙最短为100MS，其中音频实际持续 时间至少为45MS，不大于55MS，时隙的其他时间内保持静默，因此按键产生双 音频信号时，相继的两个信号间隔一段时间；解码器利用这个时间识别出双音频 信号，并转换成对应的数字信息，而且要识别出间隙信息。因此流程包含音频任 务和静默任务，前者是产生双音频采样值，后者产生静默采样值，每个任务结束 时，要重置定时器和下一个任务。其中静默任务还要加上一个任务：从数字缓冲 区取出数字并解包。解包就是将数字映射为对应的行列音频特性，装载指针指向 振荡器特征表对应的正确位置。两个任务轮流执行。
现在利用Goertzel 算法来识别DTMF信号 Goertzel 算法 直接计算 ，需要很多复系数，即使只算一点的 也需要 个系数。采用数字信
号处理中的
算法，则可明显的提高速度，
算法是 信号检测的核心，
它利用二极点的 滤波器计算离散傅立叶变化值，快速有效的提取输入信号的频谱信息。
长度为 的 定义为：
其中，b = Asin ω0 ， a1 =-2cosω0 , a2 =1, ω0 =2π f0 / fa , f0 为正弦波频率， fa 为抽 样频率， ω0 为归一化数字频率。 对应的差分方程为：
振荡器对应的单位取样响应力为：
DTMF 信号的产生与识别 实验报告
即给定脉冲输入时，二阶系统输出一个纯净的正弦波。
DTMF ( 双 音 多 频) 技 术 是 DSP 技 术 中的一种。DTMF 信号是音频 电话的拨号信号。有美国 ATT 贝尔实验室开发。这种拨号方法取代了脉冲拨号， 每一个号码由两个音频信号组成，该双音频由按键所在的行和列对应的频率决 定。电话中的双音多频信号有两种作用：一是用于双音多频信号的拨号，去控制 交换机接同被叫的用户电话机；二是利用双音多频信号控制电话机各种动作。这 些功能的实现离不来 DTMF 信号的正确的产生和识别，专用数字处理信号芯片 （DSP）的出现，使这个问题得到轻松的解决，这里给出的是基于 TMS3205402 产生和识别 DTMF 信号的方法。
}
对八个频谱分别计算
程序设计： for (j=0;j<14;j++)
{ y[1]=data[1]/1024+2*d[j]*y[0]; for(i=2;i<128;i++)
{ y[i]=data[i]/1024+2*d[j]*y[i-1]-y[i-2]; } 通过上述程序求出 y[127]、y[126]。 利用公式算出幅度的平方
DTMF 信号的产生与识别 实验报告
i=0;
当持续时间没有完毕时，时间变量减 1，然后产生双音样本再返回 while(timer!=0)
{while(1)
{if(i>127) break;
/* 将 dacdata[i]输出到 D/A */ while (!MCBSP_XRDY(HANDSET_CODEC)) {}; /* write sample to handset codec */ *(volatile u16*)DXR1_ADDR(HANDSET_CODEC) = data[i++]; } timer=timer-1; } 当持续时间完毕时，持续时间变量复位，然后切换任务标志为 0，然后返回。 while(timer==0) {task=0; timer=45; } } 2、DTMF 信号的识别
采用CODEC的ADC和DAC实现数据的发送和接收。将DSP产生的数字信号 通过ADC发送，将产生的DTMF信号通过DAC送入DSP,进行检测。
TI公司的TMS320C5402系列的DSP芯片非常适合于快速运算，DTMF的产 生和检测计算复杂程度不高，采用Goertzel 算法使软件检测速度快、精度高，并 可以灵活的修改参数。能满足算法的精度及时间的要求。
DTMF 信号的产生与识别 实验报告
采样： i=0; while (1)
{if(i>127) break; /*采到 128 个样点后跳出采样*/
/* Wait for sample from handset */ while (!MCBSP_RRDY(HANDSET_CODEC)) {};
