本論文乃針對網路電話(Voice over IP, VoIP)閘道器(Gateway)之核心技術作研究與實作，核心技術之研究包含兩部分：一為電腦電話整合(Computer Telephone Integration, CTI)應用介面(Application Interface, API)函式庫之設計，另一為電話撥接訊號(Cadence & DTMF Tone)偵測之研究。
在CTI API函式庫設計部分，我們乃根據電話介面與撥接程序，分別設計不同之狀態移轉圖，這些狀態移轉圖共分五類，分別為：FXO-Call In、FXO-Call Out、FXS-Call In、FXS-Call Out、以及Talking等五大類。每類之狀態移轉圖乃根據實作分析結果而設計，它必須考慮使用適切之狀態(State)數目以及分析在每個狀態所有可能出現之事件(Event)，另外亦需要考慮各個狀態與事件間之因果關係，最後乃根據此狀態移轉圖設計適當之API函式與CTI事件。
在電話撥接訊號偵測部分，乃針對電話撥接過程所產生之Cadence Tone以及DTMF Tone做偵測，我們使用了IIR、FFT以及Goertzel演算法作效能上之分析與比較，最後我們提出一種改良式頻率檢測器(Modified Tone Detector, MTD)，此MTD乃經由Correlation函式推導得之，它對電話撥接訊號之偵測，無論在計算量或偵測效能上均優於其他演算法。

The core technology of VoIP gateway is researched and implemented in this thesis. Two research topics included CTI API design and single tone detection are paid with much effort.
In the first topic, the simplistic and efficient API for CTI (Computer Telephony Integration) is design for the VoIP application. Five FSMs(Finite State Machine) for the “FXS-Call In”, the “FXS-Call Out”, the “FXO-Call In”, the “FXO-Call Out”, and the “Talking” procedures are well-designed. The event and function of each FSM is state-dependent and be used to simulate the behavior of VoIP gateway.
In the second topic, the new algorithm for single tone detection is proposed. The computation requirement and frequency response are superior to the other algorithm, such as Goertzel, correlation-based, FFT-based, IIR-based algorithm.
In the experimental results, the CTI API designed in this thesis alleviates the complexity of implementation on VoIP gateway. Moreover, the new algorithm for single tone detection not only reduces the computation requirement, but also improves the correction rate of DTMF detection.

中文摘要 i
英文摘要 ii
致謝 iii
目次 iv
表目錄 vi
圖目錄 vii
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 1
1.3 章節概要 2
第二章 電腦電話整合應用介面函式庫之設計 3
2.1 電腦電話整合簡介 3
2.2 微軟Telephony API函式 6
2.3 Dialogic CT-Media工作平台 9
2.4 Telephony API函式與Dialogic API函式之缺點10
2.5 HSF API函式 11
2.5.1 狀態移轉圖 11
2.5.2 HSF API函式 14
2.5.3 HSF API事件 15
第三章 VoIP Gateway數位訊號處理技術 16
3.1 DTMF訊號偵測 16
3.1.1 Correlation演算法 16
3.1.2 改良式Correlation演算法 18
3.1.3 FFT與拋物線方程式演算法 18
3.1.4 IIR演算法 19
3.1.4.1 Butterworth濾波器 19
3.1.4.2 Chebyshev 濾波器 23
3.1.5 Goertzel演算法 27
3.1.6 MTD (Modified Tone Detector)演算法 28
3.2 DTMF與Cadence Tone的產生 35
3.3 Cadence Tone的偵測 36
3.4 規則性Tone的偵測 36
第四章 實驗結果與分析 38
4.1 實測系統架構 38
4.2 實驗結果 39
4.2.1 DTMF訊號的偵測正確率 39
4.2.2 DTMF訊號能量佔全部能量百分率 40
4.2.3 指示(Tone)訊號偵測正確率 48
4.2.4 規則訊號(Tone)偵測正確率 48
4.2.5 使用correlation偵測DTMF之頻率響應圖 49
4.2.6 使用改良式correlation偵測DTMF之頻率響應圖 55
4.2.7 使用MTD偵測DTMF之頻率響應圖 56
4.3 MTD和IIR、Goertzel Filter的效能比較 62
4.4 DTMF Detection計算量比較 86
第五章 結論與未來展望 87
參考文獻 89

[1]. R. Beck, A. G. Dempster, and I. Kale, “Finite-Precision Goertzel Filters Used for Signal Tone Detection,” IEEE Trans. on Circuits and Systems─II: Analog and Digital Signal Processing, Vol. 48, No. 6, June 2001, pp. 691-700.
[2]. H. C. So, Y. T. Chan, Q. Ma, and P. C. Ching, “Comparison of Various Periodograms for Single Tone Detection and Frequency Estimation,” Proc. of IEEE International Symposium on Circuits and Systems, Vol. 4, June 1997, pp. 2529-2532.
[3]. T. Claasen and J. Peek, “A Digital Receiver for Tone Detection Applications,” IEEE Trans. on Communications, Vol. Com-24, No. 12, Dec. 1976, pp. 1291-1300.
[4]. E. F. Velez, “Detection of Multi-Tone Signals Based on Energy Operators,” Proc. of IEEE-SP International Symposium on Time-Frequency and Time-Scale Analysis, Oct. 1994, pp. 229-232.
[5]. Y. T. Chan, Q. Ma, H. C. So, and R. Inkol, “Evaluation of Various FFT Methods for Single Tone Detection and Frequency Estimation,” IEEE Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering, Vol. 1, May 1997, pp. 211-214.
[6]. H. C. So, Y. T. Chan, Q. Ma, and P. C. Ching, “Comparison of Various Periodograms for Sinusoid Detection and Frequency Estimation,” IEEE Trans. on Aerospace and Electronic Systems, Vol. 35, July 1999, pp. 945-952.
[7]. Texas Instruments, “DTMF Tone Generation and Detection: An Implementation Using the TMS320C54x,” Application Report, SPRA096A, May. 2000.
[8]. Texas Instruments, “Programmable Double Biquad Filter for Tone Detection on Fixed Point DSPs,” Application Report, SPRA482, 1999.
[9]. 張正岳，「電話網路與網際網路間閘道器之設計與實作」，國立台灣大學碩士論文，民國八十七年七月。
[10]. 惟達電公司，「運用CTI提昇企業之管理效能」，通訊雜誌，第87期，民90年4月，頁54-57。
[11]. 吳瑩潔，「PC尖兵英特爾跨進通訊市場」，通訊雜誌，第85期，民90年2月，頁17-19。
[12]. 許鴻基，「深入探討TAPI」，電腦與通訊，第83期，民88年10月，頁13-20。
[13]. 何中庸編譯，濾波器分析與設計，台北市，全華科技圖書股份有限公司，民88年。
[14]. 林銀議，信號與系統，台北市，五南圖書出版股份有限公司，民90年。
[15]. 洪郡志，「全球網路電信局之研究與實作」，國立台北科技大學碩士論文，民國九十一年六月。
[16]. MathWorks公司網站http://www.mathworks.com