автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Исследование влияния эхосигналов на качество телефонной передачи в условиях применения методов эффективного кодирования

На правах рукописи

Федоткин Николай Николаевич

Исследование влияния эхосигналов на качество телефонной передачи в условиях применения методов эффективного кодирования

Специальность 05.12.13. - Системы, сети и устройства телекоммуникаций

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2004

Работа выполнена на кафедре многоканальной электросвязи Московского технического университета связи и информатики (МТУСИ)

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Гордиенко В.Н.

Официальные оппоненты: Президент Ассоциации

Документальной Электросвязи Вице-Президент Международной Академии Связи доктор технических наук, профессор Иванов А.А.

кандидат технических наук, доцент Кунегин С В.

Ведущая организация: Центральный научно-

исследовательский институт связи (ЦНИИС)

Защита состоится" г. в час. На заседании

диссертационного совета К 219.001.03'при Московском техническом университете связи и информатики по адресу: 111024, Москва, ул. Авиамоторная, д. 8а, ауд. урЗ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МТУСИ. Автореферат разослан

Т^зе?

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. На современном этапе развития средств телекоммуникаций широко используется оборудование и алгоритмы повышения эффективности передачи речевых сообщений

Системы сжатия речи используют два основных принципа устранения избыточности соотношения информационной емкости канала и речевого сигнала - статистическое уплотнение и дифференциальное кодирование с предиктивным механизмом. В настоящее время промышленностью выпускаются серийно как чисто предиктивные системы (например, оборудование «Passport» фирмы Nortel), так и чисто статистические (например, оборудование «Эффект» производства ЗАО «Инженерный центр»), а также комбинированные (например, оборудование серии DTX фирмы ECI).

Общим для всех алгоритмов сжатия речи и пакетной передачи является блочный принцип обработки, приводящий к задержке сигнала и увеличению вероятности появления в каналах связи эффекта электрического эха недопустимой величины. При этом помимо традиционного проявления эхосигналов как эффекта электрического эха, их влияние в системах сжатия речи и пакетной передачи имеет еще один важный аспект - повышение загрузки обратного направления передачи при одностороннем разговоре, что в системах сжатия речи приводит к статистическим перегрузкам, а в системах с пакетной коммутацией - к снижению пропускной способности сетей.

Влияние эхосигналов на качество телефонной передачи в системах повышения эффективности передачи телефонного трафика следует рассматривать в двух аспектах.

Первый аспект заключается во влиянии характеристик средств повышения эффективности передачи телефонного трафика (за счет введения дополнительных задержек) на степень мешающего воздействия электрического эха.

Второй аспект заключается в обратном влиянии, т.е. влиянии эхосигнала на функционирование средств повышения эффективности передачи телефонного трафика.

Сведения о количественном влиянии характеристик эхосигналов на качество телефонной передачи, организованной с использованием средств повышения эффективности передачи телефонного трафика, не нашли достаточного отражения ни в научных публикациях, ни в руководящих документах отрасли, регламентирующих правила использования средств повышения эффективности передачи речи на телекоммуникационных сетях.

Решением проблем электрического эха в телефонных каналах плодотворно занимались многие специалисты и ученые, такие как, Жарков МА., Баева Н.Н., Тетерев В.Н., Цыбулин М.К., Шаврин С.С., Снегов А.Д., Иванов В.И., Кунегин СВ., Запорощенко Е.К., Лихачев Н.И., Шевелев СВ. и др., однако их исследования в основном относились к разработке методов и средств борьбы с мешающим влиянием токов электрического эха в каналах дальней связи, использующих традиционные аналоговые и цифровые системы и методы передачи.

Целью диссертации является исследование влияния эхосигналов на качество телефонной передачи в условиях применения на телекоммуникационных сетях систем, использующих методы эффективного кодирования.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы статистической радиотехники, математической статистики, вычислительной математики и имитационного моделирования Научная новизна работы заключается в следующем:

впервые проведено исследование влияния эхосигналов на качество передачи телефонных сигналов при использовании алгоритмов сжатия речи и на функционирование систем сжатия; показано, что при использовании предиктивных алгоритмов сжатия речи в составе выходного сигнала помимо исходного речевого сигнала и эхосигнала появляется некоторый разностный сигнал, который не является линейной комбинацией полезного речевого сигнала и эхосигнала;

доказано, что разностный сигнал является самостоятельным мешающим фактором, придающим «металлический» характер звучания сигналу на приеме;

определено, что мощность разностного сигнала может превышать мощность эхосигнала, а пиковые значения могут превышать средний уровень не только эхосигнала, но и передаваемого речевого сигнала;

разработана математическая модель влияния эхосигналов на процессы преобразования речи в кодеках с предиктивным механизмом сжатия речи, учитывающая корректность вычисления значения фазы (частоты) основного тона в условиях воздействия эхосигнала; показано, что возникающая ошибка вычисления частоты основного тона приводит к погрешности восстановления частоты передаваемого сигнала, причем эта погрешность имеет стохастический знакопеременный характер;

модель и методика имитационного моделирования в сочетании с пакетом специальных программ позволяют проводить исследования перспективных кодеков не только в части энергетических характеристик, но и в части субъективного восприятия восстановленного сигнала с учетом воздействия эхосигналов.

Личный вклад автора. Теоретические и практические исследования, расчеты и имитационное моделирование, а также выводы и рекомендации получены автором лично.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в следующих выводах, положениях и рекомендациях:

каналы, организованные с применением предиктивных алгоритмов сжатия речи, должны оборудоваться эхоподавляющими устройствами с целью устранения мешающего воздействия эффекта электрического эха и металлического призвука в режиме встречного "разговора;

в реальных условиях эксплуатации систем, использующих алгоритмы чисто статистического сжатия, эхосигнал не будет оказывать существенного влияния на статистические перегрузки кодера и сопутствующие искажения сигнала;

при оценке загрузки телекоммуникационных систем следует учитывать общий средний уровень смеси полезного передаваемого сигнала и эхосигнала;

специальные программы, разработанные в процессе имитационного моделирования, могут использоваться в процессе разработки и исследования вновь разрабатываемых кодеков.

Результаты диссертационной работы могут быть использованы операторами связи и организациями, занимающимися разработкой, внедрением эхоподавляющих устройств и перспективных высокоэффективных цифровых технологий передачи телефонного трафика по телекоммуникационным сетям.

Результаты научных исследований внедрены в ОАО «Комет» и в учебном процессе МТУ СИ, что подтверждено соответствующими актами.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены и обсуждены на научных конференциях "Телекоммуникационные и вычислительные системы" в рамках Международных форумов информатизации (МФИ - 2002 и 2003 гг.), научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава МТУСИ (2002 и 2004 гг.), на заседаниях кафедры многоканальной электросвязи МТУСИ.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 11 печатных работах, в том числе 7 работ без соавторства.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Наличие эхосигналов помимо обычного мешающего воздействия приводит к снижению эффективности применения алгоритмов статистического сжатия речи и существенному ухудшению качества передачи в случае применения предиктивных алгоритмов сжатия.

2. Наличие эхосигналов при применении кодеков, использующих предиктивные алгоритмы сжатия, приводит к погрешности восстановления частоты передаваемого сигнала, причем эта погрешность носит стохастический знакопеременный характер.

3. Наличие эхосигналов приводит в случаях применения предиктивных методов сжатия речи к специфическим искажениям, выражающимся появлением на выходе канала разностного сигнала и проявляющимся в «металлическом» характере звучания сигнала на приеме в режиме встречного разговора.

