IBMTstandardizationoffice【IBMT5AB-IBMT08-IBMT2C-ZZT18】DSP課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告1DTMF測(cè)指導(dǎo)老師：申艷老師Multie時(shí)間：2014年7月18日信號(hào)是在按鍵式電話機(jī)上得到廣泛一個(gè)DTMF信號(hào)由兩個(gè)頻率的音頻信號(hào)疊加構(gòu)成。這兩個(gè)音頻信號(hào)的的頻率組：行頻組和列頻組。每組分別包括4個(gè)頻率，據(jù)CCITT的頻率為697Hz、770Hz、852Hz、941Hz、1209Hz、1336Hz、1477HzHz組頻率中分別抽出一個(gè)頻率進(jìn)行組合就可以組成16種DTMF編碼，從ABCD示。掌握DTMF信號(hào)的產(chǎn)生和檢測(cè)的DSP設(shè)計(jì)可使學(xué)生更加透徹的理解和應(yīng)用奈奎斯特采樣定理，與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，提高學(xué)生系統(tǒng)地思考問(wèn)題和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。通過(guò)對(duì)DSP信號(hào)處理器及D/A和A/D轉(zhuǎn)換器的編程，可以培養(yǎng)學(xué)生C語(yǔ)言編程能力以及使用DSP硬件平臺(tái)SDSPDTMF功能。改進(jìn)DTMF信號(hào)的規(guī)定指標(biāo)，使每秒內(nèi)可傳送的DTMF編碼加倍。礎(chǔ)上，我們又完成了發(fā)揮部分的全部要求：能夠?qū)崿F(xiàn)在一個(gè)DSP實(shí)驗(yàn)自收，基本能實(shí)現(xiàn)無(wú)差錯(cuò)傳輸。通過(guò)改變處理信號(hào)的點(diǎn)數(shù)N的數(shù)值實(shí)現(xiàn)DTMF能夠在一秒內(nèi)傳送夠多的數(shù)據(jù)。通過(guò)gel添加滑動(dòng)條的方法實(shí)現(xiàn)輸2.1DTMF信號(hào)的的定義VLt構(gòu)成V(t)的兩個(gè)信號(hào),則它們應(yīng)滿足關(guān)系式(1)。V(t)=VH(t)+VL(t)CCITT697Hz、770Hz、852Hz、941Hz、1209Hz、1336Hz、1477HzHz成兩個(gè)群,即低頻群和高頻群。從低頻群和高頻群中任意抽出6種組合形式,讓其代表數(shù)字和功率,如表3-V(t)=AsinoHt+BsinoLt其中AsinoHt為低頻群的值,BsinoLtAB頻群樣值的量化基線，具體見(jiàn)表2-1。123A456B789C*0#DDTMF其對(duì)應(yīng)的鍵值2.2DTMF信號(hào)生成方法mathh學(xué)方法產(chǎn)生DTMF信號(hào)(式2-bufferksin2*pi*k*f0/fs)+sin(2*pi*k(式2-利用兩個(gè)二階數(shù)字正弦波振蕩器產(chǎn)生DTMF信號(hào)(本課程設(shè)計(jì)實(shí)際采用方法)弦波振蕩器，一個(gè)用于產(chǎn)生行頻，一個(gè)用于產(chǎn)生列頻。向DSP相應(yīng)的系數(shù)和初始條件，就可以只用兩個(gè)振蕩器產(chǎn)生所需的八個(gè)音頻信號(hào)。典型的DTMF信號(hào)頻率范圍是700~1700Hz，選取8000HzNyquist條件。由數(shù)字振蕩器對(duì)的框圖，可以得到該二階系統(tǒng)函(式2-2)MF送/個(gè)數(shù)字100ms。代表數(shù)字的音頻信號(hào)必須持續(xù)至少45ms，但ms0msT，其一是音頻信號(hào)任務(wù)(音頻信號(hào)任務(wù)或靜音任務(wù))，都必須復(fù)位決定其持續(xù)時(shí)間的定時(shí)器變量。在靜音任務(wù)結(jié)的行頻和列頻信號(hào)，并根據(jù)不同頻率確定其初始化參數(shù)a1=-cosyAsin。該流程圖可采用C言實(shí)現(xiàn)，雙音信號(hào)的產(chǎn)生則由54x匯編代碼實(shí)現(xiàn)。整個(gè)程序作為C54x的多通道緩沖串口(McBsp)的發(fā)射串口中斷服務(wù)子程序，由外部送入的16000Hz串口時(shí)鐘2.3DTMF信號(hào)的檢測(cè)方法DTMF方法可以有多種。