JP3580427B2

JP3580427B2 - 再構成可能なパラメータ化されたｄｔｍｆ検出器

Info

Publication number: JP3580427B2
Application number: JP50476592A
Authority: JP
Inventors: アール．クロマック，マーク
Original assignee: ユニシスパルスポイントコミュニケーションズ
Priority date: 1991-01-23
Filing date: 1992-01-22
Publication date: 2004-10-20
Anticipated expiration: 2019-10-20
Also published as: WO1992013407A1; EP0571488A1; EP0571488A4; US5163050A; JPH06504662A

Description

発明の分野
この発明は、DTMF（デュアルトーンマルチフリクエンシー）信号処理を用いたデジタル通話システム、特にDTMF検出器に関する。
発明の背景
米国特許商標庁の先行技術調査によって、この発明に関連する先行技術であると判明したのは、米国特許第4,021,653号、第4,354,248号、第4,460,806号、第4,510,601号、第4,604,755号、第4,614,909号、第4,689,760号、第4,782,523号および第4,853,958号である。該特許はすべてDTMF検出器を開示しているが、本発明のような顧客の特定の要求やシステムの動作モードに応じて設定可能な検出器を開示するものではない。
DTMF標準は以下に挙げるベル研究所と電子工業会の６つの文献に定義されている（特に最初に挙げる文献）。
Bell Communications Research,″Dual−Tone Multifrequency Receiver Generic Requirements for End−to−End Signaling Over Tandem−Switched Voice Links″,TR−TSY−000181,Issue 1,1987年３月
Bell Communications Research,″Customer Line Signaling″.Section 6.2.TR−TSY−000064 LSSGR,1984年12月
Bell System,″Bell System Public Switched Telephone Service Interconnection Criteria For Domestic Public Land Mobile Radio Service,Domestic Public Cellular
Telecommunications Service,and Maritime Radio Service″,Bell System Technical Reference,No.326−1987,1981年12月
Bell System Technical Reference,″Description of the Analog Voiceband Interface Between the Bell System Local Exchange Lines and Terminal Equipment″,No.326−125,1983年１月
Engineering Department,″EIA Standard,Telephone Instruments With Loop Signaling For Voiceband Applications″，Electronic Industries Association,Issuel,RS−470,1981年１月
Engineering Department,″EIA Standard,Private Branch Exchange（PBX）Switching Equipment For Voiceband Applications″，Electronic Industries Associat ion,RS−464,1979年12月
以下に示す３つの文献は、本発明の好ましい実施例において構成要素（後述するゴーツェル変換モジュール36）として使用されるゴーツェルプロセッサを開示している。
Hartung et al.″Dual−Tone Multifrequency Receiver Using the WE DSP32 Digital Signal Processor″,American Telephone ＆ Telegraph Application Note.
Oppenhein et al.,Digital Signal Processing,Prentice−Hall,Inc.,第287ページないし第289ページ（1975年）
Mock,″Add DTMF generation and decoding to DSP uP desings″，Digital Signal Processing Application s with the TMS320 Family,Vol.l.Texas Instruments,第545ページないし第557ページ（1989年）
以下に示す２つの文献は、当該技術分野で使われているDTMFシステムを開示している。
Microelectronics Analog Communications Handbook,Mitel Corporation,第３−27ページないし第３−33ページ（1990年）。該文献には、設定不可能なDTMF検出器が開示されている。
Boston Technology Voice Processing Systems,″B.Technical Specification″,ACCESS^TMSERIERS Technical Manual,第Ｂ−１ページないし第Ｂ−18ページ。該文献の第Ｂ−８ページには、音声検出可能最小期間は16msecから100msecの間で設定可能である旨が開示されているが、他の特性（パラメータ）が設定可能であるという示唆や、音声検出可能最小期間がモード間で設定可能であるという示唆は一切ない。本発明では、たった１つの特性（パラメータ）ではなく16ものパラメータ群が設定可能である。即ち、各パラメータ群は４つの動作モード間で設定可能であり、よって、合計64の設定可能なパラメータ群が使用できる。
発明の概要
