DTMF信号产生的Matlab实现

数字系统设计实验报告 - 1 -

DTMF信号检测系统设计（实验报告）

报告分三部分

Part1：实验过程描述

Part2：g算法的matlab仿真

Part3：g算法的verilog实现，及下载到de2上的效果

Part 1实验过程描述

Dtmf信号检测，即双频信号检测。系统设计中，采用Goertzel算法。N取205.实验步骤：

ⅰ Goertzel算法的matlab仿真，产生双频信号。用于存入设计系统的.mif文件，来初始化系统中的存储器。

ⅱ Goertzel算法的verilog实现，主要包括存储器数据读取模块，g算法模块，幅度判决模块。

ⅲ 系统quartus仿真及de2实现，用数码管显示存入的双频信号对应的电话拨号

数字系统设计实验报告 - 2 -

Part 2 g算法的matlab仿真

举例f1=770,f2=1477 对应的电话拨号：6

050100150200250-20-1001020-4000-3000-2000-10000100020003000400001000200030004000Frequency (Hz)0-Centered Periodogram

Dtmf Signal&fft

12345678012345678x 105

Square of xk 数字系统设计实验报告 - 3 -

Part 3 verilog实现

clkx[15..0]xk[31..0]clkx[15..0]xk[31..0]clkx[15..0]xk[31..0]clkx[15..0]xk[31..0]clkx[15..0]xk[31..0]clkx[15..0]xk[31..0]clkx[15..0]xk[31..0]clkx[15..0]xk[31..0]clkresetaddr[7..0]clockaddress[7..0]q[15..0]clkxk0[31..0]xk1[31..0]xk2[31..0]xk3[31..0]xk4[31..0]xk5[31..0]xk6[31..0]xk7[31..0]oHEX0_D[6..0]g:g3g:g4g:g5g:g6g:g7counter:crom:romseg7:seg7clkresetoHEX0_D[6..0]g:g0g:g1g:g2

基于matlab的实时电话按键识别

1 双音多频信号

双音多频（DTMF:Dual Tone Multi-frenuency）信号是在世界范围内广泛应用在按键式电话机上的一种电信标准，进年来DTMF也应用在交互式控制中，诸如语言菜单、语言邮件、电话银行和主叫用户信息识别（来电显示）上[1]。

DTMF实际是由两种音调的声音组合而成：低频和高频。DTMF信号是由两组频率合成， 低频群：697、770、852、941(HZ)；高频群：1209、1336、1477、1633(Hz)。每一个DTMF信号由一个低频和一个高频组成。共产生16种信号。具体的频率键值如表1所示。

表1 DTMF频率及其对应的键值

高频群（Hz）

低频群（Hz） 1209 1336 1477 1633

697 1 2 3 A

770 4 5 6 B

852 7 8 9 C

941 * 0 # D

当按下一个数据键，例如“3”时，则产生频率为697Hz和1477Hz的两个正弦波，并叠加。对DTMF信号所规定的指标是：每个数字传送过程中，信号必须存在至少45ms，且不得多于55ms，100ms里的其他时间都是静声。

各种DTMF信号的应用都离不开DTMF信号的检测，这是DTMF信号应用的关键。对它的检测，主要通过数字信号处理的算法以及硬件实现。而在软件实现时，一般论文只给出来了用双正弦信号模拟电话按键的检测，对于连续实时按键声音的检测很少给出检测方案和结果。本文主要通过matlab的软件编程来实现实时DTMF信号的检测。并给出来了用平均短时能量和平均过零率对DTMF信号进行端点检测的比较。

对DTMF信号的检测主要包括两个关键步骤：连续按键信号的检测和利用信号的频谱对输入信号与标准频谱对应从而得到输入的电话号码。

2.端点检测

语音信号的端点检测是进行其他语音信号处理（如语音识别，讲话人识别等)重要且关键的第一步。对于输入的一段语音信号, 目前采用的端点检测方法大多基于Rabiner L R 等人提出的算法。这种算法是用语音信号的短时平均过零率和短时平均能量值作为参数, 对一段语音信号的起点和终点进行检测, 从而把语音信号从背景噪声中区分出来。找到语音信号的起止点, 从而减小语音信号处理过程中的计算量, 是众多语音信号处理领域中一个基本而且重要的问题。端点作为语音分割的重要特征, 在很大程度上影响识别的性能。一般认为, 一种理想的端点检测算法应当具有以下几个特征: 可靠性、鲁棒性、精确性、自适应性、简单性、实时性和对噪声特征无需先验知识。

dtmf课程设计matlab

一、教学目标

本课程旨在通过DTMF信号的Matlab仿真，让学生掌握数字通信中双音

multi-frequency（DTMF）信号的基本概念，了解其产生、检测的原理，以及利用Matlab进行DTMF信号处理的实践技能。通过本课程的学习，学生将能够：

