雙音多頻dmf指令在dsp系統(tǒng)中的應(yīng)用

雙音多頻dmf指令在dsp系統(tǒng)中的應(yīng)用

dtmf（多音源廣播）消息逐漸在世界上使用。因?yàn)樵谔峁└哌_(dá)性頻率的同時，它迅速取代了傳統(tǒng)的堆疊機(jī)。近年來DTMF也應(yīng)用在交互式控制中,諸如語言菜單、語言郵件、電話銀行和ATM終端等。將DTMF信令的產(chǎn)生與檢測集成到任一含有數(shù)字信號處理器(DSP)的系統(tǒng)中,是一項(xiàng)較有價值的工程應(yīng)用。DTMF編解碼器在編碼時將擊鍵或數(shù)字信息轉(zhuǎn)換成雙音信號并發(fā)送,解碼時在收到的DTMF信號中檢測擊鍵或數(shù)字信息的存在性。電話機(jī)鍵盤上每一個鍵通過由圖1所示的行頻與列頻唯一確定。DTMF的編解碼方案無需過多的計(jì)算量,可以很容易的在DSP系統(tǒng)里與其他任務(wù)并發(fā)執(zhí)行。1ccitt信號編碼方法DTMF編碼器基于兩個二階數(shù)字正弦波振蕩器,一個用于產(chǎn)生行頻,一個用于產(chǎn)生列頻。向DSP裝入相應(yīng)的系數(shù)和初始條件,就可以只用兩個振蕩器產(chǎn)生所需的八個音頻信號。典型的DTMF信號頻率范圍是700~1700Hz,選取8000Hz作為采樣頻率,即可滿足Nyquist條件。其中a1=-2cosω0,a2=1,ω0=2πf0/fs,fs為采樣頻率,f0為輸出正弦波的頻率,A為輸出正弦波的幅度。該式初值為y(-1)=0,y(-2)=-Asinω0。CCITT對DTMF信號規(guī)定的指標(biāo)是,傳送/接收率為每秒10個數(shù)字,即每個數(shù)字100ms。代表數(shù)字的音頻信號必須持續(xù)至少45ms,但不超過55ms。100ms內(nèi)其他時間為靜音,以便區(qū)別連續(xù)的兩個按鍵信號。編程的流程如圖3所示,由CCITT的規(guī)定,數(shù)字之間必須有適當(dāng)長度的靜音,因此編碼器有兩個任務(wù),其一是音頻信號任務(wù),產(chǎn)生雙音樣本,其二是靜音任務(wù),產(chǎn)生靜音樣本。每個任務(wù)結(jié)束后,啟動下一個任務(wù)前(音頻信號任務(wù)或靜音任務(wù)),都必須復(fù)位決定其持續(xù)時間的定時器變量。在靜音任務(wù)結(jié)束后,DSP從數(shù)字緩存中調(diào)出下一個數(shù)字,判決該數(shù)字信號所對應(yīng)的行頻和列頻信號,并根據(jù)不同頻率確定其初始化參數(shù)a1=-2cosω0與y(-2)=-Asinω0。2解碼過程檢測在輸入信號中檢測DTMF信號,并將其轉(zhuǎn)換為實(shí)際的數(shù)字,這一解碼過程本質(zhì)是連續(xù)的過程,需要在輸入的數(shù)據(jù)信號流中連續(xù)地搜索DTMF信號頻譜的存在。整個檢測過程分兩步:首先采用Goertzel算法在輸入信號中提取頻譜信息;接著作檢測結(jié)果的有效性檢查。2.1信號編碼及信號處理DTMF解碼即是在輸入信號中搜索出有效的行頻和列頻。計(jì)算數(shù)字信號的頻譜可以采用DFT及其快速算法FFT,而在實(shí)現(xiàn)DTMF解碼時,采用Goertzel算法要比FFT更快。通過FFT可以計(jì)算得到信號所有譜線,了解信號整個頻域信息,而對于DTMF信號只用關(guān)心其8個行頻/列頻及其二次諧波信息即可(二次諧波的信息用于將DTMF信號與聲音信號區(qū)別開)。此時Goertzel算法能更加快速的在輸入信號中提取頻譜信息。Goertzel算法實(shí)質(zhì)是一個兩極點(diǎn)的IIR濾波器,其算法原理框圖如圖4。如圖知,DFT計(jì)算可以等價為:由于在DTMF檢測中,輸入的信號是實(shí)數(shù)序列,并不需要檢測出8個行頻/列頻的相位,只需要計(jì)算出其幅度平方即可。對于實(shí)序列x(n),Goertzel算法所需的內(nèi)部變量vk(n)也為實(shí)數(shù)。因此計(jì)算|X(k)|2如下:用上式的計(jì)算取代式(3)即可完全避免復(fù)數(shù)運(yùn)算。2.2行頻/列頻中間變量迭代計(jì)算檢測流程可參照圖5,把檢測程序作為C54x的McBsp接收中斷服務(wù)子程序,在每一個接收中斷到來時,表明采到一個新樣點(diǎn)。樣點(diǎn)值代入式(2),迭代計(jì)算8個行頻/列頻的中間變量vk(n)(k為8個行頻/列頻分別對應(yīng)的數(shù)字頻率),直到采到N=125個樣點(diǎn)(在8kHz采樣頻率下,約為15ms)。此時再按式(4)計(jì)算8個行頻/列頻的幅度平方|X(k)|2。接下來將|X(k)|2與門限作比較,并作二次諧波檢測,判決出有效的音頻信號。將音頻信號映射為數(shù)字信號后,再與上一個檢測到的數(shù)字信號比較,最終判決出有效的數(shù)字信號。3dtmf信號模型基于上述原理與算法代碼,在TI公司的DSP開發(fā)環(huán)境CodeComposerStudio(CCS)下,分析上述整個DTMF信令的產(chǎn)生與檢測方案的性能。(1)由CCS給出的如下內(nèi)存印象文件報(bào)告,DTMF的產(chǎn)生(gen_dtmf.obj)與DTMF的檢測(de_dtmf.obj)這兩段核心代碼分別占用3e6H和1e0H個字(16bitword),即約占1K字的存儲器空間,消耗系統(tǒng)資源極低;(2)DTMF信令的產(chǎn)生與檢測程序均放置于C54x的McBSP中斷服務(wù)子程序內(nèi),由CCS的代碼剖析工具分析代碼執(zhí)行時間,當(dāng)C54x運(yùn)行在主頻100MHz時,DTMF產(chǎn)生中斷服務(wù)子程序interrupttransmit()最大消耗283個時鐘周期,即2.83μs,DTMF檢測中斷服務(wù)子程序interruptreceive()最大消耗6148個時鐘周期,約61μs。因此該方案能夠?qū)崟r產(chǎn)生與檢測DTMF信令,還可保證有時間冗余度,與其他程序在用戶系統(tǒng)中并發(fā)執(zhí)行。由圖1可知,一個DTMF信號由兩個頻率的音頻信號疊加構(gòu)成。這兩個音頻信號的頻率來自兩組預(yù)分配的頻率組:行頻組或列頻組。每一對這樣的音頻信號唯一表示一個數(shù)字或符號。為了產(chǎn)生DTMF信號,DSP用軟件產(chǎn)生兩個正弦波疊加在一起后發(fā)送,解碼時D