كيفية التحكم في إلغاء الصدى الصوتي AEC

يلعب برنامج إلغاء الصدى الصوتي (AEC) دورًا مهمًا في أنظمة الاتصالات الصوتية وبدأ البحث عن أسباب الصدى في الستينيات خاصةً بالنسبة لأجهزة الاتصال الصوتي، كما تساعد أدوات إلغاء الصدى في إجراء محادثات سلسة وواضحة في الاتصالات الصوتية ثنائية الاتجاه، و(AEC) ليست موجودة فقط في الهواتف المحمولة ولكن أيضًا في جميع أنواع أجهزة الاتصال الصوتي، مثل سلسلة (Echo) من (Amazon) وأجهزة (Portal) على (Facebook).

ما هي تقنية إلغاء الصدى الصوتي AEC

إلغاء الصدى الصوتي (AEC): هو التقنية المستخدمة لتحسين جودة الكلام في أنظمة الاتصال، حيث تزيل هذه التقنية الصدى الصوتي غير المرغوب فيه الناتج عن الاقتران الصوتي بين مكبر الصوت والميكروفون للأجهزة الطرفية، وبالإضافة إلى ذلك تعتمد خاصية إلغاء الصدى الصوتي (AEC) بشكل عام على الترشيح التكيفي.

ملاحظة:“AEC” هي اختصار لـ “Acoustic Echo Cancellation”.

أساسيات تقنية إلغاء الصدى الصوتي AEC

تظهر نتائج المحاكاة باستخدام خوارزمية متوسط ​​التربيع الأدنى المعياري (NLMS) أنّه يمكن تحقيق أداء أفضل من خلال الهيكل مقارنة بالبنية التقليدية لـ (AEC)، لذلك يتم استخدام ثلاثة مقاييس للمعايير لتقييم الهيكل لـ (AEC)، المحاذاة غير الصحيحة ومتوسط ​​الخطأ التربيعي (MSE) وتحسين خسارة عودة الصدى (ERLE).

ومع ذلك تلتقط الميكروفونات أيضًا الكلام البعيد بسبب الاقتران الصوتي لمكبر الصوت والميكروفون وإذا تم نقل الكلام البعيد إلى الجانب الآخر من المكالمة، فسيسمع الشخص الآخر صوته بعد بعض التأخير أي الشبكة وتأخير المعالجة، والصدى هو الظاهرة التي يسمع فيها المرء صوته بعد تأخير معين ويحدد مقدار التأخير كيف يمكن أن تكون التجربة مزعجة.

كما ستكون المحادثات في مثل هذه السيناريوهات مزعجة للغاية وغير مفهومة، وبالتالي يكون هناك حاجه إلى آلية لمنع إرسال الطرف الآخر إلى الطرف الآخر في المكالمة، والذي يتم إنجازه باستخدام (Echo Canceller) في جهاز اتصال، ولا يمثل الصدى مشكلة دائمًا في حالة مكبرات الصوت ولكن أيضًا على الهواتف المحمولة والهواتف الأخرى بسبب الاقتران الميكانيكي لمكبرات الصوت والميكروفونات.

ملاحظة:“NLMS” هي اختصار لـ “Normalized Least Mean Squares”.

ملاحظة:“MSE” هي اختصار لـ “Mean Square Error”.

ملاحظة:“ERLE” هي اختصار لـ “Echo Return Loss Enhancement”.

تأثير الصدى في المكالمات

• عادةً ما تكون التأخيرات التي تقل عن (40 مللي ثانية) للكلام آمنة ولن تزعج المستمع، وهذا هو تأثير الأسبقية، لكنّ التأخيرات التي تزيد عن (40 مللي ثانية) ستُنظر إليها على أنّها صدى في آذان الإنسان وكما أنّ الصدى أثناء المحادثات الهاتفية هو نتيجة للتأخيرات في الشبكة والمعالجة.

• يمكن للشبكات أن تقدم ما يزيد عن (100 مللي ثانية) من التأخير وهذا بالإضافة إلى تأخيرات المعالجة سيجعل من الضروري وجود أداة إلغاء صدى لمحادثات ثنائية الاتجاه أكثر سلاسة، ونظراً لأنّ فعالية قمع الصدى الخطي تعتمد على مدى جودة تنبؤ المرشح التكيفي بإشارة الصدى، تركز جميع تقنيات على تحسين الصدى المتوقع وبمعدل أسرع، بحيث لا يكون هناك تسرب صدى في بداية المكالمة.

• يُطلق على معدل التكيف هذا معدل التقارب ويقاس بالوقت المستغرق لقمع الصدى بمستوى معين مثل (50 ديسيبل) من المستوى الفعلي الذي تم التقاطه في الميكروفون، والمصطلحات الأخرى المستخدمة للتقدير هي متوسط ​​الخطأ المربع (MSE) وتحسين خسارة عائد الصدى (ERLE)، ويحدد (MSE) مستوى الصدى المتبقي على مدى فترة ويحدد (ERLE) نسبة قوى الصدى الملتقط والخطأ المتبقي.

• في بعض الأحيان قد يكون الشيء الأكثر إحباطًا بشأن المكالمة الجماعية هو الثغرات الفنية التي تمنع الاجتماع من الوصول إلى إمكاناته الإنتاجية الكاملة، كما يمكن أن يؤدي الصوت السيئ إلى عرقلة التبادل السلس سريعًا وترك المشاركين يشعرون بالتشتت والإحباط.

