SE500919C2 - Sätt att förbättra mottagarens känslighet och talimmuniteten vid DTMF-mottagning - Google Patents

Description

sno 919 2 typ (sjätte ordningen för lågband och åttonde ordningen för högband) konstruerade genom bilinjär transform, utför frekvens- bandsepareringen. Utsignalerna från varje bandpassfilter behand- las vidare i fyra bandpassfilter (andra ordningens IIR-resonato- rer), vilkas passband motsvarar de åtta DTMF-frekvenserna.

Slutresultaten av den första programdelen (vid slutet av varje 6 ms mätintervall) är spectralenergierna hos lågfrekvens- resp. högfrekvensbandet och hos åtta DTMF-frekvensband.

Andra programdelen: Andra delen utförs, såsom nämnts ovan, vid slutet av 6 ms mätintervallet. Analys sker av de från första programdelen erhållna resultaten (ackumulerade energier hos låg- och hög- frekvensband och hos varje DTMF-frekvens), och leder till av- kodning av DTMF-siffran.

I själva verket genomförs under andra delen ett flertal jämförelser och kontroller och beräknas medelenergin hos varje band. Serien av jämförelser och kontroller säkerställer att tonerna ligger inom specificerade gränser och att en giltig ton är nytt data som måste behandlas. Kontrollerna utförs i följande ordning: - Signalnivåkontroll; - Swingkontroll; Swinget är skillnaden mellan medelenergin och den aktuella energin hos signalen (den aktuella energin är energi ackumulerad under det föreliggande 6 ms mätintervallet). I själva verket visar swinget hur pass stabil signalen är. DTMF-signaler har vanligen litet swing, medan tal vanligen har stort swing. Swing- kontroll används därför till att förbättra talimmuniteten. Om signalen är tillräckligt stark och swingvärdet ligger inom föreskrivna gränser, medelvärdesberäknas bandpassenergierna enligt lämpliga formler.

- Twistkontroll; Twist är skillnaden, i decibel, mellan den starkaste radto- nens amplitud och den starkaste kolumntonens amplitud. Enligt CEPT är maximalt tillåtna twist = _+6 dB.

- DTMF-frekvensvalidering och -sifferavkodning; Under DTMF-frekvensvalideringen, jämför programmet energin hos varje frekvensresonator i varje grupp (band) med medelener- gin hos hela gruppen (band). För att en DTMF-signal skall anses 3 500 919 föreligga, måste i allmänhet den starkaste tonen i varje grupp ligga över en viss tröskel medan alla andra toner i gruppen måste ligga under en viss lägsta brusnivå. Varje DTMF-frekvens har sin egen tröskel och brusnivå.

- Tidsövervakning; Tidsövervakning säkerställer att DTMF-siffran kommer att detekteras endast om alla specificerade tidskrav (tonlängd, pauslängd, tonavbrott, etc.) uppfylls.

Typiska problem vid DTMF-mottagare hänför sig till krav med avseende på talimmunitet och känslighet. Ju känsligare en motta- gare är, desto sämre blir i allmänhet dess talimunitet. Vid konstruktion av DTMF-mottagare försöker man i allmänhet finna en optimal kompromiss mellan dessa två krav, dvs uppnå både god känslighet och talimmunitet samtidigt.

Det finns ett antal metoder för att öka en mottagares talim- munitet. De vanligaste är: - användning av fönsterteknik - analys av andra överton, - swingkontroll.

Användning av fönsterteknik används vanligen vid värdering av DFT och andra algoritmer av denna typ (Görtzel algoritm).

Analys av andra överton innefattar beräkning av energin vid dubbla tonfrekvensen, och införing av detta värde i validerings- kontrollerna för DTMF-tonen. Användning av denna teknik är mer eller mindre väsentlig vid användning av DFT (Görtzel algorit- men), på grund av att beräkning av energin hos den andra över- tonen kräver relativt litet beräkningsarbete. Vid användning av filter-bankmetoden enligt ovan, skulle emellertid beräkningen av den andra övertonen kräva åtta ytterligare filter.

