प्रतिध्वनि दमन और रद्दीकरण

इको सप्रेशन और इको कैंसिलेशन, इको (घटना) को बनने से रोककर या पहले से मौजूद होने के बाद उसे हटाकर आवाज की गुणवत्ता में सुधार करने के लिए टेलीफ़ोनी में उपयोग की जाने वाली विधियां हैं। व्यक्तिपरक ऑडियो गुणवत्ता में सुधार के अलावा, इको दमन एक दूरसंचार नेटवर्क में इको को यात्रा करने से रोककर मौन दमन के माध्यम से प्राप्त क्षमता को बढ़ाता है। दूरसंचार के लिए उपग्रहों के पहले उपयोग के जवाब में 1950 के दशक में इको सप्रेसर्स विकसित किए गए थे।

इको दमन और रद्दीकरण विधियों को आमतौर पर ध्वनिक इको दमन (एईएस) और ध्वनिक इको रद्दीकरण (एईसी) कहा जाता है, और अधिक दुर्लभ रूप से लाइन इको रद्दीकरण (एलईसी) कहा जाता है। कुछ मामलों में, ये शब्द अधिक सटीक होते हैं, क्योंकि अद्वितीय विशेषताओं के साथ प्रतिध्वनि के विभिन्न प्रकार और कारण होते हैं, जिनमें ध्वनिक प्रतिध्वनि (लाउडस्पीकर से ध्वनियाँ प्रतिबिंबित होती हैं और माइक्रोफोन द्वारा रिकॉर्ड की जाती हैं, जो समय के साथ काफी भिन्न हो सकती हैं) और लाइन प्रतिध्वनि ( विद्युत आवेगों के कारण, जैसे, भेजने और प्राप्त करने वाले तारों के बीच युग्मन, प्रतिबाधा बेमेल, विद्युत प्रतिबिंब, आदि। जो ध्वनिक प्रतिध्वनि से बहुत कम भिन्न होता है)। हालाँकि, व्यवहार में, सभी प्रकार की प्रतिध्वनि के उपचार के लिए समान तकनीकों का उपयोग किया जाता है, इसलिए एक ध्वनिक प्रतिध्वनि कैंसलर लाइन प्रतिध्वनि के साथ-साथ ध्वनिक प्रतिध्वनि को भी रद्द कर सकता है। विशेष रूप से एईसी का उपयोग आमतौर पर इको कैंसलर्स को संदर्भित करने के लिए किया जाता है, भले ही वे ध्वनिक इको, लाइन इको या दोनों के लिए अभिप्रेत हों।

हालाँकि इको सप्रेसर्स और इको कैंसलर्स के लक्ष्य समान होते हैं - बोलने वाले व्यक्ति को अपनी आवाज़ की प्रतिध्वनि सुनने से रोकना - उनके द्वारा उपयोग की जाने वाली विधियाँ भिन्न होती हैं:

• इको सप्रेसर्स एक सर्किट पर एक दिशा में जाकर आवाज गतिविधि का पता लगाना द्वारा काम करते हैं, और फिर दूसरी दिशा में सिग्नल को म्यूट या क्षीण करते हैं। आमतौर पर, सर्किट के दूर के छोर पर इको सप्रेसर यह म्यूटिंग करता है जब यह सर्किट के निकट-छोर से आने वाली आवाज का पता लगाता है। यह म्यूटिंग स्पीकर को दूर से लौट रही अपनी आवाज सुनने से रोकती है।
• इको रद्दीकरण में पहले मूल रूप से प्रसारित सिग्नल को पहचानना शामिल है जो प्रेषित या प्राप्त सिग्नल में कुछ देरी के साथ फिर से प्रकट होता है। एक बार जब प्रतिध्वनि पहचानी जाती है, तो इसे प्रेषित या प्राप्त सिग्नल से घटाकर हटाया जा सकता है। यह तकनीक आम तौर पर डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर या सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके डिजिटल रूप से लागू की जाती है, हालांकि इसे एनालॉग सर्किट में भी लागू किया जा सकता है।

