專利名稱：音檢測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及音檢測(cè)，尤其涉及一種允許較低成本的微處理器檢測(cè)輸入信號(hào)中特定頻率例如電話用戶單機(jī)從交換設(shè)備接收的撥號(hào)音或呼叫等待音的存在或不存在的裝置。
已經(jīng)知道幾種音檢測(cè)方法。一種方法包括的步驟是讓含有被檢測(cè)音的信號(hào)通過(guò)一個(gè)很高Q值的帶通濾波器、一個(gè)電平移動(dòng)器，然后進(jìn)入微處理器的數(shù)字輸入端口。當(dāng)輸入信號(hào)中存在所要求的頻率時(shí)，微處理器在輸入針腳查到一個(gè)方形波。這很容易用中斷法或輪詢法檢測(cè)出來(lái)。
但是，在這一方法中，濾波器比較昂貴。通常要用好幾級(jí)來(lái)給出所需要的滾降和插入緊密度容限或者用工廠調(diào)諧的元件來(lái)得到中心頻率精度。
另一個(gè)已知的方法是插入一個(gè)鎖相環(huán)路(PLL)在這一情形，輸入信號(hào)通過(guò)一個(gè)低Q值帶通濾波器進(jìn)入PLL并且PLL輸出的鎖定信號(hào)被連接到微處理器的一個(gè)數(shù)字輸入端口。
這個(gè)方法也比較費(fèi)錢，并且PLL是一個(gè)成本較高的部件。仍然要求較小容差或工廠調(diào)諧的元件來(lái)得到中心頻率的精度。
另一個(gè)比前述方法花費(fèi)較少的已知方法讓輸入信號(hào)通過(guò)一個(gè)低Q值帶通濾波器和一個(gè)電平移動(dòng)器進(jìn)入微處理器的一個(gè)數(shù)字輸入端口。微處理器將看到一個(gè)已濾波的方形輸入信號(hào)。如果微處理器的每一個(gè)上升(或下降)邊沿中斷，就能對(duì)邊沿之間的周期計(jì)時(shí)。如果該周期相應(yīng)于搜索頻率(或幾個(gè)搜索頻率之一)，微處理器就能指出存在該信號(hào)?？墒?，一般在肯定檢測(cè)到該信號(hào)之前，必須要出現(xiàn)許多的擬合樣本。這一方法對(duì)輸入噪聲十分敏感。
這個(gè)方法使用比較廉價(jià)的元件提供一種使用合理緊密帶寬的檢測(cè)多個(gè)頻率的裝置，但是，隨著微處理器的不同，這一方法可能會(huì)要用及相當(dāng)大比例的有用處理功率。
專門設(shè)計(jì)用于音檢測(cè)的數(shù)字信號(hào)處理器也是已知的，不過(guò)比較昂貴。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用較低的成本獲得緊密帶寬的改進(jìn)型音檢測(cè)裝置。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用最小處理功率獲得緊密帶寬的改進(jìn)型音檢測(cè)裝置。
根據(jù)本發(fā)明提供的一種音檢測(cè)裝置，包括一個(gè)通過(guò)帶通濾波裝置耦合到微處理器的一個(gè)數(shù)字輸入端口的模擬信號(hào)輸入裝置和一個(gè)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置，其中微處理器包括用于對(duì)加到所述模擬信號(hào)輸入裝置的信號(hào)抽樣的抽樣裝置，用于存儲(chǔ)表示抽樣信號(hào)的數(shù)據(jù)的n位緩存裝置，以及用于定期分析所述緩存裝置中的樣本的分析裝置，所述分析裝置則使用一種修改的傅立葉變換檢測(cè)預(yù)定頻率的信號(hào)。
為使本發(fā)明易于施行，現(xiàn)在結(jié)合附圖敘述其實(shí)施例，在附圖中

圖1示出本發(fā)明的第一實(shí)施例。
圖2示出本發(fā)明的第二實(shí)施例。
圖3為圖1、2所示的抽樣器到分析器中所執(zhí)行的運(yùn)算流程圖。
參照?qǐng)D1，裝置包括一個(gè)用于在微處理器抽樣之前從輸入信號(hào)中濾除大部分噪聲和局外信號(hào)的帶通濾波器。