本発明はリアルタイムデジタル通話システム10においてDTMF信号を検出するための装置及び方法に関する。入力線（11,12）上の入力信号はDTMF信号、オーディオ信号、ビデオ信号、データ信号及び／またはノイズ信号を含んでいる。決定手段（後述するヒューリスティックスエンジン37）は、DTMF信号が入力信号中に存在するかどうかを決定し、入力として入力信号と、入力信号中のDFMF信号の複数のトーン特性をそれぞれ表す（構成要素（後述するメモリ38）に格納された）パラメータ群とを取り込む。パラメータ群はすべてユーザーによって設定可能であり、これによってトークオフ効果が最小限に抑えられて非標準電話器（13,14）のデジタル通話システム10での使用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
本発明のこれらの目的や他の目的、特徴は以下の詳細な説明とこれに対応する以下の図面からより明らかになるであろう。
第１図は、従来のDTMF端末（プッシュボタン式電話機のプッシュボタンなどのような）からの、マトリクスをなすDTMF周波数の対が、各キーに対応している様子を示す図、
第２図は、最小受信期間のDTMFトーンに重ねた本発明の好ましい実施例にかかるデジタルサンプリングフレームを示すタイミングチャート、
第３図は、本発明の動作態様を示したシステムレベルの模式図、
第４図は、本発明の好ましい実施例に係る各デジタル信号プロセッサ31内の主要機能モジュールを示す模式図、
第5aないし5d図は、第４図の模式図の様々なモジュールでの処理工程におけるDTMFの数字１をアナログで表現した図、
第６図は、好ましい実施例に係るヒューリスティックスエンジン37の動作モードを示す図である。
詳細な説明
現代のデジタル通話システム10の要となるのは以下の説明においてマスターコンピュータとして説明されるようなコンピュータである。その様なコンピュータの１例がDigital Sound Corporationのパンフレット″DSC 2000 Voice Server^TM:The Fast Track to Digital Voice Processing″に開示されており、該文献を本発明の従来技術として引用する。マスターコンピュータ（デジタル通話システム10）との主なインターフェース手段は、例えば電話機13,14のプッシュボタンキーを押すことによって生成されるDTMF（デュアルトーンマルチフリクエンシー）信号である。各DTMFの数字は２つの正弦波信号成分の組み合わせからなる。DTMFキーは、一般的には、第１図に示すように４列×３行または４列×４行のマトリクス状に配置される。マトリクスの各交点でDTMFの数字を定義する２つの周波数コンポーネントが特定される。上述したように、ベル研究所と電子工業会の文献によれば、数字に関する多数の基準を有効DTMFの数字として登録する必要がある。
DTMF検出条件は十分に特定されているが、実用的ではない。市場には、特定されたトーン特性のうちある１つのトーン特性または複数のトーン特性を満足しない電話機13,14が多数存在する。その様な電話機13,14をデジタル通話システム10に接続した場合、動作不良がしばしば発生する。例えば、ねじれ仕様を越える電話機13,14では、プッシュボタンキーを押してもボタンの押下が認識されない。
他の動作不良としては、トークオフモードが挙げられる。トークオフはマスターコンピュータ（デジタル通話システム10）が音声信号やノイズなどの非DTMF信号をDTMF信号と誤認した場合に発生する。その結果、デジタル通話システム10が誤動作してしまう。検出器のトークオフに対する許容限度は、検出器のトークオフに対する感受性を判定するBellcoreのDTMF Digit Simulation Test Tapeを使って決定可能である。本発明は、パラメータ群については、トークオフを最小限に抑えるために、例えば、「必要フレームオン」を３から４に増加させる（40msecから51msecへの増加に対応する）などの変更が可能である。
本発明の目的は、DTMFの認識パラメータを、配設された特定の電話機13,14に応じて変更かつ設定可能な、パラメータ化されたDTMF検出器を得ることである。設定可能に構成することにより、本発明では他の設置場所（デジタル通話システム10）への配設に関係なくある設置場所（デジタル通話システム10）に非標準の電話機13,14を収容させるために必要な修正処理を行うことが可能である。
ところで、DTMFの数字を表現するトーン特性としては多数の異なるトーン特性があることを知るのは重要である。これらのトーン特性は、２つの周波数の絶対振幅、公称周波数からの偏差、低減ピークと高域ピークとの間の振幅の差、帯域外エネルギー、フレーム間の振幅の一貫性、および継続時間に関係している。本発明では、上記６つのトーン特性に対応する16のパラメータ群が用いられ、各パラメータ群は４つの動作モード間で変更可能であるので合計64の設定可能なパラメータ群が用いられる。このように設定可能に構成することにより、現場の支援技師はDTMF認識環境（デジタル通話システム10）を変更することができる。
本発明で使用される16のパラメータ群は以下のように定義されている。各パラメータについて、本明細書で後述するテストに照らして理解するようにすれば、各定義の意味はより明確となろう。
absm−公称DTMF信号のdBm単位での絶対振幅。
delta−フレーム間で各DFT（離散フーリエ変換）振幅が状態１の初期値に基づいて維持される、dB単位でのレンジ（許容範囲）。
fdi−周波数偏差指数。0,1,2のいずれかであり、実際の振幅ピークの周波数と公称DTMF振幅ピークの周波数との間の偏差はそれぞれ２％、2.5％、３％である。
h21t−高から低へのdB単位でのねじれ。即ち、高域振幅ピークの方が大きい場合の高域振幅ピークと低域振幅ピークとの間の差。
12ht−低から高へのdB単位でのねじれ。即ち、低域振幅ピークの方が大きい場合の低域振幅ピークと高域振幅ピークとの間の差。
cons−フレーム間のdB単位での一貫性、正規化DFT振幅のフレーム間の一貫性が測定される。
rfon−必要フレームオン。実際のDTMF信号であるという判断を下すために、候補DTMF信号が存在しなければならない全フレームの数を表す正の整数。
rfoff−必要フレームオフ。DTMF信号が実際には存在しないという判断を下すために、候補DTMF信号が存在してはならない全フレームの数を表す正の整数。
echo0−エコーテスト０のしきい値を表すdBm単位での絶対値。
efl0−エコーテスト０のためのdB単位でのエコーファクターロー。候補DTMF信号の振幅は、エコーテスト０での比較において必ずエコーファクターロー以上分だけ他の信号より大きくなければならない。