आईटीयू मानक G.168 और en P.340 क्रमशः डिजिटल और लोगों द्वारा टेलीफोन नेटवर्क काटा गया अनुप्रयोगों में इको कैंसलर्स के लिए आवश्यकताओं और परीक्षणों का वर्णन करता है।

इतिहास

टेलीफोनी में, प्रतिध्वनि किसी व्यक्ति की कुछ समय बाद सुनी गई आवाज की प्रतिबिम्बित प्रति होती है। यदि देरी काफी महत्वपूर्ण है (कुछ सौ मिलीसेकंड से अधिक), तो इसे कष्टप्रद माना जाता है। यदि विलंब बहुत छोटा है (दसियों मिलीसेकंड या उससे कम)।), इस घटना को बगल की आवाज़ कहा जाता है। यदि विलंब थोड़ा अधिक हो, लगभग 50 मिलीसेकंड, तो मनुष्य प्रतिध्वनि को एक विशिष्ट ध्वनि के रूप में नहीं सुन सकते, बल्कि एक कोरस प्रभाव सुन सकते हैं।

दूरसंचार के शुरुआती दिनों में, मानव उपयोगकर्ताओं के लिए इको की आपत्तिजनक प्रकृति को कम करने के लिए इको दमन का उपयोग किया जाता था। एक व्यक्ति बोलता है जबकि दूसरा सुनता है, और वे आगे-पीछे बोलते हैं। एक इको सप्रेसर यह निर्धारित करने का प्रयास करता है कि प्राथमिक दिशा कौन सी है और उस चैनल को आगे बढ़ने की अनुमति देता है। रिवर्स चैनल में, यह इस धारणा पर किसी भी सिग्नल को अवरुद्ध करने या दबाने के लिए क्षीणन रखता है कि सिग्नल प्रतिध्वनि है। हालाँकि दमनकर्ता प्रतिध्वनि से प्रभावी ढंग से निपटता है, यह दृष्टिकोण कई समस्याओं को जन्म देता है जो कॉल करने वाले दोनों पक्षों के लिए निराशाजनक हो सकता है।

• डबल-टॉक (टेलीफोनी)|डबल-टॉक: बातचीत में दोनों पक्षों के लिए एक ही समय में, कम से कम संक्षेप में बात करना काफी सामान्य है। क्योंकि प्रत्येक इको सप्रेसर तब सर्किट के दूर-छोर से आने वाली आवाज ऊर्जा का पता लगाएगा, इसका प्रभाव आम तौर पर एक ही बार में दोनों दिशाओं में डाले जाने वाले नुकसान के लिए होगा, जो प्रभावी रूप से दोनों पक्षों को अवरुद्ध करेगा। इसे रोकने के लिए, निकट-अंत स्पीकर से ध्वनि गतिविधि का पता लगाने और निकट-अंत स्पीकर और दूर-अंत स्पीकर दोनों बात करते समय हानि डालने में विफल होने (या एक छोटा नुकसान डालने) के लिए इको सप्रेसर्स को सेट किया जा सकता है। यह, निश्चित रूप से, इको सप्रेसर होने के प्राथमिक प्रभाव को अस्थायी रूप से हरा देता है।
• क्लिपिंग: चूंकि इको सप्रेसर बारी-बारी से हानि डाल रहा है और हटा रहा है, इसलिए जब कोई नया वक्ता बात करना शुरू करता है तो अक्सर थोड़ी देरी होती है जिसके परिणामस्वरूप उस वक्ता के भाषण से पहला अक्षर क्लिप हो जाता है।
  Further information: Voice activity detection § Performance evaluation
• डेड-सेट: यदि कॉल पर दूर-अंत वाली पार्टी शोर-शराबे वाले माहौल में है, तो निकट-अंत वाला स्पीकर उस पृष्ठभूमि शोर को सुनेगा जबकि दूर-अंत वाला स्पीकर बात कर रहा है, लेकिन इको सप्रेसर इस पृष्ठभूमि शोर को दबा देगा जब निकट-अंत वक्ता बोलना शुरू करता है। पृष्ठभूमि शोर की अचानक अनुपस्थिति निकट-अंत उपयोगकर्ता को यह आभास देती है कि लाइन मृत हो गई है।

