DE69820440T2

DE69820440T2 - Tondetektion mit aliasing bandpassfilters

Info

Publication number: DE69820440T2
Application number: DE69820440T
Authority: DE
Inventors: Balaji Srinivasan
Original assignee: Nortel Networks Ltd
Current assignee: Nortel Networks Ltd
Priority date: 1997-06-12
Filing date: 1998-06-03
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2018-06-04
Also published as: CA2293280A1; EP0988758A1; DE69820440D1; WO1998057502A1; EP0988758B1; US5995557A

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Tondetektoren und insbesondere auf ein auf einem digitalen Signalprozessor (DSP) mit einem rückfaltenden oder einen Alias-Effekt aufweisenden Bandpassfilter realisiertes Verfahren zur Zweitton-Detektion bei Vorliegen von Sprache, Musik und Störungen.
Beschreibung des Standes der Technik
Telefon-Kommunikationssysteme verwenden üblicherweise ein Tonsignal als einen Steuerbefehl. Die Tondetektionssignale übertragen Steuerinformationen an ein Haupt-Kommunikationsnetz.
Der Zweifrequenzton ist ein übliches Tonsignal, das in dem öffentlichen Telefonsystem verwendet wird. Für die Tonfrequenz-Tastwahl schließen die zwei Frequenzen in dem Ton eine Reihenkomponente und eine Spaltenkomponente ein. Die Reihe und Spalte beziehen sich auf die Position der Taste auf dem Tastatur-Raster eines Telefons. Beispielsweise ist den Tasten 1, 2, 3 und A eine Reihenfrequenz gemeinsam, während den Tasten 1, 4, 7 und * eine Spaltenfrequenz gemeinsam ist. Beispielsweise sendet das Telefon für die Ziffer 5 die Reihenfrequenz von 770 Hz und die Spaltenfrequenz von 1336 Hz. Die meisten Telefone haben keine vierte Spalte [A, B, C und D].
Diese Norm ist in den generischen Forderungen für Vermittlungssysteme für den Ortszugang und den Transportbereich (LSSGR) festgelegt. Diese Normen werden als Zweiton-Mehrfrequenz-Signalisierung (DTMF) bezeichnet, die Zweitonpaare mit den nachstehend gezeigten Frequenzen in der DTMF-Reihen- und Spalten-Matrix bestimmen:
Tabelle 1
Systeme zur Detektion von Zweitonpaaren waren seit der Entwicklung der digitalen Signalverarbeitung (DSP) verfügbar. Die Fähigkeit, die Tondetektion im Analogbereich durchzuführen, hat es sogar noch länger gegeben. Die Tondetektion umfaßt die Detektion von Tönen aus einem Satz bekannter Frequenzen und die Erklärung der erfaßten Töne als gültig, indem die minimale Dauer, die die Töne umgebende spektrale Energie, die Abweichung der Tonfrequenzen von den erwarteten Frequenzen und andere Elemente nach den Industrienormen geprüft werden.
Neuere Änderungen in der Telekommunikation haben vergrößerte Forderungen an die Robustheit der Tondetektion und die Kapazität oder Anzahl von Kanälen gestellt, die gleichzeitig in einer vorgegebenen Zeit (üblicherweise als „Echtzeit" bezeichnet) von dem Tondetektor unterstützt werden. Die Robustheit und Kapazität eines Tondetektors sind invers proportionale Werte für eine vorgegebene DSP-Verarbeitungsleistung. Wenn die Störempfindlichkeit des Detektors und die Unterdrückung von Ziffern, die durch Sprache oder Musik simuliert werden, zunimmt, so nimmt die von dem Detektor unterstützte Kapazität erheblich ab. Daher ist es wünschenswert, die Zeit zu verringern, die zur Durchführung der Tondetektion auf einem einzigen Kanal erforderlich ist, während die Robustheit der Tondetektion zu einem Maximum gemacht wird.
Ein Verfahren zur Erfassung eines Tons besteht darin, den gesamten Spektralgehalt des Signals auf dem Kanal dadurch zu betrachten, dass eine schnelle Fourier-Transformation (FFT) in dem Bestreben zur Validierung eines DTMF-Tonpaares durchgeführt wird. Obwohl dies effektiv ist, stellt diese Vorgehensweise eine aufwendige Lösung aufgrund der DSP-Verarbeitung dar, die erforderlich ist, um eine FFT über das gesamte in der Telefonie verwendete 4 kHz-Sprachband durchzuführen.