4. Разностный сигнал не является линейной комбинацией исходного речевого сигнала и эхосигнала, а значения его энергетических параметров могут превышать значения аналогичных параметров сигнала и эхосигнала.

5. Каналы, организованные с применением предиктивных алгоритмов сжатия речи, должны оборудоваться эхоподавляющими устройствами вне зависимости от их протяженности, причем установка ЭПУ должно обеспечивать подавление эхосигналов до входа кодера.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 131 страницах, содержит 2 таблицы, 61 рисунков.

Содержание работы

Во введении обоснован выбор темы диссертации, сформулирована цель работы, отмечены научная новизна и практическая ценность полученных результатов, а также сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ современного состояния проблемы борьбы с мешающим влиянием токов электрического эха.

Отмечается, что влияние эхосигналов приводит к таким последствиям, как возрастание времени ведения разговоров за счет переспросов, усиление напряженности ведения разговора из-за увеличения уровня шума, а в отдельных случаях вообще к отказу обмена сообщениями.

Отражение сигналов может возникнуть в различных точках тракта, однако основными являются точки соединения абонентского тракта с дифференциальной системой, коммутационной станцией местной сети, телефонного аппарата с абонентским трактом, а также микротелефонная трубка телефонного аппарата (источник акустического эха). Причиной появления отраженных сигналов, приводящих к появлению эффекта электрического эха, является рассогласование характеристических сопротивлений трактов в отмеченных местах соединения. Если в канале имеется несколько точек отражения, то общая мощность эхосигнала Рэ может быть определена как сумма мощностей, отраженных от различных (п) точек,

(1)

где 8 - коэффициент отражения, Р э - мощность сигнала, адс - затухание дифференциальной системы от двухпроводного тракта к прямому и обратному направлениям передачи. Анализ выражения (1) показывает, что около 80% мощности эхосигнала приходится на составляющую первой точки отражения. '

При этом отраженный сигнал, возникающий в телефонном канале, имеет переменную структуру в зависимости от условий отражения. В одних случаях -это сигнал, подобный сигналу внятной переходной помехи, в других -невнятный шум. На практике чаще приходится бороться с внятной переходной помехой. Величина затухания на пути токов электрического эха по отношению к говорящему абоненту определяется выражением:

аэ Г = 2ат

-201е(1 - )- 201ё(1 - Ю-0'1"" ) ,

(2)

где - затухание абонентского тракта, - остаточные затухания

между двухпроводными окончаниями канала,

- затухание

несогласованности дифсистемы слушающего абонента, - затухания

несогласованности на двухпроводном входе канала и в точке подключения абонентской линии.

Как видно из формулы (2), увеличить затухание на пути токов электрического эха возможно за счет затуханий . При этом

остаточное затухание желательно увеличивать только для сигналов

электрического эха и оставлять постоянным для информационного сигнала слушающего абонента. Практически такой способ реализуется в эхоподавляющих устройствах (ЭПУ), получивших название эхо компенсаторов (ЭК). В таких устройствах из информационного сигнала, поступившего в тракт приема, путем соответствующих преобразований формируется сигнал, подобный эхосигналу (копия эхосигнала), а затем производится вычитание его копии из сигнала обратного направления. Остаток эхосигнала характеризует степень подавления токов электрического эха. Помимо ЭК на сети достаточно широко применяются ЭПУ, использующие принцип заграждения и получившие названия эхозаградителей (ЭЗ). В таких устройствах в отличие от ЭК остаточное затухание обратного направления увеличивается не только для отраженного, но и для информационного сигнала за счет введения большого дополнительного затухания. Кроме того, для борьбы с мешающим влиянием токов электрического эха может использоваться метод самобалансирующейся дифсистемы, позволяющий за счет применения автоматически настраиваемого балансного контура повысить величину затухания несогласованности дифсистемы Возможно применение комбинированных ЭПУ, использующих принципы компенсации и заграждения.

Обсуждены статические и динамические характеристики ЭК и ЭЗ, установленные рекомендациями МСЭ-Т 0.164, 0.165 и 0.168.

Отмечены условия, которые могут привести к нарушению нормальной работы ЭК в реальных сетях

Во второй главе анализируются особенности мешающего влияния эхосигналов при использовании методов эффективного кодирования речевых сигналов.

Отмечается, что алгоритмы сжатия, как правило, преобразуют информационные сигналы из формата, обычного для использования стандартными средствами, в формат компактного представления. При декомпрессии происходит восстановление исходного формата. При этом сжатие может быть осуществлено с потерями и без потерь информационной емкости. Сжатие с потерями приводит к некоторой деградации сигнала, т.е. при декомпрессии сигнал не может быть восстановлен полностью.

Рассмотрены особенности применения различных методов сжатия информации, не приводящих к ее потерям (метод группового кодирования, кодирование по алгоритмам Хаффмана и Зива-Лемпела-Велча, дельта-кодирование, адаптивная ДИКМ и др.). Отмечено, что в большинстве случаев различные методы сжатия можно применять последовательно к одному и тому же сигналу, добиваясь более эффективного его сжатия. Наиболее распространен метод адаптивной ДИКМ, имеющий ряд модификаций, например, для систем передачи с фиксированной пропускной способностью канала (рекомендация МСЭ-Т 0.726) и для систем пакетной передачи с динамически распределяемой пропускной способностью (рекомендация МСЭ-Т 0.727). При этом АДИКМ, как и ИКМ, относится к методам кодирования волновой функции сигнала, т. к. происходит кодирование формы волны речевого сигнала. Такое кодирование

обеспечивает приемлемое для целей передачи телефонного сигнала качество при скоростях сжатого сигнала до 16 кбит/с.

Отмечается, что для обеспечения более эффективного сжатия и возможности передачи речевого сигнала на более низких скоростях должна быть учтена природа человеческой речи. При кодировании с линейным предсказанием (linear predictive coding - LPC) моделируются различные параметры человеческой речи (параметрическое кодирование), которые передаются вместо отсчетов или их разности, требующих значительно большей пропускной способности каналов. Алгоритмы с линейным предсказанием (ЛПР), в отличие от ИКМ и АДИКМ, работают с блоками отсчетов, а не с отдельными отсчетами сигнала. Более сложные алгоритмы на базе ЛПР комбинируют алгоритмы ЛПР с элементами кодирования звуковой волны. Эти алгоритмы используют замкнутый ЛПР-кодер (называемый также «анализ через синтез» - analysis-by-synthesis -AbS), который характеризуется самооптимизирующейся процедурой поиска. Рассмотрены некоторые примеры стандартных замкнутых ЛПР-алгоритмов, в частности, метод линейного предсказания с кодовым возбуждением (code-excited linear prediction - CELP), метод алгебраического линейного предсказания с кодовым возбуждением на сопряженных структурах (CS-ACELP), метод регулярного импульсного возбуждения (Regular Pulse Excitation - RPE), используемый в европейских сотовых системах на скорости 13,2 кбит/с, метод LD-CELP с низкой задержкой (low delau CELP) и др.

Широкое распространение для различных приложений получило и множество нестандартных методов кодирования, в частности, варианты адаптивного кодирования с предсказанием (adaptive predictive coding -APC).

В таблице 1 приведены некоторые характеристики различных цифровых методов передачи речевых сигналов, используемых на телекоммуникационных сетях. Как уже отмечалось, сжатие речевого сигнала, как правило, ведет к потере качества восстановленной речи, которое чаще всего измеряется по пятибалльной шкале средней субъективной оценки MOS(mean opinion score). Хотя качество передачи сигнала по большей части напрямую связано со скоростью передачи, более сложные алгоритмы, как видно из данных таблицы, способны обеспечить более высокие значения отношения показателя качества к скорости потока.

