JP3721003B2 - トーン信号検出方法及びトーン信号検出器 - Google Patents
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- Signal Processing (AREA)
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- Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＤＴＭＦ信号等のトーン信号を検出するための方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
音声の通信、例えば固定電話器、携帯電話器等において、ＤＴＭＦ信号等のトーン信号を利用した様々なサービス、例えばチケット予約、留守番電話等が行われている。これらのサービスに際しては、トーン信号を正確に検出する必要があり、フーリエ変換、バンドパスフィルタを用いたフィルタバンク等の検出方法が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記各検出方法では、演算量が膨大である、あるいは十分な周波数分解能、時間分解能が得られない等の問題があった。本発明は、簡単な構成でかつ周波数分解能、時間分解能の高いトーン信号検出方法を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、この発明のトーン信号検出方法は、第１の信号を入力して第２の信号を出力するバンドエリミネーションフィルタの第２の信号のパワーが小さくなる第１の周波数を求める第１のステップと、第１の信号の第１のパワーと第１の周波数における第２の信号の第２のパワーを比べ、比べた結果を第３の信号として出力する第２のステップと、第３の信号が所定の第１の条件を満たした場合に、トーン信号と判定する第３のステップとを有することを特徴とする。また、この発明のトーン信号検出検出器は、第１の信号を入力して第２の信号を出力するバンドエリミネーションフィルタの第２の信号のパワーが小さくなる第１の周波数を求める第１の手段と、第１の信号の第１のパワーと第１の周波数における第２の信号の第２のパワーを比べ、比べた結果を第３の信号として出力する第２の手段と、第３の信号が所定の第１の条件を満たした場合に、トーン信号と判定する第３の手段とを有することを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
（第1の実施例）
まず始めに、本発明の第１の実施例のトーン信号検出器の構成の概略を説明する。
【０００６】
図１は第１の実施例のトーン信号検出器の構成を示したものであり、このトーン信号検出器は、一定の長さのフレーム毎に得られる入力信号の相関値を求める相関値計算回路１０１と、トーン判定部１０２が順に接続され構成されている。
【０００７】
そして、このトーン判定部１０２はより詳細には、入力信号の相関値を入力とし周波数をパラメータとする２次のＦＩＲバンドエリミネーションフィルタの出力パワーを表す評価式を求める出力パワー算出部）と、この評価式の値を最小にする周波数を求める最小周波数算出部と、この最小周波数算出部で求めた周波数におけるＦＩＲバンドエリミネーションフィルタの予測ゲインを求める予測ゲイン算出部と、この予測ゲイン算出部で求めた予測ゲインの値を予め設定した閾値と比較する予測ゲイン比較部とを有し、この予測ゲインが閾値を上回った場合にトーン信号と判定する構成となっている。
【０００８】
なお、この実施例において、上述した各構成は、信号処理の手順に従った機能ブロックとしての名称であり、相関値計算回路１０１及びトーン判定部１０２は、処理手順やデータを格納したメモリ及び乗加算器等を有するＤＳＰによって構成されている。
【０００９】
次に、このトーン信号検出器の動作をより詳細に説明する。
【００１０】
相関値計算回路１０１はＮサンプル毎にベクトルとして入力される入力信号s(n)より、以下のように相関値R[i][j]を計算する。
【００１１】
【数２】
【００１２】
そして、トーン判定部１０２は、以下の様に動作する。
【００１３】
２次のＦＩＲフィルタ
【００１４】
【数３】
【００１５】
において、ある周波数f1[Hz]で、A(z)が０になる係数を求めると、バンドエリミネーションフィルタとなる。今、
【００１６】
【数４】
【００１７】
と定義すると式（１）は以下の様になる。
【００１８】
【数５】
【００１９】
式（２）が、f1で０となるためには、
【００２０】
【数６】
【００２１】
となれば良い。更に、式（３）を以下の様に変形する。
【００２２】
【数７】
【００２３】
式（４）、式（５）から、
【００２４】
【数８】
【００２５】
となり、係数を比較すると以下が得られる（式（６）右辺±の＋は、ミラーイメージ）。
【００２６】
【数９】
【００２７】
式（７）を式（８）に代入すると、
【００２８】
【数１０】
【００２９】
となり、
【００３０】
【数１１】
【００３１】
が得られる。
【００３２】
一方、式（１）のフィルタの出力信号パワーは式（１０）で表すことができる。
【００３３】
【数１２】
【００３４】
ただし、e(n)は出力信号を表す。式（９）を式（１０）に代入して展開すると式（１１）が得られる。
【００３５】
【数１３】
【００３６】
ただし、
【００３７】
【数１４】
【００３８】
とする。ここで、入力信号が周波数f1のトーン信号であるとすれば、式（１１）の値は最小となる。式（１１）をαの２次方程式と考えればこれを最小にするαは、式（１１）をαで微分してイコールゼロとおけば以下の様に求めることができる。
【００３９】
【数１５】
【００４０】
そして、式（１２）をもとに逆コサイン変換すれば周波数f1を求めることができる。
【００４１】
このようにして求めた周波数f1は式（１１）の値、即ち出力信号パワーを最小にするが、この時のフィルタ予測ゲイン
【００４２】
【数１６】
【００４３】
は入力信号の性質により異なる。図２は式（１１）のαの値、即ちf1の値を変化させた時の式（１３）の値を示す。図２より明らかな通り、入力信号がトーン信号の場合は周波数f1近傍で予測ゲインが急激に大きくなる。一方、入力信号がトーン信号でない場合（：様々な周波数成分を含む）は全周波数に対して予測ゲインの変化は少ない。
