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Gebiet der
Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
die Erkennung von codierten Zweitonmultifrequenzsignalen und insbesondere
einen Zweitonmultifrequenzdetektor (DTMF), der eine statische Schwellenwertbildung
unter Verwendung von Signalpegelvergleichen mit einem festen Schwellenwert
und eine dynamische Schwellenwertbildung unter Verwendung von Signalrauschverhältnisvergleichen
für einen
verbesserten funktionalen Bereich und eine bessere Sprach/Rausch-Unempfindlichkeit.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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EP-A-0 570 097 offenbart eine Vorrichtung
und ein Verfahren zum Erkennen eines oder mehrerer Töne, die
auf einem Kommunikationskanal empfangen werden.
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Das IBM Technical Disclosure Bulletin,
Band 38, Nr. 7, Juli 1995, mit dem Titel "Tone Detection Process" offenbart ein Verfahren
zum Erkennen eines Tons in einem Signal, beispielsweise einen Wählton, einen Besetztton,
eine DTMF Ton, etc. in der Telefonkommunikation.
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Zweitonmultifrequenz-Codierung (DTMF)
ist eine generische Bezeichnung für Tastentelefonsignalgebung,
die in nordamerikanischen Telefonsystemen verwendet wird. Ein DTMF
Signal dient der Übertragung
einer Telefonnummer oder dergleichen von einer Tastentelefonzentralstelle.
Die DTMF-Signalgebung
ersetzt schnell weltweit die Wählimpulssignalgebung
in Telefonnetzwerken. Neben der Telefonanrufsignalgebung nimmt die
Beliebtheit der DTMF Codierung auch in interaktiven Steueranwendungen
zu, wie beispielsweise Telefon-Banking, elektronische Mail-Systeme
und Anrufbeant worter, wobei der Benutzer Optionen aus einem Menü durch Senden
von DTMF Signalen von einem Telefon wählen kann.
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Ein Zweitonsignal ist durch zwei
sinusförmige
Signale wiedergegeben, deren Frequenzen in der Bandbreite getrennt
sind und die nicht korreliert sind, um falsche Tonerkennungen zu
vermeiden. Allgemein erzeugen normale Sprachmuster oder Rauschsignale
ein Signal mit Energie, die durch das gesamte Frequenzband verteilt
ist. In einigen Fällen
kann Sprache ausreichend Energie auf beiden DTMF Frequenzen haben,
um eine falsche Erkennung zu verursachen.
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Wie zuvor erwähnt erzeugt ein DTMF Signalcodierer
ein DTMF Signal durch Addieren zweier sinusförmiger Signale. Ein DTMF Signal
umfasst einen von vier Tönen,
von denen jeder eine Frequenz in einem Niederfrequenzband aufweist,
und einen von vier Tönen,
von denen jeder eine Frequenz in einem Hochfrequenzband aufweist.
In gängigen
DTMF Systemen sind die folgenden Frequenzen den vier Tönen im Niederfrequenzband
zugewiesen: FA = 697 Hz, FD = 770 Hz, FC = 852 Hz und FD = 941 Hz;
und die folgenden Frequenzen sind den vier Tönen im Hochfrequenzband zugewiesen:
FE = 1209 Hz, FF = 1336 Hz, FG = 1447 Hz und FH = 1633 Hz. Die für die DTMF
Codierung und Erkennung verwendeten Frequenzen sind durch CCITT definiert
und sind weltweit akzeptiert, wodurch eine Wählkompatibilität in der
gesamten Welt möglich
ist.
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Wenn DTMF Signale sich einer Leitung
entlang bewegen, beispielsweise einer Telefonleitung, können die
Signale durch Dämpfung
oder eine Vielzahl anderer Einwirkungen wie Kanalrauschen, Strahlung
etc. verzerrt werden. Darüber
hinaus können
in einigen Fällen
Sprech- oder Sprachsignale gleichzeitig mit DTMF Signalen in der
selben Frequenzbandbreite auf einer Leitung laufen. Durch Rauschen
oder Sprache kann ein DTMF Signal vom Detektor übersehen werden, was als "Talk-down" bezeichnet wird.
Ferner kann Sprache einen Frequenzbereichsinhalt ähnlich einem
DTMF Signal haben und eine fehlerhafte Erkennung verursachen, was
als "Talk-off" bezeichnet wird.
Anderes Rauschen kann ferner nachteilige Effekte bewirken und der
Empfänger
ist manchmal nicht in der Lage. Festzustellen, welches DTMF Signal
erkannt wurde.
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CCITT und AT&T haben verschiedene Standards für DTMF Detektoren
entwickelt. Diese Standards umfassen verschiedene Kriterien, beispielsweise
Frequenzverzerrungstoleranz, Verdrehtoleranz, Rauschunempfindlichkeit,
Schutzzeit, Talk-down, Talk-off, zulässiges Signalrauschverhältnis, und
dynamischer Bereich, etc. Das Verzerrtoleranzkriterium spezifiziert,
daß ein
DTMF Detektor ein übertragenes
Signal erkennen muß, daß eine Frequenzverzerrung
von weniger als 1,5% hat, und daß er kein DTMF Signal erkennen
sollte, das eine Frequenzverzerrung von mehr als 3,5% hat. "Verdrehung" bezeichnet die Differenz
in Dezibel zwischen der Amplitude des stärksten Tastenfeldspaltentons
und der Amplitude des stärksten
Tastenfeldreihentons. Beispielsweise erfordert der AT&T Standard eine
Verdrehung zwischen –8
und +4 Dezibel. Das Rauschimmunitätskriterium erfordert, daß, wenn
das Signal ein Signalrauschverhältnis
(SNR) von mehr als eine bestimmte Zahl von Dezibel hat, der DTMF
Detektor das Signal nicht übersehen
darf, d. h. das Signal erkennen muss. Verschiedene Standards haben
verschiedene SNR Anforderungen, die üblicherweise zwischen 12 und
14 Dezibel liegen. Das Schutzzeitprüfkriterium erfordert, daß, wenn
ein Ton eine Dauer von mehr als 40 Millisekunden hat, der DTMF Detektor
den Ton nicht erkennen soll. Die Sprachunempfindlichkeit bezieht
sich auf die Fähigkeit
des DTMF Detektors DTMF Tonsignale genau von tatsächlicher
Sprache zu unterscheiden. Wie zuvor beschrieben sind "Talk-down" und "Talk-off" Kriterien für die Bewertung
der Sprachunempfindlichkeit eines DTMF Detektors.
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Ursprünglich verwendeten DTMF Signalgeneratoren
und -detektoren analoge Schaltungen zum Erzeugen und Decodieren
von DTMF Signalen. Mit dem schnellen Fortschritt der VLSI Technologie
und der Digitalsignalverarbeitungstechnologie (DSP) verwenden jedoch
viele DTMF Systeme nun digitale Signalprozessoren für eine erhöhte Genauigkeit
und Kosteneffizienz. Die Vorteile eines digitalen DTMF Erzeugungs- und
Erkennungssystems sind eine höhere
Genauigkeit, Präzision,
Stabilität,
Vielseitigkeit und Wiederprogrammierbarkeit sowie eine geringere
Chipzahl. Die Vorteile einer DSP Verwendung eines DTMF Systems gelten insbesondere
für eine
Telefongesellschaftszentrale, in der die DTMF Erkennung gleichzeitig
auf mehreren Telefonkanälen
erfolgen kann.
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Im allgemeinen untersucht ein DTMF
Detektor die Leitung oder den Kommunikationskanal auf das Vorhandensein
zweier Sinuskurven unter Verwendung gewidmeter Frequenzdomänenalgorithmen,
einschließlich
modifizierter Goertzel-Algorithmen, DFT/FFT, Autokorrelation, Nuöödurchgangszählung und
Verfahren auf Schmalbandfilterbasis. Sobald der DTMF Detektor zwei
Töne erkannt
hat, führt
der DTMF Detektor verschiedene Tests aus, um sicherzustellen, daß die erkannten
Töne die
genannten Kriterien erfüllen.
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Beispielsweise haben bekannte Detektoren
nur statische Schwellenwertbildung durchgeführt, wobei die erkannten Töne mit einem
festen Schwellensignalpegel verglichen werden, um eine gültige Erkennung
zu erreichen. Die statische Schwellenwertbildung stellt sicher,
daß die
erkannten Töne
ausreichend Energie haben, um eine Erkennung zu garantieren. Ein
Problem der nur statischen Schwellenwertbildung ist jedoch, daß der Schwellenwert
auf einen hohen Wert gesetzt werden muss, um einen bedeutungsvollen
Test zu bewirken, wodurch der dynamische Vereich des Detektors eingeschränkt wird.
Ein hoher fester Schwellenwert beeinflusst den funktionalen dynamischen
Bereich eiens DTMF Detektors und erschwert es dem Detektor, das
geforderte SNR zu erreichen. Andere bekannte Detektoren führen lediglich
eine Form der dynamischen Schwellenwertbildung durch, um sicherzustellen,
daß die
erkannten Töne
ausreichend Energie haben, um eine Erkennung zu gewährleisten.
Detektoren, die jedoch nur eine dynamische Schwellenwertbildung
ausführen,
sind unter Umständen
nicht in der Lage, ein schwaches DTMF Signal von inaktivem Kanalrauschen
zu unterscheiden.
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Daher erreichen Detektoren, die nur
eine Art von Schwellenwertbildung durchführen keine ausreichende Genauigkeit
beim Filtern von Nicht-DTMF Signalen. Ein Typ der Schwellenwertbildung
bietet nicht die Flexibilität
zum Erfüllen
unterschiedlicher SNR Anforderungen. Infolgedessen haben herkömmliche
DTMF Detektoren, die eine einzelne Art der Schwellenwertbildung
verwenden im allgemeinen den Nachteil eines schlechten dynamischen
Bereichs und/oder einer geringen Sprachunempfindlichkeit. Ein verbesserter
DTMF Signaldetektor ist erwünscht,
der einen größere funktionalen
dynamischen Bereich und eine verbesserte Sprachunempfindlichkeit
gegenüber
bekannten Ausbildungen hat.
