KR0149759B1 - 디지탈신호 처리칩을 이용한 디티엠프 검출기 및 구현방법 - Google Patents

디지탈신호 처리칩을 이용한 디티엠프 검출기 및 구현방법

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KR0149759B1
KR0149759B1 KR1019950042260A KR19950042260A KR0149759B1 KR 0149759 B1 KR0149759 B1 KR 0149759B1 KR 1019950042260 A KR1019950042260 A KR 1019950042260A KR 19950042260 A KR19950042260 A KR 19950042260A KR 0149759 B1 KR0149759 B1 KR 0149759B1
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Abstract

1. 청구 범위에 기재된 발명이 속한 기술분야:
DTMF검출기
2.발명이 해결하려고 하는 기술적 과제 :
단일 DSP칩을 사용하여 멀티채널의 DTMF신호의 검출을 실시간 처리해 주는 DTMF검출기 및 그 구현방법을 제공
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명의 DTMF검출기는 DSP칩내에 구현되며, PCM 데이타를 선형적인 데이타로 변환하는 PCM 신장수단과, 다수의 상관기들로 구성되며, 상기 선형적 데이타를 미리 설정된 다수의 기준신호와 상관도를 각각 취하여 DTMF신호의 주파수 대역에 대한 다수의 전력값을 검출하는 상관기수단과, 상기 선형적데이타의 전체전력값을 검출하는 전체전력검출수단과, 상기 상관기수단의 상관기들중 저주파대역 상관기의 출력전력들을 입력으로 저주파 최고전력값을 검출하는 저주파 최고전력 검출수단과, 상관기수단의 상관기들중 고주파대역 상관기의 출력전력들을 입력으로 고주파 최고전력값을 검출하는 고주파 최고전력 검출수단과, 상기 전체전력값과 저주파 최고전력값 및 고주파 최고전력 전력값 비교하여 입력된 데이타가 상기 DTMF신호인지를 결정하는 결정수단으로 구성한다.
4. 발명의 중요한 용도
페이징시스템의 숫자데이타 검출

Description

디지탈 신호처리칩을 이용한 디티앰프 검출기 및 그 구현방법
제1도는 종래의 DTMF검출기의 하드웨어 구성도.
제2도는 공지된 괴첼 알고리즘(Goertzel algorithm)을 보여주는 도면.
제3도는 DTMF검출기가 구현되어 있는 DSP보오드 및 그 주변 구성을 보여주는 도면.
제4도는 본 발명에 따라 DSP칩내 구현된 DTMF 검출기의 구성을 보여주는 도면.
제5도는 상관기부(22)내 각각의 상관들의 개념적인 구성을 보여주는 도면.
제6도는 본 발명에 적용되는 실제적인 상관기를 구현한 도면.
본 발명은 DTMF(Dual Tone Muti-Frequency) 검출기에 관한 것으로, 특히 DSP(Digital Signal Process)칩을 이용해 15채널을 DTMF 검출처리하는 DTMF 검출기 및 그 구현방법에 관한 것이다.
종래의 DTMF 검출기의 하드웨어 구성은 제1도와 같다. 제1도는, PCM 데이타를 선형적인 데이타(linear data)로 변환하는 PCM 신장부(2)와, DTMF신호에 대한 각각의 주파수 전력을 검출하는 각 DTMF주파수 전력검출부(4)와, DTMF신호의 전체전력을 검출하는 전체전력검출부(6)와, 각 DTMF주파수 전력검출부(4)와 전체전력검출부(6)에서 각각 검출한 전력값을 이용하여 입력된 신호가 DTMF신호인지를 결정하는 결정부(8)로 구성되어 있다. 이때 결정부(8)는 CCITT의 규격을 만족하도록 구성되어 있으며 이중검사(Twist check), 인터럽션검사, 그리고 신호가 순수한 DTMF신호인지 어떤지와 DTMF신호가 무슨 디지트인지를 판단하는 부분들을 포함하고 있다.
상기와 같은 종래의 DTMF검출기의 구성에서, 각 DTMF주파수 전력 검출부(4)는 입력된 DTMF신호에 대해 괴첼 알고리즘(Goertzel algorithm)을 적용한 2차 IIR필터(2nd order IIR filter)나 밴드패스 필터(Bandpass filter)를 이용하여 각 DTMF 주파수에 대한 전력을 구하도록 구현되어 있다. 괴첼 알고리즘(Goertzel algorithm)은 제2도와 같으며, 1989년 Prentice-Hall에서 발행된 Discrete Time Signal processing이라는 책 제목의 585-587페이지에 공지되어 있다.
