CN101217606B - 前置回声抑制开关控制和双音多频信号检测的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种前置EC开关控制和DTMF信号检测的方法和装置，其中装置包括：前置EC模块和近端DTMF信号检测模块，还包括：远端DTMF信号检测模块，设置在装置中远端传输方向上，用于实时检测远端输入的DTMF信号，并将检测的远端DTMF号码结果实时缓存；开关控制模块，设置在EC模块前，用于根据远端DTMF信号检测模块和近端DTMF信号检测模块的检测控制EC模块的开启或关闭，如开启则装置正常工作，如关闭则根据远端DTMF信号检测模块缓存的DTMF号码结果，调整近端DTMF号码检测算法的对应频率能量门限。本发明解决DTMF信号业务在同时交互过程中出现的近端EC模块处理导致DTMF号码误检漏检问题。

Description

前置回声抑制开关控制和双音多频信号检测的方法和装置

技术领域

本发明涉及通讯技术的DTMF(双音多频，Dual Tone Multi Frequency)信号检测领域，具体的说，特别涉及在双向DTMF信号交互业务时，一种前置EC(回声抑制)开关控制与DTMF信号检测的方法和装置。

背景技术

DTMF(双音多频，Dual Tone Multi Frequency)信号广泛应用于电话拨号、呼叫建立、语音提示等系统服务中，DTMF信号检测也成为各种业务实现的重要组成部分，例如VoIP(Voice Over Internet Protocol，IP电话或网络电话)系统中DTMF信号采用IP网络承载传输时(带外传输模式，RTP 2833协议)，需要系统前端模块准确地进行DTMF信号检测结果。

通讯系统中，由于电话线路二/四线转换产生的回波存在，前置回声抑制模块和DTMF信号检测模块结构作为大部分系统架构应用。如图1所示，近端输入信号s(n)(由实际语音输入信号和回波信号组成)经过EC模块处理后，输出信号进行DTMF信号检测。实际上，EC算法针对的是语音信号处理，G.168协议中并未对DTMF信号的EC处理给出具体说明，应用中EC算法对DTMF信号处理按照普通语音信号处理，通常DTMF信号传输和检测在如图1所示的结构中分析如下：

A、当远端B输入Y(n)是DTMF信号，近端无信号或纯语音信号输入时，经由近端A电话混合线圈产生DTMF信号回波。此时，前置EC模块抑制远端DTMF信号产生的回波，保证DTMF检测模块不会将回波输入错误检测有效，当作近端DTMF信号发送进行处理。

B、当近端发送DTMF信号，远端无信号或纯语音信号传输时，EC的输入信号s(n)为DTMF信号或DTMF信号和远端语音回波的叠加，经由EC模块处理抑制远端语音回波后输出DTMF检测。EC模块的NLP(非线性处理)会对近端的DTMF信号产生一定的损伤，专利号为CN1867011的发明提出了一种依赖DTMF检测结果开关EC模块中的NLP的处理方法来避免NLP对DTMF信号的影响。通常来说NLP处理带来的信号损伤是有限的(削波处理)，依赖具体DTMF信号检测算法能提高结果的准确度，不会影响DTMF信号检测的可靠性。而且，在例如VoIP中的带外传输模式可以对DTMF信号进行重构，NLP的损伤是可弥补的。

通常状态下DTMF信号传输类似于一种半双工模式，不会在双向同时DTMF信号的交互，因此图1中架构在大多业务形态下能保证DTMF检测结果的准确性。但当双端通过DTMF信号进行业务的交换工作，也就是同时远端和近端都有DTMF信号发生，由于两个方向DTMF信号之间可能存在的相关性，信号经由EC模块的处理，损伤近端发送DTMF信号，导致DTMF检测模块的输入畸变，必然降低DTMF检测准确度，具体描述如下：

DTMF信号本身是由两个频率的正弦信号组成，DTMF信号遵守GB9035-88《电话用双音多频式按键号盘技术要求》(该标准规定由高频群H1-H4和低频群L1-L4构成16种双音多频信号(DTMF))，频率组合具体定义参看图2所示，由频率构成可知，DTMF所有各号码是由8个频率中一组低频和高频组成，不同号码之间容易存在相关性，如号码1和号码7，其高频部分同是1209Hz，号码7和号码9，其低频段同是852Hz。

