دلایل به وجود آمدن اکو و روش های حذف آن

دراین مقاله دلایل بوجود آمدن اکو و تاثیرات آن روی کیفیت مکالمه توضیح داده می شود . همچنین اطلاعاتی در مورد نحوه کارکرد Echo Cancellation ، عیب یابی و حل مشکلات اکو در ویپ گیتوی های آنالوگ داده می شود .

 

اکو (Echo) چیست ؟

با توجه به این که در ویپ کمی تاخیر وجود دارد اکو یکی از مشکلات متداول در VoIP است و نسبت به سیستم های تلفن آنالوگ قدیمی زیادتر دیده می شود .

به طور کلی دو نوع اکو وجود دارد :

1- اکو مربوط به گوینده : زمانی اتفاق می افتد که صدای گوینده به گوش خود منعکس می شود و گوینده با یک تاخیر کوتاه صدای خود را می شنود .

2-اکوی شنونده ( بسیار کم اتفاق می افتد) : زمانی اتفاق می افتد که صدای گوینده به سمت شنونده منعکس می شود و مجدداً به سمت شنونده منعکس می شود . به زبان ساده شنونده صدای گوینده را دوبار یا بیشتر می شنود .

 

 

دلایل به وجود آمدن اکو :

به طور کلی دو دلیل برای بوجود آمدن اکو وجود دارد :

1- انعکاس صدا در اینترفیس های 2-4 Wire :

سیستم های تلفنی ویپ و خطوط سنتی PCM و ISDN هر دو از 4 رشته سیم استفاده می کنند ، زمانی که سیگنال در یک جهت روی یک زوج سیم انتقال پیدا می کند ، سیگنال دیگری روی زوج سیم دوم در جهتی دیگر منتقل می شود که این امر به سیگنال ها استقلال کامل می دهد .

ارتباطات تلفنی آنالوگ از یک loop با استفاده از یک زوج سیم استفاده می کند و انتقال رفت و برگشت سیگنال های با استفاده از یک زوج سیم انجام می شود .

بنابراین زمانی که سیگنال از یک سیستم 4-Wire به یک سیستم 2-Wire منتقل می شود نیاز به تبدیل از 4 رشته سیم به 2 رشته سیم وجود دارد . این تبدیل معمولا در کارت های PBX و یا مراکز مخابرات CO انجام می شود . RX و TX در حالت 2-wire به خوبی قابل جداسازی نیستند بنابراین هنگام ارتباط با 4-Wire دچار مشکل و ایجاد اکو را منجر می شود .

 

2-  اکوی اکوستیک (Acoustic echo) :

این نوع اکو زمانی رخ می دهد که میزان صدای خروجی از اسپیکر هندست در میکروفن همان گوشی شنیده می شود . این مورد معمولا به خاطر ضعف طراحی و یا حالت اشتباه کاربر برای گرفتن هندست ، بوجود می آید .

 

تاثیر اکو در مکالمات VoIP :

میزان اکو تحت عنوان Echo Return Loss (ERL) شناخته می شود . این عنوان در واقع نسبت بین سیگنال اصلی و میزان اکو به دسیبل (dB) می باشد .

هر چه این میزان و این عدد بیشتر باشد میزان اکو کمتر است . بنابراین یک اکو با میزان 55 دسیبل (dB) به عنوان میزان کم اکو و 15 دسیبل میزان اکوی زیاد را نشان می دهد . تصویر زیر ارتباط بین تاخیر در صدا و کیفیت صدا در 2 حالت را نشان می دهد . این دو حالت میزان کم اکو ( 55 دسیبل) ، و میزان زیاد اکو 35 دسیبل می باشد .

اگر تاخیر در رفت و برگشت صدا بسیار کم باشد مثلا کمتر از 30 میلی ثانیه بنابراین گوینده متوجه اکو نمی شود . در شرایطی که تاخیر در صدا بیشتر از 50 میلی ثانیه باشد باز هم گوینده متوجه تاخیر در صدای خود نمی شود اما این امر در کیفیت مکالمه تاثیر می گذارد و نتیجه آن صدایی شبیه صدای در زیر زمین و یا تونل می شود . اگر تاخیر در صدا بیشتر شود اکو در این حالت بیشتر می شود مخصوصا زمانی که بلندی صدا و تاخیر بیشتر باشند .

جلوگیری از اکو (NLP-Echo Suppession) :

اکو های کم و متوسط به راحتی شنیده نمی شوند اما این اکوها در زمان وقفه هایی که سکوت در حین مکالمه وجود دارد، شنیده می شود .

رویکرد جدید وجود دارد که برای جلوگیری از به وجود آمدن اکو ، باید زمان هایی که در مکالمه سکوت به وجود می آید شناسایی شود و به صورت مصنوعی این وقفه ها با نویز محیط پر شود .

Echo Suppression و یا این نوع جلوگیری از اکو را NLP و یا Non-linear processing می نامند .