【００４４】
以上より、まず式（１２）からフィルタ出力信号パワーを最小にする周波数f1を求め、次に式（１３）から周波数f1における予測ゲインを求める。求めた予測ゲインが予め設定した閾値以上の値であれば、入力信号はトーン信号であると判定し、同時にその周波数f1を出力する。そうでない場合はトーン信号ではないと判断し -１を出力する。
【００４５】
このような構成によって、入力信号の相関値を基に、簡単な計算でトーン性の有無、トーン信号であった場合の周波数を求めることができる。例えば、前記各式のＮを40（８kHzサンプリングで5ms相当）程度とすれば、周波数分解能、時間分可能共に高く、また構成が簡単であり演算量も少ないトーン信号検出器を実現することができる。
【００４６】
（第２の実施例）
次に、図３に、本発明の第２の実施例のＦＡＸアンサートーン信号検出器の構成を示す。
【００４７】
この図３のＦＡＸアンサートーン信号検出器は、相関値計算回路１０１，ＦＡＸトーン判定部２０１及びＦＡＸトーン時間判定部２０２が順に接続されて構成されている。なお、相関値計算回路１０１は、第１の実施例の相関値計算回路１０１と同様に動作するので、その動作の詳細については説明を省略する。
【００４８】
そして、ＦＡＸトーン判定部２０１は、入力信号の相関値を入力とし周波数をパラメータとする２次のＦＩＲバンドエリミネーションフィルタの出力パワーを表す評価式を求める出力パワー算出部と、この評価式の値を最小にする周波数の余弦値を求める最小余弦値算出部と、この余弦値と予め設定した閾値とを比較して余弦値が閾値の範囲内であれば周波数候補と判定する周波数候補判定部と、この求めた余弦値を代入した評価値と入力信号パワーとを比較するパワー比較部とを有し、パワー比較部における比較の結果、評価値が入力信号パワーを下回りかつ周波数候補判定部によって周波数候補と判定されている場合にトーン信号候補と判定する構成となっている。
【００４９】
このＦＡＸトーン判定部２０１の動作を、第１の実施例のトーン判定部１０２との相違点に注目して、以下に説明する。
【００５０】
ＦＡＸアンサートーンは、その周波数が2100Hzなので、ある程度の偏差を許し以下の２つの周波数の範囲にあるものを検出する。
【００５１】
【数１７】
【００５２】
ここでΔHzは、例えば２０Hzとする。
【００５３】
更に、予め次のような閾値を用意しておき、式（１２）で求めたαをそのまま閾値と比較する。
【００５４】
【数１８】
【００５５】
αの値が上記２つの閾値の間の値であり、かつその時のフィルタ出力パワーが、
【００５６】
【数１９】
【００５７】
を満たせば、FLG＝１として出力する。そうでない場合はFLG＝０として出力する。なお、Ｄは予め設定した値であり、例えばＤ＝６４．０である。
【００５８】
ＦＡＸトーン時間判定部２０２は、入力信号Ｎサンプル毎に得られる FLGを基に、ある一定時間以上 FLG＝１が続いた場合にＦＡＸアンサートーンとして検出する。即ち FLG＝１がＭ1回以上連続した場合 VAL＝１として出力する。また、一度検出した後は、FLG＝０がＭ2回以上連続した場合 VAL＝０として出力する。Ｍ1、Ｍ2は予め設定した値であり、例えばＭ1＝１００，Ｍ2＝５０である。
【００５９】
この実施例によれば、簡単な構成でＦＡＸアンサートーンを精度良く検出することができ、また演算量も小さくできる。
【００６０】
（第３の実施例）
次に、図４に本発明の第３の実施例のＤＴＭＦ信号検出器の構成を示す。
【００６１】
この図４のＤＴＭＦ信号検出器は、ローパスフィルタ３０１，ハイパスフィルタ３０２，低群相関値計算回路３０３，高群相関値計算回路３０４，低群トーン判定部３０５，高群トーン判定部３０６及びDTMF信号時間判定部３０７から構成されている。
【００６２】
一定の長さのフレーム毎に得られる入力信号から高群周波数を除去した低域信号を求めるためのローパスフィルタ３０１，低域信号の低域信号相関値を求める低群相関値計算回路３０３及び低群トーン判定部３０５は順に接続されており、同様に一定の長さのフレーム毎に得られる入力信号から低群周波数を除去した高域信号を求めるためハイパスフィルタ３０２，高域信号の高域信号相関値を求める高群相関値計算回路３０４及び高群トーン判定部３０６も順に接続されている。そして両者は、それぞれDTMF信号時間判定部３０７に接続されている。
【００６３】
低群トーン判定部３０５は、低域信号を入力とし周波数をパラメータとした時の２次のＦＩＲバンドエリミネーションフィルタの出力パワーを表す低域評価式を求める低域出力パワー算出部と、低域評価式の値を最小にする低域周波数の低域余弦値を求める低域最小余弦値算出部と、低域余弦値と予め設定した低域閾値とを比較して低域余弦値が低域閾値の範囲内であれば低域周波数候補と判定する低域周波数候補判定部と、求めた低域余弦値を代入した低域評価値と低域信号パワーとを比較する低域パワー比較部とを有し、低域パワー比較部における比較の結果、低域評価値が低域信号パワーを下回りかつ低域周波数候補判定部によって低域周波数候補と判定されている場合に、トーン信号低域候補と判定する構成となっている。
【００６４】
同様に、高群トーン判定部３０６は、高域信号を入力とし周波数をパラメータとした時の２次のＦＩＲバンドエリミネーションフィルタの出力パワーを表す高域評価式を求める高域出力パワー算出部と、高域評価式の値を最小にする高域周波数の高域余弦値を求める高域最小余弦値算出部と、高域余弦値と予め設定した高域閾値とを比較して高域余弦値が高域閾値の範囲内であれば高域周波数候補と判定する高域周波数候補判定部と、求めた高域余弦値を代入した高域評価値と高域信号パワーとを比較する高域パワー比較部とを有し、高域パワー比較部における比較の結果、高域評価値が高域信号パワーを下回りかつ高域周波数候補判定部によって高域周波数候補と判定されている場合に、トーン信号高域候補と判定する構成となっている。
【００６５】
そして、ＤＴＭＦ信号時間判定部３０７は、低群トーン判定部３０５でトーン信号低域候補と判定されかつ、高群トーン判定部３０６でトーン信号高域候補と判定された状態が予め設定した回数以上連続した場合にＤＴＭＦ信号として検出する構成となっている。