efh0−エコーテスト０のためのdB単位でのエコーファクターハイ。候補DTMF信号の振幅は、エコーテスト０での比較において必ずエコーファクターハイ以上分だけ他の信号の振幅より大きくなければならない。
efx0−エコーテスト０のためのdB単位でのエコーファクターｘ。候補DTMF信号の振幅は、エコーテスト０での比較において必ずエコーファクターｘ以上分だけ他の信号の振幅より大きくなければならない。
echol−エコーテスト１のしきい値を表すdBm単位での絶対値。
efll−エコーテスト１のためのdB単位でのエコーファクターロー。候補DTMF信号の振幅は、エコーテスト１での比較において必ずエコーファクターロー以上分だけ他の信号の振幅より大きくなければならない。
efhl−エコーテスト１のためのdB単位でのエコーファクターハイ。候補DTMF信号の振幅は、エコーテスト１での比較において必ずエコーファクターハイ以上分だけ他の信号の振幅より大きくなければならない。
efxl−エコーテスト１のためのdB単位でのエコーファクターｘ。候補DTMF信号の振幅は、エコーテスト１での比較において必ずエコーファクターｘ以上分だけ他の信号の振幅より大きくなければならない。
図に示したデジタル通話システム10においては４つの動作モードがあり、各動作モードの定義は以下のとおりである。
１デフォルトモードマイクロプロセッサ21がメッセージファイル22への記録もファイル22からの情報の処理も行っていない場合のモード。メッセージファイル22は、例えば、ハードディスク上のデジタル記憶領域であり、デジタルメッセージがマイクロプロセッサ21によって格納される。メッセージファイル22にはオーディオ、データ、ビデオやこれらの組み合わせが格納される。
２記録モードマイクロプロセッサ21がメッセージファイル22に情報を記録するときのモード
３メッセージモードメッセージファイル22からの未処理のメッセージを処理するとき（ユーザー電話機13,14への再送信）のモード。未処理のメッセージとは、外部ソースから電話線11,12を経て入力され、後で破壊されるメッセージである。図の実施例では、メッセージファイル22は、Digital Sound Corporationがリアルタイムデータ処理のために特別に開発した″Univox^TM″オペレーティングシステム内のユニックスタイプのファイルである。Univox^TMは、American Telephone ＆ Telegraph Co.のユニックスシステムＶリリース３との間に完全な互換性を有する。
４プロンプトモード処理済みメッセージファイル22からの処理済みメッセージ、即ち定義済みメッセージを処理するときのモード（プロンプト）。トークオフ感受性についてプロンプト22を前もってテストできる。これは未処理のメッセージファイル22については不可能であり、これがメッセージモードとプロンプトモードを区別する第１の理由である。
メッセージモードとプロンプトモードを区別する第２の理由は，電話線（２線回線）11,12上のプロンプトにわたって（最小で−36dBmレベルに近い）長距離DTMFの数字を認識することができるようにするためである。電話アナログ電子分野では,4線から２線への変換を行う場合には必ず出発信号の一部が入力信号にエコーとして戻ってくる。その結果、入力信号の質が低下してしまい、数字にエラーが発生してしまう。プロンプトがトークオフを起こさないということがテストできるので、質の悪いDTMFの取り込みが可能となるようにコンピュータ（デジタル通話システム10）を設定してプロンプトモードにおけるDTMF認識動作を改善することができる。したがって、デジタル通話システム10内のDTMF検出器をその動作モードに応じて設定可能とすることが重要である。
本実施例では、64のパラメータ群のそれぞれについて、DTMFコンフィギューションハブと呼ばれる標準コンフィギュレーション群が経験的に生成され、メモリ（RAM）38に格納される（第４図）。各ハブは、大多数のデジタル通話システム10内のDTMF検出器の要求を満足するデフォルトパラメータ群を持っている。他のパラメータ群は典型的な問題であるところのシングルポイント不良を取り扱う。例えば、PBX（構内交換機）電話システムでは、すべての有効DTMF信号がねじれテスト（マイナス8dBの負のねじれとプラス4dBの正のねじれ）で不合格となる可能性がある。デジタル通話システム10の伝達機能によって信号が変化して有効DTMF信号がテストに不合格となってしまうのである。そこで、ねじれパラメータの特定のパラメータ群をこのデジタル通話システム10に用いれば、この不良を是正することができる。また、他の例としては、顧客がトークオフを起こしやすい個人電話機13,14を多数持つ場合である。トークオフの主な原因は、ベル研究所と電子工業会の40msec期間の仕様が短かすぎることである。トークオフを完全に解消することは不可能であるが、トークオフの可能性が高い場合に顧客がDTMFの数字を有効化するための最小期間を長く設定できるようにすれば、音声に似たDTMFの発生回数を低減することができる。トレードオフは、有効DTMFの数字の入力に時間がかかるという点である。
パラメータ群を改変する場合のトレードオフは常にトークオフである。もしパラメータ群を非標準の電話機13,14に適合するようにゆるくすれば、トークオフの発生が多くなる。
以下の表１は、４つの動作モードのそれぞれにおける16のパラメータ群の各々に対する64のデフォルトパラメータ群を示している。

デフォルトパラメータは、完全にベル研究所と電子工業会の仕様通りのパラメータである。設定は、設置場所（デジタル通話システム10）で特定の分析を行った後ではじめて行うようにする。デジタル通話システム10内のDTMF検出器の特定の異常を修正するために新たなパラメータ群が必要な場合、不都合がなければ、新たなパラメータ群はベル研究所と電子工業会の仕様通りでなくてもよい。
第３図からわかるように、コンピュータ（デジタル通話システム10）は、システム制御部20と、ラインインターフェース制御部（LIC）30と、ラインインターフェースモジュール（LIM）40とを備えている。アナログ電話線11はユーザー電話機13をLIM40に接続する。アナログ信号はLIM40内に設けられたローパスフィルター41を通される。フィルター41はエイリアシング防止フィルターとして機能する。即ち、ナイキストウィンドウ外の高周波を除去する働きをする。フィルタリングされた信号は、やはりLIM40内に設けられたアナログ／デジタル変換器42に送られる。本実施例では、A/D変換器42内でのサンプリング速度は8000Hzである。最も高い公称DTMF周波数が1633Hzであってもサンプリング速度はこのように比較的早い速度とされるが、これは、この時点では信号にDTMF信号以外の信号、例えば声などが含まれており、また、ナイキスト基準によればデジタルサンプリング周波数は少なくともアナログ周波数の２倍でなければならないからである。
