13.11.2018 15:09
zjor 7 3000 Источник
В этой статье я расскажу о простой программке на processing, которая «слушает» микрофон и определяет цифры, набираемые на телефоне в тоновом режиме.

Предисловие


Универ остался в прошлом примерно десять лет назад, но все это время меня не покидают ностальгические чувства и тоска по науке. Остаётся ощущение, что чего-то я не доучил, или что-то мы пробежали слишком быстро. Благо, что современные платформы позволяют чувствовать себя студентом всю жизнь.

К написанию этой статьи меня подтолкнула лабораторная работа №3 из курса “Основы цифровой обработки сигналов” ЛЭТИ на платформе openedu.

Принцип работы


Если понажимать на кнопки телефона (или здесь), то можно услышать, что каждый символ имеет свою частоту, а точнее даже две, и эта комбинация уникально кодирует символ.
Наша задача — выделить из зашумленного сигнала две наиболее сильные частоты и проверить, кодируют ли они какой-то символ в соответствии с таблицей:
1209 Hz 1336 Hz 1477 Hz 1633 Hz
697 Hz 1 2 3 A
770 Hz 4 5 6 B
852 Hz 7 8 9 C
941 Hz * 0 # D

Я использовал processing, т.к. в нем есть все примитивы для работы с микрофоном и преобразованием Фурье.

Алгоритм следующий:

  • представим сигнал в виде спектра, fft.analyze вернет нам массив float[]
  • найдем номер отсчета n1 соответсвующий максимальной амплитуде
  • занулим его и все, что в некоторой окрестности (выбранной с умом), чтобы не поймать 2 близкие частоты
  • найдем 2й номер отсчета n2, соотвествующий максимальной из оставшихся амплитуд
  • по номерам n1 и n2 найдем соответсвующие частоты по формуле:

    $f_n = f_dn/ N$

    где fn — частота дискретизации: 44100 Hz, N — кол-во отсчетов (степень двойки)
  • определим какие частоты из таблицы соответствуют найденным (с некоторым допуском ±35 Hz) и найдем искомый символ

Что получилось


Собрать и запустить программу в виде standalone jar можно из исходников, для генерации звуков можно использовать телефон или эту страницу.



Следующим шагом хочу реализовать тоже самое на Arduino.

Комментарии (7)


  1. Rend
    13.11.2018 21:59
    #19363804

    Для распознавания DTMF можно применять не чистый FFT, а алгоритм Гёрцеля.


    1. zjor Автор
      14.11.2018 01:19
      #19364590
      +2

      спасибо, попробую его в реализации для ардуино, он должен быть экономичнее


    1. jakushev
      14.11.2018 01:19
      #19364592

      Опередили…


  1. xztau
    14.11.2018 07:52
    #19365012

    FFT на 8-битке возможно?
    Кстати, а можно ли на Arduino поймать 60КГц?
    За ссылку на курс по ЦОС благодарю.

    Скрытый текст
    Блин! Он закрытый!


    1. nafikovr
      14.11.2018 15:41
      #19367532

      ффт возможно конечно. онлайн — зависит от вводных данных.
      ответ на второй вопрос тоже зависит от вводных.


    1. zjor Автор
      14.11.2018 16:28
      #19367868

      насчет 60КГц надо внимательно спецификацию посмотреть, в будущем планирую Arduino M0 Pro использовать, но в одном из проектов делал fft на Arduino, там есть и исходник библиотеки.


  1. pae174
    14.11.2018 18:52
    #19368820
    +1

    Я просто оставлю это здесь:

    US patent #6751303
    Передача данных по аудиоканалу с использованием DTMF кодирования
    Суть запатентованной идеи: передающая сторона кодирует передаваемые данные в последовательность звуков в формате DTMF и проигрывает эти звуки в телефонную линию или в окружающее пространство. Принимающая сторона прослушивает линию, декодирует DTMF и получает исходные данные. Алгоритм декодирования там не уточняется.
    Изобретатель — некий Fred S. Cook, US patent 6751303, 2002-06-28.
    Держатель патента — Sprint (это такой американский аналог Мегафона).

    Ни на что не претендую — просто мысленно представил себе создание модема с DTMF модуляцией и в два клика обнаружил патент на это дело.