技术领域
[0001] 本公开一般涉及电信系统中的信令，并且更具体地，涉及无线通信系统中的双音多频(DTMF)数字检测。
背景技术
[0002] 双音多频(DTMF)数字检测用在电信系统中的诸如拨号和自动应答平台中的应答条目(entry)的应用。在传统的无线系统中，DTMF数字起源于通信设备，并且在被编码之前经历预处理。DTMF数字被无线发送到基站，该基站将包含DTMF信息的编码分组路由到另一通信设备，在另一通信设备中接收分组被解码并经历后处理。然而，DTMF数字在通过话音
信号路由路径的传输期间可能经历严重的恶化，从而使得对于在接收端的应用来说更难以区分DTMF数字。
发明内容
[0003] 简短地说来，其它
实施例当中的一个实施例是用于执行双音多频(DTMF)数字检测的系统。该系统包括被配置用于接收到来的携载至少一个
音调样本的
帧的自动增益
控制器，自动增益控制器还被配置为响应于能级超过帧
能量阈值而调整所述至少一个音调样本的能级。该系统还包括被配置用于确定到来的帧中的所述至少一个音调样本的至少一个
频率的单音检测器。该系统还包括双音检测器，该双音检测器被配置为响应于第一确定的频率对应于频率的第一组中的频率并且第二确定的频率对应于频率的第二组中的频率，识别每个所确定的频率的能级和生成到来的帧中是否存在DTMF数字的指示。该系统还包括用于基于所述指示来确定DTMF数字的DTMF数字确定器。
[0004] 另一实施例是在通信设备中实施的、用于执行双音多频(DTMF)数字检测的方法。该方法包括：由通信设备接收到来的携载至少一个音调样本的帧；响应于能级超过帧能量阈值而调整所述至少一个音调样本的能级；以及确定到来的帧中的所述至少一个音调样本的至少一个频率。该方法还包括响应于第一确定的频率对应于频率的第一组中的频率并且第二确定的频率对应于频率的第二组中的频率，识别每个所确定的频率的能级，并生成对于到来的帧中是否存在DTMF数字的指示。该方法还包括基于所述指示来确定DTMF数字。
[0005] 另一实施例是用于执行双音多频(DTMF)数字检测的系统。该系统包括被配置用于接收到来的携载至少一个音调样本的帧的自动增益控制器，该自动增益控制器还被配置用于生成能量受限的至少一个音调样本。该系统还包括单音检测器，该单音检测器被配置用于接收能量受限的至少一个音调样本，并且用于确定到来的帧中的两个最高能量峰值的频率。该系统还包括双音检测器，该双音检测器被配置为响应于第一确定的频率对应于频率的第一组中的频率并且第二确定的频率对应于频率的第二组中的频率，识别每个所确定的频率的能级，并生成对于到来的帧中是否存在DTMF数字的指示。该系统还包括用于基于所述指示来确定DTMF数字的DTMF数字确定器。
[0006] 在查看
附图和详细描述时，本公开的其它系统、方法、特征和优点将对于本领域一位技术人员变得明显。意图所有这样的另外的系统、方法、特征和优点被包括在此描述中、在本公开的范围之内、并且被所附
权利要求保护。
附图说明
[0007] 参照附图可以更好地理解本公开的各个方面。图中的组件不必按比例，而是强调清楚地示出本公开的原理。此外，在图中，贯穿若干视图，相似的参考数字
指定相应的部分。
[0008] 图1是根据本公开的各种实施例的其中可以实施DTMF检测器的无线通信环境的
框图。
[0009] 图2提供了根据本公开的各种实施例的图1中的DTMF
解码器的详细示图。
[0010] 图3示出根据本公开的各种实施例的图1中所示的通信设备的实施例。
[0011] 图4示出根据本公开的各种实施例的由图2的自动增益控制器执行的用于限制关于每个到来的帧的总能级的
算法。
[0012] 图5示出根据本公开的各种实施例的由图2的单音检测器执行的算法。
[0013] 图6示出根据本公开的各种实施例的由图2的双音检测器执行的算法。
[0014] 图7A和7B示出根据本公开的各种实施例的由图2的DTMF数字确定器执行的算法。
[0015] 图8是示出根据本公开的各种实施例的作为图1的通信设备的部分来实施的、用于检测DTMF数字的功能的示例的高级(top-level)
