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, double *_quality)
  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         signed long long cos2pik_;
  63         char digit = ' ';
  64         double quality;
  65
  66         /* convert samples */
  67         for (i = 0; i < len; i++)
  68                 buf[i] = audio_law_to_s32[*data++];
  69
  70         /* now we do noise level calculation */
  71         low = 32767;
  72         high = -32768;
  73         for (n = 0; n < len; n++) {
  74                 sk = buf[n];
  75                 if (sk < low)
  76                         low = sk;
  77                 if (sk > high)
  78                         high = sk;
  79         }
  80         noise = ((double)(high-low) / 65536.0);
  81
  82         /* check for minimum noise, or tone detection will not be necessary */
  83         if (noise < NOISE_MIN_DB)
  84                 return digit;
  85
  86         /* now we have a full buffer of signed long samples - we do goertzel */
  87         for (k = 0; k < NCOEFF; k++) {
  88                 sk = 0;
  89                 sk1 = 0;
  90                 sk2 = 0;
  91                 cos2pik_ = cos2pik[k];
  92                 for (n = 0; n < len; n++) {
  93                         sk = ((cos2pik_*sk1)>>15) - sk2 + buf[n];
  94                         sk2 = sk1;
  95                         sk1 = sk;
  96                 }
  97                 sk >>= 8;
  98                 sk2 >>= 8;
  99                 if (sk > 32767 || sk < -32767 || sk2 > 32767 || sk2 < -32767)
 100                         PERROR("Tone-Detection overflow\n");
 101                 /* compute |X(k)|**2 */
 102                 result[k] = sqrt (
 103                                 (sk * sk) -
 104                                 (((cos2pik[k] * sk) >> 15) * sk2) +
 105                                 (sk2 * sk2)
 106                         ) / len / 62; /* level of 1 is 0 db*/
 107         }
 108
 109         /* find the two loudest frequencies + one less lower frequency to detect noise */
 110         power = 0.0;
 111         for (i = 0; i < NCOEFF; i++) {
 112                 if (result[i] > power) {
 113                         power = result[i];
 114                         f1 = i;
 115                 }
 116         }
 117         power = 0.0;
 118         for (i = 0; i < NCOEFF; i++) {
 119                 if (i != f1 && result[i] > power) {
 120                         power = result[i];
 121                         f2 = i;
 122                 }
 123         }
 124
 125         quality = 0;
 126         /* check one frequency */
 127         if (result[f1] > TONE_MIN_DB /* must be at least -17 db */
 128          && result[f1]*SNR > noise) { /*  */
 129                 digit = decode_one[f1];
 130                 if (digit != ' ')
 131                         quality = result[f1] / noise;
 132         }
 133         /* check two frequencies */
 134         if (result[f1] > TONE_MIN_DB && result[f2] > TONE_MIN_DB /* must be at lease -17 db */
 135          && result[f1]*TONE_DIFF_DB <= result[f2] /* f2 must be not less than 5 db below f1 */
 136          && (result[f1]+result[f2])*SNR > noise) { /* */
 137                 digit = decode_two[f1][f2];
 138                 if (digit != ' ')
 139                         quality = (result[f1]+result[f2]) / noise;
 140         }
 141
 142         /* debug powers */
 143 #ifdef DEBUG_LEVELS
 144         for (i = 0; i < NCOEFF; i++)
 145                 printf("%d:%3d %c ", i, (int)(result[i]*100), (f1==i || f2==i)?'*':' ');
 146         printf("N:%3d digit:%c quality=%3d%%\n", (int)(noise*100), digit, (int)(quality*100));
 147 //      if (result[f1]*TONE_DIFF_DB <= result[f2]) /* f2 must be not less than 5 db below f1 */
 148 //              printf("jo!");
 149 #endif
 150
 151         if (_quality)
 152                 *_quality = quality;
 153         return digit;
 154 }
 155
 156 void ss5_test_decode(void)
 157 {
 158 #ifdef DEBUG_LEVELS
 159         double phase;
 160         int i, j;
 161         signed short sample;
 162
 163         unsigned char buffer[SS5_DECODER_NPOINTS];
 164         for (i = 0; i < 4000; i += 10) {
 165                 phase = 2.0 * 3.14159265 * i / 8000.0;
 166                 for (j = 0; j < SS5_DECODER_NPOINTS; j++) {
 167                         sample = sin(phase * j) * 1000;
 168                         buffer[j] = audio_s16_to_law[sample & 0xffff];
 169                 }
 170                 printf("FRQ:%04d:", i);
 171                 ss5_decode(buffer, SS5_DECODER_NPOINTS);
 172         }
 173 #endif
 174 }
 175