इसके जवाब में, बेल लैब्स ने 1960 के दशक की शुरुआत में इको कैंसलर सिद्धांत विकसित किया, जिसके परिणामस्वरूप 1960 के दशक के अंत में प्रयोगशाला इको कैंसिलर और 1980 के दशक में वाणिज्यिक इको कैंसिलर का निर्माण हुआ। एक इको कैंसिलर बात करने वाले के सिग्नल से प्रतिध्वनि का अनुमान उत्पन्न करके काम करता है, और उस अनुमान को रिटर्न पथ से घटा देता है। इस तकनीक में प्रतिध्वनि को प्रभावी ढंग से रद्द करने के लिए पर्याप्त सटीक सिग्नल उत्पन्न करने के लिए एक अनुकूली फिल्टर की आवश्यकता होती है, जहां रास्ते में विभिन्न प्रकार के क्षरण के कारण प्रतिध्वनि मूल से भिन्न हो सकती है। AT&T बेल लैब्स में आविष्कार के बाद सेइको कैंसिलेशन एल्गोरिदम में सुधार और सुधार किया गया है। सभी इको रद्द करने की प्रक्रियाओं की तरह, इन पहले एल्गोरिदम को सिग्नल का अनुमान लगाने के लिए डिज़ाइन किया गया था जो अनिवार्य रूप से ट्रांसमिशन पथ में फिर से प्रवेश करेगा, और इसे रद्द कर देगा।

अंकीय संकेत प्रक्रिया में तेजी से प्रगति ने इको कैंसलर्स को छोटा और अधिक लागत प्रभावी बनाने की अनुमति दी। 1990 के दशक में, इको कैंसलर्स को पहली बार स्टैंडअलोन डिवाइस के बजाय टेलीफोन स्विच के भीतर (उत्तरी टेलीकॉम डीएमएस-250 में) लागू किया गया था। इको कैंसिलेशन को सीधे स्विच में एकीकृत करने का मतलब है कि इको कैंसलर्स को कॉल-बाय-कॉल आधार पर विश्वसनीय रूप से चालू या बंद किया जा सकता है, जिससे वॉयस और डेटा कॉल के लिए अलग-अलग ट्रंक समूहों की आवश्यकता समाप्त हो जाती है। आज की टेलीफोनी तकनीक अक्सर सॉफ्टवेयर आवाज इंजन के माध्यम से छोटे या हैंडहेल्ड संचार उपकरणों में इको कैंसलर्स को नियोजित करती है, जो दूर-दराज के पीएसटीएन गेटवे सिस्टम द्वारा शुरू की गई ध्वनिक इको या अवशिष्ट इको को रद्द करने की सुविधा प्रदान करती है; ऐसी प्रणालियाँ आमतौर पर 64 मिलीसेकंड की देरी से प्रतिध्वनि प्रतिबिंब को रद्द कर देती हैं।

संचालन

टेलीफोन सर्किट के लिए एक अनुकूली इको कैंसिलर। एच, टेलीफोन हाइब्रिड का कार्य दूर के छोर x से आने वाले भाषण को रूट करना है_k स्थानीय टेलीफोन और टेलीफोन से सुदूर अंत तक रूट भाषण। हालाँकि, हाइब्रिड कभी भी पूर्ण नहीं होता है, इसलिए इसका आउटपुट d होता है_k इसमें स्थानीय टेलीफोन से वांछित भाषण और दूर से फ़िल्टर किया गया भाषण दोनों शामिल हैं। इको कैंसलर अनुकूली फिल्टर एफ है_k, जो त्रुटि संकेत ε को कम करने का प्रयास करता है_k आने वाले दूरवर्ती भाषण को प्रतिकृति y में फ़िल्टर करके_k दूरगामी भाषण का जो संकर के माध्यम से लीक होता है। एक बार अनुकूलन पूरा हो जाने पर, त्रुटि संकेत में अधिकतर स्थानीय टेलीफोन से आने वाला भाषण शामिल होता है।

