Ekko-annullering er et begreb, der bruges i telefoni . Dette er processen med at fjerne ekko fra transmitterede lyde for at forbedre stemmekvaliteten over telefonen. Ud over at forbedre den subjektive kvalitet øger ekkoannullering gennemstrømningen af en kommunikationskanal ved at undertrykke tavshed , hvilket forhindrer ekko i at forplante sig gennem netværket.
Inden for telefoni skelnes der mellem to typer ekko: akustisk ekko og hybrid ( elektrisk ) ekko [1] .
Ekkoannullering involverer først genkendelse af det oprindeligt transmitterede signal, gentaget med en vis forsinkelse, i det transmitterede eller modtagne signal. Når et gentaget signal er genkendt, kan det fjernes ved at trække det fra det transmitterede eller modtagne signal. Denne teknik implementeres typisk ved hjælp af en digital signalprocessor (DSP), men kan også implementeres som en del af eller hele computersoftwaren. Ekko-annullering udføres af ekko- eller ekko -undertrykkere , eller i nogle tilfælde begge dele.
Ekkoundertrykkelse er et udtryk , der bruges til at henvise til en enklere procedure til at reducere effekten af et ekko ved kunstigt at dæmpe signalet i en af dets transmissionsretninger.
Ekko-annullering ( ekko-annullering ) er et udtryk, der bruges i moderne teknisk dokumentation til at henvise til en mere kompleks og mere præcis procedure til at fjerne ekko fra et modtaget signal ved at trække det transmitterede signal fra det modtagne.
I bogen [2] bruges i stedet for udtrykket "ekko-annullering" (s. 166) udtrykket "ekko-annullering", og udtrykket "ekko-annullering" bruges i betydningen "ekkoblokering".
I forskellige kilder kan udtrykket "ekko-annullering" findes både i betydningen "ekkoundertrykkelse" og i betydningen "ekkoblokering".
En ekkoundertrykker [3] er en enklere enhed sammenlignet med en ekkoundertrykker , da den fungerer efter princippet om en midlertidig (brøkdel af et sekund) signifikant (op til 55 dB) dæmpning i transmissionskanalen i det øjeblik ekkobølgen ankommer (ved at shunte signallinjen med en elektronisk nøgle ), uden at udføre en mere kompleks funktion med at "fratrække" ekkoet fra signalet.
I telefoni er ekkoet meget lig det, man ville høre, når man råber "ay" i en skov eller i en kløft. Et ekko er en kopi, en refleksion, der høres nogen tid efter, hvad der oprindeligt blev sagt. Når man taler i telefon, hvis forsinkelsen er betydelig (mere end et par hundrede millisekunder), generer ekkoet samtalepartnerne. Hvis latensen er meget lav (10 millisekunder eller mindre), kaldes dette fænomen for "bivirkning", og selvom det næppe er mærkbart for en person, kan det medføre, at kommunikationen mellem modemmer svigter.
I begyndelsen af telekommunikationens æra blev ekkoundertrykkere (ekkoundertrykkere) brugt til at reducere uønsket ekko. Grundlæggende er disse enheder afhængige af, at de fleste telefonsamtaler er halv-dupleks, hvilket betyder, at når en person taler, lytter den anden. Ekkoundertrykkeren forsøger at bestemme, hvilken retning for stemmetransmission i øjeblikket er den primære og tillader stemmetransmission i den retning. I den modsatte retning forårsager ekkoundertrykkeren en kraftig dæmpning af signalet under antagelsen om, at det er et ekkosignal. Naturligvis er en sådan enhed ufuldkommen. For eksempel i det tilfælde, hvor begge abonnenter taler på samme tid, eller når den ene svarer hurtigere end ekkodæmperen skifter retningen for signaldæmpningen.
