專題七-DSP應(yīng)用舉例-DTMF的產(chǎn)生和解碼v1.0

DTMF在C5400下的實(shí)現(xiàn)講演：管慶

主要內(nèi)容DTMF碼的基本原理DTMF碼的產(chǎn)生DTMF碼的檢測(cè)

在DSP/BIOS環(huán)境下實(shí)現(xiàn)DTMF的產(chǎn)生和解碼

DTMF產(chǎn)生和解碼演示DSP解決方案案例－－DTMF雙音多頻DTMF（DualToneMultiFrequency）信令，逐漸在全世界范圍內(nèi)使用在按鍵式電話機(jī)上，因其提供更高的撥號(hào)速率，迅速取代了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)盤式電話機(jī)使用的撥號(hào)脈沖信令。近年來DTMF也應(yīng)用在交互式控制中，諸如語音菜單、語音郵件、電話銀行和ATM終端等。 DTMF原理DTMF編碼器：基于兩個(gè)二階數(shù)字正弦波振蕩器，一個(gè)用于產(chǎn)生行頻，一個(gè)用于產(chǎn)生列頻，DSP用軟件產(chǎn)生兩個(gè)正弦波疊加在一起后發(fā)送。

DTMF解碼器：本質(zhì)是連續(xù)的過程，需要在輸入的數(shù)據(jù)信號(hào)流中連續(xù)地搜索DTMF信號(hào)頻譜的存在。采用Goertzel算法，這是一種在輸入信號(hào)中提取頻譜信息的快速有效方法。DTMF信號(hào)的產(chǎn)生

DTMF編碼器基于兩個(gè)二階數(shù)字正弦波振蕩器，一個(gè)用于產(chǎn)生行頻，一個(gè)用于產(chǎn)生列頻。DTMF信號(hào)的產(chǎn)生H（Z）含有位于單位圓上的復(fù)共扼極點(diǎn)。另外，沖擊響應(yīng)函數(shù)為：二階系統(tǒng)函數(shù)的差分方程為其中，DTMF信號(hào)的產(chǎn)生CCITT對(duì)DTMF信號(hào)規(guī)定的指標(biāo)是，傳送/接收率為每秒10個(gè)數(shù)字，即每個(gè)數(shù)字100ms。代表數(shù)字的音頻信號(hào)必須持續(xù)至少45ms，但不超過55ms。100ms中的其他時(shí)間為靜音，以便區(qū)別連續(xù)的兩個(gè)按鍵信號(hào)。數(shù)字之間必須有適當(dāng)長度的靜音，因此編碼器有兩個(gè)任務(wù)，其一是音頻信號(hào)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。DTMF信號(hào)的產(chǎn)生啟動(dòng)下一個(gè)任務(wù)前（音頻信號(hào)任務(wù)或靜音任務(wù)），都必須復(fù)位定時(shí)器變量。因?yàn)橐纛l信號(hào)任務(wù)和靜音任務(wù)都通過定時(shí)器變量，決定音頻或靜音的持續(xù)時(shí)間。在靜音任務(wù)結(jié)束后，從數(shù)字緩存中調(diào)出下一個(gè)數(shù)字,判決該數(shù)字信號(hào)所對(duì)應(yīng)的行頻和列頻信號(hào)，并根據(jù)不同頻率確定其初始化參數(shù)整個(gè)程序可以置于DSP發(fā)射串口中斷服務(wù)子程序里，由外部送入的8000Hz串口時(shí)鐘觸發(fā)中斷，即可實(shí)時(shí)處理和恒定樣本輸出。DTMF信號(hào)的檢測(cè)

在輸入信號(hào)中檢測(cè)DTMF信號(hào)，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(hào)流中連續(xù)地搜索DTMF信號(hào)頻譜的存在。整個(gè)檢測(cè)過程首先要確定檢測(cè)算法，這是最重要的一步。采用Goertzel算法，這是一種在輸入信號(hào)中提取頻譜信息的快速有效方法。其次作檢測(cè)結(jié)果的有效性檢查。收集頻譜信息

DTMF解碼即是在輸入信號(hào)中搜索出有效的行頻和列頻。計(jì)算數(shù)字信號(hào)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(shí)，采用Goertzel算法要比FFT更快。通過FFT計(jì)算可以得到信號(hào)所有譜線，可以了解信號(hào)整個(gè)頻域信息，而對(duì)于DTMF信號(hào)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(hào)與聲音信號(hào)區(qū)別開）。此時(shí)Goertzel算法則具有更優(yōu)的運(yùn)算效率。(P425)收集頻譜信息Goertzel算法原理框圖收集頻譜信息DFT計(jì)算可以等價(jià)為另外，在DTMF檢測(cè)中，對(duì)于輸入的實(shí)數(shù)序列并不需要檢測(cè)出8個(gè)行頻/列頻的相位，只需要計(jì)算出其幅度平方即可。有效性檢查確認(rèn)可能的DTMF信號(hào)對(duì)是否有足夠的強(qiáng)度。程序計(jì)算出的行頻/列頻成分高于一定的門限因?yàn)檎Z音信號(hào)總會(huì)含有明顯的8個(gè)行頻/列頻的偶次諧波。如果行頻/列頻成分二次諧波和基波成分之比低于一定門限，即可肯定檢測(cè)到了代表一個(gè)數(shù)字信息的有效DTMF信號(hào)對(duì)將檢測(cè)到的數(shù)字與前面最后一個(gè)數(shù)字比較，只有當(dāng)數(shù)字之間是一段靜音信號(hào)時(shí)，才可判決當(dāng)前的數(shù)字為有效數(shù)字，區(qū)分開兩次按鍵。

DTMF在DSP/BIOS下的實(shí)現(xiàn)

已經(jīng)在CCS下完成DTMF碼的產(chǎn)生和解調(diào)。分析實(shí)現(xiàn)過程，主要有以下幾個(gè)任務(wù)：1.

DTMF碼的產(chǎn)生：分雙音與靜音，分別持續(xù)50ms。2.DTMF的解碼運(yùn)算：每收到一個(gè)A/D數(shù)據(jù)的處理并完成DTMF碼的判別。3.A/D及D/A中斷服務(wù)程序：DA完成雙音碼的數(shù)模轉(zhuǎn)換；AD完成數(shù)據(jù)的接收并設(shè)置數(shù)據(jù)到達(dá)標(biāo)志（全局變量）。4.‘AC01芯片的初始化：設(shè)置采樣率等參數(shù)，需要使用串口發(fā)送中斷。DSP/BIOS下線程考慮撥號(hào)任務(wù)：定義周期性模塊（PRD）每5秒運(yùn)行一次FXN_Dial_Number()函數(shù)。該函數(shù)將需要撥出的號(hào)碼緩沖設(shè)置好，初始化全局計(jì)數(shù)變量和指針，并開啟串口發(fā)送中斷，開始撥號(hào)。撥號(hào)緩沖中的數(shù)字為撥出的號(hào)碼，0xff表示靜音期，當(dāng)遇到0xffff時(shí)，撥號(hào)結(jié)束，關(guān)閉串口發(fā)送中斷。注意：FXN_Dial_Number將反復(fù)運(yùn)行！撥號(hào)任務(wù)相關(guān)函數(shù)transmit():

串口發(fā)送中斷服務(wù)函數(shù)，并完成對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)的計(jì)數(shù)以便確定撥號(hào)音與靜音的時(shí)間。set_freq_coff(NowTel)：當(dāng)前撥號(hào)數(shù)字所需要的頻率系數(shù)。iir_to_dtmf()：根據(jù)前面的頻率系數(shù)，產(chǎn)生響應(yīng)的正弦波形。接收任務(wù)的考慮將整個(gè)de_dtmf()函數(shù)定義為一個(gè)TSK對(duì)象（_FXN_TSK_de_dtmf）。該任務(wù)線程由McBSP的接收中斷每收到一個(gè)新的數(shù)據(jù)就發(fā)出一個(gè)旗語（semaphore）（SEM_New_Sample）觸發(fā)。同時(shí)在中斷服務(wù)程序內(nèi)對(duì)收到數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)，并使用全局變量IsNew_N，決定是否判斷輸出一個(gè)收到的號(hào)碼。

接收相關(guān)函數(shù)

de_dtmf():對(duì)每個(gè)收到的數(shù)據(jù)做DFT，并對(duì)N點(diǎn)數(shù)據(jù)做能量累加。receive()：接收中斷服務(wù)子程序。choose_code()：判斷輸出一個(gè)號(hào)碼。

init_mem()：初始化接收運(yùn)算的一些變量。該函數(shù)應(yīng)該在FXN_Dial_Number中運(yùn)行。

初始化AC01的考慮初始化AC01通過串口的發(fā)送中斷，將采樣率、通道設(shè)置等參數(shù)發(fā)到AC01。用匯編代碼完成，并且取代DSP/BIOS的串口發(fā)送中斷，直接完成中斷服務(wù)響應(yīng)。初始化完成后需要恢復(fù)，即串口發(fā)送中斷仍然由DSP/BIOS管理，雙音數(shù)據(jù)的發(fā)送程序也是掛接在DSP/BIOS硬件中斷中完成。相關(guān)代碼：

/*ThefollowingcodeareusedtosetupAC01*/C54_plug(20,&_start_ac01);/*changeinterruptvector*/

oldmask=C54_disableIMR(0xffff);/*closeallIMR*/start_ac01();/*indtmf.asm,usedtoinitAC01&McBSP0*/C54_enableIMR(oldmask);/*restoreoldIMR*//*----------EndsetupAC01!-----------------------*/

中斷函數(shù)的插入和打開

DSP/BIOS提供函數(shù)HWI_dispatchPlug(vecid,fxn,attrs)用于中斷服務(wù)函數(shù)的插入。該函數(shù)將使用HWI_dispatch功能，不將函數(shù)fxn直接插入中斷向量表。后者可以使用函數(shù)C54_plug(vecid,fxn)。下面是例子：

#include"DTMF5410_BIOScfg.h"#include<hwi.h>……..HWI_dispatchPlug(20,&pllx100,NULL);C54_enableIMR(0x20);/*#20h:bit5->BXINT0，

bit4->BRINT0,enableBXINT0，其他中斷不影響！*/HWI_enable();……..圖1任務(wù)撥號(hào)+解碼任務(wù)，采樣頻率f