CN101213764A - 回波抵消器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种回波抵消器，其可以适应于回波特性的突发变化，且无需变更回波抵消器外部，该回波抵消器具有：平滑送话信号计算单元，其计算对送话信号进行了平滑化的平滑送话信号；平滑受话信号计算单元，其计算对受话信号进行了平滑化的平滑受话信号；延迟时间信息形成单元，其根据平滑送话信号与平滑受话信号的相关，取得反映出回波路径的延迟特性的延迟时间信息；以及更新信息形成单元，其根据送话信号、受话信号和延迟时间信息，取得指示自适应滤波器的抽头系数更新或更新停止的更新信息。

Description

回波抵消器

技术领域

本发明涉及回波抵消器(echo canceller)，例如可适用于在个人计算机上搭载的回波抵消器。

背景技术

近年来，使用利用因特网那样的IP网络来发送语音信号的技术即VoIP(Voice over Internet Protocol，基于因特网协议的语音传输)的IP电话得到了普及。作为其一个例子，广泛利用在个人计算机(PC)上动作的称为软件电话(soft phone)的IP电话。在这样的软件电话中，使用内置于PC中的语音设备(包括A/D转换器和D/A转换器)来进行语音的输入输出。

但是，由于语音设备的驱动器以与在PC上动作的其他软件时分的形式来动作，所以由于其他软件的处理，还产生在考虑语音的输入输出的规定时间内无法处理语音信号的情况。

其结果，在语音信号的输入输出中产生中断或缺失而变得不连续，从回波抵消器的角度来看，回波路径的特性(例如延迟时间)变化，而且，这样的回波路径的特性变化由于与其他软件处理的时分处理而突发性地变化，难以消除包含在来自麦克风的语音信号中的音响回波成分。

作为与这样的回波特性的变化对应的方法，提出了专利文献1所示的改进硬件结构的方法。

在专利文献1的记载技术中，用连接线来使立体声输出端子和立体声输入端子之间直接连接，另外，将作为PC内的参照信号线的发送侧立体声信号线连接到自适应滤波器(adaptive filter)，从而可对通过接收侧缓冲器和发送侧缓冲器的参照信号线进行布线，可直接利用为了输入输出音乐数据而使用的音板(sound board)而无需改变其内部结构。

专利文献1：日本特开2004-40589号公报

但是，专利文献1的记载技术需要PC的修改或特殊装置的追加，有可能妨碍通用PC的功能特性，对于作为通话者的PC用户而言难以使用。

发明内容

因此，期望即使在回波路径的延迟特性反复突发性地产生变化的环境下也可以适当地消除回波、而且无需与输入输出线以外的外部的布线、无需在外部设置特殊装置的回波抵消器。

为了解决上述课题，在本发明的回波抵消器中，包含自适应滤波器的伪回波生成单元根据受话信号来生成伪回波信号，回波消除单元从送话信号减去伪回波信号，从而从送话信号中消除回波信号，其特征在于，该回波抵消器具有：平滑送话信号计算单元，其根据上述送话信号计算对该送话信号进行了平滑化的平滑送话信号；平滑受话信号计算单元，其根据上述受话信号计算对该受话信号进行了平滑化的平滑受话信号；延迟时间信息形成单元，其根据上述平滑送话信号与上述平滑受话信号的相关，取得反映出回波路径的延迟特性的延迟时间信息；以及更新信息形成单元，其根据上述送话信号、上述受话信号、和上述延迟时间信息，取得指示上述自适应滤波器的抽头系数更新或更新停止的更新信息，上述伪回波生成单元以上述更新信息指示更新为条件而执行上述抽头系数的更新，并且将上述延迟时间信息作为反映出回波路径的延迟特性的信息来取入并处理。

根据本发明，可利用对受话信号进行了平滑化的信号和对送话信号进行了平滑化的信号之间的时间相关，取得回波消除动作中所需的初始延迟时间和可否更新抽头系数等信息，还可以适应于回波特性的突发变化，可提供无需变更回波抵消器外部的回波抵消器。

附图说明

图1是示出第1实施方式的回波抵消器的结构的框图。

图2是示出第1实施方式的时间特性分析判定电路的详细结构的框图。

图3是由第1实施方式的时间特性分析判定电路所计算出的包络信号的说明图。

图4是由第1实施方式的时间特性分析判定电路所计算出的相关度的说明图。

图5是向第1实施方式的伪回波生成电路中的卷积处理提供的信号部分的说明图。

图6是示出第2实施方式的时间特性分析判定电路的详细结构的框图。

图7是示出第3实施方式的回波抵消器的结构的框图。

图8是示出第4实施方式的伪回波生成电路的详细结构的框图。

图9是示出第5实施方式的回波抵消器的结构的框图。

图10是示出第6实施方式的回波抵消器的结构的框图。

图11是在第6实施方式中设置带通滤波器电路的理由的说明图。

图12是示出第7实施方式的回波抵消器的结构的框图。

图13是示出第8实施方式的回波抵消器的结构的框图。

标号说明

100、100A、100B、100C、100D、100E、100F、100G：回波抵消器；101、101A：时间特性分析判定电路；102、102B、102C、102D：伪回波生成电路；103、110、111、113：加法器；104：延迟调节电路；105：不当系数检测电路；106、109：延迟补偿电路；107、108：带通滤波器电路；112：衰减电路；200：发话包络计算部；201：受话包络计算部；202：时间差信息形成部；203、203A：更新信息形成部；204：时间差信息校正部；300：自适应滤波器；301：抽头系数运算部；302：抽头系数更新控制部；303：时间差比较部；304：前时间差存储部。