A/D変換器42の出力としては、256レベル（８ビット）のデジタル信号が得られ、この信号はTDMバス16からLIC30へと与えられる。時分割多重（TDM）技術を用いて、TDMバス16で複数のユーザー電話機13、14を同時に取り扱う。LIC30に入力されたデータはCODECまたは、PCM A−LawまたはMu−Law標準に準じて符号化されなければならない。
本発明はアナログ電話線11と同様にデジタル電話線12にも対応可能である。この場合、ユーザー電話機14はT1LIM（ラインインターフェースモジュール）43およびTDMバス16を介してデジタル電話線12からLIC30へと通信を行う。
システム制御部20はマイクロプロセッサ21を備えており、本実施例ではマイクロプロセッサ21としてはユニックスオペレーティングシステム上で走るIntelの80386マイクロプロセッサを使用している。システム制御部20は、マルチバス15を介してLIC30およびLIM40と２方向通信を行う。
LIC30も同様にIntelの80386マイクロプロセッサ32と、一群のデジタル信号プロセッサ（DSP）31とを備えている。実施例では、DSP31は８個であり、それぞれが２本から３本の電話線11,12をサポートできるようになっている。各DSP31は好ましくはTexas InstrumentsのTMS320C25である。電話線11,12の本数が少ない場合にはTMS32010を用いてもよい。
第４図に図示するように、各デジタル信号プロセッサ31内には一群のモジュール（典型的にはソフトウェアを備えたRAM）が設けられており、システム制御部20の制御下で一連の処理が行われる。
第２図は期間が40msecの公称DTMFトーンに重ね合わされた一群のフレームを図示している。フレームとは、一連のフーリエ変換がゴーツェル変換モジュール36によって行われるサンプリングインターバルである。ベル研究所と電子工業会の仕様書によれば、候補DTMF信号の期間が23msecより短かければその信号を使用してはならず、期間が40msecを越えれば使用しなければならず、期間が23msecから40msecの間であれば信号を使用しなくてもよい。フレーム長の選択にあたっては時間分解能と周波数分解能の間にトレードオフ関係が存在する。フレーム長を長くすれば第２図に示すように周波数決定精度は向上するものの時間分解能が低下し、フレーム長を短かくすればその逆の結果になる。本実施例では、サンプリング速度が8KHzで各フレーム内に90のサンプリングポイントを設けているので、フレームは11.25msecである。これにより、最低限の時間仕様を遵守するのに十分な時間分解能を確保しつつ周波数が偏移したDTMFを処理するのに十分な周波数分解能を確保できる。ダウンサンプリングモジュール35がダウンサンプリングを行うので、ゴーツェル変換モジュール36では45ポイントしか処理されない。
DSP31では固定小数点数演算が行われるので、スケーリングモジュール32が必要である。スケーリングモジュール32は、DSP31のレジスタ長を全部使って演算精度を最大限向上させる。モジュール32は大きな信号は変えないが、小さな信号については信号が大きくなるようにスケーリングを行い、スケーリング量に関する情報がDSP31に格納される。第5a図はDTMFの数字１がモジュール32から出力される様子をアナログで図示した図である。最適化はこの時点で行うことができる。つまり、入力データをフィルタリング処理の前にスケールアップするためにモジュール32で用いられる入力データスケーリングファクターが最大であれば、入力データは有効DTMF信号とするには弱すぎることがわかっているので、そうであれば、残りの演算とテストは実行せず、ローパスフィルター34を初期化する。したがって、リアルタイム処理を行うために、フィルタリング中はオーバーフローチェックは行わない。
次に、信号はハミングウィンドウ33に送られてフレームの中間部分が強調処理される。第5b図はハミングウィンドウ33から出力されるときのデジタル信号をアナログで図示した図である。ハミングウィンドウ33は、信号がゴーツェル変換モジュール36によって時間領域から周波数領域に変換されたときに導入されるアーチファクトを最小限に抑えて有効分析効果を最小限に低減する働きをする。
次に、信号はエイリアシング防止フィルターとして機能する楕円ローパスフィルター34に与えられて導入された高周波が除去される。ここで言う高周波とは8KHzから4kHzと再規定された周波数である。こうして再規定を行うのは、この時点では声などのような高周波信号ではなく候補DTMF信号のみを処理するからである。サンプリング速度が4KHzであれば、8KHzのサンプリング速度で処理するよりも迅速な処理が可能である。ローパスフィルターの仕様はパスバンドにおけるフィルター34の影響をできるだけ抑えることができるように、即ち、パスバンドリプルを最小限に抑えることができるように変更される。
ダウンサンプリングモジュール35による高周波の再規定処理はデジタルデータ列内でポイントをひとつおきに選択し、非選択ポイントを除去することによって行われる。こうして各フレームには45のデータポイントが残される。ダウンサンプリングの前に、データをスケールダウンしておいてゴーツェル演算中のオーバーフローを防止するようにしてもよい。
次に、信号はゴーツェル変換モジュール36に入力される。ゴーツェル変換モジュール36の機能は明細書の「背景技術」において述べた通りである。ゴーツェル変換はフーリエ変換を所定の16の周波数ポイントで行うのと等価である。周波数がこのように比較的低いので、ゴーツェル変換は高速フーリエ変換よりも正確である。第5c図はモジュール36のフーリエ変換部分の変換結果をアナログで図示した図であり、第5d図はゴーツェル変換モジュール36の出力、つまり、16の周波数に対する一群のDFT（離散フーリエ変換）振幅を示している。周波数とは、８つの公称DTMF周波数と、２つの振幅ピークの直前および直後にある４つの周波数と、４つの他のテスト周波数である。「振幅ピーク」とは、一方が低域（697Hzから941Hz）で他方が高域（1209Hzから1633Hz）のそれぞれが最も大きな振幅を持つ２つのDFTである。これが候補DTMF信号となる。低域からの信号は低域ピークとして、高域からの信号は高域ピークとして知られている。同様に、２つの候補DTMF信号、したがって候補DTMFの数字を表す２つの指数がゴーツェル変換モジュール36から出力される。
