用DSP實(shí)現(xiàn)多頻率忙音檢測(cè)的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案

 忙音是某一頻率單音和靜音交互出現(xiàn)的一種提示音，通常用于表示電話占線。在某些實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，需要對(duì)這種忙音進(jìn)行檢測(cè)?，F(xiàn)階段這類的信號(hào)音檢測(cè)大多是用專用芯片實(shí)現(xiàn)的，多數(shù)是在出廠前需要預(yù)先設(shè)定需要檢測(cè)的頻率值等參數(shù)。提出一種基于DSP 的軟件實(shí)現(xiàn)忙音檢測(cè)的方法，利用單音和靜音通過(guò)陷阱濾波器后的能量幅值不同來(lái)檢測(cè)單音，再根據(jù)單音和靜音所占的比例來(lái)檢測(cè)忙音。軟件實(shí)現(xiàn)不需要額外的芯片，可以集成于已有的DSP 軟件中，而且可以靈活配置檢測(cè)參數(shù)，同時(shí)檢測(cè)多種頻率忙音。

1 單音檢測(cè)的DSP 實(shí)現(xiàn)

1.1 單音檢測(cè)原理

單音信號(hào)檢測(cè)的方法是將輸入信號(hào)通過(guò)一個(gè)陷阱濾波器，然后通過(guò)比較輸出信號(hào)和原始信號(hào)的平均幅值來(lái)判斷是否單音信號(hào)，信號(hào)的幅值通過(guò)一個(gè)IIR低通濾波器計(jì)算，檢測(cè)原理框圖如圖1所示。

圖1 單音檢測(cè)原理

檢測(cè)過(guò)程是先將信號(hào)通過(guò)陷阱濾波器，陷阱濾波器的谷點(diǎn)頻率即為待檢測(cè)的頻率，然后通過(guò)一階IIR計(jì)算其長(zhǎng)時(shí)平均幅度，輸出與原始信號(hào)通過(guò)IIR計(jì)算出的長(zhǎng)時(shí)平均幅度相比較，如果經(jīng)陷阱濾波器后的信號(hào)幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于原始信號(hào)的幅度，則認(rèn)為存在該頻率的單音信號(hào)。

檢測(cè)不同頻率單音信號(hào)的濾波器系數(shù)不同，通過(guò)比較經(jīng)過(guò)陷阱濾波器的輸出信號(hào)和原始信號(hào)的平均幅值來(lái)判斷是否存在單音信號(hào)。

1.2 單音檢測(cè)的DSP 實(shí)現(xiàn)方法

檢測(cè)芯片采用TI 的5510 系列芯片，處理能力達(dá)到200 MMIPS，單音信號(hào)經(jīng)過(guò)DSP 的串口進(jìn)入，處理框圖如圖2 所示，檢測(cè)過(guò)程是先將信號(hào)通過(guò)陷阱濾波器，然后計(jì)算其長(zhǎng)時(shí)平均幅度，輸出與不經(jīng)過(guò)陷阱濾波器的長(zhǎng)時(shí)平均幅度相比較，如果經(jīng)陷阱濾波器后的信號(hào)幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于原始信號(hào)的幅度，則認(rèn)為存在該頻率的單音信號(hào)。

圖2 單音檢測(cè)的算法框圖2 忙音檢測(cè)的DSP 實(shí)現(xiàn)

忙音是由某一頻率單音和靜音交互出現(xiàn)的一種聲音。電信標(biāo)準(zhǔn)中常用的忙音包含的單音信號(hào)為450 Hz 或500 Hz，單音和靜音持續(xù)時(shí)間相同，周期為500 ms 或700 ms 2 種。

周期為500 ms 的單音頻率為450 Hz 的忙音檢測(cè)是先通過(guò)一個(gè)450 Hz 的陷阱濾波器，然后比較輸出信號(hào)與原始信號(hào)的包絡(luò). 程序?qū)崿F(xiàn)時(shí)，10 ms 為一個(gè)檢測(cè)樣本。如圖3 所示，計(jì)算500 ms 內(nèi)檢測(cè)到450 Hz 的個(gè)數(shù)，如果個(gè)數(shù)是50 的一半左右，則檢測(cè)到1 次周期為500 ms 頻率為450 Hz 的忙音，因?yàn)榻粨Q機(jī)送出的忙音都至少有5 個(gè)周期以上，為了提高檢測(cè)準(zhǔn)確度，需要持續(xù)檢測(cè)5 次。如果5 次都檢測(cè)到，則認(rèn)為檢測(cè)到持續(xù)時(shí)間至少為2. 5 s 的忙音。

檢測(cè)周期為500 ms 的單音頻率為500 Hz、周期為700 ms 的單音頻率為450 Hz、周期為700 ms 的單音頻率為500 Hz 的忙音的方法相同，在程序設(shè)計(jì)時(shí)可以將這4 種不同頻率和周期的忙音同步進(jìn)行。

圖3 忙音檢測(cè)框圖

3 忙音檢測(cè)實(shí)驗(yàn)和性能分析

3. 1 忙音檢測(cè)實(shí)驗(yàn)

如圖4 所示，電信交換機(jī)用戶口接二臺(tái)普通話機(jī)，計(jì)算機(jī)通過(guò)交換機(jī)維護(hù)口監(jiān)控檢測(cè)寄存器。

圖4 忙音檢測(cè)實(shí)驗(yàn)圖

( 1) 電話占線的忙音檢測(cè)實(shí)驗(yàn)

話機(jī)B 摘機(jī)，然后用話機(jī)A 拔打話機(jī)B，通過(guò)計(jì)算機(jī)觀察檢測(cè)話機(jī)A 所在用戶口忙音檢測(cè)寄存器，發(fā)現(xiàn)寄存器有置位。話機(jī)A 摘機(jī)，用話機(jī)B拔打話機(jī)A，通過(guò)計(jì)算機(jī)觀察檢測(cè)話機(jī)B 所在用戶口忙音檢測(cè)寄存器，發(fā)現(xiàn)寄存器有置位。重復(fù)實(shí)驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)漏檢情況發(fā)生。

( 2) 通話中的忙音檢測(cè)實(shí)驗(yàn)

用話機(jī)A 拔打話機(jī)B，接通后然后話機(jī)A 掛機(jī)，通過(guò)計(jì)算機(jī)觀察檢測(cè)話機(jī)B 所在用戶口忙音檢測(cè)寄存器，發(fā)現(xiàn)寄存器有置位。用話機(jī)B 拔打話機(jī)A，接通后然后話機(jī)B 掛機(jī)，通過(guò)計(jì)算機(jī)觀察檢測(cè)話機(jī)A 所在用戶口忙音檢測(cè)寄存器，發(fā)現(xiàn)寄存器有置位。重復(fù)實(shí)驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)漏檢情況發(fā)生。

3. 2 忙音檢測(cè)性能分析

( 1) 如何區(qū)分2 種忙音

一種忙音是一方拔打另一方電話，對(duì)方占線，交換機(jī)送給撥打方的提示音。另一種是在通話建立以后一方把掛斷交換機(jī)送給另一方的提示音。前一種忙音檢測(cè)是在通話未建立進(jìn)行的，后一種忙音檢測(cè)是在通話建立后進(jìn)行的，所以這2 種檢測(cè)不會(huì)出現(xiàn)相互影響的情況。

( 2) 忙音檢測(cè)的設(shè)定

忙音檢測(cè)對(duì)聲音采樣時(shí)并不知靜音何時(shí)開始，單音何時(shí)開始，所以可能從靜音或單音的中間開始采樣，在檢測(cè)開始時(shí)、單音和靜音轉(zhuǎn)換時(shí)、檢測(cè)結(jié)束時(shí)的都可能會(huì)出現(xiàn)一次檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確。所以在一個(gè)周期內(nèi)存在單音個(gè)數(shù)占50% 的判斷時(shí)需要留有一定的余量，可以根據(jù)要求設(shè)定一個(gè)范圍( 如45%～ 55%) 。

( 3) 忙音檢測(cè)的風(fēng)險(xiǎn)

這種方法對(duì)忙音檢測(cè)是根據(jù)忙音中單音和靜音的持續(xù)時(shí)間相同的特性來(lái)檢測(cè)的，在一個(gè)周期內(nèi)單音出現(xiàn)的次數(shù)來(lái)確定是否為忙音。當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)周期內(nèi)單音出現(xiàn)的次數(shù)與忙音相同、頻率相同、周期為忙音周期的一半或者四分之一等的聲音時(shí)，也會(huì)被誤檢為忙音。現(xiàn)階段關(guān)于提示音的標(biāo)準(zhǔn)中，不存在這樣的聲音，不會(huì)出現(xiàn)誤檢的情況，所以程序可以被實(shí)際應(yīng)用。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于DSP 的忙音檢測(cè)只需調(diào)節(jié)陷阱濾波器的參數(shù)和檢測(cè)周期就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同頻率和周期的忙音進(jìn)行檢測(cè)。實(shí)現(xiàn)占用資源較少，程序移植方便，可以集成于具有其他功能的DSP 程序中。通過(guò)電話實(shí)驗(yàn)，在預(yù)先設(shè)定一定檢測(cè)冗余的情況下，這種方法可以準(zhǔn)確地檢測(cè)到不同類型的忙音，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)掛機(jī)和自動(dòng)重拔功能。同時(shí)基于DSP 的忙音檢測(cè)方法是基于檢測(cè)計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)，在現(xiàn)行的郵電標(biāo)準(zhǔn)中，不存在能干擾檢測(cè)結(jié)果的提示音，可以應(yīng)用于普通電信設(shè)備中。