【００６６】
この第３の実施例の動作を、他の実施例との相違点に注目して、以下に詳細に説明する。
【００６７】
ローパスフィルタ３０１は、Ｎサンプル毎にベクトルとして入力される入力信号s(n)より、高群の周波数成分を除去した信号sL(n)を計算する。
【００６８】
ハイパスフィルタ３０２は、Ｎサンプル毎にベクトルとして入力される入力信号s(n)より、低群の周波数成分を除去した信号sH(n)を計算する。
【００６９】
低群相関値計算回路３０３は、以下のように相関値RL[i][j]を計算する。
【００７０】
【数２０】
【００７１】
高群相関値計算回路３０４は、以下のように相関値RH[i][j]を計算する。
【００７２】
【数２１】
【００７３】
低群トーン判定部３０５は第１の実施例のトーン判定部１０２と同様にしてαを計算する。ただし、R[i][j]のかわりにRL[i][j]を用いる。ＤＴＭＦ信号の低群周波数は、697Hz（L1）、770Hz（L2）、852Hz（L3）、941Hz（L4）の内の一つと決まっているので、各々ある程度の偏差を許し以下の様な閾値を用意しておく。
【００７４】
【数２２】
【００７５】
ここでΔは、例えば１０とする。
【００７６】
そして求めたαの値が、上記 L1〜L4の閾値の範囲内のどれかにあり、かつその時のフィルタ出力パワーが
【００７７】
【数２３】
【００７８】
を満たせば、FLG_L＝1〜4として出力する（１〜４は、L1〜L4に対応する）。そうでない場合は FLG_L＝０として出力する。ＤLは予め設定した値であり、例えば６４とする。
【００７９】
高群トーン判定部３０６は第１の実施例のトーン判定部１０２と同様にしてαを計算する。ただし、R[i][j]のかわりにRH[i][j]を用いる。ＤＴＭＦ信号の高群周波数は、1209Hz（H1）、1336Hz（H2）、1477Hz（H3）、1633Hz（H4）の内の一つと決まっているので、各々ある程度の偏差を許し以下の様な閾値を用意しておく。
【００８０】
【数２４】
【００８１】
ここでΔは、例えば１０とする。そして求めたαの値が、上記 H1〜H4の閾値の範囲内のどれかにあり、かつその時のフィルタ出力パワーが
【００８２】
【数２５】
【００８３】
を満たせば、FLG_H＝1〜4として出力する（１〜４は、H1〜H4に対応する）。そうでない場合は FLG_H＝０として出力する。ＤHは予め設定した値であり、例えば６４とする。
【００８４】
ＤＴＭＦトーン時間判定部３０７は、入力信号Ｎサンプル毎に得られる FLG_L、FLG_Hをみて、これらが共に０でない時にその組み合せをＤＴＭＦ信号候補とし、更にある一定時間以上その状態が続いた場合にＤＴＭＦ信号として検出する。即ち
FLG_L != ０ かつ FLG_H != ０
が連続してＭ3回以上連続した場合、
VAL ＝（FLG_L-1）×４＋（FLG_H-1）
として出力する。また、一度検出した後は、
FLG_L = ０ もしくは FLG_H = ０
が連続してＭ4回以上連続した場合に VAL＝-1（非検出）として出力する。Ｍ3、Ｍ4は予め設定した値であり、例えばＭ3＝５，Ｍ4＝５である。
【００８５】
なお、この第３の実施例のローパスフィルタ３０１は、高群周波数を除去して低域信号を求めるための構成であり、ローパスフィルタだけでなくバンドパスフィルタを用いても実現することができる。同様に、ハイパスフィルタ３０２は、低群周波数を除去した高域信号を求めるための構成であり、ハイパスフィルタだけでなくバンドパスフィルタを用いても実現することができる。
【００８６】
以上説明した、この第３の実施例によれば、簡単な構成でＤＴＭＦ信号を精度良く検出することができ、また演算量も小さくすることができる。
【００８７】
【発明の効果】
本発明は、ＦＩＲバンドエリミネーションフィルタを利用しているので、入力信号の相関値を基に、簡単な計算でトーン性の有無、トーン信号であった場合の周波数を、精度良く求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例のトーン信号検出器の構成を示した図である。
【図２】第１の実施例のトーン信号検出器における、入力信号の性質と予測ゲインの関係を示した図である。
【図３】第２の実施例のＦＡＸアンサートーン信号検出器の構成を示した図である。
【図４】第３の実施例のＤＴＭＦ信号検出器の構成を示した図である。
【符号の説明】
１０１ 相関値計算回路
１０２ トーン判定部
２０１ ＦＡＸトーン判定部
２０２ ＦＡＸトーン時間判定部
３０１ ローパスフィルタ
３０２ ハイパスフィルタ
３０３ 低群相関値計算回路
３０４ 高群相関値計算回路
３０５ 低群トーン判定部
３０６ 高群トーン判定部
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＤＴＭＦ信号等のトーン信号を検出するための方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
音声の通信、例えば固定電話器、携帯電話器等において、ＤＴＭＦ信号等のトーン信号を利用した様々なサービス、例えばチケット予約、留守番電話等が行われている。これらのサービスに際しては、トーン信号を正確に検出する必要があり、フーリエ変換、バンドパスフィルタを用いたフィルタバンク等の検出方法が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記各検出方法では、演算量が膨大である、あるいは十分な周波数分解能、時間分解能が得られない等の問題があった。本発明は、簡単な構成でかつ周波数分解能、時間分解能の高いトーン信号検出方法を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、この発明のトーン信号検出方法は、第１の信号を入力して第２の信号を出力するバンドエリミネーションフィルタの第２の信号のパワーが小さくなる第１の周波数を求める第１のステップと、第１の信号の第１のパワーと第１の周波数における第２の信号の第２のパワーを比べ、比べた結果を第３の信号として出力する第２のステップと、第３の信号が所定の第１の条件を満たした場合に、トーン信号と判定する第３のステップとを有することを特徴とする。また、この発明のトーン信号検出検出器は、第１の信号を入力して第２の信号を出力するバンドエリミネーションフィルタの第２の信号のパワーが小さくなる第１の周波数を求める第１の手段と、第１の信号の第１のパワーと第１の周波数における第２の信号の第２のパワーを比べ、比べた結果を第３の信号として出力する第２の手段と、第３の信号が所定の第１の条件を満たした場合に、トーン信号と判定する第３の手段とを有することを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