各フレームに対して、DTMFの数字の８個のコンポーネントに対する公称周波数（697Hz、770Hz、852Hz、941Hz、1209Hz、1336Hz、1477Hz、1633Hz）でのDFT振幅は45個のデータポイント配列上で演算される。これらのデータポイントから高域ピークと低域ピークとが決定される。そして、周波数偏差がゴーツェル係数テーブルから算出される。
次のステップでは、テストDFT振幅が演算される。これらのポイントでの周波数（310Hz、410Hz、510Hz、1075Hz）は、2000Hz帯域に残された周波数「ビン」をできるだけ多くカバーすることができるように、また、相互間の依存関係（ハーモニック関係）ができるだけ小さくなるように選択される。後述するように、これらのテストポイントはヒューリスティックステストでは重要な役割を果たしている。
正規化および非正規化DFT値がヒューリスティックスエンジン37で用いられる。正規化DFT値は、スケーリングに関係なく、絶対値が必要であるときはいつも、そしてスケーリングファクターが異なっていてもデータをフレーム間で比較する必要があるときに、用いられる。正規化DFTは演算に用いられたスケーリングを表しており、物理的電圧レベルに対応している。これら正規化DFT値によって、対数ダイナミックレンジの大きくかつ高い振幅分解能が得られる。
非正規化DFTは、精度が一貫性よりもより重要であるときに用いられる内部数値である。スケーリングと再帰演算のために、非正規化DFTは０から400の間の範囲内である。
16個の（正規化および非正規化）DFT振幅と２つの指数は、メモリ（RAM）38に格納された64個の設定可能なパラメータ群に即してヒューリスティックスエンジン37に与えられる。ヒューリスティックスエンジン37は候補DTMFの数字が本当に実際のDTMFの数字であるかどうか、そうであればどれが実際のDTMFの数字であるのかを決定する。決定結果はシステム制御部20に入力され、DTMFの数字に基づいてシステム制御部20が適切な動作を行う。
ヒューリスティックスは、所定のテストに対してブール値を戻すルーチン群を主として備えている。これらのブール値はステート（状態）マシンを駆動する。例えば、第６図の右上の状態S0から始まって、もしテストa,f,tのうちのいずれかが不合格となれば状態はS0のままとなる。もし、テストa,f,tがいずれも合格であれば状態S1に入る。ステート（状態）マシンは、各状態において出力DTMFの数字の現状態を出力することによって、最低信号継続時間などの時間ヒューリスティックスのうちのほとんどを処理する。状態図（第６図）によれば、遷移は各分析フレームの終了毎に起こっており、第６図に示すように状態特定テストのみがステート（状態）マシンに影響を及ぼす。
以下第６図により、ヒューリスティックスエンジン37によるDTMFの数字の検出動作についてさらに具体的に説明する。
状態S0から始めて、テストが実行されて、テスト“a",“f",“t"のいずれか１つでも不合格なら、ステートマシンはS0に留まり、出力はOFFのままであり、現在の数字はDTMFの数字とはみなされない。一方、これらのテストすべてが合格ならば、ステートマシンは状態S1に進む。
状態S1で、上記のテストすべてとテスト“e"に合格しなければ、ステートマシンはS0に戻るが、これらのテストとテスト“c"および“x"が合格すれば、ON CNT（数字ONのカウント）は２に設定されて、ステートマシンは状態S2に進み、ここでON CNTは１だけインクリメントされる。もし、“a,f,tおよびe"は合格するが、“ｃおよびx"のいずれかが不合格なら、ステートマシンはON CNTを１に設定してS2に進み、ここでON CNTは１だけインクリメントされる。
状態S2で、上記テストのすべてが合格しておりかつON CNTがrfon（必要フレームオン）より小さければ、ON CNTがrfonに等しくなるまでS2に留まり、ON CNTがrfonに等しくなったときに、ステートマシンは状態S3まで進んで、出力はONとなり、現在の数字はDTMFの数字とみなされる。一方、上記のテストすべてが合格でなければ、状態S0に戻って現在の数字はDTMFの数字でないものとみなされる。
状態S3で、テスト“a"が合格である間、ステートマシンはS3に留まるが、このテストが不合格になると、OFF CNT（数字OFFのカウント）が１に設定されて、ステートマシンは状態S4に進み、ここでOFF CNTは１だけインクリメントされる。
状態S4で、テスト“a"が合格すればS3に戻される。もし“a"が不合格でありかつOFF CNTがrfoff（必要フレームオフ）よりも小さければ、ステートマシンはS4に留まるが、“a"が不合格でありかつOFF CNTがrfoffに等しければ、S0に戻されて出力はOFFとなり、現在の数字はDTMFの数字とはみなされない。
このようにしてヒューリスティックスエンジンを使用し第６図のステートマシンを駆動して、候補DTMFの数字が実際のDTMFの数字であるかどうかを決定することができる。
64個の初期パラメータ群からは許容不可能なトークオフレベルが生成されるか、もしくはデジタル通話システム10の誤動作が引き起されると、メモリ（RAM）38の内容を変更して、特定の電話機13,14に適合するようにパラメータ群の一部あるいは全部が設定される。これはマイクロプロセッサ21からユニックスシェルスクリプトを走らせることによって実行される。
本実施例では、以下のDTは、マイクロプロセッサ21によって駆動されるユニックスDTMF検出モジュールの名前である。DTユニットはDT_Varで定義されたDTフレーム構造を初期化し、ローパスフィルター34を初期化する。DT検出は入力信号の処理を指示し、有効DTMFの数字が有力線（11,12）上の入力データ列内に存在するかが決定される。
ヒューリスティックスエンジン37によって実行されるテストの定義は次のとおりである。テストはすべて11.25msecのフレーム内で実行される。第６図に示すように、一部のテスト結果は何度も使用される。
絶対振幅テスト
