信與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)電話撥音的合成與分解

1、武漢大學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告電子信息學(xué)院 專業(yè) 2014 年11月 互 日實(shí)驗(yàn)名稱電話撥號(hào)音的合成與分解指導(dǎo)教師 姓名 年級(jí) 大三學(xué)號(hào)201230* 成績(jī)?cè)闯绦蛳螺d地址：訪問(wèn)密碼：SkyW一、預(yù)習(xí)部分1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 實(shí)驗(yàn)基本原理3. 主要儀器設(shè)備（含必要的元器件、工具）1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋緦?shí)驗(yàn)基于對(duì)電話通信系統(tǒng)中撥號(hào)音合成與識(shí)別的仿真實(shí)現(xiàn)，主要涉及到 電話撥號(hào)音合成的基本原理及識(shí)別的主要方法，利用MATLAB軟件以及FFT算法實(shí)現(xiàn)對(duì)電話通信系統(tǒng)中撥號(hào)音的合成與識(shí)別。并進(jìn)一步利用MATLAB中的圖形用戶界面GUl制作簡(jiǎn)單直觀的模擬界面。使其對(duì)電話通信系統(tǒng)撥號(hào)音的 合成與識(shí)別有個(gè)基本的了解。能夠利用矩陣不

2、同的基頻合成 0 9不同按鍵的撥號(hào)音，并能夠?qū)Σ煌?的撥號(hào)音加以正確的識(shí)別，實(shí)現(xiàn)由撥號(hào)音解析出電話號(hào)碼的過(guò)程。進(jìn)一步利用GUl做出簡(jiǎn)單的圖形操作界面。要求界面清楚，畫(huà)面簡(jiǎn)潔，易于理解，操作簡(jiǎn) 單。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電話撥號(hào)音系統(tǒng)的簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)仿真。2. 實(shí)驗(yàn)原理雙音多頻DTMF ( Dual TO ne Multi-Freque ncy)信號(hào)，是用兩個(gè)特定的單音頻率信號(hào)的組合來(lái)代表數(shù)字或功能。在DTMF電話機(jī)中有16個(gè)按鍵，其中10個(gè)數(shù)字鍵0 9 ，6個(gè)功能鍵*、#、A、B、C、D。其 中12個(gè)按鍵是我們比較熟悉的按鍵，另外由第4列確定的按鍵作為保留，作為功能鍵留為今后他用。根據(jù)CCITT建議，國(guó)際上采

3、用697Hz、770Hz、852Hz、94lHz 低頻群及 1209HZ、1336HZ、1477HZ、1633HZ 高頻群。從低頻群和高頻群任意各抽出一種頻率進(jìn)行組合，共有16種組合，代表16種不同的數(shù)字鍵或功能，每個(gè)按鍵唯一地由一組行頻和列頻組成，如表1所示O3. 涉及的MATLAB相關(guān)內(nèi)容1. Set功能：設(shè)置對(duì)象屬性?；菊{(diào)用格式：set(H,'PropertyName',PropertyValue,.)用屬性值卩ropertyValue'設(shè)置關(guān)于用參量H標(biāo)志的對(duì)象(一個(gè)或多個(gè))的屬性名 卩ropertyName'(一個(gè)或多個(gè))。H可以為一句柄的向量。在這

4、種情形下， 命令Set可以設(shè)置所有對(duì)象的屬性值。2. fi nd功能：找出矩陣X中非0項(xiàng)的坐標(biāo)和取值?；菊{(diào)用格式：row,col = fin d(X, .)常與邏輯運(yùn)算法一起使用，可進(jìn)一步明確搜索數(shù)值的范圍。3. disp功能：顯示文本或數(shù)組?；菊{(diào)用格式：disp(X)4. StruCt功能：創(chuàng)建一個(gè)結(jié)構(gòu)體數(shù)組?；菊{(diào)用格式：S = StrUCt('field1', VaIUeS1, 'field2',values2,)給每一個(gè)域名賦值，賦值可以為矢量也可以為標(biāo)量，但是矢量必須有相同 的維數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)操作部分1. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、表格及數(shù)據(jù)處理2. 實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程(

