【正文】 函數 de_dtmf()：把來自 dtmf_data 的新樣點代入式（ ） Nnnvnvnxnv kkN kk ??????? 0)2()1()c o s (2)()( 2 ，? 式 () 分別對 8 個可能存在的行頻 /列頻進行迭代計算，得到 8 個中間變量 )(nvk 。 添加 DTMF 信號檢測文件 。可以看到所有變量均乘以 32768，目的是把浮點數轉換為 S1Q15 格式的 16 進制小數；所有變量均除以了 2，目的是避免中間運算的溢出。 ② 子程序 _iir_to_dtmf，通過由函數 set_freq_coff()初始化的系數，分別迭代運算產生行頻和列頻，該子程序計算出的兩個頻率信號樣本值分別放入累加器 a 和 b，相加之后作為新的一個音頻樣本發(fā)送。 調用子程序 _iir_to_dtmf 計算并通過串口發(fā)送一個音頻樣本，或直接發(fā)送 0 值得到靜音樣本，并作持續(xù)時間變量“ Now_Delay ”操作。另外，作為中斷服務子程序，每次中斷到來，通過判斷持續(xù)時間變 量“ Now_Delay ”是否為零來判內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 24 斷持續(xù)時間是否達到 60ms（該值由變量 Now_Delay 與采樣頻率 sf 之比得到）。完成任務判決并產生相應音頻或靜音樣本。完成持續(xù)時間變量 Now_Delay 復位，取出下一號碼放入當前號碼變量 NowTel 后，號碼指針 NumIndex 加 1；并以當前號碼 NowTel 作為內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 23 參數調用函數 set_freq_coff()，初始化式 ()中的系數； )2()1()( 21 ????? nyanyany 式 () 其初值 0s i n)2(0)1( ?Ayy ????? ， ，令幅度 1?A ，得 0sin)2( ????y ，其中sff /2 00 ?? ? 。 添加 DTMF 信號產生文件： 和 。如圖 圖 新建工程窗口 文件完成整個流程控制，包括實驗系統(tǒng)初始化系列函數、延時函數mydelay() 、鍵盤按鍵檢測函數 get_key()和 is_getkey() 、 LCD 輸出打印控制函數lcd_printf()、 LCD 清屏函數 lcd_clr()、 LED 顯示控制函數 led_printf()、按鍵字符顯示函數 key_shown()。下一章節(jié)我將給出采用 Goertzel 算法 檢測 DTMF 信號的仿真結果，并對結果進行分析。 圖 DTMF 檢測流程 本章小結 本章 為全文的重點， 主要介紹了采用 Goertzel 算法 來檢測 DTMF 信號的 基本 原理 、軟件 實現(xiàn) 的編程思想 和流程以及用軟件和硬件來實現(xiàn)雙音多頻信號檢測的 設計思想 。接下來將 2)(kX 與門限作0)2()1( ???? kk vv y )(nk x ?)(Ne 0 kjNe ?2?? 2cos( Nk?2 ) 1 )(nvk xe (n) + + + z z 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 21 比較，并作二次諧波檢測，判決出有效的音頻信號。樣點值代入式 ()，迭代計算 8 個行頻 /列頻的中間變量 )(nvk （ k 為 8 個行頻 /列頻分別對應的數字頻率），直到預分配的采樣點緩沖區(qū)滿。 （ 3） 靜音檢測，將檢測到的數字與前面最后一個數字比較，只有當數字之間是一段靜音信號時，才可判決當前的數字為有效數字，區(qū)分開兩次按鍵。因為語音信號總會含有明顯的 8 個行頻 /列頻的偶次諧波。程序計算出的行頻 /列頻譜成分的幅度平方和如果高于組內其他音頻信號成分一定的門限，則進入下一步檢測。因此計算 2)(kX 如下： )1()()c os (2)1()()()( 22222 ?????? NvNvNvNvNykX kkN kkkk ? 式 () 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 20 用上式的 計算取代式 ()即可完全避免復數運算 ]7[ 。