KR100248002B1 - Dtmf detection device using correlation method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 상관기법을 이용한 DTMF 검출기를 개시한다.The present invention discloses a DTMF detector using a correlation technique.
본 발명에 따른 상관기법을 이용하는 DTMF 검출기는 검출하고자 하는 전화기 톤의 행과 열의 각 주파수마다 π/3의 위상차이를 갖는 세 개의 참조신호를 저장하며 순차적으로 리드하는 메모리부; 수신신호와 상기 메모리부에서 리드된 상기 참조신호를 상관시키는 상관기; 상기 상관기로부터 유입된 상기 각 주파수에 대하여 상관된 값들을 가산한 다음 가장 큰 값의 신호를 선택하는 가산/최대값선택부; 상기 가산/최대값선택부에서 선택된 상기 신호가 소정의 레벨 이상이면 상기 신호를 출력하는 레벨비교기; 및 상기 레벨비교기에서 출력된 상기 신호에 대한 톤의 번호와 유효신호여부를 판단하는 판단부를 포함함을 특징으로 한다.The DTMF detector using the correlation technique according to the present invention comprises: a memory unit for sequentially storing and reading three reference signals having a phase difference of π / 3 for each frequency of a row and a column of telephone tones to be detected; A correlator for correlating a received signal with the reference signal read from the memory unit; An adder / maximum value selector which adds correlated values for each frequency introduced from the correlator and then selects a signal having the largest value; A level comparator for outputting the signal when the signal selected by the addition / maximum value selecting unit is equal to or greater than a predetermined level; And a determination unit for determining a tone number and a valid signal for the signal output from the level comparator.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 참조신호의 데이터수를 DTMF 주파수마다 소정의 다른 크기로 설정하여 후속되는 프레임을 처리할 때 위상이 연속적으로 변하게 하고 주파수마다 상관값을 가산한 후 최대값의 상관값을 선택함으로써 보다 정확하게 DTMF 톤을 검출할 수 있다.As described above, according to the present invention, the number of data of the reference signal is set to a predetermined different size for each DTMF frequency so that the phase changes continuously when processing subsequent frames, and the correlation value of the maximum value is added after adding the correlation value for each frequency. By selecting, you can detect DTMF tones more accurately.
Description
본 발명은 DTMF(dual tone multifrequency) 검출기에 관한 것으로서, 특히 상관기법을 이용한 DTMF 검출기에 관한 것이다.The present invention relates to a dual tone multifrequency (DTMF) detector, and more particularly to a DTMF detector using a correlation technique.
일반적으로 공중전화망에서는 사용자가 전화번호 버튼을 눌렀을 경우에 수신측의 전화기와의 접속을 위한 시그날링 방법으로 DTMF를 사용한다. 이러한, DTMF 시그날링은 벨연구소(Bell Lab.)에서 개발되어 AT&T사에 의해 널리 사용되고 있다.In general, the public telephone network uses DTMF as a signaling method for connecting to the receiving telephone when the user presses the telephone number button. DTMF signaling is developed by Bell Labs and is widely used by AT & T.
DTMF를 이용하는 전화기의 각 버튼에 따른 주파수는 도 1에 도시된 바와 같이 4개의 행 주파수는 각 697KHz, 770KHz, 852KHz, 941KHz로서 1KHz 이하의 저주파 대역의 주파수로 설정되고, 4개의 열 주파수는 각 1209KHz, 1336KHz, 1477KHz, 1633KHz로서 1KHz와 2KHz 사이의 고주파 대역의 주파수로 설정되어 있다. 여기서, 전화기의 각 버튼의 심볼은 매트릭스 교차점의 행과 열의 주파수의 합으로 구성된다.As shown in Fig. 1, the four row frequencies are 697 KHz, 770 KHz, 852 KHz, and 941 KHz, respectively, and the frequency of the low frequency band of 1 KHz or less is set, and the four column frequencies are 1209 KHz, respectively. , 1336 KHz, 1477 KHz, and 1633 KHz are set to frequencies in the high frequency band between 1 KHz and 2 KHz. Here, the symbol of each button of the telephone consists of the sum of the frequencies of the rows and columns of the matrix intersection.
전화기의 버튼을 눌렀을 경우에 DTMF를 검출하기 위한 일반적인 방법은 수신된 신호로부터 8개의 주파수 신호에 대해 에너지를 계산하며, 이러한 각 주파수 신호에 대한 에너지를 계산하기 위하여는 FFT(fast fourier transform), DFT(discrete fourier transform) 그리고 대역통과필터 등이 사용된다.A common method for detecting DTMF when a button on the phone is pressed is to calculate energy for eight frequency signals from the received signal, and to calculate energy for each of these frequency signals, fast fourier transform (FFT), DFT (discrete fourier transform) and bandpass filters are used.