具体实施方式

A.第1实施方式

以下，参照附图来说明本发明的回波抵消器的第1实施方式。

<A-1>第1实施方式的结构

第1实施方式的回波抵消器例如搭载于PC。第1实施方式的回波抵消器例如可构筑为专用板，也可以通过向DSP(数字信号处理器)写入回波抵消程序来实现，也可以通过CPU和CPU所执行的软件(回波抵消程序)来实现。第1实施方式的回波抵消器功能上可利用图1表示。

在图1中，第1实施方式的回波抵消器100具有时间特性分析判定电路101、伪回波生成电路102、以及加法器103。

第1实施方式的回波抵消器100消除包含在未图示的麦克风所捕捉的、被数字化的数字发话信号(以下称为送话信号)s(n)中的、来自远端的数字受话信号(以下称为受话信号)r(n)的成分。在第1实施方式的情况下，将从回波抵消器100输出的某时刻的受话信号r(n)作为回波成分包含在向回波抵消器100输入的送话信号s(n)中，回波路径的延迟特性不固定作为前提。例如，在通过回波抵消器100在扬声器侧处理受话信号的结构、通过回波抵消器100在麦克风侧处理送话信号的结构是CPU进行的时分方式的软件处理结构的情况下，产生这样的延迟特性的变化。

伪回波生成电路102内置有自适应滤波器，通过受话信号r(n)和抽头系数h(k)的卷积运算来生成伪回波信号rp(n)并提供给加法器103。此处，作为自适应滤波器的抽头系数的更新所涉及的自适应算法，可应用LMS(Least Mean Square，最小二乘)法和归一化LMS(NormalizedLMS)法等一般的算法。

在第1实施方式的情况下，伪回波生成电路102构成为根据来自时间特性分析判定电路101的后述的更新信息ASW，停止或执行内置的自适应滤波器的抽头系数的更新。另外，伪回波生成电路102构成为根据来自时间特性分析判定电路101的后述时间差信息D，控制伪回波信号rp(n)的形成中利用的抽头系数的范围(抽头长P和最新抽头中的受话信号的时刻D×N)。伪回波生成电路102构成为例如内置有将初始延迟时间D和抽头长P对应关联的表，根据从时间特性分析判定电路101提供的时间差信息D，切换抽头长P。另外，所准备的抽头数与抽头长P可取的最大数相等，例如对未使用的抽头赋予0作为抽头系数，从而实质上达成此时的抽头长P。

加法器103从送话信号s(n)减去伪回波信号rp(n)来消除送话信号s(n)中的回波成分，输出回波消除后的送话信号so(n)。

时间特性分析判定电路101是构成第1实施方式的回波抵消器100的特征的结构部分。时间特性分析判定电路101根据受话信号r(n)以及送话信号s(n)来形成更新信息ASW以及时间差信息D并提供给伪回波生成电路102。

图2是示出第1实施方式的时间特性分析判定电路101的功能上的详细结构的框图。在图2中，时间特性分析判定电路101具有送话包络计算部200、受话包络计算部201、时间差信息形成部202、以及更新信息形成部203。另外，在时间特性分析判定电路101例如由CPU以及CPU所执行的程序构成的情况下，送话包络计算部200、受话包络计算部201、时间差信息形成部202、以及更新信息形成部203分别相当于CPU和CPU所执行的子程序。

送话包络计算部200根据送话信号s(n)来计算出将其平滑化后的送话包络信号se(i)。受话包络计算部201根据受话信号r(n)来计算出将其平滑化后的受话包络信号re(i)。时间差信息形成部202根据送话包络信号se(i)以及受话包络信号re(i)来形成时间差信息D。更新信息形成部203根据送话信号s(i)、受话信号r(i)、以及时间差信息D来形成更新信息ASW。

关于送话包络计算部200、受话包络计算部201、时间差信息形成部202、以及更新信息形成部203的具体处理，通过后述的动作说明将会明确。

<A-2>第1实施方式的动作

接下来，说明第1实施方式的回波抵消器100的动作(回波抵消方法)。也可以通过CPU执行回波抵消程序来执行以下说明的动作。

第1实施方式在设有时间特性分析判定电路101这一点上具有很大特征，所以以时间特性分析判定电路101的动作为中心来进行说明。

时间特性分析判定电路101(的送话包络计算部200以及受话包络计算部201)根据送话信号s(n)、受话信号r(n)，例如分别通过式(1)以及式(2)计算出送话包络信号se(i)、受话包络信号re(i)。

se(i)＝∑|s(n)|  …(1)

re(i)＝∑|r(n)|  …(2)

此处，将总和(∑)的范围(时间长)设为N。N为预定的值，例如设为8。N取得越大，包络信号变得越平缓，受到噪声影响变少，但无法反映出语音信号的绝对值的包络特性的细微特性。另一方面，N取得越小，可反映出语音信号的绝对值的包络特性的细微特性，但易于受到噪声的影响。在图3所示例子中，将N设为8，但N值不限于此。另外，关于总和(∑)的范围(时间长)，在图3中示出不重叠的范围，但也可以是部分重叠的范围。

在上述中，在包络信号的计算中使用绝对值的和，但只要例如是平方和等表示语音信号的包络特性的参数即可，也可以应用其他计算式。

时间特性分析判定电路101(的时间差信息形成部202)按照式(3)来计算对受话包络信号re(i)附加时间差j来使其延迟的信号re(i+j)和送话包络信号se(i)之间的相关度RE(j)，将该相关度RE(j)最高时的时间差j＝D作为时间差信息(伪回波生成电路102内的自适应滤波器的初始延迟时间)输出。图4是向相关度RE(j)的计算提供的2个信号之间的关系的说明图，j为6。

RE(j)＝(∑(se(i)×re(i+j)))²

÷∑(re(i+j)×re(i+j))    …(3)