Eine brauchbarere Alternative besteht darin, nur nach den vordefinierten Tonfrequenzen unter Verwendung von zwei gut bekannten Techniken zu schauen: Infinite Impulsantwort- (IIR)-Filter und finite Impulsantwort- (FIR)-Filter. IIR-Filter sind im wesentlichen Filter, die eine Funktion des Signals und vergangener Filterausgänge sind. FIR-Filterausgänge beruhen lediglich auf dem derzeitigen Eingangssignal.
Die US-A-4395595 beschreibt einen „digitalen Tastensignalisierungs-Empfänger", der Zweifrequenztöne detektiert. Die beschriebene Vorrichtung schließt sieben Vergleicher und die aufeinanderfolgende Abtastung eines Eingangssignals in einer Serienstufe der Abtasteinrichtungen mit exponentiell abnehmenden Abtastraten ein. Bei dieser Anordnung erfolgt die Abtastung eines bereits abgetasteten Signals anstelle einer Neuabtastung des Eingangssignals. Nach der Abtastung werden zwei digitalisierte Ausgänge erzeugt, die beide ein wesentlich niedrigeres Abtastsignal als der Eingang aufweisen, und die jeweils Informationen enthalten, die den niedrigeren und höheren Gruppen von Frequenzen entsprechen, die bei der DTMF-Signalisierung verwendet werden. Die zwei Ausgänge werden zwei Bänken von Frequenz-Detektoren zugeführt, die digitale Bandpassfilter und Energieberechnungs-Schaltungen haben, die Eingänge an eine Entscheidungsschaltung liefern.
Tabelle 2
Um die in den einzelnen Ländern anwendbaren LSSGR-Normen nach der vorstehenden Tabelle 2 oder die international unterstützten ITU/CCITT- Empfehlungen zu erfüllen, muss ein Tondetektor eine eine hohe Qualität aufweisende Tondetektion ausführen. Um die heute benötigten Kapazitäten zu unterstützen, während gleichzeitig die Normen erfüllt werden, bestand die Vorgehensweise darin, Verarbeitungsleistung durch die Verwendung aufwendigerer DSP-Prozessoren oder die Verwendung von mehrfachen DSP-Prozessoren hinzuzufügen. Weil eine weitestgehende Verringerung der Systemkosten ebenfalls ein Hauptziel darstellt, ist es wünschenswert, die Genauigkeit und Geschwindigkeit der Tondetektion und Überprüfung in einer einfachen und wirkungsvollen Weise zu verbessern.
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung wird ein System gemäß dem beigefügten Anspruch 1 geschaffen.
Systeme und Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung schließen die Detektion eines Zweiton-Paares mit Schritten und Bauteilen zur Abtastung eines Eingangssignals mit einer Abtastrate ein, die gleich der Nyquist-Frequenz ist. Das abgetastete Signal wird zunächst jeweils an jeder vordefinierten Reihen- und Spaltenfrequenz gefiltert. Die Leistung des abgetasteten Signals an acht vordefinierten Frequenzen wird berechnet und von der höchsten bis zur niedrigsten Leistung sortiert. Die obersten drei Leistungsergebnisse werden zur Verwendung in einem Tondetektions-Algorithmus verwendet. Das Eingangssignal wird erneut mit einer zweiten Abtastrate abgetastet, die gleich der halben Nyquist-Frequenz ist, und dann einmal in dem Reihen-Frequenzband und einmal in dem Spalten-Frequenzband gefiltert. Das erneut abgetastete Eingangssignal wird absichtlich nicht vor der Durchführung der zwei Bandpassfilter-Operationen Tiefpass-gefiltert, um einen Aliaseffekt oder eine Rückfaltung von Frequenzen zu ermöglichen, die höher als die Reihen- und Spalten-Bandfrequenzen sind, und um die Unterdrückung von simulierten Ziffern aus Umgebungs-Spektralenergie um den Benutzer herum zu unterstützen, der die DTMF-Ziffern wählt. Die obersten drei Tonfilter-Leistungsergebnisse von der ersten Filteroperation und die Reihen- und Spalten-Bandpassfilter-Ergebnisse werden zu einem Tondetektions-Algorithmus für eine Ziffern-Validierung/Unterdrückung gesandt.