Ekkoundertrykkere er en erstatning for tidligere ekkoundertrykkere, som oprindeligt blev udviklet i 1950'erne for at kompensere for ekkoer forårsaget af lange forsinkelser på satellittelekommunikationsforbindelser. Teorien bag ekko-annullering blev udviklet på AT&T Bell Labs i 1960'erne, og de første kommercielle ekko-dæmpere blev først introduceret i slutningen af 1970'erne på grund af begrænsningerne i elektronikken i den æra. Ekko-undertrykkelseskonceptet står for at syntetisere det forventede ekko fra det transmitterede signal og trække det syntetiserede signal fra det modtagne signal - i stedet for at inkludere fremadgående eller bagudgående dæmpning. Denne metode kræver adaptiv signalbehandling for at opnå et tilstrækkeligt nøjagtigt signal til effektivt at fjerne ekkoet, og ekkoet kan afvige fra originalen på grund af forskellige modifikationer af signalet, når det passerer gennem netværket.
Hurtige fremskridt inden for digital signalbehandling har gjort ekkoundertrykkere mindre og mere omkostningseffektive. I 1990'erne blev ekko-dæmpere først indbygget i Northern Telecoms DMS-250-switche i stedet for stand-alone enheder. I slutningen af 1990'erne dukkede computertelefonikort med indbyggede ekko-annulleringsenheder op (f.eks. Dialogic - produkter).
Integrering af ekko-annullering direkte i switchen betyder, at ekko-annullering kan slås til eller fra for individuelle opkald, hvilket eliminerer behovet for at opretholde separate trunke til tale- og dataopkald. Moderne små og bærbare kommunikationsenheder bruger ofte software-ekkoannullering, som involverer undertrykkelse af akustisk eller resterende ekko introduceret af en fjern abonnent; sådanne systemer kompenserer typisk for ekkoer, der vises med en forsinkelse på op til 64 millisekunder.
Voicemail- og talegenkendelsessystemer, der modtager beskeder til eller fra abonnenter, bruger ekkoannullering for at forhindre, at ekkoet fra deres egen prompt ("tal efter bippet...") optages som en besked til abonnenten.
Akustisk ekko opstår, når lyd fra en højttaler, såsom højttaleren på en håndfri telefon, rammer en mikrofon i samme rum, såsom mikrofonen på den samme håndfri telefon. Dette problem eksisterer i enhver kommunikationsmulighed, hvor der er en højttaler og en mikrofon. Eksempler på sådanne systemer, der forårsager akustiske ekkoer, er nemme at finde omkring os:
I de fleste af disse tilfælde kommer lyden fra højttaleren ind i mikrofonen med ringe eller ingen ændringer. Dette kaldes direkte akustisk ekko. Lyden kommer dog ikke altid uændret ind i mikrofonen, og vanskeligheden ved at undertrykke akustisk ekko skyldes, at det omgivende rum ændrer den originale lyd. For eksempel absorberer polstrede møbler visse frekvenser, og lyd af forskellige frekvenser reflekteres fra genstande i et rum eller en bil med forskellige styrker. Disse sekundære refleksioner er strengt taget ikke et ekko, men derimod et "rumklang".
Akustisk ekko høres af abonnenten i den fjerne ende af kommunikationslinjen under en samtale. Så hvis en person i rum A taler, vil de høre deres stemme komme tilbage fra rum B. Denne lyd skal undertrykkes, ellers vil den blive transmitteret tilbage.
Siden opfindelsen af ekko-annullering hos AT&T Bell Labs er dens algoritmer blevet forbedret og forfinet. Som alle ekko-annulleringsprocesser blev disse tidlige algoritmer designet til at vente på et signal, der uundgåeligt ville komme ind i transmissionsvejen og annullere det.
Acoustic Echo Cancellation (AEC) fungerer som følger:
Ekkoundertrykkerens hovedopgave er at bestemme arten af den filtrering, der skal anvendes på signalet, der kommer fra den fjerneste ende af linjen, så det viser sig at ligne nærendesignalet. Et filter er i bund og grund en model af højttaleren, mikrofonen og rumakustikken.
For at kunne indstille filteret krævede tidlige ekko-annulleringssystemer professionel tuning med impuls eller lyserød støj , og nogle brugte disse lyde som deres eneste akustiske rummodel. Senere systemer brugte kun denne indstilling som basis, og ekko-dæmperen tilpassede sig så til det faktiske akustiske billede. Ved at bruge det modtagne signal som et drivsignal kan moderne systemer konvergere fra nul til 55 dB afvisning på omkring 200 ms.