5、可用圖表示)3. 實(shí)驗(yàn)結(jié)論2. 實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程(可用圖表示)1. 圖形電話撥號(hào)面板的制作利用GUl圖形用戶界面設(shè)計(jì)工具制作電話撥號(hào)面板，把DTMF信號(hào)和電話機(jī)的鍵盤(pán)矩陣對(duì)應(yīng)起來(lái)。其中選用我們熟悉的10個(gè)數(shù)字鍵O 9 ， 2個(gè)功能鍵“* ”、“#”，另四個(gè)鍵省略。按照?qǐng)D1電話機(jī)鍵盤(pán)矩陣的排列方式 制作四行三列的按鍵控件。每個(gè)按鍵可用(PUShBUttOn )添加。然后，為了更直觀的反映對(duì)應(yīng)的按鍵號(hào)碼，可以設(shè)置一個(gè)編輯框，用于動(dòng)態(tài)的顯示撥號(hào) 號(hào)碼，模擬實(shí)際電話的撥號(hào)顯示窗口。編輯框可用( Edit TeXt )添加。另 外，為了圖形電話撥號(hào)面板的簡(jiǎn)潔美觀，可以添加空白區(qū)域作為背景，并用靜 態(tài)文本框制

6、作文字信息。背景可用(Frame )添加，靜態(tài)文本框可用(StatiCTeXt )添加。最終利用GUl圖形用戶界面設(shè)計(jì)工具生成的圖形電話撥號(hào)面板 用于撥號(hào)音的合成產(chǎn)生部分。2. DTMF信號(hào)的產(chǎn)生合成現(xiàn)在將對(duì)上節(jié)制作的圖形電話撥號(hào)面板上的各控件單位的動(dòng)作和變化進(jìn)行設(shè)置，即對(duì)文件進(jìn)行編輯。其主要的功能是使對(duì)應(yīng)的按鍵，按照表 1的對(duì)應(yīng)關(guān)系產(chǎn)生相應(yīng)的撥號(hào)音，完成對(duì)應(yīng)行頻及列頻的疊加輸出。此外，對(duì)于圖 形界面的需要，還要使按鍵的號(hào)碼數(shù)字顯示在撥號(hào)顯示窗口中。鑒于CCITT對(duì)DTMF信號(hào)規(guī)定的指標(biāo)，這里每個(gè)數(shù)字信號(hào)取1000個(gè)采樣點(diǎn)模擬按鍵信號(hào)，并且每?jī)蓚€(gè)數(shù)字之間用100個(gè)0來(lái)表示間隔來(lái)模擬靜音。以便區(qū)

7、別連續(xù) 的兩個(gè)按鍵信號(hào)。間隔的靜音信號(hào)也是在按鍵時(shí)產(chǎn)生的。以按鍵1為例，簡(jiǎn)單介紹撥號(hào)音產(chǎn)生的過(guò)程：n=1:1000; %每個(gè)數(shù)字1000個(gè)采樣點(diǎn)表示d=si n( 2*pi*6978192* n)+si n(2*pi*12098192* n); %對(duì)應(yīng)行頻列頻疊加n O=StrCat(get,'stri ng'),'1'); %獲取數(shù)字號(hào)碼set,'stri ng',n 0); %顯示號(hào)碼SPaCe=Zeros(1,100); %100個(gè) 0 模擬靜音信號(hào)global NUMPho ne=NUM,d0;NUM=pho ne,space; % 存儲(chǔ)

8、連續(xù)的撥號(hào)音信號(hào)p=audioplayer(d0,8192); %產(chǎn)生撥號(hào)音global sou nif(sou n=1)PIay(P)PaUSeend3. DTMF信號(hào)的檢測(cè)識(shí)別要實(shí)現(xiàn)電話撥號(hào)音(DTMF )信號(hào)的檢測(cè)識(shí)別，可以通過(guò)直接計(jì)算付里葉 變換得到輸入信號(hào)的組成頻率。這里采用FFT算法對(duì)信號(hào)進(jìn)行解碼分析。首先對(duì)接收到的數(shù)字信號(hào)作FFT分析，計(jì)算出其幅度譜，進(jìn)而得到功率譜，組 成輸入信號(hào)的頻率必定對(duì)應(yīng)功率譜的峰值。對(duì)于連續(xù)的雙音多頻( DTMF )信 號(hào)，需要把有效的數(shù)字撥號(hào)信號(hào)從靜音間隔信號(hào)中分割提取出來(lái)，然后再用 FFT算法對(duì)信號(hào)進(jìn)行解碼分析。MATLAB實(shí)現(xiàn)信號(hào)音的識(shí)別如下：gl

