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一、引言
DTMF（雙音多頻）信號(hào)是電話網(wǎng)中常用的信令,無論是家用電話、移動(dòng)電話還是程控交換機(jī)上,多采用DTMF信號(hào)發(fā)送接收號(hào)碼。DTMF技術(shù)還可以用于電力線載波通信等場(chǎng)合�？梢�,DTMF撥號(hào)和解碼在通信系統(tǒng)及其它方面有著廣泛的應(yīng)用。DTMF信號(hào)的解碼目前常用的方法有兩種：一種方法是采用濾波器組來分離8個(gè)DTMF信號(hào)。濾波器組的實(shí)現(xiàn)既可以用模擬濾波器,也可以用數(shù)字濾波器,這種方法在時(shí)域中進(jìn)行分離。第二種方法是采用DFT或者Goertzel算法來檢測(cè)8個(gè)信號(hào)的強(qiáng)弱,這種方法在頻域中進(jìn)行分離。然而,上述兩種傳統(tǒng)的DTMF信號(hào)檢測(cè)方法都存在一定的缺陷,即在強(qiáng)信道噪聲干擾下常常不能正確工作。本文提出了一種新的基于改進(jìn)的ADALINE(Adaptive Linear Neuron)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的DTMF信號(hào)檢測(cè)算法,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單計(jì)算量適中,并且能夠在強(qiáng)背景噪聲干擾下正常檢測(cè),實(shí)驗(yàn)顯示它比傳統(tǒng)方法有更強(qiáng)的抗干擾能力。文章首先介紹了基于改進(jìn)的ADALINE神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的DTMF信號(hào)檢測(cè)算法,然后給出了此方法的仿真結(jié)果,最后給出了采用TMS320C5402 DSP和TLV320AIC10 AIC實(shí)現(xiàn)DTMF信號(hào)檢測(cè)器的工程應(yīng)用方案設(shè)計(jì)。
二、DTMF信號(hào)
DTMF信號(hào)是將撥號(hào)盤上的0~9、A~D及*/E、#/F共16個(gè)字符,用音頻范圍的8個(gè)頻率來表示的一種編碼方式。8個(gè)頻率分為高頻群和低頻群兩組,分別作為列頻和行頻。每個(gè)字符的信號(hào)由來自列頻和行頻的兩個(gè)頻率的正弦信號(hào)疊加而成。頻率組合方式如圖1所示。
圖1
根據(jù)ITU-R Q.23建議[1],DTMF信號(hào)的技術(shù)指標(biāo)是：傳送/接收率為每秒約10個(gè)號(hào)碼,或每個(gè)號(hào)碼120ms。每個(gè)號(hào)碼傳送過程中,信號(hào)存在時(shí)間至少65ms,且不多于75ms,120ms的其余時(shí)間是靜音。在每個(gè)頻率點(diǎn)上允許有不超過 1.8%的頻率誤差。任何超過給定頻率 3.5%的信號(hào),均被認(rèn)為是無效的,拒絕承認(rèn)接收。另外,在最壞的檢測(cè)條件下,信噪比不得低于15dB。
三、基于改進(jìn)的ADALINE神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的DTMF檢測(cè)算法
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是信號(hào)處理發(fā)展的一個(gè)新方向,它可以在先驗(yàn)知識(shí)未知的情況下,通過對(duì)輸入信號(hào)的自學(xué)習(xí),實(shí)時(shí)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的權(quán)系數(shù)和偏置值,使網(wǎng)絡(luò)得到最佳的期望輸出。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有內(nèi)在的自適應(yīng)性和非線性,能夠得到魯棒性和抗干擾能力更強(qiáng)的系統(tǒng)[3]。
ADALINE神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是Widrow和Hoff提出的[2,3],它的一般結(jié)構(gòu)如圖2所示,采用LMS算法。輸入信號(hào)x(n)及其延遲序列是網(wǎng)絡(luò)的輸入,網(wǎng)絡(luò)輸出a(n)與某個(gè)目標(biāo)輸出t(n)的差得到誤差信號(hào)e(n),然后網(wǎng)絡(luò)按照LMS算法調(diào)整權(quán)系數(shù)和偏置值,并按此方式循環(huán)處理。
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圖2
ADALINE神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非常適合于信號(hào)的檢測(cè)與提取或噪聲消除,此時(shí)它的一般結(jié)構(gòu)如圖3所示[1]。在一定的噪聲參考輸入下,網(wǎng)絡(luò)能夠自適應(yīng)的跟蹤和捕捉混雜信號(hào)中的相應(yīng)成分,網(wǎng)絡(luò)輸出企圖逼近待檢測(cè)的混雜信號(hào),但是因?yàn)樵肼晠⒖夹盘?hào)與有用信號(hào)不相關(guān)或者弱相關(guān),它只能復(fù)制到與噪聲參考信號(hào)強(qiáng)相關(guān)的成分。于是混雜信號(hào)中的噪聲成分被自適應(yīng)的跟蹤,進(jìn)而可以被消除,誤差信號(hào)"恰好"就是恢復(fù)出來的有用信號(hào)。這種結(jié)構(gòu)的ADALINE神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在飛機(jī)客艙消噪系統(tǒng)和腦電圖檢測(cè)等方面得到了成功的應(yīng)用[2,5,6]。
圖3
然而,實(shí)踐表明,一般結(jié)構(gòu)的ADALINE網(wǎng)絡(luò)(圖2或圖3)用于檢測(cè)DTMF信號(hào)的效果并不好,需要進(jìn)行改進(jìn)。DTMF信號(hào)的檢測(cè)可以看成是要在受噪聲污染的信號(hào)中檢測(cè)并判斷是否存在某個(gè)特定信號(hào)（8個(gè)頻率的信號(hào)）。基于這一點(diǎn),我們提出了一種如圖4所示的改進(jìn)的ADALINE神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),非常適合于DTMF信號(hào)的檢測(cè)。它與一般結(jié)構(gòu)的ADALINE網(wǎng)絡(luò)有兩點(diǎn)不同：(1)它用DTMF分量參考信號(hào)作網(wǎng)絡(luò)的輸入,而把待檢測(cè)信號(hào)作為期望輸出。(2)增加一個(gè)非線性處理環(huán)節(jié),非線性地增強(qiáng)或抑制網(wǎng)絡(luò)的跟蹤結(jié)果以增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的效果。
改進(jìn)的ADALINE神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(圖4)的工作原理如下：
x(n)是受噪聲污染的待檢測(cè)輸入信號(hào),它作為網(wǎng)絡(luò)的期望輸出;提供給網(wǎng)絡(luò)的輸入是某個(gè)特定的DTMF分量頻率正弦信號(hào)ref(n),其頻率是8個(gè)DTMF頻率之一;網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)跟蹤的中間信號(hào)是a(n)。非線性環(huán)節(jié)對(duì)a(n)進(jìn)行進(jìn)一步的增強(qiáng)或抑制,最終網(wǎng)絡(luò)輸出是y(n)。
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