FFT를 이용하는 경우 행과 열의 8개 주파수를 검출하기 위해서는 256개의 샘플을 필요로 하며, 이 경우 256개의 주파수의 각 신호에 대한 에너지를 계산하게 된다. DTMF 검출을 위해 8개의 주파수만 사용됨으로써, 효율적이지만 복소수를 계산해야하는 문제점이 있다.When using FFT, 256 samples are required to detect eight frequencies of a row and a column. In this case, energy for each signal of 256 frequencies is calculated. Since only eight frequencies are used for DTMF detection, there is a problem in that a complex number needs to be calculated.
반면, 대역통과필터를 이용하는 방법에서는 복소수의 계산이 필요없다는 장점이 있다. 상기 대역통과필터를 이용한 DTMF검출 알고리듬은 먼저 대역통과필터를 통하여 8개의 주파수 신호에 대한 에너지와 전체 에너지를 산출한 다음, 8개의 대역통과필터를 거친 각 주파수를 갖는 신호의 에너지 중에서 고주파 대역과 저주파 대역에서 각각의 최대 에너지를 구한다. 전체에너지와 각 대역의 최대 에너지간의 비율을 측정하여 톤의 존재여부를 판단한 후, 톤신호가 존재하는 경우에는 유지기간 등을 검사한다. 톤신호의 유지기간, 정지기간 등의 모든 조건을 만족하면 비로소 DTMF의 검출작업을 완료하게 된다.On the other hand, the method of using the bandpass filter has the advantage that the calculation of the complex number is not necessary. The DTMF detection algorithm using the bandpass filter first calculates the energy and total energy of the eight frequency signals through the bandpass filter, and then the high frequency band and the low frequency among the energy of the signal having each frequency through the eight bandpass filters. Find the maximum energy of each in the band. After determining the presence of tone by measuring the ratio between total energy and the maximum energy of each band, if the tone signal is present, check the maintenance period. When all the conditions, such as the tone signal holding period and the stopping period, are satisfied, the DTMF detection operation is completed.
한편, 상관기법을 이용한 DTMF 검출방법으로 다양한 방법들이 연구되고 있으며, 이 중 수신된 신호를 검출하고자 하는 주파수의 정현(sine), 여현(cosine)신호와 상관시키는 방법이 있으며, 또한 이 상관방법에 대한 알고리듬의 복잡도를 줄이기 위한 여러 가지 방법이 제안되어 왔다.On the other hand, various methods have been studied as a DTMF detection method using a correlation method, and among them, there is a method of correlating a received signal with a sine and cosine signal of a frequency to be detected. Several methods have been proposed to reduce the complexity of the algorithm.
도 2는 종래의 상관기법을 이용한 DTMF 검출방법중 에킨시(A.S. Ekinci)에 의해 제안된 방식을 이용한 DTMF 검출기를 설명하기 위한 블록도이다.FIG. 2 is a block diagram illustrating a DTMF detector using a method proposed by A.S. Ekinci among DTMF detection methods using a conventional correlation technique.
도 2에서, 롬(ROM: read only memory)(21)에는 검출하고자 하는 전화기 톤의 행과 열의 각 주파수마다 π/3의 위상차이를 갖는 세 개의 sine 신호인 sgn(sin2πf0t), sgn(sin2πf0t+π/3), sgn(sin2πf0t+2π/3)가 저장되어 있으며 각 참조신호들은 소정의 주기(예컨대 125usec)로 샘플링된 데이터의 크기가 100으로 고정되어 있다.In FIG. 2, a read only memory (ROM) 21 includes three sine signals having a phase difference of π / 3 for each frequency of a row and a column of telephone tones to be detected, sgn (sin2πf 0 t) and sgn ( sin2πf 0 t + π / 3) and sgn (sin2πf 0 t + 2π / 3) are stored, and each reference signal has a fixed size of 100 sampled data at a predetermined period (for example, 125usec).
