DE19848586A1

DE19848586A1 - Detektor und Verfahren zum Detektieren von Tönen oder von anderen periodischen Signalen

Info

Publication number: DE19848586A1
Application number: DE19848586A
Authority: DE
Inventors: Gary Q Jin; Gordon J Reesor
Original assignee: Mitel Corp
Current assignee: Microsemi Semiconductor ULC
Priority date: 1997-10-24
Filing date: 1998-10-21
Publication date: 1999-05-06
Anticipated expiration: 2018-10-22
Also published as: FR2770360A1; GB2330727A; GB9722446D0; FR2770360B1; SE9803637D0; CA2247216A1; SE9803637L; US6122652A; DE19848586C2; GB2330727B; CA2247216C

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Detektion ei nes Tonsignals oder eines beliebigen anderen periodischen Si gnals in einem Telefonsystem. Insbesondere bezieht sie sich auf ein Verfahren und ein System zum Unterscheiden von Spra che oder Rauschen von jedem tonartigen Signal. Das periodi sche Signal kann entweder aus einer einzigen Frequenz beste hen oder mehrere Frequenzkomponenten haben. Der neue Algo rithmus gemäß der Erfindung ist sehr leicht auszuführen und mit den Algorithmus läßt sich ein tonartiges Signal in einer sehr kurzen Zeitperiode detektieren. Testergebnisse zeigen, daß die Wahrscheinlichkeit einer fehlerhaften Detektion sehr gering ist.

Diese Erfindung ist aus einer Arbeit entstanden, die im Zu sammenhang mit der Systemplanung von akustischen Echokompen satoren und Netzwerkechokompensatoren geleistet wurde. Zuerst wird im folgenden für eine kurze Hintergrunddarstellung des früher benutzten Algorithmus zur Detektion tonartiger Signale gesorgt, die beispielsweise DTMF(Dual-Tone Multifrequency)- Signale oder Fax/Modem-Signale sein könnten. Ein allgemeines Merkmal dieser Signale ist, daß sie eine strenge Periodizität haben. Wenn diese Signale in einen Telefonsystem vorhanden sind, beginnt der zur Echokompensation benutzte Least Mean Square(LMS)-Algorithmus langsam zu divergieren. Zur Verhinde rung des Divergierens des lMS-Algorithmus muß das tonartige Signal zuerst detektiert werden und dann wird die Anpassung für den LMS-Algorithmus eingefroren. Bei diesem Schema spielt der Tondetektierungsalgorithmus eine ausschlaggebende Rolle.

Wie ein DTMF-Ton mit einer sehr kurzen Ein/Aus-Periode zu de tektieren ist, war ein herausforderndes Problem bei allen früher durchgeführten Tondetektierungsalgorithmen. Bei der vorliegenden Erfindung werden zwei wirksame Tondetektierungs algorithmen vorgestellt. Sie sind einfach und leicht durchzu führen. Mit den neuen Algorithmen können Schmalband-Töne wie DTMF-Signale und Fax/Modem-Signale in einer sehr kurzen Zeit periode wirksam detektiert werden.

Bei herkömmlichen Telefon-Echokompensationssystemen wird häu fig ein Tondetektor benötigt. Sobald das Tonsignal im System detektiert wird, muß der adaptive LMS-Algorithmus für die Echokompensation angehalten werden, so daß das Divergieren des LMS-Algorithmus verhindert werden kann.

