双音频DTMF信号的产生与检测2文档格式.docx

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指导教师

学部

计算机科学与电气工程

答辩日期

2012年5月19日

黑龙江东方学院本科生毕业论文（设计）任务书

姓名

学号

专业班级

电子信息工程08级1班

毕业论文（设计）题目：

毕业论文（设计）的立题依据

双音多频DTMF（DualToneMulti-Frequency）信令在全世界范围内得到广泛应用。

DTMF作为实现电话号码快速可靠传输的一种技术，它具有很强的抗干扰能力和较高的传输速度，因此，可广泛用于电话通信系统中。

主要内容及要求

1、利用DTMF信号产生的原理合成数字1，其合成公式是

分析其时域波形和频谱；

2、生成各个按键信号；

3、利用fft分析0~9十个数字拨号信息的频谱，观察频谱图中的峰值点的幅值以及它们出现的位置。

根据谱峰的幅值和位置，识别各DTMF信号所对应对应的数字；

4、编写Goertzel算法的程序，识别各DTMF信号所对应对应的数字；

进度安排

12月12日

选题

12月13日～12月29日

接受指导老师的指导

12月30日～1月17日

拟定论文大纲

1月18日～2月26日

搜集、查阅、整理相关资料

2月27日～3月27日

初稿形成

3月28日～4月8日

初稿审定

4月9日～4月17日

第一次修改

4月18日～4月22日

第一次审定

4月23日～5月3日

第二次修改

5月4日～5月9日

定稿

5月10日～5月18日

论文评阅小组评审论文（设计）

5月19日

毕业论文（设计）答辩

学生签字：

指导教师签字：

年月日

摘　　要

双音多频DTMF（DualToneMulti-Frequency）信令在全世界范围内得到广泛应用，DTMF信令的产生与检测集成到含有数字信号处理器（DSP）的系统中，是一项较有价值的工程应用。

但绝大部分是用作电话的音频拨号，另外，它也可以在数据通信系统中广泛地用来实现各种数据流和语音等信息的远程传输，研究其在MATLAB下的仿真实现有助于其具体系统的优化设计。

本文给出一种实现方案，主要阐述了DTMF的原理及如何在Matlab上产生DTMF信号，并对用Goertzel算法提取的频谱进行分析，然后，得到用Goertzel算法在白噪声的环境下对输入的DTMF信号提取频谱信息，最后，根据提取的频谱信息对输入信号进行检测解码。

关键词：

双音多频DTMF；

Goertzel算法；

Matlab

［关键词与摘要内容隔行书写，词条用小四号宋体字，词条间用分号（；

）隔开，3-5个关键词］

DualToneMulti-frequency（DTMF）SignalGenerationandDetection

Abstract

DTMF（DualToneMulti-Frequency）signalinginthewidelyusedworldwide,signalingtheDTMFgenerationanddetectionintegratedwithdigitalsignalprocessor（DSP）system,isamorevalueengineering.DTMFtelephonenumberastoachieveafastandreliabletransmissiontechnology,ithasastronganti-interferenceabilityandhightransmissionspeed,itcanbewidelyusedfortelephonecommunicationsystem.Butthevastmajorityoftelephonetonedialingisused.Inaddition,itcanalsobeinthedatacommunicationsystemwidelyusedtoachieveavarietyofdatastreamsandremotetransmissionofvoiceandotherinformation.UnderstudyintheMATLABSimulationhelpsoptimizethedesignoftheirspecificsystems.Thispaperpresentsarealizationoftheprogram,mainlyontheprincipleofDTMFandhowtogenerateDTMFsignalsinMatlab,andextractedwithGoertzelalgorithmtoanalyzethespectrum,andthen,getwiththeGoertzelalgorithminthecontextofwhitenoiseontheinputoftheDTMFspectruminformationsignalextraction,andfinally,accordingtoinformationextractedfromtheinputsignalspectrumtodetectdecoding.

Keywords:

Dualtonemulti-frequency；

Goertzelalgorithm；

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目　　录

第1章绪　　论

1.1引言

电话中的双音多频信号（DTMF）有两种用途：

一是用于双音多频信号的拨号，去控制交换机接通被叫的用户话机；

二是利用双音多频信号遥控电话机各种动作，如播放留言、语音信箱等，并可以通过附加一些电路来是实现遥控家电设备的开启关闭等智能功能。

前者解决双音多频信号的发送和编码，后者是双音多频信号的接收和解码。

这些东西都离不开DTMF信号的正确检测。

目前，大多数的DTMF信号的检测均采用专用的发送、接收芯片，这种解码的原理都依赖于计算输入信号的过零率。

但这种方法有很大的局限性，无法检测多路DTMF信号，当混有语音和噪声时，专用芯片检测往往出现误差，如果音频信号频率改变应用于别的系统时，专用的芯片就发挥不了作用。