相关度RE(j)的计算方法不限于式(3)，只要是计算受话包络信号re(i)和送话包络信号se(i)的相关度的方法，则可以应用任意方法。

另外，由时间特性分析判定电路101计算时间差信息D的周期可以是任意，但例如也可以每隔10ms计算时间差信息D。

时间特性分析判定电路101(的更新信息形成部203)根据送话信号s(n)、受话信号r(n)、时间差信息D(初始延迟时间D×N)，计算回波信号功率PSD、参照信号功率PRD、相关度RD、以及回波路径损失AE之后，判定是否需要更新抽头系数。关于回波信号功率PSD、参照信号功率PRD、相关度RD、以及回波路径损失AE，考虑送话信号s(n)以及受话信号r(n)中的仅在受话信号r(n)中存在有效的语音信号的单端讲话(single talk)状态，分别通过式(4)～式(7)来计算。另外，在上述那样的单端讲话状态下，送话信号s(n)的功率的大部分为回波成分。

PSD＝∑(s(n)×s(n))    …(4)

PRD＝∑(r(n+D×N)×r(n+D×N))    …(5)

RD

＝∑(s(n)×r(n+D×N))/(PSD)/(PRD)…(6)

AE＝10×log₁₀(PRD/PSD)    …(7)

将式(4)～式(6)中的总和(∑)的范围(时间长)设为M。M为预定的值，例如可应用160。

从式(4)以及式(5)可知，回波信号功率PSD以及参照信号功率PRD是利用仅初始延迟时间D×N不同的定时的送话信号以及受话信号来计算的，直接反映了每隔规定周期(例如10ms)更新的时间差信息D，回波信号功率PSD以及参照信号功率PRD的比率的对数即回波路径损失AE，也直接反映了每隔规定周期(例如10ms)更新的时间差信息D。从式(7)可知，送话信号s(n)以及受话信号r(n)之间的相关度RD也直接反映了每隔规定周期(例如10ms)更新的时间差信息D。

时间特性分析判定电路101(的更新信息形成部203)在与下述3种条件C1～C3完全一致的情况下，将更新信息ASW设定为“更新(例如“1”)”而输出，在并非完全一致的情况下，设定为“不更新(例如“0”)”而输出。

(条件C1)PRD＞PTHD

其中，PTHD为预定的基准值。

(条件C2)RD＞RTHD

其中，RTHD为预定的基准值。

(条件3)AE＞ATHD

其中，ATHD为预定的基准值。

根据基于条件C1～C3的抽头系数的更新有无的控制，即使在现有技术的课题部分言及的仅回波路径的延迟时间变化那样的情况下，利用每隔规定周期(例如10ms)更新的时间差信息D来进行控制，所以可使伪回波生成电路102执行回波消除动作，而成为可立即适当地消除回波的状态。例如，即使在由于内置于PC中的语音设备的动作而引起回波路径的初始延迟时间变化的情况下，也可以立即使抽头系数的更新动作执行，而适当地消除回波。

可通过上述条件C1的成立，来判定是否存在成为音响回波源的受话信号r(n)的能量。通过条件C2的成立，可知送话信号s(n)和受话信号r(n)之间的相关较高的情况(送话信号s(n)的主成分为回波成分的情况)。可通过条件C3的成立，来判定从未图示的扬声器绕入未图示的麦克风的信号量是否在路径损失的假设以内。通过这些3种条件C1～C3的成立，可判定为送话信号s(n)的能量的大半是以受话信号r(n)为源的回波造成的。此时，将更新信息ASW设定为“更新”。

另外，通过条件C1～C3，以往的抽头系数的更新停止理由也大致相同地成为更新停止理由。

例如，假设，在送话信号s(n)中包含由送话者的发音产生的语音信号成分时(例如两端讲话(double talk))，送话信号s(n)中的回波成分的比率较小，所以送话信号s(n)和受话信号r(n)被判断为不相关的信号。即，条件C2不成立。此时，在更新伪回波生成电路102内的自适应滤波器的抽头系数h(k)时，即破坏了抽头系数h(k)。因此，在上述那样的情况下，通过条件C2的不成立，更新信息ASW成为“不更新”而防止抽头系数h(k)的破坏。

另外，作为条件C1～C3中的判定基准值PTHD、RTHD、以及ATHD，可分别应用例如50000000、0.9、以及20，但各基准值也可以适当设定。

另外，在上述说明中，在条件C1～条件C3全部成立时，将来自时间特性分析判定电路101的更新信息ASW设为“更新”。除此以外，例如在已知条件C3一直成立的情况下，例如在预先判明未图示的麦克风和未图示的扬声器之间的声耦合总是充分的情况下等，也可以仅通过条件C1以及条件C2的成立的组合来将更新信息ASW设为“更新”。

另外，除此以外，也可以根据装置设计时的条件，通过条件C1～条件C3的单独或组合的成立来将更新信息ASW设定为“更新”。

接下来，简单说明伪回波生成电路102以及加法器103的动作。

伪回波生成电路102通过抽头系数h(k)和受话信号r(n)的卷积运算(∑h(k)×r(n))，计算出伪回波信号rp(n)并输出。伪回波生成电路102将抽头系数h(k)的有效范围设为根据从时间特性分析判定电路101提供的时间差信息D来确定的、预定的抽头长P，并实施卷积运算。

图5是向形成伪回波信号rp(n)的卷积运算提供的抽头系数h(k)和受话信号r(n)的范围的说明图。从当前时刻(此处设为0，用正值表示过去侧)的D×N前的受话信号r(0+D×N)到抽头长P的量之前的受话信号r(0+D×N+P)的抽头长P的量的受话信号(0+D×N)～受话信号r(0+D×N+P)用于形成当前时刻的伪回波信号rp(0)的卷积运算中。

