ss5_decode.c

   1 /*
   2  * SS5 signal decoder.
   3  *
   4  * Copyright            by Andreas Eversberg (jolly@eversberg.eu)
   5  *                      based on different decoders such as ISDN4Linux
   6  *                      copyright by Karsten Keil
   7  *
   8  * This software may be used and distributed according to the terms
   9  * of the GNU General Public License, incorporated herein by reference.
  10  *
  11  */
  12
  13 #include "main.h"
  14 #include "ss5_decode.h"
  15
  16 /* enable level debugging */
  17 //#define DEBUG_LEVELS
  18
  19 #define NCOEFF          8       /* number of frequencies to be analyzed */
  20
  21 #define TONE_MIN_DB     0.01995262 /* -17 db */
  22 #define TONE_DIFF_DB    0.2 // 0.31622777 /*  -5 db */
  23 #define NOISE_MIN_DB    (TONE_MIN_DB / 2) /* noise must be higher than the minimum of two tones */
  24 #define SNR             1.3     /* noise may not exceed signal by that factor */
  25
  26 /* For DTMF recognition:
  27  * 2 * cos(2 * PI * k / N) precalculated for all k
  28  */
  29 static signed long long cos2pik[NCOEFF] =
  30 {
  31         /* k = 2*cos(2*PI*f/8000), k << 15
  32          * 700, 900, 1100, 1300, 1500, 1700, 2400, 2600 */
  33         55879, 49834, 42562, 34242, 25080, 15299, -20252, -29753
  34 };
  35
  36 /* detection matrix for two frequencies */
  37 static char decode_two[8][8] =
  38 {
  39         {' ', '1', '2', '4', '7', '*', ' ', ' '}, /* * = code 11 */
  40         {'1', ' ', '3', '5', '8', '#', ' ', ' '}, /* # = code 12 */
  41         {'2', '3', ' ', '6', '9', 'a', ' ', ' '}, /* a = KP1 */
  42         {'4', '5', '6', ' ', '0', 'b', ' ', ' '}, /* b = KP2 */
  43         {'7', '8', '9', '0', ' ', 'c', ' ', ' '}, /* c = ST */
  44         {'*', '#', 'a', 'b', 'c', ' ', ' ', ' '},
  45         {' ', ' ', ' ', ' ', ' ', ' ', ' ', 'C'}, /* C = 2600+2400 */
  46         {' ', ' ', ' ', ' ', ' ', ' ', 'C', ' '}
  47 };
  48
  49 static char decode_one[8] =
  50         {' ', ' ', ' ', ' ', ' ', ' ', 'A', 'B'}; /* A = 2400, B = 2600 */
  51 /*
  52  * calculate the coefficients of the given sample and decode
  53  */
  54
  55 char ss5_decode(unsigned char *data, int len)
  56 {
  57         signed short buf[len];
  58         signed long sk, sk1, sk2, low, high;
  59         int k, n, i;
  60         int f1 = 0, f2 = 0;
  61         double result[NCOEFF], power, noise;
  62 #ifdef DEBUG_LEVELS
  63         double snr;
  64 #endif
  65         signed long long cos2pik_;
  66         char digit = ' ';
  67
  68         /* convert samples */
  69         for (i = 0; i < len; i++)
  70                 buf[i] = audio_law_to_s32[*data++];
  71
  72         /* now we do noise level calculation */
  73         low = 32767;
  74         high = -32768;
  75         for (n = 0; n < len; n++) {
  76                 sk = buf[n];
  77                 if (sk < low)
  78                         low = sk;
  79                 if (sk > high)
  80                         high = sk;
  81         }
  82         noise = ((double)(high-low) / 65536.0);
  83
  84         /* check for minimum noise, or tone detection will not be necessary */
  85         if (noise < NOISE_MIN_DB)
  86                 return digit;
  87
  88         /* now we have a full buffer of signed long samples - we do goertzel */
  89         for (k = 0; k < NCOEFF; k++) {
  90                 sk = 0;
  91                 sk1 = 0;
  92                 sk2 = 0;