流程图。
具体实施方式
[0016] 公开了各种实施例用于在通信设备的接收路径中实施健壮的双音多频(DTMF)数字检测。根据示范性实施例，在通信设备的解码器和后处理器组件之间实施DTMF检测器。DTMF检测器检测DTMF数字信息，并且经由消息处理器或其它传递机构将DTMF数字信息传递到带内数据应用，其中带内数据应用在通信设备上或者在分离的计算设备上运行。
[0017] 现在说明用于健壮的DTMF数字检测的系统的描述，然后描述对于系统之内的组件的操作的讨论。图1是其中DTMF检测器124可以在经由基站107通信地耦合到另一通信设备103的通信设备102中实施的无线通信环境的框图，其中基站107促进蜂窝网络中的通信设备102、103之间的业务和信令。
[0018] 每个通信设备102、103可以被具体化为智能手机、平板或其它计算系统，并且可以包括诸如
触摸屏接口和/或
键盘的显示和输入设备。每个通信设备102、103的发送(TX)路径包括麦克
风111、
模数转换器(ADC)101、预处理组件104、增益级105、
编码器106、发送器
调制解调器108和耦合到天线112的射频(RF)发送器110。每个通信设备102、103的接收路径(RX)包括耦合到天线112的RF接收器114、接收器调制解调器116、解码器118、后处理组件120、数模(DAC)转换器122和扬声器113。因为在传统通信设备中一般找得到这些组件，所以在此为了简便省略对其的进一步讨论。
[0019] 根据示范性实施例，每个通信设备102、103还包括被插入在解码器118和后处理组件120之间的DTMF检测器124。DTMF检测器124耦合到消息处理器126，消息处理器126将检测到的DTMF数字路由到带内数据应用128。例如，带内数据应用128可以包括经由用于生成DTMF输入的菜单驱动的按键与用户交互的上层应用。如所示，近端通信设备103经由用户对键盘的操纵生成一个或多个DTMF音调。经由基站107将一个或多个DTMF分组130发送到远端通信设备102，其中DTMF检测器124处理存储在DTMF分组中的数据并且确定DTMF数字是否存在。
[0020] 现在参照图2，图2提供了根据各种实施例的图1中的DTMF解码器124的详细视图。操作时，DTMF解码器124大约每20ms对帧201
采样，其中每个到来的帧201包括160比特的PCM(脉冲编码调制)数据。DTMF解码器124包括增益级，增益级包括
放大器202和自动增益控制器203，其中放大器202耦合到单音检测器204。操作时，自动增益控制器203限制输入数据的总能量以避免单音检测器204中的饱和。具体地，自动增益控制器203计算在每个到来的帧201中包含的一个或多个音调信号的总能量。
[0021] 如果总帧能量超过预定阈值，则自动增益控制器203计算下幅(down scale)增益并且相应地调整放大器202的增益，使得单音检测器204接收的样本受到能量限制。可以用
硬件和/或
软件来实施自动增益控制器203的功能。当用软件实施时，自动增益控制器203可以被具体化为低电平
驱动器和/或在高应用层中具体化。
[0022] 通过DTMF信令，利用两个音调频率(即，低频音调和高频音调)的组合来传达每个数字。传统的DTMF键盘以单音频率的4x4矩阵布置，其中每行表示低频分量而每列表示高频分量，如下表中阐述：
[0023]
[0024] 表1
[0025] 通过其行和列频率来唯一地识别键盘上的每个键。操作时，单音检测器204对每个到来的帧201采样，并且计算8个单音频率的每个的能级。对于一些实施例，单音检测器204可以被配置为以最高能量峰值来识别到来的帧201中的两个音调并且确定与这些峰值相关联的音调频率。
[0026] DTMF检测器124还包括被配置为确定展示最高能级的频率行的双音检测器206。同样地，DTMF检测器124确定哪列频率展示出最高能级。DTMF检测器124还确定具有最高能级的频率行是否超过行阈值。相似地，DTMF检测器124确定具有最高能级的频率列是否超过列阈值。