Таблица 1

Алгоритм Название Скорость Задержка в одном Субъективная

стандарта потока, кбит/с направлении, мс оценка (MOS)

ИКМ MC3-TG.711 64 0.375 4.1

CS-ACELP МСЭ-Т G.729 8 35 3.9

MP-MLQ МСЭ-Т G.723 6.3 97.5 3.9

АДИКМ МСЭ-Т G.726 32 0.375 3.8

ACELP МСЭ-Т G.723 5.3 97.5 3.7

LD-CELP МСЭ-Т G.728 16 1.875 3.6

Выбор того или иного алгоритма зависит от предъявляемых к системе требований с учетом возможной деградации качества и задержки, вносимой в процессе обработки сигнала.

Проведен качественный анализ влияния средств повышения эффективности передачи телефонных сигналов на степень мешающего воздействия эффекта электрического эха. Отмечено, что решение о необходимости включения в канал эхоподавляющих устройств должно выноситься на основе анализа значения общего времени распространения сигнала по каналу с учетом дополнительных задержек, вносимых всеми видами оконечного и транзитного оборудования (см. табл. 1).

Проведен качественный анализ механизмов влияния эхосигналов на процессы сжатия речи. В целях обобщения методов исследования предложена следующая классификация алгоритмов сжатия:

- алгоритмы статистического сжатия (АСС), обеспечивающие полное восстановление переданного сигнала на приеме при отсутствии ошибок передачи;

- алгоритмы с предиктивным принципом сжатия речи (ПАСР) с потерями качества, т.е. не допускающие полного восстановления исходного сигнала даже при отсутствии ошибок передачи;

- смешанные алгоритмы.

Механизмы влияния эхосигналов для этих классов алгоритмов существенным образом отличаются друг от друга.

Влияние эхосигналов в системах сжатия, использующих алгоритмы АСС, не должно приводить к заметным искажениям передаваемого сигнала, поскольку соотношение пропускной способности тракта передачи и скорости формируемого цифрового потока практически всегда обеспечивает точное восстановление исходного сигнала. Некоторую роль может играть увеличение пиковых значений напряжения смеси сигнала с эхосигналом, которое увеличит вероятность перегрузки кодера на передаче.

В системах пакетной передачи, использующих алгоритмы АСС, эхосигналы будут оказывать значительно большее мешающее воздействие. Во-первых, наличие эхосигналов, основное время действия которых приходится, как правило, на односторонний разговор, даже при их относительно невысоком уровне существенным образом снизит общую долю времени свободного состояния канала, интерпретируемую алгоритмами АСС как паузы и используемую системой передачи для передачи сигналов от других источников. Во-вторых, наличие эхосигналов в составе передаваемого сигнала при встречном разговоре может увеличить среднюю и пиковую мощности передаваемого сигнала, что приведет к увеличению загрузки систем пакетной передачи. Обеспечение заданного качества передачи при наличии эхосигналов потребует в таких системах либо увеличения пропускной способности среды передачи, либо сокращения обслуживаемого трафика. Обе меры чреваты ощутимыми экономическими потерями.

Замешивание эхосигнала в кодируемую речь может приводить к снижению эффективности сжатия и в системах, использующих линейное предсказание. Оптимизация процессов анализа и синтеза речи в системах, использующих алгоритмы ПАСР, ориентированная на соответствие свойств кодируемого

сигнала свойствам одиночного голоса (речевого сигнала), будет в значительной степени нарушена при наличии в составе кодируемого процесса эхосигнала, представляющего собой другой голос соизмеримой мощности. Синтез декодером системы сжатия двухголосного сообщения, представляющего собой смесь речевого сигнала одного абонента с эхосигналом другого абонента, будет вызывать значительные взаимные влияния между полезным сигналом и эхосигналом и нарушать адекватность восстановления речи при передаче по цепи кодер-декодер. Нарушение адекватности восстановления будет приводить к искажениям передаваемого сигнала, нарушающим разборчивость и узнаваемость передаваемой речи и характеризуемым абонентами как «металлическое звучание».

О наличии рассмотренных явлений свидетельствуют многочисленные жалобы абонентов сети общего пользования и сетей корпоративных и частных операторов на качество телефонной передачи по каналам, оборудованным аппаратурой сжатия речевых сигналов.

Для количественной оценки отмеченных выше влияний предлагается использование методов имитационного моделирования соответствующих процессов.

В третьей главе осуществлена разработка модели и методики исследования влияния характеристик эхосигналов на функционирование средств, использующих эффективные методы кодирования речи.

Отмечается, что наличие разнородности . в механизмах воздействия эхосигналов на процессы передачи для алгоритмов АСС и ПАСР диктует необходимость разработки разных моделей исследования, для которых общими являются следующие положения:

- моделирование целесообразно проводить с использованием реального речевого сигнала, характеристики которого должны быть максимально приближены к характеристикам телефонной речи;

- эксперимент должен быть проведен на мужских и женских голосах для разных языков;

- объем и статистика речевого материала должны обеспечивать состоятельность обобщающих оценок;

- целесообразно не ограничивать анализ степени мешающего воздействия эхосигналов только энергетическими характеристиками, но анализировать в том числе и весь случайный процесс, определяющий субъективную оценку качества передачи;

- целесообразно осуществлять дифференцированный анализ энергетических характеристик случайного процесса, определяющего мешающее воздействие эхосигнала на передаваемую речь, по средней мощности и двум видам пиковой мощности: усредненной на интервале 2 мс (время срабатывания детекторов речи ЭПУ) и на интервале 50 мс (минимальное время отпускания детекторов речи ЭПУ);

- условия проведения экспериментальных исследований должны включать разброс основных характеристик цепей распространения сигнала на сети связи и др.

Сопоставление пиковых мощностей мешающего случайного процесса со средней мощностью полезного сигнала обеспечит возможность оценки

заметности мешающего процесса на фоне маскирующего действия полезного сигнала. Мощность, усредненная на интервале 2 мс, будет определять общую заметность искажающего процесса, а мощность, усредненная на интервале 50мс, будет, в случае внятного характера мешающего процесса, определять долю искажающего процесса, воспринимаемую абонентом как внятная помеха.

На рис.1 приведена общая модель исследования, учитывающая отмеченные выше обстоятельства.

Рис.1

Перед поступлением на вход кодера К отсчет полезного передаваемого речевого сигнала х,, ослабленный затуханием местной сети смешивается с отсчетом шума ^ и отсчетом эхосигнала е;, ослабленным затуханием эхотракга Ае. Форма представления отсчетов сигналов X;, и £ соответствует тринадцатиразрядному линейно кодированному ИКМ сигналу, период следования отсчетов составляет 125 мкс.

Сигнал У1 на выходе кодера представляет собой последовательность бит, следующих с интервалом, соответствующим скорости передачи, обеспечиваемой исследуемым алгоритмом сжатия речи.

Имитация одиночных ошибок осуществляется потоком ошибок по логике операции «исключающее или», инвертирующей передаваемый бит при единичном значении бита

Эффект пропадания пакетов имитируется дизъюнкцией потока у с потоком представляющим собой поток единичных значений с вставкой групп нулевых значений в соответствии с размерами блоков и частотой их пропадания.

Искаженный средой передачи поток может быть выражен как:

©^Лгц, (3)

Анализируемым процессом является сигнал ЦТ; на выходе декодера D.