In einem zweiten Gesichtspunkt ergibt die Erfindung ein Verfahren, wie dies im beigefügten Anspruch 9 angegeben ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die beigefügten Zeichnungen, die in diese Spezifikation eingefügt sind und einen Teil hiervon bilden, zeigen Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Ziele, Vorteile und Prinzipien der Erfindung.
In den Zeichnungen zeigen:
1 ein Blockschaltbild eines Kommunikationssystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 eine vereinfachte graphische Darstellung, die ein DTMF-Tonpaar und umgebende Spektralstörungen zeigt;
3 ein Blockschaltbild eines Tonfiltersystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 ein Blockschaltbild eines Rückfaltungs-Reihen- und Spalten-Bandpassfilters gemäß der vorliegenden Erfindung;
5 eine graphische Darstellung, die den Frequenzgang von rückfaltenden Reihen- und Spalten-Bandpassfiltern zum Filtern von Signalen zeigt, die mit einer Hälfte der Nyquist-Frequenz abgetastet werden;
6 ein Ablaufdiagramm der Schritte zur Durchführung der vorliegenden Erfindung;
7(a) eine graphische Darstellung eines Beispiels-Signals, das mit der Nyquist-Frequenz abgetastet wird;
7(b) eine graphische Darstellung die ein Beispiel für den Filter-Frequenzgang für das abgetastete Signal nach 7(a) zeigt;
7(c) eine graphische Darstellung, die ein Beispiel für den Filter-Frequenzgang für das abgetastete Signal nach 7(a) zeigt, das bei der Spaltenfrequenz von 1209 Hz gefiltert wurde;
8(a) eine graphische Darstellung eines Beispiels eines Signals, das mit der halben Nyquist-Frequenz erneut abgetastet wurde;
8(b) eine graphische Darstellung, die ein Beispiel eines rückfaltenden Reihen-Bandpassfilter-Frequenzgangs für das erneut abgetastete Signal nach 8(a) zeigt; und
8(c) eine graphische Darstellung eines Beispiels eines rückfaltenden Spalten-Bandpassfilter-Frequenzgangs für das erneut abgetastete Signal nach 8(a) zeigt.
Beste Ausführungsform der Erfindung
Es wird nunmehr ausführlich auf den Aufbau und die Betriebsweise bevorzugter Realisierungen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind. In diesen Zeichnungen sind gleiche Elemente und Operationen mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet, soweit dies möglich ist.
Diese Erfindung bezieht sich auf die Detektion von Zweiton-Paaren, die in der DTMF-Signalisierung definiert sind. Ein Zweiton-Paar wird allgemein als eine DTMF-Ziffer oder einfach als Ziffer bezeichnet. Die DTMF-Signalisierungs-Detektion ist schwierig, wenn sie bei Vorliegen von Sprache, Musik oder Störungen durchgeführt wird, weil diese Formen von Spektralenergie in vielen Fällen eine DTMF-Ziffer simulieren. Der Schlüssel zu einer robusten Tondektion besteht darin, eine ausreichende Leistung in dem Signal während der Tondetektion zu berücksichtigen, um sicherzustellen, dass von Sprache oder Musik oder Störungen simulierte Ziffern durch den Detektor unterdrückt werden.
1 zeigt ein Blockschaltbild eines Kommunikationssystems gemäß der vorliegenden Erfindung, das ein Benutzer-Telefon 100 und Telefonamt-Vermittlungs-Ausrüstungen 10 zeigt. Die Vermittlungs-Ausrüstungen 10 schließen ein Tonfiltersystem 300, ein rückfaltendes Bandpassfilter-System 400, einen Tondetektions-Algorithmus 500 und ein Kommunikationsnetz 600 ein.