一個(gè)用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為微處理器可用的數(shù)字信號(hào)并且還濾除低功率噪聲信號(hào)的限幅器。負(fù)輸入電壓被移動(dòng)到一個(gè)數(shù)字“低”電平。高于門限的正噪聲電壓被移動(dòng)到一個(gè)數(shù)字“高電平”。小量的滯后防止因低電平信號(hào)而發(fā)生誤觸發(fā)。
微處理器使用一種算法檢出特定的頻率，該算法分成兩部分。第一部分對(duì)輸入信號(hào)抽樣并將它存儲(chǔ)在緩存器中供以后分析。抽樣必須以相當(dāng)高的頻率進(jìn)行，不過(guò)每一樣品的指令計(jì)數(shù)卻很低。第二部分即分析部分定期分析抽樣的信息以顯示出特定的頻率。這要求每一周期有更多的處理時(shí)間，不過(guò)一般能在低得多的頻率完成。
微處理器有規(guī)則地對(duì)輸入針腳的狀態(tài)抽樣并將樣本移入一個(gè)n位緩存器。這一部分是時(shí)間臨界的。
通常，在數(shù)字信號(hào)處理中，抽樣頻率需要比輸入信號(hào)的帶寬高3或4倍。但是，在本應(yīng)用中可以采取欠頻抽樣。不過(guò)設(shè)計(jì)者必須確保帶通濾波器能夠在目標(biāo)頻率和由于抽樣速率而引進(jìn)的任何假頻率之間進(jìn)行鑒別。
舉個(gè)例子，若要搜索一個(gè)450Hz信號(hào)，則1500Hz的抽樣速率可能檢出一個(gè)具有頻率1050Hz的信號(hào)。因而這個(gè)例子要求一個(gè)中心定在450Hz的帶通濾波器，將任何1050Hz的信號(hào)衰減到噪聲門限值以下。
在另一個(gè)例子中，如果要搜索一個(gè)2130Hz的信號(hào)，則1626.6Hz的抽樣速率將給出503Hz、1123Hz、2750Hz等等的假頻率。這個(gè)例子要求一個(gè)中心定在2130Hz的帶通濾波器，將這些頻率都衰減到噪聲門限值以下。
樣本緩存器的規(guī)格n僅根據(jù)下面的公式依賴于所要求的帶寬和抽樣速率。
緩存器規(guī)格＝抽樣速率/帶寬例如，若以1500Hz抽樣時(shí)要求30Hz的帶寬，則需要存儲(chǔ)50個(gè)樣本。
分析部分定期分析樣本以判斷是否在輸入信號(hào)中存在特定頻率。這一部分不是時(shí)間臨界性的。
這一部分使用的算法以標(biāo)準(zhǔn)的傅立葉變換為基礎(chǔ)，但作了若干修改，以使它適合于簡(jiǎn)單的低成本微處理器。
傅立葉變換公式如下F(w)=12π∫-∞∞f(t)eωtdt]]>理論表明，在徑向速度為ω時(shí)，信號(hào)f(t)中的能量由幅度|F(ω)|給出。實(shí)踐中，復(fù)指數(shù)項(xiàng)通常被處理成余弦項(xiàng)和虛數(shù)正弦項(xiàng)之和。
為了在簡(jiǎn)單的微處理器上使用，本發(fā)明用以下辦法來(lái)簡(jiǎn)化這個(gè)公式1.代替模擬輸入信號(hào)的是將輸入處理成一個(gè)抽樣的1位數(shù)字信號(hào)。輸入信號(hào)為負(fù)時(shí)樣本為0，輸入為正時(shí)樣本為1(在本算法中，數(shù)值0實(shí)際代表-1)。
2.代替乘以Sin(ωt)和Cos(ωt)的是本發(fā)明的裝置乘以檢出頻率的兩個(gè)正交方波。
3.代替乘法的，是裝置使用逐位“同”運(yùn)算(或“異”運(yùn)算)。
4.代替在無(wú)窮區(qū)間上積分的，是只對(duì)最后n個(gè)樣本簡(jiǎn)單求和。和又被簡(jiǎn)化成對(duì)結(jié)果中“1”位的數(shù)目計(jì)數(shù)。
5.略去任何常數(shù)。
6.替代使用勾股定理將兩個(gè)正交分量相加到一起的，是裝置簡(jiǎn)單地取絕對(duì)值并把兩個(gè)分量加到一塊。