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Überblick über die
Erfindung
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Die vorliegende Erfindung umfaßt einen
verbesserten Zweitonmultifrequenz- (DTMF) oder einen Mehrtonsignaldetektor,
der effizienter und zuverlässiger
DTMF Signale erkennt. Die vorliegende Erfindung verwendet sowohl
statische, als auch dynamische Schwellenwertbildungsverfahren, um
einen vergrößerten funktionalen
dynamischen Bereich und eine verbesserte Sprachunempfindlichkeit
für eine
verbesserte Erkennung und einen geringeren Fehler zu erreichen.
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Der endungsgemäße DTMF Detektor weist vorzugsweise
einen Codierer/Decodierer-Empfänger
(Codec) auf, der Signale der Übertragungsmedien
empfängt.
Der Codec tastet die empfangenen analogen Signale ab und erzeugt
digitale Signale, d. h. digitale Abtastungen. Der DTMF Detektor
weist ferner einen Digitalsignalprozessor (DSP) auf, der mit dem
Codec verbunden ist. Der DSP empfängt die digitalen Abtastungen
und wendet vorzugsweise den Goertzel-DFT-Algorithmus oder andere
Frequenzdomänenverfahren
an. Die vorliegende Erfindung weist ferner einen mit dem DSP verbundenen
Speicher auf, der vom DSP zum temporären Speichern von Daten während des
Verarbeitens (RAM) und zum Auffinden von Daten wie Filterkoeffizienten (ROM)
verwendet wird.
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Erfindungsgemäß empfängt der DTMF Detektor mehrere
digitale Abtastungen eines empfangenen Signals, wobei das empfangene
Signal mehrere Töne
enthalten kann, beispielsweise ein DTMF oder MTMF (Mehrfachtonmultifrequenz)
Signal. Die empfangenen Signale können DTMF oder MTMF Tonsignale
enthalten und können
ferner ein oder mehrere Sprachsignale und/oder Rauschen enthalten.
Die mehreren Töne
weisen zwei oder mehr Töne
aus einer Vielzahl unterschiedlicher unkorrelierter Frequenzen auf.
Bei einem Ausführungsbeispiel
umfassen die mehreren verschiedenen unkorrelierten Frequenzen zwei
oder mehr Frequenzgruppen.
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Nach dem Empfang der digitalen Abtastungen
berechnet der DTMF Detektor ein Frequenzspektrum der mehreren digitalen
Abtastungen für
jede der mehreren verschiedenen nicht korrelierten Frequenzen. Die Berechnung
erzeugt einen Energiewert für
jede der verschiedenen nicht korrelierten Frequenzen. Nach der Frequenzdomänenberechnung,
d. h. nachdem die Energiewerte für
jede der unterschiedlichen nicht korrelierten Frequenzen berechnet
sind, und nach einer gewünschten
Verstärkungsanpassung,
bestimmt der DSP Höchstwerte
der Energiewerte für
jede der beiden oder mehr Frequenzgruppe, die als M(1) und M(2)
bezeichnet werden, um die mehreren Töne im empfangenen Signal zu
erkennen.
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Der DTMF Detektor führt sodann
sowohl eine erfindungsgemäße statische,
als auch eine dynamische Schwellenbildung durch, um eine gültige Tonerkennung
zu gewährleisten.
Die statische Schwellenbildung vergleicht jeder der Werte M(1) und
M(2) mit einem statischen Schwellenwert, um sicherzustellen, daß die maximalen
Energiewerte eine minimale Energie aufweisen, um eine Erkennung
zu garantieren. Da die statische und die dynamische Schwellenwertbildung
erfindungsgemäß ausgeführt werden,
ist der statische Schwellenwert vorzugsweise niedrig eingestellt,
wodurch ein vergrößerter funktioneller
dynamischer Bereich erreicht wird. Nachdem die statische Schwellenwertbildung
durchgeführt
ist, wird die dynamische Schwellenwertbildung ausgeführt.
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Die dynamische Schwellenwertbildung
berechnet das Verhältnis
in jeder Untergruppe zu jedem anderen Wert in der jeweiligen Untergruppe,
wobei die verbleibenden Werte in der Untergruppe als Rauschen angenommen
werden. Das Verhältnis
des maximalen Werts in der Untergruppe zu jedem der anderen Werte
in der Untergruppe berechnet im wesentlichen das Signal/Rauschverhältnis (SNR)
der empfangenen Signale. Insbesondere berechnet die dynamische Schwellenwertbildung
das Verhältnis
des maximalen Werts M(1) in der ersten Untergruppe zu jedem der
anderen Werte in der ersten Untergruppe. Gleichermaßen berechnet
die dynamische Schwellenbildung das Verhältnis des maximalen Werts M(2)
in der zweiten Untergruppe mit jedem der anderen Werte in der zweiten
Untergruppe. Die dynamische Schwellenwertbildung bestimmt sodann,
ob die berechneten Verhältnisse
größer als
der Schwellenwert sind. Wenn eines der Verhältnisse nicht größer als der
Schwellenwert ist, wird ein SNR Fehler eingestellt. Das Setzen des
SNR Fehlers bedeutet, daß die
Spalten- und/oder die Reihenfrequenzwerte nicht das erforderliche
SNR erfüllen.
Wenn der SNR Fehler gesetzt ist, wird keine Erkennung angezeigt.
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Die vorliegende Erfindung unfasst
somit ein Verfahren zum Verbessern des funktionalen dynamischen Bereichs
des DTMF Detektors und der Rauschunempfindlichkeit durch statische
Schwellenbildung gefolgt von dynamischer Schwellenbildung. Das Verfahren
vergrößert den
funktionalen dynamischen Eingangssignalbereich und hat eine höhere Sprach/Rauschunempfindlichkeit,
d. h. ist eher in der Lage, eine durch Sprache oder Rauschen ausgelöste Erkennung
zu vermeiden. Die Schritte der statischen und dynamischen Schwellenwertbildung
eliminieren ungültige
DTMF Töne
basierend auf Signalpegel und Signal/Rauschverhältnis. Die Verwendung der statischen
und dynamischen Schwellenwertbildung ermöglicht die Wahl eines niedrigen
sta tischen Schwellenwerts, wodurch der DTMF Detektor mit einem breiteren
dynamischen Bereich versehen wird. Die dynamische Schwellenwertbildung
führt im
wesentlichen eine Signal/Rauschverhältnisschätzung durch, vorzugsweise unter
Verwendung des Verhältnisses
zwischen dem maximalen Wert in der Gruppe und den anderen Werten
in der Untergruppe. Der dynamische Schwellenwertvergleich bestimmt
ein akzeptables Signal/Rauschverhältnis, das effizient die Rausch-
oder Sprachsignalerkennung Eliminiert, d. h. eine bessere Sprachunempfindlichkeit
bietet.
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Die vorliegende Erfindung testet
somit die maximalen Energiewerte jeder Frequenzgruppe unter Verwendung
statischer und dynamischer Schwellenwertbildung. Im bevorzugten
Ausführungsbeispiel
wird der statische Schwellenwert relativ niedrig eingestellt, um
einen großen
funktionalen dynamischen Bereich einzustellen, und der dynamische
Schwellenwert wird entsprechend den SNR Anforderungen eingestellt.
Beispielsweise erfordert ein Standard ein SNR von 12 Dezibel, so
daß die
dynamische Schwellenwertbildung derart eingestellt wird, daß sichergestellt
ist, daß M(1)
wenigstens 4 mal so groß ist
wie andere Werte in der Untergruppe. Dies ermöglicht das Erkennen sehr kleiner
DTMF Signale (breiter dynamischer Bereich), so lange die Signale
ein akzeptables Signal/Rauschverhältnis haben. Dies eliminiert
ferner effektiv den größten Teil
des inaktiven Kanalrauschens und des weißen Rauschens.
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Kurzbeschreibung
der Figuren
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Ein besseres Verständnis der
vorliegenden Erfindung ergibt sich aus der Betrachtung der nachfolgenden
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung
mit den folgenden Figuren, welche zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm des erfindungsgemäßen DTFM
Detektors.
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2 ein
Ablaufdiagramm des Betriebs des erfindungsgemäßen DTFM Detektors.
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3 mehrere
Filter im DTFM Detektor von 1,
welche den Goertzel-Algorithmus unter Verwendung einer erfindungsgemäßen variablen
Blocklänge
anwenden.
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4 die
Operation des Goertzel-Algorithmus.
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5 ein
Blockdiagramm der Logik, welche eine Logik zeigen, welche die maximale
Verstärkung
in jeder Gruppe erkannter Töne
findet.
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6 die
Operation der statischen Schwellenwertbildung im Ablaufdiagramm
der 2.
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7 die
Operation der dynamischen Schwellenwertbildung im Ablaufdiagramm
der 2.
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8 die
Operation der zweiten harmonischen Energieschwellenwertprüfung des
Ablaufdiagramms in 2.
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9 die
Operation der Schutzzeitprüffunktionen
gemäß dem Ablaufdiagramm
der 2, und
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10 die
Operation der Verdrehungsprüffunktionen
in dem Ablaufdiagramm der 2.
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Detaillierte Beschreibung
des bevorzugten Ausführungsbeispiels
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DTMF Detektor
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Die vorliegende Erfindung umfasst
einen erfindungsgemäßen DTMF
Detektor, der sowohl statische, als auch dynamische Schwellenwertbildung
durchführt.
Der DTMF Detektor ist in einem Telefonanrufbeantworter im gegenwärtigen Ausführungsbeispiel
enthalten. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung
in verschiedenen anderen Anwendungen einschließlich Telefonschaltung und
interaktiven Steueranwendungen, Telefonbanking, Fax-auf-Abruf, etc.
verwendet werden kann. Der erfindungsgemäße DTMF Detektor kann ebenfalls
als der DTMF Detektor in einer Telefongesellschaftszentralstelle
genutzt werden.