2 zeigt ein vereinfachtes Frequenzdomänen-Diagramm eines Signals, das hinsichtlich der Töne durch den Tondetektor verarbeitet werden soll, die aus 300, 400 und 500 bestehen. Das ursprüngliche Analogsignal wird mit einer Abtastrate von F_S abgetastet und digitalisiert. F_S wird üblicherweise auf die Nyquist-Frequenz eingestellt, die als das Doppelte der höchsten Frequenz definiert ist, die in dem abgetasteten Signal vorhanden ist. Das Nyquist-Theorem sagt aus, dass ein abzutastendes Signal nur Frequenzen bis zur halben Abtastfrequenz enthalten sollte, um eindeutig den Frequenzgehalt des ursprünglichen Signals zu bestimmen. Wenn das Nyquist-Theorem nicht befolgt wird, so erfolgt eine Rückfaltung, weil Frequenzen oberhalb der halben Abtastrate in dem ursprünglichen Signal als andere Frequenzen in dem abgetasteten Signal erscheinen. In der Telefontechnik ist das Sprache-Band von 0 bis 4 Hz definiert, und das ankommende Analogsignal wird mit einer Grenzfrequenz von 4 kHz Tiefpass-gefiltert und dann mit der Nyquist-Rate abgetastet. Daher ist die Abtastrate F_S mit 8 kHz, der Nyquist-Rate, definiert, um eine Rückfaltung zu vermeiden. In der Telefontechnik stellt dann jede Abtastprobe eines Eingangssignals 125 Mikrosekunden des ursprünglichen Analog-Eingangssignals dar.
Das die Ziffer umfassende Zweiton-Paar, das detektiert werden soll, ist als F_R, die Reihenfrequenz, und F_C, die Spaltenfrequenz, gezeigt. Wie dies weiter oben beschrieben wurde, besteht die DTMF-Ziffer aus einem Ton von den vier Reihenfrequenzen in dem Reihenband und einem Ton von den vier Spaltenfrequenzen in dem Spaltenband, wie dies in 1 gezeigt ist. Umgebende Spektralenergie, die ein DTMF-Tonpaar begleiten könnte oder ein simuliertes Tonpaar ist ebenfalls in 2 gezeigt (die Figur ist nicht maßstäblich).
Das Filtersystem 300 nach 1 ist mit weiteren Einzelheiten in 3 gezeigt. Der Filterprozessor 310 führt acht Filteroperationen aus. Das abgetastete Signal wird gefiltert, um nach einer der acht vordefinierten Reihen- oder Spaltenfrequenzen zu suchen. Dies erfolgt durch Ausführen von acht Leistungsberechnungen in dem Leistungsrechner 320, unter Verwendung der nachstehenden Gleichung (1). Die Korrelations-Filtertechnik wird auch als eine modifizierte Hilbert-Transformation oder als eine Diskrete-Fourier-Transformation bei einer einzigen Frequenz bezeichnet.
Eine Gleichung zur Berechnung der Leistung aus einem Signal, das mit F_S bei der Tonfrequenz f_C abgetastet wird, die eine der vordefinierten DTMF-Frequenzen ist, ist wie folgt:
Die Variable h(n) ist ein Satz von Tiefpass-FIR-Koeffizienten mit einer Hamming-, Kaiser- oder einer anderen gewünschten Fensterfunktion. Die Länge des Fensters zur Betrachtung des Signal x(n) kann irgendeine Größe aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Länge von 192 Abtastproben die Länge des für die Korrelation verwendeten Fensters. Das Tonfilter 300 arbeitet wie folgt. Acht Tonfilter werden an dem Eingangssignal ausgeführt, eines an jeder der vier Reihen- und vier Spalten-DTMF-Frequenzen, die in der Norm definiert sind, und ein Leistungsergebnis wird für jede der Filteroperationen 310 berechnet. Die acht Leistungsergebnisse geben die Leistung des Eingangssignals bei jeder dieser Frequenzen wieder. Die acht Frequenzen werden bei 320 in der Reihenfolge von der größten zur kleinsten Leistung sortiert. Die obersten oder ersten drei werden von dem Tondetektions-Algorithmus 500 verwendet.
Das Rückfaltungs- und Bandpassfilter-System 400 nach 4 unterstützt die Überprüfung der Gültigkeit des detektierten Paares durch Berechnen der Leistung in den Reihen- und Spaltenbändern des Signals. Die das Tonpaar begleitende Spektralenergie sollte relativ ruhig oder eine geringe Leistung, verglichen mit dem Paar, aufweisen. Um die Genauigkeit des Paares zu überprüfen, wird ein Eingangssignal x(n) in die Abtasteinrichtung 410 eingegeben und mit einer Rate abgetastet, die durch den Takt festgelegt ist. Das resultierende Signal x(m) wird zu dem Reihen-Bandpassfilter 420 und zu dem Spalten-Bandpassfilter 430 gesandt.
