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1、河南科技大学本科毕业设计（论文） I 基于 MATLAB 的 DTMF 信号的仿真分析 摘 要 双音多频信号由于具有抗干扰性强和高速率传输的优点，在世界范围内使用 在按键式电话机上。近年来，DTMF 信号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 ATM 终端以及 VOIP 系统中，研究其在 MATLAB 下的 仿真实现，有助于其具体系统的优化设计。 本文首先阐述了 DTMF 信号的原理，介绍了在 MATLAB 仿真软件中产生的 DTMF 信号的方法，对 GEORTZEL 算法和快速傅里叶变换法提取的频谱方面的 性能进行分析比较。本文仿真时采用 GEORTZEL 算法，在白噪声
2、的环境下对输 入的 DTMF 信号提取频谱信息，即所谓的检测过程。 本文还用 MATLAB 的图形控制语句“uicontrol”创建一个按键“pushbutton”的 DTMF 信号的模拟键盘。发声部分的程序是按照国际标准规定的双音多频拨号系 统的频率，每个按键对应低音频组的一个频率和高音频组的一个频率，即每按一 键发出特定的双音，并且在频谱图上显示相应的双频。 关键词： GEORTZEL 算法，双音多频，快速傅立叶变换，MATLAB THE ANALYSIS OF DTMF SIGNAL SIMULATION 河南科技大学本科毕业设计（论文） II WITH MATLAB ABSTRACTD
3、ual Tone Multi Frequency signal as a strong anti-interference and the advantages of high-speed transmission is now being used worldwide in the push-button telephone. DTMF signals are also applied in recent years, interactive control, such as the language menu, language e-mail, phone banking and ATM
4、terminals, and VOIP systems, and thus under study in the MATLAB simulation helps optimize the design of their specific systems. This paper describes the principles and how DTMF signals generated by MATLAB DTMF signals, and with the GEORTZEL algorithm and the FFT algorithm for fast Fourier spectrum a
5、nalysis and comparison of extraction, and then, get with the GEORTZEL algorithm in the context of white noise on the input DTMF signal extracting spectral information, the so-called detection process. At the same time using MATLABs graphical control statements “uicontrol“ button to create a “pushbut
6、ton“ the DTMF signal analog keyboard. Sound part of the program in accordance with international standards for dual-tone multi-frequency dialing system frequency, each key corresponds to a group of low audio frequency and a high frequency of the audio group, that is, each issued by a specific two-to
7、ne keys, and Spectrum shown in the corresponding frequency. KEY WORDS： GEORTZEL, Dual-Tone Multi-Frequency, Fast Fourier Transfer, MATLAB 目 录河南科技大学本科毕业设计（论文） III 前 言 .1 第 1 章 概述 .2 1.1 信号概述.2 1.2 数字信号概述.2 1.3 数字滤波器.3 1.4 频率分析.4 第 2 章 DTMF 信号产生和检测原理.6 2.1 DTMF 信号 .6 2.2 DTMF 信号的识别及算法实现 .7 2.2.1 DTMF
8、信号的识别 .7 2.2.2 DTMF 信号的检测 .9 2.3 GOERTZEL 算法原理.12 第 3 章 双音多频系统的 MATLAB 设计与实现 .17 3.1 MATLAB 工具简介.17 3.2 DTMF 信号的产生、检测 .19 3.2.1 双音多频信号的产生.19 3.2.2 双音多频信号的检测.19 3.3 DTMF 信号键盘的仿真 .23 结 论 .30 参考文献 .31 致 谢 .33 外文资料原文 .34 外文资料译文 .41河南科技大学本科毕业设计（论文） 0 前 言 双音多频(Dual Tone Multi Frequency, DTMF)信号是音频电话中的拨号信号
9、， 由美国 AT&T 贝尔公司实验室研制，并用于电话网络中。DTMF 信号在电话中有 两种作用，一个是用拨号信号去控制交换机接通被叫的用户电话机，另一个作用 是控制电话机的各种动作，如播放留言、语音信箱等。作为实现电话号码快速可 靠传输的一种技术，它具有很强的抗干扰能力和较高的传输速度，因此，可广泛 用于电话通信系统中，但绝大部分是用作电话的音频拨号。研究其在 MATLAB 下的仿真实现有助于其具体系统的优化设计。 MATLAB 语言是一种广泛应用于工程计算及数值分析领域的新型高级语言， 包括拥有数百个内部函数的主包和三十几种工具包。工具包又可以分为功能性 工具包和学科工具包。功能工具包用来扩
10、充 MATLAB 的符号计算，可视化 建模仿真，文字处理及实时控制等功能。学科工具包是专业性比较强的工具包， 控制工具包，信号处理工具包，通信工具包等都属于此类。 MATLAB 语言像 Basic、Fortran 和 C 语言一样规定了矩阵的一系列运算符，它不需定义数组的维 数，并给出矩阵函数、特殊矩阵专门的库函数，使之在求解诸如信号处理、建模、 系统识别、控制、优化等领域的问题时，显得大为简捷、高效、方便，这是其它 高级语言所不能比拟的。 参考国内外同类设计，本次设计吸取了其中的设计经验，争取少走弯路。关 于 DTMF 信号的产生，主要有计算法和查表法两种方法。计算法程序比较简单， 但需要占用计算时间，影响运行速度。查表法是先将各正弦波的序列计算出来， 存在存储器中，运行时按一定顺序和速度读出，它占用一定存储空间，速度快。 关于 DTMF 的检测。关键是通过戈泽尔算法计算信号的 DFT。在确定了 3个参数 （采样频率，DFT 变换点数，对信号的观测周期）之后，就可以在接收端实现对 DTMF 信号的检测。在得到 DTMF（双音多频）信号