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Die vorliegende Erfindung ist derart
ausgebildet, daß sie
die CCITT und AT&T
Standards erfüllt,
obwohl die Erfindung neu programmiert werden kann oder geringfügige Modifizierungen
vorgenommen werden können,
um andere Telekommunikationsstandards zu erfüllen. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel
wurde entwickelt, um DTMF Erkennungsfunktionen durchzuführen und
weist vorzugsweise einen Zweitondetektor auf, der zwei Töne erkennt,
wobei jeder Ton einer von mehreren vorbestimmten Tönen aus
zwei jeweiligen Frequenzgruppen ist. Die vorliegende Erfindung kann
jedoch einen Mehrfachtonmultifrequenzdetektor (MTMF) zum Erkennen
einer größeren Zahl
von Tönen,
i. e. zwei oder mehr Töne,
in einem empfangenen Signal aufweisen. Die zwei oder mehr Töne können von
zwei oder mehr verschiedenen Frequenzgruppen oder von einer einzelnen
Frequenzgruppe kommen. Das System und das Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung können
somit zum Erkennen einer beliebigen Zahl von Tönen in einem empfangenen Signal
verwendet werden.
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1: Blockdiagramm
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1 zeigt
ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen DTMF Detektors 102.
Der DTMF Detektor 102 weist vorzugsweise ein Port oder
einen Verbinder oder eine andere Einrichtung 103 zum Empfangen
von analogen oder digitalen Signalen auf. Der Port 103 ist
geeignet, an ein Kommunikations medium angeschlossen zu werden, beispielsweise
eine Telefonleitung, ein Kabel oder eine andere Übertragungsleitung. Es sei darauf
hingewiesen, daß der
Port 103 eine von mehreren Einrichtungen oder Verbinder
zum Koppeln mit einer Kommunikationsleitung aufweisen.
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Der DTMF Detektor 102 weist
ferner vorzugsweise einen Codierer/Decodierer-Empfänger (Codec) 104 auf,
der mit dem Port verbunden ist, welcher ein analoges Signal empfängt, und
wandelt das analoge Signal in Digitalform um. Der Codec-Empfänger 104 tastet
vorzugsweise das analoge Signal bei 8 kHz ab und verwendet Impulscodemodulation
(PCM) oder andere geeignete Verfahren, um entsprechende digitale
Daten zu erzeugen. Der Codec-Chip 104 weist vorzugsweise
lineare Analog-Digital-Wandler (A/D) und Digital/Analog-Wandler
(D/A) auf. Der Codec-Empfänger 104 umfaßt vorzugsweise
sämtlich
erforderlichen A/D, D/A, Abtast- und Filterschaltungen für bidirektionales
Analog/Digital-Interfacing auf. Sobald die Analog/Digitalumwandlung
erfolgt ist, werden digitale Daten oder digitale Abtastungen basierend
auf dem analogen Signal erzeugt.
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Es sei darauf hingewiesen, daß das empfangene
Signal komprimiert oder erweitert werden kann, und somit können digitale
Daten, die der A/D-Wandler
im Codec 104 erzeugt hat, erweitert werden, d. h. sie können logarithmisch
komprimierte digitale Daten umfassen. Wie bekannt betrifft das Erweitern
das logarithmische Komprimieren eines Signals an der Quelle und
das Erweitern des Signals am Ziel, um einen großen dynamischen Bereich zwischen
den Enden zu erzielen, während
die Anforderungen an den dynamischen Bereich im Kommunikationskanal
verringert werden. In diesem Fall expandiert der Codec-Empfänger 104 die
Daten logarithmisch auf ein lineares Format, vorzugsweise ein 16
Bit Linear-Format.
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In einem Ausführungsbeispiel empfängt der
Port 103 im DTMF Detektor 102 Digitalsignale (d.
h. lineare oder logarithmische PCM) direkt vom Kommuni kationskanal
oder dem Transmissionsmedium, und somit ist ein Codec 104 im
DTMF Detektor 102 für
die Analog-Digital-Umwandlung nicht erforderlich.
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Der DTMF Detektor 102 weist
ferner vorzugsweise einen Digitalsignalprozessor (DSP) 106 auf,
der mit dem Codec 104 verbunden ist. Der DSP 106 stammt
vorzugsweise aus der ADSP-2100 Familie von Analog Devices, Inc..
Andere äquivalente
DSP sind zulässig,
obwohl ein DSP, der 16 × 16
Bit Hardware Multiplikation ausführen
kann aus Gründen
der Genauigkeit bevorzugt wird. Es sei darauf hingewiesen, daß ein Softwaremultiplizierer
verwendet werden kann, obwohl die Betriebsgeschwindigkeit erheblich
verringert wird. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind der DSP 106 und
der Codec 104 auf einem einzelnen Siliziumchip vorgesehen.
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Der DSP 106 empfängt die
digitalen Abtastungen und verwendet vorzugsweise erfindungsgemäß Frequenzdomänenverfahren
an, vorzugsweise den Goertzel-DFT-Algorithmus, unter Verwendung
variabler oder differierender Blocklängen. Der Goertzel-DFT-Algorithmus
teilt das abgetastete Zeitdomänensignal
in mehrere einzelne Blöcke
oder Datenblöcke
und wendet sodann Fourier-Verfahren auf jeden Block an, um Energiewerte in
der Frequenzdomäne
für jeden
der möglichen
Töne zu
erhalten. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel
verwendet der DTMF Detektor 102 verschiedene Blockbreiten
für verschiedene
der möglichen
Tonfrequenzen. Anders ausgedrückt:
der DTMF Detektor 102 verwendet unterschiedliche Blockbreiten
für zumindest
mehrere der möglichen
Tonfrequenzen.
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Der DTMF Detektor 102 weist
ferner einen Speicher 108 auf, der mit dem DSP gekoppelt
ist und von dem DSP 106 zum Speichern und Auffinden von
Daten verwendet wird. Vorzugsweise umfasst der Speicher einen RAM
(Direktzugriffsspeicher) zum Speichern von festen Werten, beispielsweise
Filterkoeffizienten und andere Parameter, die vom Programm verwendet
werden. Das Programm wird ferner vorzugsweise im ROM gespeichert,
bevor es in den RAM geladen wird. Die Speicheranforderung für den DTMF
Detektor allein beträgt ungefähr 2,0 KBytes
ROM und 200 Bytes RAM. Die Speicheranforderung hängt von der Architektur und
auch von der Anwendung ab. Es sei darauf hingewiesen, daß der Speicher 108 einer
von verschiedenen Typen oder Größen sein
kann.
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Es sei darauf hingewiesen, daß die vorliegende
Erfindung einen Allzweckmikroprozessor anstelle des DSP 106 aufweisen
kann. Die vorliegende Erfindung kann ferner gewidmete digitale und/oder
analoge Hardware anstelle oder zusätzlich zu dem DSP 106 aufweisen.
Obwohl die folgende Beschreibung den DSP 106 als die vorliegende
Erfindung ausführend
beschreibt, sei darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung durch
einen Allzweckmikroprozessor ausgeführt werden kann, oder daß die Erfindung
zumindest teilweise oder vollständig
in digitaler oder analoger Logik ausgebildet sein kann. Die Verwendung
eines programmierbaren DSP 106 ist das bevorzugte Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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2 – Ablaufdiagramm
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2 zeigt
ein Ablaufdiagramm der Operation des DTMF Detektors 102 nach
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Der DTMF Detektor 102 ist mit
einem Transmissionsmedium verbunden. Wie dargestellt empfängt der
DTMF Detektor 102 ein analoges Signal und stellt fest,
ob Zweitonmehrfrequenzsignale (DTMF) im empfangenen Signal enthalten
sind. Wie dargestellt kann das empfangene Analogsignal eines oder
mehrere DTMF Signale, ein Sprach- oder Stimmensignal oder Rauschen
umfassen. Im Schritt 122 empfängt der Codec 104 im
DTMF Detektor 102 das analoge Signal und wandelt das analoge Signal
in Digitalformat um. Im Schritt 122 tastet der Codec-Empfänger 104 vorzugsweise
das analoge Signal mit 8 kHz ab und führt eine Pulscodemodulation
(PCM) oder eine andere geeignete Maßnahme aus, um entsprechende
digitale Daten zu erzeugen. Wie dargestellt erzeugt der Codec-Empfänger 104 ein
digitales Signal, das als x(n) bezeichnet wird und mit 8 kHz abgetastet
wird.
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Es sei ferner darauf hingewiesen,
daß das
empfangene Signal logarithmisch komprimiert oder erweitert werden
kann, und somit kann der Schritt 122 ferner das logarithmische
Erweitern der komprimierten Daten zum Erzeugen linearer Daten umfassen.
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Im folgenden werden die Schritte 124–140 kurz
beschrieben und anschließend
folgt eine detailliertere Beschreibung jedes Schritts. Im Schritt 124 empfängt der
DSP 106 das Digitalsignal x(n) vom Codec 104 und führt die
Goertzel-DFT unter Verwendung unterschiedlicher Blocklängen durch.
Im Schritt 124 erzeugt der DSP 106 mehrere Energiewerte
A(m), wobei m = 1–16.
Die mehreren Energiewerte A(m) weisen Energiewerte an jeder der
beiden Gruppen von vier Frequenztönen für die erste und die zweite
Harmonische der Frequenzen auf. Im Schritt 126 stellt der
DSP 106 die Verstärkung
für jeden
der Energiewerte A(m) ein, um unterschiedliche Energiegehalte aufgrund
unterschiedlicher Blocklängen
zu kompensieren. Der DSP 106 im Schritt 126 erzeugt mehrere
eingestellte Energiewerte A'(m).