Die obersten drei Ton-Leistungsergebnisse von 300 und die Reihen- und Spalten-Bandpass-Leistungsergebnisse 400 werden dem Tondetektions-Algorithmus 500 zugeführt.
Der Tondetektions-Algorithmus 500 ist ein Algorithmus zur Überprüfung, daß Kommunikationsnormen, wie zum Beispiel LSSGR, von einem Eingangssignal erfüllt sind. Der Algorithmus führt eine Überprüfung aus, um festzustellen, ob die Filterergebnisse, die zu den obersten zwei Leistungspegeln, TP1 und TP2, führten, Reihen- und Spaltenfrequenzen sind, die eine DTMF-Ziffer bilden. Er prüft dann den dritthöchsten Leistungspegel TP3, um sicherzustellen, dass dieser und damit alle anderen in der Gleichung 1 berechneten Ton-Leistungen weit unter dem Leistungspegel des Ton-Paares liegen. Der Algorithmus prüft, ob die Leistung des Reihen-Tons und des Spalten-Tons, die die Ziffer bilden, angenähert gleich der Leistung in dem Reihen- bzw. Spaltenband ist. Der Algorithmus prüft andere Norm-Anforderungen, beispielsweise durch folgende Überprüfungen: 1) minimale für die obersten zwei Töne erforderliche Leistung; 2) maximale Leistungsdifferenz zwischen den obersten zwei Tönen; 3) Frequenzabweichung durch Vergleichen der obersten zwei Töne mit ihren jeweiligen Reihen- und Spalten-Rückfaltungs-Bandpassfilter-Leistungsergebnissen; 4) Differenz zwischen den obersten zwei Tönen und ihren jeweiligen Reihen- und Spalten-Bandpassfilter-Leistungsergebnissen in einem Bereich, der durch die Normen zugelassen wird; und 5) Tonlänge. Wenn ein Paar irgendeine dieser Überprüfungen nicht besteht, so wird die Ziffer als ungültig zurückgewiesen oder unterdrückt, andernfalls ist sie gültig.
Um die Neigung zur Feststellung falscher Tonpaare zu verringern, definieren DTMF-Signalisierungsnormen klar, wieviel Spektralgehalt das Signalisierungs-Tonpaar in dem 4 kHz-Spracheband umgeben darf, das in der Telefonie verwendet wird. Weiterhin ist nur ein Ton aus dem Reihenband und ein Ton aus dem Spaltenband in der DTMF-Signalisierung zulässig. Weiterhin muss die Leistung des gesamten Spektralgehaltes, mit Ausnahme des Tonpaares, zumindest 10 dB unter dem Tonpaar liegen. Die Frequenz des Tonpaares muss innerhalb von ± 3,5 % der Definition liegen. Alle diese Forderungen werden von dem Detektions-Algorithmus 500 geprüft. Der Detektions-Algorithmus überprüft weiterhin die minimalen Ein-- und Ausschaltdauer-Forderungen für das Tonpaar. Die in dem Reihen- und Spaltenband 440 bzw. 450 berechnete Leistung wird mit der Leistung der Signale bei den Frequenzen verglichen, von denen vermutet wird, dass sie ein Zweiton-Paar sind.
Die vorliegende Erfindung unterstützt die Berechnung der Ausgangsleistung durch die Bandpassfilter 440 und 450 und durch Berücksichtigung der Spektralenergie außerhalb der DTMF-Reihen- und Spalten-Bänder, zur Verbesserung der Tondetektion, weil Sprache und Musik eine beträchtliche Leistung in dem gesamten 4 kHz-Spracheband haben. Bei der bevorzugten Ausführungsform verwendet die vorliegende Erfindung Rückfaltungs-Bandpassfilter, wie zum Beispiel die Filter 420 und 430. Diese Filter führen die Berechnung unter Verwendung der nachfolgenden Gleichung (2) aus.
In der Gleichung (2) definieren die Koeffizienten b_K die FIR-Bandpassfilter-Koeffizienten. Die Variable m stellt die Länge des Fensters zur Betrachtung von x(n) dar. Die Ordnung des FIR-Filters, K, kann auf der Grundlage der gewünschten Bandpassfilter-Frequenzgangkurve gewählt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wurde die Ordnung K mit 29 gewählt. 5 zeigt den Frequenzgang der rückfaltenden Bandpassfilter zum Filtern von Signalen, die mit der halben Nyquist-Frequenz abgetastet werden.