（第1の実施例）
まず始めに、本発明の第１の実施例のトーン信号検出器の構成の概略を説明する。
【０００６】
図１は第１の実施例のトーン信号検出器の構成を示したものであり、このトーン信号検出器は、一定の長さのフレーム毎に得られる入力信号の相関値を求める相関値計算回路１０１と、トーン判定部１０２が順に接続され構成されている。
【０００７】
そして、このトーン判定部１０２はより詳細には、入力信号の相関値を入力とし周波数をパラメータとする２次のＦＩＲバンドエリミネーションフィルタの出力パワーを表す評価式を求める出力パワー算出部）と、この評価式の値を最小にする周波数を求める最小周波数算出部と、この最小周波数算出部で求めた周波数におけるＦＩＲバンドエリミネーションフィルタの予測ゲインを求める予測ゲイン算出部と、この予測ゲイン算出部で求めた予測ゲインの値を予め設定した閾値と比較する予測ゲイン比較部とを有し、この予測ゲインが閾値を上回った場合にトーン信号と判定する構成となっている。
【０００８】
なお、この実施例において、上述した各構成は、信号処理の手順に従った機能ブロックとしての名称であり、相関値計算回路１０１及びトーン判定部１０２は、処理手順やデータを格納したメモリ及び乗加算器等を有するＤＳＰによって構成されている。
【０００９】
次に、このトーン信号検出器の動作をより詳細に説明する。
【００１０】
相関値計算回路１０１はＮサンプル毎にベクトルとして入力される入力信号s(n)より、以下のように相関値R[i][j]を計算する。
【００１１】
【数２】
そして、トーン判定部１０２は、以下の様に動作する。
【００１３】
２次のＦＩＲフィルタ
【００１４】
【数３】
において、ある周波数f1[Hz]で、A(z)が０になる係数を求めると、バンドエリミネーションフィルタとなる。今、
【００１６】
【数４】
と定義すると式（１）は以下の様になる。
【００１８】
【数５】
式（２）が、f1で０となるためには、
【００２０】
【数６】
となれば良い。更に、式（３）を以下の様に変形する。
【００２２】
【数７】
式（４）、式（５）から、
【００２４】
【数８】
となり、係数を比較すると以下が得られる（式（６）右辺±の＋は、ミラーイメージ）。
【００２６】
【数９】
式（７）を式（８）に代入すると、
【００２８】
【数１０】
となり、
【００３０】
【数１１】
が得られる。
【００３２】
一方、式（１）のフィルタの出力信号パワーは式（１０）で表すことができる。
【００３３】
【数１２】
ただし、e(n)は出力信号を表す。式（９）を式（１０）に代入して展開すると式（１１）が得られる。
【００３５】
【数１３】
ただし、
【００３７】
【数１４】
とする。ここで、入力信号が周波数f1のトーン信号であるとすれば、式（１１）の値は最小となる。式（１１）をαの２次方程式と考えればこれを最小にするαは、式（１１）をαで微分してイコールゼロとおけば以下の様に求めることができる。
【００３９】
【数１５】
そして、式（１２）をもとに逆コサイン変換すれば周波数f1を求めることができる。
【００４１】
このようにして求めた周波数f1は式（１１）の値、即ち出力信号パワーを最小にするが、この時のフィルタ予測ゲイン
【００４２】
【数１６】
は入力信号の性質により異なる。図２は式（１１）のαの値、即ちf1の値を変化させた時の式（１３）の値を示す。図２より明らかな通り、入力信号がトーン信号の場合は周波数f1近傍で予測ゲインが急激に大きくなる。一方、入力信号がトーン信号でない場合（：様々な周波数成分を含む）は全周波数に対して予測ゲインの変化は少ない。
【００４４】
以上より、まず式（１２）からフィルタ出力信号パワーを最小にする周波数f1を求め、次に式（１３）から周波数f1における予測ゲインを求める。求めた予測ゲインが予め設定した閾値以上の値であれば、入力信号はトーン信号であると判定し、同時にその周波数f1を出力する。そうでない場合はトーン信号ではないと判断し -１を出力する。
【００４５】
このような構成によって、入力信号の相関値を基に、簡単な計算でトーン性の有無、トーン信号であった場合の周波数を求めることができる。例えば、前記各式のＮを40（８kHzサンプリングで5ms相当）程度とすれば、周波数分解能、時間分可能共に高く、また構成が簡単であり演算量も少ないトーン信号検出器を実現することができる。
【００４６】
（第２の実施例）
次に、図３に、本発明の第２の実施例のＦＡＸアンサートーン信号検出器の構成を示す。
【００４７】
この図３のＦＡＸアンサートーン信号検出器は、相関値計算回路１０１，ＦＡＸトーン判定部２０１及びＦＡＸトーン時間判定部２０２が順に接続されて構成されている。なお、相関値計算回路１０１は、第１の実施例の相関値計算回路１０１と同様に動作するので、その動作の詳細については説明を省略する。
【００４８】
そして、ＦＡＸトーン判定部２０１は、入力信号の相関値を入力とし周波数をパラメータとする２次のＦＩＲバンドエリミネーションフィルタの出力パワーを表す評価式を求める出力パワー算出部と、この評価式の値を最小にする周波数の余弦値を求める最小余弦値算出部と、この余弦値と予め設定した閾値とを比較して余弦値が閾値の範囲内であれば周波数候補と判定する周波数候補判定部と、この求めた余弦値を代入した評価値と入力信号パワーとを比較するパワー比較部とを有し、パワー比較部における比較の結果、評価値が入力信号パワーを下回りかつ周波数候補判定部によって周波数候補と判定されている場合にトーン信号候補と判定する構成となっている。
【００４９】