В проводимых исследованиях в качестве одного из отрезков речевого сигнала использовался речевой сигнал, рекомендованный МСЭ-Т для калибровки разрабатываемых кодеков, а другие отрезки программно масштабировались по отношению к рекомендованному.

В соответствии с результатами анализа механизмов влияния эхосигналов на сжатие речи алгоритмами АСС, проведенного в главе 2, методика эксперимента предусматривала проведение исследований в двух аспектах:

- влияние эхосигналов на качество передачи, выражающееся в повышении вероятности статистических перегрузок кодера;

- влияние эхосигналов на эффективность сжатия. Предложенный цикл исследований включал в себя исследования: влияния характеристик эхосигнала на среднюю и пиковые мощности смеси

полезного передаваемого речевого сигнала и эхосигнала, а также ее пикфактор; влияния характеристик эхосигналов на статистику пауз в речевом сигнале; влияния характеристик эхосигналов на статистические характеристики дельта-кодированного сигнала для системы линейного предсказания первого порядка.

Анализ предиктивных принципов сжатия речи, проведенный в главе 2, показал, что механизмы влияния эхосигналов на процессы кодирования и декодирования сигналов имеют много общего для основных алгоритмов ПАСР. Поэтому в рамках настоящей работы в качестве алгоритма, подлежащего подробному исследованию, выбран алгоритм С8-ЛСЕЬР, получивший в последние годы наиболее широко распространен, благодаря высокой (как правило, восьмикратной) степени сжатия речи при относительно высоком качестве передачи речи (см. табл.1). Общая модель исследования для этого случая представлена на рис. 2. Неадекватность восстановления будет выражаться в том, что продукт преобразования в системе кодер - декодер смеси полезного передаваемого сигнала с эхосигналом не будет соответствовать сумме продукта преобразования полезного сигнала и продукта преобразования эхосигнала. Обозначая функцию преобразования сигнала в системе кодер — декодер как Ф, можно записать:

В рамках настоящей работы предлагается в качестве объекта исследования, характеризующего влияние эхосигналов на процессы кодирования и восстановления сигнала речи в системе кодер — декодер, использовать характеристики разностного сигнала:

Для оценки искажений, вносимых в передаваемый сигнал процедурами кодирования и восстановления речи вследствие мешающего воздействия эхосигналов, предлагается использовать характеристики восстановленного полезного передаваемого сигнала:

Фи+е,) * Ф(х,) + Ф(е,),

(4)

0,=Ф(х,+ е,) -Ф(х;)-Ф(еО,

(5)

W¡=Ф( х, + е,) - Ф( е,),

(6)

Рис.2

Разработана математическая модель влияния эхосигналов на процессы преобразования речи в системе кодер-декодер CS-ACELP, учитывающая корректность вычисления значения фазы (частоты) основного тона в условиях воздействия эхосигнала. Вычисление частоты основного тона осуществляется через корреляционную функцию на конечном интервале усреднения. Отмечается, что несмотря на природно независимый характер полезного передаваемого речевого сигнала и эхосигнала, значение функции взаимной автокорреляции между ними, вычисленной на интервале усреднения алгоритмом CS-ACELP, равном 240 отсчетам, значимо отличается от нуля. Функция:

(7)

где х- сигнал абонента в прямом направлении передачи в отсутствии эхосигнала;

у- сигнал абонента в обратном направлении передачи в отсутствии эхосигнала на участках встречного разговора, где:

¿[лг(/ + А)]5+[Х./ + *)]г>0,

(8)

представляет собой знакопеременный процесс, изменяющийся в диапазоне ±0,8.

Ошибка вычисления фазы (частоты) основного тона за счет влияния эхосигналов приведет к погрешности восстановления частоты передаваемого сигнала, причем эта погрешность будет иметь стохастический знакопеременный характер. Изменение частоты передаваемого сигнала относится к нелинейным эффектам, не устраняемым никакой внешней линейной операцией

Для проведения исследований были разработаны специальные программы, которые приведены в приложении к диссертационной работе.

В четвертой главе проведен анализ результатов исследований путем имитационного моделирования влияния характеристик эхосигналов на передачу речи при использовании методов эффективного кодирования.

В результате имитационного моделирования, проведенного в соответствии с методикой, изложенной в предыдущей главе, были получены многочисленные зависимости, характеризующие влияние эхосигналов на параметры передачи. В качестве примера представлены зависимости, характеризующие влияние эхосигналов на:

статистику пауз при использовании алгоритмов АСС (рис.3); погрешность восстановления энергетических характеристик сигнала при использовании алгоритмов ПАСР (рис.4);

изменение общего уровня смеси полезного речевого сигнала и эхосигнала на выходе системы кодер-декодер CS-ACELP для разных интервалов усреднения (рис.5);

защищенность сигнала от разностного сигнала D (см. рис.2), усредненного на различных временных интервалах (рис. 6).

На этих рисунках А , - затухание эхосигнала; А м - затухание абонентского тракта.

длительность паузы, мс

Рис.3

1.2

О 1—1_I-1-1-1-1-1_1_I_и

О 3 в 9 12 15 18 21 24 27 затухание эхосигнала, дБ

Рис.4

3

■1 _I_I_I_I_I_I_I_I_I_

О 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 затухание эхосигнала, дБ

Рис.5

По результатам экспериментальных исследований были сформулированы следующие основные выводы:

а) при применении систем с АСС:

- при оценке общего среднего уровня смеси полезного передаваемого речевого сигнала и эхосигнала в процессе расчета средней загрузки системы можно использовать закон сложения мощностей;

- эхосигнал не будет оказывать заметного влияния на статистические перегрузки кодера и сопутствующие искажения сигнала, если его уровень будет ниже уровня сигнала не менее, чем на 3 дБ;

Рис.6

- эхосигналы существенным образом влияют на статистику пауз в речевом сигнале - как для одностороннего разговора, так и для активной речи при встречном разговоре, что приводит к увеличению загрузки системы и снижению ее эффективности;

- при использовании дельта-кодирования для учета влияния эхосигналов необходимо обеспечить запас пропускной способности среды передачи, соответствующий повышенному на 3-4 дБ по отношению к используемому уровню речевого сигнала;

б) при применении систем с ПАСР:

- все каналы должны оборудоваться эхоподавляющими устройствами, что позволяет не только подавить мешающее воздействие эффекта электрического эха, но и устранить металлические призвуки в режиме встречного разговора;

- наличие эхосигнала в составе сигнала, передаваемого по каналам, искажает статистические характеристики сигнала, причем заметное влияние оказывают даже очень слабые (ослабленные более чем на 20 дБ) эхосигналы;

- влияние эхосигнала на параметры передаваемого полезного речевого сигнала носит нелинейный (или параметрический) характер;

- разностный сигнал D, возникающий вследствие наличия эхосигнала, не является линейной функцией сигнала и эхосигнала и оказывает дополнительное мешающее воздействие;

- пиковые уровни разностного сигнала D могут превышать средний уровень полезного речевого сигнала, причем степень превышения может быть весьма существенной - до 15 дБ по невнятным воздействиям и до 7 дБ по воздействиям с остаточной внятностью.

Полученные количественные оценки могут быть использованы при разработке и внедрении эхоподавляющих устройств и оборудования, использующего эффективные методы кодирования речевых сигналов.

Заключение

Основные результаты диссертационной работы можно сформулировать следующим образом.