Im Schritt 128 bestimmt der DSP 106 den maximalen
Pegel der Energiewerte A'(m)
in jeder Frequenzgruppe.
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In den folgenden Schritten 130–138 führt der
DSP 106 verschiedene Tests aus, um eine gültige Tonerkennung
sicherzustellen. In den Schritten 130 und 132 führt der
DSP 106 erfindungsgemäß statische
und dynamische Schwellenwertbildung durch, um sicherzustellen, daß die Energiewerte
A'(m) bestimmte
Grundkriterien erfüllen.
Die statische und die dynamische Schwellenwertbildung der Schritte 130 und 132 eliminieren ungültige DTMF
Töne basierend
auf dem Signalpegel und dem Signal/Rauschverhältnis.
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Nachdem die statische und dynamische
Schwellenwertbildung in den Schritten 130 und 132 durchgeführt wurden,
führt der
DSP 106 im Schritt 134 die zweite harmonische
Schwellenwertbildung durch, um eine durch Sprache ausgelöste Erkennung
zu verhindern. Der erfindungsgemäße DTMF
Detektor prüft
die zweite Harmonische der fundamentalen DTMF Frequenzen unter Verwendung
eines neuartigen Vergleichsverfahrens, das Sprachsignale weiter
von DTMF Signalen unterscheidet.
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Im Schritt 136 führt der
DSP eine Schutzzeitprüfung
durch, um die Frequenzdomänenergebnisse
auszuwerten und sicherzustellen, daß das Signal wenigstens eine
bestimmte Zeitdauer hat. Die Schutzzeitprüfung wertet die maximalen Energiewerte
in bezug auf vorherige oder nachfolgende Blöcke für eine verbesserte Erkennung
aus. Im Schritt 138 führt
der DSP 106 einen Verdrehungsvergleich und Schwellenwertbildung
aus. Die vorliegende Erfindung verwendet ein neuartiges Verdrehungsvergleichsverfahren,
das den Verdrehungsvergleich nur durchführt, wenn das empfangene Signal
stabil ist, wodurch die Genauigkeit erhöht wird. Nachdem die Verdrehungsberechnung
im Schritt 138 durchgeführt
wurde, decodiert der DSP im Schritt 140 die Ziffer, welche
die Spalten- und Reihenindizes benutzt, und gibt die gedrückte DTMF
Ziffer unter den empfangenen DTMF Signalen aus. Wie in 2 dargestellt, wird, wenn
einer der Schritte 130–140 versagt,
keine Erkennung angezeigt.
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Schritt 124 – Goertzel
DFT mit variablen Blocklängen
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Im Schritt 124 der 2 empfängt der DSP 106 das
digitale Signal x(n) von dem Codec 104 und führt vorzugsweise
die Goertzel DFT für
jede der möglichen
Tonfrequenzen unter Verwendung variierender oder differierender
Blocklängen
durch. Wie im Abschnitt zum Stand der Technik erörtert umfasst das Decodieren
eines DTMF Signals das Erkennen von zwei Tönen im empfangenen Signal und
das anschließende
Bestimmen der vom Bediener am Senderende gedrückten Nummer basierend auf
den Werten der erkannten Töne.
Allgemein beinhaltet ein MTFM Signal das Erkennen mehrerer Töne im empfangenen
Signal. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel
führen
das System und das Verfahren die Goertzel DFT für jede der möglichen
Tonfrequenzen unter Verwendung variierender oder differierender
Blocklängen
durch. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß ein beliebiges von verschiede nen
Arten von Frequenzdomänenverfahren,
mit oder ohne differierende Blockbreiten, nach Belieben verwendet
werden kann.
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Die CCITT Empfehlungen Q.23 und Q.24
im "Red Book", Band Vi, definieren
zwei Gruppen von Frequenzen, die für die In-Band-Signalgebung
verwendet werden. Die Gruppe 1 umfasst die Frequenzen 697 Hz, 770
Hz, 852 Hz und 941 Hz, und diese Frequenzen identifizieren die Reihen
der Telefontatstatur, und die Gruppe 2 umfasst die Frequenzen 1209
Hz, 1336 Hz, 1477 Hz und 1633 Hz und diese Frequenzen definieren
die Spalten der Telefontastatur. Die DTMF Signale weisen jeweils
eine Reihen- und eine Spaltenfrequenz auf, und diese Signale werden
unter Verwendung der folgenden Tabelle zugewiesen.
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Tabelle
1: DTMF Frequenzzuweisungen
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Die Erkennung der Zweitöne erfolgt
durch mathematisches Transformieren des Eingangszeitdomänensignals
in die Frequenzdomäne
unter Verwendung verschiedener Fourier-Transformationsverfahren.
Wie bekannt wird die diskrete Fourier-Transformation (DFT) allgemein
verwendet, um diskrete Zeitdomänensignale in
deren diskrete Frequenzdomänenkomponenten
zu transformieren. Wie zuvor ebenfalls erwähnt, ist der Goertzel-Algorithmus
ein beliebtes Verfahren zur Durchführung der DFT-Berechnung. Der
Goertzel-Algorithmus bietet
die Genauigkeit einer DFT-basierten Berechnung und weist gleichzeitig
eine erhöhte
rechnerische Effizienz auf, die mit Schmalbandfilter-Algorithmen
vergleichbar sind.
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Im allgemeinen ist die herkömmliche
Verwendung des Goertzel-Algorithmus ähnlich dem DFT Verfahren und
wird durch Berechnen von Frequenzdomänenwerten an den gewünschten
diskreten Punkten durchgeführt.
Infolgedessen hat der Goertzel-Algorithmus auch den Nachteil der
DFT, wodurch die berechneten Ergebnisse möglicherweise nicht ausreichend
nahe den gewünschten
zu erkennenden Frequenzen sind, wodurch die Genauigkeit erheblich
verringert wird. Dies wird als der Leck-Effekt bezeichnet. Anders
ausgedrückt: der
DTMF Detektor 102 erkennt Zweitöne, die an spezifizierten vordefinierten
Frequenzen auftreten. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind diese Frequenzen
697 Hz, 770 Hz, 852 Hz, 941 Hz, 1209 Hz, 1336 Hz, 1477 Hz und 1633
Hz. Die Frequenzen im DTMF Standard sind nicht mit gleichen Inkrementen
beabstandet, sondern vielmehr willkürlich unkorreliert gewählt, um
eine genauere Erkennung zu erreichen.
-
Infolgedessen sind, wenn das herkömmliche
Verfahren mit einer festen Zahl N (Blockgröße) im Goertzel-Algorithmus
verwendet wird, die Frequenzen nicht ursprünglich an den Frequenzstellen
ausgerichtet. Der Effekt ist, daß die gewünschten sich nicht exakt an
den Frequenzstellen (Mehrfache von Fs/N) befinden. Dies bewirkt
eine Verteilung der Energie auf benachbarte Frequenzstellen, das
als Lecken bezeichnet wird. Das Lecken kann die Genauigkeit des
Frequenzdomänenausgangs
erheblich verringern. Die folgende Tabelle zeigt den Effekt des
Leckens unter Verwendung eines Beispiels des Goertzel-Algorithmus
für die
DTMF Frequenz 852 Hz (N = 205).
-
Tabelle
2: Effekt des Leckens K = N*f/fs
-
Allgemein hat sich gezeigt, daß eine feste
Blockgröße von 205
Punkten den geringsten Fehler in einer Goertzel/DFT-Berechnung erzeugt.
Die inhärente
Eigenschaft der DFT erfordert eine FNT gleich 1, wobei F die Frequenzdomänenauflösung, N
die Blockgröße die Zahl
der Abtastungen und auch die berechnete Anzahl der Ausgänge in der
Frequenzdomäne,
und T die kleinste Periode bezeichnet und gleich 1/Fs ist, wobei
Fs die Abtastfrequenz ist. Bei Telefonieanwendungen ist die Periode
T gleich 1/Fs = 1/8000. um eine ausreichende Auflösung zu
erreichen, muß die
Blockgröße sehr
groß sein.
Infolgedessen ist die Erkennung von Sprache allgemein langsam und
der Rechenaufwand ist für
jedes Ergebnis größer. Schlimmer
noch: ein große
Blockgröße kann
dazu führen,
daß die
Erkennungsgeschwindigkeit Telekommunikationsstandards nicht erfüllt.
-
Daher berechnen bekannte DTMF Detektoren,
welche den Goertzel-Algorithmus
und/oder DFT verwenden, und welche eine feste Blockgröße N einsetzen,
nur Frequenzdomänenwerte
in Mehrfachen von Fs/N, wobei Fs die Abtastfrequenz, üblicherweise
8000 Hz für
Telefonieanwendungen ist. Wenn beispielsweise Fs = 8000 Hz und N
= 100 Abtastpunkte, berechnet der Goertzel-Algorithmus nur Ergebnisse
bei 80 Hz, 160 Hz, 240 Hz, etc.. Zusammenfassend kann, da die DTMF
Standardfrequenzwerte als nicht korreliert ausgelegt sind, allgemein
kein einzelner Blockgrößenwert
gewählt
werden, der zu sämtlichen
gewünschten
Frequenzen an den Stellen führt.
-
Daher führt das System des bevorzugten
Ausführungsbeispiels
den Goertzel-Algorithmus
unter Verwendung einer variierenden oder differierenden Blockgröße N für mehrere
der DTMF Frequenzen aus, um eine bessere Genauigkeit und Effizienz
zu erreichen. Der erfindungsgemäße DTMF
Detektor 102 verwendet vorzugsweise eine andere Blockgröße für verschiedene
DTMF Tonfrequenzen und passt sodann die Verstärkung an, nachdem die Frequenzdomänenwerte
berechnet wurden. Dies schafft eine verbesserte Genauigkeit und Geschwindigkeit
gegenüber
bekannten Verfahren. Der erfin dungsgemäße DTMF Detektor 102 schafft
eine bessere Frequenzverzerrungstoleranz und eine bessere Verdrehungstoleranz.