伪回波生成电路102在更新信息ASW为“更新”的情况下，通过LMS法或归一化LMS法等已知的抽头系数更新算法来更新抽头系数h(k)，在更新信息ASW为“不更新”的情况下，仅实施上述伪回波信号rp(0)的生成。

加法器103从送话信号s(n)中减去伪回波信号rp(n)，计算出回波消除后的送话信号so(n)。

另外，伪回波生成电路102存储上次到来的时间差信息D0，并与这次到来的时间差信息D比较来捕捉有无变动(由此，捕捉回波路径的初始延迟时间D×N有无变动)，在产生变动的情况下，也可以进行抽头系数的重新设定、或将抽头系数值减弱为均匀等处理。

<A-3>第1实施方式的效果

根据第1实施方式，可利用受话信号和送话信号之间的时间相关，以较短周期重复得到回波抵消动作所需的信息(初始延迟时间、抽头系数可否更新)，也可以适应于回波路径的特性的突发变化。

另外，仅通过回波抵消器内的变更，可起到上述效果。即，可起到无需变更搭载该回波抵消器的装置的硬件，即可适应于回波路径的特性的突发变化的效果。

B.第2实施方式

接下来，以与第1实施方式的不同点为中心来说明本发明的回波抵消器的第2实施方式。

在上述第1实施方式中，在送话信号s(n)中有近端话者信号而受话信号r(n)中有远端话者信号时，偶然存在双方话者的音质、腔调相似等送话信号s(n)和受话信号r(n)之间的相关度变高的情况，当偶然条件C1～C3成立时，执行抽头系数的更新而导致回波抵消功能的性能恶化。

此处，在大致两个的情况下，观察到根据相关度计算出的时间差信息D急剧变动的现象。(1)回波路径的特性变动的情况，(2)从仅在受话信号中包含话者信号(包含音响信号等其他有效的成分)的状态变化为在送话信号中也包含话者信号的情况。在(2)情况(所谓向两端讲话变化的情况)下，设为在原来不存在时间相关的信号彼此间求时间相关，所以所求出的时间差信息D在包含回波以外的信号的期间内总是激变。此时，极偶尔地存在相关度(RD)变大的情况，其结果，存在更新信息ASW错误的情况。另外，在更新信息错误时，在伪回波信号的生成中产生问题，其结果，无法适当地消除回波。第2实施方式的回波抵消器是为了防止产生这样的现象而完成的。

第2实施方式的回波抵消器100A在用功能框图来表示整体结构时，也可以用上述图1来表示，其具有时间特性分析判定电路101A、伪回波生成电路102、以及加法器103。

但是，时间特性分析判定电路101A的详细结构与第1实施方式不同。

图6是示出第2实施方式的时间特性分析判定电路101A的功能上的详细结构的框图，对与第1实施方式的图2相同、对应的部分附加相同、对应的标号来示出。

在图6中，第2实施方式的时间特性分析判定电路101A具有送话包络计算部200、受话包络计算部201、时间差信息形成部202、更新信息形成部203A、以及时间差信息修改部204。

此处，送话包络计算部200、受话包络计算部201、以及时间差信息形成部202与第1实施方式相同。

时间差信息修改部204按照式(8)来修改时间差信息形成部202所形成的时间差信息D，输出所修改的时间差信息DM。

DM＝α×DMD+(1-α)×D  …(8)

其中，DMD是在上次的运算定时计算出的修改时间差信息DM，α是具有0＜α＜1范围的预先设定的值。因此，式(8)的修改式是将上次的修改时间差信息DM和这次的时间差信息D的加权相加值设为修改时间差信息DM的式子。

另外，只要是使时间差信息D平滑地变动(修改)的式子即可，也可以应用式(8)以外的修改式。

第2实施方式的更新信息形成部203A代替时间差信息D而应用修改时间差信息DM，执行与第1实施方式相同的更新信息ASW的形成功能。

在第2实施方式中，也可以起到与第1实施方式大致相同的效果。另外，根据第2实施方式，即使在时间差信息D的激变连续产生的情况下，也在相关度(RD)的计算中应用缓和变化的修改时间差信息DM，所以更新信息(ASW)的错误减少，其结果，得到减少伪回波的生成问题的效果。此处，在回波特性变动的瞬间，随动比第1实施方式延迟，由此恶化变少，上述效果大幅提高。

C.第3实施方式

接下来，以与第1实施方式的不同点为中心来说明本发明的回波抵消器的第3实施方式。

在上述第1实施方式中，从时间特性分析判定电路101输出的时间差信息D由于回波和背景噪声的条件(例如时刻变化着的两者的能量比、初始延迟时间、回波和噪声的相关性)，即使回波特性(初始延迟时间)恒定，有时也会在相关性的时间性变动和计算误差等中出现微小变动。原本希望不产生这样的变动而从时间特性分析判定电路101输出恒定的时间差信息D。但是，当伪回波的生成随动于该微小变动时，产生无法适当地消除回波的现象。第3实施方式的回波抵消器就是为了防止产生这样的现象而完成的。

图7是示出第3实施方式的回波抵消器的结构的框图，对与第1实施方式的图1相同、对应的部分附加相同、对应的标号来示出。

在图7中，第3实施方式的回波抵消器100B除了时间特性分析判定电路101、伪回波生成电路102B、以及加法器103以外，还具有延迟调节电路104。

延迟调节电路104按照接下来的式(9)来修改从时间特性分析判定电路101输出的时间差信息D，向伪回波生成电路102B输出所修改的时间差信息DMQ。

DMQ＝INT(D/Q)×Q  …(9)

在式(9)中，INT(D/Q)表示取值D/Q的整数部分的函数。Q是预先设定的正整数，例如可应用10(不限于此)。例如，在时间差信息D的值为123而Q为10的情况下，通过式(9)的运算，修改时间差信息DMQ成为120。