1. Проведен анализ влияния эхосигналов на качество передачи телефонных сигналов, показавший, что:

наличие эхосигнала приводит к таким последствиям, как возрастание времени ведения разговоров за счет переспросов, усиление напряженности ведения разговора из-за отвлекающего влияния, а в отдельных случаях вообще к отказу обмена сообщениями;

эхосигнал имеет переменную структуру в зависимости от условий отражения: в одних случаях - это сигнал, подобный сигналу внятной переходной помехи, в других - невнятной (на практике чаще приходится бороться с внятной переходной помехой);

известные научные исследования в области решения проблем электрического эха в телефонных каналах относятся к разработке методов и средств борьбы с мешающим влиянием эхосигналов в каналах дальней связи, использующих традиционные аналоговые и цифровые системы и методы передачи.

2. На основе анализа различных алгоритмов сжатия речевого сигнала показано, что с точки зрения механизмов влияния эхосигналов и характера их мешающего воздействия на процессы сжатия и восстановления обрабатываемых сигналов, используемые в настоящее время на сетях связи алгоритмы и средства повышения эффективности передачи речи можно условно разделить на следующие категории:

- алгоритмы статистического сжатия (АСС), к которым относятся алгоритмы сжатия речи без потерь качества, обеспечивающие полное восстановление битовой структуры переданного сигнала на приемной стороне при отсутствии ошибок передачи.

- алгоритмы, использующие предиктивные принципы сжатия речи (ПАСР), к которым относятся алгоритмы сжатия речи с потерями качества, не допускающие полного восстановления исходного сигнала на приемной стороне даже при отсутствии ошибок передачи;

- смешанные алгоритмы, использующие комбинацию принципов АСС и ПАСР.

3. Показано, что средства повышения эффективности передачи речевых сообщений, использующие АСС, будут при наличии эхосигналов вносить в передаваемый эхосигнал дополнительные искажения, связанные со статистическими перегрузками, вызванными воздействием эхосигналов. Влияние эхосигналов в подобных системах будет выражаться как в изменении статистики пауз в каждом соединении, так и в увеличении средней и пиковой мощностей передаваемого сигнала. Эти обстоятельства должны учитываться при оценке средней загрузки соответствующих систем.

4. Показано, что в каналах телефонной связи, организованных на основе ПАСР, наличие эхосигналов в составе кодируемых сообщений может привести к нарушению адекватности восстановления сигнала, представляющего смесь речевых сигналов двух абонентов. Нарушение адекватности восстановления будет приводить к искажениям передаваемого сигнала, нарушающим разборчивость и узнаваемость передаваемой речи и характеризуемым абонентами как «металлическое» звучание.

5. Разработаны модели и методики исследования влияния характеристик эхосигналов на качество передачи телефонных сигналов и на эффективность функционирования средств, использующих эффективные методы кодирования речи, путем имитационного моделирования с максимально возможным приближением к реальным условиям.

6. Обоснована целесообразность в процессе моделировании осуществлять дифференцированный анализ энергетических характеристик случайного процесса, определяющего мешающее воздействие эхосигнала на передаваемую речь: по средней мощности и пиковой мощности, усредненной на различных интервалах. Это обеспечит возможность оценки заметности мешающего процесса на фоне маскирующего действия полезного сигнала.

7. Разработана математическая модель влияния эхосигналов на процессы преобразования речи в системе кодер-декодер ПАСР, учитывающая корректность вычисления значения фазы (частоты) основного тона в условиях воздействия эхосигнала. Ошибка вычисления фазы (частоты) основного тона приведет к погрешности восстановления частоты передаваемого сигнала, причем эта погрешность будет иметь стохастический знакопеременный характер. При этом изменение частоты передаваемого сигнала является нелинейным эффектом, не устраняемым внешней линейной операцией.

8. Показано, что при передаче через систему кодер - декодер ПАСР смеси полезного речевого сигнала и эхосигнала в составе выходного сигнала помимо исходных речевого сигнала и эхосигнала появляется некоторый разностный сигнал, который имеет «металлическое» звучание, обладает остаточной внятностью и разборчивостью и усугубляет мешающее воздействие эхосигнала. При этом его энергетические характеристики могут существенно превышать аналогичные характеристики не только эхосигнала, но и передаваемого речевого сигнала. Таким образом, все каналы, организованные с использованием ПАСР, должны оборудоваться ЭПУ. Эта позволит не только подавить мешающее воздействие эффекта электрического эха, но и устранить «металлические» призвуки в передаваемой речи в режиме встречного разговора.

Список публикаций по теме диссертации

1. Гордиенко В.Н., Федоткин Н.Н., Шаврин С.С. Модель влияния эхосигналов на пакетную передачу речи на сетях связи. - Тезисы доклада конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы» в рамках Международного форума информатизации (МФИ 2003), Москва, 2003,стр. 150.

2. Гордиенко В.Н., Федоткин Н.Н. Некоторые особенности интернет-телефонии. - Тезисы доклада на НТК профессорско-преподавательского состава МТУСИ, Москва, 2002, стр. 298 - 299.

3. Гордиенко В.Н., Федоткин Н.Н. О снижении влияния эхосигналов при использовании методов сжатия речи. - Тезисы доклада НТК профессорско-преподавательского состава МТУСИ, Москва, 2004, стр. 186.

4. Гордиенко В.Н., Федоткин Н.Н. Технология WDM. - Тезисы доклада конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы» в рамках Международного форума информатизации (МФИ 2001), Москва,

2001,стр.113-114.

5. Федоткин Н.Н. Оптические солитоны. - Тезисы доклада конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы» в рамках Международного форума информатизации (МФИ 2001),Москва, 2001, стр. 115-116.

6. Федоткин Н.Н. Кодирование речевой информации. - Тезисы доклада конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы» в рамках Международного форума информатизации (МФИ 2002), Москва,

2002,стр. 115.

7. Федоткин Н.Н. Загрузка соединительных линий кольцевых структур SDH. - Статья, Электросвязь №3,2003, стр. 44-46.

8. Федоткин Н.Н. Влияние средств повышения эффективности передачи на мешающее воздействие эффекта электрического эха. - Статья, «Электросвязь» №7,2004, стр. 39-42.

9. Федоткин Н.Н. Анализ принципов сжатия речевой информации. -Депонированная статья в ЦНТИ «Информсвязь» №2244-СВ2004, Сборник «Направляющие среды и системы передачи», 2004, стр. 2-17.

10. Федоткин Н.Н. Мешающее воздействие эхосигналов на работу современных ЦСП. - Депонированная статья в ЦНТИ «Информсвязь» №2244-СВ2004, Сборник «Направляющие среды и системы передачи», 2004,стр. 18-22.

11. Федоткин Н.Н. Анализ сетевых структур SDH. - Депонированная статья в ЦНТИ «Информсвязь» №2227-СВ2003, Сборник «Направляющие среды и системы передачи», 2003, стр. 78-87.

№1 8 3 08

РНБ Русский фонд

2005-4 14361

Введение.

Глава 1. Анализ современного состояния проблемы борьбы с мешающим влиянием токов электрического эха.

1.1. Анализ основных причин возникновения и мешающего влияния электрического эха в телефонных каналах.

1.2. Сравнительный анализ основных методов борьбы с явлением электрического эха.

1.3. Анализ основных требований к параметрам эхоподавляющих устройств.

Выводы.

Глава 2. Анализ особенностей мешающего влияния эхосигналов при использовании методов эффективного кодирования речевых сигналов.

2.1. Анализ различных алгоритмов сокращения информационной избыточности с целью сжатия речевых сигналов.

2.1.1. Групповое кодирование.

2.1.2. Кодирование по алгоритму Хаффмана.

2.1.3. Дельта-кодирование.

2.1.4. Метод Зива-Лемпела-Велча.

2.1.5. Адаптивная дифференциальная ИКМ.