-
Im Schritt 124 der 2 wendet der DSP 106 das
Goertzel-DFT-Verfahren unter Verwendung verschiedener Blocklängen an.
Wie gezeigt, empfängt
der DSP 106 ein als x(n) bezeichnetes digitales Signal,
wobei das digitale Signal x(n) mehrere Abtastungen eines empfangenen
Signals umfasst. Nach 3 berechnet der
DSP effektiv 16 Goertzel-DFT mit unterschiedlichen Blocklängen N(1)–N(16).
Die unterschiedlichen Blocklängen
für jede
der Goertzel-DFT
sind:
N(1), N(9) = 172;
N(2), N(10) = 177;
N(3),
N(11) = 178;
N(4), N(12) = 178;
N(5), N(13) = 172;
N(6),
N(14) = 168
N(7), N(15) = 168
N(8), N(16) = l76
-
Wie in 3 dargestellt
ist die Operation des DSP als 16 Goertzel-DFT-Blöcke
dargestellt, die mit GDFT(1)–GDFT(16)
bezeichnet sind. Jeder der Goertzel-GDFT-Blöcke GDFT(1)–GDFT(16) erzeugt einen jeweiligen
Wert A(1)–A(16).
Die Werte A(1)–A(16)
bestehen aus vier kleineren Untergruppen. Der Ausgang jedes Goertzel-DFT-Blocks
ist proportional zur Quadratwurzel der Energie bei jeweiligen Frequenzen.
Die Goertzel-DFT-Ausgänge
umfassen Frequenzdomänenwerte.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
berechnet das System das Quadrat des Frequenzdomänenwerte, um Energiewerte zu
erzeugen, und die Energiewerte werden sodann in nachfolgenden Berechnungen
verwendet.
-
Die Werte A(1)–A(16) werden jeweils an jeweilige
Multiplizierer geliefert, welche den jeweiligen A(n) Wert mit einer
entsprechenden Verstärkung
multiplizieren. Diese Multiplizierer entsprechen der Verstärkungseinstellung
im Schritt (126) der 2.
-
4 zeigt
ein Diagramm der Operation des Goertzel-Algorithmus. Wie zuvor erwähnt bewertet
der Goertzel-Algorithmus die DFT der Eingangsdaten mit reduziertem
Rechenaufwand und erhöhter
Effizienz. Die Operation des Goertzel-Algorithmus ist ähnlich einer
Filterimplementierung, bei der der Goertzel-Algorithmus keinen Puffer
von Eingangsdatenelementen vor der Operation benötigt, sondern vielmehr ein
neues Ausgangsergebnis bei jedem Auftreten einer neuen Eingangsabtastung
berechnet. Wie in 4 dargestellt
führt der
Goertzel-Algorithmus eine rekursive Berechnung zweiter Ordnung der
DFT aus, indem er einen neuen Yk(n) Ausgang für jede neue Eingangsabtastung
x(n) berechnet. Das DFT Ergebnis, das als X(k) bezeichnet wird,
ist äquivalent
zu YK(n), wenn n = N, d. h. X(k) = Yk(N). wie in 4 dargestellt kann die Operation des Goertzel-Algorithmus
in zwei Phasen unterteilt werden. Die erste Phase umfaßt das Berechnen
der Rückkopplungen
in 4. die zweite Phase
berechnet die Mitkopplung wenn n = N und wertet somit den Wert X(k)
aus. Wie zuvor erörtert
führt im
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der DSP 106 den in 4 dargestellten
Goertzel-Algorithmus
unter Verwendung einer unterschiedlichen Blocklänge für unterschiedliche DTMF Frequenzwerte
durch.
-
Nachdem die Goertzel-DFT auf das
empfangene digitale Signal unter Verwendung variabler Blocklängen im
Schritt 124 angewendet wurde, ergibt sich eine Vielzahl
von Frequenzspektrenwerten A(m), die den 8 Standardfrequenzen oder
Tönen für die erste
und die zweite Harmonische entsprechen.
-
Die folgenden beiden Tabellen vergleichen
die Goertzel-Algorithmusanwendung unter Verwendung einer festen
Blockgröße und einer
variablen Blockgröße. Die
erste Tabelle zeigt ein Beispiel, das N = 205 als die feste Blockgröße verwendet,
und zeigt die K Fehler. Es sei darauf hingewiesen, daß eine feste
Blockgröße von N
= 205 die bestmögliche
Wahl ist und die geringsten Fehler für sämtliche K Werte erzeugt. K = N*f/fs = 205*f/8000 = 0,025625 f
-
-
Die Transfertunktion für die Goertzel-Algorithmus-Rückkopplungsphase
ist
wobei
was mit jeder Abtastung im
Block operiert. Am Ende des Blocks wird eine Mitkopplungsphase berechnet,
wobei verwendet wird:
-
-
Daher ist die Gesamttransferfunktion
für den
Goertzel-Algorithmus:
-
-
Dies ist ein Schmalbandpassfilter
und hat einen sehr abrupten Übergang.
Basierend auf den genannten Informationen ist es sehr wichtig, den
Fehler der K Werte zu verringern.
-
Wie zuvor erörtert verwenden das erfindungsgemäße System
und das erfindungsgemäße Verfahren verschiedene
N Werte für
verschiedene Frequenzen. Die folgende Tabelle beschreibt die verschiedenen
N Werte oder Blockgrößen entsprechend
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung für
die verschiedenen DTMF Tonfrequenzen. Die Tabelle zeigt ferner die
zugehörigen
K Fehler.
-
-
Unter Verwendung dieses Verfahrens
verringert die vorliegende Erfindung den K Fehler auf weniger als
0,3% im Vergleich zu bis zu 1,35% für bekannte Verfahren, die feste
N verwenden. Darüber
hinaus werden die N Werte oder Blockgrößen von 205 auf 187 oder weniger
verringert, wodurch eine um 15% oder mehr frühere Erkennung möglich ist.
Daher verwendet der DSP 106 vorzugsweise bis zu 178 digitale
Sprachabtastungen, die in den Goertzel-Algorithmus eingegeben werden.
Eine andere Zahl dieser Abtastungen wird für die verschiedenen Tonfrequenzen
verwendet. Das Anwenden des Goertzel-Algorithmus erzeugt eine Gruppe
von 16 Frequenzdomänenwerten,
wobei die Ausgänge
im Grunde diskrete Fourier-Transformationsergebnisse sind. Acht
dieser Werte sind für
die fundamentalen Frequenzen und acht für die zweite Harmonische vorgesehen.
Dies ist in den 3 und 4 dargestellt.
-
Die meisten DFT/Goertzel-basierten
Algorithmen erfüllen
die erforderlichen Frequenzverzerrungstoleranzen nur mit Mühe. Die
Frequenzverzerrungstoleranz erfordert, daß sämtliche DTMF Signale mit einem
bestimmten Prozentsatz an Frequenzverzerrung als gültige DTMF
Töne erkannt
werden müssen.
Wenn jedoch die Verzerrung einen bestimmten höheren Prozentsatz übersteigt,
muss die Erkennung verweigert werden. Die Frequenzverzerrungstoleranzkriterien
sind im folgenden beschrieben.
-
Fdtmf sei eine Standardfrequenz und
F sei die tatsächliche
Frequenz. Es gilt
wenn Fdtmf*(1 – 1,5/%) < F < Fdtmf*(1
+ 1,5%), dann ist es ein gültiger
Ton
wenn F > Fdtmf*(1
+ 3,5%) oder F < Fdtmf*(1 – 3,5%),
dann ist es kein gültiger
Ton
-
Ein Vorteil der Verwendung variabler
oder unterschiedlicher Blockgrößen ist,
daß der
DTFM Detektor 102 leichter die erforderliche Frequenzverzerrungstoleranz
erfüllt.
Wenn die gewünschte
Frequenz exakt an der Erkennungs frequenz des Goertzel-Algorithmus
liegt, verringern +2,5% Fehler in der Eingangsfrequenz den Ausgang
um den selben Betrag als einen –2,5%
Fehler im Signal. Der Grund ist, daß beide Fehler gleich weit
von der Stelle entfernt sind. Dies ist nicht der Fall, wenn die
gewünschte
Frequenz einen Fehler bezüglich der
Stelle aufweist, wobei darauf hingewiesen sei, daß ein Fehler
unvermeidbar ist, wenn eine feste Blockgröße verwendet wird. Es sei beispielsweise
angenommen, daß die
gewünschte
Frequenz 2,0% größer als
die Frequenzstelle ist. In diesem Beispiel bringt ein –2%-iger
Fehler des Eingangssignals die Frequenz näher an die Stelle und erzeugt
das größte Ausgangsergebnis.
Andererseits bewegt ein +2,5%-iger Fehler die Frequenz weiter von
der Stelle weg und erzeugt einen sehr geringen Ausgang. Der asymmetrische
Effekt erschwert das Festsetzen einer Schwelle für die Frequenzverzerrungstoleranzprüfung, weshalb
die sehr stringenten Telekommunikationsstandards verfehlt werden.
Erhebliche Rechenressourcen sind erforderlich, um festzustellen, ob
ein Energiewert sich auf der rechten oder der linken Seite der Frequenzstelle
befindet. Das Setzen von verschiedenen Schwellenwerten für die linke
und die rechte Verzerrung, d. h. eine tatsächliche Frequenz, die größer oder
kleiner als die gewünschte
Frequenz ist, ist keine adäquate
Lösung.
-
Schritt 126 – Verstärkungseinstellung
-
Im Schritt 126 führt der
DSP 106 vorzugsweise eine Verstärkungseinstellung durch, wie
in 3 dargestellt. Das
Berechnen des Frequenzspektrums unter Verwendung von verschiedenen
Blocklängen
N erzeugt unterschiedliche Energiegehalte in mehreren der Energiewerte.