由圖 知， DFT 計算可以等價為： )2()1()c o s (2)()( 2 ????? nvnvnxnv kkN kk ?, Nn??0 式 () )1()()()( 2 ???? ? NveNvNykX kkjkk N? 式 () 另外，在 DTMF 檢測中，對于輸入的實數序列并不需要檢測出 8 個行頻 /列頻的相位，只需要計算出其幅度平方即可。并且從上式可以得到系統(tǒng)傳輸函數： 1211)(??? zek kNjzH ? 式 () 其輸入為 x(n)，并且當 n=N 時，輸出 yk (N)正是 X(k)。定義： )(102)()( mnkjnm ekNemxny ?????? 式 () 上式為如下兩個因序列卷積 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 19 ?????????NnnNnnxxe ,0,010),( 式 () 和 ????????0,00,2nneh knjkN? 式 () 式 ()中當 n=N 時，即有 yk (N)=X(k)。如果需要幅度信息，可通過對該結果開方得到，但該方法無法得到相位信息。如果需要的話，還可以從該頻率實部和虛部中算出幅度和相位信息。在 Goertzel 基本算法中，通常需要計算信號的實部和虛部，然后將實部和虛部的計算結果轉換為相應的幅度平方。 （ 2） Goertzel 優(yōu)化算法 ]9[ ]10[ Goertzel 優(yōu)化算法比 Goertzel 基本算法所需的計算量小，但這是以損失相位信息為代價。每個采樣都需要按照下面三個等式進行計算： sa m p lec o e ffQ ??? 210 * 12 ? 01 ? 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 18 在進行 N 次預采樣計算之后，可以檢測到音 調是否存在 )c o s*( 21 erea l ?? )sin*( 2 eQimag ? 222 ima gre a lma g n itu d e ?? 這時只需進行一次簡單的幅度門限測試就可以判斷出是否有音調存在。 1Q 是前一次采樣處理的 0Q 值， 2Q 是在兩次采樣前的 0Q 值 (或 1Q 在本次采樣前的值 )。值得慶幸的是， Goertzel 算法中的 N 與 FFT 中不同，不必是 2 的整數次冪 。 影響 N 的選擇的另一個因素是采樣率和目標頻率之間的關系。例如，采樣率為 8kHz 時，累積 800 個采樣需要 100ms。 這就可能使我們?yōu)榱双@取最大的頻率分辨率而盡量將 N 取高。 ② 選擇塊大小，即 N Goertzel 算法中的塊大小 N 與相應的 FFT 中的點數類似，它控制了頻率分辨率的大小。這是是因為如果我們要檢測多個頻率，那么采用更高的采樣率可能會得到更好的 結果。又如，模數轉換器 （ 或編解碼器 ） 的工作頻率可能是由一個我們無法控制的外部時鐘或外部晶振決定。 ① 決定采樣率 實際上，采樣率可能已經由應用本身決定了?；蛘?，如果系統(tǒng)中存在采樣緩存，那么可以持續(xù)采樣，然后進行批處理。在采用 FFT 算法時，我們要對成塊的采樣進行處理，這 意味著必須按塊來處理數據。本 節(jié) 將對 Goertzel 基本算法和 Goertzel 優(yōu)化算法進行討論。 盡管針對以上應用均有專用 IC，但采用軟件來實現(xiàn)這些芯片的功能時所需成本比采用專用芯片低很多。 在很多應用中都要求進行音調檢測，例如 ： 雙音多頻信號 （ DTMF） 解碼，呼叫過程 （ 撥號音、忙音等 ） 解碼，頻率響應測試 （ 發(fā)送一個音調，同時將結果讀回 ） 。通過 FFT 計算可以得到信號所有譜線，可以了解信號整個頻域信息，而對于 DTMF信號只用關心其 8 個行頻 和 列頻 及其二次諧波信息即可 （ 二次諧波的信息用于將 DTMF信號與聲音信號區(qū)別開 ） 。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 16 收集頻譜信息 DTMF 解碼即是在輸入信號中搜索出有效的行頻和列頻。 在整個檢測過程首先要確定檢測算法，這是最重要的一步， 采用 Goertzel 算法，這是一種在輸 入信號中提取頻譜信息的快速有效方法。頻率檢測時，檢測出 DTMF 信號的基波及二次諧波，DTMF 信號只在基波上有較高的能量，而話音信號則是在基波上疊加有較強的二次諧波，檢測二次諧波的作用是用來區(qū)分 DTMF 信號與語言和音樂信號。 