第3实施方式的伪回波生成电路102B替代时间差信息D而应用修改时间差信息DMQ来执行与第1实施方式的伪回波生成电路102相同的功能。

根据第3实施方式，也可以起到与第1实施方式大致相同的效果。另外，根据第3实施方式，即使由于背景噪声和回波的关系等引起时间差信息D微小变动，修改时间差信息DMQ也可以消除微小变动，其结果，可动作为适当地消除回波。

该第3实施方式的技术思想不仅可与第1实施方式的技术思想组合，也可以与第2实施方式的技术思想组合。

D.第4实施方式

接下来，以与第1实施方式不同点为中心来说明本发明的回波抵消器的第4实施方式。

在第1实施方式中，伪回波生成电路102内的自适应滤波器的抽头系数的收敛需要时间，所以在时间差信息D变动时，在变动的瞬间，存在无法充分更新为与具有新时间差信息D的回波路径对应的抽头系数的情况。因此，在时间差信息D变化后的较短期间，存在无法高效地生成伪回波而伴有异音(unusual sound)感的情况。第4实施方式的回波抵消器是为了防止产生这样的现象而完成的。

第4实施方式的回波抵消器100C在用功能框图来表示整体结构时，也可用上述图1来表示，其具有时间特性分析判定电路101、伪回波生成电路102C、以及加法器103。

但是，伪回波生成电路102C的功能与第1实施方式有少许不同。图8是示出第4实施方式的伪回波生成电路102C的功能上的详细结构的框图。

在图8中，伪回波生成电路102C具有自适应滤波器300、抽头系数运算部301、抽头系数更新控制部302、时间差比较部303、以及前时间差存储部304。

自适应滤波器300进行受话信号r(n)以及抽头系数h(k)的卷积运算来形成伪回波信号rp(n)。

抽头系数运算部301按照规定的算法来更新抽头系数h(k)。

抽头系数更新控制部302控制抽头系数运算部301进行的抽头系数h(k)的更新、更新停止，并且向抽头系数运算部301提供更新时所需的时间参数。抽头系数更新控制部302参照时间差比较部303的比较结果，控制抽头系数h(k)的更新、更新停止，或切换参数，上述方面与一般的伪回波生成电路不同。

前时间差存储部304根据抽头系数更新控制部302的控制，为了下一动作时刻的更新控制而存储到来的时间差信息D。换言之，在从新动作时刻观察时，存储在前时间差存储部304中的时间差信息D0是在上次的动作时刻时到来的时间差信息。

时间差比较部303在当前的动作时刻被更新时(成为新动作时刻)，比较在当前的动作时刻到来的时间差信息D和存储在前时间差存储部304中的上次的动作时刻的时间差信息D0，并向抽头系数更新控制部302提供比较结果。

以下，按照每个比较结果和更新信息ASW的组合，来详述由抽头系数更新控制部302执行的控制动作。

抽头系数更新控制部302在由时间差比较部303进行的比较结果一致时，按照到来的更新信息ASW，进行在第1实施方式中说明的那样的控制动作。

与此相对，抽头系数更新控制部302在与上次的动作时刻的时间差信息D0进行比较，从时间特性分析判定电路101提供的当前的动作时刻的时间差信息D变化的情况下，根据更新信息ASW的内容来如下述那样动作。

在更新信息ASW为“不更新”的情况下，抽头系数更新控制部302保持基于由抽头系数运算部301计算出的上次的动作时刻的时间差D0的抽头系数h(k)，从自适应滤波器300输出通过基于上次的动作时刻的时间差D0的抽头系数h(k)和受话信号r(n)的卷积运算而形成的伪回波信号rp(n)。抽头系数更新控制部302为了下次的动作时刻而在前时间差存储部304中保持当前动作时刻的时间差信息D。

在更新信息ASW为“更新”的情况下，抽头系数更新控制部302对抽头系数运算部301指示回溯到时间T前的时刻而开始更新基于当前的动作时刻的时间差信息D的抽头系数h(k)。但是，在正在进行与过去的信号对应的抽头系数的更新的期间，抽头系数更新控制部302禁止从抽头系数运算部301向自适应滤波器300输送抽头系数，不实施伪回波信号rp(n)的生成。

另外，如上所述，在时间差信息D(由此，回波路径的初始延迟时间D×N)中产生了变更的情况下，也可以在刚要开始更新抽头系数之前，并用抽头系数的重新设定、或将抽头系数值减弱为均匀等处理。

抽头系数更新控制部302在当前的动作时刻的期间内继续更新抽头系数，直到跟随到对当前动作时刻的信号的处理为止，在执行与当前的动作时刻的信号相对应的抽头系数的更新时，也执行伪回波信号rp(n)的生成。抽头系数更新控制部302即使在更新信息ASW为“更新”的情况下，也为了下次的动作时刻而在前时间差存储部304中保持当前的动作时刻的时间差信息D。

如上所述，在时间差信息D(由此，回波路径的初始延迟时间D×N)中产生了变更的情况下，使用过去的送话信号和与变动后的初始延迟对应的过去的受话信号来实施系数更新，之后，参照变动后的时间差信息D来实施当前的动作时刻中的伪回波信号的生成以及系数更新。

根据第4实施方式，除了第1实施方式的效果之外，还可以起到以下的效果。即，对新时间差信息D预先实施抽头系数的更新，在实际生成伪回波信号时，可在某种程度上实施了抽头系数更新的状态下生成伪回波信号。其结果，即使在上述那样的时间差信息变动时，也可以消除突发产生的异音感。