Swingkontroll är vanlig teknik när filter-bankmetoden an- vändes. Swing är i själva verket ett mått på svängningar i ingångssignalens nivå. Nivån hos DTMF-signalen är vanligen mer eller mindre konstant, medan den är ganska ostadig för tal.

Swingkontrollundersökning säkerställer därför att programmet inte förväxlar tal med DTMF-signal, åtminstone inte för ofta.

I omgivningar med mycket starkt brus eller i närvaro av starka störfrekvenser kan inte desto mindre DTMF-signalen ha påtagliga svängningar. I sådant fall är swingkontrollen ibland otillräcklig för att lösa talimmunitetsproblemet. Om den maxima- 500 919 la swingtoleransen ökas kommer talimmuniteten att avsevärt 4 minska. Om man ej gör det kommer mottagarens känslighet att bli sämre och detekteringen att bli dålig.

WO-A1-87/07799 beskriver ett telefonlinjeövervakningssystem med krets för detektering av röstsignaler i närvaro av "supervisory signals" på ett antal telefonlinjer. Man utgår från innehållet i US-A-4,356,348, vilket anges bestämma det mest vanliga tidsintervallet mellan nollgenomgångar hos en ingångs- signal, och jämför detta intervall med efterföljande tidsin- tervall för klassificering av ingångssignalen med avseende på om den är periodisk eller inte.

Enligt WO-A1-87/0779 är nollgenomgångsdetektorer anordnade.

Man tar korta (10 ms) prov av den inkommande signalen och tar räknevärden på de vågformer av vilka den är sammansatt. För ett givet sampel genererar en röst fler händelser än toner därför att röstljud uppvisar mera komplexa vågformer än toner. För att undvika felaktig tolkning av brus, tas två eller tre sampel i följd för att få särskiljning av tystnad, toner och röst.

US-A-4,439,639 beskriver en digital tondetektor för ett flertal "call progress tones", röstsignaler eller tystnad. En signal svarande mot insignalens nivå åstadkommes, nollgenom- gångar räknas och en enveloppdetektor åstadkommer en signal representerande enveloppfrekvensen. En logisk krets åstadkommer härav en utsignal representerande identiteten hos insignalen.

US-A-3,927,259 avser ett signalidentifieringssystem för sär- skiljning av brus och modulerade data. Man utnyttjar härvid bl.a. nollgenomgångsdetektering.

US-A-4,675,898 visar att det är känt vid DTMF att utnyttja nollgenomgångsdetektering för att detektera varje enskild ton- frekvens. Skriften behandlar inte problematiken kring talimmuni- tet.

US-A-4,599,495 beskriver en apparat för detektering av toner vid flerfrekvenssignalering. "Talk-off immunity" diskuteras och avsikten är att indikera närvaro av signaltoner i en ingångs- kanal där det förekommer brus.

Man utnyttjar ett flertal filter, och användning av första och andra trösklar omnämns.

I US-A-4,386,239 beskrives en multifrekvens-tondetektor, och avsikten är att kunna skilja på toner och signaler härrörande 500 919 från brus och röster. Det talas om komparatortröskel och två 5 komparatorer används.

US-A-5 070 526 avser ett signalanalyssystem för bestämning av om en telefonsignal består av en röst eller en "call progress signal". Man utnyttjar en dator och analyserar segment hos den digitala representationen av signalen för bestämning av om signalen har eller inte har likformiga frekvenskomponenter som upprepar sig med regelbundna intervall. Igenkänning av en tole- rerad enstaka bruston berörs inte.

Redogörelse för uppfinningen.

Ett syfte med uppfinningen är att lösa problemet med mottaga- rens känslighet och talimmunitet i omgivning med starkt brus och/eller i närvaro av starka störfrekvenser.