絶対振幅テストは低域ピーク振幅と高域ピーク振幅とが絶対振幅しきい値absmよりも大きいかどうかをチェックするテストである。表１からわかるように、全モードにおけるabsmのデフォルト値は−36dBmである。さらに、いったん状態S1になってしまえば、全分析フレームのみが処理される（即ち、入力線（11,12）上の入力信号の非同期特性がもはや重要でなくなるまで入力信号が十分に能動化され、データポイント群全体が、最初のフレームと最後のフレームを除く各フレームに関して分析される）。したがって、絶対振幅テストに合格するためには、すべてのDFT振幅が、状態S1での初期値の特定の許容範囲デルタ（表１のdelta）内になければならない。全モードにおけるデルタのデフォルト値は9dBである。DFTは絶対しきい値に対してだけでなくフレーム間でも比較されるので、絶対振幅テストには正規化DFT振幅が用いられる。
周波数偏差テスト
周波数偏差テストは、低域および高域ピーク振幅が周波数偏移していないことを確認するために行われる。ベル研究所と電子工業会の仕様によれば、DTMF周波数は周波数偏差が1.5％以下であれば用い、3.5％以上であれば用いられない。このテストでは、＋／−4.0、5.0または6.0％だけ公称値からずれたテスト周波数での振幅がチェックされる。これらの値はそれぞれ2.0、2.5および3.0％の拒絶しきい値に対応しており、これらすべては1.5から3.5％の限度範囲内である。例えば、マイナス４％の公称周波数の振幅が公称周波数の振幅よりも大きければ、実際のピークの周波数が公称周波数マイナス２％だけ小さいことがわかる。このように選択することによって、ヒューリスティックスのパラメータ化が可能となり、実際の環境への対応が可能となる。全モードについてのfdiのデフォルト値はゼロであり、これは2.0％の拒絶しきい値に対応している。このテストは現フレーム（スケール値定数）のみが処理されて比較処理は相対的であるために、非正規化DFT振幅を用いて相対精度を最大限向上させるようにしている。
ねじれテスト
ねじれとは、低域及び高域ピークの間の振幅差である。正常ねじれ（表１のh21t）は高域ピーク振幅の方が大きいときの振幅差であり、逆ねじれ（表１の12ht）とはその逆のときの振幅差である。ねじれ値は相対的な値であり、現フレームのみが考慮される。したがって、非正規化DFT値がこのテストには使用される。ベル研究所と電子工業会の仕様によれば、正常ねじれは4.0dBまで許容してよく、逆ねじれに関しては8.0dBまで許容してよい。表１からわかるように、ねじれ値は仕様書の最低条件以上となっている。
エコーテスト
エコーテストはトークオフを最小に抑えるために帯域外エネルギーをチェックするテストである。このテストでは、他の６つのDTMF公称周波数および４つのテスト周波数におけるDFT振幅に対しての低域および高域ピーク振幅がチェックされる。ウィンドウの大きさが11.25msecであるという分析上の限定のために、与えられたDFT振幅に関する分析ローブは非常に大きくなっている（−30dB−ポイント帯域幅320Hz）。したがって、隣接する公称DTMF周波数コンポーネント間の相対周波数差が、エコーファクター（表１のefl0、efh0、efx0、efll、efhl、efxl）の演算にあたって考慮される。これらのエコーファクターは、低域または高域ピーク振幅と他のDFT振幅との間のdB比である。エコーテストは低域および高域ピーク振幅がいずれもエコーしきい値（表１のecho0）および（表１のechol）よりも大きい場合に限って行われる。このテストでは、低ピークに対する低域公称周波数（低ピークを除く）のチェックが行われ、次に、高ピークに対する高域公称周波数（高ピークを除く）のチェックが行われ、最後に、低ピークと高ピークがテスト周波数と比較される。もしいずれかの非ピーク値が、ピーク値から特定のエコーファクターを引いたものよりも大きければテスト不合格であり、現フレームが「音声に似ている」と判断される。比較はすべて相対的であり、同じ分析フレーム内で行われるので、非正規化DFT値が用いられる。トークオフに対する感受性を最小限に抑えたいと欲するモード（例えば記録モード）では、比較的大きいエコーファクターが用いられ、「トークオフに強い」と考えられるモード（例えばプロンプトモード）では比較的小さいエコーファクターが使用される。
エコーテストはエコーテスト０とエコーテスト１の２段階に分けて行われる。パラメータ群echo0、efl0、efh0およびefx0はエコーテスト０で用いられ、パラメータ群echol、efll、efhlおよびefxlはエコーテスト１で用いられる。
まず、エコーテスト０が実行される。低域ピークの振幅がecho0と比較されて、もしecho0以上であればテストのこの部分は合格と判断されてテストの次の部分に進む。低域ピークの振幅がecho0よりも小さければ、エコーテスト０の残りの部分は実行されない。即ち、エコーテスト０は合格と判断される。エコーテスト０を続行する場合は、低域ピークの振幅は次に３つおきの低域DTMF周波数の振幅と比較される。いずれかの方向において最も近い隣接周波数との比較を行うためにefl0が用いられる。２つの周波数ビンによる周波数オフセットを求めるために、efh0がその比較用として用いられる。いずれの場合においても、候補DTMF信号の振幅の他の信号の振幅に対する比が、対応のエコーファクター以上でなければテストに合格することができない。
次に高域ピークの振幅が他の高域周波数の振幅と比較される。高帯域内では周波数同士が大きく離れているので、efl0はこの比較作業にあたっては使用されず、いずれかの方向における最も近い隣接周波数との比較を行うためにefh0が、また、他の比較作業を行うためにefx0が用いられる。ここでも、高域ピークの振幅の他のDFT振幅に対する比が対応のエコーファクター以上でなければテストのこの部分に合格することができない。
次に、1075Hzのテスト周波数でDFTとの比較が行われる。もし低域ピークが941Hzで高域ピークが1209Hzではないなら、低域ピーク振幅がefh0を用いて1075Hzの振幅と比較される。高域ピークが1209Hzで低域ピークが941Hzではないなら、高域ピークの振幅がefh0を用いて1075Hzの振幅と比較される。低域ピークが941Hzで高域ピークが1209Hzであれば、1075Hzでの振幅に対する比較は行われず、テストのこの部分に自動的に合格する。次に、低域ピークと、1075Hz以外の３つのテスト周波数のそれぞれとの比較がefx0を用いて行われる。最後に、さらに３つ以上の比較作業が行われる。即ち、高域ピークと、1075Hz以外の３つのテスト周波数のそれぞれとの比較作業がefx0を用いて行われる。