इको रद्दीकरण प्रक्रिया इस प्रकार काम करती है:

1. सिस्टम में एक दूर-अंत सिग्नल पहुंचाया जाता है।
2. दूर-अंत संकेत पुन: प्रस्तुत किया जाता है।
3. दूर-अंत सिग्नल को फ़िल्टर किया जाता है और निकट-अंत सिग्नल जैसा दिखने में विलंबित किया जाता है।
4. फ़िल्टर किए गए दूर-अंत सिग्नल को निकट-अंत सिग्नल से घटा दिया जाता है।
5. परिणामी सिग्नल किसी भी प्रत्यक्ष या गूंजती ध्वनि को छोड़कर कमरे में मौजूद ध्वनियों का प्रतिनिधित्व करता है।

एक इको कैंसिलर के लिए प्राथमिक चुनौती दूर-अंत सिग्नल पर लागू होने वाले फ़िल्टर की प्रतिक्रिया विशेषताओं को निर्धारित करना है ताकि यह परिणामी निकट-अंत इको जैसा दिखता हो। फ़िल्टर मूलतः स्पीकर, माइक्रोफ़ोन और कमरे की ध्वनिक विशेषताओं का एक मॉडल है। इको कैंसलर्स को अनुकूली होना चाहिए क्योंकि नियर-एंड के स्पीकर और माइक्रोफ़ोन की विशेषताएं आमतौर पर पहले से ज्ञात नहीं होती हैं। निकट-अंत के कमरे की ध्वनिक विशेषताएं भी आम तौर पर पहले से ज्ञात नहीं होती हैं, और बदल सकती हैं (उदाहरण के लिए, यदि माइक्रोफ़ोन को स्पीकर के सापेक्ष स्थानांतरित किया जाता है, या यदि व्यक्ति कमरे के चारों ओर घूमते हैं जिससे ध्वनिक प्रतिबिंबों में परिवर्तन होता है)। उत्तेजना के रूप में दूर-अंत सिग्नल का उपयोग करके, आधुनिक सिस्टम एक अनुकूली फ़िल्टर का उपयोग करते हैं और लगभग 200 एमएस में 55 डीबी रद्दीकरण प्रदान करने से लेकर कोई रद्दीकरण प्रदान नहीं कर सकते हैं।

कई अनुप्रयोगों में अकेले इको रद्दीकरण अपर्याप्त हो सकता है। स्वीकार्य प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए इको रद्दीकरण और दमन एक साथ काम कर सकते हैं।

प्रतिध्वनि मात्रा निर्धारित करना

प्रतिध्वनि को इस प्रकार मापा जाता हैecho return loss (ईआरएल). यह मूल सिग्नल और उसकी प्रतिध्वनि का डेसीबल में व्यक्त अनुपात है। उच्च मूल्यों का मतलब है कि प्रतिध्वनि बहुत कमजोर है, जबकि कम मूल्यों का मतलब है कि प्रतिध्वनि बहुत मजबूत है। नकारात्मक इंगित करता है कि प्रतिध्वनि मूल सिग्नल से अधिक मजबूत है, जिसे अगर अनियंत्रित छोड़ दिया जाए तो ऑडियो प्रतिक्रिया का कारण होगा।

इको कैंसिलर का प्रदर्शन इको रिटर्न लॉस एन्हांसमेंट (ईआरएलई) में मापा जाता है, जो इको कैंसलर द्वारा लागू अतिरिक्त सिग्नल हानि की मात्रा है। अधिकांश इको कैंसिलर 18 से 35 dB ERLE लागू करने में सक्षम हैं।

इको (एसीओएम) की कुल सिग्नल हानि ईआरएल और ईआरएलई का योग है।

वर्तमान उपयोग

प्रतिध्वनि के स्रोत रोजमर्रा के परिवेश में पाए जाते हैं जैसे:

• हैंड्स-फ़्री कार फ़ोन सिस्टम
• स्पीकरफोन मोड में एक मानक टेलीफोन या सेलफोन
• समर्पित स्टैंडअलोन स्पीकरफ़ोन
• स्थापित सम्मेलन कक्ष सिस्टम जो टेबल पर सीलिंग स्पीकर और माइक्रोफोन का उपयोग करते हैं
• भौतिक युग्मन जहां ध्वनि-विस्तारक यंत्र का कंपन हैंडसेट आवरण के माध्यम से माइक्रोफोन में स्थानांतरित होता है

इनमें से कुछ मामलों में, लाउडस्पीकर से ध्वनि माइक्रोफ़ोन में लगभग अपरिवर्तित प्रवेश करती है। प्रतिध्वनि को रद्द करने में कठिनाइयाँ परिवेशीय स्थान द्वारा मूल ध्वनि में परिवर्तन के कारण उत्पन्न होती हैं। इन परिवर्तनों में नरम साज-सामान द्वारा अवशोषित की जाने वाली कुछ आवृत्तियों और अलग-अलग ताकत पर विभिन्न आवृत्तियों का प्रतिबिंब शामिल हो सकता है।

एईसी को लागू करने के लिए इंजीनियरिंग विशेषज्ञता और एक तेज़ प्रोसेसर की आवश्यकता होती है, आमतौर पर डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर (डीएसपी) के रूप में, प्रसंस्करण क्षमता में यह लागत प्रीमियम पर आ सकती है, हालांकि, कई एम्बेडेड सिस्टम में पूरी तरह कार्यात्मक एईसी होता है।

स्मार्ट स्पीकर और इंटरएक्टिव वॉयस रिस्पांस सिस्टम जो इनपुट के लिए भाषण स्वीकार करते हैं, एईसी का उपयोग करते हैं, जबकि सिस्टम की स्वयं की भाषण पहचान को गूंजने वाले संकेतों और अन्य आउटपुट को गलत तरीके से पहचानने से रोकने के लिए भाषण संकेतों को चलाया जाता है।

मोडम

मानक टेलीफोन लाइनें ऑडियो भेजने और प्राप्त करने के लिए तारों की एक ही जोड़ी का उपयोग करती हैं, जिसके परिणामस्वरूप आउटगोइंग सिग्नल की थोड़ी मात्रा वापस परिलक्षित होती है। यह फ़ोन पर बात करने वाले लोगों के लिए उपयोगी है, क्योंकि यह स्पीकर को संकेत प्रदान करता है कि उनकी आवाज़ सिस्टम के माध्यम से आ रही है। हालाँकि, यह परावर्तित सिग्नल एक मॉडेम के लिए समस्याएँ पैदा करता है, जो रिमोट मॉडेम से एक सिग्नल और अपने स्वयं के सिग्नल की प्रतिध्वनि के बीच अंतर करने में असमर्थ है।

इस कारण से, पहले के मॉडेम|डायल-अप मॉडेम सिग्नल आवृत्तियों को विभाजित करते थे, जिससे कि दोनों छोर पर डिवाइस अलग-अलग टोन का उपयोग करते थे, जिससे प्रत्येक को ट्रांसमिशन के लिए उपयोग की जाने वाली आवृत्ति रेंज में किसी भी सिग्नल को अनदेखा करने की अनुमति मिलती थी। हालाँकि, इससे दोनों पक्षों के लिए उपलब्ध बैंडविड्थ की मात्रा कम हो गई।

इको रद्दीकरण ने इस समस्या को कम कर दिया। कॉल सेटअप और बातचीत की अवधि के दौरान, दोनों मॉडेम अद्वितीय टोन की एक श्रृंखला भेजते हैं और फिर उन्हें फोन सिस्टम के माध्यम से वापस आने के लिए सुनते हैं। वे कुल विलंब समय को मापते हैं, फिर उसी अवधि के लिए विलंब लाइन (ऑडियो) को कॉन्फ़िगर करते हैं। एक बार कनेक्शन पूरा हो जाने पर, वे अपने सिग्नल सामान्य रूप से फ़ोन लाइनों में भेजते हैं, लेकिन विलंब लाइन में भी भेजते हैं। जब उनका सिग्नल वापस परावर्तित होता है, तो यह विलंब रेखा (ऑडियो) उल्टे सिग्नल के साथ मिल जाता है, जो प्रतिध्वनि को रद्द कर देता है। इसने दोनों मॉडेम को उपलब्ध पूर्ण स्पेक्ट्रम का उपयोग करने की अनुमति दी, जिससे संभावित गति दोगुनी हो गई।