參照?qǐng)D3，用于分析部分的偽代碼和流程如下1.開(kāi)始(定期地)2.Temp1＝樣本XOR方波(Temp1為n位緩存器)Temp2＝樣本XOR正交方波(Temp2為n位緩存器)3.Bits1＝Temp1中“1”位的數(shù)目Bits2＝Temp2中“1”位的數(shù)目4.數(shù)值1＝(n/2-Bits1)的絕對(duì)值數(shù)值2＝(n/2-Bits2)的絕對(duì)值5.結(jié)果＝數(shù)值1+數(shù)值26.若結(jié)果大于門限值，則頻率存在否則頻率不存在參照?qǐng)D2，在本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)除以n的數(shù)字電路置于電平移動(dòng)器和微處理器之間。這一修改使得裝置能夠檢出頻率的存在(而其他方式要用更多處理功率才能檢出)。微處理器的軟件被安排用于尋找具有搜索頻率的1/m頻率的信號(hào)。
這一修改也影響帶寬抽樣速率和緩存器規(guī)格之間的關(guān)系。
緩存器規(guī)格＝(抽樣速率/帶寬)m由于算法執(zhí)行一種基于大量輸入樣本的分析，所以算法對(duì)小數(shù)量的噪聲比較不敏感。
但是，因?yàn)橄薹娐返奶匦缘年P(guān)系，如果高出搜索頻率3dB以上的噪聲信號(hào)通過(guò)帶通濾波器，則該算法將不能檢出搜索頻率。
最好，在高噪聲環(huán)境中，帶通濾波器應(yīng)做得盡可能地窄些。
增加一個(gè)除法器也大大降低了算法的噪聲性能。因而在高噪聲環(huán)境中，最好不用除法器。
本發(fā)明應(yīng)用于任何使用低成本微處理器檢測(cè)輸入信號(hào)中存在特定頻率的場(chǎng)合，例如說(shuō)可用在1.在電話機(jī)中鑒別不同的撥號(hào)音。
2.在電話機(jī)中檢測(cè)呼叫等待或CIDCW音的存在。
3.在付費(fèi)電話中檢測(cè)計(jì)費(fèi)脈沖的存在。
4.電量供應(yīng)非高峰信號(hào)檢測(cè)。
5.FM(調(diào)頻)收音機(jī)的19KHz載波檢測(cè)。
本裝置可單純以硬件(例如用集成電路)實(shí)施，作為上述諸用途的一個(gè)專用音檢測(cè)器。
權(quán)利要求
1.一種音檢測(cè)裝置，包括一個(gè)通過(guò)帶通濾波裝置耦合到微處理器的數(shù)字輸入端口的模擬信號(hào)輸入裝置和一個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，其中所述微處理器包括用于對(duì)加到所述模擬信號(hào)輸入裝置的信號(hào)抽樣的抽樣裝置、用于存儲(chǔ)表示抽樣信號(hào)的數(shù)據(jù)的n位緩存器、以及用于定期地分析所述緩存器中的樣本的分析裝置，所述分析裝置使用一種修改的傅立葉變換撿出預(yù)定頻率的信號(hào)。
2.權(quán)利要求1要求的裝置，其中一個(gè)除以n的數(shù)字電路裝置被放在所述變換裝置和所述微處理器的數(shù)字輸入端口之間工作。
3.權(quán)利要求1或2要求的裝置，安裝在電放用戶單機(jī)中。
全文摘要
一種用于檢測(cè)輸入信號(hào)中的特定頻率例如從交換設(shè)備接收的撥號(hào)音或呼叫等待音的音檢測(cè)器。檢測(cè)器包括一個(gè)帶通濾波器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、一個(gè)微處理器、一個(gè)緩存器和一個(gè)分析器。分析器通過(guò)一種修改得適于使用低成本簡(jiǎn)單微處理器的傅立葉變換定期分析緩存器中存儲(chǔ)的樣本以確定特定頻率的存在。
文檔編號(hào)H04Q1/457GK1165448SQ9612157
公開(kāi)日1997年11月19日 申請(qǐng)日期1996年12月18日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月20日
發(fā)明者蘭·默里·加思 申請(qǐng)人:阿爾卡塔爾-阿爾斯托姆通用電氣公司