JP2001148644A - エコーキャンセラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 エコーキャンセラにおいて、適応フィルタを
最適化する学習精度を向上させる。 【解決手段】 ディジタル化されたマイク入力信号に白
色雑音発生器９からの白色雑音信号が加算器１０にて重
畳されて参照入力信号Ｘとなって参照入力信号バッファ
３に入力される。時刻ｊにおける適応フィルタ係数４内
の適応フィルタ係数Ｐｊ（ｉ）と、参照入力信号バッフ
ァ３内の値ｘｊ（ｉ）とが積和演算部５で積和演算さ
れ、時刻ｊにおける擬似エコー信号Ｙｊが生成される。
Ａ／Ｄ変換器６より出力されるエコー信号ｙｊから擬似
エコー信号Ｙｊが減算器７において減算されて時刻ｊに
おける除去誤差信号ｅｊが算出される。時刻ｊにおける
除去誤差信号ｅｊ、適応フィルタ係数Ｐｊ（ｉ）、参照
入力信号バッファ３内の値ｘｊ（ｉ）に基づいて係数更
新部８で適応フィルタ係数Ｐｊ＋１（ｉ）が更新され、
時刻ｊ＋１における適応フィルタ係数とされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は例えばエハンズフ
リー電話やテレビ会議等で利用されるエコーキャンセラ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ハンズフリー電話機やテレビ会議
システム等においては、側音やエコーを防ぐためにエコ
ーキャンセラが用いられている。該エコーキャンセラに
おいては、通話路のエコーパスを推定することによって
擬似エコーを作成し、それをその通話路に送られるエコ
ー信号から差し引くことにより、エコー及び側音を除去
するが、前記エコーパスの推定は、擬似エコー信号を発
生する適応フィルタの適応フィルタ係数を学習により最
適化することによって行われる。そして、エコーパスの
推定アルゴリズムとしては、演算量の比較的少ない学習
同定法が広く用いられている。

【０００３】図２に従来のエコーキャンセラの概略構成
を示すと共にその動作について説明する。

【０００４】エコーキャンセラ１では、先ず、エコー信
号ｙ、擬似エコー信号Ｙ、適応フィルタ係数、参照入力
信号バッファ内の値ｘ、除去誤差信号ｅ等が初期化され
る。

【０００５】そして、Ａ／Ｄ変換器２によってディジタ
ル化されたマイク入力信号がサンプリングされて参照入
力信号Ｘとして参照入力信号バッファ３に入力される。

【０００６】ついで、時刻ｊにおける、適応フィルタ係
数４内の適応フィルタ係数Ｐｊ（ｉ）と、参照入力信号
Ｘすなわち参照入力信号バッファ３内の値ｘｊ（ｉ）と
が積和演算部５で数１に示すように積和演算され、時刻
ｊにおける擬似エコー信号Ｙｊが生成される。尚、適応
フィルタ係数４と係数更新部８とで適応フィルタが構成
されている。

【０００７】

【数１】

【０００８】そして、Ａ／Ｄ変換器６より出力されるエ
コー信号ｙｊから擬似エコー信号Ｙｊが減算器７におい
て数２に示すように減算されて、時刻ｊにおける除去誤
差信号ｅｊが算出される。

【０００９】

【数２】

【００１０】その後、時刻ｊにおける、除去誤差信号ｅ
ｊ、適応フィルタ係数Ｐｊ（ｉ）、参照入力信号Ｘすな
わち参照入力信号バッファ３内の値ｘｊ（ｉ）に基づい
て、係数更新部８で数３に示すように適応フィルタ係数
Ｐｊ＋１（ｉ）が更新され、時刻ｊ＋１における適応フ
ィルタ係数とされる。

【００１１】

【数３】

【００１２】上述の処理を繰り返すことによって、適応
フィルタ係数が更新されていく。

【００１３】尚、前記数１〜数３において、ｙｊは時刻
ｊにおけるエコー信号、Ｙｊは時刻ｊにおける擬似エコ
ー信号、Ｐｊ（ｉ）は時刻ｊにおける適応フィルタのｉ
番目の遅延素子の係数、ｘｊ（ｉ）は時刻ｊにおける参
照入力信号バッファのｉ番目の値、ｅｊは時刻ｊにおけ
る除去誤差信号、Ｎは適応フィルタのタップ数、μはス
テップゲインと呼ばれる緩和係数である。後述する本発
明の実施の形態においても同様である。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上述のエコーキャンセ
ラ１による適応フィルタ係数を更新する動作では、適応
フィルタ係数を更新する過程において、参照入力信号ベ
クトルのノルムによって正規化するので、音声信号の周
波数成分の偏りによって、周波数成分の少ない周波数領
域の学習精度が劣化する。尚、参照入力信号ベクトルと
は、参照入力信号バッファ３内の値をベクトルとしてと
らえたものである。

【００１５】上記の従来のエコーキャンセラの問題点に
ついて、図３（ａ）（ｂ）及び図４（ａ）（ｂ）に基づ
いて説明する。

【００１６】先ず、図３（ａ）（ｂ）は、前記図２に示
す構成において、マイク入力信号として白色雑音を入力
した場合の従来のエコーキャンセラの動作を説明するた
めの図である。図３（ａ）は、マイク入力信号として白
色雑音を用いたときのエコーパスの周波数分布を示して
おり、そして図３（ｂ）は、前記図３（ａ）の如きエコ
ーパスを従来のエコーキャンセラにて推定（適応フィル
タのフィルタ係数を学習によって最適化）した場合のフ
ィルタ特性を示している。尚、前記図３（ａ）におい
て、エコーパスは電話回線における音声帯域を対象とし
たバンドパスフィルタがかかっているため、同図の如く
周波数方向において両端の信号レベルが下がっている。