EC模块算法的实现原理是通过将远端信号输入作为参考输入信号，估计近端的可能回波产生，并将估计的回波输出从实际的近端信号s(n)中扣除。当远端输入和近端输入同时是DTMF信号时，并两端输入号码具有同一频率构成，EC模块处理的结果必然抑制信号中该频率成分组成，经由EC模块处理后的近端DTMF信号已经产生失真。

而对于DTMF信号的检测而言，一是对单一频率检测的准确性，关注频率误差的大小；二是对高低频率电平能量的检测，关注电平能量的关系。EC模块处理后的失真信号必然无法满足DTMF信号检测要求，带来误检或者漏检现象。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种前置EC(回声抑制)开关控制和双音多频信号检测的方法和装置，以解决前置EC模块结构的DTMF信号检测在双向DTMF信号同时传输过程中，EC模块对近端DTMF信号产生损伤带来的DTMF误检甚至错误现象。

为了解决上述问题，本发明提供了一种前置回声抑制开关控制和双音多频信号检测的方法，应用于由前置回声抑制模块、近端双音多频信号检测模块、远端双音多频信号检测模块和开关控制模块组成的装置中，其特征在于，包括以下步骤：

(1)所述远端双音多频信号检测模块实时检测远端输入的双音多频信号，并将检测的远端双音多频号码结果实时缓存；同时，所述近端双音多频信号检测模块实时检测近端输入的双音多频信号；

(2)所述开关控制模块根据步骤(1)控制前置回声抑制模块的开启或关闭，如开启则装置恢复初始近端双音多频号码检测算法的对应频率能量门限，如关闭则根据步骤(1)中远端双音多频信号检测模块缓存的远端双音多频号码结果，调整近端双音多频号码检测算法的对应频率能量门限。

本发明所述的方法，其中，步骤(2)包括：当所述远端双音多频信号检测模块检测远端输入的双音多频信号无号码，所述近端双音多频信号检测模块检测近端输入的双音多频信号为无效时，所述开关控制模块控制回声抑制模块开启，恢复初始近端双音多频号码检测算法的对应频率能量门限。

本发明所述的方法，其中，步骤(2)包括：当所述远端双音多频信号检测模块检测远端输入的双音多频信号无号码，所述近端双音多频信号检测模块检测近端输入的双音多频信号为有效时，所述开关控制模块控制回声抑制模块开启，恢复初始近端双音多频号码检测算法的对应频率能量门限。

本发明所述的方法，其中，步骤(2)包括：当所述远端双音多频信号检测模块检测远端输入的双音多频信号有号码，所述近端双音多频信号检测模块检测近端输入的双音多频信号为无效时，所述开关控制模块控制回声抑制模块开启，恢复初始近端双音多频号码检测算法的对应频率能量门限。

本发明所述的方法，其中，步骤(2)包括：当所述远端双音多频信号检测模块检测远端输入的双音多频信号有号码，所述近端双音多频信号检测模块检测近端输入的双音多频信号为有效时，所述开关控制模块控制回声抑制模块关闭，并根据步骤(1)中所述远端双音多频信号检测模块缓存的双音多频号码结果，调整近端双音多频号码检测算法的对应频率能量门限。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种前置回声抑制开关控制和双音多频信号检测的装置，包括：前置回声抑制模块和近端双音多频信号检测模块，其特征在于，还包括：远端双音多频信号检测模块、开关控制模块，其中，所述远端双音多频信号检测模块，设置在所述装置中的远端传输方向上，用于实时检测远端输入的双音多频信号，并将检测的远端双音多频号码结果实时缓存；

所述开关控制模块，设置在所述回声抑制模块前，用于根据所述远端双音多频信号检测模块和所述近端双音多频信号检测模块的检测控制回声抑制模块的开启或关闭，如开启则装置正常工作，如关闭则根据所述远端双音多频信号检测模块缓存的双音多频号码结果，调整近端双音多频号码检测算法的对应频率能量门限。