외부에서 유입되는 클락에 의해 카운터(20)가 동작되어 행과 열에 대한 참조신호를 상관기(22)에 출력한다. 이때 또한 미도시된 입력레지스터에 일시 저장되어 있는 수신신호가 상관기(22)에 출력된다. 상관기(22)는 참조신호와 수신신호를 유입하여, 수신된 신호와 주파수의 π/3의 위상차이를 갖는 세 개의 sine 신호들인 sgn(sin2πf0t), sgn(sin2πf0t+π/3), sgn(sin2πf0t+2π/3) 신호를 상관시킨다.The
여기서 sgn은 다음 수학식 1과 같이 정의된다.Where sgn is defined as in
상관기(22)에서 상관된 값은 절대/최대값선택부(23)에서 3개의 위상에 대하여 누적된 상관값의 절대값 중에서 최대값을 갖는 톤신호를 선택한다. 이러한 연산을 행과 열에 할당된 8개의 주파수에 대하여 수행한다. 레벨비교기(25)는 상기 상관된 값의 최대치를 갖는 신호가 소정의 문턱값과 비교하여 높을 경우 판단부(26)에 출력한다. 판단부(26)는 레벨비교기(25)에 의해 결정된 신호에 대하여 연속적인 프레임의 개수를 카운트하여 온타임을 체크하고, 거절된 프레임의 개수를 카운트하여 오프타임을 체크하여 최종적으로 검출된 톤의 번호와 수신된 신호가 유효한지를 판단한다.The value correlated in the
이러한 Ekinci에 의해 제안된 상관기법에서는 100개의 수신데이터를 하나의 프레임으로 정의하여 3개의 연속된 프레임에서 같은 톤이 검출된 다음 연속하여 3개의 프레임에서 톤이 검출되지 않으면 DTMF 톤이 검출된 것으로 판단한다. 한편, 전력레벨검출부(24)는 수신신호의 전력을 검출하여 판단부(26)에 출력하면 판단부(26)는 유입된 검출된 전력이 기준값 이하일 경우에는 톤신호를 무효화한다.In the correlation method proposed by Ekinci, 100 received data are defined as one frame, and if the same tone is detected in three consecutive frames, then DTMF tones are detected if the tones are not detected in three consecutive frames. do. On the other hand, if the
그러나, 종래의 Ekinci의 상관기법에 의한 DTMF 검출기는 수신된 신호의 위상오차에 민감하게 작용할 뿐만 아니라 수신된 주파수의 배수가 샘플링 주파수와 거의 일치하는 경우 문턱값을 적절하게 설정하기가 곤란하였으며, 또한 ROM(21)에 저장된 각 주파수에 대한 참조신호의 데이터의 크기는 주파수에 상관없이 한 프레임당 100으로 고정되어, 고정된 프레임단위로 상관시킬 때 위상 변동이 심할 경우가 있고 이에 따라 DTMF 검출이 바람직하게 이루어지지 못하였다.However, the DTMF detector by the conventional Ekinci's correlation technique is sensitive to the phase error of the received signal, and it is difficult to properly set the threshold value when the multiple of the received frequency almost matches the sampling frequency. The size of the data of the reference signal stored in the
도 3은 도 2에 도시된 DTMF 검출기에서 주파수 1633Hz에 대한 상관기(22)의 출력을 나타낸 것이다. DTMF 톤을 검출하는 데 있어서 ±1.5%의 오차가 허용되며 따라서, 동작허용 주파수는 1608.5hz 내지 1657.48Hz가 된다. 그러나, 도 3에 도시된 바와 같이 1633Hz를 기준으로 상관을 취한 값이 비대칭이기 때문에 문턱값을 1633Hz보다 낮은 주파수를 기준으로 설정하면 1663Hz보다 크고 1657.48Hz보다 작거나 같은 주파수를 무시할 수 있고, 또한 그 반대의 경우에는 1608.5Hz보다 크게 낮은 주파수를 인식하는 문제점이 있었다.FIG. 3 shows the output of the
따라서, 이러한 DTMF 검출기는 수신된 신호의 위상오차에 민감할 뿐만 아니라 수신된 주파수의 배수가 샘플링 주파수와 거의 일치하는 경우에는 문턱값을 적절하게 설정할 수 없기 때문에 톤 신호를 적절하게 검출할 수 없다.Therefore, such a DTMF detector is not only sensitive to the phase error of the received signal, but also cannot detect the tone signal properly because the threshold cannot be properly set when the multiple of the received frequency almost matches the sampling frequency.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 위상오차에 보다 안정적으로 동작하며, 톤 신호를 보다 정확하게 검출할 수 있는 DTMF 검출기를 제공하는 데 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a DTMF detector capable of more stably operating on a phase error and more accurately detecting a tone signal.