第4实施方式的技术思想不仅可与第1实施方式的技术思想组合，而且还可以与第2或第3实施方式的技术思想组合。

E.第5实施方式

接下来，以与第1实施方式的不同点为中心来说明本发明的回波抵消器的第5实施方式。

在第1实施方式中，在回波非常小或完全没有时，很偶尔地在话者彼此的信号中存在相关度(RD)短时变大的情况，其结果，在时间特性分析判定电路101的判定中，存在更新信息(ASW)被错误地设为表示回波路径产生变动的“进行更新”的情况。在已根据该更新信息(ASW)生成了伪回波信号的情况下，伪回波生成电路102根据一瞬间的话者彼此的信号对自适应滤波器的抽头系数进行更新，由此推定出错误的回波路径。于是，此后使用错误的抽头系数来持续生成伪回波信号。由此，在由于话者彼此的信号极偶尔地相关度(RD)变高而使得更新信息ASW错误时，在伪回波信号的生成中产生不正常情况，其结果，无法适当地消除回波。虽然在第2实施方式中也存在同样的避免不正常情况的方法，但即使这样有时也产生更新信息ASW错误的情况。第5实施方式的回波抵消器是为了防止产生上述这样的现象而完成的。

图9是示出第5实施方式的回波抵消器的结构的框图，对与第1实施方式所涉及的图1相同、对应的部分附加相同、对应的标号来示出。

在图9中，第5实施方式的回波抵消器100D除了时间特性分析判定电路101、伪回波生成电路102D、以及加法器103以外，还具有不当系数检测电路105。

不当系数检测电路105根据式(10)～式(13)来分别计算回波信号功率PSD、参照信号功率PRD、剩余信号功率POD、回波消除量AC。另外，对于回波信号功率PSD以及参照信号功率PRD，也可以沿用时间特性分析判定电路101计算出的参数。

PSD＝∑(s(n)×s(n))    …(10)

PRD＝∑(r(n+D×N)×r(n+D×N))    …(11)

POD＝∑(so(n)×so(n))    …(12)

AC＝10×log₁₀(PSD/POD)    …(13)

在式(10)～式(12)中，将总和(∑)的范围(时间长)设为M。M为预定的值，例如可应用160，但不限于该值。

不当系数检测电路105在与下述3种条件R1～R3完全一致的情况下，将抽头系数初始化信息RST作为“初始化抽头系数(例如“1”)”输出给伪回波生成电路102D，在除此之外的情况下，作为“不对抽头系数进行初始化(例如“0”)”而输出。

(条件R1)PRD＜PTHDR

其中，PTHDR为预定的基准值。

(条件R2)ASW＝“不更新”

(条件R3)AC＜ATHDR

其中，ATHDR为预定的基准值。

例如，作为基准值PTHDR以及ATHDR的值，可分别应用50000000以及0，但也可适当设定这些值。

在受话信号能量弱时，时间特性分析判定电路101的判定中容易产生错误，可根据条件R1判别是容易产生错误的状况。由于错误的抽头系数继续成为问题，所以使抽头系数继续的条件R2也成为抽头系数的初始化条件。另外，更新信息ASW可视为表示送受话状态的信息。在抽头系数错误时容易引起回波消除量AC较少的情况，可通过条件R3来判别是这样的状况。

第5实施方式的伪回波生成电路102D在抽头系数初始化信息RST为“初始化抽头系数”的情况下，对保持在内部的抽头系数h(k)进行初始化。

根据第5实施方式，除了第1实施方式的效果之外，还可以起到以下的效果。即，在生成伪回波信号时，例如在极偶尔地话者彼此的信号的相关度(RD)短时变大那样的状况下，存在原本用于消除回波的信号反而产生增强回波等不正常情况，但根据第5实施方式，可检测出上述不正常情况，可消除该不正常情况。

第5实施方式的技术思想不仅可与第1实施方式的技术思想组合，而且还可以与第2、第3、第4实施方式的技术思想组合。

F.第6实施方式

接下来，以与第1实施方式的不同点为中心来说明本发明的回波抵消器的第6实施方式。

在第1实施方式中，在麦克风输入侧的周围噪声的环境恶劣的情况下，即使送话侧的话者未发话，回波信号也受到噪声的音响，而存在与受话信号之间的相关度变小的情况。其结果，存在更新信息ASW的内容错误(错将“更新”误为“不更新”)，而无法适当地消除回波的情况。第6实施方式的回波抵消器是为了防止产生以上那样的现象而完成的。

图10是示出第6实施方式的回波抵消器的结构的框图，对与第1实施方式所涉及的图1相同、对应的部分附加相同、对应的标号来示出。

在图10中，第6实施方式的回波抵消器100E除了时间特性分析判定电路101、伪回波生成电路102、以及加法器103之外，还具有2个带通滤波器电路107、108以及2个延迟补偿电路106、109。时间特性分析判定电路101、伪回波生成电路102、以及加法器103与第1实施方式相同。

带通滤波器电路107使送话信号s(n)的规定频带通过，向时间特性分析判定电路101提供滤波后的送话信号sbp(n)。

带通滤波器电路1 08使受话信号r(n)的规定频带通过，向时间特性分析判定电路101提供滤波后的受话信号rbp(n)。带通滤波器电路108的通带与带通滤波器电路107的通带相同。

延迟补偿电路106使送话信号s(n)仅延迟带通滤波器电路107的处理延迟时间，向伪回波生成电路102以及加法器103提供延迟后的送话信号sd(n)。

延迟补偿电路109使受话信号r(n)仅延迟带通滤波器电路108的处理延迟时间，向伪回波生成电路102提供延迟后的受话rd(n)。

作为带通滤波器电路107以及108的通带，例如应用300～3000Hz。

图10是设置带通滤波器电路107以及108的理由的说明图。一般，噪声频率成分(n)具有平坦的强度特性(例如能量)。另一方面，话者发音所引起的语音的频率成分具有山形的特性，受话信号绕入而成为送话信号的回波信号的情况也相同。话者发音所引起的语音的频率成分例如在300～3000Hz的范围内，其强度非常强。即，在300～3000Hz的范围内，S/N比(S：回波信号，N：周围噪声)良好，在其他频带中，S/N比低。