本发明所述的装置，其中，所述开关控制模块，进一步用于当所述远端双音多频信号检测模块检测远端输入的双音多频信号无号码，所述近端双音多频信号检测模块检测近端输入的双音多频信号为无效时，控制所述回声抑制模块开启，恢复初始近端双音多频号码检测算法的对应频率能量门限。

本发明所述的装置，其中，所述开关控制模块，进一步用于当所述远端双音多频信号检测模块检测远端输入的双音多频信号无号码，所述近端双音多频信号检测模块检测近端输入的双音多频信号为有效时，控制所述回声抑制模块开启，恢复初始近端双音多频号码检测算法的对应频率能量门限。

本发明所述的装置，其中，所述开关控制模块，进一步用于当所述远端双音多频信号检测模块检测远端输入的双音多频信号有号码，所述近端双音多频信号检测模块检测近端输入的双音多频信号为无效时，控制所述回声抑制模块开启，恢复初始近端双音多频号码检测算法的对应频率能量门限。

本发明所述的装置，其中，所述开关控制模块，进一步用于当所述远端双音多频信号检测模块检测远端输入的双音多频信号有号码，所述近端双音多频信号检测模块检测近端输入的双音多频信号为有效时，控制回声抑制模块关闭，并根据远端双音多频信号检测模块缓存的远端双音多频号码结果，调整近端双音多频号码检测算法的对应频率能量门限。

采用本发明所述的内容，解决DTMF信号业务在同时交互过程中出现的近端EC模块处理导致DTMF号码误检漏检的问题，同时提供一种类似情形下其他音业务在双向交互时出现此种状况时的解决方案。

附图说明

图1是现有技术中EC和DTMF信号检测的装置结构图；

图2是现有技术中DTMF信号频率成份组成表格；

图3是本发明实施例中所述的EC开关控制和DTMF信号检测的装置结构图；

图4是本发明实施例中所述的EC开关控制和DTMF信号检测的方法中的开关控制模块决策流程图；

图5是本发明实施例中所述的EC开关控制和DTMF信号检测的方法中近端DTMF信号检测程序流程图。

具体实施方式

本发明在这里提供了一种前置EC(回声抑制)开关控制和双音多频信号检测的方法和装置，对EC模块处理开关进行决策，同时依赖远端DTMF检测结果修正近端DTMF信号检测的门限，保证近端DTMF检测结果的正确性。以下对具体实施方式进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

如图1所示，双向DTMF信号同时传输时EC模块处理会对近端DTMF输入信号产生损伤，这是影响DTMF信号检测结果可靠性的根本原因。对比而言：当s(n)输入为近端有效DTMF信号和远端DTMF信号经由电话线路产生的回波叠加而成时，对于需求的DTMF检测的输入，经由EC模块处理的信号损伤无法评估和确定的，也无法通过修正DTMF检测算法来实现正确的号码检测，若直接将近端s(n)输入DTMF信号检测模块，利用远端的DTMF信号结果的估计回波信息(在固定的电路上回波信号的能量大小相对稳定)，修正近端的DTMF信号检测模块的相关频率能量门限，则可以成功解决避免EC模块带来的影响。如图3所示，为本发明实现前置EC(回声抑制)开关控制和DTMF信号检测的装置结构图；本发明的核心点是：在远端传输方向引入远端DTMF信号检测模块301，根据远端检测的结果和近端DTMF信号检测结果决策前置EC模块303的开关控制模块304，同时依赖远端检测的结果修正近端DTMF号码检测算法中对应频率能量门限；

本发明实施例所述的前置EC(回声抑制)开关控制和双音多频信号检测的方法具体如下：

所述远端DTMF信号检测模块301，设置在所述装置中的远端传输方向上，用于实时检测远端输入的DTMF音信号，并将DTMF检测号码结果实时缓存，作为前置EC模块303的开关控制模块304判决依据和近端DTMF信号检测门限调整参考；

所述近端DTMF信号检测模块302，实时检测近端输入DTMF信号，近端DTMF信号检测包括两个步骤，一是DTMF信号有效性检测，用于反馈前置EC模块303的开关控制模块304的决策，这里无需检测具体号码；二是对DTMF号码检测部分；