각 DTMF주파수 전력검출부(4)에서 각 DTMF 주파수에 대한 전력이 구해지고 전체전력검출부(6)에서 DTMF신호의 전체전력이 구해지면 결정부(8)에서는 각 DTMF주파수에 대한 전력과 전체전력과의 비를 미리 정해진 임계치와 비교한다. 만약 각 DTMF 주파수에 대한 전력과 전체전력과의 비가 임계치보다 크면 이중레벨과 인터럽션을 검사하여 이에 모두 만족하면 DTMF신호로 판단한다.
그러나 상술한 바와 같은 종래의 DTMF 검출기에서 각 DTMF 주파수에 대한 전력을 구하는 각 DTMF주파수 전력검출부(4)가 괴첼 알고리즘(Goertzel algorithm)을 적용한 2차 IIR필터(2nd order IIR filter)나 밴드 패스 필터(Bandpass filter)를 이용하여 구현함으로써 DTMF 검출기의 총계산량이 증가한다. 이것은 괴첼 알고리즘을 적용한 2차 IIR필터나 밴드패스 필터를 사용한 계산량이 DTMF검출기내에서 가장 많은 부분을 차지하고 있기 때문이다. 따라서 종래의 DTMF 검출기는 멀티채널의 DTMF신호를 실시간처리해 주기 위해서 다수의 DSP칩을 사용하거나 혹은 큰 프로세싱 파워를 갖는 DSP칩을 사용하는 단점이 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 단일 DSP칩을 사용하여 멀티채널의 DTMF신호의 검출을 실시간 처리해 주는 DTMF검출기 및 그 구현방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 DTMF검출기가 가지고 있는 계산량의 문제점을 해결하는 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 DTMF 주파수의 전력을 구하는 부분을 상관기 구조를 갖는 필터로 구현한 DTMF검출기 및 그 구현방법을 제공하는데 있다.
상기한 목적에 따라, 종래의 DTMF 검출기가 가지고 있는 계산량의 문제점을 해결하기 위해서 본 발명에서는 각 DTMF 주파수의 전력을 구하는 부분을 상관기 구조를 갖는 필터로 구현한다. 그리고 단일 DSP칩으로 더많은 채널의 DTMF신호를 처리해 줄 수 있는 DTMF 검출알고리즘의 구현에 향한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
제3도는 DTMF검출기가 구현되어 있는 DSP보오드 및 그 주변 구성을 보여주고 있다. DSP보오드(10)내에는 4개의 DSP칩으로 구성되어 있다. 그중 DTMF검출기로 구현된 DSP칩은 2개로서, 참조번호12로 점선표시된 DSP1,DSP2이다. 하나의 DSP칩은 15채널을 처리할 수 있는 용량으로 구현된다.
상기 DSP칩은 25MIPS의 스피드를 갖는 TMS320C31 플로팅 포인트(floating point)DSP 칩을 사용할 수 있으며 DTMF신호를 리얼 타임으로 처리한다.
DSP보오드(10)의 각 DSP에는 50MHz의 DSP 클럭과 200Hz의 시스템 클럭 그리고 1KHz의 타이머 클럭이 공급된다. 각 DSP는 CPU(MC68030)와의 통신을 위해 타이머 인터럽트를 이용하여 CPU(16)(예를들면, MC68030)의 제어에 따라 부여된 일을 수행한다. 호가 완성된 후 DSP1,2(12)는 DTMF신호를 검출하기 위한 모드로 전환된다. 그후 E1라인을 통하여 들어오는 PCM데이타를 5msec마다 한번씩 처리한다.
E1 디지탈 트렁크를 통해 들어오는 PCM 데이타는 프레임머(Framer)칩(18)을 경유하여 DSP 시리얼포트로 들어온다. 이때 DSP1,2(12)는 E1라인의 30채널중 15채널의 음성(voice)채널로 들어오는 신호를 입력으로 DTMF신호를 검출한다. DTMF 검출기의 알고리즘은 SRAM에 있으며, 검출시 DPRAM(14)을 통하여 CPU의 제어를 받는다.
제4도는 본 발명에 따른 DTMF검출기의 구성을 보여주고 있다. 상기 DTMF검출기의 구성은 DSP1,2내에 구현되어 있다.
