DTMF信号的产生及检测 王乾乾12213051 蒋雨涵 12213038

DTMF信号的产生及检测实验报告DSP课程实验报告——DTMF信号的产生及检测学院：电子信息工程学院组员：王乾乾12213051蒋雨涵12213038指导教师：李居朋时间：2015年6月8日DTMF信号的产生及检测实验报告一、设计任务书.......................................................................................................................................-0-二、设计内容...........................................................................................................................................-0-2.1基本部分.....................................................................................................................................-0-2.2发挥部分.....................................................................................................................................-0-三、设计方案、算法原理说明.............................................................................................................-0-3.1DTMF（双音多频）信号简介................................................................................................-0-3.2DTMF信号的产生.....................................................................................................................-1-3.3DTMF信号的检测、接收部分原理......................................................................................-3-四、程序设计与结果分析.......................................................................................................................-8-4.1DTMF信号的产生.....................................................................................................................-8-4.2DTMF信号的检测....................................................................................................................-11-4.3运行结果及分析.......................................................................................................................-15-4.4发挥部分...................................................................................................................................-18-五．实验总结与感想：.........................................................................................................................-27-六．参考文献.........................................................................................................................................-28-DTMF信号的产生及检测实验报告图1DTMF信令的编码一、设计任务书（1）编写C语言程序，并在CCS集成开发环境下调试通过。（2）实现设计所要求的各项功能。（3）按要求撰写设计报告。二、设计内容2.1基本部分（1)使用C语言编写DSP下DTMF信号的产生程序，要求循环产生0~9、*、#、A、B、C、D对应的DTMF信号，并且符合CCITT对DTMF信号规定的指标。（2)使用C语言编写DSP下DTMF信号的检测程序，检测到的DTMF编码在CCS调试窗口中显示，要求既不能漏检，也不能重复检出。（3)DTMF信号的发送与接收分别使用不同的实验板完成。2.2发挥部分（1)使用一个DSP工程实现DTMF信号的自发自收功能。（2)改进DTMF信号的规定指标，使每秒内可传送的DTMF编码加倍。（3)发送的DTMF信号的幅度在一定范围内可调，此时仍能完成DTMF信号的正常检测。三、设计方案、算法原理说明3.1DTMF（双音多频）信号简介双音多频DTMF(DualToneMulti—Frequency)信号在全世界范围内得到广泛应用，将DTMF信号的产生与检测集成到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。双音多频DTMF(DualToneMulti—Frequency)信号，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DTMF信号的产生及检测实验报告-1-号速率，迅速取代了传统转盘式电话机使用的拨号脉冲信号。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信号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。DTMF编解码器在编码时将击键或数字信息转换成双音信号并发送，解码时在收到的DTMF信号中检测击键或数字信息的存在性。CCITT（国际电报电话咨询委员会）建议,国际上采用697Hz、770Hz、852Hz、941Hz、1209Hz、1336Hz、1477Hz、1633Hz8个频率,并将其分成两个群,即低频群和高频群。从低频群和高频群中任意抽出一个频率进行叠加组合,具有16种组合形式,让其代表数字和功率，电话机键盘上每一个键通过由图中行频与列频唯一确定。DTMF的编解码方案无需过多的计算量，可以很容易的在DSP系统里与其他任务并发执行。组成DTMF信号的频率有一些特有的属性：所有的音频都位于人的可听范围内，因此当按键按下时人可以监测到；8个频率中没有一个频率是其他任意一个频率的倍数；8个频率中任意两个频率的组合，如相加或相减，都不等于其他任意一个频率。这些特性不仅简化了DTMF信号的解码同时也降低了DTMF误检的概率。这样便使得接收端几乎可以立即检测出按键的信息并可以摒弃语音或噪声的谐波能量。因此语音或者噪声被误检为DTMF信号的概率就大大减小。3.2DTMF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。正弦波是任何波形构成的基本单元，产生正弦波的方法一般有：采样回放法、查表法、泰勒级数展开法、数字正弦振荡器法。我们用的是sin函数产生离散的正弦值，因为这种方法我们比较熟悉而且通过查阅资料这种方法的也能达到误差要求，生成DTMF的公式为：其中t为采样序数，由0开始递增；f1，f2为生成DTMF信号的两个正弦波的频率；fs为采样频率；buffer[t]为序数t时的得出的采样值。将这些数据转换为Q15格式然后通过codec发送出去。DTMF信号的产生及检测实验报告-2-图3DTMF信号产生的试验系统原理框图CCITT对DTMF信号规定的指标是，传送/接收率为每秒10个数字，即每个数字100ms。代表数字的音频信号必须持续至少45ms，但不超过55ms。100ms内其他时间为静音，以便区别连续的两个按键信号。我们使用8000Hz的采样频率，即1秒采样8000个点，则100ms采样800个点，我们设置800个点的缓存，其中用400个缓存产生的DTMF信号值，即音频信号必须持续50ms，另外400个存0值，即静音信号。数字振荡器的二阶系统其传递函数H(z)没有零点。只有一对在单位圆上的共扼极点，单位冲击响应为恒幅度震荡，即产生了正弦信号，。经变换后得函数的差分方程：，其中，fs为采样频率，f0为输出频率。该式初值为y(-1)=0，y(−2)=−Asinω0，A为输出正弦波的幅度。DTMF发生算法原理框图如图：对于DTMF所产生的频率和采样频率为：row频率：697Hz．770Hz，852Hz，941Hz；column频率：1209Hz，1336Hz，1477Hz，1633Hz采样频率：fs=8KHz另外,需要注意的是,由于本实验需要用到BJTU-DSP5502实验系统板上的CODEC模块，因此在编写的程序中还需要写入A/D、D/A转换部分。图2DTMF信号的产生原理框图DTMF信号的产生及检测实验报告-3-3.3DTMF信号的检测、接收部分原理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换到频域，然后得出对应的数字信息。由于DSP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芯片进行处理。在信号接收端，需要对DTMF信号进行检测，即寻找信号的行频和列频，最后根据DTMF键盘信息确定相应的数字或符号。对DTMF信号的检测方法可以有多种。主要分为从信号时间域处理和从信号频率域处理两大类。前一种方法包括：过零点位置检测法、信号峰值位置检测法、过零点位置及信号幅值检测法等。其特点是实现简单，可以通过8880等芯片加上外围电路实现，易于集成化。缺点是易受干扰，对信噪比要求高。现在广泛用于一般的脉冲拨号电话机，通过采用神经网络等辅助判别方法可以大大提高信号的识别率。后一种方法包括：频率判断、能量判断两类。频率判断主要通过滤波器提取DTMF相应的频率信号进行比较判断，滤渡器可以用窄带、低通、高通滤波器，应用方式可有并联，级联，混合等方式。能量判断是直接计算对DTMF信号相应的能量进行计算，找出高、低频率群中最强的信号，进行判断。包括DFT法(DiscreteFourierTransform)，FFT(FastFourierTransform)，Goertzel算法等。我们在这里采用的改进Goertzel法，与其他方法比较，对信噪比要具有很强抗噪声能力。频率检测时，检测出DTMF信号的基波及二次谐波，DTMF信号只在基波上有较高能量，而话音信号则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。3.3.1Goertzel算法原理采用Goertzel基本算法能得出与常规离