DTMF信号双向决策依赖上述两个模块的结果决策前置EC模块303的开关控制模块304的开启或关闭，具体步骤如下(如图4所示)：

当远端DTMF信号检测模块301检测远端输入的DTMF信号无号码，近端DTMF信号检测模块302检测近端输入的DTMF信号为无效时，EC模块的开关控制模块304开启，所述装置恢复初始近端DTMF号码检测算法的对应频率能量门限；

当远端DTMF信号检测模块301检测远端输入的DTMF信号无号码，近端DTMF信号检测模块302检测近端输入的DTMF信号为有效时，EC模块的开关控制模块304开启，所述装置恢复初始近端DTMF号码检测算法的对应频率能量门限；

当远端DTMF信号检测模块301检测远端输入的DTMF信号有号码，近端DTMF信号检测模块302检测近端输入的DTMF信号为无效时，EC模块的开关控制模块304开启，所述装置恢复初始近端DTMF号码检测算法的对应频率能量门限；

当远端DTMF信号检测模块301检测远端输入的DTMF信号有号码，近端DTMF信号检测模块302检测近端输入的DTMF信号为有效时，关闭开关控制模块304处理，进行近端DTMF号码检测调整，近段输入s(n)信号直接进行DTMF号码检测，(如图5所示)，即在远端DTMF信号和近端DTMF信号检测有效后通过开关控制模块304关闭前置EC模块303，远端提供DTMF号码频段信息，根据其号码信息估计回波能量的大小，调整近端DTMF号码检测算法的对应频率能量门限。

本发明以实际应用中的DTMF信号传输检测作为实例进一步再进行说明，当近端和远端同时拨号时，假设两个方向号码分别为9和3，具体处理步骤如下：

1、初始EC模块开启，此时近端输入为号码9及远端号码3的回波信号的叠加；按照频段组成，经过EC模块处理后号码9的高频段1477Hz能量被抑制(号码9和3具有同样高频)，低频852Hz正常通过，同时输入信号中夹杂远端号码3的回波低频697Hz段能量；

2、近端DTMF信号检测有效性检测；此时只需检测DTMF信号是否存在，无需具体号码检测；对于前置EC处理后的信号而言，此时号码9信号已经产生失真，高频段能量被抑制，不符合DTMF规范要求(高频率信号电平为-7dBm±3dB，低频率信号电平为-9dBm±3dB，频率组合中高频分量电平应该比低频分量电平高2±1dB。)，无法直接判定DTMF具体号码信息；

3、远端DTMF信号检测模块检测到号码3信息，并将号码3检测结果进行实时缓存；

4、对下一实时处理周期开始，根据近端DTMF信号检测有效性和远端DTMF号码检测是否存在的结果决策控制前置EC模块的开关控制模块的开启或关闭，此时，近端在上一周期已经检测到有效DTMF音，远端DTMF检测也缓存有效号码3，判断开关控制模块关闭前置EC模块，具体决策(如图4所示的流程)；

5、当前置EC模块关闭后，近端输入信号s(n)直接输入近端DTMF信号检测模块，考虑远端DTMF号码的回波对检测的影响，此时远端检测号码结果是3，对应提高DTMF号码检测算法中的1477Hz和697Hz频率能量门限(具体调整大小依赖回波的能量估计，通常回波路径的损耗大至少于6个dB，也就是远端信号能量至少衰减6个dB以上)。

6、调整后的近端DTMF信号检测模块输入号码9信号；当远端和近端其一DTMF信号检测无效时，也就是DTMF信号停止进入静音或者语音状态时，系统重新开启前置EC模块，同时恢复近端DTMF信号检测模块的初始门限设置。

采用本发明所述的内容，解决DTMF信号业务在同时交互过程中出现的近端EC模块处理导致DTMF号码误检漏检的问题，同时提供一种类似情形下其他音业务在双向交互时出现此种状况时的解决方案。本发明所述的方法和装置通过在应用VoIP系统进行性能验证和效果对比分析，证明本发明对现有技术的问题的解决可靠可行。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种前置回声抑制开关控制和双音多频信号检测的方法，应用于由前置回声抑制模块、近端双音多频信号检测模块、远端双音多频信号检测模块和开关控制模块组成的装置中，其特征在于，包括以下步骤：