Im Telefonsystem kann ein Tonsignal entweder eine einzige Frequenz oder ein Mehrfrequenzsignal sein. Ein übliches Bei spiel ist ein aus Doppelton-Komponenten bestehendes DTMF-Sig nal. Der Zweck der Tondetektion ist das Detektieren jedes beliebigen Tonsignals, das eine starke Periodizität hat. Zur Zeit sind viele Tondetektierungsalgorithmen verfügbar. Die gewöhnlich benutzten Verfahren sind die Nulldurchgangszäh lung, die Spektrumsspitzenschätzung und die Maxi mum/quadratischer Mittelwert-Verhältnis-Berechnung. Der Null durchgangszählalgorithmus ist der einfachste Algorithmus, aber er ist gegenüber Rauschen empfindlich und braucht eine lange Zeit, um ein tonartiges Signal zu detektieren. Obwohl die Spektrumsspitzenschätzung eine genaue Tonschätzung er gibt, erfordern die FFT (Fast-Fourier-Transformation)-Berech nung und die Spitzen-Detektion ein relativ großes Ausmaß an Berechnung. Die Spektrumsschätzung mit FFT ist auch kein re kursiver Algorithmus, und es ist ein Datenspeicher erforder lich. Die Maxinun/quadratischer Mittelwert-Verhältnis-Schät zung ist ein relativ einfacher Algorithmus, aber er ist nur für Einzelfrequenzsignale genau. Für das DTMF-Doppelfrequenz signal ist das Verhältnis nicht stabil, und es ändert sich mit der Anfangszeit und der Tonfrequenz. Das DTMF-Signal ist auch oft ein impulsartiges Signal mit "EIN"- und "AUS"-Perioden. Sowohl die "EIN"- als auch die "AUS"-Periode könnten in der Dauer sehr kurz sein. Wenn der Anfangspunkt der "EIN"-Periode und die Inpulsdauer unbekannt sind, ist die Berechnung des Maximum/quadratischer Mittelwert-Verhältnisses instabil. Im Ergebnis sorgt das Maximum/quadratischer Mittel wert-Verhältnis nicht für eine zuverlässige Tonanzeige.

Glücklicherweise ist es für die Tondetektion beim Telefon- Echokompensator nicht notwendig, die Frequenz des Tonsignals zu kennen. Dies verhilft zu einer Vereinfachung des Tondetek tierungsalgorithmus. Bei der vorliegenden Erfindung werden zwei Tondetektierungsalgorithmen vorgestellt, die das Tonsi gnal in einer kurzen Zeitperiode genau detektieren können. Der Hauptgedanke dieser Algorithmen besteht darin, die Peri odizität des Signals zu detektieren. Es ist keine Frequenz schätzung erforderlich. Die neuen Tondetektierungsalgorithmen können jedes beliebige tonartige Signal detektieren, unabhän gig davon, ob es sich um einen Einzelfrequenzton oder um ei nen Mehrfrequenzton handelt. Die Hauptvorteile der neuen Al gorithmen bestehen darin, daß sie einfach durchzuführen sind und ihr Berechnungskostenaufwand minimiert ist.

Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist deswegen ein Tondetektor zum Detektieren periodischer Töne innerhalb eines Datensignals vorgesehen, der folgende Merkmale umfaßt: Mittel zum Segmentieren des Datensignals in Datenabtastungen von fester Länge; einen zentralen Zähler zum Zählen der Datenabtastungen und zum Aufbereiten eines Daten fensters daraus; einen Spitzenwertdetektor zum Überwachen der Datenabtastungen und zum Detektieren einer Abtastung, die ei nen Spitzenwert innerhalb dieses Datenfensters hat; ein er stes und zweites Summierungsmittel zum abwechselnden Empfan gen und Zählen der Datensignale; auf den zentralen Zähler an sprechende Schaltmittel zum abwechselnden Umschalten der Da tenabtastungen zwischen dem ersten und dem zweiten Summie rungsmittel; Mittel im ersten und zweiten Summierungsmittel zur Bestimmung, ob damit ausgeführte Summierungen gültig sind; und Entscheidungsmittel zum Vergleichen einer gültigen Summierung aus dem ersten und zweiten Summierungsmittel mit einem Schwellenwert und zum Bestimmen daraus, ob die Summie rung einen periodischen Ton darstellt.

Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Detektieren eines periodischen Tones in einem Datensignal vorgesehen, umfassend folgende Schritte: a) Bilden von Datenabtastungen von fester Länge aus dem Datensig nal; b) Überwachen eines ersten und zweiten Datenfensters, die jeweils fortlaufend aus dem Datensignal entnommene Daten abtastungen enthalten; c) Auffinden des Spitzenwertes und des Ortes des Spitzenwertes in jedem der Datenfenster; d) Berech nen des Gesamtenergiewertes der Datenabtastungen in den Da tenfenstern; e) Auffinden eines Korrelationswertes in bezug auf die Datenfenster; und f) Vergleichen des Korrelationswer tes und der Gesamtenergie für jedes Fenster mit einer vorein gestellten Schwelle, um zu bestimmen, ob das Datensignal ein periodischer Ton ist.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Detektieren eines periodischen Tones in einem Datensignal vorgesehen, umfassend folgende Schritte: a) Bilden von Datenabtastungen von fester Länge aus den Datensi gnal; b) Überwachen eines ersten und zweiten Datenfensters, die jeweils fortlaufend aus dem Datensignal entnommene Daten abtastungen enthalten; c) Auffinden des Spitzenwertes und des Ortes des Spitzenwertes jeweils im ersten und zweiten Daten fenster; d) Berechnen der p-Norm-Summierung für jeden Spit zenwert und Ort; und e) Vergleichen der p-Norm-Summierungen mit einer Schwelle, um zu bestimmen, ob das Datensignal ein periodischer Ton ist.

Die Erfindung wird im folgenden im einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben, in welchen zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild, das die Ausführung einer Reali sierungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,

Fig. 2A-2B ein Flußdiagramm der Verfahrensschritte der Realisierungsform nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Blockschaltbild, das die Ausführung einer anderen Realisierungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,

Fig. 4A-4B ein Flußdiagramm der Verfahrensschritte der Realisierungsform nach Fig. 3.

Am Anfang wird eine Erklärung der zwei Algorithmen gemäß der vorliegenden Erfindung gegeben.

s(t) sei ein Signal mit einer minimalen Periode T, so daß:
s(t) = s(t-kT), für jede ganze Zahl k.

Es ist wohlbekannt, daß für jeden tatsächlichen Wert T₁ gilt:

was bedeutet, daß s(t) und s(t-kT) korreliert sind. Deswegen ist es durch Prüfen der Korrelation zwischen s(t) und s(t-kT) möglich, jedes beliebige tonartige Signal, das periodisch ist, zu detektieren. In den meisten Fällen ist allerdings die Periode unbekannt. Das Prüfen der Korrelation für alle Werte von T ist sehr zeitaufwendig und nicht recheneffektiv.

Um die Korrelation in der richtigen Zeitperiode berechnen zu lassen, wird beim neuen Algorithmus versucht, einen prägnan ten Ort des Signals in einer Periode zu finden. Es sei T₂ < T und die Spitze von s(t) in:

In ähnlicher Weise wird der Maximumort von |s(t)| in der Zeit

t₀ + T₂ < t < t₀ + 2T₂, d. h.

aufgefunden.

Wenn |s(t)| nur ein Maximum in einer Periode hat, ergibt sich:
t₂ = t₁ + kT, wobei k eine ganze Zahl ist.

Deshalb ist:

Für das abgetastete Signal läßt sich der Algorithmus in den folgenden Schritte zusammenfassen:

1. Wähle ein Fenster von N Abtastungen (N ist größer als die maximale Periode des periodischen Signals, das behandelt wird). In diesem Fenster bestehen Signalabtastungen [x₁, . . ., X_N].
2. Es sei a₀ = max[|x₁|, . . ., |X_N|] und der Ort der Maximierung ist k₀(a₀ = |x_k0|). Es sei a₁ = max [|X_N+1|, . . ., |x_2N|] und der Ort der Maximierung ist k₁(a₁ = |X_k1|).
3. Berechnen der Energie
und der Korrelation
4. Wenn
(eine Schwelle), ist es ein Ton, sonst ist es keiner.