Der DTMF Detektor 102 multipliziert vorzugsweise einen
Verstärkungswert
mit jedem der Energiewerte, um die Verstärkung jedes der Energiewerte einzustellen.
Es sei darauf hingewiesen, daß die
Verwendung unterschiedlicher Blockbreiten bessere Ergebnisse selbst
ohne Verstärkungseinstellung.
Jedoch ist die Verstärkungseinstellung
erwünscht,
da verschiedene Blocklängen
auf verschiedene Frequenzen angewendet wurden und auch da verschiedene
Goertzel- Algorithmustransfertunktionen
verschiedene Verstärkungen
im Schmalpassband aufweisen. Das erfindungsgemäße System und das Verfahren
gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
stellt somit vorzugsweise die Verstärkung ein, um die Ergebnisse
in der Gruppe A(1 ... 16) korrekter zu bewerten. Nach der Verstärkungseinstellung
im Schritt 126 ist das Ergebnis ein modifizierter Frequenzspektrenwert
A'(m).
-
Die Verstärkungen wurden unter Verwendung
mathematischer Verfahren berechnet und unter Laborverfahren verifiziert.
Die Verstärkungseinstellungen
in den bevorzugten Ausführungsbeispielen
sind im folgenden aufgelistet:
| Freq.
(Hz): | Verstärkungsfaktor: |
| 697 | 1.00000000 |
| 770 | 0.98902064 |
| 852 | 0.97439963 |
| 941 | 0.97849229 |
| 1209 | 1.00475907 |
| 1336 | 1.03484721 |
| 1477 | 1.02940728 |
| 1633 | 0.99550578 |
-
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
verwendet der DTMF Detektor 102 nicht die zweiten harmonischen
Ausgänge
zum Berechnen der Verdrehung. Daher ist die Verstärkungseinstellung
für die
zweite Harmonische weniger wichtig. Daher wird im bevorzugten Ausführungsbeispiel
die Verstärkungseinstellung
für die
zweite Harmonische nicht ausgeführt,
um Rechenressourcen zu sparen. Angenommen, der Verstärkungsfaktor
für die
Frequenz F1 sei G1, so wird die Verstärkungseinstellung berechnet
durch: A'(1)
= G1*A(1)
-
Dies wird an den ersten acht Elementen
in der Goertzel-Ausgangsgruppe A(1 ... 8), d. h. der ersten Harmonischen,
ausgeführt
und die neue Gruppe A'(1
... 16) wird erzeugt. Die neue Gruppe weist den verstärkungseingestellten
Goertzel-DFT-Ausgang auf. Es sei darauf hingewiesen, daß die Gruppenelemente
A(9 ... 16) nicht eingestellt sind und diese Werte somit gleich
bleiben, d. h. A'(9
... 16) = A(9 ... 16).
-
Schritt 128 – Bestimmen
der maximalen Verstärkung
in jeder Frequenzgruppe
-
Wie zuvor erwähnt erzeugt die Verstärkungseinstellung
im Schritt 126 vier Untergruppen der ersten und der zweiten
Harmonischen der Reihen- und Spaltenfrequenzen der DTMF Standardfrequenzen.
Anders ausgedrückt
besteht die Gruppe A(1 ... 16) aus vier kleineren Gruppen. Die Untergruppe
A'(1 ... 4) umfasst
die Werte für
die fundamentalen Reihenfrequenzen und bestimmt die Reihe, zu der
die gedrückte
Taste gehört. Die
Untergruppe A'(5
... 8) umfaßt
die Werte für
die fundamentalen Spaltenfrequenzen und bestimmt die Spalte, zu
der die gedrückte
Taste gehört.
Die Untergruppe A'(9
... 12) umfasst die DFT Werte für
die zweite Harmonische der Reihenfrequenzen und die Untergruppe
A'(13 ... 16) umfasst
die Werte für
die zweite Harmonische für
die Spaltenfrequenzen.
-
5 zeigt
ein Blockdiagramm zur Darstellung der Operation des Schritts 128 in 2. Wie in 5 dargestellt ist die Operation des DSP 106 als
vier Blöcke 151, 152, 153 und 154 dargestellt,
wobei jeder der Blöcke
den Wert in der jeweiligen Untergruppe bestimmt, der den maximalen
Wert oder die maximale Verstärkung
aufweist. Die Blöcke 151 und 152 der
zwei ersten harmonischen Untergruppen erhalten ferner den jeweiligen
Index des maximalen Verstärkungswerts.
Die Blöcke 151 und 152 der
Untergruppen A'(1
... 4) und A'(5 ...
8) liefern jeweils Ausgänge,
die den maximalen Wert in der Untergruppe und den jeweiligen Index
enthalten. Die Blöcke 153 und
154 für die Untergruppen
A'(9 ... 12) und
A'(13 ... 16) liefern
Ausgänge,
welche den jeweiligen maximalen Wert in jeder der Untergruppen enthalten.
-
Im Schritt 128 bestimmt
der DSP 106 den maximalen Wert in den beiden ersten Untergruppen
und die jeweiligen Indizes in der Unteranordnung. Dieser Schritt
kann unter Verwendung von Pseudocode beschrieben werden:
-
-
Somit erhält im Schritt 128 der
DSP 106 die maximalen Werte der Reihen- und Spaltenfrequenzgruppe (M(1), M(2))
und deren jeweiligen Index (I(1), I(2)) für die ersten harmonischen Untergruppen.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel
bestimmt der DSP 106 nicht die Indizes für die zweite
Harmonische. Vielmehr erhält
der DSP 106 den maximalen Frequenzausgang der zweiten Harmonischen
der Reihenfrequenz, M(3), und den maximalen Frequenzausgang für die zweite
Harmonische der Spaltenfrequenz, M(4), wie in 5 dargestellt.
-
Schritte 130 und 132 – Statische
und dynamische Schwellenwertbildung
-
Das erfindungsgemäße System und Verfahren führt sowohl
eine statische und dynamische Schwellenwertbildung aus. Die erfindungsgemäße statische
und dynamische Schwellenwertbildung verbessert den funktionalen
dynami schen Vereich und die Rauschunempfindlichkeit des DTMF Detektors.
Die vorliegende Erfindung erweitert somit den funktionalen dynamischen
Eingangssignalbereich und hat eine größere Sprach/Rauschunempfindlichkeit,
d. h. sie ist eher in der Lage, eine Erkennung zu vermeiden, die
durch Sprache oder Rauschen ausgelöst wird. Die in den Schritten 130 und 132 ausgeführte statische
und dynamische Schwellenwertbildung eliminiert ungültige DTMF
Töne basierend
auf dem Signalpegel und dem Signal/Rauschverhältnis. Die Verwendung statischer
und dynamischer Schwellenwertbildung ermöglicht das Einstellen eines
niedrigen Schwellenwerts, wodurch der DTMF Detektor mit einem weiteren
dynamischen Bereich versehen wird. Die dynamische Schwellenwertbildung
im Schritt 132 führt
im wesentlichen eine Signal/Rauschschätzung durch, wobei vorzugsweise
das Verhältnis
zwischen dem maximalen Wert in der Gruppe und den anderen Werten
in der Untergruppe verwendet wird. Die im Schritt 132 durchgeführte dynamische Schwellenwertbildung
führt einen
Schwellenwertvergleich mit dem berechneten Signal/Rauschverhältnis durch,
welches effektiv durch Rauschen oder Sprache ausgelöste Erkennung
verhindert, d. h. eine bessere Sprachunempfindlichkeit bietet.
-
6 zeigt
ein Ablaufdiagramm zur Darstellung der Operation der statischen
Schwellenwertbildung des Schritts 130. Die maximalen Werte
der ersten beiden Untergruppen, welche den ersten harmonischen Reihen-
und Spaltenfrequenzwerten entsprechen, werden in dem statischen
Schwellenwertschritt 130 empfangen. Im Schritt 242 stellt
der DSP 106 fest, ob M(1) > Ts, d. h. ob der maximale Wert der ersten
Untergruppe größer als
Ts ist. Wenn nicht, erfolgt keine Erkennung und die Operation ist
abgeschlossen. Wenn M(1) > Ts im
Schritt 242, so stellt der DSP 106 im Schritt 244 fest,
ob der Wert M(2) größer als
Ts ist. Wenn nicht, wird wiederum keine Erkennung festgestellt.
Wenn M(1) und M(2) größer als
der Schwellenwert Ts sind, wird eine dynamische Schwellenwertbildung
mit diesen Werten im Schritt 132 der 2 ausgeführt.
-
7 zeigt
die dynamische Schwellenwertbildung im Schritt 132. Wie
dargestellt berechnet der dynamische Schwellenwertbildungsschritt
Signal/Rauschverhältnisse
unter Verwendung der Verhältnisse
der maximalen Energiewerte M(1) und M(2) zu den anderen Energiewerten
in jeder jeweiligen Gruppe.
-
Wie dargestellt berechet der DSP 106 das
Verhältnis
des maximalen Werts M(1) in der ersten Untergruppe zu jedem der
anderen Werte in der ersten Untergruppe, bezeichnet als A'(u), A'(v) und A'(w). diese anderen
Werte in der Untergruppe umfassen die Werte in der ersten Untergruppe,
die von den maximalen oder M(1) Werten verschieden sind. Der dynamische
Schwellenwertbildungsschritt berechnet das Verhältnis des maximalen Werts m(1)
in der ersten Untergruppe zu den anderen drei Werten in der Untergruppe,
d. h. drei der Werte von A'(1),
A'(2), A'(3) und A'(4), ausschließlich des
Maximums dieser Werte, das als M(1) bezeichnet wird. Diese anderen
drei Werte werden als A'(u),
A'(v) und A'(w) in 7 bezeichnet.