(1)所述远端双音多频信号检测模块实时检测远端输入的双音多频信号，并将检测的远端双音多频号码结果实时缓存；同时，所述近端双音多频信号检测模块实时检测近端输入的双音多频信号；

(2)所述开关控制模块根据步骤(1)控制前置回声抑制模块的开启或关闭，如开启则装置恢复初始近端双音多频号码检测算法的对应频率能量门限，如关闭则根据步骤(1)中远端双音多频信号检测模块缓存的远端双音多频号码结果，调整近端双音多频号码检测算法的对应频率能量门限。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)包括：当所述远端双音多频信号检测模块检测远端输入的双音多频信号无号码，所述近端双音多频信号检测模块检测近端输入的双音多频信号为无效时，所述开关控制模块控制前置回声抑制模块开启，恢复初始近端双音多频号码检测算法的对应频率能量门限。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)包括：当所述远端双音多频信号检测模块检测远端输入的双音多频信号无号码，所述近端双音多频信号检测模块检测近端输入的双音多频信号为有效时，所述开关控制模块控制前置回声抑制模块开启，恢复初始近端双音多频号码检测算法的对应频率能量门限。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)包括：当所述远端双音多频信号检测模块检测远端输入的双音多频信号有号码，所述近端双音多频信号检测模块检测近端输入的双音多频信号为无效时，所述开关控制模块控制前置回声抑制模块开启，恢复初始近端双音多频号码检测算法的对应频率能量门限。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)包括：当所述远端双音多频信号检测模块检测远端输入的双音多频信号有号码，所述近端双音多频信号检测模块检测近端输入的双音多频信号为有效时，所述开关控制模块控制前置回声抑制模块关闭，并根据步骤(1)中所述远端双音多频信号检测模块缓存的双音多频号码结果，调整近端双音多频号码检测算法的对应频率能量门限。

6.一种前置回声抑制开关控制和双音多频信号检测的装置，包括：前置回声抑制模块和近端双音多频信号检测模块，其特征在于，还包括：远端双音多频信号检测模块、开关控制模块，其中，

所述远端双音多频信号检测模块，设置在所述装置中的远端传输方向上，用于实时检测远端输入的双音多频信号，并将检测的远端双音多频号码结果实时缓存；

所述开关控制模块，设置在所述前置回声抑制模块前，用于根据所述远端双音多频信号检测模块和所述近端双音多频信号检测模块的检测控制前置回声抑制模块的开启或关闭，如开启则装置正常工作，如关闭则根据所述远端双音多频信号检测模块缓存的双音多频号码结果，调整近端双音多频号码检测算法的对应频率能量门限。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述开关控制模块，进一步用于当所述远端双音多频信号检测模块检测远端输入的双音多频信号无号码，所述近端双音多频信号检测模块检测近端输入的双音多频信号为无效时，控制所述前置回声抑制模块开启，恢复初始近端双音多频号码检测算法的对应频率能量门限。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述开关控制模块，进一步用于当所述远端双音多频信号检测模块检测远端输入的双音多频信号无号码，所述近端双音多频信号检测模块检测近端输入的双音多频信号为有效时，控制所述前置回声抑制模块开启，恢复初始近端双音多频号码检测算法的对应频率能量门限。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述开关控制模块，进一步用于当所述远端双音多频信号检测模块检测远端输入的双音多频信号有号码，所述近端双音多频信号检测模块检测近端输入的双音多频信号为无效时，控制所述前置回声抑制模块开启，恢复初始近端双音多频号码检测算法的对应频率能量门限。

10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述开关控制模块，进一步用于当所述远端双音多频信号检测模块检测远端输入的双音多频信号有号码，所述近端双音多频信号检测模块检测近端输入的双音多频信号为有效时，控制前置回声抑制模块关闭，并根据远端双音多频信号检测模块缓存的远端双音多频号码结果，调整近端双音多频号码检测算法的对应频率能量门限。

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