इको कैंसिलेशन को कई टेलीकॉम कंपनियों द्वारा लाइन पर भी लागू किया जाता है और सिग्नल में सुधार के बजाय डेटा भ्रष्टाचार का कारण बन सकता है। कुछ टेलीफोन स्विच या कन्वर्टर (जैसे एनालॉग टर्मिनल एडेप्टर) आईटीयू-टी अनुशंसा जी.164 या जी.165 के अनुसार, ऐसी कॉल से जुड़े 2100 या 2225 हर्ट्ज उत्तर टोन का पता लगाने पर इको दमन या इको रद्दीकरण को अक्षम कर देते हैं।

मानक ट्विस्टेड जोड़ी | ट्विस्टेड-पेयर टेलीफोन तारों पर वॉयस बैंड के ऊपर आवृत्तियों पर काम करने वाले आईएसडीएन और डीएसएल मॉडम एक साथ द्विदिश डेटा संचार की अनुमति देने के लिए स्वचालित इको रद्दीकरण का भी उपयोग करते हैं। ध्वनि प्रतिध्वनि रद्द करने की तुलना में अनुकूली फ़िल्टर को लागू करने में कम्प्यूटेशनल जटिलता बहुत कम हो जाती है क्योंकि ट्रांसमिट सिग्नल एक डिजिटल बिट स्ट्रीम है। फ़िल्टर में प्रत्येक टैप के लिए गुणन और जोड़ ऑपरेशन के बजाय, केवल जोड़ की आवश्यकता होती है। एक रैंडम एक्सेस मेमोरी लुकअप टेबल आधारित इको कैंसिलिंग योजना इको अनुमान प्राप्त करने के लिए एक काटे गए ट्रांसमिट बिट स्ट्रीम के साथ मेमोरी को संबोधित करके अतिरिक्त ऑपरेशन को भी समाप्त कर देता है। इको कैंसलेशन अब आमतौर पर डिजिटल सिग्नल प्रोसेसिंग (डीएसपी) तकनीकों के साथ लागू किया जाता है।

कुछ मॉडेम इको रद्दीकरण की आवश्यकता को खत्म करने के लिए अलग-अलग इनकमिंग और आउटगोइंग आवृत्तियों का उपयोग करते हैं या ट्रांसमिटिंग और प्राप्त करने के लिए अलग-अलग समय स्लॉट आवंटित करते हैं। ब्रिज टैप और अपूर्ण प्रतिबाधा मिलान के कारण टेलीफोन केबलों की मूल डिज़ाइन सीमा से परे उच्च आवृत्तियों में महत्वपूर्ण क्षीण विरूपण होता है। गहरे, संकीर्ण आवृत्ति अंतराल जिन्हें इको रद्दीकरण द्वारा ठीक नहीं किया जा सकता है, अक्सर परिणामित होते हैं। कनेक्शन वार्ता के दौरान इनका पता लगाया जाता है और मैप किया जाता है।

यह भी देखें

• ऑडियो फीडबैक
• न्यूनतम माध्य वर्ग फ़िल्टर
• मिश्रण-ऋण
• संकेत प्रतिबिंब
• आवाज इंजन

बाहरी संबंध

• "Echo cancellation". International Engineering Consortium. Archived from the original on 2007-03-08.
• "Echo basics tutorial". Ditech Networks. Archived from the original on 2011-07-10.
• "Q-Sys Acoustic Echo Cancellation" (PDF). QSC Audio Products. Retrieved 2016-07-28.