Normalerweise wird ein Signal mit der Nyquist-Frequenz abgetastet. Die zur Durchführung der Bandpassfilterung erforderliche Zeit kann jedoch durch erneutes Abtasten des Eingangssignals mit F_S2 = 4 kHz verringert werden, was der halben ursprünglichen Abtastfrequenz F_S entspricht. Das ursprüngliche, mit F_S abgetastete Eingangssignal ist als x(n) definiert, das eine Länge N aufweist, und das erneut mit der Rate F_S2 abgetastete Eingangssignal ist als x'(m) definiert und weist eine Länge von M = N/2 auf. Üblicherweise würde ein Tiefpassfilter mit einer Bandbreite von 2 kHz auf x'(m) angewandt, um eine Rückfaltung von dem 2 kHz- bis 4 kHz-Band auf das 0 bis 2 kHz-Band zu verhindern. In diesem Fall ist jedoch die Rückfaltung eine Erscheinung, die mit Vorteil in der Filter-Gleichung (2) ausgenutzt wird.
In dem Blockschaltbild der rückfaltenden Reihen- und Spalten-Bandpassfilter nach 4 wird das Eingangssignal x(n) erneut von F_S auf F_S2 abgetastet, um x'(m) zu bilden. Die Schaffung des erneut abgetasteten Signals x'(m) ist einfach die Auswahl jeder zweiten Abtastprobe in dem Signal x(n). Diese Operation wird üblicherweise als Dezimierung bezeichnet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Länge von x' gleich M = 96 Abtastproben. Dann wird die Bandpass-Filterung ausgeführt, wobei x'(m) ohne jede Tiefpassfilterung verwendet wird, wie dies in Gleichung 2 gezeigt ist. Das Reihen-Bandpassfilter berechnet die Leistung in dem Eingangssignal bei allen den Frequenzen von etwa 500 Hz bis 1100 Hz, unter Einschluß der vier definierten Reihenfrequenzen. Das Spalten-Bandpassfilter berechnet die Leistung in dem Eingangssignal bei allen den Frequenzen von ungefähr 1100 Hz bis 1900 Hz, unter Einschluss der vier definierten Spaltenfrequenzen. Zusätzlich zu der Leistung von den DTMF-Bändern enthält die resultierende Effektivwert- (rms-) Leistungsberechnung Leistung von Frequenzen, die von dem 2 kHz- bis 4 kHz-Bereich des Sprachbandes zurückgefaltet wurden.
Ein einfaches Beispiel kann zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung unter Bezugnahme auf die 6 bis 8 verwendet werden. Zunächst wird ein Eingangssignal mit der Nyquist-Frequenz x(n) abgetastet (Schritt 600). 7(a) zeigt die Frequenz-Eigenschaften eines Eingangssignals x(n), das zwei Töne bei den DTMF-Frequenzen von 697 Hz und 1209 Hz und einen Störton bei 2400 Hz enthält.
Acht Tonfilter-Operationen werden an dem Signal x(n) durchgeführt, um die zwei DTMF-Töne zu identifizieren, die in dem Signal x(n) vorhanden sind, während der 2400 Hz-Störton unter Verwendung der Korrelations-Filtertechnik (Schritt 610) nach 6 herausgefiltert wird. Die 7(b) und 7(c) zeigen die Frequenzgänge des 697 Hz Reihen-Tonfilters und des 1209 Hz-Spalten-Tonfilters; die anderen sechs Filter in diesem Beispiel erzeugen keine wesentlichen Leistungsergebnisse.
Das Eingangssignal wird erneut abgetastet, um das Signal x'(m) (Schritt 620) zu schaffen, das in 8(a) gezeigt ist. Es sei bemerkt, dass der 2400 Hz-Ton nunmehr in das DTMF-Band bei ungefähr 1600 Hz zurückgefaltet ist. Der rückfaltende Bandpass filtert das Filtersignal x'(m) (Schritt 630). Die 8(b) und 8(c) zeigen die Frequenzgänge des rückfaltenden Reihen-Bandpassfilters bzw. des rückfaltenden Spalten-Bandpassfilters.