2.2. Анализ методов кодирования речи с линейным предсказанием.

2.2.1. Метод MP-MLQ и ACELP.

2.2.2. Метод сжатия с малой задержкой LD-CELP.

2.2.3. Алгоритм алгебраического линейного предсказания по методу кодового возбуждения на сопряженных структурах CS-ACELP.

2.3. Анализ причин и механизмов мешающего влияния эхосигналов на корректность работы основных алгоритмов сжатия.

2.3.1. Анализ потенциального качества телефонной передачи, обеспечиваемого при использовании сжатия речи.

2.3.2. Анализ влияния средств повышения эффективности передачи телефонного трафика на степень мешающего воздействия эффекта электрического эха.

2.3.3. Анализ механизмов влияния эхосигналов на процессы сжатия речи.

Выводы.

Глава 3. Разработка модели и методики исследования влияния характеристик эхосигналов на функционирование средств, использующих эффективные методы кодирования речи.

3.1. Общие положения методики исследования.

3.1.1. Метод исследования и условия эксперимента.

3.1.2. Исследуемые характеристики.

3.1.3. Учет влияния характеристик сети.

3.1.4. Общая модель исследования.

3.1.5. Разброс значений параметров.

3.2. Методика и модель исследования влияния характеристик эхосигналов на передачу речи при применении систем, использующих алгоритмы статистического сжатия.

3.2.1. Исследование влияния характеристик эхосигналов на статистические характеристики смеси передаваемого речевого сигнала и эхосигнала.

3.2.2. Исследование влияния характеристик эхосигналов на статистику пауз в передаваемом речевом сигнале.

3.2.3. Исследование влияния характеристик эхосигналов на статистические характеристики сигнала при использовании дельта-кодирования.

3.3. Методика и модель исследования влияния характеристик эхосигналов на передачу речи при применении систем, использующих предиктивные алгоритмы сжатия речи.

3.4. Модель влияния эхосигналов на процессы преобразования речи в системе кодер-декодер CS-ACELP.

Выводы.

Глава 4. Анализ результатов влияния характеристик эхосигналов на передачу речи при использовании методов эффективного кодирования исследований путем имитационного моделирования 84 4.1. Анализ результатов исследований влияния характеристик эхосигналов на передачу речи при применении систем, использующих алгоритмы эффективного кодирования.

4.1.1. Анализ результатов исследования влияния характеристик эхосигналов на среднюю мощность смеси передаваемого речевого сигнала и эхосигнала.

4.1.2. Анализ результатов исследования влияния характеристик эхосигналов на пиковые характеристики мощности смеси сигнала и эхосигнала.

4.1.3. Анализ результатов исследования влияния характеристик эхосигналов на статистику пауз в передаваемом сигнале.

4.1.4. Анализ результатов исследования влияния характеристик эхосигналов на статистические характеристики сигнала при использовании дельта-кодирования.

4.2. Анализ результатов исследования влияния характеристик эхосигналов на передачу речи при применении систем, использующих предиктивные алгоритмы сжатия речи.

4.2.1. Анализ результатов исследования влияния процедур сжатия и восстановления на характеристики одиночного речевого сигнала.

4.2.2. Анализ результатов исследования влияния процедур сжатия и восстановления на характеристики смеси передаваемого речевого сигнала и эхосигнал.

4.2.3. Анализ результатов исследования влияния эхосигналов на характеристики восстановленного сигнала

4.2.4. Анализ результатов исследования по оценке влияния эхосигналов на характеристики разностного сигнала.

Выводы.

Актуальность проблемы.

На современном этапе развития средств телекоммуникаций широко используется оборудование и алгоритмы повышения эффективности передачи речевых сообщений

Системы сжатия речи используют два основных принципа устранения избыточности соотношения информационной емкости канала и речевого сигнала — статистическое уплотнение и дифференциальное кодирование с предиктивным механизмом. В настоящее время промышленностью выпускаются серийно как чисто предиктивные системы (например, оборудование «Passport» - фирмы Nortel), так и чисто статистические (например, оборудование «Эффект» производства ЗАО «Инженерный центр»), а также комбинированные (например, оборудование серии DTX фирмы ECI).

Общим для всех алгоритмов сжатия речи и пакетной передачи является блочный принцип обработки, приводящий к задержке сигнала и увеличению вероятности появления в каналах связи эффекта электрического эха недопустимой величины. При этом помимо традиционного проявления эхосигналов как эффекта электрического эха, их влияние в системах сжатия речи и пакетной передачи имеет еще один важный аспект - повышение загрузки обратного направления передачи при одностороннем разговоре, что в системах сжатия речи приводит к статистическим перегрузкам, а в системах с пакетной коммутацией - к снижению пропускной способности сетей.

Влияние эхосигналов на качество телефонной передачи в системах повышения эффективности передачи телефонного трафика следует рассматривать в двух аспектах.

Первый аспект заключается во влиянии характеристик средств повышения эффективности передачи телефонного трафика (за счет введения дополнительных задержек) на степень мешающего воздействия электрического эха.

Второй аспект заключается в обратном влиянии, т.е. влиянии эхосигнала на функционирование средств повышения эффективности передачи телефонного трафика.

Сведения о количественном влиянии характеристик эхосигналов на качество телефонной передачи, организованной с использованием средств повышения эффективности передачи телефонного трафика, не нашли достаточного отражения ни в научных публикациях, ни в руководящих документах отрасли, регламентирующих правила использования средств повышения эффективности передачи речи на телекоммуникационных сетях.

Решением проблем- электрического эха в телефонных каналах плодотворно занимались многие специалисты и ученые, такие как, Жарков М.А., Баева Н.Н., Тетерев В.Н., Цыбулин М.К., Шаврин С.С., Снегов А.Д., Иванов В.И., Кунегин С.В., Запорощенко Е.К., Лихачев Н.И., Шевелев С.В. и др., однако их исследования в основном относились к разработке методов и средств борьбы с мешающим влиянием токов электрического эха в каналах дальней связи, использующих традиционные аналоговые и цифровые системы и методы передачи.

Целью диссертации является исследование влияния эхосигналов на качество телефонной передачи в условиях применения на телекоммуникационных сетях систем, использующих методы эффективного кодирования.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы статистической радиотехники, математической статистики, вычислительной математики и имитационного моделирования

Научная новизна работы заключается в следующем: впервые проведено исследование влияния эхосигналов на качество передачи телефонных сигналов при использовании алгоритмов сжатия речи и на функционирование систем сжатия; показано, что при использовании предиктивных алгоритмов сжатия речи в составе выходного сигнала помимо исходного речевого сигнала и эхосигнала появляется некоторый разностный сигнал, который не является линейной комбинацией полезного речевого сигнала и эхосигнала; доказано, что разностный сигнал является самостоятельным мешающим фактором, придающим «металлический» характер звучания сигналу на приеме; определено, что мощность разностного сигнала может превышать мощность эхосигнала, а пиковые значения могут превышать средний уровень не только эхосигнала, но и передаваемого речевого сигнала; разработана математическая модель влияния эхосигналов на процессы преобразования речи в кодеках с предиктивным механизмом сжатия речи, учитывающая корректность вычисления значения фазы (частоты) основного тона в условиях воздействия эхосигнала; показано, что возникающая ошибка вычисления частоты основного тона приводит к погрешности восстановления частоты передаваемого сигнала, причем эта погрешность имеет стохастический знакопеременный характер; модель и методика имитационного моделирования в сочетании с пакетом специальных программ позволяют проводить исследования перспективных кодеков не только в части энергетических характеристик, но и в части субъективного восприятия восстановленного сигнала с учетом воздействия эхосигналов.