上記のテストにすべて合格すれば、エコーテスト０に合格したことになり、エコーテスト１が実行される。エコーテスト１は、使用するパラメータがechol、efll、efhlおよびefxlである点を除いてエコーテスト０と全く同様である。
エコーテスト０および１での比較テストにすべて合格すれば、エコーテストが終了する。
一貫性テスト
一貫性テストでは、フレーム間のDFT振幅が特定の範囲内、すなわち表１のcons内にあるかどうかが判断される。比較作業は複数の分析フレームにまたがって行われるので、このテストでは正規化DFT振幅が用いられる。ベル研究所と電子工業会の仕様書によれば、パルスは、もし継続時間が少なくとも40msecであればこれを許容し、23msecより短かければこれを拒絶し、consの範囲は1.1dBから5.4dBの範囲と定められている。これらの数値は、最悪の場合のフレームサンプリングによる最悪の場合の分析に基づいて求められており、フレームの一部の大きさが最小許容ケースである8.750msecから最大拒絶ケースである5.875msecにまたがっている場合を想定している。全モードに対するconsのデフォルト値は3.0dBである。
時間テスト
時間テストでは、低域および高域ピークがフレーム境界を越えて一定であるかどうかが判断される。ピークが連続してrfon（表１の）回であればそれは有効、ピークが連続してrfoff（表１の）回なければそれは存在しない、と判断される。
以上、好ましい実施例の動作について説明してきたが、これはなんら発明の範囲を限定するものではない。本発明の範囲は請求の範囲によって示すものであって、本発明の精神と範囲から逸脱することなく本発明は他のいろいろな形で実行することができる。

Claims

デジタル通信システム（10）における、デユアルトーンマルチフリクエンシー（DTMF）信号を検出するためのDTMF検出器であって、DTMF信号、オーディオ信号、ビデオ信号、データ信号およびノイズ信号のいずれかを含む入力信号を伝送するための少なくとも１本の電話線（11,12）に接続されて前記入力信号中の前記DTM F信号を検出するためのデジタル信号処理手段（31）を備え、
該デジタル信号処理手段（31）は、前記入力信号中に前記DTMF信号が存在するかどうかを決定するためのヒューリスティックスエンジン（37）と、該ヒューリスティックスエンジン（37）に接続されて前記デジタル通話システム（10）が有する複数の動作モードについての前記入力信号の複数のトーン特性および前記電話線（11,12）の電気的特性を表すパラメータ群を格納するメモリ（38）とを有し、
前記ヒューリスティックスエンジン（37）は、前記パラメータ群を使用して前記入力信号に対して一連のテストを行い、該テストの結果に基づいて、現在の状態にとどまるか、以前の状態に遷移するか、あるいは次の状態に遷移するかを決定し、これらの状態（S0,S1,S2,S3,S4）のいずれにあるかに応じて、前記入力信号中に前記DTMF 信号が存在するかどうかを決定することを特徴とするDTMF検出器。
請求項１に記載のDTMF検出器であって、前記入力信号がデジタルであることを特徴とするDTMF検出器。
請求項１に記載のDTMF検出器であって、前記入力信号がアナログで、前記DTMF検出器がさらに、前記電話線と前記ヒューリスティックスエンジン（37）との間にアナログ・デジタル変換器（42）を備えることを特徴とするDTMF検出器。
請求項１に記載のDTMF検出器であって、各前記パラメータ群は、前記DTMF信号の複数の前記トーン特性のそれぞれと、前記デジタル通話システム（10）が有する複数の前記動作モードのそれぞれとについてのパラメータ群であることを特徴とするDTMF検出器。
請求項４に記載のDTMF検出器であって、前記DTMF信号の複数の前記トーン特性は少なくとも、前記入力信号上に現れる周波数コンポーネントの絶対振幅、公称DTMFトーン特性と比較される周波数偏差、低減ピークと高域ピークとの間の振幅差、帯域外エネルギー、サンプリングフレーム間の振幅の一貫性、および継続時間であることを特徴とするDTMF検出器。
請求項１に記載のDTMF検出器であって、該DTMF検出器の動作を制御するシステム制御部（20）をさらに備え、該システム制御部（20）はマイクロプロセッサ（21）と処理済みおよび未処理のメッセージを格納するメッセージファイル（22）とを有し、前記DTMF検出器の動作モードが、
前記マイクロプロセッサ（21）が、前記メッセージファイル（22）への記録も前記メッセージファイル（22）からの情報の処理も行っていない場合に前記DTMF検出器に対して設定されるデフォルトモードと、
前記マイクロプロセッサ（21）が、前記メッセージファイル（22）に情報を記録する場合に前記DTMF検出器に対して設定される記録モードと、
前記マイクロプロセッサ（21）が、前記メッセージファイル（22）からの未処理のメッセージを処理する場合に前記DTMF検出器に対して設定されるメッセージモードと、
前記マイクロプロセッサ（21）が、前記メッセージファイル（22）からの処理済みのメッセージを処理する場合に前記DTMF検出器に対して設定されるプロンプトモード、
であることを特徴とするDTMF検出器。
請求項１に記載のDTMF検出器であって、前記ヒューリスティックスエンジン（37）が、前記DTMF信号が前記入力信号中に存在すると決定したときに、前記ヒューリスティックスエンジン（37）がさらにDTMFの数字のうちのどの数字が存在するのかを決定することを特徴とするDTMF検出器。
請求項１に記載のDTMF検出器であって、
前記パラメータ群は前記ヒューリスティックスエンジン（37）に接続されるランダムアクセスメモリ（38）に格納され、さらに、
前記入力信号が入力されるスケーリングモジュール（32）と、その入力側が前記スケーリングモジュール（32）の出力側に接続されるハミングウィンドウ（33）と、その入力側が前記ハミングウィンドウ（33）の出力側に接続されるローパスフィルター（34）と、その入力側が前記ローパスフィルター（34）の出力側に接続されるダウンサンプリングモジュール（35）と、その入力側が前記ダウンサンプリングモジュール（35）の出力側に接続され、その出力側が前記ヒューリスティックスエンジン（37）に接続されるゴーツェル変換モジュール（36）とが設けられていることを特徴とするDTMF検出器。
デジタル通話システム（10）における、デュアルトーンマルチフリケンシー（DTMF）信号が入力信号中に現れたかどうかを決定するためのプロセスであって、該デジタル通話システム（10）が、前記入力信号を伝送するための少なくとも１本の電話線（11,12）に接続されて前記入力信号中の前記DTMF信号を検出するためのデジタル信号処理手段（31）を備え、