도 1은 DTMF를 이용하는 전화기의 각 버튼에 따른 주파수를 보인다.1 shows frequencies according to each button of a telephone using DTMF.
도 2는 종래의 상관기법을 이용한 에킨시에 의해 제안된 DTMF 검출기를 설명하기 위한 블록도이다.2 is a block diagram illustrating a DTMF detector proposed by Ekinsey using a conventional correlation technique.
도 3은 도 2에 도시된 DTMF 검출기에서 주파수 1633Hz에 대하여 상관된 값을 도시한 그래프이다.FIG. 3 is a graph showing values correlated to a frequency of 1633 Hz in the DTMF detector shown in FIG. 2.
도 4는 본 발명에 따른 상관기법을 이용한 DTMF 검출기를 설명하기 위한 블록도이다.4 is a block diagram illustrating a DTMF detector using a correlation technique according to the present invention.
도 5는 도 2에 도시된 가산/최대값선택부에서 π/3씩 위상차를 갖는 참조신호의 상관값과 서로 가산한 값을 도시한 그래프이다.FIG. 5 is a graph illustrating a correlation value of a reference signal having a phase difference by π / 3 and a value added to each other in the addition / maximum value selection unit shown in FIG. 2.
도 6 및 도 7은 각각 도 4에 도시된 검출기의 수신된 신호에서 검출되는 DTMF 톤들의 시간축에 따른 신호의 크기를 도시한 그래프이다.6 and 7 are graphs showing the magnitude of a signal along the time axis of DTMF tones detected in the received signal of the detector shown in FIG. 4, respectively.
도 8은 도 4에 도시된 검출기에서 주파수 1633Hz에 대한 상관값을 보이는 그래프이다.FIG. 8 is a graph showing a correlation value for a frequency of 1633 Hz in the detector shown in FIG. 4.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한, 상관기법을 이용하는 DTMF 검출기에 있어서, 검출하고자 하는 전화기 톤의 행과 열의 각 주파수마다 π/3의 위상차이를 갖는 참조신호를 저장하여 순차적으로 리드하는 메모리부; 수신신호와 상기 메모리부에서 리드된 상기 참조신호를 상관시키는 상관기; 상기 상관기로부터 유입된 상기 각 주파수에 대하여 상관된 값들을 가산한 다음 가장 큰 값의 신호를 선택하는 가산/최대값선택부; 상기 가산/최대값선택부에서 선택된 상기 신호가 소정의 레벨 이상이면 상기 신호를 출력하는 레벨비교기; 및 상기 레벨비교기에서 출력된 상기 신호에 대한 톤의 번호와 유효신호여부를 판단하는 판단부를 포함함을 특징으로 한다.In the DTMF detector using the correlation technique according to the present invention for achieving the above object, a reference signal having a phase difference of π / 3 for each frequency of a row and a column of telephone tones to be detected is stored and read sequentially. A memory unit; A correlator for correlating a received signal with the reference signal read from the memory unit; An adder / maximum value selector which adds correlated values for each frequency introduced from the correlator and then selects a signal having the largest value; A level comparator for outputting the signal when the signal selected by the addition / maximum value selecting unit is equal to or greater than a predetermined level; And a determination unit for determining a tone number and a valid signal for the signal output from the level comparator.
또한 바람직하게는 상기 메모리부에 저장된 톤의 행과 열의 각 주파수에 대한 상기 참조신호의 데이터 크기는 주파수에 따라 다른 소정의 값으로 설정된다.Further, preferably, the data size of the reference signal for each frequency of the rows and columns of tones stored in the memory unit is set to a predetermined value different according to the frequency.
또한, 상기 메모리부는 클락을 유입하여 카운트값을 출력하는 카운터와 카운트값에 따라 저장된 상기 참조신호를 순차적으로 리드하는 출력하는 ROM으로 구비됨을 특징으로 한다.The memory unit may include a counter for introducing a clock to output a count value and a ROM for sequentially reading the stored reference signal according to the count value.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명에 따른 DTMF 검출기를 설명하기 위한 블록도이다.4 is a block diagram illustrating a DTMF detector according to the present invention.
