数字信号处理实验六报告

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1、实验六数字信号处理在双音多频拨号系统中的应用1、引言双音多频(DualToneMultiFrequency,DTMF)信号是音频电话中的拨号信号，曲美国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，且容易口动监测识别，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屮，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，其中还用到

2、了D/A变换器；在接收端用A/D变换器将其转换成数字信号，并进行数字信号处理与识别。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(Goertze1)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。在电话中，数字0~9的屮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

3、,1477Hz和1633Hz.o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，信号用表示，其小，。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10.6.1所示。表屮最后一列在电话屮暂时未用。表10.6.1双频拨号的频率分配列行1209Hz1336Hz1477Hz633Hz697Hz123A770Hz456B852Hz789C942Hz*0#DDTMF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、语咅信箱等。2电话中的双

4、音多频(DTMF)信号的产生与检测(1)双音多频信号的产生假设时间连续的DTMF信号用表示，式屮是按照表10.10.1选择的两个频率，代表低频带中的一个频率，代表高频带中的一个频率。显然采用数字方法产生DTMF信号，方便而FL体积小。下面介绍采用数字方法产牛DTMF信号。规定用8KHz对DTMF信号进行采样，采样后得到时域离散信号为形成上血序列的方法有两种，即计算法和杳表法。用计算法求正弦波的序列值容易，但实际中要占用一些计算时间，影响运行速度。查表法是预先将正弦波的各序列值计算出来，寄存在存储器中，运行时只要按顺序和一定的速度取出便可。这种方法要占用

5、一定的存储空间，但是速度快。因为采样频率是8000Hz，因此要求每125ms输出一个样本，得到的序列再送到D/A变换器和平滑滤波器，输出便是连续时间的DTMF信号。DTMF信号通过电话线路送到交换机。(2)双音多频信号的检测在接收端，要对收到的双音多频信号进行检测，检测两个正弦波的频率是多少,以判断所对应的十进制数字或者符号。显然这里仍然要用数字方法进行检测，因此耍将收到的时间连续DTMF信号经过A/D变换，变成数字信号进行检测。检测的方法有两种，一种是用一组滤波器捉取所关心的频率，根据有输出信号的2个滤波器判断相应的数字或符号。另一种是用DFT(FF

6、T)对双音多频信号进行频谱分析，由信号的幅度谱，判断信号的两个频率，最后确定相应的数字或符号。当检测的音频数目较少时，用滤波器组实现更合适。FFT是DFT的快速算法，但当DFT的变换区间较小时，FFT快速算法的效杲并不明显，而且还耍占用很多内存，因此不如直接用DFT合适。下而介绍Goertzel算法，这种算法的实质是直接计算DFT的一种线性滤波方法。这里略去Goertzel算法的介绍(请参考文献[19]),可以直接调用MATLAB信号处理工具箱中戈泽尔算法的函数Goertzel,计算N点DFT的几个感兴趣的频点的值。3检测DTMF信号的DFT参数选择用

7、DFT检测模拟DTMF信号所含有的两个音频频率，是一个用DFT对模拟信号进行频谱分析的问题。根据笫三章用DFT对模拟信号进行谱分析的理论，确定三个参数：(1)采样频率，(2)DFT的变换点数河(3)需要对信号的观察吋间的长度。这三个参数不能随意选取，耍根据对信号频谱分析的耍求进行确定。这里对信号频谱分析也冇三个要求：(1)频率分辨率，(2)谱分析的频谱范围,(3)检测频率的准确性。1.频谱分析的分辨率。观察要检测的8个频率，相邻间隔最小的是第一和第二个频率，间隔是73/fe,要求DFT最少能够分辨相隔73血的两个频率，即要求。DFT的分辨率和对信号的观

8、察时间有关，。考虑到可靠性，留冇富裕量，要求按键的时间大于40ms。2频谱分析的频率范围要检测