[0027] 如果行阈值和列能量阈值都被超过，则双音检测器206确定最高行能级对最高列能级的比率是否落在目标比率的预定范围内。如果比率落在预定的目标比率的范围之内，则双音检测器206基于最高行能级的索引和最高列能级的索引来确定数字。如果没有超过行阈值和列阈值，或者如果最高行能级对最高列能级的比率没有落在预定的目标比率范围之内，则双音检测器206确定没有检测到DTMF数字(即，发生了非DTMF事件)。然后双音检测器206将所检测到的数字的指示或者没有检测到DTMF的指示转发到DTMF检测器124中的DTMF数字确定器208。
[0028] 双音检测器206与DTMF数字确定器208协
力操作，其中双音检测器206基于逐帧来检测DTMF数字的存在。具体地，如果双音检测器206在当前帧201中检测到DTMF数字的存在，则DTMF数字确定器208利用各种计数器来
跟踪命中每个DTMF数字的数量。基于计数器值，DTMF数字确定器208对于通过通信设备102接收到哪个DTMF数字(如果有)进行最终评定，如下面更详细地描述。
[0029] 对于一些实施例，DTMF数字确定器208可以进一步被配置为响应于对正在接收的DTMF数字的检测而调整通信设备102的TX路径中的增益级105的增益。具体地，DTMF数字确定器208可以被配置为减小增益级105的增益来避免当所接收的DTMF音调被扬声器113(图1)输出时DTMF音调经由麦克风111(图1)被耦合回到发送路径中的可能性。
[0030] 图3示出图1中所示的通信设备102、103的实施例。通信设备102、103可以以各种各样的无线计算设备中的任何一个来具体化，诸如智能手机、平板等等。如图3中所示，通信设备102、103的每个包括
存储器314、处理器件302、一个或多个输入/输出接口304、网络接口306、显示器304、外围接口311、
大容量存储器326，其中穿过本地
数据总线310来连接这些组件的每个。
[0031] 处理器件302可能包括任何定制或市场上买得到的处理器，与通信设备102、103相关联的若干处理器当中的中央处理单元(CPU)或辅助处理器，基于
半导体的
微处理器(以微芯片的形式)、宏处理器、一个或多个专用集成
电路(ASIC)、多个适当配置的数字
逻辑门、以及单独地和以各种组合的形式包括离散元件的其它公知
电子配置来协调计算系统的整体操作。
[0032] 存储器314可以包括易失性存储元件(例如，
随机存取存储器(RAM，诸如DRAM和SRAM等))和非易失性存储元件(例如，ROM、
硬盘、磁带、CDROM等)的任何一种组件。存储器314通常包括固有的
操作系统316、一个或多个固有应用、仿真系统、或者用于各种操作系统和/或仿真硬件平台、仿真操作系统等的任何一个的仿真应用。例如，应用可以包括专用软件，其中专用软件可以包括在图1中描绘的通信设备102、103的组件124、126、128的一些或者全部。根据这样的实施例，组件124、126、128被存储在存储器314中并且被处理器件302运行。本领域一位普通技术人员将理解存储器314可以并且通常将包括为了简明的目的已经被省略的其它组件。
[0033] 输入/输出接口304提供任何数量的用于数据的输入和输出的接口。显示器304可以包括触摸屏或者其它显示器件。在此公开的上下文中，非瞬时性计算机可读介质存储供指令运行系统、装置或设备使用或结合它们使用的程序。作为示例而非限制，计算机可读介质的更具体地示例可以包括便携式计算机磁盘、随机存取存储器(RAM)、
只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM、EEPROM或闪存)和便携式光盘只读存储器(CDROM)(光学)。
[0034] 参照图4，其示出了根据各种实施例的由自动增益控制器203执行用于限制关于每个到来的帧201(图2)的总能级的算法。虽然自动增益控制器203可以被具体化为硬件，但是自动增益控制器203可以被替换地具体化为计算机实施的功能，其中通信设备102(图2)的处理器件302(图3)被编程为运行在下面的流程图中描述的操作。
[0035] 应该理解，图4的流程图仅提供了可以被采用来实施自动增益控制器203的操作的很多不同类型的功能布置的示例。作为替换，图4的流程图可以被视为描绘了根据一个或多个实施例的在通信设备102中实施的方法的步骤的示例。虽然图4的流程图示出运行的特定次序，但是应该理解，运行的次序可以不同于所描绘的次序。例如，相对于所示的次序，可以打乱两个或更多个框的运行次序。此外，可以同时或部分同时地运行图4中连续示出的两个或更多个框。应该理解，所有这些变化都在本公开的范围之内。
[0036] 以框410开始，自动增益控制器203接收到来的帧203，并且计算到来的帧201的一个或多个音调信号的总能量。在判定框420中，如果总帧能量超过帧能量阈值，则自动增益控制器203计算用于减小总帧能量的下幅增益值(框430)。在框440中，自动增益控制器203通过配置放大器202(图2)的增益来将下幅增益值施加到到来的帧201。回头参考判定框420，如果总帧能量没有超过帧能量阈值，那么不需要调整，并且到来的帧201被传递给单音调检测器204(图2)用于进一步的处理。
[0037] 图5示出根据各种实施例的由单音检测器204执行的算法。虽然单音
检波器204可以被具体化为硬件，但是单音检测器204可以被替换地具体化为计算机实施的功能，其中通信设备102(图2)的处理器件302(图3)被编程为执行在下面的流程图中描述的操作。
[0038] 应该理解，图5的流程图仅提供了可以被采用来实施单音检测器204的操作的很多不同类型的功能布置的示例。作为替换，图5的流程图可以被视为描绘了根据一个或多个实施例的在通信设备102中实施的方法的步骤的示例。虽然图5的流程图示出运行的特定次序，但是应该理解，运行的次序可以不同于所描绘的次序。例如，相对于所示的次序，可以打乱两个或更多个框的运行次序。此外，可以同时或部分同时地运行图5中连续示出的两个或更多个框。应该理解，所有这些变化都在本公开的范围之内。
[0039] 以框510开始，单音检测器204从放大器202(图2)接收帧能量受限的音调样本。如上面讨论的，DTMF音调由8个单音频率(697Hz、770Hz、852Hz、941Hz、1209Hz、1336Hz、
1447Hz和1633Hz)的组合组成，其中697Hz、770Hz、852Hz、941Hz与频率的第一组(即，低频分量)相关联，而1209Hz、1336Hz、1447Hz、1633Hz与频率的第二组(即，高频分量)相关联。
[0040] 在框520中，单音检测器204确定到来的帧201的音调样本的频率是否与8个单音DTMF频率的一个或多个对应，并且计算关于8个单频率的每个的能级。在框530中，单音检测器204记录关于8个单频率的每个的能级，并且将能级转发到双音检测器206(框540)。
[0041] 参照图6，其示出根据各种实施例的由双音检测器206执行的算法。虽然双音检测器206可以被具体化为硬件，但是双音检测器206可以被替换地具体化为计算机实施的功能，其中通信设备102(图2)的处理器件302(图3)被编程为运行在下面的流程图中描述的操作。
[0042] 应该理解，图6的流程图仅提供了可以被采用来实施双音检测器206的操作的很多不同类型的功能布置的示例。作为替换，图6的流程图可以被视为描绘了根据一个或多个实施例的在通信设备102中实施的方法的步骤的示例。虽然图6的流程图示出运行的特定次序，但是应该理解，运行的次序可以不同于所描绘的次序。例如，相对于所示的次序，可以打乱两个或更多个框的运行次序。此外，可以同时或部分同时地运行图6中连续示出的两个或更多个框。应该理解，所有这些变化都在本公开的范围之内。
[0043] 以框610开始，双音检测器206确定哪行频率具有相对于其余行的最高能级。双音检测器206类似地确定哪列频率具有相对于其余列的最高能级。具体地，双音检测器206基于单音检测器204(图2)为8个单DTMF频率的每个计算的个别的能级来确定下面的表中的16个能级的每个。
[0044]
[0045] 表2
[0046] 可以基于各种频率组合的总和或者基于各种频率组合的乘积来计算上面的能级。例如，可以将关于697Hz和1209Hz的各自能级加起来(或乘起来)来确定上表中的能级1。
[0047] 一旦上面的能级表被双音检测器206填满(populate)，双音检测器206就能够基于相应的能级确定哪行频率具有相对于其余行的最高能级。例如，基于关于第二行的能级的总和(即，级5+级6+级7+级8)，双音检测器206可以确定与770Hz对应的那行具有最高行能级。双音检测器206类似地确定哪列频率具有相对于其余列的最高能级。例如，基于关于第三列的能级的总和(即，级3+级7+级11+级15)，双音检测器206可以确定与1,477Hz对应的那列具有最高列能级。
[0048] 在判定框620中，双音检测器206确定最高行能级是否超过最小行能量阈值。同样地，在判定框630中，双音检测器206确定最高列能级是否超过最小列能量阈值。在判定框640中，双音检测器206确定最高行能级对最高列能级的比率(Rmax/Cmax)是否落在预定的比率范围之内。理想地，在两个组件之间行能量对列能量的比率是1:1。然而，在频率峰值之间将存在大约10dB差并不罕见。因此，双音检测器206确定行和列能级的比率是否落在可接受范围之内。应该注意，使用如上所述的行和列阈值以及比率阈值确保了伪音调不被错误地检测为DTMF音调。
[0049] 如果双音检测器206确定最高行能级或最高列能级都没有超过它们各自的阈值，则双音检测器206在框660中确定没有检测到DTMF数字，并且设置相应的指示符(例如，DTMF_no_detect)。类似，如果双音检测器206确定行和列能级的比率没有落在可接受范围之内，则双音检测器206在框660中确定没有检测到DTMF数字，并且设置相应的指示符(例如，DTMF_no_detect)。
[0050] 返回到判定框620、630和640，如果最高行能级超过行阈值，如果最高列能级超过列阈值，并且如果行和列能级的比率落在可接受范围之内，那么在框650中，双音检测器206基于具有最高能级的行和具有最高能级的列的交点来确定DTMF数字(见表1)。所估计的DTMF数字然后被转发到DTMF数字确定器208(图2)用于进一步的处理，如下面描述。
[0051] 双音检测器206与DTMF数字确定器208协力操作，其中双音检测器206基于逐帧来检测DTMF数字的存在。DTMF数字确定器208从双音检测器206接收检测结果，并且通过评定多帧上的、来自双音检测器206的检测结果从而滤出非DTMF事件，来对于从远端通信设备发送了哪个DTMF数字作出最终确定。
[0052] 参照图7A和7B，其示出根据各种实施例的由DTMF数字确定器208执行的算法。虽然DTMF数字确定器208可以被具体化为硬件，但是DTMF数字确定器208可以被替换地具体化为计算机实施的功能，其中通信设备102(图2)的处理器件302(图3)被编程为运行在下面的流程图中描述的操作。
[0053] 应该理解，图7A和7B的流程图仅提供了可以被采用来实施DTMF数字确定器208的操作的很多不同类型的功能布置的示例。作为替换，图7A和7B的流程图可以被视为描绘了根据一个或多个实施例的在通信设备102中实施的方法的步骤的示例。虽然图7A和7B的流程图示出运行的特定次序，但是应该理解，运行的次序可以不同于所描绘的次序。例如，相对于所示的次序，可以打乱两个或更多个框的运行次序。此外，可以同时或部分同时地运行图7A和7B中连续示出的两个或更多个框。应该理解，所有这些变化都在本公开的范围之内。
[0054] 以框710开始，DTMF数字确定器208从双音检测器206(图2)接收所估计的DTMF数字。在判定框720中，DTMF数字确定器208确定来自双音检测器206的所估计的DTMF数字是否与当前帧201(图2)相关联。如果所估计的DTMF数字与当前帧201相关联，那么在框730中，DTMF数字确定器208增加与所估计的DTMF数字相关联的计数器。在这点上，每个DTMF数字具有相应的计数器。在框740中，DTMF数字确定器208确定哪个DTMF数字具有最高的计数器值。
[0055] 在判定框750中，DTMF数字确定器208计算与所有DTMF数字对应的计数器值的总值。如果总计数器值超过总计数器阈值，那么在框760中，重置用于所有DTMF数字的计数器。也重置用于跟踪非DTMF事件的计数器。在框770中，具有最高计数器值的DTMF数字被确定为从远端发送的DTMF数字。所确定的DTMF数字被DTMF数字确定器208发送给带内应用以用于进一步的处理。
[0056] 返回到判定框720，如果来自双音检测器206的所估计的DTMF数字不与当前帧201相关联(即，非DTMF事件发生)，那么流程进行到图7B的判定框722，其中对于每个在先(N个)帧，DTMF数字确定器208确定双音检测器206是否估计出DTMF数字。应该注意，帧数(N)是可调整的，并且用于确保在跨越多个到来的帧201(图2)的预定时间间隔(例如，200ms)上可靠地检测到DTMF数字。如果对于每个在先(N个)帧，双音检测器206没有估计出DTMF数字，那么在框724中，DTMF数字确定器208重置与所有DTMF数字相关联的计数器并且增加跟踪非DTMF事件的数量的计数器。即，DTMF数字确定器208确定当前帧对应于非DTMF事件(例如，
杂散发射)，并且流程结束。返回判定框722，如果双音检测器
206对于每个在先(N个)帧估计出DTMF数字，那么流程结束，其中不更新计数器。
[0057] 返回到判定框750，如果总计数器值不超过总计数器阈值，那么在判定框780中，对于与具有最高计数器值的DTMF数字对应的计数器值是否超过计数器阈值进行确定，如果与具有最高计数器值的DTMF数字对应的计数器值超过计数器阈值，那么流程进行到框760和框770，如上所述。返回到判定框780，如果与具有最高计数器值的DTMF数字对应的计数器值没有超过计数器阈值，那么流程结束。即，尚未可靠地检测到DTMF数字，因此，不向带内应用发送DTMF数字。
[0058] 参照图8，其为示出根据本公开的各种实施例的作为图1的通信设备102的部分而实施的用于检测DTMF数字的功能的示例的高级流程图。虽然下面描述的特征可能被具体化为硬件，但是该特征可以被替换地具体化为计算机实施的功能，其中通信设备102的处理器件302(图3)被编程为运行在下面的流程图中描述的操作。
[0059] 应该理解，图8的流程图仅提供了可以被采用来实施通信设备102中的DTMF检测的很多不同类型的功能布置的示例。作为替换，图8的流程图可以被视为描绘了根据一个或多个实施例的在通信设备102中实施的方法的步骤的示例。虽然图8的流程图示出运行的特定次序，但是应该理解，运行的次序可以不同于所描绘的次序。例如，相对于所示的次序，可以打乱两个或更多个框的运行次序。此外，可以同时或部分同时地运行图8中连续示出的两个或更多个框。应该理解，所有这些变化都在本公开的范围之内。
[0060] 以框810开始，通信设备102接收到来的携载了至少一个音调样本的帧。在框820中，通信设备102确定到来的帧中的至少一个音调样本的能级。在框830中，通信设备102响应于能级超过帧能量阈值而调整至少一个音调样本的能级。在框840中，通信设备102确定到来的帧中的至少一个音调样本的至少一个频率。在框850中，通信设备102识别每个确定的频率的能级，并且生成到来的帧中是否存在DTMF数字的指示。对于一些实施例，响应于第一确定的频率对应于频率的第一组(即，低频分量)中的频率并且第二确定的频率对应于频率的第二组(即，高频分量)中的频率，执行对于能级的识别和指示的生成。在框860中，通信设备102基于指示来确定DTMF数字。
[0061] 应该强调，上述实施例仅仅是可能实施方式的示例。可以对上述实施例进行很多变化和
修改而不脱离本公开的原理。所有这样的修改和变化都意在被包括于此，在此公开的范围之内并受到所附权利要求的保护。