Bei der vorhergehenden Realisierungsform läßt sich der Spitz enort a₀ im ersten Fenster mit der folgenden iterativen Me thode (eine ähnliche Vorgehensweise kann beim Spitzenort a₁ im zweiten Fenster angewandt werden) erhalten:

Nachdem k₀ geortet ist, kann die Korrelation nur am Ende des zweiten Datenfensters berechnet werden, wenn k₁ geortet ist. Im schlechtesten Falle wird ein Speicher von 2N Datenabta stungen erforderlich. Bei der Anwendung, wenn der Datenspei cher verfügbar ist, so wie z. B. beim LMS-Algorithmus und der FIR-Filterung, entsteht kein Zusatzkostenaufwand für den Da tenspeicher. Nur der Spitzenort muß in Erinnerung gebracht werden, so daß die richtigen Daten aus dem Speicher für die Korrelationsberechnung herausgezogen werden können.

Für die Anwendung, bei welcher der Datenspeicher nicht ver fügbar ist, dürfte ein 2N-Zusatzdatenspeicher zu teuer für eine Tondetektierung sein. In einem solchen Falle läßt sich der modifizierte Algorithmus der folgenden zweiten Realisie rungsform benutzen.

Diese Realisierungsform erfordert keinen Datenspeicher. Sie beruht auf dem Gedanken, daß für ein periodisches Signal s(t) mit der Periode T jeder beliebige von s(t) und s(t-kT) er zwungene Operator das gleiche Ausgangssignal darbietet, wobei k eine ganze Zahl ist. Der am üblichsten gebrauchte Operator ist der p-Norm-Operator, d. h.

der das gleiche Ausgangssignal abgibt wie

für jedes beliebige T₁ und p. Unter allen p-Norm-Operatoren ist der einfachste Operator mit minimaler Berechnung p = 1.

Wenn der p-Norm-Operator von den Abtastungsdaten in zwei ver schiedene Datenfenster gezwungen wird, wobei alles am Spit zenort beginnt, ist das Ergebnis dasselbe. Beruhend auf die ser Tatsache, läßt sich die Vorgehensweise bei der Tondetek tierung folgendermaßen zusammenfassen:

1. Wähle ein Fenster von N Abtastungen (N ist größer als die maximale Periode des periodischen Signals, das behandelt wird). In diesem Fenster bestehen Signalabtastungen [x₁, . . ., X_N].
2. Es sei a₀ = max[|x₁|, . . ., |X_N1|] und der Ort der Maximierung ist k₀(a₀ = |x_k0|). Es sei a₁ = max [|X_N+1|, . . ., |X_2N|] und der Ort der Maximierung ist k₁(a₁ = |X_k1|).
3. Berechne die p-Norm
4. Wenn
ist es ein Ton. Andernfalls ist es keiner. In der Gleichung (2) ist γ eine Schwelle.

Genauso wie der Spitzenort lassen sich sowohl P₀ als auch P₁ rekursiv auf den neuesten Stand bringen. Die folgende Routine gilt für das P₀-Updating und die gleiche Routine läßt sich beim P₁-Updating benutzen:

Innerhalb der ersten "für"-Schleife wird P₀ immer dann zu rückgesetzt, wenn eine neue Spitze geortet wird. Der Zweck der zweiten "für"-Schleife besteht darin, die N-Punkt-Summie rung von |X_k| zu beenden, wobei an Spitzenort k₀ des ersten Datenfenster angefangen und am Ort k₀-1 des zweiten Daten fensters aufgehört wird.

Bei dieser neuen Realisierungsform wird der Tondetektor viel einfacher, wobei keine Multiplikation benutzt und kein Daten speicher erforderlich ist. Die Hauptoperationen sind Zählen und Addieren. Die Detektierungsleistung ist geringfügig nied riger gegenüber derjenigen des Algorithmus der ersten Reali sierungsform. Die Realisierungsform 1 kann ein viel niedrige res Signal/Rausch-Verhältnis hinnehmen und arbeitet besser unter ein unvollkommenen Umgebung, wenn beispielsweise das Signal durch das Übertragungsmedium verzerrt und kein voll kommen periodisches Signal ist. Insgesamt sind für die Tele fon-Echokompensation alle beiden Detektionsmethoden sehr zu verlässig und die zweite Realisierungsform ist einfacher.