PCM신장부(20)는 PCM데이터를 선형적인 데이타(linear data)로 변환한다. 상관기부(22)는 DTMF신호 각각의 주파수 전력을 검출한다. 전체 전력검출부(28)는 신호의 전체전력을 검출한다. 저주파 최고전력 검출부(24)는 상관기부(22)의 상관기들중 저주파대역의 주파수들에 대한 최고 전력을 검출한다. 고주파 최고전력 검출부(26)는 상관기부(22)의 상관기들중 고주대역의 주파수들에 대한 최고 전력을 검출한다. 그리고 결정부(30)는 전체전력검출부(28), 저주파 최고전력 검출부(24), 고주파 최고전력 검출부(26)로부터 출력되는 전력값들을 이용하여 신호가 DTMF신호인지를 결정한다. 상기 결정부(30)는 CCITT의 규격을 만족하도록 구성되어 있으며 이중검사(Twist check), 인터럽션검사, 그리고 신호가 순수한 DTMF신호인지를 판단하는 부분들을 포함하고 있다.
지금, 제3도 및 제4도를 참조하면, T1/E1 라인으로 들어와 프레임머(18)를 통과한 PCM 데이타(DTMF신호 포함됨)는 μ-law또는 A-law로 압축되어 있다. 압축된 신호는 각 DSP칩으로 인가된다. 따라서 제4도의 PCM신장부(20)는 이를 DSP칩 내부에서 처리할 수 있도록 선형적인 PCM 데이타로 신장시킨다. 이때 데이타 신장을 위해 28개의 변환용 테이블일 사용된다. PCM신장부(20)에서 신장된 PCM데이타는 상관기부(22)내 각각의 상관기들에 인가되고 전체 전력검출부(28)에 인가된다. 상관기부(22)는 28개의 상관기들로 구성되면 PCM신장부(20)로부터 출력되는 PCM신호에서 DTMF신호 각각의 주파수 전력을 검출한다.
제5도는 상관기부(22)내 각각의 상관기들의 개념적인 구성을 보여주는 도면이다. 제5도와 같은 상관기의 구성은 넌-코히어런트 검출기 구조이다.
상기 상관기의 구조는 하기의 식(1)로 표현된다.
여기서, r(t)는 입력 신호이고, q2는 출력신호이며, w1은 각 상관기에서 검출하기 위한 기준주파수이다. 이때 출력신호 q2는 입력신호 r(t)의 위상(phase)와는 무관한 함수이다.
이때 상기 입력신호 r(t)를 식(2)와 같이 주파수가 w2이고 위상이 θ이라고 놓으면 출력신호 q2는 식 (3)과 같이 된다.
여기서
식 (3)에서 출력신호 q2은 입력신호 r(t)의 주파수 w2와 기준신호의 주파수 w1의 차이인 (w2-w1)의 함수이고 SINC함수의 출력을 갖게 되며 입력신호 r(t)의 주파수 w1에서의 전력으로 정의된다.
제6도는 본 발명에 따라 실제적인 하나의 상관기를 DSP칩에 구현한 도면이다. 그 구성은 제1, 제2 계산부(40,42), 제1, 제2버퍼링부(44,46), 제1, 제2합산부(48,50), 제1,제2 절대치 제곱부(52,54)및 제3합산부(56)로 이루어 진다. 상기 상관기의 출력(즉, 넌-코히어런트 검출기 출력)은 이산적인 시간영역에서의 값으로서 하기 식(4)와 같다.
여기서 샘플링주파수가 8KHz라고 하면, fs는 8000이고 N은 8000T에 해당하는 길이이다.
상기와 같은 구성의 상관기는 하나의 DSP칩내 28개가 존재한다. 이것은 DTMF신호의 모든 디지트를 검출하기 위해서이다. 이때 각각의 상관기에는 28개의 기준주파수 w1이 인가된다.
이러한 구성으로 DSP에 구현된 상관기부(22)의 동작을 설명한다. DSP는 5msec마다 인터럽트가 걸리며 각각의 상관기는 이때 들어오는 5msec의 데이타를 가지고 사인파 기준데이타(sine reference data), 코사인파 기준데이타(cosine reference data)와 상관을 취한다. 기준사인파 데이타(Reference sine data)와 코사인파 데이타(cosine data)는 SRAM에 테이블로 만들어져 있다.