雙音多頻 (DTMF)信號的檢測 DTMF 信號包含兩組音頻信號，解碼器的任務是通過數學變換把它從時域轉化到頻域，然后得出對應的數字信息。在靜音任務結束后，從數字緩存中調出下一個數字 ， 判決該數字信號所對應的行頻和列頻信號，并根據不同頻率確定其初始化參數 01 cos2 ???a 與 0sin)2( ?Ay ??? 。每個任務結束后，啟動下一個任務前（音頻信號任務或靜音任務），都必須復位定時器變量。其他時間為靜音，以便區(qū)別連續(xù)的兩個按鍵信號。 CCITT 對 DTMF 信號規(guī)定的指標是，傳送 /接收率為每秒 10 個數字，即每個數字100ms。式中 sf 是采樣 頻率， 0f 是輸出正弦波的頻率， A 是輸出正弦波的幅度?？梢钥吹绞┘拥皆撓到y(tǒng)的沖擊函數用于激發(fā)系統(tǒng)振蕩，1 列頻 行頻 1 al al DTMF 信號 Z Z Z Z + + + 圖 DTMF 數字振蕩器對 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 15 此后系統(tǒng)可以自行維持穩(wěn)幅的振蕩。據此可設計一個數字振蕩器。由圖知每個數字正弦振蕩器可以表示為如下二階系統(tǒng)函數： 2211 01)( ?? ??? zaza bzH 式 () 其中， 1,c o s2,s i n 20200 ???? aaAb ?? 因為 )(zH 極點為： 02,1 ?jep ?? ，表明 )(zH 含有位于單位圓上的復共扼極點。典型的 DTMF 信號頻率范圍是 700Hz～ 1700Hz， 選取 8000Hz 作為采樣頻率，即可滿足 Nyquist 條件 ]11[ 。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 14 第三章 系統(tǒng)仿真 雙音多頻 (DTMF)信號 的產生 DTMF 編碼器基于兩個二階數字正弦波振蕩器，一個用于產生行頻，一個用于產生列頻。 本章小結 這一章主要介紹了涉及本設計的一些相關背景知識，包括 DSP 芯片的硬件結構、CCS 開發(fā)工具的功能 以及 數字信號處理仿真 /教學實驗系統(tǒng) DES320PPU 的功能特點 ，為下面的進一步闡述以及 軟件編程 做鋪墊。 （ 5） 分別提供一個獨立的串口和 8 位并行數據接口與 MCU 相連，系統(tǒng)利用該接口完成鍵盤的輸入和信息的顯示。 （ 3） PC 機并口提供 PC 與 DSP 的 HPI 的連接。利用該擴展總線可以很方便的設計DSP 擴展板卡， 如高性能 A/D 或 D/A 等。同時該實驗設備還提供并口型 XDS510 仿真器功能，全面支持‘ C2020，‘ C5000，‘ C6000，‘ VC33 各個系列 DSP，并全面兼容 CCS ，可調試用戶 的 DSP 系統(tǒng)； DES320PPU實驗系統(tǒng)提供了多種外部擴展接口，增強該 DSP 實驗設備的應用范圍。VC33 各個系列 DSP，并全 面兼容 CCS ，方便調試目標 DSP 系統(tǒng)； 外部主機（ PC 機）可以通過并口與 DSP 的 HPI 接口通訊，直接訪問 DSP 片內存儲器。C5000， 39。 數字信號處理仿真 /教學實驗系統(tǒng) DES320PPU 簡介 圖 數字信號處理仿真 /教學實驗系統(tǒng) DES320PPU 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 13 圖 為數字信號處理仿真 /教學實驗系統(tǒng) DES320PPU，該實驗系統(tǒng)有如下特點： 集成 XDS510 仿真調試器，無需外部 JTAG 仿真器便可完成所有 DSP 實驗；全面支持 39。顯示和分析工具可以通過 COM API 與 RTDX 通信，從而獲取目標系統(tǒng)數據，或將數據發(fā)送給 DSP 應用例程。內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 12 開發(fā)者通過調用 RTDX 軟件庫的 API 函數將數據輸入或輸出目標系統(tǒng)的 DSP，庫函數通過在片仿真硬件和增強型 JTAG 接口將數據輸入或輸出主機平臺，數據在 DSP 應用程序運行時實時傳送給主機。 RTDX 由目