このＦＡＸトーン判定部２０１の動作を、第１の実施例のトーン判定部１０２との相違点に注目して、以下に説明する。
【００５０】
ＦＡＸアンサートーンは、その周波数が2100Hzなので、ある程度の偏差を許し以下の２つの周波数の範囲にあるものを検出する。
【００５１】
【数１７】
ここでΔHzは、例えば２０Hzとする。
【００５３】
更に、予め次のような閾値を用意しておき、式（１２）で求めたαをそのまま閾値と比較する。
【００５４】
【数１８】
αの値が上記２つの閾値の間の値であり、かつその時のフィルタ出力パワーが、
【００５６】
【数１９】
を満たせば、FLG＝１として出力する。そうでない場合はFLG＝０として出力する。なお、Ｄは予め設定した値であり、例えばＤ＝６４．０である。
【００５８】
ＦＡＸトーン時間判定部２０２は、入力信号Ｎサンプル毎に得られる FLGを基に、ある一定時間以上 FLG＝１が続いた場合にＦＡＸアンサートーンとして検出する。即ち FLG＝１がＭ1回以上連続した場合 VAL＝１として出力する。また、一度検出した後は、FLG＝０がＭ2回以上連続した場合 VAL＝０として出力する。Ｍ1、Ｍ2は予め設定した値であり、例えばＭ1＝１００，Ｍ2＝５０である。
【００５９】
この実施例によれば、簡単な構成でＦＡＸアンサートーンを精度良く検出することができ、また演算量も小さくできる。
【００６０】
（第３の実施例）
次に、図４に本発明の第３の実施例のＤＴＭＦ信号検出器の構成を示す。
【００６１】
この図４のＤＴＭＦ信号検出器は、ローパスフィルタ３０１，ハイパスフィルタ３０２，低群相関値計算回路３０３，高群相関値計算回路３０４，低群トーン判定部３０５，高群トーン判定部３０６及びDTMF信号時間判定部３０７から構成されている。
【００６２】
一定の長さのフレーム毎に得られる入力信号から高群周波数を除去した低域信号を求めるためのローパスフィルタ３０１，低域信号の低域信号相関値を求める低群相関値計算回路３０３及び低群トーン判定部３０５は順に接続されており、同様に一定の長さのフレーム毎に得られる入力信号から低群周波数を除去した高域信号を求めるためハイパスフィルタ３０２，高域信号の高域信号相関値を求める高群相関値計算回路３０４及び高群トーン判定部３０６も順に接続されている。そして両者は、それぞれDTMF信号時間判定部３０７に接続されている。
【００６３】
低群トーン判定部３０５は、低域信号を入力とし周波数をパラメータとした時の２次のＦＩＲバンドエリミネーションフィルタの出力パワーを表す低域評価式を求める低域出力パワー算出部と、低域評価式の値を最小にする低域周波数の低域余弦値を求める低域最小余弦値算出部と、低域余弦値と予め設定した低域閾値とを比較して低域余弦値が低域閾値の範囲内であれば低域周波数候補と判定する低域周波数候補判定部と、求めた低域余弦値を代入した低域評価値と低域信号パワーとを比較する低域パワー比較部とを有し、低域パワー比較部における比較の結果、低域評価値が低域信号パワーを下回りかつ低域周波数候補判定部によって低域周波数候補と判定されている場合に、トーン信号低域候補と判定する構成となっている。
【００６４】
同様に、高群トーン判定部３０６は、高域信号を入力とし周波数をパラメータとした時の２次のＦＩＲバンドエリミネーションフィルタの出力パワーを表す高域評価式を求める高域出力パワー算出部と、高域評価式の値を最小にする高域周波数の高域余弦値を求める高域最小余弦値算出部と、高域余弦値と予め設定した高域閾値とを比較して高域余弦値が高域閾値の範囲内であれば高域周波数候補と判定する高域周波数候補判定部と、求めた高域余弦値を代入した高域評価値と高域信号パワーとを比較する高域パワー比較部とを有し、高域パワー比較部における比較の結果、高域評価値が高域信号パワーを下回りかつ高域周波数候補判定部によって高域周波数候補と判定されている場合に、トーン信号高域候補と判定する構成となっている。
【００６５】
そして、ＤＴＭＦ信号時間判定部３０７は、低群トーン判定部３０５でトーン信号低域候補と判定されかつ、高群トーン判定部３０６でトーン信号高域候補と判定された状態が予め設定した回数以上連続した場合にＤＴＭＦ信号として検出する構成となっている。
【００６６】
この第３の実施例の動作を、他の実施例との相違点に注目して、以下に詳細に説明する。
【００６７】
ローパスフィルタ３０１は、Ｎサンプル毎にベクトルとして入力される入力信号s(n)より、高群の周波数成分を除去した信号sL(n)を計算する。
【００６８】
ハイパスフィルタ３０２は、Ｎサンプル毎にベクトルとして入力される入力信号s(n)より、低群の周波数成分を除去した信号sH(n)を計算する。
【００６９】
低群相関値計算回路３０３は、以下のように相関値RL[i][j]を計算する。
【００７０】
【数２０】
高群相関値計算回路３０４は、以下のように相関値RH[i][j]を計算する。
【００７２】
【数２１】
低群トーン判定部３０５は第１の実施例のトーン判定部１０２と同様にしてαを計算する。ただし、R[i][j]のかわりにRL[i][j]を用いる。ＤＴＭＦ信号の低群周波数は、697Hz（L1）、770Hz（L2）、852Hz（L3）、941Hz（L4）の内の一つと決まっているので、各々ある程度の偏差を許し以下の様な閾値を用意しておく。
【００７４】
【数２２】
ここでΔは、例えば１０とする。
【００７６】
そして求めたαの値が、上記 L1〜L4の閾値の範囲内のどれかにあり、かつその時のフィルタ出力パワーが
【００７７】
【数２３】
を満たせば、FLG_L＝1〜4として出力する（１〜４は、L1〜L4に対応する）。そうでない場合は FLG_L＝０として出力する。ＤLは予め設定した値であり、例えば６４とする。
【００７９】
高群トーン判定部３０６は第１の実施例のトーン判定部１０２と同様にしてαを計算する。ただし、R[i][j]のかわりにRH[i][j]を用いる。ＤＴＭＦ信号の高群周波数は、1209Hz（H1）、1336Hz（H2）、1477Hz（H3）、1633Hz（H4）の内の一つと決まっているので、各々ある程度の偏差を許し以下の様な閾値を用意しておく。
【００８０】
【数２４】
ここでΔは、例えば１０とする。そして求めたαの値が、上記 H1〜H4の閾値の範囲内のどれかにあり、かつその時のフィルタ出力パワーが