만들어진 테이블은 하기 표1에 도시되어 있다. 하기 표1에서 697Hz주파수 신호를 CCITT 스펙의 허용오차(tolerance)를 만족하면서 검출하기 위해서는 690.646973Hz의 기준데이타와 703.29699Hz의 기준데이타를 사용한다. 상기 690.646973Hz 신호의 경우에는 테이블당 139개의 데이타로 연속적인 사인파(continuous sine wave)를 만들 수 있다. 각 테이블의 데이타 갯수를 구하는 방법은 다음과 같다.
샘플링주파수가 8KHz라고 하면,
그러므로 690.646973Hz신호의 경우 한 테이블에 139개의 데이타 갯수로도 연속적인 사인파를 만들 수 있다는 것으로 결론 지어진다. 하기 표1은 DTMF신호 각각의 주파수를 검출하기 위해 사용한 기준주파수 및 각 테이블 데이타 갯수를 구체적으로 보여주고 있다. 이때 사용한 기준 주파수는 28개 임을 볼수 있다.
각 상관기는 표1에서 만들어진 테이블을 이용하여 5msec단위로 제1, 제2계산부 (40,42)에서 상관도(correlation)를 취하며 이를 8개의 버퍼로 구성된 버퍼링부(44,46)에서 버퍼링한다. 그후 각각의 버퍼에 저장된 값을 제1,제2 합산부(48,50)에서 합산하고, 절대치제곱부(52,54)에서 절대치 제곱되고 제3합산부(56)에서 합산하여 출력한다. 이때 상관기에서 소요되는 시간은 40msec(5msec × 8개의 버퍼)로서 CCITT권고안에서 권고하는 규정내에 있다.
상기와 같이 동작하는 28개의 상관기를 통하여 각 기준주파수에 대한 전력이 구해진다. 상기 전력은 저주파 최고전력검출기(24) 및 고주파 최고 전력 검출기(26)에 인가된다. 저주파 최고전력검출기(24)에 인가되는 전력들은 저주파대역의 기준주파수와 상관도를 취한 상관기들에서 출력되는 것이다. 그리고 고주파 최고전력검출기(26)에 인가되는 전력들은 고주파대역의 기준주파수와 상관도를 취한 상관기들에서 출력되는 것이다.
따라서 저주파 최고전력 검출기(24)는 인가되는 저주파대역의 전력중에서 최고의 전력을 검출하고, 고주파 최고전력 검출기(26)는 인가되고 고주파대역의 전력중에서 최고의 전력을 검출한다. 각각의 검출에 따라 저주파 최고전력 검출기(24)는 저주파 대역의 최대 전력 E을, 고주파 최고 전력 검출기(26)는 고주파 대역의 최대 전력 E를 결정부(30)로 출력한다.
한편, 전체 전력검출부(28)는 입력신호 r(t)의 40msec 전체전력 E를 구하여 결정부(30)로 출력한다. 전체전력 E를 구하는 식은 하기 식(5)와 같다.
여기서 N=320이다.
결정부(30)는 DTMF신호의 주파수를 검출하기 위해 전체전력 ET과, 저주파 대역 및 고주파 대역의 최대 전력 EL, EH간의 비를 미리 설정된 임계치와 비교한다. 그 식은 하기(6)과 같다.
여기서, 160은 스케일링 펙터이다. 상기 식(6)을 만족하면 DTMF신호가 된다.
또한 상기 결정부(30)는 이중검사(TWIST CHECK)도 수행한다.
DTMF신호는 저주파 대역의 전력레벨 EL은 고주파 대역의 전력레벨 EH와 레벨 차이를 갖게 되는데 그 차이가 6dB를 벗어나면 안된다. 그 식은 하기 (7)과 같다.
또한 상기 결정부(30)는 검출한 DTMF신호가 순수한 사인파인지 아닌지를 판단하기 위해 다음의 판단식 (9)를 이용한다.
여기서 PL35는 고주파수 대역 중의 최대 상관기 출력과 저주파수 대역중의 최대 상관기 출력중 작은 값이며 5msec씩의 8개 빈(bin)에서 첫번째 빈(bin)과 마지막 빈(bin)중 큰 값은 제외한 7개 빈(bin) 즉 35msec의 상관기 출력이다. 여기서 빈(bin)이라 함은 5msec시간단위 버퍼의 출력값이다. 그리고 PL5는 그 7개 빈(bin)의 상관기 출력의 평균 값이다. 여기서 35msec의 상관기값만을 가지고 비교하는 것은 신호 듀레이션(signal duration)이 8개 빈(bin)중 첫번째 빈(bin)의 5msec 중간에서 시작하는 경우와 8번째 빈(bin)의 5msec 중간에서 끝나는 경우에 대비해서이다.