• يمكن أن يكون الصدى السبب الأساسي، وهناك نوعان من صدى الصدى هما صدى الخط الذي يمكن تصحيحه بسهولة والمشكلة الأكثر تحدياً وهي الصدى الصوتي، وصدى الخط هو نتاج انعكاسات أسفل خط الهاتف، وعادةً ما تتعامل الهواتف الهجينة مع هذه المشكلة بنجاح، ولكنّ الصدى الصوتي الناتج عن اقتران الميكروفون بمكبر الصوت يتطلب حلاً أكثر قوة.

• يحدث الصدى الصوتي في بيئة المؤتمرات حيث يتم استخدام الميكروفونات ومكبرات الصوت على مقربة حيث عندما يكون مكبر الصوت الموجود في الطرف القريب نشطًا بصوت بعيد المدى، يمكن للميكروفونات القريبة التقاط هذا الصوت وإعادة تدويره ممّا يؤدي إلى إنشاء صدى.

• الإصلاح لهذا هو إلغاء الصدى الصوتي (AEC)، ويعد إلغاء الصدى الصوتي وسيلة فعالة لمنع إعادة تدوير الموجات الصوتية المنعكسة في البيئة، كما يقوم (AEC) بتجربة الصوت من الجانب البعيد، حيث يأتي ويقارنه بالصوت من المدخلات على الجانب القريب.

• في حالة تطابق أي من الصوت فإنّه يزيله على الفور عن طريق إنشاء مرشحات تكيفية لمنع الصدى، كما يتم تشغيل هذا بواسطة خوارزمية تتعامل مع المقارنة والإلغاء بشكل فوري تقريبًا، ويمثل إنجازًا يتطلب قدراً كبيرًا من معالجة الإشارات الرقمية.

تطوير تقنية AEC

تم تصميم تقنية (AEC) لتمكين الاتصال المزدوج الكامل عالي الجودة في الهواتف المحمولة، ومجموعات السيارات التي تعمل بدون استخدام اليدين ومكبرات الصوت وأنواع أخرى من المحطات الصوتية، حيث تتميز هذه الأجهزة بعدة جوانب تجعل تطوير تقنية (AEC) تحديًا حقيقيًا:

• تنتج مكبرات الصوت الصغيرة منخفضة الطاقة وغالبًا ما يتم تشغيلها بشكل زائد مستوى عالٍ من التشوهات غير الخطية.

• غالبًا ما يتم استخدامها في ظروف صاخبة جدًا.

• يسمح بتأخير محدود في المعالجة.

• موارد حسابية محدودة (MIPS والذاكرة) بسبب قيود التكلفة واستهلاك الطاقة.

• جودة صوت عالية الجودة ومزدوجة سلسة في محطات الصوت القادرة.

• مرنة وسهلة التكوين للعمل على النحو الأمثل في جميع التطبيقات والبيئات الممكنة.

• قادرة على تحمل المشكلات المرتبطة بالتصميم الصوتي النقي وجودة المكونات.

• تأخير بسيط في المعالجة.

• متطلبات متواضعة من الموارد الحسابية على معظم المنصات (DSP) و(MCU) وحدة المعالجة المركزية المضيفة.

• دعم نطاق إشارة ديناميكي عريض على معالجات (16 بت).

• دعم النطاق الضيق (NB) و(4 كيلو هرتز) والنطاق العريض (WB) و(8 كيلو هرتز) والنطاق العريض للغاية (SWB) و(12 كيلو هرتز) والنطاق العريض للغاية (UWB) و(16 كيلو هرتز).

• دعم قنوات الاتصال الاستريو أي إلغاء صدى الصوت المجسم.

تُستخدم أجهزة إلغاء الصدى الصوتية بانتظام لتحسين جودة الصوت للمحادثات التي تتم عبر أنظمة اتصال مزدوجة كاملة، وفي نظام اتصال مزدوج كامل يتواصل مستخدمان أو أكثر في وقت واحد مع بعضهما البعض في كلا الاتجاهين، كما يمكن إجراء مثل هذه المحادثات المزدوجة الكاملة باستخدام أنظمة الاتصالات أي الأجهزة التي تستخدم الميكروفونات ومكبرات الصوت، مثل: مكبرات الصوت والهواتف المحمولة وأجهزة المودم وأجهزة الفاكس وأجهزة الكمبيوتر الشخصية وهواتف الفيديو.

ملاحظة:“MIPS” هي اختصار لـ “Millions of Instructions Per Second” و”UWB” هي اختصار لـ “Ultra-wide band”.

ملاحظة:“NB” هي اختصار لـ “Narrow Band” و”SWB” هي اختصار لـ “Spiral Wrapping Band”.

ملاحظة:“DSP” هي اختصار لـ “Digital signal processing” و”MCU” هي اختصار لـ “multipoint control unit”.

في النهاية، عند حدوث اختلاف في إلغاء الصدى الصوتي (AEC) يجب إعادة ضبط إلغاء الصدى الصوتي (AEC)، وحتى يتم إعادة تدريب (AEC) قد يتم تعليق القدرة على إجراء محادثات ثنائية الاتجاه.