时间特性分析判定电路101通过利用S/N比良好的送话信号s(n)，可提高分析精度。

根据第6实施方式，除了第1实施方式的效果之外，还起到以下的效果。即，时间特性分析判定电路101利用语音信号能量大的部分的频带而动作，所以可以在S/N比比较高的状态下实施分析判定，可降低抽头系数的更新判定错误。

另外，第6实施方式中考虑了近端的背景噪声的存在，所以可以省略设在受话信号的处理系统中的带通滤波器电路108以及延迟补偿电路109。

第6实施方式的技术思想不仅可与第1实施方式的技术思想单独组合，而且还可以与第1～第5实施方式的技术思想的1个以上组合。

G第7实施方式

接下来，以与第6实施方式的不同点为中心来说明本发明的回波抵消器的第7实施方式。

在第6实施方式中，伪回波生成电路102根据不通过带通滤波器电路107、108的送话信号以及受话信号来动作。如使用图11来说明的那样，在观察语音信号的频率成分时，存在能量集中的频带(以下称为集中带)，另一方面，该能量集中带以外的成分能量较小。此处，在着眼于能量的集中带以外的频率成分时，作为回波而存在原本难以听到的成分。伪回波生成电路102的抽头系数h(k)是模拟回波路径的传递特性的参数，但在比较考虑全频带来进行模拟的情况和仅考虑部分频带来进行模拟的情况时，如果是相同抽头长P，则后者一方可准确地进行模拟。即，所生成的伪回波信号相对于作为对象的频带成为更适当的信号。第7实施方式的回波抵消器是鉴于以上这样的方面而完成的。

图12是示出第7实施方式的回波抵消器的结构的框图，对与第6实施方式所涉及的图10相同、对应的部分附加相同、对应的标号来示出。

在图12中，第7实施方式的回波抵消器100F具有时间特性分析判定电路101、伪回波生成电路102、加法器103、2个带通滤波器电路107、108、延迟补偿电路106、以及加法器110。

时间特性分析判定电路101、伪回波生成电路102、加法器103、2个带通滤波器电路107、108、以及延迟补偿电路106与第6实施方式相同。

在第7实施方式的情况下，伪回波生成电路102根据经由带通滤波器电路107以及108后的送话信号sbp(n)以及受话信号rbp(n)，生成伪回波信号rp(n)。

加法器103与第6实施方式相同，从经由延迟补偿电路106的送话信号sd(n)中去除伪回波信号rp(n)，输出去除后的送话信号so(n)。

如已经说明的实施方式或一般情况那样，为了评价回波的消除特性，去除回波后的送话信号so(n)反馈到伪回波生成电路102。在该第7实施方式的情况下，伪回波生成电路102被输入经由带通滤波器电路107以及108的送话信号sbp(n)以及受话信号rbp(n)，但从加法器103输出的去除回波后的送话信号so(n)的频带与输入到伪回波生成电路102的送话信号sbp(n)以及受话信号rbp(n)的频带不同。

因此，设置从经由带通滤波器电路107的送话信号sbp(n)中去除伪回波信号rp(n)的虚加法器(dummy adder)110，向伪回波生成电路102反馈由虚加法器110去除回波后的送话信号sol(n)，由此使得向伪回波生成电路102输入的所有输入信号的频带为相同频带。

根据第7实施方式，除了第1实施方式的效果之外，还可以起到以下的效果。即，时间特性分析判定电路101利用语音信号能量大的集中带而动作，所以可以在S/N比比较高的状态下实施分析判定，可降低抽头系数的更新判定错误。此处，不是消除能量集中带以外的回波成分，而是可使能量集中带中的回波成分的消除能力大幅提高。能量集中带以外的回波成分由于原本影响较少，所以作为整体可提高回波消除能力。

第7实施方式的技术思想可与第1～第5实施方式的技术思想的1个以上组合。

H.第8实施方式

接下来，以与第7实施方式的不同点为中心来说明本发明的回波抵消器的第8实施方式。

第7实施方式中，虽然能量集中带以外的回波成分影响较少，但不消除能量集中带以外的回波成分。第8实施方式的回波抵消器是鉴于以上的方面而产生的，其使能量集中带以外的回波成分衰减。

在图13中，第8实施方式的回波抵消器100G具有时间特性分析判定电路101、伪回波生成电路102、2个带通滤波器电路107、108、延迟补偿电路106、加法器110、加法器111、衰减电路112、以及加法电路113。时间特性分析判定电路101、伪回波生成电路102、2个带通滤波器电路107、108、延迟补偿电路106、以及加法器110与第7实施方式相同。

从延迟补偿电路106输出的延迟送话信号sd(n)作为被减数输入，并且从带通滤波器电路107输出的滤波送话信号sbp(n)作为减数输入被提供给新设置的加法器111。由此，作为来自加法器111的输出信号，得到大半为能量集中带以外的成分的送话信号sdh(n)，并输出给新设置的衰减电路112。

对衰减电路112还赋予更新信息ASW。衰减电路112在更新信息ASW为“更新”时，使输入信号sdh(n)仅衰减XdB之后输出给新设置的加法电路113，在更新信息ASW为“不更新”时，直接向加法电路113输出输入信号sdh(n)。此处，X为预先设定的值，例如可应用6。但不限于该值。