Schließlich analysiert der Tondetektions-Algorithmus die Leistungspegel des Signalausgangs von dem Bandpassfilter und den obersten drei Tonfiltern, um Frequenz-Paare zu validieren oder zurückzuweisen (Schritt 640). Beispiele für Leistungsergebnisse könnten wie folgt sein:

TP1 = 25 dBm	höchstes Tonfilter-Leistungsergebnis
TP2 = 25 dBm	zweithöchstes Tonfilter-Leistungsergebnis
TP3 = sehr klein (< –50 dBm)	dritthöchstes Tonfilter-Leistungsergebnis
RBPF = –25 dBm	Reihen-Bandpassfilter-Leistungsergebnis
CBPF = –22 dBm	Spalten-Bandpassfilter-Leistungsergebnis

Ein Vergleich des Leistungsergebnisses des 697 Hz-Tonfilters nach 7(b) mit dem Leistungsergebnis des rückfaltenden Reihen-Bandpassfilters nach 8(b) zeigt keine übermäßige Leistung. Das Leistungs-Vergleichsergebnis des rückfaltenden Spalten-Bandpassfilters für dieses Beispiel zeigt jedoch ungefähr 2 bis 3 dB zusätzliche Leistung in dem rückfaltenden Spalten-Bandpassfilter-Ergebnis nach 8(c) gegenüber dem 1209 Hz-Tonfilter-Leistungsergebnis nach
7(c). Der Tondetektions-Algorithmus 640 unterdrückt dieses Beispiel als ungültigen DTMF-Ton aufgrund der zusätzlichen in dem Spaltenband gesehenen Leistung.
Sprachstörungen und Musik werden nicht immer so klar einen Störton zeigen. Die Gesamt-Zusatz-Spektralenergie, die sich um simulierte Ziffern herum findet, wird jedoch in dem rückfaltenden Bandpassfilter-Leistungergebnis berücksichtigt und unterstützt die Unterdrückung.
Die vorliegende Erfindung wird vorzugsweise in einem Tonempfänger verwendet, der so ausgelegt ist, dass er die LSSGR-Forderungen nach Tabelle 2 erfüllt und die ITU/CCITT-Empfehlungen Q.24 einhält. LSSGR ist auf den nordamerikanischen Telefonmarkt anwendbar, während die ITU/CCITT-Empfehlungen für den internationalen Telefonmarkt gelten.
Der Tondetektor der vorliegenden Erfindung ermöglicht die genaue Unterdrückung oder Zurückweisung von ungültigen Zweiton-Paaren weit jenseits der minimalen akzeptierten Kriterien, die durch die Normen definiert sind.
Die vorstehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wurde zu Erläuterungszwecken und zur Beschreibung geliefert. Die Erfindung erschöpft sich nicht in der präzisen offenbarten Ausführungsform oder ist hierauf beschränkt, und es sind Modifikationen und Abänderungen im Hinblick auf die vorstehenden Lehren möglich, oder derartige Modifikationen und Abänderungen ergeben sich aus der praktischen Ausführung der Erfindung. Die Ausführungsformen wurden so ausgewählt und beschrieben, dass die Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung erläutert wurden, um dem Fachmann die Verwendung der Erfindung mit verschiedenen Ausführungsformen und mit verschiedenen Modifikationen zu ermöglichen, wie sie für die spezielle vorgesehene Verwendung geeignet sind. Es ist vorgesehen, dass der Schutzumfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente definiert ist.

Claims

System zur Detektion eines Zweiton-Paares mit: Einrichtungen zur Abtastung des Eingangssignals mit einer ersten Abtastrate; Einrichtungen zur jeweiligen Filterung des abgetasteten Signals bei einer Anzahl von Frequenzen; Einrichtungen zur Bestimmung der Leistung des abgetasteten Signals bei jeder der Anzahl von Frequenzen, gekennzeichnet durch: Einrichtungen (320) zum Sortieren der Frequenzen mit absteigenden Leistungspegeln; Einrichtungen zur erneuten Abtastung des Eingangssignals mit einer zweiten Abtastrate, wobei die zweite Abtastrate langsamer als die erste Abtastrate ist; einen Alias-Effekt aufweisende oder Rückfaltungs-Bandpassfilter (400) zum Filtern der erneut abgetasteten Signale in zwei definierten Bändern; Einrichtungen (310) zur Berechnung der Leistung des gefilterten erneut abgetasteten Signals in den Reihen- und Spaltenbändern; Einrichtungen zum Vergleich der Leistung des bandpassgefilterten, erneut abgetasteten Signals mit der Leistung der sortierten ersten drei Tonfilter-Leistungsergebnisse, und einen Tondetektor (500), der zum Empfang der sortierten ersten drei Tonfilter-Leistungsergebnisse (300) und des Ausganges (400) des den Alias-Effekt aufweisenden Bandpassfilters ausgebildet ist, und der weiterhin so ausgebildet ist, dass er die Leistung des bandpassgefilterten, erneut abgetasteten Signals mit der Leistung der sortierten ersten drei Tonfilter-Leistungsergebnisse vergleicht.