Личный вклад автора. Теоретические и практические исследования, расчеты и" имитационное моделирование, а также-выводы и рекомендации получены автором лично.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в следующих выводах, положениях и рекомендациях: каналы, организованные с применением предиктивных алгоритмов сжатия речи, должны оборудоваться эхоподавляющими устройствами с целью устранения мешающего воздействия эффекта электрического эха и металлического призвука в режиме встречного разговора; в реальных условиях эксплуатации систем, использующих алгоритмы чисто статистического сжатия, эхосигнал не будет оказывать существенного влияния на статистические перегрузки кодера и сопутствующие искажения сигнала; при оценке загрузки телекоммуникационных систем следует учитывать общий средний уровень смеси полезного передаваемого сигнала и эхосигнала; специальные программы, разработанные в процессе имитационного моделирования, могут использоваться в процессе разработки и исследования вновь разрабатываемых кодеков.

Результаты диссертационной работы могут быть использованы операторами связи и организациями, занимающимися разработкой, внедрением эхоподавляющих устройств и перспективных высокоэффективных цифровых технологий передачи телефонного трафика по телекоммуникационным сетям.

Результаты научных исследований внедрены в ОАО «Комет» и в учебном процессе МТУ СИ, что подтверждено соответствующими актами.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены и обсуждены на научных конференциях "Телекоммуникационные и вычислительные системы" в рамках Международных форумов информатизации (МФИ - 2002 и 2003 гг.), научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава МТУСИ (2002 и 2004 гг.), на заседаниях кафедры многоканальной электросвязи МТУСИ.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 11 печатных работах, в том числе 7 работ без соавторства.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 131 страницах, содержит 2 таблицы, 61 рисунков.

Основные результаты диссертационной работы можно сформулировать следующим образом.

1. Проведен анализ влияния эхосигналов на качество передачи телефонных сигналов, показавший, что: наличие эхосигнала приводит к таким последствиям, как возрастание времени ведения разговоров за счет переспросов, усиление напряженности ведения разговора из-за отвлекающего влияния, а в отдельных случаях вообще к отказу обмена сообщениями; эхосигнал имеет переменную структуру в зависимости от условий отражения: в одних случаях - это сигнал, подобный сигналу внятной переходной помехи, в других - невнятной (на практике чаще приходится бороться с внятной переходной помехой); известные научные исследования в области решения проблем электрического эха в телефонных каналах относятся к разработке методов и средств борьбы с мешающим влиянием эхосигналов в каналах дальней связи, использующих традиционные аналоговые и цифровые системы и методы передачи.

2. На основе анализа различных алгоритмов сжатия речевого сигнала показано, что с точки зрения механизмов влияния эхосигналов и характера их мешающего воздействия на процессы сжатия и восстановления обрабатываемых сигналов, используемые в настоящее время на сетях связи алгоритмы и средства повышения эффективности передачи речи можно условно разделить на следующие категории:

- алгоритмы статистического сжатия (АСС), к которым относятся алгоритмы сжатия речи без потерь качества, обеспечивающие полное восстановление битовой структуры переданного сигнала на приемной стороне при отсутствии ошибок передачи.

- алгоритмы, использующие предиктивные принципы сжатия речи (ПАСР), к которым относятся алгоритмы сжатия речи с потерями качества, не допускающие полного восстановления исходного сигнала на приемной стороне даже при отсутствии ошибок передачи;

- смешанные алгоритмы, использующие комбинацию принципов АСС и ПАСР.

3. Показано, что средства повышения эффективности передачи речевых сообщений, использующие АСС, будут при наличии эхосигналов вносить в передаваемый эхосигнал дополнительные искажения, связанные со статистическими перегрузками, вызванными воздействием эхосигналов. Влияние эхосигналов в подобных системах будет выражаться как в изменении статистики пауз в каждом соединении, так и в увеличении средней и пиковой мощностей передаваемого сигнала. Эти обстоятельства должны учитываться при оценке средней загрузки соответствующих систем.

4. Показано, что в каналах телефонной связи, организованных на основе ПАСР, наличие эхосигналов в составе кодируемых сообщений может привести к нарушению адекватности восстановления сигнала, представляющего смесь речевых сигналов двух абонентов. Нарушение адекватности восстановления будет приводить к искажениям передаваемого сигнала, нарушающим разборчивость и узнаваемость передаваемой речи и характеризуемым абонентами как «металлическое» звучание.

5. Разработаны модели и методики исследования влияния характеристик эхосигналов на качество передачи телефонных сигналов и на эффективность функционирования средств, использующих эффективные методы кодирования речи, путем имитационного моделирования с максимально возможным приближением к реальным условиям.

6. Обоснована целесообразность в процессе моделировании осуществлять дифференцированный анализ энергетических характеристик случайного процесса, определяющего мешающее воздействие эхосигнала на передаваемую речь: по средней мощности и пиковой мощности, усредненной на различных интервалах. Это обеспечит возможность оценки заметности мешающего процесса на фоне маскирующего действия полезного сигнала.

7. Разработана математическая модель влияния эхосигналов на процессы преобразования речи в системе кодер-декодер ПАСР, учитывающая корректность вычисления значения фазы (частоты) основного тона в условиях воздействия эхосигнала. Ошибка вычисления фазы (частоты) основного тона приведет к погрешности восстановления частоты передаваемого сигнала, причем эта погрешность будет иметь стохастический знакопеременный характер. При этом изменение частоты передаваемого сигнала является нелинейным эффектом, не устраняемым внешней линейной операцией.

8. Показано, что при передаче через систему кодер — декодер ПАСР смеси полезного речевого сигнала и эхосигнала в составе выходного сигнала помимо исходных речевого - сигнала и эхосигнала появляется некоторый разностный сигнал, который имеет «металлическое» звучание, обладает остаточной внятностью и разборчивостью и усугубляет мешающее воздействие эхосигнала. При этом его энергетические характеристики могут существенно превышать аналогичные характеристики не только эхосигнала, но и передаваемого речевого сигнала. Таким образом, все каналы, организованные с использованием ПАСР, должны оборудоваться ЭПУ. Эта позволит не только подавить мешающее воздействие эффекта электрического эха, но и устранить «металлические» призвуки в передаваемой речи в режиме встречного разговора.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Цыбулин М.К. Подавление электрического эха в телефонных каналах М.: Радио и связь, 1988 - 112 с.:ил.

2. Цыбулин М.К. Эхозаградительные устройства на сетях связи. М.: Радио и связь, 1979. - 88 с.:ил.

3. Снегов А.Д. Устройства для подавления электрического эха в протяженных каналах двусторонней связи.: Учебн. Пособие: М. — ВЗЭИС, 1985.-71 с.

4. Шаврин С.С. Исследование и разработка методов оптимального управления эхоподавляющими устройствами на автоматически коммутируемой телефонной сети: диссертация на соиск. Ученой степени канд. техн. наук — М. 1992. — 200 с.

5. Кунегин С.В. Критерий эффективности метода эхоподавления и конфигурация комбинированного эхоподавителя. // Электросвязь. -1993.41 -№3- с. 21-24.

6. Кунегин С.В. Критерий эффективности метода эхоподавления и конфигурация комбинированного эхоподавителя. // Электросвязь. — 1993. 42-№4-с. 31-33.

7. Кунегин С.В. Разработка и исследование комбинированного метода эхоподавления в телефонных каналах: диссертация на соиск. ученой степени канд. техн. наук М. - 1992. - 200с.