对加法电路113，除了来自衰减电路112的输出信号(集中带外衰减送话信号)sdhd(n)以外，还提供来自加法器110的输出信号(回波消除送话信号)sol(n)。如上述第7实施方式中说明的那样，来自加法器110的输出信号sol(n)是以能量集中带的成分作为主成分的回波消除送话信号，来自衰减电路112的输出信号sdhd(n)是以能量集中带以外的成分作为主成分的衰减送话信号。因此，通过利用加法器113来相加两个信号，从而消除集中带的回波成分，得到集中带以外的回波成分被衰减的送话信号so(n)，该送话信号so(n)作为来自该回波抵消器100G的输出信号而送出。

根据第8实施方式，除了第1实施方式的效果以外，还可起到以下效果。即，时间特性分析判定电路101利用语音信号能量大的集中带而动作，所以可以在S/N比比较高的状态下实施分析判定，可降低抽头系数的更新判定错误。而且，可大幅提高能量集中带中的回波成分的消除能力，并且，通过还衰减能量集中带以外的回波成分，从而可减少其影响。

第8实施方式的技术思想可与第1～第5实施方式的技术思想的1个以上组合。

I.其他实施方式

在上述各实施方式的说明中，虽然也言及了各种变形实施方式，但以下，另外还可以举出示例那样的变形实施方式。

在上述各实施方式中，示出伪回波生成电路102、102B、102C、102D根据已到来的时间差信息D、DMQ，来切换自适应滤波器中的抽头长P，但也可以固定抽头长P，而不依赖于时间差信息D、DMQ值。此处，在延迟差信息D、DMQ已变动的情况下，也可以并用抽头系数的重新设定、以及将抽头系数值减弱为均匀等的处理。在将抽头长P设为固定值时，与抽头长可变的情况比较，可节约硬件量(运算结构量、存储器量)或基于软件的处理量。

另外，在上述各实施方式中，也可以将作为固定值(例如判断用的基准值)来说明的部分设定为可变。

另外，在上述各实施方式中，示出了PC上的软件所涉及的回波抵消器，但本发明的用途不限于此。不仅可以作为回波路径的特性(特别是延迟特性)存在突发变化的可能性的装置的回波抵消器来应用，而且可以作为回波路径的特性变化平缓的装置的回波抵消器来应用。

Claims (10)

1.一种回波抵消器，其中，包含自适应滤波器的伪回波生成单元根据受话信号来生成伪回波信号，回波消除单元从送话信号减去伪回波信号，从而从送话信号中消除回波信号，其特征在于，该回波抵消器具有：

平滑送话信号计算单元，其根据上述送话信号计算对该送话信号进行了平滑化的平滑送话信号；

平滑受话信号计算单元，其根据上述受话信号计算对该受话信号进行了平滑化的平滑受话信号；

延迟时间信息形成单元，其根据上述平滑送话信号与上述平滑受话信号的相关，取得反映出回波路径的延迟特性的延迟时间信息；以及

更新信息形成单元，其根据上述送话信号、上述受话信号、和上述延迟时间信息，取得指示上述自适应滤波器的抽头系数更新或更新停止的更新信息，

上述伪回波生成单元以上述更新信息指示更新为条件而执行上述抽头系数的更新，并且将上述延迟时间信息作为反映出回波路径的延迟特性的信息来取入并处理。

2.根据权利要求1所述的回波抵消器，其特征在于，上述延迟时间信息形成单元利用截至上次所取得的延迟时间信息来对当前次取得的延迟时间信息进行平滑化，输出平滑化后的延迟时间信息。

3.根据权利要求1所述的回波抵消器，其特征在于，该回波抵消器还具有延迟调节单元，该延迟调节单元检查从上述延迟时间信息形成单元输出的延迟时间信息的值属于规定宽度的多个范围中的哪一个范围，在置换为其所属的范围的代表值之后，提供给上述伪回波单元。

4.根据权利要求1所述的回波抵消器，其特征在于，上述伪回波生成单元根据上述延迟时间信息来切换抽头长，该抽头长是在伪回波信号的形成中所使用的抽头系数的数量。

5.根据权利要求1所述的回波抵消器，其特征在于，在已到来的上述延迟时间信息的值中存在变动时，上述伪回波生成单元实施抽头系数的初始化或衰减处理。

6.根据权利要求1所述的回波抵消器，其特征在于，在已到来的上述延迟时间信息的值中存在变动时，上述伪回波生成单元使用过去的送话信号、和与变动后的延迟时间信息相对应的过去的受话信号来实施系数更新，参照变动后的延迟时间信息来实施当前时刻的伪回波信号的生成以及系数更新。

7.根据权利要求1所述的回波抵消器，其特征在于，该回波抵消器还具有不当系数检测单元，该不当系数检测单元根据送受话状态、受话信号能量、回波消除量来判定抽头系数是否为不适当，

在上述不当系数检测单元检测出抽头系数为不适当时，上述伪回波生成单元对抽头系数进行初始化。

8.根据权利要求1所述的回波抵消器，其特征在于，该回波抵消器还具有：

送话频带限制单元，其限制送话信号的频带而提供给上述平滑送话信号计算单元；以及

受话频带限制单元，其限制受话信号的频带而提供给上述平滑受话信号计算单元。

9.根据权利要求8所述的回波抵消器，其特征在于，上述伪回波生成单元使用被上述送话频带限制单元限制频带后的送话信号以及被上述受话频带限制单元限制频带后的受话信号，来实施上述伪回波信号的生成以及抽头系数的更新。

10.根据权利要求9所述的回波抵消器，其特征在于，上述回波消除单元具有：

第1加法部，其从送话信号中减去被上述送话频带限制单元限制频带后的送话信号；

衰减部，在上述更新信息指示更新时，该衰减部使上述第1加法部的输出信号衰减；

第2加法部，其从被上述送话频带限制单元限制频带后的送话信号中减去从上述伪回波生成单元输出的上述伪回波信号；以及

第3加法部，其对上述衰减部的输出信号和上述第2加法部的输出信号进行相加，并作为回波消除后的信号而输出。

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