  93                 cos2pik_ = cos2pik[k];
  94                 for (n = 0; n < len; n++) {
  95                         sk = ((cos2pik_*sk1)>>15) - sk2 + buf[n];
  96                         sk2 = sk1;
  97                         sk1 = sk;
  98                 }
  99                 sk >>= 8;
 100                 sk2 >>= 8;
 101                 if (sk > 32767 || sk < -32767 || sk2 > 32767 || sk2 < -32767)
 102                         PERROR("Tone-Detection overflow\n");
 103                 /* compute |X(k)|**2 */
 104                 result[k] = sqrt (
 105                                 (sk * sk) -
 106                                 (((cos2pik[k] * sk) >> 15) * sk2) +
 107                                 (sk2 * sk2)
 108                         ) / len / 62; /* level of 1 is 0 db*/
 109         }
 110
 111         /* find the two loudest frequencies + one less lower frequency to detect noise */
 112         power = 0.0;
 113         for (i = 0; i < NCOEFF; i++) {
 114                 if (result[i] > power) {
 115                         power = result[i];
 116                         f1 = i;
 117                 }
 118         }
 119         power = 0.0;
 120         for (i = 0; i < NCOEFF; i++) {
 121                 if (i != f1 && result[i] > power) {
 122                         power = result[i];
 123                         f2 = i;
 124                 }
 125         }
 126
 127 #ifdef DEBUG_LEVELS
 128         snr = 0;
 129 #endif
 130         /* check one frequency */
 131         if (result[f1] > TONE_MIN_DB /* must be at least -17 db */
 132          && result[f1]*SNR > noise) { /*  */
 133                 digit = decode_one[f1];
 134 #ifdef DEBUG_LEVELS
 135                 if (digit != ' ')
 136                         snr = result[f1] / noise;
 137 #endif
 138         }
 139         /* check two frequencies */
 140         if (result[f1] > TONE_MIN_DB && result[f2] > TONE_MIN_DB /* must be at lease -17 db */
 141          && result[f1]*TONE_DIFF_DB <= result[f2] /* f2 must be not less than 5 db below f1 */
 142          && (result[f1]+result[f2])*SNR > noise) { /* */
 143                 digit = decode_two[f1][f2];
 144 #ifdef DEBUG_LEVELS
 145                 if (digit != ' ')
 146                         snr = (result[f1]+result[f2]) / noise;
 147 #endif
 148         }
 149
 150         /* debug powers */
 151 #ifdef DEBUG_LEVELS
 152         for (i = 0; i < NCOEFF; i++)
 153                 printf("%d:%3d %c ", i, (int)(result[i]*100), (f1==i || f2==i)?'*':' ');
 154         printf("N:%3d digit:%c snr=%3d\n", (int)(noise*100), digit, (int)(snr*100));
 155 //      if (result[f1]*TONE_DIFF_DB <= result[f2]) /* f2 must be not less than 5 db below f1 */
 156 //              printf("jo!");
 157 #endif
 158
 159         return digit;
 160 }
 161
 162 void ss5_test_decode(void)
 163 {
 164 #ifdef DEBUG_LEVELS
 165         double phase;
 166         int i, j;
 167         signed short sample;
 168
 169         unsigned char buffer[SS5_DECODER_NPOINTS];
 170         for (i = 0; i < 4000; i += 10) {
 171                 phase = 2.0 * 3.14159265 * i / 8000.0;
 172                 for (j = 0; j < SS5_DECODER_NPOINTS; j++) {
 173                         sample = sin(phase * j) * 1000;
 174                         buffer[j] = audio_s16_to_law[sample & 0xffff];
 175                 }
 176                 printf("FRQ:%04d:", i);
 177                 ss5_decode(buffer, SS5_DECODER_NPOINTS);
 178         }
 179 #endif
 180 }
 181