-
Der dynamische Schwellenwertbildungsschritt
vergleicht die genannten berechneten Verhältnisse mit einem Schwellenwert
Td. Das Verhältnis
des maximalen Werts in der ersten Untergruppe zu jedem der anderen
Werte in der ersten Untergruppe berechnet im wesentlichen das Signal/Rauschverhältnis (SNR)
der empfangenen Signale. Die dynamische Schwellenwertbildung stellt
sicher, daß das
Verhältnis
des maximalen Werts M(1) in der ersten Untergruppe zu jedem der
anderen Werte in der ersten Untergruppe, d. h. das Signal/Rauschverhältnis, größer als
der Schwellenwert Td ist. Wenn das Verhältnis des maximalen Werts M(1)
in der ersten Untergruppe zu einem der anderen Werte in der ersten
Untergruppe nicht größer als
der Schwellenwert Td ist, setzt der DSP 106 einen Signal/Rauschverhältnisfehler,
und es wird keine Erkennung angezeigt.
-
Ähnlich
berechnet der DSP 106 im Schritt 132 das Verhältnis des
maximalen Werts M(2) in der zweiten Untergruppe zu jedem der anderen
Werte in der zweiten Untergruppe, bezeichnet als A'(x), A'(y) und A'(z). Diese anderen
Werte in der Untergruppe umfassen die Werte in der zweiten Untergruppe,
die von dem maximalen oder M(2) Wert verschieden sind. Der dynamische
Schwellenwertschritt berechnet somit das Verhältnis des maximalen Werts M(3)
in der zweiten Untergruppe zu den anderen drei Werten der Untergruppe,
d. h. drei der Werte A'(5),
A'(6), A'(7) und A'(8), ausschließlich des
Maximums dieser Werte, das als M(2) bezeichnet wird. Diese anderen
drei Werte werden in 7 als
A'(x), A'(y) und A'(z).
-
Der dynamische Schwellenwertbildungsschritt
vergleicht die zuvor berechneten Verhältnisse mit dem Schwellenwert
Td. Wie zuvor erwähnt
berechnet das Verhältnis
des maximalen Werts in der zweiten Untergruppe zu den anderen drei
Werten der Untergruppe im wesentlichen das Signal/Rauschverhältnis (SNR)
der empfangenen Signale. Die dynamische Schwellenwertbildung stellt
sicher, daß das
Verhältnis
des maximalen Werts M(2) in der zweiten Untergruppe zu jedem der
anderen Werte in der zweiten Untergruppe, d. h. das Signal/Rauschverhältnis, größer als
der Schwellenwert Td ist. Wenn das Verhältnis des maximalen Werts M(2) in
der zweiten Untergruppe zu einem der anderen Werte in der zweiten
Untergruppe nicht größer als
der Schwellenwert Td ist, setzt der DSP 106 einen Signal/Rauschverhältnisfehler,
und es wird keine Erkennung angezeigt.
-
In 7 vergleicht
der DSP 106 das Verhältnis
des maximalen Werts M(1) zu jedem der anderen Werte in der Untergruppe
mit einem Wert Td und setzt einen SNR Fehler, wenn eines der Verhältnisse
kleiner als Td ist. Der DSP 106 vergleicht gleichermaßen das
Verhältnis
des maximalen Werts M(2) zu jedem der anderen Werte in der Untergruppe
mit dem Wert Td und setzt den SNR Fehler, wenn eines der Verhältnisse
kleiner als Td ist. Da Td = 10(erforderliches
SNR, in dB), bedeutet der SNR Fehler, daß der Spalten- und/oder der
Reihenfrequenzwert nicht dem erforderlichen SNR entspricht. Wenn
der SNR Fehler gesetzt ist, wird keine Erkennung angezeigt. Bei
einem Ausführungsbeispiel,
bei dem der Standard ein SNR von 12 dB erfordert, ist der dynamische Schwellenwert
Td vorzugsweise gesetzt, um sicherzustellen, daß M(1) wenigstens vier mal
so groß wie
andere Werte in der jeweiligen Untergruppe ist, und daß M(2) wenigstens
viermal so groß wie
andere Werte in der jeweiligen zweiten Untergruppe ist.
-
Die durch den Gortzel-Algorithmus
und die Verstärkungsanpassung
erhaltenen Frequenzdomänenwerte
(A'(1 ... 16)) werden
mit Schwellenwerten verglichen, wobei sowohl statische, als auch
dynamische Verfahren verwendet werden. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist der statische Schwellenwert auf 6 gesetzt (was einen theoretischen
funktionalen dynamischen Bereich von über 50 dB ergibt), und der
dynamische Schwellenwert ist auf 4 (ungefähr 12 dB) eingestellt. Dies
ermöglicht
die Erkennung sehr kleiner DTMF Signale (weiter dynamischer Bereich),
so lange die Signale ein akzeptables Signalrauchverhältnis haben.
Dies eliminiert ferner effektiv den größten Teil des inaktiven Kanalrauschens,
der Sprache und des weißen
Rauschens.
-
Wie zuvor beschrieben berechnet das
Verhältnis
des maximalen Werts in einer Untergruppe zu jedem der anderen Werte
in der Untergruppe im wesentlichen das Signal/Rauschverhältnis (SNR)
der empfangenen Signale. Die dynamische Schwellenwertbildung stellt
sicher, daß das
Verhältnis
des maximalen Werts M(1) in der ersten Untergruppe zu jedem der
anderen Werte in der ersten Untergruppe größer als der Schwellenwert Td
ist. Gleichermaßen
stellt die dynamische Schwellenwertbildung sicher, daß das Verhältnis des
maximalen Werts M(2) in der zweiten Untergruppe zu jedem der anderen
Werte in der zweiten Untergruppe größer als der Schwellenwert Td
ist. Wenn eines der Verhältnisse
nicht größer als
der Schwellenwert ist, wird ein SNR Fehler gesetzt. Das Setzen des
SNR Fehlers bedeutet, daß die
Spalten- und/oder
die Reihenfrequenzwerte nicht das erforderliche SNR erfüllen. Wenn
der SNR Fehler gesetzt ist, wird keine Erkennung angezeigt.
-
Schritt 134 – Zweite
harmonische Schwellenwertbildung
-
Im Schritt 134 führt der
DSP 106 die zweite harmonische Schwellenwertbildung aus,
um die Gültigkeit der
erkannten Töne
weiter zu prüfen
und durch Sprache ausgelöste
DTMF Erkennung zu eliminieren. Dies geschieht vor der DTMF Erkennung
und ist üblicherweise
eine kontinuierliche Aufgabe des DSP 106, selbst nachdem
der Kanal hergestellt ist. Die menschliche Stimme, insbesondere
die weibliche Stimme, kann einen große Menge von Energiekomponenten über 1000
Hz haben und als DTMF Signal missgedeutet werden. Auch kann Musik
eine DTMF Erkennung auslösen.
Die Spracherkennung und /oder Sprachunempfindlichkeit ist ein sehr wichtiges
Kriterium zur Bewertung der Qualität eines DTMF Detektors.
-
Wie zuvor erörtert ist ein echtes DTMF Signal
die Summe zweier Sinuswellenformen und hat zwei Steile Peaks in
der Frequenzdomäne.
Eine echtes DTMF Signal weist keine wesentliche Energie bei zweiten
oder höheren
Harmonischen auf. Sprache hat andererseits generell stets eine erhebliche
Energiemenge bei der zweiten oder höheren Harmonischen. Dieses
Merkmal der Sprache macht es einfacher, Sprache von einem DTMF Signal
zu unterscheiden. Der DTMF Detektor 102 prüft somit
die zweite Harmonische der fundamentalen DTMF Frequenz.
-
Bekannte Verfahren haben üblicherweise
den Wert der zweiten Harmonischen A'(9 ... 16) untersucht. Erfindungsgemäß vergleicht
der DSP 106 die zweite Harmonische mit den Werten der fundamentalen
Harmonischen A'(1
... 8). der DSP 106 berechnet das Verhältnis von M(1)/M(3) und M(2)/M(4)
und vergleicht die Ergebnisse mit einem voreingestellten Schwellenwert.
-
Es sei darauf hingewiesen, daß das Verhältnis A'(i)/A'(i + 8) (angenommen
A'(i) ist der größte Wert
der Gruppe) nicht verwendet wird, da, wenn die Stimme einige Energie
bei einer Frequenz aufweist, die x% von der Stelle entfernt ist,
die zweite Harmonische eine Entfernung von 2x% von der zweiten harmonischen
Stelle hat. Daher verwendet der DSP 106 den maximalen Wert
in der zweiten harmonischen Gruppe, um eine Schätzung der Energie bei der zweiten
Harmonischen vorzunehmen. Dies ist für die Talk-off-Leistung des DTMF
Detektors vorteilhaft.
-
8 zeigt
ein Ablaufdiagramm der Operation der zweiten harmonischen Schwellenwertbildung
im Schritt 134 der 2.
wie gezeigt vergleicht in 8 der
DSP 106 das Verhältnis
der maximalen Werte der ersten und der zweiten Harmonischen, M1/M3,
mit dem Schwellenwert Tsh, und vergleicht ferner das Verhältnis der
maximalen Werte der ersten und der zweiten Harmonischen der Spaltenfrequenz,
d. h. das Verhältnis M2/M4,
und stellt fest, ob dieser Wert größer als der Schwellenwert tsh
ist. Wenn eines der Verhältnisse
M1/M3 oder M2/M4 nicht größer als
der Schwellenwert Tsh ist, wird ein Sprachfehlersignal erzeugt,
das angibt, daß das
erkannte Signal tatsächlich
Sprache und nicht einem DTMF Signal entspricht.