System nach Anspruch 1, bei dem die erste Abtastrate auf die Nyquist-Frequenz eingestellt ist.
System nach Anspruch 1, bei dem die zweite Abtastrate die Hälfte der Nyquist-Frequenz ist.
System nach Anspruch 1, bei dem die Einrichtung zur jeweiligen Filterung des abgetasteten Signals folgendes einschließt: Einrichtungen zum Filtern des abgetasteten Signals bei vier vordefinierten Reihenfrequenzen; und Einrichtungen zum Filtern des abgetasteten Signals bei vier vordefinierten Spaltenfrequenzen.
System nach Anspruch 1, das weiterhin Einrichtungen zum Sortieren von acht Tonfilter-Leistungsergebnissen und zur Lieferung der ersten drei Leistungsergebnisse zusammen mit dem Bandpass-Leistungsergebnissen an den Tondetektor einschließt.
System nach Anspruch 5, bei dem der Tondetektions-Algorithmus die Forderungen überprüft, die von Telekommunikationsnormen festgelegt sind.
System nach Anspruch 1, bei dem die Einrichtung zur Bestimmung der Tonfilter-Leistung Einrichtungen zur Ausführung der folgenden Berechnung einschließt:
System nach Anspruch 1, bei dem die Alias-Effekt-Bandpassfilter Einrichtungen zur Berechnung der Leistung entsprechend der folgenden Gleichung einschließen:
Verfahren zur Detektion eines Zweiton-Paares, mit den folgenden Schritten: Abtasten (600) eines Eingangssignals mit einer ersten Abtastrate; jeweiliges Filtern (610) des abgetasteten Signals bei einer Anzahl von Frequenzen; Bestimmen einer Leistung des abgetasteten Signals bei jeder der Anzahl von Frequenzen; gekennzeichnet durch: Sortieren der Anzahl von Frequenzen in absteigender Reihenfolge; Auswahl der ersten drei Leistungsergebnis-Frequenzen; erneutes Abtasten (620) des Eingangssignals bei einer zweiten Abtastrate, wobei die zweite Abtastrate langsamer als die erste Abtastrate ist; Filtern (630) der erneut abgetasteten Signale bei den Reihen- und Spalten-Bandfrequenzen; Berechnen einer Leistung des gefilterten erneut abgetasteten Signals in den Reihen- und Spaltenbändern; und Liefern (640) der ersten drei Leistungsergebnis-Tonfrequenzen und der Reihen- und Spalten-Alias-Effekt-Bandpassfilter an einem Tondetektions-Algorithmus, um die Leistungspegel zu überprüfen, wobei der Tondetektions-Algorithmus so angeordnet ist, dass er die ersten drei Leistungsergebnisse und die Reihen- und Spalten-Alias-Effekt-Bandpassfilter-Ergebnisse verwendet, um das Zweiton-Paar zu bestätigen oder das Paar als simulierte Ziffer zu verwerfen.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Schritt der Abtastung bei einer ersten Abtastrate den Schritt der Abtastung mit der Nyquist-Frequenz einschließt.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Schritt der erneuten Abtastung bei einer zweiten Abtastrate den Schritt der Abtastung mit der Hälfte einer Nyquist-Frequenz einschließt.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Schritt der jeweiligen Filterung des abgetasteten Signals die folgenden Schritte einschließt: Filtern des abgetasteten Signals bei vier vordefinierten Reihenfrequenzen; und Filtern des abgetasteten Signals bei vier vordefinierten Spaltenfrequenzen.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die simulierte Ziffer entsprechend den Forderungen überprüft wird, die durch die Telekommunikationsnormen definiert sind.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Schritt der Feststellung den Schritt der Ausführung der folgenden Berechnung einschließt:
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Schritt des Filterns des erneut abgetasteten Signals den Schritt der Berechnung der Leistung entsprechend der folgenden Gleichung einschließt: