Патент на изобретение №2231932

(54) СПОСОБ РАСПОЗНАВАНИЯ ТОНАЛЬНЫХ ТЕЛЕФОННЫХ СИГНАЛОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области связи для распознавания тональных телефонных сигналов абонентской сигнализации в телефонных сетях общего пользования. Технический результат заключается в распознавании сигналов на фоне помех с минимальными затратами памяти прцессора и временем анализа в реальном режиме времени. Способ включает задание условий поиска с составлением и сохранением таблицы параметров. Распознавание сигналов основано на использовании цифрового фильтра (ЦФ) на основе линейного селективного преобразования с оригинальной весовой функцией. При распознавании происходит последовательная подстройка ЦФ до достижения заданной точности частоты определения сигнала. В результате получается последовательность из заданного количества точек апроксимирующих выходной сигнал за искомый период времени. Далее определяют параметры сигнала и сравнение их с заданными. Способ позволяет производить перестройку ЦФ во время работы и определять параметры сигнала. 2 ил.

Изобретение относится к области связи и может быть использовано для распознавания тональных телефонных сигналов абонентской сигнализации в телефонных сетях общего пользования.

Известен способ и устройство частотного анализа телефонных сигналов, описанный в патенте США №4932062, МКИ G 10 L 5/00, Hamilton С., Dialoqic Corp., 15/05/89-5.06.90. Предлагаемый способ и устройство основан на дискретном преобразовании Фурье, обеспечивающем возможность быстродействующего анализа. Способ состоит из следующих этапов: (а) составление и сохранение таблицы параметров – заранее известных значений произведений амплитуды на косинус и синус для разных гармонических составляющих, что обеспечивает ускорение процедуры анализа; (b) Определение частотного состава сигнала, в процессе которого определяются уровни гармоник в виде соответствующих произведений; (с) Сравнение реального содержимого этих составляющих с предварительно составленной шкалой произведений и выдача сообщения о результате сравнения.

Недостатком данного метода является невозможность предварительного составления таблицы параметров для сигнала на фоне помех. Кроме того, данный метод требует большого объема памяти процессора, для хранения предварительно подсчитанных параметров, и достаточно высокой точности вычислений, что на процессорах с невысокой разрядностью может привести к существенному увеличению сложности и времени работы программы распознавания сигнала.

Целью данного изобретения является определение наличия тонального сигнала в телефонной линии, а также его параметров (частоты и амплитуды), в том числе и на фоне помех, с минимальными затратами памяти процессора и временем анализа, обеспечивающим распознавание сигнала в реальном режиме времени.

Поставленная цель достигается преобразованием сигнала в цифровую форму с последующим анализом, основанным на методе линейных селективных преобразований, с последовательной подстройкой фильтра на частоту анализируемого сигнала.

Способ распознавания тональных телефонных сигналов, состоящий из следующих этапов:

первый этап: составление и сохранение таблицы параметров, необходимых для распознавания сигналов;

второй этап: определение сигнала, передаваемого по линии связи;

третий этап: сравнение определенного сигнала с заданными в таблице параметрами и выдачей сообщения о результатах сравнения;

Способ отличается тем, что:

на первом этапе в качестве параметров в таблицу параметров включены тип сигнала, минимальные и максимальные значения амплитуд и частот сигналов, а также диапазон поиска сигналов и погрешность определения частоты;

на втором этапе определение сигнала осуществляется с помощью линейного селективного преобразования с использованием весовой функции h(i), которая представляет собой последовательность прямоугольных импульсов и для дискретных сигналов описывается в табличном виде следующим образом:

h(i)=1/L для всех i удовлетворяющих условию:

(((Т₃+МТ)/Т₂)i<((Т₃+T₁-MT)/Т₂)),

и h(i)=0 во всех остальных случаях,

i – номер точки последовательности входного сигнала, i=0, 1, 2…N-1;

N – количество точек входной последовательности сигнала, используемых для анализа;

L – количество точек i входной последовательности, удовлетворяющих условию: (((Т₃+МТ)/Т₂)i<((Т₃+T₁-MT)/Т₂));

Т – период определения сигнала, (сек);

T₁ – длительность одного импульса в периоде, выбирается фиксированной, например равной Т/8;

Т₂ – такт сканирования;

Т₃ – сдвиг первого импульса в периоде от начала периода;

М=(Т₂i)/Т – коэффициент выборки номера периода, округляется в большую сторону до целого числа;

и последующее определение выходного сигнала осуществляется при помощи передаточной функции H(z), имеющей следующий вид:

иначе (1)

где z – комплексная переменная;

N – количество точек анализа;

k(i) – коэффициент, принимающий значения: k(i)=1, если значение весовой функции h(i)=1/L, или k(i)=0 во всех остальных случаях;

на третьем этапе осуществляется сравнение определяемого сигнала с таблицей параметров по амплитуде и частоте с выдачей сообщения о результатах сравнения.

Способ распознавания тональных сигналов может быть реализован следующим образом:

(а) Задание таблицы параметров определяемых сигналов (тип сигнала, минимальная и максимальная частота и амплитуда сигнала), погрешности определения частоты сигнала и диапазона поиска сигналов (минимальная и максимальная частота).

(b) Определение сигнала.

Определение сигнала основано на использовании метода линейных селективных преобразований.

Под селективным преобразованием понимаются различные виды преобразования исходного процесса x(t), позволяющие усилить в преобразованном процессе y(t) роль периодической компоненты или, как говорят, осуществить селекцию периодической компоненты.

Известно что все линейные селективные преобразования (Серебренников М.Г., Первозванский А.А. Выявление скрытых периодичностей. – М.: Наука, 1965) могут быть представлены в единой форме

а для дискретных сигналов в виде

где y(t) – выходной сигнал,

x(t) – входной сигнал,

h() – весовая функция.

Различные линейные преобразования отличаются лишь видом весовой функции h(). Все их свойства полностью определяются заданием h(). В описываемом способе в качестве весовой функции используется оригинальная функция – периодическая последовательность прямоугольных. Для дискретных сигналов данная весовая функция описана выше.

Цифровой фильтр, построенный с использованием данной весовой функции, имеет передаточную функцию, описываемую формулой (1) и структурную схему, представленную на фиг.1. Цифрами обозначены следующие основные функциональные узлы фильтра:

1 – задержка, Z^-1;

2 – перемножитель;

k – коэффициент усиления;

3 – сумматор;

X(n) – входная последовательность;

Y(n) – выходная последовательность;

N – количество точек анализа.

На фиг.2 представлена весовая функция h().

Как видно из формулы (1), метод заключается в определении математического ожидания значения входного сигнала в промежутках времени T₁, повторяющихся через период времени Т, и, следовательно, для определения выходного сигнала необходимо просто сложить значения входного сигнала в точках, соответствующих отрезкам времени T₁, а сумму поделить на количество этих точек.

Сдвиг Т₃ соответствует значению выходного сигнала, сдвинутого на величину Т₃, относительно текущего времени. Таким образом, если разделить искомый период сигнала на К равных частей и рассчитать значения выходных сигналов в точках со сдвигами ₃, равными (Т/К)k, где k=0…K-1, то получится выходной сигнал, дискретизированный в К точках на период.

Для определения соответствия между номером выборки входного сигнала n и номером точки выходного сигнала k, которому она соответствует, служит следующая формула

где k – номер точки выходного сигнала;

Т₂ – такт сканирования сигнала;

Т – период определяемого сигнала;

К – число дискретизаций выходного сигнала;

n – номер точки в выборке входного сигнала.

Соотношение между шириной полосы пропускания фильтра F и количеством точек, используемых для анализа, определяется следующей формулой

где F – полоса пропускания фильтра;

Т₂ – такт сканирования сигнала;

N – количество точек входной последовательности сигнала.

Перед началом расчета диапазон поиска разбивается на поддиапазоны. Удобно использовать три поддиапазона.

После чего для каждого поддиапазона вычисляется выходной сигнал, дискретизированный на К точек (удобно использовать восемь точек), и вычисляется средневыпрямленное значение выходного сигнала. Далее выбирается поддиапазон с максимальным средневыпрямленным значением выходного сигнала. Исходя из этого выбирается новый диапазон поиска сигнала. Данный диапазон имеет центральную частоту, равную центральной частоте выбранного поддиапазона, и ширину полосы пропускания, равную половине полосы пропускания исследуемого в данный момент диапазона. После чего происходит переход на этап (с).

(с) Сравнение текущей ширины диапазона с заданным значением погрешности определения частоты сигнала. Если ширина диапазона больше погрешности измерения, то осуществляется переход к этапу (b), иначе сравнение принятого сигнала с табличными значениями, определенными на этапе (а). Если сигнал присутствует в таблице, то выдается сообщение о типе сигнала и его параметрах, иначе ширина текущего диапазона устанавливается равной заданному на этапе (а) диапазону поиска сигнала и происходит переход на (b).

Предложенный способ распознавания может быть применен в приборах абонентского доступа, использующих автоматическое распознавание сигналов абонентской сигнализации ТфОП, например, системы оповещения, имитаторы нагрузки и т.д. Отличительной особенностью данного метода является простота вычисления коэффициентов фильтра и выходного сигнала, что позволяет легко производить перестройку фильтра во время работы и определять параметры сигнала.

Формула изобретения

Способ распознавания тональных телефонных сигналов, состоящий из следующих этапов: первый этап: составление и сохранение таблицы параметров, необходимых для распознавания сигналов; второй этап: определение сигнала, передаваемого по линии связи; третий этап: сравнение определенного сигнала с заданными в таблице параметрами и выдачей сообщения о результатах сравнения; отличающийся тем, что на первом этапе в качестве параметров в таблицу параметров включены тип сигнала, минимальные и максимальные значения амплитуд и частот сигналов, а также диапазон поиска сигналов и погрешность определения частоты; на втором этапе определение сигнала осуществляется с помощью линейного селективного преобразования с использованием весовой функции h(i), которая представляет собой последовательность прямоугольных импульсов и для дискретных сигналов описывается в табличном виде следующим образом:

h(i)=1/L для всех i, удовлетворяющих условию

(((Т₃+МТ)/Т₂)i<((Т₃+Т₁+МТ)/Т₂)),

и h(i)=0 во всех остальных случаях,

где i – номер точки последовательности входного сигнала, i=0, 1, 2…N-1;

N – количество точек входной последовательности сигнала, используемых для анализа;

L – количество точек i входной последовательности, удовлетворяющих условию (((Т₃+МТ)/Т₂)i<((Т₃+Т₁+МТ)/T₂));

Т – искомый период входного сигнала;

T₁ – длительность импульса в искомом периоде Т;

T₂ – такт сканирования;

Т₃ – сдвиг импульса от начала искомого периода Т;

М=(T₂i)/Т – округляется до целого числа,

и последующее определение выходного сигнала осуществляется при помощи передаточной функции H(z), имеющей следующий вид:

иначе

где z – комплексная переменная;

N – количество точек анализа;

k(i) – коэффициент, принимающий значение k(i)=1, если значение весовой функции h(i)=1/L, или k(i)=0 во всех остальных случаях,

на третьем этапе осуществляется сравнение определяемого сигнала с таблицей параметров по амплитуде и частоте с выдачей сообщения о результатах сравнения.

РИСУНКИ