Den udbredte udvikling af markedet for mobilenheder og stigningen i deres computerkraft har ført til fremkomsten af nye muligheder som lyd- og videokonferencer mellem flere abonnenter. En af nøglekomponenterne for sådanne kommunikationsplatforme er den akustiske ekko-dæmper . I moderne terminologi er det mere sandsynligt ikke kun en ekkoundertrykker, men hovedenheden til taleforbehandling , inklusive ekko- og støjreduktion , automatisk taleniveaujustering og generel udligning af talesignalet fra mikrofonindgangen.
Brugen af akustiske ekko-dæmpere i mobile enheder har betydelige funktioner sammenlignet med det klassiske tilfælde:
En del af ekkoet skyldes den mekaniske forbindelse mellem højttaleren og mikrofonen. Selvom producenter træffer foranstaltninger til at dæmpe både højttalere og mikrofoner, er det i et lille mobilenhedscover ret svært at lave et lavt niveau af signalgennemtrængning direkte gennem kropselementerne. Ud over et ret højt niveau af et sådant signal er det kendetegnet ved et ret højt niveau af ikke-lineær forvrængning og i nogle tilfælde tilstedeværelsen af udtalte resonanstoppe.
Den anden kilde til ekko er de faktiske refleksioner fra elementerne i enhedens miljø. Spredning består i dette tilfælde af både spredte komponenter langs hele ekkobanens længde og koncentrerede refleksioner. I dette tilfælde er hurtige udsving i fase og amplitude af ekkoet ret karakteristiske. Selve den totale ekko-sti viser sig at være stor nok selv til små rum. De generelt accepterede parametre, der er tilstrækkelige til drift i de fleste rum, anses for at være 256 ms, og for store eller aflange rum når ekkobanen 512 ms eller endnu mere.
Derudover er mobile enheder karakteriseret ved et højt niveau af intermodulation og ikke-lineær forvrængning. Dette skyldes både mikrofoners og højttaleres iboende egenskaber, brugen af ikke-lineære udgangsforstærkere for at minimere strømforbruget, resonanser i kabinetelementer og så videre. Generelt er niveauet af ikke-lineær forvrængning af størrelsesordenen -10 dB og intermodulation på -15 dB mere en norm end en defekt.
BredbåndsunderstøttelseFor et par år siden blev kvaliteten af kommunikationen leveret af codecs med en telefonkanalbåndbredde (300-3400 Hz) anset for acceptabel for de fleste applikationer. Fremskridtet står dog ikke stille. Standardiseringen af nye codecs fra ITU (G.711.1, G.722.2 (AMR-WB), G.729.1 osv.), der giver højere stemmekvalitet i 50-7000 Hz-båndet fremmer anvendelsen af bredbåndsteknologier i forskellige enheder . De facto er understøttelse af 16 kHz bredbåndstilstand sammen med standard 8 kHz smalbåndstilstand et af de obligatoriske krav til moderne ekko-dæmpere. En højere samplingshastighed betyder også en signifikant stigning i antallet af beregningsoperationer, der kræves for at annullere ekkoet, så ekkoannulleringsalgoritmerne for bredbåndstilstand er designet på en sådan måde, at behandlingsbelastningen på processoren forbliver sammenlignelig med smalbåndstilstand.
LydforsinkelseLatency er den vigtigste egenskab ved lydundersystemet. Det er kendt, at den subjektive kvalitet af tale og kompleksiteten af perception i tovejskommunikation forringes meget med en stigning i forsinkelsen til værdier på 200-250 ms. Det skal dog bemærkes, at den samlede forsinkelse også påvirker det menneskelige øres følsomhed over for ekko. Især ITU-T G.131 giver et omtrentligt forhold mellem det påkrævede niveau af ekkoannullering og forsinkelse, hvilket viser, at når forsinkelsen øges fra 50 til 250 ms, kræves der yderligere 20 dB ekkoannullering.