Ovanstående syfte har enligt en aspekt av uppfinningen uppnåtts genom att om, under avkodning av en DTMF-signal, en störfrekvens för första gången påträffas under ett av ett flertal mätintervall noteras detta, och om samma störton påträffas i ett följande mätintervall, tolereras den.

Figurbeskrivning.

Uppfinningen skall nu beskrivas närmare nedan med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka fig. 1 visar ett schematiskt kopplingsschema av en del av en DTMF-mottagare, som är avsedd för genomförande av ett program för mätning och undersökning av en ingångssignal, fig. 2 är ett flödesschema åskådliggörande en metod för att enligt uppfinningen utvärdera resultaten av genomförandet av nämnda program, fig. 3 visar ett schematiskt diagram, som åskådliggör s.k. swingkontroll enligt teknikens ståndpunkt, samt fig. 4 visar ett liknande diagram, som åskådliggör swing- kontroll enligt uppfinningen.

Föredragna utföringsformer.

Fig. 1 visar en del av en DTMF-mottagare, som genomför mätning och undersökning av mottagarens ingångssignal. Mottaga- ren antas vara utförd med en 16-bit digital signalprocessor.

Ingångssampel av 8-bit PCM med en samplingsfrekvens av 8 kHz tillföres först vid 1 till en krets 2, som genomför undersamp- ling till 4 kHz och därpå linjalisering till 13 eller 14 bitar son 919 6 enligt en A- eller p- lag. Undersampling till 4 kHz innebär att endast vartannat sampel processas och är praktisk på grund av att en digital mottagare (eller filter), som processar under- samplade sampel har två gånger mer tid för realtidsbehandling än en digital mottagare, som behandlar sampel med normal samplings- frekvens. Vidare kan undersampling förbättra mottagarens talim- munitet (A. Zoicas, "DTMF needs no extras", 8 Comunications International/April 1990).

Efter kretsen 2 uppdelas ingångssignalen i ett högfrekvens- band och ett lågfrekvensband medelst ett filter 4 för högfrek- vensgruppen och ett filter 6 för lågfrekvensgruppen. Utgången från vart och ett av filtren 4 respektive 6 tillförs fyra band- passfilter 8, 10, 12 och 14 respektive 16, 18, 20, 22. Filtrens 8-22 centrala frekvenser motsvarar DTMF-frekvenserna i respekti- ve band.

Samplen från filtren 4, 8, 10, 12, 14 tillförs var sin krets 24, 26, 28, 30 resp. 32 för kalkylering och ackumulering av respektive filters energi. På samma sätt tillförs samplen från filtren 6, 16, 18, 20, 22 för motsvarande ändamål till kretsar 34, 36, 38, 40 respektive 42.

Spektralenergierna hos bandpassfiltren och DTMF-resonatorerna ackumuleras för en viss tidsperiod. I föreliggande utföringsex- empel antas denna tidsperiod vara 6 ms vilket motsvarar 24 filtrerade sampel (24 x 250 us).

Utgångssamplen från kretsarna 4 och 6 tilleds även vardera en nollgenomgångsräknare 44 respektive 46. Räknarna 44, 46 avkänner utgångssamplens tecken. Nollgenomgång sker om tecknen hos ett aktuellt sampel och ett tidigare är lika.

Slutresultaten av mottagarens behandling enligt den första programdelen, dvs efter slutet av 6 ms-intervallet är ackumule- rade spektralenergier hos hög- respektive lågfrekvensgrupperna och åtta DTMF-frekvenser, samt antalet nollgenomgångar i de båda frekvensgrupperna. Dessa resultat lagras i vissa minnespositio- ner i den digitala signalprocessorn.

Vid slutet av varje 6 ms-intervall genomförs den andra programdelen eller valideringsdelen av DTMF-mottagaren. Detta kommer nu att beskrivas närmare med hänvisning till flödessche- mat i fig. 2.

Vid 50a och 50b sker signalnivåkontroll. Spektralenergierna 7 500 919 hos lågfrekvens- och högfrekvensbanden måste ligga över en viss minsta nivå ("tröskel"). Om detta ej är fallet anses ingångs- signalen ej vara en DTMF-signal, ytterligare validering avbryts och mottagaren övergår till vilande tillstånd.

Vid 52 sker multi-swingkontroll enligt uppfinningen. Multi- swingkontrollen utförs i två steg. Första steget är att bestämma swinget i både lågfrekvens- och högfrekvensbanden. Såsom beskri- vits inledningsvis är swing skillnaden mellan medelenergin och signalens aktuella energi, vilken senare är den energi, som ackumulerats under aktuellt 6 ms-intervall. I andra steget sker kontroll av huruvida beräknade swingvärden ligger inom godkända gränser. Multiswingkontrollen beskrives mera i detalj nedan.

Vid 54 sker beräkning av medel- (referens-) energi. Om resultatet av multi-swingkontrollen är godtagbart, beräknas åter medelenergierna hos både låg- och högfrekvensbanden, varvid hänsyn tas till signalens aktuella energi. Beräkningen av me- delenergierna börjar med uppträdandet av en ny DTMF-signal.

Vid 56 sker twistkontroll. Även detta kommer att beskrivas mera i detalj nedan.

Vid 58 sker validering av DTMF-frekvenserna på nedan lika- ledes närmare beskrivet sätt. I korthet inbegriper det faststäl- lande av den starkaste DTMF-frekvensen i varje band, beräkning av förhållandet mellan nivån hos den starkaste DTMF-frekvensen i bandet och nivån hos varje annan frekvens i samma band, samt kontroll av huruvida de beräknade förehållandena ligger inom tillåtna värden (innefattande "brus-frekvenstolerering" enligt nedan). För att en DTMF-signal skall anses föreligga måste all- mänt den starkaste DTMF-frekvensen i varje band ligga över en viss tröskel, medan alla andra frekvenser måste ligga under en viss undre tröskel. Denna princip kan modifieras genom nedan beskrivna "brus-frekvenstolerering"_ Vid 60 sker kontroll av nollgenomgångar separat för låg- och högfrekvensband på nedan närmare beskrivet sätt. Antalet nollge- nomgångar kan jämföras inte bara för två på varandra följande 6 ms-intervallet (aktuellt och tidigare 6 ms-intervall), utan även under tre eller flera på varandra följande 6 ms-intervall. I själva verket ger jämförelse av tre på varandra följande in- tervall bättre talimmunitet.

Vid 62 slutligen sker sifferavkodning. DTMF-siffran kan lätt 500 919 8 återfinnas om den starkaste DTMF-frekvensen i varje band är känd. Den starkaste DTMF-frekvensen hos varje band påträffas under steg 52.

Om alla kontroller passeras övergår mottagaren till bered- skapstillstånd för mottagning av signal, annars övergår den till vilotillstånd. I båda tillstånden kontrollerar mottagaren tids- parametrar hos det temperära signal-/vilotillståndet och säker- ställer att en ny DTMF-siffra kommer att detekteras endast om alla angivna tidskrav (signal/pausvaraktighet, signalavbrott, etc.) uppfylls. Varje upptäckt siffra bildar utgång till yttre apparatur, vanligen en värdprocessor.

Enligt den första aspekten av uppfinningen används nollgenom- gångsräkning för att förbättra talimmuniteten hos DTMF-mottaga- re. Under den första DTMF-programdelen räknas nollgenomgångar separat för låg- och högfrekvensgrupperna. I det med 60 beteck- nade steget under den andra programdelen jämförs antalet nollge- nomgångar i aktuellt och föregående 6 ms mätintervall. Om skill- naden är större än ett anses ingångssignalen ej vara DTMF.

Enligt mätningar med en provningsanordning av typen MITEL “DTMF Receiver Test Cassette", medförde nollgenomgångskontroll av ovan angivet slag en ökning av mottagarens talimmunitet med mer än 25 %, medan känsligheten förblev densamma.

Enligt en andra aspekt av uppfinningen används multiswing- kontroll i det med 52 betecknade steget för att förbättra motta- garens prestationsförmåga i närvaro av starkt brus och/eller stödfrekvenser i ett band.

Vanlig swingkontroll grundar sig på jämförelse mellan enligt ovan beräknad medelenergi och likaledes enligt ovan uppmätt aktuell energi (amplitud) hos ingångssignalen.

Under den andra DTMF-programdelen jämför programmet (algorit- men) de aktuella energierna hos exempelvis lågfrekvens- och högfrekvensgrupperna och jämför dem med medelenergier hos mot- svarande grupper. Om skillnaderna mellan aktuella energier och medelenergier ligger under vissa trösklar, räknar programmet om medelenergierna med hänsynstagande till aktuella energier och fortsätter med signalvalideringen. Om swinget då ligger över tröskeln drar programmet slutsatsen att ingångssignalen är tal eller brus, och stoppar ytterligare värdering.

Som nämnts ovan är nackdelen med denna standardtyp av swing- 9 500 919 kontroll att i närvaro av starkt brus och/eller störande frek- venser, DTMF-ingângssignalen kan ha avsevärt swing. Om så är fallet, kommer DTMF-signalen att betraktas som tal eller brus och kommer naturligtvis ej att detekteras. Om å andra sidan större swing tolereras kommer talimmuniteten att avsevärt min- ska.

Skillnaden mellan swingkontroll av standardtyp och multi- swingkontroll enligt uppfinningen kan åskådliggöras genom jäm- förelse av fig. 3 och 4.

Fig. 3 åskådliggör proceduren vid standardswingkontroll. Om energin hos ingångssignalen ligger över den övre tröskeln eller under den lägre tröskeln anses ingångssignalen vara tal eller brus. De övre och under trösklarna har dynamiska värden, dvs. deras värden är ej konstanta utan beror på ingångssignalens medelenergi.

Multi-swingkontroll enligt uppfinningen skiljer sig från standardswingkontroll genom användning av åtminstone tre trösk- lar. Två möjliga arrangemang av trösklar visas i fig. 4, såsom beskrivs närmare nedan. Antalet trösklar och deras relativa värden kan vara olika. De i fig. 4 visade arrangemangen kan mellertid anses ge god balans mellan komplexitet och presta- tionsförmåga.

Införandet av multi-swingkontroll enligt uppfinningen grundar sig på insikten att brus- eller störfrekvenser kan uppträda i endast ett i taget av lågfrekvens- och högfrekvensgruppbanden.

Det är då enligt uppfinningen möjligt att förbättra mottagarens känslighet genom att tolerera större swing än normalt endast i detta band, och i motsvarande grad tolerera mindre swing i det andra bandet för att hålla godtagbar nivå på talimmuniteten.

Detta innebär införande av minst två ytterligare trösklar jäm- fört med fallet enligt fig. 3. Vid det första av ovannämnda arrangemang finns, utöver en normal tröskel 2, en tröskel 3 för större swing än normalt, och en tröskel 1 för mindre swing än normalt.

Swingkontroll med tre trösklar, eller sex trösklar om trösk- larna ej ligger symmetriskt runt medelenergin, skulle vid en utföringsform kunna utföras enligt följande.

Först sker kontroll med den normala tröskeln i båda banden.

Om swinget i ett band då är större än vad som normalt medges, son 919 10 kontrolleras det igen i detta band med tröskeln för större swing än normalt. Om denna tröskel överskrids, sker kontroll i det andra bandet med tröskeln för mindre swing än normalt. Om swing- et i detta band då visar sig underskrida denna tröskel är den aktuella ingångssignalen en DTMF-signal, annars ej.

Det andra arrangemanget, som framgår av fig. 4, skiljer sig från det första arrangemanget i samma figur genom att det finns en ytterligare tröskel 4 för större swing än normalt. Ingångs- signalen anses vara en DTMF-signal om något av följande villkor uppfylls vid multi-swingkontrollen. (a) - den aktuella energin hos båda banden underskrider tröskeln 1 och/eller 2 (b) - den aktuella energin hos ett band överskrider tröskeln 2 men ej tröskeln 3, och den aktuella energin hos det andra bandet underskrider tröskeln 1 och/eller 2. (c) - den aktuella energin hos ett band överskrider tröskeln 3 men ej tröskeln 4, den aktuella energin hos det andra bandet underskrider tröskeln 1, och ingen tidigare energi hos det andra bandet, med början från det 6 ms intervall, i vilket den aktuel- la DTMF-signalen detekterades för första gången, har överskridit tröskeln 3.

Det har vid i praktiken utförda mätningar visat sig att multi-swingkontroll enligt uppfinningen utförda med både tre och fyra trösklar ökar känsligheten hos mottagaren om brus och/eller störningar finns i endast ett band, utan nämnvärd försämring av talimmuniteten. Vid provning av en DTMF-mottagare visade sig fyra trösklar ge ett något bättre resultat än tre trösklar.

Olika tröskelarrangemang är emellertid tänkbara för olika fall, och det är inte säkert att något arrangemang är optimalt i alla fall.

Det bör tilläggas att för tal är vanligen swinget i båda banden samtidigt för stort.

Den tredje aspekten av uppfinningen hänför sig till det fall att en konstant störton uppträder vid TDMF-mottagningen.

Vid avkodning av en DTMF-signal är det nödvändigt att hitta en starkaste signal i var och en av de båda frekvensgrupperna.

När den starkaste signalen påträffats, jämförs den i varje grupp med amplituderna hos resten av tonerna i denna grupp. Det finns många olika, men liknande förslag till hur jämförelsen skall 500 919 utföras. Vanligen måste den starkaste tonen skilja sig från de ll andra tonera i sin grupp genom ett visst förhållande, och på samma gång måste den ligga över en viss tröskel. Ju mindre tröskelförhållande som tillåts mellan den starkaste tonen och andra toner i gruppen, desto sämre blir talimmuniteten.

Ibland kan en störton med konstant frekvens uppträda i talkanalen. I detta fall ligger förhållandet mellan den starkas- te tonen och den ton i gruppen, som ligger närmast störtonen, vanligen under tröskelförhållandet. Minskning av tröskelför- hållandet utgör därvid ingen lösning, eftersom talimmuniteten blir sämre.

Enligt uppfinningens finns det emellertid en möjlighet att tolerera en bruston eller, med andra ord, tillåta att förhållan- det mellan den starkaste tonen och varje annan ton i gruppen kan ligga under tröskelvärdet. Om detta utgjorde den enda begräns- ningen skulle det emellertid innebära att i olika 6ms-intervall skulle olika brustoner kunna tolereras. Vid ett sådant utförande skulle talimmuniteten sjunka med mer än 100 %.

Detta problem löses genom att i det med 58 betecknade momen- tet endast en och samma brusfrekvens kan tolereras. När en brusfrekvens uppträder för första gången i en aktuell DTMF- signal, noterar programmet detta. Om under något följande 6ms- intervall hos samma DTMF-signal brusfrekvensen återigen upp- träder, måste det röra sig om den som tidigare upptäckts. Brus- tonförhållandet måste alltid ligga åtminstone 3 dB under den starkaste tonen i gruppen.

Genom användning av denna teknik förbättras mottagarens känslighet i fallet med en enda störton med konstant frekvens (i 30 Hz).

Claims (1)

500 919 12 Patentkrav

1. Sätt att förbättra mottagarens känslighet och talimmunite- ten vid DTMF-mottagning, kännetecknat av att om, under avkodning av en DTMF-signal under ett antal mätintervall, en störfrekvens för första gången påträffas under ett av ett flertal mätinter- vall noteras detta, och om samma störton påträffas i ett följan- de mätintervall, tolereras den.