또한 결정부(30)는 안터럽션 검사도 수행한다. DTMF 검출기는 인터럽션(interruption)된 DTMF신호에 대해서는 검출하지 말아야 하며 이는 검출된 40msec 전력과 각 5msec 빈(bin)의 전력비로써 판단하며 그 식은 하기 (10)과 같다.
여기서 BL과 BH는 각각 저주파와 고주파의 5msec 상관기 출력이고 PL35는 35msec 상관기 출력이다. 식(10)은 5msec 7개 빈(bin)에 각각 적용되어 7개 빈(bin)이 모두 식(10)에 만족하면 DTMF신호가 인터럽션(interruption)되지 않았다고 판단한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 검출기는 DSP칩 하나로 15채널의 DTMF신호를 실시간으로 검출할 수 있으므로 하나의 E1의 DTMF 신호를 2개의 DSP칩을 사용하여 실시간으로 처리 할 수 있다. 또한 본 DTMF검출기는 DSP의 프로세싱 파워(processing power)도 기존의 DTMF 검출기에 비해 적게 요구되며, 음성신호에 대한 면역성(immunity)도 강해 Mitel CM7291 테스트테이프를 이용한 토크-오프 레이트 테스트(talk-off rate test: 30분 동안 끊임없이 일정한 속도로 계속해서 이야기하는 환경에서 음성이 DTMF신호로 검사되는 횟수를 체크하는 성능시험으로서 체크 횟수가 15번이내에 들면 정상)에서도 3번 이하의 성능을 가졌다.

Claims (6)

  1. DTMF검출기에 있어서, PCM데이타를 선형적인 데이타로 변환하는 PCM 신장수단과, 다수의 상관기들로 구성되며, 상기 선형적 데이타를 미리 설정된 다수의 기준신호와 상관도를 각각 취하여 DTMF신호의 주파수 대역에 대한 다수의 전력값을 검출하는 상관기수단과, 상기 선형적데이타의 전체전력값을 검출하는 전체전력검출수단과, 상기 상관기수단의 상관기들중 저주파대역 상관기의 출력전력들을 입력으로 저주파 최고전력값을 검출하는 저주파 최고전력 검출수단과, 상관기수단의 상관기들중 고주파대역 상관기의 출력전력들을 입력으로 고주파 최고전력값을 검출하는 고주파 최고전력 검출수단과, 상기 전체전력값과 저주파 최고전력값 및 고주파 최고전력 전력값 비교하여 입력된 데이타가 상기 DTMF 신호인지를 결정하는 결정수단으로 구성함을 특징으로 하는 DTMF검출기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 상관기수단의 각 상관기는 하기 식을 이용하여 각각의 주파수 전력을 검출함을 특징으로 하는 DTMF검출기.
    여기서 r(t)=sin(w2t+θ) r(t)는 입력신호, q2는 출력신호, w1는 각 상관기에서 검출하기 위한 기준주파수, w2는 입력신호 r(t)의 주파수, θ는 r(t)의 위상.
  3. 제2항에 있어서, 상기 상관기수단은 28개의 상관기로 구성함을 특징으로 하는 DTMF검출기.
  4. 제1항에 있어서, 상관기수단의 상관기는 넌-히어런트 검출기 구조로 구성함을 특징으로 하는 DTMF검출기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 DTMF검출기는 DSP칩으로 구현됨을 특징으로 하는 DTMF검출기.
  6. DTMF검출기 구현방법에 있어서, PCM데이타를 선형적인 데이타로 변환하는 PCM 신장과정과, 상기 선형적 데이타를 미리 설정된 다수의 기준신호와 상관도를 각각 취하여 DTMF신호의 주파수 대역에 대한 다수의 전력값을 검출하는 각주파수 전력검출과정과, 상기 선형적데이타의 전체전력값을 검출하는 전체전력검출과정과, 상기 각 주파수 전력검출과정에서 검출된 전력값중 저주파대역의 출력전력들을 입력으로 고주파 최고전력값을 검출하는 고주파 최고전력 검출과정과, 상기 각 주파수 전력검출과정에서 검출된 전력값중 고주파대역의 출력전력들을 입력으로 고주파 최고전력값을 검출하는 고주파 최고전력 검출과정과, 상기 전체전력값과 저주파 최고전력값 및 고주파 최고전력 전력값 비교하여 입력된 데이타가 상기 DTMF신호인지를 결정하는 결정과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 방법.
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