/* Read sample from and write back to handset codec */ data[i++] = *(volatile u16*)DRR1_ADDR(HANDSET_CODEC); /*采 样 128 个样点*/
四、 程序说明
1、DTMF信号的产生
DTMF 信号的产生与识别 实验报告
首先进行任务判决，判断任务标志是否为零，如果是零则进行静音任务。程 序设计如下： for(j=0;j<12;j++)
{ n=m[j];
while(task==0) { for(i=0;i<128;i++) {buf1[i]=0; buf2[i]=0; data[i]=0;} i=0;
采用算法检测DTMF信号，DSP使用十六个滤波器快速运算，与此同时在运 算之前加上增益控制，使得Goertzel 算法不用检查溢出，提供了效率。其缺点是 增加了存储需求，因为它不是一个一个的输入采样，而是达到一定的数量的采样 后才进行处理。
三、硬件需求
算法所基于的硬件平台的特点，其运算能力能否满足算法的精度及时间 要 求及相应的分析。软件部分完成了对DTMF信号的产生和识别。
程序设计： a[j]=(y[127]/2)*(y[127]/4)+(y[126]/2)*(y[126]/4)-2*d[j]*(y[127]/2)*(y[126]/4); 中间变量清零程序设计 ： for(j=0;j<128;j++) y[j]=0; /*清零*/ 峰值检测程序设计：
for(m=0;m<3;m++) {
DTMF 信号的产生及识别都要以相关算法为基础。在此我们提出采用 Goertzel 算法来实现 DTMF 信号的产生及检测 ,并详细推导了利用该算法实现 滤波器组的方法及用仿真软件进行模拟设计的过程。
二、算法原理以及软件仿真
DTMF
DTMF (Double Tone Multi frequency) 技术主要用于在电话频段内传送简单的 操作信号。在 DTMF 通信系统中共有8个频率,分为4个高频音和4个低频音。用1 个高频音和1个低频音的组合来表示一个信号。这样，共能提供16种组合,分别代 表 16 种信号。
A取 213 。
2、DTMF信号的识别 DTMF信号包含两组音频信号，解码器的任务是通过数学变换把它从时域转
化到频域，然后得出对应的数字信息。由于芯片处理的是数字信号，所以必须把 输入信号数字化，再用DSP芯片处理。频率检测时，检测出DTMF信号的基波及
DTMF 信号的产生与识别 实验报告
二次谐波，DTMF信号只在基波上有较高的能量，而话音信号则是在基波上叠加 有较强的二次谐波，检测二次谐波的作用是用来区分DTMF信号与语言和音乐信 号。
Goertzel 算法的实现图如下：
对应的传递函数为：
对八个频谱分别计算
DTMF 信号的产生与识别 实验报告
由于在 DTMF 检测中，输入的信号是实数序列，并不需 要检测出 8 个行 频 / 列频的相位，只需要计算出其幅度平方 即可。对于实序列x(n)， Goertzel 算法所需的内部变量v (n)k化参数 a =-2cosω 与 y(-2)=-Asinω 。也为实数。因 此计算如下：
DTMF 信号的产生与识别 实验报告
一、概述
随着 DSP 芯片及相关技术的发展，DSP 得到了人们的日益关注和越来越广 泛的应用。德州仪器（TI）公司推出的 TMS320VC54x 系列具有高性能、低功耗 等优良性能，受到用户的欢迎，已广泛地应用于有线和无线通讯、仪器仪表、雷 达、图像处理、工业控制、语音处理等领域。
DTMF 信号的产生与识别 实验报告
DSP技术课程设计
DTMF信号产生与识别
院 系： 电子信息工程学院
班 级：
通信0312班
电 话：
51681709
合 作 者：
唐宇希 03211346 、
邝佳菲 03211362
DTMF 信号的产生与识别 实验报告
目
录
一、 概述 说明选题的意义和要实现的目标。
二、 算法原理以及软件仿真 说明设计题目所使用的算法及理论基础。如有必要Βιβλιοθήκη Baidu可以在MATLAB平台上 进行相应的仿真。