9、obal NUMWaVPlay(NUM,8192);L=Ie ngth(NUM);n=L1100;n umber=''for i=1: nj=(i-1)*1100+1;d=NUM(j:j+999); % 截取岀每個(gè)數(shù)字f=fft(d,2048); %以 N=2048 作 FFT 變換a=abs(f);N=2048;m=fIoor(N2);fs=8192;f1=fs*(0:m)/N;FF=f(1:m+1); F11=abs(FF);figure(i)pIot(f1,F11,'b',-f1,F11,'b');axis(650 1700 0 600),

10、每個(gè)TS對(duì)應(yīng)4Hz找列頻p=a.*a10000; %計(jì)算功率num(1)=fi nd(p(1:250)=max(p(1:250); %找行頻num(2)=300+fi nd(p(300:380)=max(p(300:380); %if (n um(1) V 180) row=1; %確定行數(shù)elseif (n um(1) V 200) row=2;elseif (n um(1) V 220) row=3;else row=4;endif (n um(2) V 320) colum n=1; %確定列數(shù)elseif (n um(2) V 340) colum n=2;else colu mn=3

11、;endz=row,colu mn; %確定數(shù)字if z=4,2 tel=0;elseif z=1,1 tel=1;elseif z=1,2 tel=2;elseif z=1,3 tel=3;elseif z=2,1 tel=4;elseif z=2,2 tel=5;elseif z=2,3 tel=6;elseif z=3,1 tel=7;elseif z=3,2 tel=8;elseif z=3,3 tel=9;endt(i)=tel;C=StrCat (n umber, in t2str(tel);n Umber=Gi=i+1;endmsgbox(strcat('撥打的號(hào)碼為：,

12、number),'分析');程序解釋：確定行頻和列頻的數(shù)值范圍是通過(guò)計(jì)算得出的：已知輸入信號(hào)的取樣頻率fs =8192Hz ,而做FFT的N=2048,則頻譜分辨率為 fsN=81922048=4Hz,由此可算出頻譜圖上任意點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率 K=fF。例如,數(shù)字8的高、低端頻率為fl= 852Hz, fh=1336Hz,則在譜圖上對(duì)應(yīng)的點(diǎn)KI=flF=213,Kh=fhF=334撥號(hào)來(lái)電識(shí)別的代碼如下：n=1:1000; %每個(gè)數(shù)字1000個(gè)采樣點(diǎn)表示d0=si n(2*pi*9418192* n)+si n(2*pi*14778192* n); %對(duì)應(yīng)行頻列頻疊加n O=StrC

13、at(get,'stri ng'),'#'); %獲取數(shù)字號(hào)碼set,'stri ng',n 0); %顯示號(hào)碼SPaCe=Zeros(1,100); %100個(gè) 0 模擬靜音信號(hào)global NUMPho ne=NUM,d0;NUM=pho ne,space; %存儲(chǔ)連續(xù)的撥號(hào)音信號(hào)p=audioplayer(d0,8192); %產(chǎn)生撥號(hào)音global sou nif(sou n=1)PIay(P)PaUSeendstr=get,'stri ng');I=Ie ngth(str);Str=StrreP(Str,str,str(

14、1:l-1); %去掉末尾號(hào)碼在面板上的顯示global nglobal Con tactfoun d=0;x=0;for i=1: nif (StrCmP(C on tact(i). num,str)=1)foun d=1;x=i;endendif(fou nd=1)Str=StrCatC正在打電話給：',c on tact(x). name);msgbox(str,'電話');elseStr=StrCate正在撥打',str,',請(qǐng)等待.');msgbox(str,'電話');end三、實(shí)驗(yàn)效果分析(包括儀器設(shè)備等使用效果)實(shí)驗(yàn)分析：實(shí)驗(yàn)的到數(shù)字1的頻譜結(jié)構(gòu)如上圖，頻譜的峰值出現(xiàn)在DTFMa率表中規(guī)定的頻率附近。1. 話音識(shí)別的步驟：分組 FFT變換尋找每個(gè)組功率最大的兩個(gè)頻率點(diǎn)比較確定數(shù)字2. 實(shí)驗(yàn)中抽樣頻率為8192Hz,經(jīng)過(guò)2048點(diǎn)的fft變換，得到的2048個(gè) 點(diǎn)每?jī)蓚€(gè)點(diǎn)的頻率差值為4Hz,即頻譜分辨率為4Hz,這樣根據(jù)最大功率在數(shù) 組中出現(xiàn)的位置X,就可以得到最大功率處的頻率為 4*X HZ。變換的頻譜是對(duì)稱的，只需要對(duì) 0-1023個(gè)點(diǎn)找最大值即可。4在進(jìn)