 

حذف اکو

حذف اکو رویکردی جدیدتر است که اکوی موجود در مکالمات و ارتباطات تلفنی را به طور کلی حذف نماید. یک الگوریتم پردازش سیگنال ، مکالمه و گفتار هر طرف را به طور دقیق بررسی می کند و سعی بر شناسایی و یادگیری ویژگی ها و مشخصات اکو می کند . برای مثال زمانی که اکویی به وجود می آید این الگوریتم شروع به شناسایی تاخیر های همراه این اکو و همچنین دامنه نوسانات آن می کند . زمانی که Echo Cancellation اقدام به شناسایی مشخصات اکو می کند نتیجتا میزان اکو کمتر می شود و هرچقدر که این شناسایی توسط الگوریتم بیشتر و دقیق تر شود حذف اکو بهتر انجام می شود. هنگام به وجود آمدن Double Talk فرآیند انطباق و شناسایی اکو به طور موقت متوقف می شود به طور مثال زمانی که دو طرف مکالمه همزمان با هم صحبت می کنند .

یک حذف کننده اکو برای این که درست عمل کند باید تاریخچه ای از مکالمات نمونه برداری شده که اکو داشته اند را نگه داری کند . نگه داری این نمونه های میزان قابل توجهی از حافظه را استفاده می کند که در چیپ های DSP تجهیزات ویپ حافظه برای این کار کم است . بنابراین اگر این تاخیر اکو Echo Delay بیشتر و بزرگ تر از میزانی باشد که در حافظه  و تاریخچه ای باشد که در اکو کنسر نگهداری شده است حذف اکو امکان پذیر نمی باشد .

زمانی که طول می کشد یک حذف کننده اکو ، خصوصیات اکو را کاملا بررسی کند را اصطلاحا Convergence Time می گویند . بعضی اوقات در چند ثانیه ابتدای مکالمه ممکن است اکوی شدید شنیده شود که این به خاطر همان Convergence Time و یا زمان بررسی اولیه اکو است که به این نوع اکو Convergence Echo می گویند . حذف کننده های اکو ببشتر در گیت وی های ویپ پیاده سازی می شوند و عموما طوری تنظیم شده اند که از سمت ترانک گیت وی اکو را حذف نمایند . ( منظور سمت خطوط تلفن( . حذف کننده اکو در تلفن های IP نیز مورد استفاده قرار می گیرند که اکوی آکوستیک را از سمت هندست حذف کنند .


پیاده سازی حذف کننده اکو و NLP :

جلوگیری از اکو و حذف کننده اکو (Echo Cancellation and Echo Suppression) معمولا به طور هم زمان پیاده سازی می شوند که منجر به کاهش بخش بسیار زیادی از اکو می شوند . بازگشت کمتر اکو (Echo Return Loss Enhancement – ERLE) نشان دهنده بهبود اکو توسط حذف کننده ی اکو است . برای مثال اگر (Echo Return Loss – ERL) 25 دسیبل باشد و ERLE 30 دسیبل بنابراین میزان باقی مانده اکو (ERL+ERLE) 55 دسیبل خواهد بود . حذف کننده اکو قادر است تا میزان 25 تا 35 دسیبل اکو را کاهش دهد و NLP میزان باقی مانده اکو را تا حد امکان کاهش می دهد .

نکته : ERL به طور بالقوه می تواند به میزان صفر دسیبل دست یابد و این در شرایطی است که برخی حذف کننده های اکو می توانند میزان اکو را تا 30 دسیبل بهبود ببخشند که این میزان هنوز قابل شنیدن است .

NLP (None Linear Processor) میزان باقی مانده اکوی غیر خطی را حذف می کند

1- سنجش میزان باقی مانده اکو

2- تمام سیگنال های کمتر از میزانی مشخص را حذف می کند

3- سیگنال های حذف شده را با نویز محیطی شبیه سازی شده جایگزین می کند

 NLP جهت تغییر فرکانس های درون BGN طراحی شده است .

 

 AF (Adaptive Filter) اکو خطی را حذف می کند

1- Sprints یا دو سرعت – به صورت Fast Convergence در ابتدای مکالمه و Reconvergence زمانی که مسیر اکو تغییر کند.

2- Marsthons یا ماراتن – بهینه سازی به طور مداوم با وجود نویز در اکو و همچنین دبل تاک و در حالت سکوت . هدف دستیابی به Fast Convergence و پایداری بالا به طور همزمان است .

3- Rin و Sin این 2 پارامتر یک مدل ریاضی از مسیر اکو می سازند . سپس اکو را شبیه سازی می کنند و آن را به سابترکتور Subtractor می دهند . Subtractor بخش خطی اکو را در مسیر برگشت حذف می کند .سپس صوت به NLP وارد می شود .

 (Subtractor)به طور کلی به معنی مدار منطقی است برای محاسبه تفاوت دو عدد باینری است جهت کسب اطلاعات بیشتر در این مورد اینجا کلیک نمایید

 

بهترین حالت اکو کنسلر طوری است که از Divergence واگرایی و انشعاب  در همه خط ها جلوگیری شود

 

عیب یابی و رفع مشکل اکو

مهمترین نکته ای که هنگام رفع مشکل اکو باید به آن توجه کرد این است که توجه داشته باشید منبع ایجاد اکو سمت دیگر مکالمه است یا سمت شما .