【００８２】
【数２５】
を満たせば、FLG_H＝1〜4として出力する（１〜４は、H1〜H4に対応する）。そうでない場合は FLG_H＝０として出力する。ＤHは予め設定した値であり、例えば６４とする。
【００８４】
ＤＴＭＦトーン時間判定部３０７は、入力信号Ｎサンプル毎に得られる FLG_L、FLG_Hをみて、これらが共に０でない時にその組み合せをＤＴＭＦ信号候補とし、更にある一定時間以上その状態が続いた場合にＤＴＭＦ信号として検出する。即ち
FLG_L != ０ かつ FLG_H != ０
が連続してＭ3回以上連続した場合、
VAL ＝（FLG_L-1）×４＋（FLG_H-1）
として出力する。また、一度検出した後は、
FLG_L = ０ もしくは FLG_H = ０
が連続してＭ4回以上連続した場合に VAL＝-1（非検出）として出力する。Ｍ3、Ｍ4は予め設定した値であり、例えばＭ3＝５，Ｍ4＝５である。
【００８５】
なお、この第３の実施例のローパスフィルタ３０１は、高群周波数を除去して低域信号を求めるための構成であり、ローパスフィルタだけでなくバンドパスフィルタを用いても実現することができる。同様に、ハイパスフィルタ３０２は、低群周波数を除去した高域信号を求めるための構成であり、ハイパスフィルタだけでなくバンドパスフィルタを用いても実現することができる。
【００８６】
以上説明した、この第３の実施例によれば、簡単な構成でＤＴＭＦ信号を精度良く検出することができ、また演算量も小さくすることができる。
【００８７】
【発明の効果】
本発明は、ＦＩＲバンドエリミネーションフィルタを利用しているので、入力信号の相関値を基に、簡単な計算でトーン性の有無、トーン信号であった場合の周波数を、精度良く求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例のトーン信号検出器の構成を示した図である。
【図２】第１の実施例のトーン信号検出器における、入力信号の性質と予測ゲインの関係を示した図である。
【図３】第２の実施例のＦＡＸアンサートーン信号検出器の構成を示した図である。
【図４】第３の実施例のＤＴＭＦ信号検出器の構成を示した図である。
【符号の説明】
１０１ 相関値計算回路
１０２ トーン判定部
２０１ ＦＡＸトーン判定部
２０２ ＦＡＸトーン時間判定部
３０１ ローパスフィルタ
３０２ ハイパスフィルタ
３０３ 低群相関値計算回路
３０４ 高群相関値計算回路
３０５ 低群トーン判定部
３０６ 高群トーン判定部
Claims (28)
- 第１の信号を入力して第２の信号を出力するバンドエリミネーションフィルタの第２の信号のパワーが小さくなる第１の周波数を求める第１のステップと、
前記第１の信号の第１のパワーと前記第１の周波数における前記第２の信号の第２のパワーを比べ、比べた結果を第３の信号として出力する第２のステップと、
前記第３の信号が所定の第１の条件を満たした場合に、トーン信号と判定する第３のステップと
を有することを特徴とするトーン信号検出方法。 - 請求項１記載のトーン信号検出方法において、
前記第１のステップは、
前記第１の信号を所定の長さ毎とした信号を第４の信号とし、第４の信号の相関値を求める第４のステップと、
前記相関値を用い、周波数をパラメータとして、第２の信号のパワーを表す前記バンドエリミネーションフィルタの評価式を求める第５のステップと、
前記評価式の値が小さくなる前記第１の周波数を求める第６のステップと
を有することを特徴とするトーン信号検出方法。 - 請求項２記載のトーン信号検出方法において、
前記バンドエリミネーションフィルタは、２次のＦＩＲバンドエリミネーションフィルタであり、
前記評価式は、
- 請求項１記載のトーン信号検出方法において、
前記第２のステップは、前記第１の周波数における前記バンドエリミネーションフィルタの予測ゲインを求め、この予測ゲインを前記第３の信号とすること
を特徴とするトーン信号検出方法。 - 請求項１記載のトーン信号検出方法において、
前記第３のステップは、前記第３の信号が第１の閾値を上回った場合に、トーン信号と判定すること
を特徴とするトーン信号検出方法。 - 請求項１記載のトーン信号検出方法において、
前記第３のステップは、前記第３の信号が第１の閾値を上回り、第１の閾値を上回る回数が第１の回数連続した場合に、トーン信号と判定すること
を特徴とするトーン信号検出方法。 - 請求項１記載のトーン信号検出方法において、
トーン信号と判定した時の周波数を出力する第７のステップと
を有することを特徴とするトーン信号検出方法。 - 請求項１記載のトーン信号検出方法において、
前記第１のステップは、
前記第１の信号を所定の長さ毎とした信号を第４の信号とし、第４の信号の相関値を求める第４のステップと、
前記相関値を用い、周波数をパラメータとして、第２の信号のパワーを表す前記バンドエリミネーションフィルタの評価式を求める第５のステップと、
前記評価式の値が小さくなる第２の周波数における第１の余弦値を求める第８のステップと、
前記第１の余弦値と第２の閾値とを比較して前記第１の余弦値が前記第２の閾値の範囲 内であれば、前記第２の周波数を前記第１の周波数とする第９のステップとを有し、
前記第２のステップは、
前記第１の周波数における前記第１の余弦値を前記評価式に代入した第１の評価値に第１の定数を乗じ、乗じた値を第２のパワーとして出力する第１０のステップと、
前記第２のパワーと前記第１のパワーを比べ、比べた結果を前記第３の信号として出力する第１１のステップとを有すること
を特徴とするトーン信号検出方法。 - 請求項１記載のトーン信号検出方法において、
前記第１のステップは、第１２のステップと第１３のステップを有し、
前記第第１２のステップは、
前記第１の信号を高域周波数を除去した低域周波数の信号を第５の信号とし、第５の信号を入力して第６の信号を出力する第１のバンドエリミネーションフィルタの第６の信号のパワーが小さくなる前記第１の周波数を求め、
前記第１３のステップは、
前記第１の信号を低域周波数を除去した高域周波数の信号を第７の信号とし、第７の信号を入力して第８の信号を出力する第２のバンドエリミネーションフィルタの第８の信号のパワーが小さくなる第３の周波数を求め、