In der folgenden Beschreibung wird die Ausführung der Tonde tektierung gemäß der zweiten Realisierungsform zuerst erör tert und zwar unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2A-2B. Die Ausführung der ersten Realisierungsform, die ähnlich ist, wird danach anschließend unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4A-4B. beschrieben.

Fig. 1 ist ein Ausführungsschaltbild für die zweite Reali sierungsform, deren Einzelheiten in folgenden erläutert wer den.

1. Ein zentraler Zähler 12 steuert die Spitzendetektion im Datenfenster. Immer wenn er N erreicht, wird ein Speicher 14 zurückgesetzt und ein Schalter 16 wechselt von 0 auf 1 (oder umgekehrt). In der Zwischenzeit kehrt der Zähler 12 auf 1 zu rück und beginnt erneut zu zählen.
2. Es gibt zwei Summierungsblöcke 18, 20, die auf zwei ver schiedene Datenfenster arbeiten, die von zwei verschiedenen Zählern 22, 24 (Zählung 1 und Zählung 2) gesteuert werden. Die Summierung endet, wenn der entsprechende Zähler N er reicht. Deswegen enthält die Summierung nur N Datenpunkte.
3. Die Spitzenberechnung arbeitet folgendermaßen: Der Spit zenwert wird im Speicher 14 gespeichert. Wenn der Absolutwert des eintreffenden Datenpunkts größer als der Spitzenwert ist, ist das Ausgangssignal eines Vergleichers 26 "1", was den Speicher 14 in die Lage versetzt, den neuen Spitzenwert zu akzeptieren. Über den Schalter 16 setzt das Ausgangssignal des Vergleichers 26 auch entweder die Zählung 1 oder die Zäh lung 2 und den entsprechenden Summierungsblock 18, 20 zurück. Auf solche Weise läßt sich gewährleisten, daß die Summierung immer am Spitzenort des Datenfensters beginnt.
4. Wenn die Summierung von N Datenpunkten beendet ist, ist es notwendig, zu entscheiden, ob diese Summierung gültig ist oder nicht. Die Summierung ist nur dann gültig, wenn alle Da ten in den Summierungsblöcken in der "EIN"-Periode liegen. Dies ist so, weil viele Tonsignale "Kadenz"-Signale mit "EIN"- und "AUS"-Perioden sind. Wenn die Datensummierung ei nen Teil der "EIN"-Periode und einen Teil der "AUS"-Periode enthält, ist die Summierung ungültig. Die Schwelle 28 hat zwei Funktionen: zum ersten prüft sie den Anfangspunkt der Summierung und zum zweiten prüft sie den Anhaltepunkt. Wenn beide in der "EIN"-Periode sind, ist die Summierung gültig, weil die "AUS"-Periode gewöhnlich länger als "N" ist. Wenn der zentrale Zähler 12 "N" erreicht, werden die augenblickli chen Daten geprüft, und wenn sie groß genug sind, ist der Da tenpunkt in der "EIN"-Periode (die Summierung beginnt bei diesem Spitzenwert, der wenigstens gleich den augenblickli chen Daten ist) und die Tondetektierungsoperation schreitet fort (der Schalter 16 wird umgeschaltet und der Zähler hält das Zählen in Gang). Andernfalls ist der Datenpunkt in der "AUS"-Periode, was bedeutet, daß die Summierung bei der "AUS"-Periode startet. In diesem Falle wird der Schalter 16 nicht umgeschaltet und der entsprechende Zähler (entweder der Zähler 22 oder der Zähler 24) und die Summierung werden zu rückgesetzt. Nachdem ermittelt wurde, daß der Startpunkt der Summierung in der "EIN"-Periode ist, prüft die Schwelle 28 wiederum, ob die Summierung auch während der "EIN"-Periode aufhört. Wenn entweder der Zähler 22 oder der Zähler 24 "N" erreicht, prüft die Schwelle 28, ob die letzten Daten bei der Summierung groß genug sind. Wenn dem so ist, liegt der letzte Datenpunkt auch in der Impuls-"EIN"-Periode. Diese Summierung ist eine gültige Summierung, und die Summe wird an einen Ent scheidungsblock 30 weitergeleitet. Andernfalls ist die Sum mierung ungültig und wird für die Tondetektierung nicht be nutzt. Im Vorhergehenden wird angenommen, daß "N" kleiner als die minimale Signalimpulsbreite ist.
5. Das gültige Ausgangssignal aus dem Summierungsblock wird an den Entscheidungsblock 30 weitergeleitet. Wenn beide Sum mierungsblöcke 18, 20 beendigt sind, wird eine Entscheidung getroffen, die auf der Gleichung (2) beruht.
6. Die Tonentscheidung wird darüber hinaus einen Akkumulator block 34 zugeleitet, in dem die endgültige Entscheidung ge fällt wird. Wenn die Hälfte des M-Entscheidungsblock-Aus gangssignals zeigt, daß es ein Ton ist, so ist die endgültige Entscheidung ein Ton. Sonst ist sie kein Ton.