主要分為從信號(hào)時(shí)間域處理和從信號(hào)頻率域處理兩測(cè)法、信號(hào)峰值位置檢測(cè)法、過(guò)零點(diǎn)位置及信號(hào)幅值簡(jiǎn)單，可以通過(guò)MT8880等芯片加上外圍電路實(shí)現(xiàn)，易于集成化。缺比要求高?，F(xiàn)在廣泛應(yīng)用于一般的脈沖撥號(hào)電話機(jī)。通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、能量判斷兩類。頻率判斷主要通過(guò)濾波器提取DTMF相應(yīng)波器，應(yīng)用方式可以有并聯(lián)DTMF進(jìn)行計(jì)算，找出高、低頻率群中最強(qiáng)的信號(hào)，進(jìn)行判斷，包括有DFT法(DiscreteFourierrierTransformGoertzel設(shè)計(jì)方案、算法原理說(shuō)明3.1Goertzel算法原理Goertzel將兩個(gè)音頻信號(hào)提取出來(lái)，并通過(guò)他們的頻率，確定所接受的DT零點(diǎn)計(jì)數(shù)完成對(duì)輸入信號(hào)的頻率檢測(cè)。在數(shù)字信號(hào)檢測(cè)電路中，一般使用頻域計(jì)算技替時(shí)域信號(hào)處理。我們可以直接通過(guò)付立葉變換，直接得到輸入的信號(hào)頻率。信號(hào)各率分量的幅值直接計(jì)算可以使用DFT。對(duì)于N點(diǎn)數(shù)據(jù)序列{x(n)}的DFT為:N-1N-1n=0如果用FFT算法來(lái)實(shí)現(xiàn)DFT計(jì)算，計(jì)算將涉及復(fù)數(shù)乘法和加法，并且計(jì)算量為Nlog2N。雖然我們可以得到DFT的所有N個(gè)值，然而，如果希望計(jì)算DFT的M個(gè)點(diǎn)，并且M<log2NDFT則更加有效。下面我們用到Goertzel法，是一種直接計(jì)算DFTGoertzel說(shuō)，是計(jì)算DFT的一種線性濾波算法，它可以通過(guò)調(diào)整濾波的周期性。我們可以同時(shí)將DFT運(yùn)算表示為線性濾波運(yùn)算，由于WkN該因子對(duì)公式(4)(DFT表達(dá)式)兩邊相乘，得到:n=0m=0列YK(n)為:m=0 與具有如下單位脈沖響應(yīng)的濾波器的卷積:可以看到，當(dāng)n=N時(shí)，該濾波器的輸出就是DFT在頻點(diǎn)ok=k值即 我們可以通過(guò)比較式(6)和式(7)來(lái)驗(yàn)證上式。對(duì)于單位脈沖響應(yīng)為hk(n)的濾波器來(lái)說(shuō)，其系統(tǒng)函數(shù)為:Hkz(式3-6)這個(gè)濾波器只有一個(gè)位于單位圓上的極點(diǎn)，其頻率為oK=kN算全部的DFTFT示用式(9)給出的濾波 數(shù)乘法，計(jì)算量大。由于我們只需要計(jì)算幅值信息，而不關(guān)心圓上另外引入一個(gè)極點(diǎn)，與原有的極點(diǎn)形成一對(duì)共扼極點(diǎn)。將兩個(gè)軛極點(diǎn)的諧振器。原有的單極點(diǎn)濾波器計(jì)算方式變成形如式(10)的方式。其系統(tǒng)函數(shù)為:cosz上式中:W=ej2"k/N復(fù)雜的復(fù)數(shù)加法和復(fù)數(shù)顯然，對(duì)式(10)無(wú)法進(jìn)行直接計(jì)算。為了便于計(jì)算實(shí)現(xiàn)，我們引入中間變量Qk(n):2"kN其中，Wk=e-NN (式3-9)(式3-10)3.2Goertzel算法改進(jìn)與實(shí)現(xiàn)Goertzel傅立葉變換的方法，需要計(jì)算的頻率點(diǎn)數(shù)不超過(guò)21092NGoertzel法將比FFT(FastFourier出改進(jìn)Goertzel算法的模擬框圖，如圖3-1所示Q(n)z-1++-WK-N)-WK-N)z-1Q(n-2)圖2中可看到，整個(gè)計(jì)算過(guò)程分為兩部分:前向通路式(11)和反饋通路式(12)。顯然系計(jì)算需要重復(fù)N=1,?，N重復(fù)N+1次，但是式(12)中的反向計(jì)算只nN計(jì)算只需要計(jì)算一次實(shí)數(shù)乘法和兩次實(shí)數(shù)加法。所以，對(duì)實(shí)kNGoertzel現(xiàn)DTMF解碼器了。由于有8種可能的音頻信號(hào)需我們并不需要相位信息，只需要幅值信息|X(k)|器計(jì)算的前向部分的簡(jiǎn)化表達(dá)方式，即濾波表達(dá)式的分子項(xiàng)部分:3.3改進(jìn)Goertzel算法原理小結(jié)DFT的改進(jìn)計(jì)算過(guò)程總結(jié)寫為:yk(N)2=A2+B2-ABcoefk(式3-2)可以看到，由于上面兩式中:運(yùn)算。等式右邊全部是實(shí)數(shù)運(yùn)算，大大提高了4實(shí)際實(shí)現(xiàn)中誤差分析簡(jiǎn)單地說(shuō)，在實(shí)際的DSP實(shí)現(xiàn)中將使用(4)式和(6)式來(lái)得到DTMF信號(hào)的頻譜信息，(4)式實(shí)際就是一個(gè)遞歸線性濾波器的表達(dá)式，它在n=0…N之間進(jìn)行循環(huán)。每N個(gè)樣點(diǎn)對(duì)公式(6)進(jìn)行了一次計(jì)算。在這個(gè)算法中，DTMF頻率(fi)變換成了離散傅立葉系數(shù)(k),它們之間存在如下關(guān)fikfs=N,K值，得到相應(yīng)的DTMF頻率(fi)上的能量幅值。但是，由于k和N是整數(shù)，有可能不能取到合適的DTMF頻率(fi)。實(shí)際上，計(jì)算時(shí)如FFT長(zhǎng)N將被限定為2得n次方，每次計(jì)算可以同時(shí)得到N/2個(gè)頻率點(diǎn)的DFTGoertzel法來(lái)說(shuō)，對(duì)于N長(zhǎng)度的算法，其可以分辨的最高頻率為采輸出序列為在一定的限制。式(4-12)給出了Goertzel算法的頻率分辨率。對(duì)于不是正好在輸出序列計(jì)算點(diǎn)上的信號(hào)頻率，N出Nk選擇不同，計(jì)算的誤差會(huì)有很大不同?？s小N值，將顯著減少計(jì)算量，所以N值用105字長(zhǎng)或205字長(zhǎng)完成Goertzel算法完成檢測(cè)的，由此我們提出這FGoertzel波器的中心頻率。通過(guò)改變N值，計(jì)算出我們感興趣的對(duì)應(yīng)一組k值，即完成DTMF頻率檢測(cè)。但是，由式(14)可知k取整數(shù)，計(jì)算中心頻率的位置DTMF生一定的舍入誤差。我們將Goertzel算法中的中心頻率與實(shí)際DTMFD可以計(jì)算出D的最大值為DTMF計(jì)算的信號(hào)窗口的邊緣”。當(dāng)N值取較大值時(shí)，同時(shí)采elN時(shí)對(duì)應(yīng)不同的DTMF頻率，取相應(yīng)的k值，通過(guò)Goertzel算法，得到相應(yīng)的ITU建議的滿足性。以下討論在滿足ITU要求的情況下，尋找的N值的過(guò)程比，因此，可以通過(guò)計(jì)算點(diǎn)數(shù)的誤差百分比來(lái)估GoertzelN求寬度存在一定的范圍之內(nèi)，同時(shí)也和計(jì)算窗口中心頻率有關(guān)elNNfsHz770Hz信號(hào)的完成檢測(cè)，頻域分辨率為8000/125=64Hz,ITU規(guī)定的對(duì)于頻率誤信號(hào)拒識(shí)，即對(duì)于770Hz信號(hào)為中心，寬度為743.05到769.95。39.0Hz的頻優(yōu)據(jù)k=NGoertzelk隨機(jī)和離N同的fi舍入誤差是不同的，因此造成的頻率的偏移也是不同的。由N125時(shí)，不同的頻率k值的舍入誤差，表3-2列出了當(dāng)N=205時(shí)，不同的頻率k值的舍入誤差.信號(hào)頻率(Hz)k相對(duì)偏差(%)N5時(shí)不同的頻率值k的舍入誤差信號(hào)頻率(Hz)k相對(duì)偏差(%)N5時(shí)不同的頻率值k的舍入誤差兼顧每個(gè)頻率，每個(gè)頻率k舍入誤差都比較小，或者盡可能的都取“舍”或者都取“入”較對(duì)于每一個(gè)k值，需要4N次實(shí)數(shù)乘法及4N-2)次實(shí)數(shù)加法，因此，采用直接法計(jì)算的計(jì)算復(fù)雜度為O(N2)。Goertzel入的X(n),Wk,是復(fù)數(shù)，每計(jì)算一個(gè)新輸出Y值需要做四。由于我們只需要幅值信息，對(duì)于相位信息可以忽略，通過(guò)變換得到幅值信息。因此，共需要N+l次實(shí)數(shù)乘法，計(jì)算復(fù)雜度為O(NM)。，對(duì)于每次成功完成DTMF信號(hào)解碼的時(shí)間估計(jì)十分重要。通過(guò)對(duì)計(jì)，我們可以得到其處理性能，通過(guò)對(duì)處理性能評(píng)價(jià)，就可以預(yù)計(jì)單承載的最大信道個(gè)數(shù)。在這里，定義DTMF解碼器成功完成兩個(gè)DTMF信號(hào)解碼之間所耗費(fèi)的時(shí)間可以這樣估算:每處理一個(gè)采樣樣本的時(shí)間間隔允許的最大值為:sfsfsN每一個(gè)需要檢測(cè)的頻率，都必須進(jìn)NN)次加法。檢測(cè)8個(gè)DTMF頻率需要的總共的計(jì)算量為:(8N+算法流程圖始化程序**********************初始化**********************************//InitializeCSLlibrary-ThisisREQUIRED!!!CSLinitThemainfrequencyofsystemis240MHz設(shè)置IIC模塊的需要設(shè)置的,為了使用I2C_setup函數(shù)PLLsetFreq1,0xC,0,1,3,3,0);fConfigOpenMcBSPportandgetaMcBSPtypehandlehMcbspMCBSPopenMCBSPPORT,MCBSP_OPEN_RESET);ConfigMcBSPport1byusepreviouslydefinedstructureMcbspConfighMcbsp);ODEC二極管閃爍程序************程序正常執(zhí)行：二極管閃爍兩次***********************while(cnt--){asmBCLRXF//;ClearXFasmBSETXF//;SetXF}5.3DTMF信號(hào)產(chǎn)生,發(fā)送與接收***************DTMF信號(hào)產(chǎn)生,發(fā)送，接收*************************riii{irowfreqicos(2*pi*f0/fs);rowfreqisin(2*pi*f0/fs);}riii{i低頻數(shù)據(jù)高頻數(shù)據(jù)columnfreqicospiffs;columnfreqisinpiffs;}k字正弦振蕩器，產(chǎn)生DTMF信號(hào){xrowfreqkxnrowfreqk][1];ycolumnfreqkyncolumnfreqk1];xn1=0;yn0;orjjj，設(shè)產(chǎn)生信號(hào)的持續(xù)時(shí)間為50ms，所以j為200。{xn*ax1*x_n_1-x_n_2;ynay*y_n_1-y_n_2;x_n_2=x_n_1;ny_n_2=y_n_1;in//gain(可變)改變產(chǎn)生信號(hào)的幅度，使之在一定范圍內(nèi)可調(diào)，while(!MCBSP_xrdy(hMcbsp)){};MCBSPwrite6(hMcbsp,dtmf[j]);前二百個(gè)點(diǎn)為雙音信號(hào)采樣值while(!MCBSP_xrdy(hMcbsp)){};MCBSPwrite6(hMcbsp,dtmf[j]);前二百個(gè)點(diǎn)為雙音信號(hào)采樣值while!MCBSP_rrdy(hMcbsp)){};MCBSPreadhMcbspwhile!MCBSP_rrdy(hMcbsp)){};MCBSPreadhMcbsp}orjjj設(shè)產(chǎn)生信號(hào)的持續(xù)時(shí)間為50ms，所以j為200。{//后二百個(gè)點(diǎn)為0(即靜音信號(hào))。while(!MCBSP_xrdy(hMcbsp)){};MCBSPwrite6(hMcbsp,0);while(!MCBSP_xrdy(hMcbsp)){};MCBSPwrite6(hMcbsp,0);while!MCBSP_rrdy(hMcbsp)){};mfrjMCBSPreadhMcbspwhile!MCBSP_rrdy(hMcbsp)){};mfrjMCBSPreadhMcbsp}測(cè)與顯示循環(huán)發(fā)送}時(shí)子程序*************************延時(shí)子程序******************************delayintperiod{foriiperiodi++){forjjperiodj++);}}5.5接收信號(hào)判決檢測(cè)與顯示子程序****************接收信號(hào)判決檢測(cè)與顯示子程序*********************detect{w0]=2*cos(2*pi*K[0]/N);GoertzelDTMT號(hào)w1]=2*cos(2*pi*K[1]/N);w2]=2*cos(2*pi*K[2]/N);w3]=2*cos(2*pi*K[3]/N);w4]=2*cos(2*pi*K[4]/N);w5]=2*cos(2*pi*K[5]/N);w6]=2*cos(2*pi*K[6]/N);w7]=2*cos(2*pi*K[7]/N);foriiii個(gè)頻率點(diǎn)。{bbi0;bbi0;jNj{bbiw[i]*bb[i][1]-bbidtmfr[j+50]/8192.0;//DFT在8個(gè)頻率點(diǎn)的值bbibbibb[i][2];}resultibbi*bb[i][1]+bb[i][0]*bb[i][0]-wi]*bb[i][1]*bb[i][0];//每一段的8個(gè)頻率點(diǎn)的幅度平方值}iii{result檢測(cè),與域值比較，當(dāng)超過(guò)域值時(shí)，判斷此頻率點(diǎn)上信號(hào)存在{printfdtmfdf\r\n",i,result[i]);x{}jy{}}}率點(diǎn)的幅度平方值自適應(yīng)更新域值{xy則表示低頻為697Hz,高頻為1209Hz{應(yīng)的數(shù)為"1"}eifXYxy則表示低頻為697Hz,高頻為1336Hz{應(yīng)的數(shù)為"2"}seifXY{}seifXY{}seifXY{}seifXY{}seifXY{}seifXY{}seifXY{}seifXY{}seifXY{}seifXY{}seifXY{}seifXY{}seifXY{}seifXY{}}況，則輸出檢測(cè)的信號(hào){printfTheDTMFsignalis\"%c\".\r\n",ch);}足，則輸出錯(cuò)誤信息提示{printfThenumberinputtediniswrong!\n");}}.6自適應(yīng)域值更新子程序***********************自適應(yīng)域值更新子程序**********************hreshold{ccc率點(diǎn)的幅度平方值，便于自適應(yīng)域值更新處理{}bbb第二大頻點(diǎn)的幅度平方值{baa{{}}}threshthreshlinshi[1]*0.5);//自適應(yīng)更新域值(原域值30%+0.7倍第二大頻點(diǎn)的幅度平方值70%)}6程序設(shè)計(jì)、調(diào)試與結(jié)果分析調(diào)試過(guò)程CSSetupCC運(yùn)行CCS設(shè)置程序。單擊ImportConfigurationClear先定義的設(shè)置。從AvailableConfigurationsC02SEEDXDS510PLUSEmulator,單擊Import,單擊save、加載與程序運(yùn)行Efilenewsourceccmd寫完成后保存，然后從project—addfilestoproject添加c程序和cmd文件，庫(kù)文件,頭文件可以通過(guò)掃描相關(guān)性(ScanAllDependencies)自動(dòng)加入到工程中。頭文件路徑可以通過(guò)project中buildoptionscompilerprocesses環(huán)境如下圖所示:圖6-6添加頭文件(使用瀏覽文件相關(guān)性選項(xiàng))圖6-8設(shè)置數(shù)據(jù)大小端模式(大端模式)選擇Project/RebuildAll或單擊(RebuildAll單條按鈕，CCS重新進(jìn)行編輯、匯編、連接工程里的所有文件。選擇File/LoadogramDTMFDisassemblyDebug/GoMain，從主程序開(kāi)始執(zhí)行。最后單擊Debug－Run(或按F5鍵)運(yùn)行程序。.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及圖像臺(tái)電腦循環(huán)產(chǎn)生0——ABCD另一臺(tái)電腦上會(huì)循環(huán)顯示檢測(cè)到的DTMF信號(hào)，即循環(huán)顯示0——BCDCCSGraph發(fā)送端的時(shí)域圖形參數(shù)設(shè)置及顯示結(jié)果如下所示：圖6-14發(fā)送緩存區(qū)圖形參數(shù)設(shè)置(時(shí)域及頻域)檢測(cè)端的時(shí)域圖形參數(shù)設(shè)置及顯示結(jié)果如下所示：圖4-17檢測(cè)緩存區(qū)圖形參數(shù)設(shè)置(時(shí)域及頻域)虛擬儀器顯示到的問(wèn)題及解決方法【問(wèn)題一】：在菜單欄中選中Project-BuildOptions-Compiler-preprocessor-Includeh【問(wèn)題二】ugmap