Mobile enheder bruger normalt Linux, Android, Symbian OS, som ikke giver lav I/O latency i fuld duplekstilstand. Den samlede forsinkelse i lydstien kan være betydelig - op til 200-300 ms - og derfor bør ekkoundertrykkere til sådanne platforme have øget ekkoundertrykkelse.
Fælles ekko og støjreduktionEt træk ved brugen af mobile enheder er deres brug under forhold med et højt niveau af ekstern støj og et ret hurtigt skiftende støjmiljø. Samtidig er støj af forskellig karakter og kan være både bredbånds- og frekvensselektive. Det ser ud til, at der skulle være lidt støj i kontorlokaler, men der opstår yderligere støj, som er harmoniske af netfrekvenser produceret af fluorescerende og energibesparende lamper. Deres spektrum er ret mærkbart selv ved frekvenser over 1 kHz. Generelt kan et typisk støjniveau være i størrelsesordenen 10-15 dB af taleniveauet. Under sådanne forhold skal ekkodæmperen give kombineret ekko- og støjundertrykkelse, ellers kan der opstå forskellige negative effekter, såsom: langsom konvergenshastighed, dårlig talekvalitet, dårligere dobbelttaleundertrykkelse, langsommere tilpasning af squelchen til ændringer i ekstern støj i tilstedeværelse af betydelig ekko eller dobbeltsamtale, fremkomsten af den såkaldte musikalske støj i pauser, metallisering af tale og en ændring i dens klang.
RessourcegrænserRessourcebegrænsninger er den vigtigste begrænsende faktor for mobile enheder. Minimering af ressourceforbrug er den vigtigste kilde til energibesparelser og batterioppetid. For nylig blev det antaget, at de mest almindelige ARM-klasse-processorer i segmentet af mobile enheder ikke er i stand til at løse problemet med ekkoannullering. Fremkomsten af en ny generation af sådanne processorer med understøttelse af signalbehandlingsinstruktioner (ARM9e, ARM11, WMMX-udvidelser, Neon osv.) og øgede clock-frekvenser, sammen med fremkomsten af nye ekkoannulleringsalgoritmer, gjorde dette til en realitet.
Selvfølgelig er ekko-annullering, især i bredbåndstilstand, fortsat en meget ressourcekrævende opgave for sådanne processorer - typisk ressourceforbrug for en ARM11-klasseprocessor er 50...100 MIPS, hvilket svarer til 8...17% belastning ved en clockfrekvens på 600 MHz. Gradvist introducerer producenter multi-core arkitekturer og specialiserede acceleratorer , hvor ressourcekrævende algoritmer såsom ekko-annullering, talekodning og andre overføres til en specialiseret kerne, der er optimeret til sådanne beregninger. Samtidig reduceres energiforbruget markant.
Således pålægger funktionerne i mobile enheder en liste over krav til en ekko-undertrykker. Han skal:
Hybrid ekko har fået sit navn fra udtrykket "hybrid", som kaldes en enhed (differentialsystem), der bruges i offentlige telefonnetværk til at matche en to-leder linje, der fører fra en telefoncentral til en abonnent med en fire-leder linje, der traditionelt bruges i telefonnet til kommunikation mellem telefoncentraler [1] .
Naturen af dannelsen af et hybrid- eller elektrisk ekko er den utilsigtede transmission af et elektrisk signal fra datalinjen til modtagelinjen.
I moderne netværk kan en række ordninger til at forbinde en abonnentlinje til taletransmissionsudstyr mellem telefoncentraler anvendes; desuden kan teleoperatører i forskellige lande bruge forskellige metoder til at forbinde abonnenter. Derudover går stemmesignalet i moderne netværk ofte fra en abonnent til en anden gennem flere heterogene switches, blandt hvilke der kan være både nye digitale og ældre analoge.
Disse konverteringer kan producere ekko, og i de fleste tilfælde hører abonnenter det ikke, bare fordi operatøromskiftere er udstyret med ekkoannulleringsudstyr.
På personlige computere er ekkoannulleringsalgoritmer indbygget i Skype , Flash Player (siden version 10.3 ) og nogle lydkortdrivere .