-
Schritt 136 – Schutzzeitprüfung
-
Die vorliegende Erfindung offenbart
ein verbessertes Schutzzeitprüfverfahren,
das die Schwierigkeit des Erfüllens
der Schutzzeitleistungsanforderungen überwindet, wenn auf Blöcken basierende
Verarbeitungsverfahren (beispielsweise der Goertzel-Algorithmus)
verwendet werden. Die vorliegende Erfindung verwendet ferner einen
größeren Abschaltdauerwert
(der jedoch geringer als Ti ist) wie im folgenden beschrieben. Ein größerer Abschaltdauerwert
bietet eine bessere Talk-off-Leistung des DTMF Detektors. Dies ist
darin begründet,
daß "falsche DTMF Signale", die durch Sprache
ausgelöst
werden, eine geringe Dauer haben, während sie ferner eine Frequenzdomänenenergiepräsentation
haben, die wie ein DTMF Signal erscheint.
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Der Schutzzeitparameter erfordert,
dass alle DTMF Signale mit einer Dauer von mehr als T1 als gültige DTMF
Töne erkannt
werden, d. h. es sind keine Ausfälle
zulässig,
während
sämtliche
DTMF Signale, die kürzer
als T2 (T2 < T1)
sind, nicht als gültige
DTMF Signale erkannt werden können.
Sämtliche Töne mit einer Dauer
zwischen T1 und T2 sind "Don't care", was bedeutet, daß der Detektor
die Flexibilität
hat, entweder das Signal zu erkennen oder zu missachten. Im allgemeinen
gilt es als erwünscht,
einen festen Grenzwert zu haben, um die Schutzzeitleistung zu garantieren.
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Der AT&T Standard und die meisten anderen
Standards erfordern, daß jede
DTMF Sequenz, die länger
als 40 ms ist, akzeptiert werden muß, wenn sie alle anderen Kriterien
erfüllt.
Eine DTMF Sequenz, die kürzer
als 20 ms ist, sollte nie erkannt werden. Da der erfindungsgemäße DTMF
Detektor 102 die Sprachabtastungen als Blöcke verarbeitet,
vergleicht der DTMF Detektor 102 die maximalen Werte M(1)
und M(2) mit Werten des vorherigen Blocks und des nachfolgenden
Blocks, um festzustellen, ob das DTMF Signal zumindest 40 ms dauert.
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9 ist
ein Ablaufdiagramm zur Darstellung der Schutzzeitprüfung im
Schritt 136 der 1.
im Schritt 312 stellt der DSP 106 fest, ob die
Indexwerte I(1) und I'(1)
gleich sind und ob die Indexwerte I(2) und I'(2) gleich sind. Dieser Schritt stellt
somit fest, ob das DTMF Signal über
eine bestimmte Zeit dauert. Insbesondere stellt der Schritt fest,
ob die Indizes der maximalen Werte in aufeinanderfolgenden Blöcken identisch sind.
Wenn ja, berechnet im Schritt 314 der DSP 106 das
Verhältnis
oder die Verstärkung
des maximalen Werts aus dem aktuellen und vorherigen Blöcken für jede der
Reihen- und Spaltenfrequenzen. Anders ausgedrückt berechnet der DSP 106 im
Schritt 314: G(1) = M(1)/M'(1);
G(2) = M(2)/M'(2)
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In den Schritten 316 und 318 stellt
der DSP 106 fest, ob die berechneten Verhältnisse
G1 und G2 in einem Bereich > I/TG
und < TG liegen.
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Wenn der DSP 106 ein DTMF
Signal erkennt, das sämtliche
zuvor in den Schritten 130–134 beschriebenen
Kriterien erfüllt,
vergleicht der DSP 106 die maximalen Werte mit den Werten
des vorherigen Blocks nur, wenn die Indizes die selben bleiben.
Wenn das Verhältnis,
d. h. das Ergebnis des Teilens, des maximalen Werts des aktuellen
und der früheren
Blöcke
größer als
der Wert Tg ist, passiert das Signal die Schutzzeitprüfung. Es
sei darauf hingewiesen, daß der
Wert Tg ein programmierbarer Wert ist, der verändert werden kann, um verschiedene
Schutzzeitanforderung zu erfüllen.
Der Wert Tg beträgt
vorzugsweise 2,5. Im Schritt 136 der 2 stellt der DTMF Detektor 102 vorzugsweise
fest, ob das erkannte Signal ausreichend lang ist, um tatsächlich ein
DTMF Signal zu sein.
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Ist die Schutzzeitprüfung nicht
erfolgreich, wartet der DSP 106 auf die Berechnung des
nächsten Blocks
und vergleicht den maximalen Wert des aktuellen Blocks mit dem maximalen
Wert im nächsten
Block, wobei angenommen wird, daß die Reihen- und Spaltenindizes
gleich bleiben. Wenn das Ergebnis größer als Tg ist, passiert das
Signal noch die Schutzzeitprüfung.
Ist der Vergleich erneut nicht erfolgreich, passiert das Signal
des gegenwärtigen
Blocks nicht die Schutzzeitprüfung
und kann nicht als gültiges
DTMF Signal erkannt werden.
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Schritt 138 – Verdrehungsberechnung
und Schwellenwertbildung
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Wenn das Signal alle genannten Schritte
passiert hat, ist der letzte Schritt der Auswertung die Verdrehungsprüfung. Wie
die anderen zuvor beschriebenen Parameter ist die Verdrehung einweiteres
wesentliches Kriterium zum Eliminieren unqualifizierter Signale.
Die Verdrehung (Twist) eines DTMF Signals ist als die Pegeldifferenz
in dB zwischen dem höheren
und dem tieferen Ton definiert.
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Wenn die Verdrehung positiv ist,
ist der Ton mit dem höheren
Frequenzpegel (die Spaltenfrequenz) größer als der Ton mit dem niedrigeren
Frequenzpegel (Reihenfrequenz). In diesem Fall wird die Verdrehung als
Vorwärtsverdrehung
bezeichnet. Wenn die Verdrehung negativ ist, d. h. wenn der Ton
mit dem höheren
Frequenzpegel (die Spaltenfrequenz) kleiner als der Ton mit dem
niedrigeren Frequenzpegel (Reihenfrequenz) ist, wird die Verdrehung
als Rückwärtsverdrehung
bezeichnet. Ein Telekommunikationsstandard definiert üblicherweise
eine Verdrehungstoleranz zwischen einer Vorwärtsverdrehung und einer Rückwärtsverdrehung. Beispielsweise
fordert AT&T
–8 dB < Verdrehung < –4 dB
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Wenn ein DETM Signal durch einen
Telefonkanal läuft,
werden Verzerrung und Rauschen den DTMF Signal hinzugefügt und verursachen
eine Phasenverzögerung.
Gruppenverzögerung
und sogar erhebliche Amplitudenverzerrung. Diese Faktoren verkomplizieren
die Verdrehungsberechnung. Gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
führt der
DTMF detektor eine Verdrehungsberechnung nur aus, wenn das Signal
stabil wird. Der DSP 106 überwacht die Ausgänge M(1)
und M(2), welche die verstärkungseingestellten
Ausgänge des
Schritts 128 sind, und aktualisiert den Verdrehungswert
nur, wenn sowohl der höhere
als auch der tiefere Tonpegel im gegenwärtigen Block größer als
im vorherigen Block sind, wobei angenommen wird, die Reihen- und
Spaltenindizes I(1) und I(2) gleich bleiben. Dieses Verfahren ist
in 10 dargestellt und
als der folgende Pseudocode ausgeführt.
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Bei einer praktischen Implementierung
wird nur ein linearer Verdrehungswert berechnet, um logarithmische
Berechnung zu vermeiden, und der lineare Verdrehungswert wird sodann
mit linearen Verdrehungsschwellenwerten verglichen, um festzustellen,
ob die Erkennung die Verdrehungsanforderungen erfüllt.
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Hinweis: Twist' ist der Verdrehungswert für den vorherigen
Rahmen. I'(1) ist
I(1) im vorherigen Block, I'(2)
ist I(2) im vorherigen Block M'(1)
ist M(1) im vorherigen Block und M'(2) ist M(2) im vorherigen Block.
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DTMF Empfängerergebnisse
unter Verwendung von MITEL 7292 Testband
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Die folgenden Tests wurden mit dem
erfindungsgemäßen DTMF
Detektor unter Verwendung des Mitel 7292 Testbands durchgeführt.
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Test
1: Frequenzverzerrungstoleranz
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Test 3: Dynamischer Bereichstest
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34 dB (maximaler dynamischer Eingangssignalbereich)
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Test 4: Schutzzeittest
28,9 ms
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Test
5: Signal/Rausch-Test
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Test 6: Talk-off-Test
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6 Treffer (ein echtes DTMF Signal
und fünf
falsche Erkennungen)
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Systemanforderungen
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- Verarbeitungsleistung < 1,2
MIPS
- ROM Nutzung 314 Wörter
- RAM Nutzung 69 Wörter
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Schlussbemerkung
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Die vorliegende Erfindung schafft
daher ein System und ein Verfahren zum Durchführen der DTMF Erkennung mit
verbesserter Geschwindigkeit und Genauigkeit. Die vorliegende Erfindung
führt sowohl
statische, als auch dynamische Schwellenbildung durch, um einen
größeren dynamischen
Bereich, verbesserte Sprachunempfindlichkeit und eine bessere SNR-Kontrolle
zu erreichen. Der erfindungsgemäße DTMF
Detektor 102 weist nur 6 Treffer beim Betrieb des Mitel
CM 7291 Testbandes auf, während
ein Algorithmus, der weniger als 10 Treffer verzeichnet, als sehr
gut erachtet wird.
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Zwar wurden das erfindungsgemäße System
und das erfindungsgemäße Verfahren
in Verbindung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben,
jedoch ist nicht beabsichtigt, die Erfindung auf die spezifische
beschriebene Form zu begrenzen, sondern im Gegenteil ist beabsichtigt,
derartige Alternativen, Modifikationen und Äquivalente abzudecken, die
in den Rahmen der Erfindung gemäß den nachfolgenden
Ansprüchen
fallen.
was mit jeder Abtastung im Block operiert. Am Ende des Blocks wird eine Mitkopplungsphase berechnet, wobei verwendet wird:
