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双音多频信号的产生和检测doc

时间:2026-01-29 08:54:44

 

  所谓双音多频(DTMF),就是用两个频率——行频和列频来表示电话机键盘上的一个数字。DTMF 电话的指令正在迅速的取代脉冲指令。除了在电话呼叫信号中使用外,DTMF 还广泛的使用在交互式控制应用,波器判断相应的数字或符号。另一种是用DFT(FFT)对双音多频信号进行频谱分析,由信号的幅度谱,判断信号的两个频率,最后确定相应的数字或符号。当检测的音频数目较少时,用滤波器组实现更合适。FFT是DFT的快速算法,但当DFT的变换区间较小时,FFT快速算法的效果并不明显,而且还要占用很多内存,因此不如直接用DFT合适。下面介绍Goertzel算法,这种算法的实质是直接计算DFT的一种线性滤波方法。这里略去Goertzel算法的介绍,可以直接调用MATLAB信号处理工具箱中戈泽尔算法的函数Goertzel,计算N点DFT的几个感兴趣的频点的值。

  xn是被变换的时域序列,用于DTMF信号检测时,xn就是DTMF信号的205个采样值。

  K是要求计算的DFT[xn]的频点序号向量,用N表示xn的长度,则要求1≤K≤N。由表2可知,如果只计算DTMF信号8个基频时,

  K=[18,20,22,24,31,34,35,38,39,42,43,47,61,67,74,82]。

  Xgk是变换结果向量,其中存放的是由K指定的频率点的DFT[x(n)]的值。设X(k)= DFT[x(n)],则。

  用DFT检测模拟DTMF信号所含有的两个音频频率,是一个用DFT对模拟信号进行频谱分析的问题。根据第三章用DFT对模拟信号进行谱分析的理论,确定三个参数:①采样频率,②DFT的变换点数N,③需要对信号的观察时间的长度。这三个参数不能随意选取,要根据对信号频谱分析的要求进行确定。这里对信号频谱分析也有三个要求: ①频率分辨率,②谱分析的频谱范围,③检测频率的准确性。

  观察要检测的8个频率,相邻间隔最小的是第一和第二个频率,间隔是73Hz,要求DFT最少能够分辨相隔73Hz的两个频率,即要求。DFT的分辨率和对信号的观察时间有关, 。考虑到可靠性,留有富裕量,要求按键的时间大于40ms。

  要检测的信号频率范围是697~1633Hz,但考虑到存在语音干扰,除了检测这8个频率外,还要检测它们的二次倍频的幅度大小,波形正常且干扰小的正弦波的二次倍频是很小的,如果发现二次谐波很大,则不能确定这是DTMF信号。这样频谱分析的频率范围为697~3266Hz。按照采样定理,最高频率不能超过折叠频率,即,。因为数字电线KHz,因此对频谱分析范围的要求是一定满足的。按照,=8KHz,算出对信号最少的采样点数为

  这是一个用DFT检测正弦波频率是否准确的问题。序列的N点DFT是对序列频谱函数在0~区间的N点等间隔采样,如果是一个周期序列,截取周期序列的整数倍周期,进行DFT,其采样点刚好在周期信号的频率上,DFT的幅度最大处就是信号的准确频率。分析这些DTMF信号,不可能经过采样得到周期序列,因此存在检测频率的准确性问题。

  DFT的频率采样点频率为(k=0,1,2,---,N-1),相应的模拟域采样点频率为(k=0,1,2,---,N-1),希望选择一个合适的N,使用该公式算出的能接近要检测的频率,或者用8个频率中的任一个频率代入公式中时,得到的k值最接近整数值,这样虽然用幅度最大点检测的频率有误差,但可以准确判断所对应的DTMF频率,即可以准确判断所对应的数字或符号。经过分析研究认为N=205是最好的。按照=8KHz,N=205,算出8个频率及其二次谐波对应k值,和k取整数时的频率误差见表2。

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