双音多频DTMF信号的MATLAB仿真

数字信号处理

课程设计

《双音多频（DTMF）信号的MATLAB仿真》

院系：闽江学院计算机科学系

专业：通信工程

组长:蔡小红

组员：王垚天何杰坤

王晓清苏月琴

罗烨

指导老师：方荟

时间：2015年1月5日-2015年1月9日

双音多频（DTMF）信号的MATLAB仿真

任务分配安排表

目录

一、摘要

DTMF信号系统是一个典型的小型信号处理系统，它要用数字方法产生模拟信号并进行传输，应用D/A变换器，采用快速的频率检测算法——戈泽尔（GEORTZEL）算法的原理，以及该算法在双音多频拨号检测系统中的应用。对读入的电话号码，根据键入的号码数产生时域离散双音多频（DTMF）信号，并连续发出号码对应的双音频声音。同时进行时域离散DTMF信号进行检测，画出幅度谱，并用MATLAB在计算机上对双音多频的信号产生及检测接收系统进行了仿真测试。

关键词双音多频戈泽尔算法DFT

二、引言

DTMF（Double?Tone?MulitiFrequency,双音多频）作为实现电话号码快速可靠传输的一种技术，具有很强的抗干扰能力和较高的传输速度，广泛用于电话通信系统中。另外，它也可以在通信系统中广泛用来实现各种数据和语音等信息的远程传输，技术非常成熟、专业芯片种类繁多，在民用、金融、工业等领域的应用非常普及，甚至有通过软件来产生和检测DTMF信令方面的应用。但随着现代工业的持续发展，利用DTMF信令作为通信系统中的控制信号的通信设备正遭受着前所未有的各种日益复杂的干扰，尤其是与DTMF信令的同频干扰，使通信设备频频出现误动作等严重事故，所以消除与DTMF同频干扰已是利用该控制方式控制的通信系统不得不解决的一个问题。

三、设计要求

设计要求

（1）按一个数字键如“1”，则产生频率为697Hz和1209Hz的两个正弦波，并相加；

（2）可用查表法求数字键对应的频率，为此先建立拨号数字表矩阵；

（3）电话音频信号在数字信号处理时，取样频率为8KHz，每个数字信号持续时间为100ms，后面加上100ms的间隔（用0表示）；

（4）设计好各按键提示音，并能播放演示；

（5）编制GUI用户界面；

设计步骤

（1）总体设计搭建框架，确定人机对话界面，确定输入输出函数接口；

（2）编写主要程序，包括戈泽尔算法和N点DFT；

（3）编写实现输入输出功能的程序；

（4）编写波形输出程序；

（5）用matlab的相应函数进行检验；

（6）编写GUI，并绑定各功能，加以实现。

设计程序

读入电话号码，根据键入的电话号码产生时域离散双音多频（DTMF）信号，并连续发出号码对应的双音频声音。对时域离散DTMF信号进行频率检测，画出幅度谱。根据幅度谱的两个峰值，分别查找并确定输入电话号码，并将其拨号并响应。

设计GUI

实现更加友好的人机对话的界面，加入了界面窗口，各种数据可以从窗口直接输入，并且设置开始按钮和清除按钮，可以从窗口选择六位或者八位电话号码的输入，在窗口中可以直接显示出电话号码基频的幅值，简洁、方便。

图3.4.1具体的界面窗口。

原理

双音多频（Dual Tone Multi Frequency, DTMF ）信号是音频电话中的拨号信号，由美国AT&T 贝尔公司实验室研制，并用于电话网络中。这种信号制式具有很高的拨号速度，且容易自动监测识别，很快就代替了原有的用脉冲计数方式的拨号制式。这种双音多频信号制式不仅用在电话网络中，还可以用于传输十进制数据的其它通信系统中，用于电子邮件和银行系统中。这些系统中用户可以用电话发送DTMF 信号选择语音菜单进行操作。

DTMF 信号是一个典型的小型信号处理系统，它要用数字方法产生模拟信号并进行传输，用到了D/A 变换器。为了系统的检测速度并降低成本，还开发一种特殊的DFT 算法，称为戈泽尔(Goertzel)算法，这种算法既可以用硬件（专用芯片）实现，也可以用软件实现。下面首先介绍双音多频信号的产生方法和检测方法，包括戈泽尔算法，最后进行模拟实验。下面先介绍电话中的DTMF 信号的组成。

3.5.1电话中的DTMF 信号的组成

过去的电话拨号时靠脉冲计数确定0-9这10个数字的，不仅拨号速度慢，也不能扩展电话上网其他服务功能。现在均采用双音拨号。在电话中，数字0-9中每一个都用两个不同的单音频传输，所用的8个频率分成高频带和低频带两组，低频带有四个频率：679Hz,770Hz,852Hz 和941Hz ；高频带也有四个频率：1209Hz,1336Hz,1477Hz 和1633Hz.。每一个数字均由高、低频带中各一个频率构成，例如1用697Hz 和1209Hz 两个频率，信号用)

2sin()2sin(21t f t f ππ+

表示，其中Hz f 6791=，Hz f 12092=。这样8个频率形成16种不同的双频信号。具体号码以及符号对应的频率如表1所示。表中最后一列在电话中暂时未用。

表1双频拨号的频率分配

DTMF 信号在电话中有两种作用，一个是用拨号信号去控制交换机接通被叫的用户电话机，另一个作用是控制电话机的各种动作，如播放留言、语音信箱等。

3.5.2电话中的双音多频（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。典型的DTMF 信号频率范围是700~1700Hz ，选取8000Hz 作为采样频率，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，另一个产生列音频信号。在电话键盘上的每次按键会产生式表示的两个音调之和。规定用8KHz 对DTMF 信号进行采样，采样后得到时域离散信号为 :

)8000/2sin()8000/2sin()(21n f n f n x ππ+=……………………………………① 两个频率f1,f2唯一确定了被按压的键。具体数字对应的两个频率如上表1所示。