8. Запорощенко Е.К. Исследование и разработка метода объективной оценки качества работы эхоподавляющих устройств компенсационного типа: дисс. на соиск. ученой степени канд. техн. наук-М., 1989-150 с.

9. Иванов В.И., Гордиенко В.Н., Попов Г.Н. и др.; под ред. Иванова В.И. Цифровые и аналоговые системы передачи: Учебник для ВУЗов. — М.: Горячая линия телеком 2003 - 232 е.: ил.

10. Лам К.К. Разработка и исследование новых методов адаптивной эхокомпенсации: дисс. на соиск. ученой степени канд. техн. наук — М., 1995- 172 с.

11. П.Булгак В.Б., Варакин Л.Е., Ивашкевич Ю.К. и др.; под ред. Булгака В.Б., Варакина Л.Е. Концепция развития Российской Федерации. М.: Радио и связь, 1995. - 224 с.:ил.

12. Вемян В.Г. Передача речи по сетям электросвязи. — М: Радио и связь, 1985- 150 с.

13. Сондхи М.М., Беркли Д.А. Подавление эха в телефонных сетях: пер. с англ. //ТИИЭР. 1980. - т. 68, №8.

14. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. - 1988 - (Физико-математическая б-ка инженера). - 480 с.

15. Уидроу Бернард, Стринз Самьюэл Адаптивная обработка сигналов: пер. с англ. Сальникова Ю.К. М., Радио и связь, 1989. - 440 е., ил.

16. Коуэн К.Ф. и Грант П.М., ред. Адаптивные фильтры: пер. с англ. — М.: Мир, 1988.-392 е., ил.

17. Лэм Г. Аналоговые и цифровые фильтры: Расчет и рализация М., Мир, 1982.-592 с.

18. Левин Л.С., Плоткин М.А. Цифровые системы передачи информации М., Радио и связь, 1982.

19. Рабинер Л.Р., Шафер Р.В. Цифровая обработка речевых сигналов: пер. с. англ.// Под ред. Назарова М.В., Прохорова Ю.Н. М.: Радио и связь, 1981.-495 с.

20. Назаров М.В., Прохоров Ю.Н. Методы цифровой обработки и передачи речевых сигналов. М.: Радио и связь, 1985.

21. Рекомендация МСЭ-Т «Эхокомпенсаторы» Рек. G.165, Хельсинки, 1993.

22. Рекомендация МККТТ «Эхозаградители» Синяя книга, том III, Рек. G.164, Мельбурн, 1988.23 .Рекомендация МККТТ «Устойчивость и эхо» Синяя книга, том III, Рек. G.131, Мельбурн, 1988.

23. Рекомендация МККТТ «Среднее время прохождения в одном направлении» Синяя книга, том III, Рек. G.114, Мельбурн, 1988.

24. Рекомендация МККТТ «Амплитудно-частотные искажения» Синяя книга, том III, Рек. G.132, Мельбурн, 1988.

25. Рекомендация МККТТ «План передачи» Синяя книга, том III, Рек. G. 101, Мельбурн, 1988.

26. Рекомендация МККТТ «Объективные методы определения качества передачи» Оранжевая книга, том V, Рек. Р.74, Женева, 1976.

27. Руководящий документ по Системе автоматизированной связи общего пользования. Требования по установке эхоподавляющих устройств.-Москва, 1997.

28. Нормы на электрические параметры каналов тональной частоты магистральной и внутризоновых первичных сетей. Приложение к приказу Министерства связи СССР от 27.01.1988 № 50. М. Радио и связь, 1988.-77 с.

29. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. 2-е изд., перераб. и доп. М. - Радио и связь, 1982. - 624 с.31 .Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. Книга первая. 2-е изд., перераб. и доп. - М. - Сов. Радио.

30. Антонью А. Цифровые фильтры: анализ и проектирование. М.: Радио и связь, 1983. - 320 с.

31. Применение цифровой обработки сигналов / Под ред. Э. Оппенгейма. -М.: Мир, 1980.-496 с.

32. Витязев В.В. Цифровая частотная селекция сигналов. М.: Радио и связь, 1993.-240 с.

33. Цифровые процессоры обработки сигналов: справочник / А.Г. Остапенко, С.И. Лавлинский, А.Б. Сушков и др. М.: Радио и связь, 1994.-264 с.

34. Баева Н.Н., Гордиенко В.Н., Курицын С.А. и др. Многоканальные системы передачи: Учебник для ВУЗов / под ред. Баевой Н.Н., Гордиенко В.Н. М.: Радио и связь, 1997. - 560 е.: ил.

35. Шаврин С.С. Математическая модель эхозаградителя. Труды НИИР. 1987.-№2-с. 87-93.

36. Шаврин С.С., Киушков А.В. Принципы и алгоритмы управления ЭПУ в ОКС №7: Тезисы докладов LII научной сессии, посвященной Дню Радио.-М.-1997.-с. 105-106.

37. Лам. К.К., Цыбулин М.К. Особенности использования механизма адаптации в эхоподавляющих устройствах компенсационного типа. // Электросвязь. 1995 - № 12 - с. 16 - 17.

38. Цыбулин М.К., Шевелев С.В. подавление эхосигналов в телефонных сетях с нелинейными и нестационарными эхотрактами: Тезисы докладов LII сессии, посвященной Дню Радио. М. - 1997 - с. 101 — 102.

39. Цыбулин М.К., Шевелев С.В. Исследование возможности применения зарубежных эхоподавляющих устройств на ВСС России. // Электросвязь. 1998 - № 2 - с. 35-36.

40. Цыбулин М.К., Шевелев С.В., Prof.Dr.Ing.hablin H.-J. Jentschel Классификация типов эхоподавляющих устройств, размещаемых на

41. ВСС России: Тезисы докладов LIII научной сессии, посвященной Дню Радио.-М.- 1998.-с. 102-103.

42. Makino S., Shimada S. Echo Control in Telecommunications // JOURNAL ACOUSTIC SOCIETY OF JAPAN, 1990, Vol 6, pp. 309-315.

43. Murano K., Unagami S., Amano F. Echo Cancellation and Applications // IEES COMMUNICATIONS MAGAZINE, 1990, Vol 28, Iss 1, pp. 49-55.

44. Davidson G.W., Falconer D.D. Reduced Complexity Echo Cancellation Using Orthonormal Functions // IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS, 1991, Vol 38, Iss 1, pp. 20-28.

45. Jenschel H.-J. Theory and Applications of Adaptive Systems. // Dresden University of Technology, Institute of Traffic Information Systems. 1997.

46. Garbe H., Jenschel H.-J., Kaminski R. A New VHDL-based Approach in Multilevel Simulation of Signaling Processing Systems. // Fifth EUROCHIP Workshop on VLSI Design Thaining Dresden. 1994. - pp. 422-427.

47. Benesty J., Amand F., Gilloire A., Grenier Y. Adaptive Filtering Algorithms for Stereophonic Acoustic Echo Cancellation, Internat. Conf.on Acoustic Speech and Signal Processing. Detroit (Michigan): ICASSP. -1995. — S.3099-3102.

48. Соловьев П.В. FORTRAN для персонального компьютера (справочное пособие). -М.: Арист, 1991 г. 223 с.

49. Алексеев В.Е., Ваулин А.С., Иванцова Е.Э. и др. Программирование на языке Фортран-77 / под ред. Трусова Б.Г. М.: Высш. шк., 1993. -159 е.; ид.

50. Кириллов В.И. Многоканальные системы передачи: Учебник / В.И. Кириллов. -М.: Новое знание, 2002. 751 е.: ил.