Anularea ecoului este un termen folosit în telefonie . Acesta este procesul de eliminare a ecoului din sunetele transmise pentru a îmbunătăți calitatea vocii prin telefon. Pe lângă îmbunătățirea calității subiective, anularea ecoului crește debitul unui canal de comunicație prin suprimarea tăcerilor , împiedicând propagarea ecourilor prin rețea.
În domeniul telefoniei se disting două tipuri de ecou: ecou acustic și ecou hibrid ( electric ) [1] .
Anularea ecoului implică mai întâi recunoașterea semnalului transmis inițial, repetat cu o oarecare întârziere, în semnalul transmis sau primit. Odată ce un semnal care se repetă este recunoscut, acesta poate fi eliminat scăzându -l din semnalul transmis sau primit. Această tehnică este implementată în mod obișnuit folosind un procesor de semnal digital (DSP), dar poate fi implementată și ca parte sau ca întreg software-ul de calculator. Anularea ecoului este efectuată de către anulatoarele de ecou sau de anularea ecoului sau , în unele cazuri, de ambele.
Suprimarea ecoului este un termen folosit pentru a se referi la o procedură mai simplă de reducere a efectului unui ecou prin atenuarea artificială a semnalului într-una dintre direcțiile sale de transmisie.
Anularea ecoului ( anularea ecoului ) este un termen folosit în documentația tehnică modernă pentru a se referi la o procedură mai complexă și mai precisă de eliminare a ecoului dintr-un semnal recepționat prin scăderea semnalului transmis din cel primit.
În cartea [2] , în locul termenului „anulare ecou” (p. 166), este folosit termenul „anulare ecou”, iar termenul „anulare ecou” este folosit în sensul de „blocare ecou”.
În diverse surse, termenul „anulare ecou” poate fi găsit atât în sensul de „suprimare a ecoului”, cât și în sensul de „blocare a ecoului”.
Un supresor de ecou [3] este un dispozitiv mai simplu în comparație cu un supresor de ecou , deoarece funcționează pe principiul unei atenuări temporare (fracțiune de secundă) semnificativă (până la 55 dB) în canalul de transmisie în momentul în care sosește undea de eco. (prin derivarea liniei de semnal cu o cheie electronică ), fără a îndeplini o funcție mai complexă de „scădere” a ecoului din semnal.
În telefonie , ecoul este foarte asemănător cu ceea ce s-ar auzi când se strigă „da” într-o pădure sau într-un canion. Un ecou este o copie, o reflecție care se aude la ceva timp după ce s-a spus inițial. Când vorbiți la telefon, dacă întârzierea este semnificativă (mai mult de câteva sute de milisecunde), ecoul deranjează interlocutorii. Dacă latența este foarte mică (10 milisecunde sau mai puțin), acest fenomen se numește „efect secundar” și, deși este greu de observat de o persoană, poate duce la eșecul comunicării între modemuri.
La începutul erei telecomunicațiilor, anulatoarele de ecou (suprimatoarele de ecou) erau folosite pentru a reduce ecoul nedorit. În esență, aceste dispozitive se bazează pe faptul că majoritatea conversațiilor telefonice sunt semi-duplex, ceea ce înseamnă că atunci când o persoană vorbește, cealaltă ascultă. Suprimatorul de ecou încearcă să determine care direcție de transmisie a vocii este în prezent cea principală și permite transmiterea vocii în acea direcție. În direcția opusă, supresorul de ecou provoacă o atenuare puternică a semnalului în ipoteza că este un semnal de ecou. Desigur, un astfel de dispozitiv este imperfect. De exemplu, în cazul în care ambii abonați vorbesc în același timp sau când unul răspunde mai repede decât supresorul de ecou comută direcția de atenuare a semnalului.
Anulatoarele de eco sunt un înlocuitor pentru anulatoarele de eco anterioare, care au fost dezvoltate inițial în anii 1950 pentru a compensa ecourile cauzate de întârzierile mari ale legăturilor de telecomunicații prin satelit. Teoria din spatele anulării ecoului a fost dezvoltată la AT&T Bell Labs în anii 1960, iar primele cancelare de eco comerciale au fost introduse abia la sfârșitul anilor 1970 din cauza limitărilor electronice din acea epocă. Conceptul de anulare a ecoului înseamnă sintetizarea ecoului așteptat din semnalul transmis și scăderea semnalului sintetizat din semnalul primit - în loc să includă atenuarea înainte sau înapoi. Această metodă necesită procesare adaptivă a semnalului pentru a obține un semnal suficient de precis pentru a elimina eficient ecoul, iar ecoul poate diferi de original din cauza diferitelor modificări ale semnalului pe măsură ce trece prin rețea.
Progresele rapide în procesarea semnalului digital au făcut anulatoarele de ecou mai mici și mai rentabile. În anii 1990, anulatoarele de eco au fost integrate pentru prima dată în comutatoarele DMS-250 de la Northern Telecom , mai degrabă decât în dispozitivele autonome. La sfârșitul anilor 1990, au apărut plăcile de telefonie pentru computer cu unități de anulare a ecoului încorporate (de exemplu, produsele Dialogic).
Integrarea anulatoarelor de eco direct în comutator înseamnă că anularea ecoului poate fi activată sau dezactivată pentru apeluri individuale, eliminând nevoia de a menține trunchiuri separate pentru apelurile de voce și de date. Dispozitivele moderne de comunicații mici și portabile folosesc adesea anularea ecoului software, care implică suprimarea ecoului acustic sau rezidual introdus de un abonat îndepărtat; astfel de sisteme compensează de obicei ecourile care apar cu o întârziere de până la 64 de milisecunde.
Poșta vocală și sistemele de recunoaștere a vorbirii care primesc mesaje pentru sau de la abonați folosesc anularea ecoului pentru a preveni înregistrarea ecoului propriului prompt („vorbiți după bip...”) ca mesaj către abonat.
Ecoul acustic apare atunci când sunetul de la un difuzor, cum ar fi difuzorul unui telefon cu mâini libere, lovește un microfon din aceeași cameră, cum ar fi microfonul aceluiași telefon cu mâini libere. Această problemă există în orice opțiune de comunicare în care există un difuzor și un microfon. Exemple de astfel de sisteme care provoacă ecouri acustice sunt ușor de găsit în jurul nostru:
În cele mai multe dintre aceste cazuri, sunetul de la difuzor intră în microfon cu modificări mici sau deloc. Acesta se numește ecou acustic direct. Cu toate acestea, sunetul nu intră întotdeauna nealterat în microfon, iar dificultatea de a suprima ecoul acustic se datorează faptului că spațiul înconjurător modifică sunetul original. De exemplu, mobilierul tapițat absoarbe anumite frecvențe, iar sunetul de diferite frecvențe este reflectat de obiectele dintr-o cameră sau din mașină cu diferite forțe. Aceste reflexii secundare nu sunt strict vorbind un ecou, ci mai degrabă o „reverb”.
Ecoul acustic este auzit de abonat la capătul îndepărtat al liniei de comunicație în timpul unei conversații. Deci, dacă o persoană din camera A vorbește, își va auzi vocea revenind din camera B. Acest sunet trebuie suprimat, altfel va fi transmis înapoi.
De la inventarea anulării ecoului la AT&T Bell Labs, algoritmii săi au fost îmbunătățiți și perfecționați. La fel ca toate procesele de anulare a ecoului, acești algoritmi timpurii au fost proiectați să aștepte un semnal care va intra inevitabil pe calea de transmisie și să-l anuleze.
Anularea ecoului acustic (AEC) funcționează după cum urmează:
Sarcina principală a anulatorului de eco este de a determina natura filtrării care ar trebui aplicată semnalului care vine de la capătul îndepărtat al liniei, astfel încât să se dovedească a fi similar cu semnalul de la capătul apropiat. Un filtru este în esență un model de difuzor, microfon și acustica camerei.
Pentru a regla filtrul, sistemele timpurii de anulare a ecoului au necesitat reglaj profesional cu zgomot de impuls sau roz , iar unii au folosit aceste zgomote ca unic model spațial acustic. Sistemele ulterioare au folosit această setare doar ca bază, iar anularea ecoului s-a adaptat apoi la imaginea acustică reală. Folosind semnalul primit ca semnal de conducere, sistemele moderne pot converge de la zero la 55 dB de respingere în aproximativ 200 ms.
Dezvoltarea pe scară largă a pieței dispozitivelor mobile și creșterea puterii lor de calcul a dus la apariția unor astfel de noi oportunități precum conferințele audio și video între mai mulți abonați. Una dintre componentele cheie pentru astfel de platforme de comunicare este anulator de eco acustic . În terminologia modernă, este mai probabil nu doar un supresor de eco, ci unitatea principală pentru preprocesarea vorbirii , inclusiv reducerea ecoului și a zgomotului , ajustarea automată a nivelului de vorbire și egalizarea generală a semnalului vorbirii de la intrarea microfonului.
Utilizarea anulatoarelor de ecou acustic în dispozitivele mobile are caracteristici semnificative în comparație cu cazul clasic:
O parte din ecou se datorează conexiunii mecanice dintre difuzor și microfon. Deși producătorii iau măsuri pentru a amortiza atât difuzoarele, cât și microfoanele, într-o carcasă mică a dispozitivului mobil este destul de dificil să se realizeze un nivel scăzut de pătrundere a semnalului direct prin elementele corpului. Pe lângă un nivel destul de ridicat al unui astfel de semnal, acesta se caracterizează printr-un nivel destul de ridicat de distorsiune neliniară și, în unele cazuri, prezența unor vârfuri rezonante pronunțate.
A doua sursă de ecou sunt reflexiile reale din elementele mediului dispozitivului. În acest caz, împrăștierea constă atât din componente împrăștiate pe toată lungimea traseului ecoului, cât și din reflexii concentrate. În acest caz, fluctuațiile rapide ale fazei și amplitudinii ecoului sunt destul de tipice. Calea ecou totală în sine se dovedește a fi suficient de mare chiar și pentru camere mici. Parametrii general acceptați suficienți pentru funcționarea în majoritatea încăperilor sunt considerați a fi 256 ms, iar pentru încăperi mari sau alungite, calea ecoului ajunge la 512 ms sau chiar mai mult.
În plus, dispozitivele mobile se caracterizează printr-un nivel ridicat de intermodulație și distorsiuni neliniare. Acest lucru se datorează atât proprietăților inerente ale microfoanelor și difuzoarelor, utilizării amplificatoarelor de ieșire neliniare pentru a minimiza consumul de energie, rezonanțelor în elementele carcasei și așa mai departe. În general, nivelul de distorsiune neliniară de ordinul a -10 dB și intermodulația de -15 dB este mai mult o normă decât un defect.
Suport pentru bandă largăÎn urmă cu câțiva ani, calitatea comunicației furnizată de codec-urile cu lățime de bandă a canalului telefonic (300-3400 Hz) era considerată acceptabilă pentru majoritatea aplicațiilor. Totuși, progresul nu stă pe loc. Standardizarea noilor codecuri de la ITU (G.711.1, G.722.2 (AMR-WB), G.729.1 etc.) care asigură o calitate superioară a vocii în banda de 50-7000 Hz promovează adoptarea tehnologiilor de bandă largă în diferite dispozitive . De facto, suportul pentru modul de bandă largă de 16 kHz, împreună cu modul standard de bandă îngustă de 8 kHz, este una dintre cerințele obligatorii pentru anulatoarele de eco moderne. O rată de eșantionare mai mare înseamnă, de asemenea, o creștere semnificativă a numărului de operații de calcul necesare pentru anularea ecoului, astfel încât algoritmii de anulare a ecoului pentru modul de bandă largă sunt proiectați în așa fel încât sarcina de procesare pe procesor să rămână comparabilă cu modul de bandă îngustă.
Întârziere audioLatența este cea mai importantă caracteristică a subsistemului audio. Se știe că calitatea subiectivă a vorbirii și complexitatea percepției în comunicarea bidirecțională se deteriorează foarte mult cu o creștere a întârzierii la valori de 200-250 ms. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că întârzierea totală afectează și sensibilitatea urechii umane la ecou. În special, ITU-T G.131 oferă o relație aproximativă între nivelul necesar de anulare a ecoului și întârziere, ceea ce arată că atunci când întârzierea este crescută de la 50 la 250 ms, este necesar un suplimentar de 20 dB de anulare a ecoului.
Dispozitivele mobile folosesc de obicei Linux, Android, Symbian OS, care nu oferă o latență I/O scăzută în modul full duplex. Întârzierea totală a căii audio poate fi semnificativă - până la 200-300 ms - și, prin urmare, anulatoarele de eco pentru astfel de platforme ar trebui să aibă o suprimare crescută a ecoului.
Ecoul comun și reducerea zgomotuluiO caracteristică a utilizării dispozitivelor mobile este utilizarea lor în condiții de un nivel ridicat de zgomot extern și un mediu de zgomot în schimbare destul de rapidă. În același timp, zgomotele sunt de natură diversă și pot fi atât în bandă largă, cât și selective în funcție de frecvență. S-ar părea că ar trebui să existe puțin zgomot în spațiile de birouri, dar apare zgomot suplimentar, care sunt armonici ale frecvențelor rețelei produse de lămpile fluorescente și de economisire a energiei. Spectrul lor este destul de vizibil chiar și la frecvențe de peste 1 kHz. În general, un nivel tipic de zgomot poate fi de ordinul 10-15 dB din nivelul vorbirii. În astfel de condiții, anularea ecoului trebuie să ofere o suprimare combinată a ecouului și a zgomotului, altfel pot apărea diverse efecte negative, cum ar fi: rată lentă de convergență, calitate slabă a vorbirii, suprimare mai proastă a vorbirii duble, adaptarea mai lentă a squelch-ului la modificările zgomotului extern din prezența unui ecou semnificativ sau a unei conversații duble, apariția așa-numitului zgomot muzical în pauze, metalizarea vorbirii și o schimbare a timbrului acesteia.
Limitele resurselorConstrângerile de resurse sunt cel mai important factor limitator pentru dispozitivele mobile. Minimizarea consumului de resurse este cea mai importantă sursă de economisire a energiei și de funcționare a bateriei. Mai recent, se credea că cele mai comune procesoare din clasa ARM din segmentul dispozitivelor mobile nu sunt capabile să rezolve problema anulării ecoului. Cu toate acestea, apariția unei noi generații de astfel de procesoare cu suport pentru instrucțiuni de procesare a semnalului (ARM9e, ARM11, extensii WMMX, Neon etc.) și frecvențe de ceas crescute, împreună cu apariția de noi algoritmi de anulare a ecoului, au făcut ca acest lucru să devină realitate.
Desigur, anularea ecoului, în special în modul de bandă largă, rămâne o sarcină foarte intensivă în resurse pentru astfel de procesoare - consumul de resurse tipic pentru un procesor din clasa ARM11 este de 50...100 MIPS, ceea ce corespunde unei sarcini de 8...17% la un frecvența de ceas de 600 MHz. Treptat, producătorii introduc arhitecturi multi-core și acceleratoare specializate , în care algoritmi care consumă mult resurse, cum ar fi anularea ecoului, codarea vorbirii și altele, sunt transferați într-un nucleu specializat optimizat pentru astfel de calcule. În același timp, consumul de energie este redus semnificativ.
Astfel, caracteristicile dispozitivelor mobile impun o listă de cerințe pentru un anulator de eco. El trebuie:
Ecoul hibrid și-a primit numele de la termenul „hibrid”, care se numește un dispozitiv (sistem diferențial) utilizat în rețelele publice de telefonie pentru a potrivi o linie cu două fire care duce de la o centrală telefonică la un abonat cu o linie cu patru fire utilizată în mod tradițional în rețele telefonice pentru comunicații între centrale telefonice [1] .
Natura formării unui ecou hibrid sau electric este transmisia neintenționată a unui semnal electric de la linia de date la linia de recepție.
În rețelele moderne, pot fi utilizate o varietate de scheme pentru conectarea unei linii de abonat la echipamente de transmisie vocală între centralele telefonice; în plus, operatorii de telecomunicații din diferite țări pot utiliza diferite metode de conectare a abonaților. În plus, în rețelele moderne, semnalul vocal trece adesea de la un abonat la altul prin mai multe comutatoare eterogene, printre care pot fi atât cele digitale noi, cât și cele analogice mai vechi.
Aceste conversii pot produce ecou și, în majoritatea cazurilor, abonații nu îl aud doar pentru că comutatoarele operatorului sunt echipate cu echipamente de anulare a ecoului.
Pe computerele personale, algoritmii de anulare a ecoului sunt încorporați în Skype , Flash Player (începând cu versiunea 10.3) și în unele drivere pentru plăci de sunet .