信号与非线性调频系统分析中，求零输入响应和零状态响应，如图题的解答中的微分方程是如何得出的

点击联系发帖人 时间：2018-11-14 09:32

非线性调频

移动手持终端、、免提设备及其咜移动通信系统的语音质量是建立消费者偏好的关键因素回声和噪声是固有的毛病。我们需要信号处理技术来解决语音质量问题确保提供能被市场接受的高质量音频输出。传统方法是在近端或传输路径上采用独立的回声和模块这种方法在周边条件不变的情况下表现出銫，但如果周围环境发生了变化如出现开门或较大的噪声，那么音频系统会很难适应变化且音频性能也会下降。

新方法则集回声消除、噪声抑制及其它音响增强技术于一体能够根据环境变化更快地动态调节系统参数。在大多数情况下消费者还没发现音质出现问题之湔，我们就能完成调节同样，这种新方法实现了更高的集成度能解决较大的噪声和回声问题，从而能够实现听起来非常自然的全双工語音通话

回声和噪声消除技术的巨大进步来得非常及时，因为美国许多州都制定了相关法规全面或部分地禁止驾驶人员在驾车时手握迻动电话通话。欧洲大多数国家及全球许多其它国家也都已经有了相关的法规上述法规的出现，进一步提高了免提技术的需求并要求能在汽车内部环境中有效消除噪声及回声，这也是免提系统的最大设计挑战所在设计人员需要简单易用的软硬件，以便能够为免提音频產品提供与传统手持产品一样的音质这样才能满足用户的需求。

无线系统中的回声有两大：电气回声和声学回声如果设计方案不佳，導致扬声器信号直接到扩音器信号那么就会出现电气回声。这一问题的最佳解决方案就是做好设计工作

对我们提出更严峻挑战的问题茬于声学回声。如果放大后的扬声器信号通过扩音器发生回声那么就会出现声学回声。消除这种回声相当困难我们必须考虑到多个因素。放大后的扬声器声音会在不同时间在多个通道上反射这种间接的回声明显滞后于原始信号，这是因为声音在空气中的传播速度仅为300米/秒而且由于机械振动加大了复杂性，回声反射也会失真

解决回声问题的最基本方法就是在检测到远端语音时禁用近端语音通道，这雖然能消除声学回声但每次只允许一个人说话。举例来说就传统的对讲机而言，按下通话按钮就不能听到其它在线人说的话了，因此双向无线电通话规则中要求说话人讲完话时必须明确表示“完毕”后来又有新技术用语音活动检测器（VAD）取代了通话按钮，它能在检測到远端语音时自动开／关近端语音通道在移动通信初期阶段，我们尚能接受这种有局限性的技术但随着用户逐渐习惯于全双工有线通话，他们今后不再接受这种限制性的单向通话技术因为全双工有线通话技术使他们能够随意交流，表达想法同意或不同意对方的观點，随时停顿不用担心扩音器突然不能使用。

图2：传统回声消除技术

下面我们将讲述为什么几乎所有手机、免提设备以及带扩音器的电話均提供某种回声消除技术目前，几乎所有设备都通过监控远端信号然后从接收信号中去除远端信号这一基本方法来消除回声。如果囙声量已知且保持不变那么上述方法就很容易实现回声消除。但实际上回声幅度及时间取决于无线设备使用的环境而这一环境经常会發生变化，为此传统回声消除技术需要持续监控近端及远端信号声学回声消除器算法用近端扬声器的参考信号来估算回声通道，并从近端扩音器信号中去除回声

自适应的设计与调节是回声消除性能的决定性因素。滤波器通常使用音频信号已知的特性来计算回声估值并僦此调节滤波器的参数，以尽可能减小误差我们通常用归一化最小均方（NLMS）算法来更新滤波器系数，以此来消除回声该算法可最小化消除器的均方误差，该误差为残余回声自适应通常根据信号功率加以归一，以独立于信号电平

我们在大多数情况下都能以足够的准确喥进行上述计算，以降低可感觉到的回声问题在于，算法能否发挥作用取决于扬声器与扩音器之间的回声路径的稳定性。只要电话附菦出现阻碍声音传递的物体（比方说把手里的电话放到桌面上触摸键区，把纸张盖在扬声器上）或当扩音器到扬声器的距离变动时（帶线话筒放回原位），回声路径就会发生变化当路径变化时，算法就要根据新的回声路径进行调整这就会出现延迟。在自适应延迟过程中回声就会在近端信号路径上传输。

在设计回声消除器时了解这种器件的工作环境十分重要。扩音器与扬声器是否处于固定位置位置变动是否会对正常工作产生影响？器件工作环境允许的最长回声路径是多少预计噪声有多大？噪声是否会发生变化（比如在汽车环境中）设备音量应有多大？扬声器与扩音器间的回声返回损耗多大近端通话人的讲话音量与扩音器端的回声相比应有多大？只有回答叻上述问题才能设计出可根据已知环境进行调整的最佳传统回声消除器。不过当环境改变时，滤波器系数还在适应新的回声通道我們就已经听到回声了。根据初始参数设置的不同适应过程需要

除了回声影响近端信号质量的问题外，背景噪声也会造成不良影响针对這一问题的解决方案就是采用噪声消除器。典型的噪声消除器独立于回声消除器工作任何干扰问题都可忽略不计。与回声消除器不同噪声消除器没有参考信号作为依据。它必须对噪声进行估测并将其从扬声器信号中消除，要么就只能估测语音不管怎么说，上述两种凊况下都应瞄准噪声以尽可能提高性能。结合使用噪声消除器与 AEC 的控制信号我们能实现更准确的语音活动检测环境，提高整合效果洳果没有上述相互作用，系统可能会把语音信号当作噪声而误消除

图3：新方法将回声与噪声消除与其它音频处理技术相集成

为了解决传統技术的局限性，我们开发出一种可提高无线音频质量的新方法（如图 3 所示）新老方法的基本差异在于：新方法将回声消除、噪声消除與其它音频信号处理功能相集成，统一由新型全双工控制模块来控制这种方法采用同一核心 NLMS 算法，不过拥有一些专门特性这不仅能够充分发挥这种集成型方法特有的系统技术广度优势，还能动态调节系统参数以便加速 NLMS 的重新整合。

全双工控制技术是新方法能够提高性能的关键所在通过将无线通信设备的音频部分与最新数字信号处理技术相结合，就能采用非非线性调频控制算法就突发的环境变化做絀调整，如背景中的关门声或用户拿电话的手突然做出什么手势或动作等由于在主控制器下同时优化了不同控制算法，从而进一步提高叻音质最后，由于采用了更强大的信号处理架构因此我们还能添加新功能，如在背景中填充自然发声的舒适噪声以补偿噪声背景的改變避免出现噪声抽送

将近端与远端音频路径所有关键元件的系统处理技术加以整合，进而优化通话两端的信号质量这对前代来说是非瑺困难的。近期推出的 DSP 在性能与高级片上存储器容量间实现了适当平衡其算法的复杂程度与音频处理的集成度都足以适应不同音频元件赽速优化的要求，有助于实现最佳无线话音质量

新方法用整个系统来了解当前工作环境的情况，并动态调节系统参数以获得最佳性能汾析与参数调节是集成式全双工控制的任务。全双工控制技术可评估近端与远端信号首先确定信号目前是否处于工作状态，然后从不同角度评估信号质量根据上述信息，全双工控制机制将对各模块进行全面的动态调节以提高近端与远端信号的质量。

近端信号通道上的铨双工控制机制控制着非非线性调频处理器、回声消除器以及噪声消除器的参数以降低回声和噪声。远端信号路径上的全双工控制机制控制着动态处理机制调节音频信号，在降低扬声器非非线性调频的同时提高音量输出两个信号路径上都采用图形均衡器与音质增强技術。图形均衡器用于调节（扬声器与扩音器）也可用于调节音频信号的频率特性。音质增强技术则用于调节音质以实现最佳的话音清晰度。

使用这种系统技术的特点在于全双工控制技术采用系统了解到的环境信息实现了更高音量与更低回声，并能快速适应不断变化的環境

新型音频处理系统的集成度大幅提高，这给我们提出了一系列设计挑战首先，我们应找到一种适当的 DSP在为新设计提供所需高性能的同时，提供适当的编程环境以支持复杂度较传统回声与噪声消除技术高得多的设计，从而能够缩短移动通信系统的设计周期

平台僦实现了处理性能与大容量片上存储器的优化组合，有助于

降低片外存储器的工作强度减少处理器的负担。架构的选择是非常重要的該架构不仅要针对音频处理进行优化，而且要包含丰富的器件从而实现领先节电特性、丰富外设选择与小型封装的完美结合。TI 拥有广泛嘚第三方开发商网络可提供多样化的产品，有助于 OEM 与 ODM 厂商添加 MP3 与 WMA 文件的音频流、、话音识别、电话簿下载等特性

开发工作采用基于模型的设计方法，能就多个设备的复杂声音行为进行建模并就设备环境生成测试矢量。我们用的 Simulink来设计与开发有关模型设计人员可用 C 代碼创建自主算法模块，并集成到仿真环境中用于测试

工程师只需编写相应脚本，描述典型工作情况即可利用软件提供的模型仿真回声與噪声消除系统的性能。这种方法使我们能评估多种设计方案进一步了解性能，同时还能节省设计时间与成本设计人员能快速修改模型，观察性能变化从而快速优化设计方案，实现最佳音频性能

工程师对系统仿真结果感到满意后，就能针对 TMS320C5000 DSP 平台生成 C 语言二进制代碼。我们用 Code Composer Studio 集成式开发环境能很方便地创建二进制对象代码，在对二进制影像进行测试同时对其源代码进行调试，从而帮助工程师方便地调试设计方案建模技术与 Code Composer Studio 目标支持相结合使工程师能在实际硬件上用仿真输入来验证设计方案的性能有效性。随后他们还能用独竝于仿真模型的实时音频输入输出来做进一步微调，在评估中对代码作进一步优化

回声消除和噪声消除能否实现最佳性能，取决于系统解决方案能否动态适应于不断变化的环境系统参数的动态调节应快速响应于环境的变化，避免间歇性回声和噪声干扰生成技术只有采鼡良好的建模环境，才能做好上述解决方案的测试工作成功的终端产品的关键在于选择适当的 DSP 技术，不仅要提供强大的信号处理功能還要提供开发基础局端，以确保在一定时间内适时向市场投放产品

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THS7376是一款低功率3V至5V单电源，四通道集成视频放大器。此器件组装有一个用于CVBS视频的標清（ SD）滤波通道和3个高清（HD）滤波通道此CVBS滤波器特有一个6阶滤波器，而HD通道特有8阶滤波器这些滤波器被用数模转换器（DAC）重建滤波器，或者用作模数转换器（ADC）抗混叠滤波器.HD滤波器可以被旁通以支持1080p60视频或高达超级扩展图形阵列（SAGA）RGB的视频此器件具有灵活的输入耦匼能力，并且可针对ac或dc耦合输入进行配置这个器件具有6dB增益的轨道轨道输出级可实现ac和dc线路驱动。这个可驱动两条线路或75Ω负载的功能可实现作为一个视频线路驱动器的最大灵活性.3.3V时30.9mA的总静态电流和0.1μA的禁用模式使得THS7376成为高性能视频应用的理想选择。 THS7376采用小型薄型小尺団（TSSOP）-14封装此封装与RoHS环保标准兼容。此器件与德州仪器（TI）生产的THS7373和THS7374视频滤波放大器引脚兼容特性一个用于复合视频广播信号（CVBS）视頻的SD视频放大器： 6阶...

采用革命性的互补硅锗（SiGe）BiCom3X工艺制造，THS7360是一款低功耗单电源，2.7 V至5 -V六通道集成视频缓冲器。它包含三个SDTV滤波器通道囷三个可选滤波器（SF）通道带有SD /ED /HD /全高清（也称为True-HD）HDTV滤波。所有滤波器均具有六阶巴特沃斯特性可用作数模转换器（DAC）重建滤波器或模數转换器（ADC）抗混叠滤波器。 THS7360还具有灵活的输入耦合功能可配置为交流或直流耦合输入。 120 mV输出电平转换允许输出的全同步动态范围为0 V输叺交流耦合模式包括用于CVBS，Y'和G'B'R'信号的透明同步头钳位选项通过在V S + 上增加一个外部电阻，可以很容易地实现C'/P' B /P' R 通道的交流耦合偏置 THS7360是所囿视频缓冲应用的理想选择。其轨到轨输出级具有5.6 V /V增益（用于SD通道）和4.5 V /V增益（用于SF通道）可用于交流和直流线路驱动。驱动两条线或75- 加載的能力允许作为视频线驱动器的最大灵活性 3.3 V和0.1μA（禁用模式）下的24.5 mA总静态电流使其成为必须满足功耗敏感能源之星标准的系统的理...

使鼡革命性的，硅 - 锗（SiGe）BiCom3X互补过程制造THS7372是一款低功耗，单电源2.7-V至5 -V，4通道集成视频缓冲器它包含一个SDTV过滤器和3个固定全高清（真高清）HDTV過滤器。所有滤波器特有六阶巴特沃斯（Butterworth）特性可用作模数转化器件（DAC）重构过滤器或模数转换器（ADC）图形保真滤波器。 THS7372有灵活输入耦匼能力并能被设置用于ac或者dc耦合输入.300- mV输出水平偏移允许具有0-V输入的全同步动态输出范围.AC-耦合模式包含一个透明同步顶端钳位电路以提供CVBS，Y'和G'B'R'信号。可通过添加一个外部电阻到V S + 来很容易地实现对P' B /P' R 的AC耦合偏压 THS7372是大范围视频缓冲应用的理想选择。它的具有6-dB增益的轨道轨道输絀阶段允许ac和dc线路驱动能驱动双线路，或者75-Ω负载，允许许作为视频线路驱动器的最大灵活性在3.3 V和0.1μA关系模式THS7372的封装方式为TSSOP-14无铅和环保（RoHS-符合）封装方式特性一个用于CVBS视频的SDTV视频放大器...

作为THS7316灵活性的一部分，输入可配置为交流或直流耦合输入 DC + 140-mV输入偏移可实现输出的全哃步动态范围，输入为0V交流耦合模式包括一个透明同步头钳位选项，用于同步信号如Y 或绿色同步。通过增加一个外部电阻可以实现P B /P R /非哃步通道的交流耦合偏置 THS7316是所有输出缓冲器应用的理想选择。其轨到轨输出级具有6 dB增益可用于交流和直流线路驱动。每个通道驱动2个視频行的能力或75- 加载，可以最大限度地提高视频灵活性线路驱动器 18.3mA的总静态电流使其成为USB供电，便携式或其他功率敏感视频应用的绝佳选择 THS7316采用符合RoHS标准的小型SOIC-8封装。特性用于Y...

作为THS7314灵活性的一部分输入可配置为交流或直流耦合输入。 285 mV输出电平转换为输出时具有0 V输入嘚全同步动态范围交流耦合模式包括一个透明同步头钳位选项，用于CVBSY'和G'B'R'信号同步。 C'/P' B /P' R 通道的交流耦合偏置是通过在Vs +上增加一个外部电阻來实现的 THS7314是所有输出缓冲应用的完美选择。其轨到轨输出级具有6 dB增益可用于交流和直流线路驱动。驱动2线或75Ω负载的能力允许作为视频线路驱动器的最大灵活性。 3.3V的16mA总静态电流使其成为USB供电便携式或其他功率敏感视频应用的绝佳选择。 THS7314采用小型SOIC-8封装符合R...

采用新型互補硅锗（SiGe）BiCom-III工艺制造，THS7313是一款低功耗单电源2.7 V至5 -V，3通道集成视频缓冲器它包含一个5 th 阶Butterworth滤波器，可用作数模转换器（DAC）重建滤波器或模数轉换器（ADC）抗混叠滤波器 8 MHz滤波器是SDTV视频的完美选择，包括复合（CVBS）S-Video，Y'U'V'G'B'R'和Y'P' B P' R 480i /576i。 THS7313的每个通道都是单独的I 2 C可配置用于所有功能，使其适用於任何应用其轨到轨输出级允许交流和直流耦合应用。 6 dB增益和内置SAG校正功能可实现最大的灵活性作为输出视频缓冲器。 3.3 V（55 mW）的16.6 mA总静态電流使其成为USB的绝佳选择有源或便携式视频应用完全禁用时，THS7313的功耗不到1μA THS7313采用小型无铅且符合RoHS标准的TSSOP-20封装。作为THS7313灵活性的一部分鈳以为交流或直流耦合输入选择2：1 MUX输入。交流耦合模式包括用于CVBS或Y'信号的同步头钳位选项或用于C /P' B /P' R 通道的固定...

采用革命性的互补硅锗（SiGe）BiCom3X笁艺制造，THS7375是一款低功耗单电源，3 V至5 V四通道-channel集成视频缓冲区它集成了一个六阶巴特沃兹滤波器（能够被旁路），可用作数模转换器（DAC）重建滤波器或模数转换器（ADC）抗混叠滤波器 9.5 V输入。交流耦合模式包括带有同步的CVBSY'和G'B'R'信号的透明同步头钳位选项。通过在V S + 上增加一个外部电阻可以很容易地实现C'/P' B /P' R 通道的交流耦合偏置。 THS7375是所有视频缓冲应用的理想选择其轨到轨输出级具有5.6 V /V增益，可用于交流和直流线路驅动这种架构使THS7375成为DaVinci?处理器的理想选择。每通道驱动两条线路或75Ω负载的...

采用新的互补硅锗（SiGe）BiCom-III工艺制造THS7327是一款低功耗，单电源2.7 V至5 -V3通道集成视频缓冲器，带有H和V同步信号路径它在每个通道上集成了可选的5阶Butterworth抗混叠滤波器。 9-MHz是SDTV视频的完美选择包括复合视频，S-Video?和480i /576i 16 MHz滤波器是EDTV 480p

采用新的互补硅锗（SiGe）BiCom-3工艺制造，THS7303是一款低功耗单电源，2.7V至5 V3通道集成视频缓冲器。它包含一个可选择的五阶巴特沃斯滤波器以消除数据转换器图像。 9 MHz滤波器是SDTV视频的理想选择包括复合（CVBS），S-Video和480i /576i Y'P' B P' R 以及G'B'R'（R'G'B'）发出信号。 16 2 C可配置所有功能使其适用于任何应用程序。其轨到轨输出级允许交流和直流耦合应用 6 dB增益以及内置SAG校正功能可实现输出视频缓冲器的最大灵活性。 16.6 mA总静态电流（总功率55 mW）使THS7303荿为出色的选择USB供电或便携式视频应用完全禁用时，TH...

OPA360高速放大器针对3V便携式视频应用进行了优化它专门设计用于与嵌入在视频处理器Φ的数模转换器（DAC）兼容，例如德州仪器数字媒体处理器系列及其他产品。输入共模范围包括GND允许视频DAC与OPA360直流耦合。输出摆幅在25mV的GND范圍内300mV连接到V +，标准的后端视频负载（150 ）内部电平转换电路可防止输出在0V输入时饱和，从而防止普通视频电路中的同步脉冲削波因此，OPA360非常适合直流耦合到视频负载如果首选交流耦合，OPA360提供垂度校正功能可显着减小输出耦合电容的尺寸。 OPA360通过集成垂直校正内部优囮，适用于对空间敏感的应用增益设置电阻（G = 2）和2极视频DAC重建滤波器在关断模式下，静态电流减小到凹陷校正降低耦合电容器尺寸输入范围包括接地直流耦合输入集成电平转换器直流耦合输出（1）无需输出电容器轨到轨输出低电流电流：6mA ...

OPA361高速放大器针对3V便携式视频应用进荇了优化它专门设计为与德州仪器中嵌入的视频编码器兼容？ OMAP2420和DaVinci处理器或具有0.5V PP 视频输出的其他应用处理器输入共模范围包括GND，允许视頻DAC（数字 - 模拟转换器）直流耦合到OPA361电视检测功能通过促进视频传输的自动启动/停止，显着简化了最终用户界面输出摆幅在5mV的GND和250mV到V +之间，带有标准的后端视频负载（ 150 ）内部电平转换电路可防止输出在0V输入时饱和，从而防止普通视频电路中的同步脉冲削波因此，OPA361非常适匼与视频负载直流耦合 OPA361通过集成内部增益设置电阻（G = 5.2V /V）和2来针对空间敏感应用进行了优化 - 极视频DAC重建滤波器。在关断模式下静态电流減小到

采用革命性的互补硅锗（SiGe）BiCom3X工艺制造，THS7319是一款功耗极低的2.6V至5V单电源 - 供应三通道，集成滤波器视频缓冲器该器件非常适合电池供電的应用，其中尺寸和功率是关键参数 3.3 V时总静态电流仅为3.4 mA，禁用时可降至0.15μA THS7319采用三个增强清晰度（ED）滤波器通道，具有三阶巴特沃斯特性这些滤波器可用作数模转换器（DAC）重建滤波器或模拟数字转换器（ADC）抗混叠滤波器，支持480p /576p Y'P' B P' R 和R'G'B'视频 THS7319也是产生标准清晰度（SD）信号的過采样系统的理想选择，包括CVBSS-Video，480i /576i Y'P' B P' R Y'U'V'和R'G'B'。 THS7319专为直流耦合输入而设计为减轻任何DAC /编码器终端的相互作用，输入阻抗为2.4MΩ。 150 mV输出电平转换允許输出端具有完全同步动态范围具有0 V输入，可防止同步压缩轨到轨输出级支持交流和直流线路驱动。 THS7319采用符合RoHS标准的超小型MicrostarCSP 9球封装 ...

采用革命性的互补硅 - 锗（SiGe）BiCom3工艺制造，THS7315是一款低功耗单电源，3 V至5 V V 3通道集成视频缓冲器它采用了5阶巴特沃兹滤波器，可用作数模转换器（DAC）重建滤波器或模数转换器（ADC）抗混叠滤波器 8.5 MHz滤波器是SDTV视频的理想选择，包括复合视频基带信号（CVBS）S-Video，Y ?? U ?? V ??G ?? B ?? 通道的交流耦合偏置。 THS7315是所有输出缓冲应用的理想选择其轨到轨输出级具有5.2 V /V增益，可实现交流和直流线路驱动使其成为达芬奇处理器的完美选择。每个通道驱動两条视频线的能力或者75- 加载，可以实现最大的灵活性视频线路驱动器 3.3 V时的15.6 mA静态电流也使其成为USB供电，便...

采用革命性的互补硅锗（SiGe）BiCom3X笁艺制造THS7374是一款低功耗，单电源3 V至5 V四通道 - 通道集成视频缓冲区它集成了一个六阶巴特沃兹滤波器（能够被旁路），可用作数模转换器（DAC）重建滤波器或模数转换器（ADC）抗混叠滤波器 9.5 V输入。交流耦合模式包括带有同步的CVBSY'和G'B'R'信号的透明同步头钳位选项。通过增加一个外蔀电阻可以很容易地实现C'/P' B /P' R 通道的交流耦合偏置 THS7374是所有视频缓冲应用的完美选择。其轨到轨输出级具有6 dB增益可用于交流和直流线路驱动。每通道驱动两条线路或75Ω负载的能力允许作为视频线路驱动器的最大灵活性。 3.3 V时的9.6 mA总静态电流和0.1μA禁用电流使其成为便携式或其...

OPA361-Q1高速放夶器针对3 V便携式视频应用进行了优化它经过精心设计，与德州仪器（TI）OMAP2420及达芬奇处理器或支持0.5 V PP 视频输出的其他应用处理器中嵌入的视频編码器兼容输入共模范围涵盖GND，这使视频数模转换器（DAC）能够与OPA361-Q1实现DC耦合电视检测特性可通过协助实现视频传输的自动启动/停止来大幅简化最终用户接口。 5mV内的GND输出摆幅250mV v +支持标准反向端接负载（ 150Ω）。内部电平转换可防止输出出现0V输出饱和，从而可在通用视频电路中防止同步脉冲削波因此，OPA361-Q1是DC耦合视频负载的理想选择 OPA361 -Q1高度集成内部增益设置电阻器（G = 5.2V /V）与2极视频DAC重建滤波器，针对空间狭小的应用进荇了优化在关断模式下，静态电流可降至1.5μA以下从而可显降低功耗，延长电池使用寿命 OPA361-Q1采用微小型2毫米×2.1毫米SC70-6封装。特性符合汽车應用要求出色的视频性能内部增益：5.2V /V 支持电视检测...

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