专题七-DSP应用举例-DTMF的产生和解码v1.0

DTMF在C5400下的实现讲演：管庆

主要内容DTMF码的基本原理DTMF码的产生DTMF码的检测

在DSP/BIOS环境下实现DTMF的产生和解码

DTMF产生和解码演示DSP解决方案案例－－DTMF双音多频DTMF（DualToneMultiFrequency）信令，逐渐在全世界范围内使用在按键式电话机上，因其提供更高的拨号速率，迅速取代了传统转盘式电话机使用的拨号脉冲信令。近年来DTMF也应用在交互式控制中，诸如语音菜单、语音邮件、电话银行和ATM终端等。 DTMF原理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，DSP用软件产生两个正弦波叠加在一起后发送。

DTMF解码器：本质是连续的过程，需要在输入的数据信号流中连续地搜索DTMF信号频谱的存在。采用Goertzel算法，这是一种在输入信号中提取频谱信息的快速有效方法。DTMF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。DTMF信号的产生H（Z）含有位于单位圆上的复共扼极点。另外，冲击响应函数为：二阶系统函数的差分方程为其中，DTMF信号的产生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中的其他时间为静音，以便区别连续的两个按键信号。数字之间必须有适当长度的静音，因此编码器有两个任务，其一是音频信号任务，产生双音样本，其二是静音任务，产生静音样本。DTMF信号的产生启动下一个任务前（音频信号任务或静音任务），都必须复位定时器变量。因为音频信号任务和静音任务都通过定时器变量，决定音频或静音的持续时间。在静音任务结束后，从数字缓存中调出下一个数字,判决该数字信号所对应的行频和列频信号，并根据不同频率确定其初始化参数整个程序可以置于DSP发射串口中断服务子程序里，由外部送入的8000Hz串口时钟触发中断，即可实时处理和恒定样本输出。DTMF信号的检测

在输入信号中检测DTMF信号，并将其转换为实际的数字，这一解码过程本质是连续的过程，需要在输入的数据信号流中连续地搜索DTMF信号频谱的存在。整个检测过程首先要确定检测算法，这是最重要的一步。采用Goertzel算法，这是一种在输入信号中提取频谱信息的快速有效方法。其次作检测结果的有效性检查。收集频谱信息

DTMF解码即是在输入信号中搜索出有效的行频和列频。计算数字信号的频谱可以采用DFT及其快速算法FFT，而在实现DTMF解码时，采用Goertzel算法要比FFT更快。通过FFT计算可以得到信号所有谱线，可以了解信号整个频域信息，而对于DTMF信号只用关心其8个行频/列频及其二次谐波信息即可（二次谐波的信息用于将DTMF信号与声音信号区别开）。此时Goertzel算法则具有更优的运算效率。(P425)收集频谱信息Goertzel算法原理框图收集频谱信息DFT计算可以等价为另外，在DTMF检测中，对于输入的实数序列并不需要检测出8个行频/列频的相位，只需要计算出其幅度平方即可。有效性检查确认可能的DTMF信号对是否有足够的强度。程序计算出的行频/列频成分高于一定的门限因为语音信号总会含有明显的8个行频/列频的偶次谐波。如果行频/列频成分二次谐波和基波成分之比低于一定门限，即可肯定检测到了代表一个数字信息的有效DTMF信号对将检测到的数字与前面最后一个数字比较，只有当数字之间是一段静音信号时，才可判决当前的数字为有效数字，区分开两次按键。

DTMF在DSP/BIOS下的实现

已经在CCS下完成DTMF码的产生和解调。分析实现过程，主要有以下几个任务：1.

DTMF码的产生：分双音与静音，分别持续50ms。2.DTMF的解码运算：每收到一个A/D数据的处理并完成DTMF码的判别。3.A/D及D/A中断服务程序：DA完成双音码的数模转换；AD完成数据的接收并设置数据到达标志（全局变量）。4.‘AC01芯片的初始化：设置采样率等参数，需要使用串口发送中断。DSP/BIOS下线程考虑拨号任务：定义周期性模块（PRD）每5秒运行一次FXN_Dial_Number()函数。该函数将需要拨出的号码缓冲设置好，初始化全局计数变量和指针，并开启串口发送中断，开始拨号。拨号缓冲中的数字为拨出的号码，0xff表示静音期，当遇到0xffff时，拨号结束，关闭串口发送中断。注意：FXN_Dial_Number将反复运行！拨号任务相关函数transmit():

串口发送中断服务函数，并完成对发送数据的计数以便确定拨号音与静音的时间。set_freq_coff(NowTel)：当前拨号数字所需要的频率系数。iir_to_dtmf()：根据前面的频率系数，产生响应的正弦波形。接收任务的考虑将整个de_dtmf()函数定义为一个TSK对象（_FXN_TSK_de_dtmf）。该任务线程由McBSP的接收中断每收到一个新的数据就发出一个旗语（semaphore）（SEM_New_Sample）触发。同时在中断服务程序内对收到数据计数，并使用全局变量IsNew_N，决定是否判断输出一个收到的号码。

接收相关函数

de_dtmf():对每个收到的数据做DFT，并对N点数据做能量累加。receive()：接收中断服务子程序。choose_code()：判断输出一个号码。

init_mem()：初始化接收运算的一些变量。该函数应该在FXN_Dial_Number中运行。

初始化AC01的考虑初始化AC01通过串口的发送中断，将采样率、通道设置等参数发到AC01。用汇编代码完成，并且取代DSP/BIOS的串口发送中断，直接完成中断服务响应。初始化完成后需要恢复，即串口发送中断仍然由DSP/BIOS管理，双音数据的发送程序也是挂接在DSP/BIOS硬件中断中完成。相关代码：

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

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

中断函数的插入和打开

DSP/BIOS提供函数HWI_dispatchPlug(vecid,fxn,attrs)用于中断服务函数的插入。该函数将使用HWI_dispatch功能，不将函数fxn直接插入中断向量表。后者可以使用函数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，其他中断不影响！*/HWI_enable();……..图1任务拨号+解码任务，采样频率f