所以，用硬件实现DTMF信号的检测并不是一种很好的选择[1]。

信息化已经成为社会发展的大趋势，信息化是以数字化为背景的，而DSP技术则是数字化最重要的基本技术之一。

在过去的短短的二十来年里，DSP处理器的性能得到很大改善，软件和开发工具也得到相应的发展，价格却大幅度地下降，从而得到越来越广泛的应用。

通信领域（移动通信的交换设备、基站和手机，网络的路由和交换设备，智能天线，软件无线电，IP电话等），雷达和声纳系统，巡航导弹、灵巧炸弹及各种武器系统，自动测试系统，医疗诊断设备（CT、核磁共振、B超等），计算机及其外设，消费类电子设备（VCD、DVD、HDTV、机顶盒、MP3、家庭影院系统、数字照相机和摄象机等），机器人及各种自动控制系统，等等，应用范围不胜枚举[2]。

1.2课题意义

DTMF（DualToneMultiFrequency）中文译为双音多频信号,最初由美国AT&

T贝尔公司实验室研制,用于音频电话网络中的拨号信号。

一方面这种信号有非在常高的拨号速度,另一方面它便于自动检测识别及电话业务的扩展,所以很快代替了原有的脉冲计数方式的拨号形式在这里不得不提一下电话交换机的发展历史。

自1876年美国贝尔发明电话以来,电话交换技术发展主要经历了三个阶段:

人工交换、机电交换、电子交换。

早在1878年就出现了人工供电制交换机,它借助话务员进行话务接续。

15年后步进制的交换机问世,这种交换机属于“直接控制”方式,用户通过话机拨号脉冲直接控制步进接续器做升降和旋转动作。

从而自动完成用户间的接续。

这种交换机虽然实现了自动接续,但存在着速度慢、效率低、杂音大与机械磨损严重等特点。

直到1938年发明了纵横制交换机由直接控制过渡到间接控制方式,随后又出现了电子交换机及程控交换机等。

用户的拨号脉冲不再直接控制接线器动作,而先由记发器接收、存储,然后通过标志器驱动接线器,以完成用户间接续[3]。

DTMF双音多频拨号和解码在通信系统及其它方面有着广泛的应用。

DTMF信号是便于标志器记取的是标识信号,所以可以不采用不稳定的脉冲计数方式,逐步发展、到数字号码标识,所以快速,稳定灵活的DTMF音频拨号方式取代了脉冲拨号方式。

电子交换机程控交换机。

话网中常用的信令，无论是家用电话、移动电话还是程控交换机，多采用DTMF信号发送接收号码[4]。

语音芯片的应用前景也十分广阔，目前语音芯片已应用于微型固体录音机、通讯、电话、车船、飞机黑匣子、有声电子信函、语音信箱、高级玩具等。

此外，还可以利用语音芯片开发出“会说话”的电压表、电流表等语音型智能仪器仪表以及“会说话的电子称”、“出租车自动语音报价器”、“多路语音报警系统”等新颖电子电器产品。

该项设计可促进我们学习开发电子、通信产品的技术，培养和锻炼我们电子电路设计调试、文献资料检索、电路图绘制等多方面的能力和素质，同时也帮助我们熟练掌握常用双音多频信号编解码器和语音芯片的工作原理和使用方法，具有很强的实践指导意义和实用价值[5]。

第2章基本原理

2.1自动电话的制式

要弄清双音频的来龙去脉，必须从电话的制式谈起。

最早的电话机是带有一个“手摇把”的，后来慢慢的开始出现了“磁石电话”、“供电电话”、一直发展到现在人们广泛使用的“自动电话”。

由于“磁石电话”、“供电电话”早已淘汰，因此我们重点要谈的是自动电话的制式。

从自动电话的制式来分，可分为“脉冲制式”及“双音频制式”两种。

所谓“脉冲制式”，就是拨号的时候电话机发出的是一串一串的“无电流脉冲”。

比如拨号码“1”时，发出去的是一个“无电流脉冲”，也就是一个“断电脉冲”，拨号码“2”时，发出去的是两个连续的“无电流脉冲”，拨号码“0”时，发出去的是十个连续的“无电流脉冲”。

如图2-1所示是脉冲电话机拨武汉区号721时线路上出现的脉冲图谱[6]。

图2-1脉冲电话机拨号的脉冲图谱

从图2-1中可以看出，待机状态下线路上是没有电流的，摘机后线路上才有电流，拨号时，拨的号码是几，线路上就出现几个连续的、没有电流的脉冲间隙，比如拨2的时候，就好像电话线被快速的断开了两次一样，因此老式的电话机还能用拍打叉簧的办法拨号。

老式带有“拨号盘”的电话机就是脉冲电话。

脉冲电话容易出现拨错号的现象，当线路接触不良，刮风时线路接头时通断时，就会出现错号。

另外脉冲信号经过长途线路传送以后，由于线路电感和电容的影响，脉冲波形会发生