前記第２のステップは、第１４のステップと第１５のステップを有し、
前記第１４のステップは、
前記第５の信号の第３のパワーと前記第１の周波数における前記第６の信号の第４のパワーを比べ、比べた結果を前記第３の信号として出力し、
前記第１５のステップは、
前記第７の信号の第５のパワーと前記第３の周波数における前記第８の信号の第６のパワーを比べ、比べた結果を第９の信号として出力し、
前記第３のステップは、前記第３の信号が所定の前記第１の条件を満たし、前記第９の信号が所定の第２の条件を満たした場合に、ＤＴＭＦ信号として検出すること
を特徴とするトーン信号検出方法。 - 請求項９記載のトーン信号検出方法において、
前記第１２のステップは、
前記第１の信号を所定の長さ毎とした信号を第１０の信号とし、第１０の信号から高域周波数を除去した低域信号の低域信号相関値を求める第１６のステップと、
前記低域信号相関値を用い、周波数をパラメータとして、前記第６の信号のパワーを表す前記第１のバンドエリミネーションフィルタの低域評価式を求める第１７のステップと、
前記低域評価式の値が小さくなる前記第１の周波数を求める第１８のステップを有し、
前記第１３のステップは、
前記第１０の信号から低域周波数を除去した高域信号の高域信号相関値を求める第１９のステップと、
前記高域信号相関値を用い、周波数をパラメータとして、前記第８の信号のパワーを表す前記第２のバンドエリミネーションフィルタの高域評価式を求める第２０のステップと、
前記高域評価式の値が小さくなる前記第３の周波数を求める第２１のステップを有すること
を特徴とするトーン信号検出方法。 - 請求項９記載のトーン信号検出方法において、
前記第１２のステップは、
前記第１の信号を所定の長さ毎とした信号を第１０の信号とし、第１０の信号から高域周波数を除去した低域信号の低域信号相関値を求める第１６のステップと、
前記低域信号相関値を用い、周波数をパラメータとして、前記第６の信号のパワーを表す前記第１のバンドエリミネーションフィルタの低域評価式を求める第１７のステップと 、
前記低域評価式の値が小さくなる低域周波数の低域余弦値を求める第２２のステップと、
前記低域余弦値と低域閾値とを比較して前記低域余弦値が前記低域閾値の範囲内であれば、前記低域周波数を前記第１の周波数とする第２３のステップと、
前記第１３のステップは、
前記第１０の信号から低域周波数を除去した高域信号の高域信号相関値を求める第１９のステップと、
前記高域信号相関値を用い、周波数をパラメータとして、前記第８の信号のパワーを表す前記第２のバンドエリミネーションフィルタの高域評価式を求める第２０のステップと、
前記高域評価式の値が小さくなる高域周波数の高域余弦値を求める第２４のステップと、
前記高域余弦値と高域閾値とを比較して前記高域余弦値が前記高域閾値の範囲内であれば、前記高域周波数を前記第３の周波数とする第２５のステップと、
前記第１４のステップは、
前記第１の周波数における前記低域余弦値を前記低域評価式に代入した低域評価値に低域定数を乗じ、乗じた値を前記第４のパワーとして出力する第２６のステップ、
前記第４のパワーと前記第３のパワーを比べ、比べた結果を前記第３の信号を出力する第２７のステップと、
前記第１５のステップは、
前記第３の周波数における前記高域余弦値を前記高域評価式に代入した第１の高域評価値に高域定数を乗じ、乗じた値を第６のパワーとして出力する第２８のステップと、
前記第６のパワーと前記第５のパワーを比べ、比べた結果を前記第９の信号を出力する第２９のステップとを有すること
を特徴とするトーン信号検出方法。 - 請求項９記載のトーン信号検出方法において、
前記第３のステップは、前記第３の信号が第１の閾値を上回り、前記第９の信号が第３の閾値を上回った場合に、ＤＴＭＦ信号として検出すること
を特徴とするトーン信号検出方法。 - 請求項９記載のトーン信号検出方法において、
前記第３のステップは、前記第３の信号が第１の閾値を上回り、第１の閾値を上回る回数が第１の回数連続し、前記第９の信号が第２の閾値を上回り、第４の閾値を上回る回数が第２の回数連続した場合に、ＤＴＭＦ信号として検出すること
を特徴とするトーン信号検出方法。 - 請求項９記載のトーン信号検出方法において、
前記第１のバンドエリミネーションフィルタ、および前記第２のバンドエリミネーションフィルタは、２次のＦＩＲバンドエリミネーションフィルタであり、
前記低域評価式、および前記高域評価式は、
- 第１の信号を入力して第２の信号を出力するバンドエリミネーションフィルタの第２の信号のパワーが小さくなる第１の周波数を求める第１の手段と、
前記第１の信号の第１のパワーと前記第１の周波数における前記第２の信号の第２のパワーを比べ、比べた結果を第３の信号として出力する第２の手段と、
前記第３の信号が所定の第１の条件を満たした場合に、トーン信号と判定する第３の手 段と
を有することを特徴とするトーン信号検出器。 - 請求項１５記載のトーン信号検出器において、
前記第１の手段は、
前記第１の信号を所定の長さ毎とした信号を第４の信号とし、第４の信号の相関値を求める第４の手段と、
前記相関値を用い、周波数をパラメータとして、第２の信号のパワーを表す前記バンドエリミネーションフィルタの評価式を求める第５の手段と、
前記評価式の値が小さくなる前記第１の周波数を求める第６の手段と
を有することを特徴とするトーン信号検出器。 - 請求項１６記載のトーン信号検出器において、
前記バンドエリミネーションフィルタは、２次のＦＩＲバンドエリミネーションフィルタであり、
前記評価式は、
- 請求項１５記載のトーン信号検出器において、
前記第２の手段は、前記第１の周波数における前記バンドエリミネーションフィルタの予測ゲインを求め、この予測ゲインを前記第３の信号とすること
を特徴とするトーン信号検出器。 - 請求項１５記載のトーン信号検出器において、
前記第３の手段は、前記第３の信号が第１の閾値を上回った場合に、トーン信号と判定すること
を特徴とするトーン信号検出器。 - 請求項１５記載のトーン信号検出器において、
前記第３の手段は、前記第３の信号が第１の閾値を上回り、第１の閾値を上回る回数が第１の回数連続した場合に、トーン信号と判定すること
