自動檢測忙音信號的方法
2023-04-29 20:15:01
專利名稱：自動檢測忙音信號的方法
技術領域：
本發明涉及電話通信過程中忙音信號的檢測方法，特別是對交換機等語音設備產生的忙音信號的自動識別方法。
傳統的電話通信過程，如
圖1所示。通信雙方在通話過程中，一方掛機後，交換機會向另一方送出忙音，另一方通話者聽到忙音後，知道線路不通，會掛掉電話，恢復線路空閒。但隨著通信技術的發展，在某些特殊應用的場合，如圖2所示的VOIP(IP語音)應用，接在交換機用戶線上的設備不是普通話機，而是路由器上的模擬中繼板等語音設備。當一方掛機後，交換機送出的忙音信號送到該語音設備，如果這種語音設備不能識別忙音信號的話，將一直不會產生掛機操作，那麼該條中繼線將一直佔用下去，無法再次使用。
為解決語音設備這種特殊應用場合忙音識別問題，通常的語音設備都具有忙音檢測功能，當檢測到忙音後，語音設備就會執行掛機等指定操作，釋放中繼線路。然而，由於交換機種類繁多，又須遵循不同國家或地區的標準，所以，忙音信號的規格也五花八門。雖然大部分忙音信號都是具有特定頻率成分的周期性通斷信號，但是信號幅度、通斷比、通斷時間不盡相同，造成語音設備在實現忙音檢測功能方面的困難。因此，目前的語音設備一般僅支持一種或有限幾種規格的忙音檢測功能。當遇到不在其實現忙音規格範圍內的交換機時，就會出現無法掛機的問題。
本發明的目的是提供一種適用範圍廣的語音設備自動檢測忙音信號的方法。
為實現上述目的，本發明提出一種語音設備自動檢測忙音信號的方法，包括以下步驟在忙音檢測設備埠提供忙音信號；
將採集到的忙音信號進行變換，求出忙音信號中至少一個峰值頻率；用求得的頻率值對忙音信號進行連續多次的計算，並保存計算結果；從計算結果中求出忙音信號頻域能量的閾值和通斷時間參數；將求出的頻率、能量閾值、通斷時間參數代入忙音檢測算法，對忙音進行檢測，設備檢到忙音信號後產生掛機等指定操作。
其中，所述連續多次計算採用帶通濾波器算法。
其中，所述連續多次計算採用Goertzel迭代算法。
其中，所述迭代計算的採樣點範圍是80-240點，採樣率頻率為8000Hz。
其中，所述迭代計算的採樣點是160點。
其中，使用離散FFT變換求出峰值頻率。
本發明通過語音設備的自訓練過程，提取待識別忙音信號的上述三種參數，即讓語音設備通過「試聽」各種交換機發生的忙音信號，並對其進行上述過程的處理，使之對原來不能識別的忙音信號記憶其頻率、能量閾值、通斷時間參數，成為識別該種忙音信號的比對標準，從而能夠識別該種忙音信號。本發明的方法通過這種語音設備的自訓練過程，達到對未知型號的交換機現場實現忙音檢測的功能，從而大大增強了語音設備對各種交換機的適應能力。
下面結合附圖通過具體實施例進一步詳細描述本發明語音設備自動檢測忙音信號的方法，其中圖1是傳統電話通信過程的示意圖；圖2是交換機用戶線上接有路由器的VOIP電話通信過程示意圖；圖3是本發明方法的一種具體實施例的忙音信號檢測過程的流程圖。
圖3是本發明方法一種具體實施例的檢測忙音信號過程的流程圖。本實施例的忙音信號檢測過程包括由交換機提供待檢測的忙音信號(步驟S1)，並採集該忙音信號約3秒鐘(步驟S2)。然後，應用離散FFT變換，將採集到的這段忙音信號進行變換，並求得功率譜(步驟S3)，再從該功率譜求出1-2個峰值頻率，本例中為一個峰值頻率(步驟S4)。
接下去，以該峰值頻率對約3秒鐘的忙音信號連續多次實行Goertzel算法的迭代計算(步驟S5)。所述迭代算法是對一段時域採樣點以採樣率為8000Hz進行特定頻率的迭代，採樣點範圍是80-240點，[本例中為160點(20ms)]，並將迭代結果做為該時間段的頻域能量。繼而，從上述連續多次Goertzel迭代的結果中求出頻域能量閾值、通斷時間參數(步驟S6)。並將以上求出的參數代入忙音檢測算法，與設定的閾值進行比較，從而確定本時間段內有無忙音信號(步驟S7)。根據一段連續的檢測結果判斷通斷時間，如果符合設定通斷參數則認為檢到忙音信號，判斷檢測是否成功(步驟S8)。為了防止誤檢，一般要檢測兩個以上的通斷周期才確定檢測到忙音信號。設備檢到忙音信號，則產生掛機或其它設定操作。如果判斷檢測成功，則保存(固化)檢測到的忙音參數，忙音檢測過程完成(步驟S9)；否則，進行異常處理，如點亮告警指示燈，在控制臺上給出告警信號。(步驟S10)。在實際應用中忙音檢測算法採用的是帶通濾波器算法，此處則用帶通濾波器算法做運算。帶通濾波器算法與Goertzel迭代算法不同的是，Goertzel迭代算法採用特定頻率做迭代運算，而帶通濾波器算法則是以求出的峰值頻率為中心，在一個頻帶內對輸入信號做濾波運算，繼而，從上述連續多次的濾波計算結果中求出頻域能量閾值。步驟S5中採用的是Goertzel迭代算法，是因為本例中忙音檢測算法採用的是goertzel迭代算法。如果通斷時間參數(步驟S6)。由於帶通濾波器算法屬於數位訊號處理中的通用算法，在此不再詳述。以下說明本發明方法的原理。採用本發明具有自訓練能力的忙音檢測方法，通過使語音設備「試聽」某種交換機的忙音信號，這種「聽」的過程即為語音設備提取忙音信號三種參數(頻率成分、幅值範圍和單一周期內的通斷時間)，並通過忙音檢測算法檢測，這種訓練結束後，即可實現對該種交換機的忙音信號的檢測功能。
具體地說，忙音信號的規格儘管不同，但是檢測的原理卻可以做成一樣，可描述為「忙音檢測就是檢測具有特定頻率成分、特定幅值範圍、特定通斷時間的周期信號」。上述訓練的目的就是要從訓練信號中提取這三種關鍵參數，然後將其代入忙音檢測算法程序中，即可實現忙音檢測功能。
首先要提取的頻率成分。忙音的頻率成分並不複雜，一般由一種或兩種單頻信號組成，即使多於兩種頻率成分，那麼取兩種主要頻率(幅值相對較大的)進行檢測也是可靠的。對忙音信號進行一段時間(一般＞3秒即可)的採樣，對採樣值做實域到頻域變換，例如快速FFT變換等，從變換結果中取出頻率成分，下面的表1為一段忙音信號做512點快速FFT變換的結果數據(部分)表120 21 22 23 24 25 26 。。。 56 572000| 0000000 001984| 0000000 001968| 0000000 001953| 0000000 00。。。。。。765| 0000000 00750| 0000000 00734| 0000000 00718| 0306 00000 00703| 0318 00000 00687| 0308 00000 00671| 315 336 0000329 00656| 342 385 00000 00640| 346 395 0000328 00625| 347 400 0000394 00609| 383 4653550 0 0 388 00593| 455 5393520 0 0 424 00578| 529 5754240 0 0 530 00562| 583 6395080 0 0 569 00546| 647 7665310 0 341636 00531| 788 9126530 0 396789 00515| 1033 1208 7900 0 456100300500| 1339 1858 1501 7215231029 176000484| 1629 2732 3089 2691 2494 2907 309400468| 1837 3498 4754 5174 5203 5117 439000453| 1915 3854 5612 6610 6838 6342 502100437| 1847 3656 5199 5984 6120 5787 468500421| 1647 2977 3747 3758 3648 3812 354900406| 1357 2075 2018 1424 1229 1637 214700390| 1039 1286 8650 0 468110200375| 760 8575950 0 378718 00359| 572 6854790 0 0 580 00343| 476 5424110 0 0 464 00328| 420 4443670 0 0 412 00312| 357 4150 0 0 0 336 00296| 0 3610 0 0 0 0 00281| 0 0 0 0 0 0 0 00。。。 。。。31| 0 0 0 0 0 0 0 0015| 0 0 0 0 0 0 0 000| 0 0 0 0 0 0 0 00
表1中的橫向數據表示時間，縱向數據表示頻率。表中的數據系經FFT變換後，並對實部和虛部進行功率譜處理所得。從該表可以看出，所取頻率間隔約為15-16Hz。為使表中數據看起來較為清晰，表1中將頻域值較小(＜300)的值全部寫成0。
FFT算法有很多種，如基2(時間抽選/頻率抽選)FFT、基4頻率抽選FFT、分裂基FFT等等，這些屬於數位訊號處理領域的通用算法，這裡不再詳述。
用程序通過比較可以很容易從表1中找出峰值頻率為453Hz(最近似值)。表1的舉例只出現一個峰值頻率，如果實際檢測數據中還存在另一峰值頻率，也一併求出。為了防止數據抖動(忙音信號中某中頻率成分幅度不穩定)，對求出的多個峰值頻率的功率譜要進行檢驗，一般次大峰值不應小於最大峰值的二分之一，否則，次大峰值頻率作為無效頻率處理。
繼而求出幅值，這裡的幅值不是指忙音信號的額定規格幅值，而是在當前忙音信號、當前設備採樣增益、當前失真率、當前設備幅值範圍判定方法(頻域或時域)前提下所得的幅值，因為只有這樣的幅值才對當前語音設備的忙音判定有參考價值。
表2過程採用作為通用迭代算法的Goertzel頻域迭代算法，對上面求得之453Hz頻率忙音信號進行20ms為單位的迭代後所得的部分頻域能量，即所述幅值數據。表2ms 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180453hz 4c5 4d1 4a8 44a 3db 35d 2d5 26c 21e 204453hz 4c5 4d1 4a8 44a 3db 35d 2d5 26c 21e 204ms 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380453hz 217 25e 2cc 341 3cb 443 3d0 27 27 27453hz 217 25e 2cc 341 3cb 443 3d0 27 27 27ms400 420 440 460 480 500 520 540 560 580453hz 2625 2526 262727282728453hz 2625 2526 262727282728ms600 620 640 660 680 700 720 740 760 780453hz 2727 2728 23f 4be 47a 406 386 2fa453hz 2727 2728 23f 4be 47a 406 386 2fams800 820 840 860 880 900 920 940 960 980453hz 283 22a 201 208 248 2a7 321 3aa 425 484453hz 283 22a 201 208 248 2a7 321 3aa 425 484ms1000 1020 1040 1060 1080 1100 1120 1140 1160 1180453hz 4c5 3f8 2728 282727272726453hz 4c5 3f8 2728 282727272726ms1200 1220 1240 1260 1280 1300 1320 1340 1360 1380453hz 2525 2627 282828282720c453hz 2525 2627 282828282720cms1400 1420 1440 1460 1480 1500 1520 1540 1560 1580453hz 433 3b3 32d 2a5 23a 201 1f9 22e 289 305453hz 433 3b3 32d 2a5 23a 201 1f9 22e 289 305表2中的數據以3行為一組，每組第一行為時間，可以看出，以20ms為間隔，下面兩行對應頻率迭代幅值，幅值在時間上表現為規則的通斷信號，用程序對數據進行均值、比較、計數等處理可以求出幅值範圍以及通斷時間。表2的表格支持兩種頻率，本例由於只有一種頻率成分，所以，兩行頻域值一樣。
權利要求
1.一種自動檢測忙音信號的方法，其特徵在於，包括以下步驟在忙音檢測設備埠提供忙音信號；將採集到的忙音信號進行變換，求出忙音信號中至少一個峰值頻率；用求得的頻率值對忙音信號進行連續多次的計算，並保存計算結果；從所述計算結果中求出忙音信號頻域能量的閾值和通斷時間參數；將求出的頻率、能量閾值、通斷時間參數代入忙音檢測算法，對忙音進行檢測，設備檢到忙音信號後產生掛機等指定操作。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述連續多次計算採用帶通濾波器算法。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述連續多次計算採用Goertzel迭代算法。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於所述迭代計算的採樣點範圍是80-240點，採樣率頻率為8000Hz。
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在於所述迭代計算的採樣點是160點。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於使用離散FFT變換求出峰值頻率。
全文摘要
一種自動檢測忙音信號的方法,通過語音設備的自訓練過程,提取待檢測忙音信號的頻率、能量閾值、通斷時間參數。將採集到的忙音信號進行FFT變換,求出忙音信號的峰值頻率,並進行連續多次的計算,將求出的上述參數代入忙音檢測算法,對忙音進行檢測。達到對未知型號的交換機忙音檢測的功能,大大增強了語音設備對各種交換機的適應能力。
文檔編號H04M3/22GK1383315SQ01117599
公開日2002年12月4日 申請日期2001年4月24日 優先權日2001年4月24日
發明者李振海 申請人:華為技術有限公司