第13章_数字信号处理应用举例.ppt

第13章 数字信号处理应用举例 数字信号处理应用举例 数字信号处理技术在通信系统、生物医学、遥感系统、地质勘探、机械振动、交通运输、宇宙航行、自动测量等方面都有广泛的应用 本章介绍数字信号处理的两种典型应用举例 数字信号处理在双音频多拨号系统中的应用 数字信号处理在音乐信号处理中的应用 数字信号处理应用举例1 13.1 数字信号处理在双音频多拨号系统中应用 电话系统中的双音多频信号 双音多频信号的产生与检测 戈泽尔算法 检测DTMF信号的DFT参数选择 DTMF信号系统的模拟实验 13.1.1电话系统中的双音多频信号 双音多频（Dual Tone Multi Frequency, DTMF)信号是音频电话中的拨号信号，由美国ATT贝尔公司实验室研制，并用于电话网络中 双音多频信号不仅可以用在电话网络中，还可以用于传输十进制数据的其它通讯系统中，用于电子邮件和银行系统中 13.1.1电话系统中的双音多频信号 电话系统采用双音拨号的原理 所有的频率可分成高频带和低频带两组，低频带和高频带各有四个频率 低频带四个频率：679Hz,770Hz,852Hz,941Hz 高频带四个频率：1209Hz,1336Hz,1447Hz,1633Hz 每一位号码由两个不同的单音频组成，即由一个低频带频率和一个高频带频率叠加形成 例：十进制数字1用679Hz和1209Hz两个频率，对应的DTMF信号用 表示，其中 13.1.1电话系统中的双音多频信号 8个频率形成16种不同的DTMF信号，具体DTMF拨号的频率分配见下表 13.1.1电话系统中的双音多频信号 电话中的双音多频信号的作用 用拨号信号去控制交换机接通被叫的用户电话机 控制电话机的各种动作,如播放留言、语音信箱等 13.1.2双音多频信号的产生与检测 DTMF信号的产生与检测识别系统是一个典型的小型信号处理系统，它要用数字方法产生模拟信号并进行传输，其中还用到了D/A变换器；在接收端用A/D变换器将其转换成数字信号并进行处理，包括DFT的应用 13.1.2双音多频信号的产生与检测 采用数字方法产生DTMF信号 假设时间连续的DTMF信号用 表示，式中 ， 是按照表13.1.1选择的两个频率 规定用8kHz对DTMF信号进行采样，采样后得到时域离散信号为 形成上述序列有两种方法，一种是计算法，另一种是查表法 13.1.2双音多频信号的产生与检测 用计算法求正弦波的序列值容易，但实际中要占用一些计算时间，影响运行速度 查表法是预先将正弦波的各序列值计算出来，存放在存储器中，运行时只要按顺序和一定的速度取出即可.这种方法要占用一定的存储空间，但是速度快 因采样频率是8000HZ,因此要求每125ms输出一个样本,得到的序列再送到D/A变换器,它的输出经过平滑滤波便是连续时间的DTMF信号 DTMF信号通过电话线路再送到交换机 13.1.2双音多频信号的产生与检测 双音多频信号的检测 在接收端，要对收到的双音多频信号进行检测，即检测两个正弦波的频率，以判断其对应的十进制数字或者符号 将收到的时间连续DTMF信号经过A/D变换，变成数字信号再进行检测 检测的方法有两种 用一组滤波器提取所关心的频率,判断对应的数字或符号(当检测的频率数目较少时，用此法实现更合适） 用DFT(FFT)对双音多频信号进行频谱分析,由信号的幅度谱,判断信号的两个频率,最后确定对应的数字或符号 13.1.3戈泽尔算法 为了提高系统检测速度并降低成本，开发出一种特殊的DFT算法，称为戈泽尔（Goertzel)算法，这种算法既可以用硬件实现，也可以用软件实现 戈泽尔算法利用DFT中的旋转因子 的周期性，将DFT的运算转换成一种线性滤波运算 13.1.3戈泽尔算法 戈泽尔算法的计算公式和实现结构 假设长度为N的序列 的N点DFT用X(k)表示，因为 ，因此 定义序列 13.1.3戈泽尔算法 令 则 将 看成是序列 通过单位脉冲响应为 的滤波器的输出，对比式 (13.1.1)和(13.1.2),可得 于是N点DFT就是这N个滤波器分别对序列 的响应序列的第N点输出 13.1.3戈泽尔算法 对（13.1.3）进行Z变换，得到滤波器系统函数 该滤波器是一个一阶纯极点滤波器，极点为 ,极点频率为 该一阶滤波器的结构图如图13.1.1(a)所示 戈泽尔算法的原理方框图如图13.1.1(c)所示 13.1.3戈泽尔算法 13.1.3戈泽尔算法 为了避免复数乘法,将一阶纯极点滤波器变为二阶滤波器，推导如下