該デジタル信号処理手段（31）は、前記入力信号中に前記DTMF信号が存在しているかどうかを決定するためのヒューリスティックスエンジン（37）を含み、
前記プロセスが、
前記デジタル通話システム（10）が有する複数の動作モードについての前記入力信号の複数のトーン特性および前記電話線（11,12）の電気的特性を表すパラメータ群を生成するステップと、
前記ヒューリスティックスエンジン（37）を用いて一連のテストを実行するステップとを有し、
前記ヒューリスティックスエンジン（37）は、前記パラメータ群を使用して前記入力信号に対して前記一連のテストを行い、該テストの結果に基づいて、現在の状態にとどまるか、以前の状態に遷移するか、あるいは次の状態に遷移するかを決定し、これらの状態（S0,S1,S2,S3, S4）のいずれにあるかに応じて、前記入力信号中に前記 DTMF信号が存在するかどうかを決定することを特徴とするプロセス。
請求項９に記載のプロセスであって、実行すべき前記一連のテストとして、絶対振幅テスト、周波数偏差テスト、ねじれテスト、エコーテスト、一貫性テストおよび時間テストを行うことを特徴とするプロセス。
請求項９に記載のプロセスであって、テストされる特性が、信号の絶対振幅と、フレーム間での信号の振幅の変化と、公称DTMF周波数と比較したときの信号の周波数偏差と、高域振幅ピークの方が大きい場合の高域振幅ピークと低域振幅ピークとの差であるハイからローへのねじれと、低域振幅ピークの方が大きい場合の低域振幅ピークと高域振幅ピークとの差であるローからハイへのねじれと、サンプリングフレーム間での信号の一貫性と、候補DTMFの数字が存在していなければならない連続フレームの数と、候補DTMFの数字が存在していてはならない連続フレームの数と、候補DTMFの数字と入力信号上に存在する他の信号との間の振幅の差、の中から選択されることを特徴とするプロセス。
請求項９に記載のプロセスであって、前記DTMF検出器の動作を制御するシステム制御部（20）をさらに備え、該システム制御部（20）はマイクロプロセッサ（21）と処理済みおよび未処理のメッセージを格納するメッセージファイル（22）とを有し、前記DTMF検出器の動作モードが、
前記マイクロプロセッサ（21）が前記メッセージファイル（22）への記録も前記メッセージファイル（22）からの情報の処理も行っていない場合に前記DTMF検出器に対して設定されるデフォルトモードと、
前記マイクロプロセッサ（21）が前記メッセージファイル（22）に情報を記録する場合に前記DTMF検出器に対して設定される記録モードと、
前記マイクロプロセッサ（21）が、前記メッセージファイル（22）からの未処理のメッセージを処理する場合に前記DTMF検出器に対して設定されるメッセージモードと、
前記マイクロプロセッサ（21）が、前記メッセージファイル（22）からの処理済みのメッセージを処理する場合に前記DTMF検出器に対して設定されるプロンプトモード、
であることを特徴とするプロセス。
請求項９に記載のプロセスであって、前記一連のテストを実行する前に、ゴーツェル変換の一連の処理が前記入力信号に対して行われ、前記ゴーツェル変換によって８つの公称DTMF周波数に対する振幅値群と、４つの周波偏差周波数と、４つのテスト周波数とが生成されることを特徴とするプロセス。
デュアルトーンマルチフリクエンシー（DTMF）信号を検出するためのDTMF検出器であって、少なくとも１本の入力線（11,12）に接続されて前記入力線中の前記DTMF信号を検出するためのデジタル信号処理手段（31）を備え、
該デジタル信号処理手段（31）は、デジタル通話システム（10）が有する複数の動作モードについての入力信号の複数のトーン特性および前記入力線（11,12）の電気的特性を表すパラメータ群を格納するメモリ（38）と、前記入力線（11,12）および前記メモリ（38）に接続されて前記入力信号中に前記DTMF信号が存在するかどうかを決定するためのヒューリスティックスエンジン（37）とを有し、
前記ヒューリスティックスエンジン（37）は、前記パラメータ群を使用して前記入力信号に対して一連のテストを行い、該テストの結果に基づいて、現在の状態にとどまるか、以前の状態に遷移するか、あるいは次の状態に遷移するかを決定し、これらの状態（S0,S1,S2,S3,S4）のいずれにあるかに応じて、前記入力信号中に前記DTMF 信号が存在するかどうかを決定することを特徴とするDTMF検出器。
請求項14に記載のDTMF検出器であって、前記デジタル信号処理手段（31）がさらに、前記入力信号が入力されるスケーリングモジュール（32）と、その入力側が前記スケーリングモジュール（32）の出力側に接続されるハミングウィンドウ（33）と、その入力側が前記ハミングウィンドウ（33）の出力側に接続されるローパスフィルター（34）と、その入力側が前記ローパスフィルター（34）の出力側に接続されるダウンサンプリングモジュール（35）と、その入力側が前記ダウンサンプリングモジュール（35）の出力側に接続され、その出力側が前記ヒューリスティックスエンジン（37）に接続されるゴーツェル変換モジュール（36）と、を備えることを特徴とするDTMF検出器。
請求項14に記載のDTMF検出器であって、前記デジタル信号処理手段（31）が、前記入力線中の入力信号を、シリアルに処理される複数の入力信号フレームに分離するための手段を備え、
前記パラメータ群が、信号の絶対振幅しきい値と、前記信号の振幅しきい値の変化と、前記信号の周波数偏差しきい値と、前記信号のハイからローへのねじれしきい値と、前記信号のローからハイへのねじれしきい値と、フレーム間での信号サンプリングのしきい値の一貫性と、連続フレームの数と、前記信号の振幅と該信号の帯域外エネルギーの振幅との間の差と、を表現する定数を備えていることを特徴とするDTMF検出器。
請求項14に記載のDTMF検出器であって、前記ヒューリスティックスエンジン（37）が、さらに前記DTMF信号が、複数のDTMFの数字のうちの一つと一致するかどうかを決定することを特徴とするDTMF検出器。
請求項14に記載のDTMF検出器であって、前記ヒューリスティックスエンジン（37）が、絶対振幅テスト、周波数偏差テスト、ねじれテスト、エコーテスト、一貫性テストおよび時間テストを含む複数のテストを前記入力信号に対して行うための手段をさらに備えることを特徴とするDTMF検出器。