 

1- شناسایی منبع اکو : مشکلات مربوط به جریان مدار زمانی که تماس های ویپ به بستر آنالوگ سنتی با دو رشته سیم مرتبط می شود می توان پورت خاصی که باعث ایجاد اکو شده است را شناسایی نمود . ساده ترین روش، آنالیز گزارش های کاربر مربوط به مشکل اکو است و باید چک کرد که سمت مقابل که با کاربر اول مکالمه می کند گزارش یکسانی را مبنی بر وجود اکو دارد یا خیر . برای مثال کاربر 1 ، 2 ، 3 و 4 گزارش اکو می دهند در این شرایط باید چک شود که آیا تمامی این 4 کاربر مشکل اکو را فقط زمانی دارند که با کاربر 5 مکالمه دارند ؟

 

2- شناسایی اکو : آکوستیک اکو این نوع معمولا به خاطر ضعف طراحی ، هندست و یا هدست های ارزان قیمت و یا کاربرانی که برحسب عادت هندست را با فاصله از گوش خود نگه می دارند به وجود می آید . اگر مشکل از یک تلفن خاص باشد بهتر است تلفن تعویض گردد و یا از AEC – Acoustic Echo Cancellation  که در برخی تلفن های IP و یا تلفن های نرم افزاری وجود دارد استفاده شود . در شرایطی که از تلفن IP استفاده میکنید و تماس با IP PHONE دارید مشکل اکو وجود داشت ، احتمال زیاد اکو شما آکوستیک اکو است .

 

3- اکوی شدید - به طور کلی حذف کننده های اکو تا 35 دسیبل اکو را کاهش می دهند و زمانی که اکوی خیلی زیاد باشد اکو کنسلرها نمی توانند به طور کامل آن را حذف کنند و پژواک هنوز شنیده می شوند .

 

4- بدون اکو کنسلر - برخی تجهیزات ویپ دارای اکو کنسلر نیستند برای مثال IP PHONE ها و برخی تجهیزات که اکو کنسلر دارند حذف کننده اکو ممکن در سمتی که اکو وجود ندارد کار کند .      

برای مثال کاربر تلفن آی پی ممکن است تلفن را به صورت آزادانه به جای فشار دادن سمت گوش ، نگه دارد که این امر ممکن است باعث اکوی آکوستیک از اسپیکر گوشی  به میکروفن شود که باعث شود سمت مقابل اکو داشته باشد .

 تماس ممکن است از طریق ویپ گیت وی برقرار شود که دارای اکو کنسر است .  ویپ گیت وی عموما اکوی سمت خطوط تلفن آنالوگ و بخش غیر IP را حذف می کند بنابراین هیچ تاثیر روی اکوی به وجود آمده در سمت IP را ندارد .

 

5-Echo tail کوتاهتر از اکو - اکو کنسلر ها معمولا طوری با بیشتر طول تاخیر اکو تنظیم شده اند که معمولا طول آنها 16 ، 32 ، 64 و یا 128 میلی ثانیه است . به دلیل حافظه ی موجود در DSP طول زمانی و تاخیری این اکو کنسرها بیشتر قابل تنظیم نمی باشد . اگر طول اکو از این زمان ها بیشتر باشد امکان حذف اکو وجود ندارد و این مشکل عموما زمانی به وجود می آید که تماس ویپ به خطوط PCM متصل است که از سمت دیگر مجددا به بستر ویپ ، شبکه موبایل و یا شبکه ای با تاخیر زیاد مانند ماهواره متصل شده است.

 

6-اعوجاج مسیر اکو - برخی مواقع مسیر اکو ممکن است غیر خطی باشد که این امر باعث کاهش تاثیر اکو کنسلر ها می شود و عموما تصور می شود این اکو خطی است .

 

7-سیگنال بسیار بالا یا پایین - اگر سیگنال بسیار بالا یا پایین باشد اکو کنسلر ممکن است به درستی عمل نکند. سیگنال های سطح پایین باعث می شود که بخش هایی از مکالمه که سکوت بیشتری وجود دارد مورد جلوگیری و حذف اکو قرار گیرند زیرا اکو کنسر نمی تواند تفکیکی بین مکالمه با سیگنال پایین و مکالمه با اکو داشته باشد . این امر باعث می شود بین مکالمه وقفه هایی ایجاد شود .

 

8-دبل تاک Double Talk - برخی از اکو کنسلر ها با مکالماتی که بیش از اندازی دبل تاک دارند مشکل دارند و این امر به خاطر خود دبل تاک است زیرا اکو کنسلر ها بر مبنای دوره های زمانی مکالمه یک طرفه خصوصیات اکو را بررسی می کنند و آن را حذف می کنند و زمانی که دو طرف همزمان مکالمه نمایند، Double Talk به وجود می آید اکو کنسر ممکن است نتواند به درستی در این شرایط  عمل نماید .