Схема dtmf-декодера для телефонной линии (mt8870)

Назначение¶

Модуль Распознавание (DSM-032) позволяет распознавать звуковые образы, DTMF- и высокочастотные метки в ретранслируемом сигнале для организации ретранслирующего вещания с автоматическим переключением на собственное вещание.

Распознавание образа

В автоматическом режиме модуль постоянно сканирует ретранслируемый сигнал с целью выявления в нем одного из ранее определенных образов звуковых сигналов. При обнаружении образа он вырабатывает команду переключения на собственное вещание (или возврата на ретрансляцию) для модуля Плеер ретрансляции 777. Образами, вызывающими переключение вещания, служат записанные ранее фрагменты ретранслируемого сигнала (обычно это джинглы, расположенные в начале и конце рекламного блока федеральной радиостанции).

Распознавание DTMF-меток

DTMF-метки — это стандартный способ управления ретранслирующими станциями из центра. DTMF-метка представляет собой комбинацию из двух частот слышимого диапазона. Каждая из частот может принимать 4 значения, таким образом, существует 16 различных DTMF-меток. При этом составляющие частоты подобраны так, чтобы с минимальными потерями передаваться в эфирном сигнале и безошибочно декодироваться. По принципу работы DTMF-метки аналогичны тональному набору в телефонии.

Логика коммутации по DTMF-метке аналогична логике коммутации по образу: при обнаружении заранее определенной метки вырабатывается команда для коммутатора на переключение к собственному вещанию или возврат к ретрансляции. Единственное существенное различие заключается в том, что DTMF-метка в ретранслируемом сигнале может присутствовать как в середине джингла, так и в любом другом его месте, при этом коммутация должна выполняться в конце. Поэтому для каждой DTMF-метки в настройках модуля задается задержка срабатывания.

Распознавание высокочастотных меток

Логика коммутации по высокочастотным меткам аналогична логике коммутации по звуковым образам и DTMF-меткам. Основное преимущество высокочастотных меток по сравнению с DTMF в том, что первые принадлежат диапазону, который обрезается стандартными FM-процессорами. Таким образом, высокочастотные метки, в отличие от DTMF, не слышны радиослушателям. Высокочастотные метки используются на радиостанциях, имеющих техническую возможность передавать в регионы сигнал частоты выше 15 КГц (соответственно регионы должны иметь техническую возможность принимать такой сигнал).

INFO DTMF Digit Relay

With this feature the IMG supports out-of-band tone passage of a single
DTMF digit (0- 9, *, #, a, b, c, d) using the SIP INFO method.

Digits Received from
TDM Side

The IMG will send out a single DTMF digit in the INFO if it receives
a digit from a TDM Channel (no pattern match required)

Example INFO Message: TDM-to-SIP

INFO
sip:10.129.39.95:5060 SIP/2.0

Via:
SIP/2.0/UDP 10.129.39.49:5060;rport;branch=z9hG4bK-

16cf-1182872402-19997-319

Call-ID:
5331-400-5262007153956-YUE_NODE-0@10.129.39.49

CSeq:
2 INFO

Max-Forwards:
70

To:
<sip:22233333@10.129.39.95:5060>;tag=1

From:
<sip:123@10.129.39.49>;tag=95ffcd055e0f78f7d5d3970

20e89288dc959

User-Agent:
Cantata-SIP/10.3.3.172 YUE_NODE 0

Accept:
application/sdp

Content-Type:
application/dtmf-relay

Content-Length:
26

Signal=
6

Duration=
100

Digits Received from
IP Side

The IMG will send out a single DTMF digit in the INFO if it receives
a SIP INFO request that has the Content-Type set to “application\dtmf-relay”.
When the Content-Type header of incoming INFO request has value “application/dtmf-relay”,
the IMG will look for a DTMF digit in the “Signal=” line and the digit
interval in the “Duration=” line. If there is more than one digit in the
“Signal=” line from incoming INFO, the IMG will only accept first digit.
If the Duration= line is not present, the interval will be set to 100.

Error Conditions

The IMG will return a 488 if an INFO message with the Content-Type set
to application/dtmf-relay is received and:

• the IMG configuration is not set to INFO DTMF relay.

• the IMG configuration is set to INFO DTMF relay, but
  the Signal= line contains un-recognizable character.

Copyright 2017 Dialogic Corporation.
All Rights Reserved.

Характеристики микросхемы SLG46620V:

• Тип: программируемая микросхема смешанных сигналов;
• Аналоговые блоки: 8-битный АЦП, два ЦАП, шесть компараторов, два фильтра, ИОН, четыре интегрированных генератора;
• Цифровые блоки: до 18 портов ввода/вывода, матрица соединений и комбинаторная логика, программируемые схемы задержки, программируемый функциональный генератор, шесть 8-битных счетчиков, три 14-битных счетчика, три ШИМ-генератора/компаратора;
• Коммуникационный интерфейс: SPI;
• Диапазон напряжений питания: 1.8…5 В;
• Диапазон рабочих температур: –40…85 °C;
• Корпусное исполнение: 2 × 3 × 0.55 мм 20-выводной STQFN.

Статистика распознавания DTMF и образов¶

В X-Player и плеере 777 можно посмотреть статистику распознавания меток DTMF и образов.
Окно статистики можно вызвать, нажав , расположенную на панели основного канала ретрансляции (в нижней части экрана) и выбрав Показать статистику распознавания.

В окне отображается информацию:

• На каком канале ретрансляции какие метки DTMF и образы распознавались.
• Общее количество распознаваний.
• Время последнего распознавания.

Все распознанные метки отображаются в окне статистики независимо от того, была ли на метку какая-нибудь реакция плеера.

Статистику можно очистить.
В случае распознавания метки в момент, когда окно открыто, статистика автоматически обновляется.

INFO Using Pattern

After a match of the configured number of # or * characters in the voice
stream, the IMG will send a character in the SIP INFO to the same endpoint
to which the 200 OK ACK was sent. The voice stream is established after
a successful SIP 200 OK-ACK message sequence. The SIP INFO will contain
a SIP header of Signal (showing the character) and the duration header
(showing the length in milliseconds of the duration to play the character
signal).  

Configuration

You enable this feature using the SIP
DTMF Support pane by selecting INFO
with Pattern in the Method
field. The implementation currently supported is shown below.

SIP INFO Header

The existing header of the SIP INFO method will be modified to carry
the digit.

• Signal parameter — used to carry the # or * character
  in the SDP.  

• Duration parameter — used in the SDP to store the
  length of time in milliseconds to play the digit.

• Content-Type header — will be changed to dtmf-relay when this feature is invoked.  

The following shows a SIP INFO header with the changes:

             INFO
sip:8570@150.129.39.105:5060 SIP/2.0

             Via:
SIP/2.0/UDP 150.129.38.217:5060; rport;branch=z9hG4bK-1170-1145483948-19998-190

             Call-ID:
1c5-403-3192006215856-MFG_5-0@10.129.38.217

              CSeq: 2 INFO

             Max-Forwards:
70

             To:
<sip:8570@150.129.39.105>;tag=75001a07

             From:
<sip:3280@150.129.38.217>;tag=95ffcd055e0f78f7d5d397020e89288de8b1

             User-Agent:
Excel-Open-SIP/10.3.1.56 MFG_5 0

             Timestamp:
04192006215908

             Accept:
application/ sdp

             Content-Length:
26

             Content-Type:
application/
dtmf-relay

              Signal=
#

                 Duration= 120

Особенности работы¶

• Изначально необходимо знать параметры DTMF-сигнала (их можно узнать на головной станции). Примерный уровень DTMF-сигнала можно определить на сигналограмме по записанному фрагменту. Точную последовательность символов также можно установить в процессе настройки.
• Необходимо задать настройки DTMF-декодера, устанавливая Уровень DTMF сигнала на 6 дБ ниже измеренного значения. То есть, если уровень DTMF-символов в сигнале –12 дБ, устанавливаем значение порога в –18 дБ. Значение параметра Отношение сигнал-шум задается выше значения по умолчанию (50 — 60).
• Далее необходимо подать сигнал в канал ретрансляции. Распознанные символы будут автоматически записываться в отладочный лог-файл (по умолчанию он сохраняется в папке Digispot II\DJin\DBG_LOG\) и при обнаружении метки в отладочном логе будет выдано соответствующее сообщение:

Последняя обнаруженная последовательность DTMF также отображается на закладке Тестовые переменные окна Cообщения.

• Понижая порог распознавания с шагом в –3 дБ и повышая значение соотношения сигнал-шум, необходимо добиться устойчивого распознавания последовательности. Признаком того, что порог распознавания (Уровень DTMF сигнала) слишком низкий, будет частое обнаружение ложных символов или последовательностей символов (чаще одного раза в секунду).
• Как определить в фазе сигнал или в противофазе? Если это неизвестно, или есть сомнения, надо считать, что они в фазе и добиться распознавания в щадящем режиме в одном канале (Уровень DTMF сигнала порядка –20 дБ, Отношение сигнал-шум — 40%). После этого, если сигналы распознаются, необходимо переключиться на распознавание сигналов в противофазе (установить соответствующую отметку). Если после переключения сигналы не распознаются, значит правильная настройка — в фазе. Если распознавание продолжается, необходимо дальше настраивать сигналы в «противофазе», то есть повысить порог, чтобы снизить вероятность ложных срабатываний.

Аналоговая часть схемы DTMF-генератора

Рекомендация МСЭ Q.23 определяет DTMF-сигналы как аналоговые сигналы, созданные двумя синусоидальными волнами. В предлагаемой схеме DTMF-генератора микросхема Silego GreenPAK SLG46620V генерирует сигналы прямоугольной формы с желаемыми DTMF-частотами. Чтобы получить синусоидальные сигналы необходимой частоты и сформировать результирующий сигнал (сумма двух синусоидальных волн), потребуются аналоговые фильтры и сумматор. По этой причине в данном проекте было решено использовать фильтры и сумматор на базе операционных усилителей SLG88104V.

На Рисунке 3 показана структура предлагаемой аналоговой части устройства.

Рис. 3.	Схема аналоговой обработки для получения DTMF-сигнала.

Для получения синусоидальных сигналов из прямоугольных импульсов используются аналоговые фильтры. После выполнения фильтрации происходит суммирование двух сигналов и формирование желаемого выходного двухтонового DTMF-сигнала.

На Рисунке 4 представлен результат преобразования Фурье, используемого для получения спектра прямоугольного сигнала.

Рис. 4.	Спектр сигнала прямоугольной формы.

Как можно заметить, прямоугольный сигнал содержит только нечетные гармоники. Если представить такой сигнал с амплитудой A в виде ряда Фурье, то он будет иметь следующий вид:

Анализ этого выражения позволяет сделать вывод, что если аналоговые фильтры имеют достаточное затухание для гармоник, то вполне реально получить синусоидальные сигналы с частотой, равной частоте исходного прямоугольного сигнала.

Принимая во внимание допуск на уровень помех, определенный в стандарте Q.23, необходимо обеспечить, чтобы все гармоники были ослаблены на 20 дБ или более. Кроме того, любая частота из группы нижних частот должна сочетаться с любой частотой из группы верхних частот

Учитывая эти требования, были разработаны два фильтра, по одному для каждой группы.

В качестве обоих фильтров использовались низкочастотные фильтры Баттерворта. Затухание фильтра Баттерворта порядка n можно рассчитать как:

A(f) = 10log(A(f)2) = 10log(1+(f/f_C)2n),

где f_C — частота среза фильтра, n — порядок фильтра.

Разница в затухании между самой низкой частотой и самой высокой частотой каждой группы может быть не более 3 дБ, поэтому:

A(f_HIGHER) — A(f_LOWER) > 3 дБ.

Учитывая абсолютные значения:

A(f_HIGHER)2 / A(f_LOWER)2 > 2.

Кроме того, как мы уже говорили ранее, ослабление гармоник должно составлять 20 дБ или более. При этом наихудшим будет случай самой низкой частоты в группе, потому что ее третья гармоника является самой низкочастотной и находится ближе всего к частоте среза фильтра. Учитывая, что третья гармоника в 3 раза меньше фундаментальной, фильтр должен отвечать условию (абсолютные значения):

A(3f_LOWER)2 / A(f_LOWER)2 > 10/3.

Если эти уравнения применяются к обеим группам, то используемые фильтры должны быть фильтрами второго порядка. Это означает, что они будут иметь по два резистора и по два конденсатора, если их реализовывать с помощью операционных усилителей. При использовании фильтров третьего порядка чувствительность к допускам компонентов была бы ниже. Выбранные частоты отсечек фильтров составляют 977 Гц для группы нижних частот и 1695 Гц для группы верхних частот. При таких значениях отличия в уровнях сигналов в группах частот согласуются с приведенными выше требованиями, а чувствительность к изменениям частоты отсечки из-за допусков компонентов оказывается минимальной.

Принципиальные схемы фильтров, реализованные с помощью SLG88104V, представлены на Рисунке 5. Номиналы первой пары R-C выбраны таким образом, чтобы ограничить выходной ток микросхемы SLG46620V. Второе звено фильтра определяет коэффициент усиления, который составляет 0.2. Амплитуда прямоугольных сигналов задает рабочую точку операционного усилителя на уровне 2.5 В. Нежелательные напряжения блокируются конденсаторами выходных фильтров.

Рис. 5.	Принципиальные схемы выходных фильтров.

На выходе сигналы фильтров суммируются, и результирующий сигнал представляет собой сумму гармоник, выбранных из группы нижних и верхних частот. Для компенсации затухания фильтра амплитуду выходного сигнала можно подстроить с помощью двух резисторов R9 и R10. На Рисунке 6 показана схема сумматора. На Рисунке 7 представлена вся аналоговая часть схемы.

Рис. 6.	Принципиальная схема сумматора.

Рис. 7.	Аналоговая часть схемы.