基于DSP的DTMF信令的產生分析與檢測

　　雙音多頻DTMF(Dual Tone Multi-Frequency)信令，逐漸在全世界范圍內使用在按鍵式電話機上，因其提供更高的撥號速率，迅速取代了傳統轉盤式電話機使用的撥號脈沖信令。近年來DTMF也應用在交互式控制中，諸如語言菜單、語言郵件、電話銀行和ATM終端等。將DTMF信令的產生與檢測集成到任一含有數字信號處理器(DSP)的系統中，是一項較有價值的工程應用。

　　DTMF編解碼器在編碼時將擊鍵或數字信息轉換成雙音信號并發送，解碼時在收到的DTMF信號中檢測擊鍵或數字信息的存在性。電話機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算量，可以很容易的在DSP系統里與其他任務并發執行。

　　圖 1

　　由圖1可知，一個DTMF信號由兩個頻率的音頻信號疊加構成。這兩個音頻信號的頻率來自兩組預分配的頻率組：行頻組或列頻組。每一對這樣的音頻信號唯一表示一個數字或符號。為了產生DTMF信號，DSP用軟件產生兩個正弦波疊加在一起后發送，解碼時DSP則采用改進的Goertzel算法，從頻域搜索兩個正弦波的存在。本文即討論DTMF編解碼在TI公司定點DSP芯片TMS320C54x(以下簡稱為C54x)系列上的實現。

　　1、 DTMF信號的產生

　　DTMF編碼器基于兩個二階數字正弦波振蕩器，一個用于產生行頻，一個用于產生列頻。向DSP裝入相應的系數和初始條件，就可以只用兩個振蕩器產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。

　　圖 2

　　由圖2數字振蕩器對的框圖，可以得到該二階系統函數的差分方程為：

　　y(n) = -a1y(n-1) - a2y(n-2) (1)

　　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信號規定的指標是，傳送/接收率為每秒10個數字，即每個數字100ms。代表數字的音頻信號必須持續至少45ms，但不超過55ms。100ms內其他時間為靜音，以便區別連續的兩個按鍵信號。

　　圖 3