1. 知识目标：

– 描述DTMF信号的产生原理。

– 解释DTMF信号的检测机制。

– 列举Matlab在DTMF信号处理中的应用。

2. 技能目标：

– 使用Matlab生成DTMF信号。

– 利用Matlab对DTMF信号进行分析和处理。

– 设计简单的DTMF解码算法并进行仿真。

3. 情感态度价值观目标：

– 培养学生对数字通信技术的兴趣。

– 增强学生利用仿真工具解决实际问题的能力。

– 培养学生团队协作，分享知识的态度。

二、教学内容

本课程的教学内容围绕DTMF信号的原理及其在Matlab中的仿真展开，具体包括：

1. DTMF信号的基本概念和原理。

2. DTMF信号的Matlab生成与分析方法。

3. DTMF信号解码技术的Matlab实现。

教学大纲将依据以上内容进行详细安排，确保理论与实践相结合，使得学生能够通过实际操作加深对DTMF信号处理的理解。

三、教学方法

为提高学生对DTMF信号处理的理解和实际操作能力，将采用以下教学方法： 1. 讲授法：用于讲解DTMF信号的基本原理和概念。

2. 案例分析法：通过分析实际案例，使学生理解DTMF信号的应用和处理。

3. 实验法：利用Matlab进行DTMF信号的生成与处理实验，增强学生的实践操作能力。

4. 讨论法：分组讨论实验结果，促进学生之间的交流与合作。

四、教学资源

为支持本课程的教学目标和教学方法，将准备以下教学资源：

1. 教材：《数字通信原理》及相关Matlab教程。

2. 参考书：包括DTMF信号处理的经典论文和案例。

3. 多媒体资料：Matlab软件及相关教学视频。

* *

用matlab GUI功能模DTMF拨号系统

双音多频 DTMF（ Dual Tone Multi-Frequency ）信号，是用两个特定的单音频率信号的组合来代表数字或功能。在 DTMF 电话机中有 16 个按键，其中 10 个数字键 0 — 9 ，

6 个功能键 * 、 # 、 A 、 B 、 C 、 D 。其中 12 个按键是我们比较熟悉的按键，另外由第 4 列确定的按键作为保留，作为功能键留为今后他用。 根据 CCITT 建议，国际上采用

697Hz 、 770Hz 、 852Hz 、 94lHz 低频群及 1209Hz 、 1336Hz 、 1477Hz 、

1633Hz 高频群。从低频群和高频群任意各抽出一种频率进行组合，共有 16 种组合，代表 16 种不同的数字键或功能，每个按键唯一地由一组行频和列频组成如表 1 所示。

(1)．GUI图形电话拨号面板的制作：

利用 GUI 图形用户界面设计工具制作电话拨号面板，把 DTMF 信号和电话机的键盘矩阵对应起来。其中选用我们熟悉的 10 个数字键 0 — 9 ， 2 个功能键“ * ”、“＃”，另四个键省略。电话机键盘矩阵的排列方式制作四行三列的按键控件。 然后，为了更直观的反映对应的按键号码，可以设置一个编辑框，用于动态的显示拨号号码，模拟实际电话

的拨号显示窗口。编辑框可用（ Edit Text ）添加。

另外，为了图形电话拨号面板的简洁美观，可以添加空白区域作为背景，并用静态文本框制作文字信息。背景可用（ Frame ）添加，静态文本框可用 （ Static Text ）添加。

最终利用 GUI 图形用户界面设计工具生成的图形电话拨号面板用于拨号音的合成产生部分，这里将其保存为tu1.fig文件。

(2). DTMF 信号的产生合成： * *

其主要的功能是使对应的按键，按照表 1 的对应关系产生相应的拨号音，完成对应行频及列频的叠加输出。此外，对于图形界面的需要，还要使按键的号码数字显示在拨号显示窗口中。 鉴于 CCITT 对 DTMF 信号规定的指标，这里每个数字信号取 1000 个采样点模拟按键信号，并且每两个数字之间用 100 个 0 来表示间隔来模拟静音。以便区别连续的两个按键信号。间隔的静音信号也是在按键时产生的。