を特徴とするトーン信号検出器。 - 請求項１５記載のトーン信号検出器において、
トーン信号と判定した時の周波数を出力する第７の手段と
を有することを特徴とするトーン信号検出器。 - 請求項１５記載のトーン信号検出器において、
前記第１の手段は、
前記第１の信号を所定の長さ毎とした信号を第４の信号とし、第４の信号の相関値を求める第４の手段と、
前記相関値を用い、周波数をパラメータとして、第２の信号のパワーを表す前記バンドエリミネーションフィルタの評価式を求める第５の手段と、
前記評価式の値が小さくなる第２の周波数における第１の余弦値を求める第８の手段と、
前記第１の余弦値と第２の閾値とを比較して前記第１の余弦値が前記第２の閾値の範囲内であれば、前記第２の周波数を前記第１の周波数とする第９の手段とを有し、
前記第２の手段は、
前記第１の周波数における前記第１の余弦値を前記評価式に代入した第１の評価値に第１の定数を乗じ、乗じた値を第２のパワーとして出力する第１０の手段と、
前記第２のパワーと前記第１のパワーを比べ、比べた結果を前記第３の信号として出力する第１１の手段とを有すること
を特徴とするトーン信号検出器。 - 請求項１５記載のトーン信号検出器において、
前記第１の手段は、第１２の手段と第１３の手段を有し、
前記第第１２の手段は、
前記第１の信号を高域周波数を除去した低域周波数の信号を第５の信号とし、第５の信号を入力して第６の信号を出力する第１のバンドエリミネーションフィルタの第６の信号のパワーが小さくなる前記第１の周波数を求め、
前記第１３の手段は、
前記第１の信号を低域周波数を除去した高域周波数の信号を第７の信号とし、第７の信号を入力して第８の信号を出力する第２のバンドエリミネーションフィルタの第８の信号のパワーが小さくなる第３の周波数を求め、
前記第２の手段は、第１４の手段と第１５の手段を有し、
前記第１４の手段は、
前記第５の信号の第３のパワーと前記第１の周波数における前記第６の信号の第４のパワーを比べ、比べた結果を前記第３の信号として出力し、
前記第１５の手段は、
前記第７の信号の第５のパワーと前記第３の周波数における前記第８の信号の第６のパワーを比べ、比べた結果を第９の信号として出力し、
前記第３の手段は、前記第３の信号が所定の前記第１の条件を満たし、前記第９の信号が所定の第２の条件を満たした場合に、ＤＴＭＦ信号として検出すること
を特徴とするトーン信号検出器。 - 請求項２３記載のトーン信号検出器において、
前記第１２の手段は、
前記第１の信号を所定の長さ毎とした信号を第１０の信号とし、第１０の信号から高域周波数を除去した低域信号の低域信号相関値を求める第１６の手段と、
前記低域信号相関値を用い、周波数をパラメータとして、前記第６の信号のパワーを表す前記第１のバンドエリミネーションフィルタの低域評価式を求める第１７の手段と、
前記低域評価式の値が小さくなる前記第１の周波数を求める第１８の手段を有し、
前記第１３の手段は、
前記第１０の信号から低域周波数を除去した高域信号の高域信号相関値を求める第１９の手段と、
前記高域信号相関値を用い、周波数をパラメータとして、前記第８の信号のパワーを表す前記第２のバンドエリミネーションフィルタの高域評価式を求める第２０の手段と、
前記高域評価式の値が小さくなる前記第３の周波数を求める第２１の手段を有すること
を特徴とするトーン信号検出器。 - 請求項２３記載のトーン信号検出器において、
前記第１２の手段は、
前記第１の信号を所定の長さ毎とした信号を第１０の信号とし、第１０の信号から高域周波数を除去した低域信号の低域信号相関値を求める第１６の手段と、
前記低域信号相関値を用い、周波数をパラメータとして、前記第６の信号のパワーを表す前記第１のバンドエリミネーションフィルタの低域評価式を求める第１７の手段と、
前記低域評価式の値が小さくなる低域周波数の低域余弦値を求める第２２の手段と、
前記低域余弦値と低域閾値とを比較して前記低域余弦値が前記低域閾値の範囲内であれば、前記低域周波数を前記第１の周波数とする第２３の手段と、
前記第１３の手段は、
前記第１０の信号から低域周波数を除去した高域信号の高域信号相関値を求める第１９の手段と、
前記高域信号相関値を用い、周波数をパラメータとして、前記第８の信号のパワーを表す前記第２のバンドエリミネーションフィルタの高域評価式を求める第２０の手段と、
前記高域評価式の値が小さくなる高域周波数の高域余弦値を求める第２４の手段と、
前記高域余弦値と高域閾値とを比較して前記高域余弦値が前記高域閾値の範囲内であれば、前記高域周波数を前記第３の周波数とする第２５の手段と、
前記第１４の手段は、
前記第１の周波数における前記低域余弦値を前記低域評価式に代入した低域評価値に低域定数を乗じ、乗じた値を前記第４のパワーとして出力する第２６の手段、
前記第４のパワーと前記第３のパワーを比べ、比べた結果を前記第３の信号を出力する第２７の手段と、
前記第１５の手段は、
前記第３の周波数における前記高域余弦値を前記高域評価式に代入した第１の高域評価値に高域定数を乗じ、乗じた値を第６のパワーとして出力する第２８の手段と、
前記第６のパワーと前記第５のパワーを比べ、比べた結果を前記第９の信号を出力する第２９の手段とを有すること
を特徴とするトーン信号検出器。 - 請求項２３記載のトーン信号検出器において、
前記第３の手段は、前記第３の信号が第１の閾値を上回り、前記第９の信号が第３の閾値を上回った場合に、ＤＴＭＦ信号として検出すること
を特徴とするトーン信号検出器。 - 請求項２３記載のトーン信号検出器において、
前記第３の手段は、前記第３の信号が第１の閾値を上回り、第１の閾値を上回る回数が第１の回数連続し、前記第９の信号が第２の閾値を上回り、第４の閾値を上回る回数が第２の回数連続した場合に、ＤＴＭＦ信号として検出すること
を特徴とするトーン信号検出器。 - 請求項２３記載のトーン信号検出器において、
前記第１のバンドエリミネーションフィルタ、および前記第２のバンドエリミネーションフィルタは、２次のＦＩＲバンドエリミネーションフィルタであり、
前記低域評価式、および前記高域評価式は、
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