Es gibt eine Reihe von Parametern beim Tondetektierungsalgo rithmus. Sie werden im folgenden Abschnitt kurz erörtert:

1. N ist die Datenfensterbreite. Wenn N groß ist, kann eine zuverlässigere Tonentscheidung erfolgen. Wie vorher erwähnt worden ist, muß jedoch N kleiner als die Datenimpulsbreite sein. Da eine Einzeltonentscheidung zwei Datenfenster erfor dert, muß allgemein ein DTMF-Impuls wenigstens zwei gültige Summierungsberechnungen enthalten. Wenn man betrachtet, daß die Anfangszeit unbekannt ist, wird N so gewählt, daß es kleiner als 1/3 der minimalen Ton-"EIN"-Zeit ist. N kann auch nicht zu klein sein, weil es größer als die größte behandelte Signalperiode sein muß. Für ein DTMF-Signal wird die minimale Impulsbreite mit 35 ms bis 40 ms betrachtet, d. h. 280 bis 320 Abtastdatenpunkte mit einer 8 kHz-Signalabtastrate. Ein ge eigneter Wert für N ist 61, was bedeutet, daß die minimale Wiederholungsfrequenz des periodischen Signals 131 Hz be trägt.
2. Die Schwelle γ in der Gleichung (2) soll die Grenze zwi schen einem tonartigen Signal und einem Nichttonsignal ein stellen. Weil der Algorithmus sehr stabil ist, kann man einen relativ großen Bereich für γ haben, wobei 0,05 ein geeigneter Wert ist.
3. Die niedrige Schwelle in Fig. 1 sollte ein klein wenig oberhalb des Grundrauschens liegen. Ihre Wertauswahl hängt von der jeweiligen Anwendung ab.
4. Der Wert M im Akkumulatorblock 34 wird auf der Grundlage des jeweiligen Bedürfnisses gewählt. Ein großes M bedeutet für die Tonschätzung mehr Beibehaltung und auch eine längere Zeit für die Tondetektierung. Auf der Grundlage der Tatsache, daß der LMS-Algorithmus bei tonartigen Signalen sehr langsam divergiert, wird ein großes M (100) für eine zuverlässige Tonanzeige angegeben. Kombiniert man M=100 mit N=61, so wer den tonartige Signale in weniger als 1 sek detektiert, wenn das tonartige Signal derart impulsgeformt ist, daß die eine Hälfte der Zeit eine "EIN"-Periode und die andere Hälfte der Zeit eine "AUS"-Periode ist. Ist die Hälfte der Summierungs perioden ungültig, verdoppelt sich die Detektierungszeit. Ein fortgesetzter Strom von DTMF-Digitalzeichen kann in etwa 1,5 sek detektiert werden. Dies ist ein annehmbarer Wert. Wenn das Tonsignal zu Ende ist, ist es erforderlich, daß die Tonentscheidung rasch freigegeben wird. In einem solchen Falle wird M auf 10 gestellt, so daß die Tonentscheidung in etwa 75 ms freigegeben wird.

Fig. 2A-2B ist ein Flußdiagramm des ausgeführten Verfahrens gemäß der zweiten Realisierungsform.

Ein Ausführungsblockschaltbild für die erste Realisierungs form ist in Fig. 3 gezeigt. Die Hauptsteuerungsteile sind dieselben wie die in Fig. 1 gezeigten. Die Unterschiede sind folgendermaßen:

1) Der Speicher 40 speichert nicht nur die Spitzenwerte (sowohl die augenblickliche Spitze als auch die vorherge hende), sondern auch ihre Orte. Er speichert auch die vorher gehenden Daten bis zu 2N Breite und gibt die Daten für die Korrelationsberechnung aus, die sowohl vom Ausgangssignal des Vergleichers 26 als auch vom Schalter 16 gesteuert wird. Im mer wenn das Ausgangssignal des Vergleichers 26 "1" ist, wird das Hinweissignal (beruhend auf der Schalterstellung entweder Speicherdaten 1 oder Speicherdaten 2) im Datenausgangssignal des Speichers 40 auf den vorhergehenden Spitzenort zurückge setzt, und dieses Hinweissignal wird für jeden aufeinander folgenden Rahmen ausgeführt.
2) Die in der Fig. 1 gezeigten Summierungsblöcke werden durch Korrelationsblöcke 42, 44 (enthalten zwei Energiebe rechnungen und eine Korrelation für die Korrelationskoeffi zientenberechnung) ersetzt. Jeder Block erfordert zwei Daten eingangsignalanschlußstellen: eine ist für die Eingangsdaten abtastung und die andere ist entweder vom Speicherdaten-Aus gang 1 oder vom Speicherdaten-Ausgang 2.
3) Weil die Korrelation mit zwei Blöcken von Daten berechnet wird, wird die Schwelle nun mit dem minimalen Absolutwert zwischen den augenblicklichen Daten und den Speicherausgangs daten (beruhend auf der Schalterstellung entweder 1 oder 2) verglichen. Wenn der Schalter 16 auf "0" umschaltet, benutzt der Schwellenvergleicher 46 die Speicherausgangssignaldaten 1 und der Schwellenvergleicher 48 die Speicherausgangssignalda ten 2. Wenn der Schalter auf "1" umschaltet, ist die Situation umgekehrt. Die Funktionen dieser beiden Schwellenvergleicher 46, 48 sind genauso, wie sie in bezug auf die zweite Reali sierungsform beschrieben wurden. Der Vergleicher 46 steuert den Schalter 16, um zu entscheiden, ob er unschalten sollte oder nicht, wenn der zentrale Zähler "N" erreicht. Der Ver gleicher 48 steuert den Entscheidungsblock 30, um zu ent scheiden, ob er das augenblickliche Eingangssignal vom Korre lationsblock 42, 44 annehmen sollte, wenn der entsprechende Zähler 22, 24 "N" erreicht.
4) Eine Einzelton-Entscheidung (M einzelne Entscheidungen sollten akkumuliert werden, bevor die endgültige Tonentschei dung getroffen wird) liegt vor, wenn entweder Zählung 1 (22) oder Zählung 2 (24) "N" erreicht, und beruht darauf, ob der Korrelationskoeffizient r²/E₀E₁ größer oder kleiner als die Schwelle (γ) ist.
5) Die Tonentscheidung wird darüber hinaus an den Akkumula torblock 34 für die endgültige Tonentscheidung weitergelei tet.

Die Fig. 4A-4B zeigen ein Flußdiagramm, das den Ausfüh rungsprozeß für die erste Realisierungsform darstellt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind sind wirkungsvolle und zuverlässige Tondetektierungsalgorithmen entwickelt worden. Entsprechend der Erfindung läßt sich jedes beliebige periodi sche Signal, einschließlich DTMF-Signalen und Niedergeschwin digkeitsmodem-Signalen, detektieren.

