原创 【博客大赛】基于FPGA的DTMF信号产生与识别-1

一、     DTMF简介及其原理

 DTMF信号是音频电话的拨号信号。DTMF（Dual Tone Multi Frequency）在数字通信及其他方面有着广泛的应用，成为现代通信系统的一个标准。双音多频信号是贝尔实验室发明的，其目的是为了自动完成长途呼叫，它是一种按键式电话使用的拨号音。这种拨号音利用一个4×4的拨号键盘矩阵，每一行代表一个低频，每一列代表一个高频。每按一个键就发送一个低频和高频的正弦信号组合，比如'1'相当于697和1209赫兹(Hz)。交换机可以解码这些频率组合并确定所对应的按键。双音多频信号，是用两个特定的单音频率信号的组合来代表数字或功能。DTMF 对话机中有16个按键，其中10个数字键0-9，6个功能键*，#，A，B，C，D。根据CCITT建议，国际上采用697Hz,770Hz,852Hz,941Hz低频群和1209Hz, 336Hz,1477Hz,1633Hz高频群。从高频群和低频群任意各抽出一种频率进行组合，共有16种组合，代表16个按键，具体按键组合如下表1所示：

表1   DTMF的组合功能键表

在电话按键盘的面板上，由表1可知，一个DTMF信号由两个频率的音频信号叠加而构成。当按下一个数据键，例如“5”时，则产生频率为770Hz和1336Hz的两个正弦波，并叠加。

CCITT对DTMF信号规定的指标是，传送/接收速率为每秒10个数字，即每个数字100ms。代表数字的音频必须持续至少45ms，但不超过55ms。100ms内其他时间为静音，以便区别连续的两个按键信号。系统采用50ms的音频持续时间和50ms的静音时间。

二、  DTMF信号的产生与合成

由以上介绍可知，DTMF信令由8个频率组成。DTMF编解码算法在于产生编码时将按键信号转换成对应音频信号并发送出去。DTMF双音多频信号的编码基于可编程的二阶正弦波数字振荡模型。可以通过更改振荡器的参数产生所需的8个频率。其结构如图1所示：

图1  DTMF信号产生结构图

该模型基于系统函数：

该系统只要知道两个初值就能通过如下递推公式得到相应的正弦波：

以上介绍了DTMF信号中两个频率正弦信号产生的基本原理。但是DTMF并非只产生频率，

图2  DTMF信号产生流程图      工作时间间隔也必须指明。根据CCITT的标准说明，两个按键音之间需要存在静音。因此得出如上图2所示的DTMF信号产生的流程图。