基于DSP的DTMF信令的產(chǎn)生分析與檢測

　　編程的流程如圖3所示，由CCITT的規定，數字之間必須有適當長(cháng)度的靜音，因此編碼器有兩個(gè)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(gè)任務(wù)結束后，啟動(dòng)下一個(gè)任務(wù)前(音頻信號任務(wù)或靜音任務(wù))，都必須復位決定其持續時(shí)間的定時(shí)器變量。在靜音任務(wù)結束后，DSP從數字緩存中調出下一個(gè)數字,判決該數字信號所對應的行頻和列頻信號，并根據不同頻率確定其初始化參數a1=-2cosω0與y(-2)=-Asinω0。

　　該流程圖可采用C語(yǔ)言實(shí)現，雙音信號的產(chǎn)生則由54x匯編代碼實(shí)現。整個(gè)程序作為C54x的多通道緩沖串口(McBsp)的發(fā)射串口中斷服務(wù)子程序，由外部送入的8000Hz串口時(shí)鐘觸發(fā)中斷，可實(shí)時(shí)處理并通過(guò)D/A轉換器輸出DTMF信令信號。

　　2 DTMF信號的檢測

　　在輸入信號中檢測DTMF信號，并將其轉換為實(shí)際的數字，這一解碼過(guò)程本質(zhì)是連續的過(guò)程，需要在輸入的數據信號流中連續地搜索DTMF信號頻譜的存在。整個(gè)檢測過(guò)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(zhù)作檢測結果的有效性檢查。

　　2.1 Goertzel算法

　　DTMF解碼即是在輸入信號中搜索出有效的行頻和列頻。計算數字信號的頻譜可以采用DFT及其快速算法FFT，而在實(shí)現DTMF解碼時(shí)，采用Goertzel算法要比FFT更快。通過(guò)FFT可以計算得到信號所有譜線(xiàn)，了解信號整個(gè)頻域信息，而對于DTMF信號只用關(guān)心其8個(gè)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信號與聲音信號區別開(kāi))。此時(shí)Goertzel算法能更加快速的在輸入信號中提取頻譜信息。

　　圖 4

　　Goertzel算法實(shí)質(zhì)是一個(gè)兩極點(diǎn)的IIR濾波器，其算法原理框圖如圖4。由于在DTMF檢測中，輸入的信號是實(shí)數序列，并不需要檢測出8個(gè)行頻/列頻的相位，只需要計算出其幅度平方即可。

　　2.2 DTMF檢測器流程

　　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(gè)接收中斷到來(lái)時(shí)，表明采到一個(gè)新樣點(diǎn)。樣點(diǎn)值代入式(2)，迭代計算8個(gè)行頻/列頻的中間變量vk(n)(k為8個(gè)行頻/列頻分別對應的數字頻率)，直到采到N=125個(gè)樣點(diǎn)(在8kHz采樣頻率下，約為15ms)。此時(shí)再按式(4)計算8個(gè)行頻/列頻的幅度平方|X(k)|2。接下來(lái)將|X(k)|2與門(mén)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字信號后，再與上一個(gè)檢測到的數字信號比較，最終判決出有效的數字信號。

　　圖 5

　　按圖5所示流程得到DTMF信令檢測程序。整個(gè)程序作為C54x的McBsp接收串口中斷服務(wù)子程序，從而可以實(shí)時(shí)分析來(lái)自A/D轉換器的DTMF信令信號。

　　3 性能分析

　　基于上述原理與算法代碼，在TI公司的DSP開(kāi)發(fā)環(huán)境Code Composer Studio(CCS)下，分析上述整個(gè)DTMF信令的產(chǎn)生與檢測方案的性能。

　　(1)由CCS給出的如下內存印象文件報告，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(gè)字(16bit word)，即約占1K字的存儲器空間，消耗系統資源極低;

　　(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，由CCS的代碼剖析工具分析代碼執行時(shí)間，當 C54x 運行在主頻100MHz時(shí)，DTMF產(chǎn)生中斷服務(wù)子程序interrupt transmit()最大消耗283個(gè)時(shí)鐘周期，即2.83μs，DTMF檢測中斷服務(wù)子程序interrupt receive()最大消耗6148個(gè)時(shí)鐘周期，約61μs。因此該方案能夠實(shí)時(shí)產(chǎn)生與檢測DTMF信令，還可保證有時(shí)間冗余度，與其他程序在用戶(hù)系統中并發(fā)執行。