클락을 유입하여 카운트하는 카운터(40)와 카운트된 값에 따라 순차적으로 전화기 톤의 행과 열의 각 주파수마다 π/3의 위상차이를 갖는 참조신호를 리드하는 ROM(41)을 구비하는 메모리부(41)와 수신신호와 메모리부(41)에서 리드된 참조신호를 상관시키는 상관기(43), 상관기(43)로부터 상기 각 주파수에 대하여 상관된 값들을 가산한 다음 가장 큰 값의 신호를 선택하는 가산/최대값선택부(44), 수신된 신호의 전력레벨을 검출하는 전력레벨검출부(45), 상기 가산/최대값선택부(44)에서 선택된 상기 신호가 소정의 레벨이상인지를 비교하여 상기 신호를 출력하는 레벨비교기(46) 및 레벨비교기(46)에서 출력된 상기 신호에 대한 톤의 번호와 유효신호여부를 판단하는 판단부(47)를 구비한다.A memory section including a
도 4에 도시된 구성에 따른 동작을 살펴보면, 카운터(40)와 ROM(41)과 상관기(43)는 도 2에 도시된 DTMF 검출기의 구성요소와 동일한 기능을 수행한다. 그러나, 각 주파수마다 3개의 π/3의 위상차이를 갖는 참조신호에 대한 데이터의 크기와 프레임의 크기는 ROM(41)에 아래 표 1과 같이 저장된다.Referring to the operation according to the configuration shown in FIG. 4, the
표 1에 나타난 바와 같이 각 주파수에 대한 참조신호의 데이터 크기를 다르게 함으로써, 하나의 프레임을 처리한 후 다음 프레임을 처리하는 데 있어서, 위상의 변화가 연속적으로 되어 DTMF 검출시의 오류를 줄인다.By varying the data size of the reference signal for each frequency, as shown in Table 1, in processing one frame and then processing the next frame, the phase change is continuous to reduce errors in DTMF detection.
가산/최대값선택부(44)는 수신신호와 상관기(43)에서 출력되는 상관값을 유입하여 주파수마다 3개의 위상에 대한 상관값들을 가산하여 가장 큰 값의 상관값을 선택하여 출력한다. 이 후 검출단계는 도 2에 도시된 종래의 검출기와 동일하게 처리단계를 거쳐 DTMF를 검출한다.The adder /
이때, 가산/최대값선택부(44)에서 상관값들을 가산하여 최대값을 설정하는 효과는 도 5에서 잘 나타나 있다.In this case, the effect of setting the maximum value by adding the correlation values in the addition / maximum
도 5는 본 발명에 따른 π/3씩 위상차를 갖는 참조신호 위상(a, b, c)과 이 위상에 대하여 상관관계의 값을 가산한 가산신호(d)의 위상을 보이며, 도 5에서 도시된 바와 같이 가산된 신호가 위상차에 따라 오류가 민감하지 않음을 알 수 있다. 이에 따라 수신되는 신호의 위상은 랜덤하게 변하므로 3개의 참조신호 위상과 약간이라도 일치하지 않으면, 상관기(43)의 출력에서 최대값은 작게 나타나지만 상관한 값의 결과를 합하면 위상이 다소 변하더라도 가산된 결과는 크게 변화지 않음을 알 수 있다.FIG. 5 shows phases of reference signal phases (a, b, c) having a phase difference of π / 3 according to the present invention and an addition signal d obtained by adding correlation values to the phases, as shown in FIG. As can be seen, the added signal is not sensitive to errors depending on the phase difference. Accordingly, since the phase of the received signal changes randomly, if the phases of the three reference signals are slightly different from each other, the maximum value is small at the output of the
도 6 및 도 7은 각각 도 4에 도시된 검출기의 수신된 신호에서 검출되는 DTMF 톤들의 시간축에 따른 신호의 크기를 도시한 그래프이다.6 and 7 are graphs showing the magnitude of a signal along the time axis of DTMF tones detected in the received signal of the detector shown in FIG. 4, respectively.
도 8은 종래의 도 3에 도시된 상관값과 비교하여 본 발명에 의한 주파수 1633Hz에 대한 상관값의 그래프가 대칭으로 양호하게 나타남을 보인다.FIG. 8 shows that the graph of the correlation value for the
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 참조신호의 데이터수를 DTMF 주파수마다 소정의 다른 크기로 설정하여 후속되는 프레임을 처리할 때 위상이 연속적으로 변하게 하고 주파수마다 상관값을 가산한 후 최대값의 상관값을 선택함으로써 보다 정확하게 DTMF 톤을 검출할 수 있다.As described above, according to the present invention, the number of data of the reference signal is set to a predetermined different size for each DTMF frequency so that the phase changes continuously when processing subsequent frames, and the correlation value of the maximum value is added after adding the correlation value for each frequency. By selecting, you can detect DTMF tones more accurately.
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