Obwohl besondere Realisierungsformen der Erfindung beschrie ben und dargestellt worden sind, ist es einem Fachmann klar, daß verschiedenartige Alternativen und Abänderungen ausge führt werden können. Es ist jedoch selbstverständlich, daß solche Alternativen und Abänderungen in den Umfang der Erfin dung fallen, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Tondetektor zum Detektieren periodischer Töne innerhalb eines Datensignals, umfassend folgende Merkmale:
Mittel zum Segmentieren des Datensignals in Datenabta stungen von fester Länge;
einen zentralen Zähler zum Zählen der Datenabtastungen und zum Aufbereiten eines Datenfensters daraus;
einen Spitzenwertdetektor zum Überwachen der Datenabta stungen und zum Detektieren einer Abtastung, die einen Spitzenwert innerhalb dieses Datenfensters hat;
ein erstes und zweites Summierungsmittel zum abwechseln den Empfangen und Zählen der Datensignale;
auf den zentralen Zähler ansprechende Schaltmittel zum abwechselnden Umschalten der Datenabtastungen zwischen dem ersten und dem zweiten Summierungsmittel;
Mittel im ersten und zweiten Summierungsmittel zur Be stimmung, ob damit ausgeführte Summierungen gültig sind; und
Entscheidungsmittel zum Vergleichen einer gültigen Sum mierung aus dem ersten und zweiten Summierungsmittel mit einem Schwellenwert und zum Bestimmen daraus, ob die Summierung einen periodischen Ton darstellt.

2. Tondetektor nach Anspruch 1, bei dem die Entscheidungs mittel außerdem ein Speichermittel enthalten, um eine Vielzahl positiver Entscheidungen zu speichern, bevor bestimmt wird, daß das Datensignal ein Ton ist.

3. Tondetektor nach Anspruch 2, bei dem der Spitzenwertde tektor einen Vergleicher und einen Speicher zum Spei chern eines augenblicklichen Spitzenwertes enthält, wo bei der Vergleicher einen neuen Spitzenwert nur dann ak zeptiert, wenn der neue Spitzenwert größer als der ge speicherte augenblickliche Spitzenwert ist.

4. Tondetektor nach Anspruch 3, bei dem der zentrale Zähler und der Speicher zurückgesetzt werden, wenn ein neuer Spitzenwert erstellt ist.

5. Verfahren zum Detektieren eines periodischen Tones in einem Datensignal, umfassend folgende Schritte:

a) Bilden von Datenabtastungen von fester Länge aus dem Datensignal;
b) Überwachen eines ersten und zweiten Datenfensters, die jeweils fortlaufend aus den Datensignal entnommene Datenabtastungen enthalten;
c) Auffinden des Spitzenwertes und des Ortes des Spit zenwertes in jedem der Datenfenster;
d) Berechnen des Gesamtenergiewertes der Datenabtastun gen in den Datenfenstern;
e) Auffinden eines Korrelationswertes in bezug auf die Datenfenster; und
f) Vergleichen des Korrelationswertes und der Gesamt energie für jedes Fenster mit einer voreingestellten Schwelle, um zu bestimmen, ob das Datensignal ein peri odischer Ton ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Signal ein Ton ist, wenn
worin gilt:
T = Korrelationsfaktor,
E₀ = Energie des ersten Datenfensters,
E₁ = Energie des zweiten Datenfensters,
γ = eine Schwelle.

7. Verfahren zum Detektieren eines periodischen Tones in einem Datensignal, umfassend:

a) Bilden von Datenabtastungen von fester Länge aus dem Datensignal;
b) Überwachen eines ersten und zweiten Datenfensters, die jeweils fortlaufend aus dem Datensignal entnommene Datenabtastungen enthalten;
c) Auffinden des Spitzenwertes und des Ortes des Spit zenwertes jeweils im ersten und zweiten Datenfenster;
d) Berechnen der p-Norm-Summierung für jeden Spitzenwert und Ort; und
e) Vergleichen der p-Norm-Summierungen mit einer Schwelle, um zu bestimmen, ob das Datensignal ein peri odischer Ton ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Datensignal ein Ton ist, wenn
worin gilt:
P₀ = p-Norm für das erste Fensters,
P₁ = p-Norm für das zweite Fensters,
γ = eine Schwelle.