【００１７】各図から明らかなように、マイク入力信号
が白色雑音のように広帯域に亘る信号の場合は、広帯域
に亘ってフィルタ係数の最適化が行われており、マイク
入力信号（この例では白色雑音）がエコーとして戻って
きても十分に除去できることがわかる。

【００１８】一方、図４（ａ）（ｂ）は、前記図２に示
す構成において、マイク入力信号に帯域制限された白色
雑音を用いた場合の、従来のエコーキャンセラの動作を
説明するための図である。図４（ａ）は、マイク入力信
号として用いる帯域制限（前記の電話回線における音声
帯域を対象としたバンドパスフィルタの帯域幅よりも狭
い）された白色雑音の周波数分布を示しており、そし
て、図４（ｂ）は、前記図４（ａ）に示した周波数特性
を有する白色雑音を用いて、従来のエコーキャンセラに
て前記図３と同一のエコーパスを推定（適応フィルタ係
数を学習によって最適化）した場合のフィルタ特性を示
している。

【００１９】各図から明らかなように、マイク入力信号
が白色雑音を帯域制限した信号のように特定の帯域に偏
る信号の場合は、その帯域以外の部分（矢印Ａ、Ｂの部
分を参照）ではエコーキャンセラの学習（フィルタ係数
の最適化）が十分でなく、マイク入力信号（この例では
帯域制限された白色雑音）がエコーとして戻ってきた場
合に、これを十分に除去すことができないことがわか
る。

【００２０】このように、従来のエコーキャンセラで
は、通話音声（即ち、周波数成分に偏りがある）を用い
てエコーパスの推定を行うことになるので、十分に学習
を行った場合でもハウリングが発生する場合があった。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め本発明では、ディジタル化された入力信号を利用して
適応フィルタの適応フィルタ係数を更新してエコー信号
を除去するエコーキャンセラにおいて、前記入力信号に
雑音信号を重畳する雑音信号重畳手段と、前記雑音信号
が重畳された入力信号を参照入力信号とし、該参照入力
信号と前記適応フィルタ係数とに基づいて、擬似エコー
信号を生成する擬似エコー信号生成手段と、エコー信号
及び前記擬似エコー信号に基づいて除去誤差信号を得る
除去誤差信号算出手段と、前記除去誤差信号及び前記参
照入力信号に基づいて前記適応フィルタの適応フィルタ
係数を更新する係数更新手段とを備えたことを特徴とす
る。

【００２２】また本発明では、前記雑音信号重畳手段
は、前記入力信号に白色雑音信号を重畳することを特徴
とする。

【００２３】また本発明では、前記雑音信号重畳手段
は、前記入力信号にＭ系列乱数による擬似白色雑音信号
を重畳することを特徴とする。

【００２４】また本発明では、前記雑音信号重畳手段
は、前記入力信号に所定レベル以下の雑音信号を重畳す
ることを特徴とする。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
一実施形態について詳述する。

【００２６】図１に本発明のエコーキャンセラの構成を
示す。本発明のエコーキャンセラは、前記図２に示した
従来のエコーキャンセラに、白色雑音信号を発生する白
色雑音発生器９及び、該白色雑音発生器９からの白色雑
音信号をＡ／Ｄ変換器２を介して入力されるマイク入力
信号に重畳する加算器１０とを加えたものであり、それ
以外の構成については従来のエコーキャンセラと同様で
あるので同一の符号を付し、その詳細な説明は割愛す
る。尚、該白色雑音発生器９からの白色雑音信号は、本
発明のエコーキャンセラを電話機に搭載した場合では、
おおむね電話回線で取り扱う周波数帯域に分布していれ
ばよく、よって電話回線で取り扱わない帯域を帯域制限
をかけてカットしていてもよいことは、発明の主旨から
も明らかである。

【００２７】続いて本発明のエコーキャンセラの動作に
ついて説明する。

【００２８】先ず、エコー信号ｙ、擬似エコー信号Ｙ、
適応フィルタ係数、参照入力信号バッファ３内の値ｘ、
除去誤差信号ｅ等が初期化される。

【００２９】そして、Ａ／Ｄ変換器２によってディジタ
ル化されたマイク入力信号がサンプリングされ、さらに
白色雑音発生器９からの所定レベルの白色雑音信号が加
算器１０にて重畳されて参照入力信号Ｘとなり、該参照
信号Ｘは参照入力信号バッファ３に入力される。

【００３０】尚、白色雑音発生器９からの白色雑音は、
エコーキャンセラの動作中は常に出力されているが、会
話に支障が無い程度の低い所定レベルに保たれている。
また、重畳する白色雑音信号は、雑音信号をディジタル
データとして予め用意したものでもよいし、所謂Ｍ系列
乱数（M-sequence random numbers）による擬似雑音信
号を発生させて重畳するようにする等、種々の構成が考
えられる。

【００３１】ついで、時刻ｊにおける、適応フィルタ４
内の適応フィルタ係数Ｐｊ（ｉ）と、参照入力信号Ｘす
なわち参照入力信号バッファ３内の値ｘｊ（ｉ）とが積
和演算部５で前記数１に示すように積和演算され、時刻
ｊにおける擬似エコー信号Ｙｊが生成される。

【００３２】そして、Ａ／Ｄ変換器６より出力されるエ
コー信号ｙｊから擬似エコー信号Ｙｊが減算器７におい
て前記数２に示すように減算されて、時刻ｊにおける除
去誤差信号ｅｊが算出される。

【００３３】その後、時刻ｊにおける、除去誤差信号ｅ
ｊ、適応フィルタ係数Ｐｊ（ｉ）、参照入力信号Ｘすな
わち参照入力信号バッファ３内の値ｘｊ（ｉ）に基づい
て、係数更新部８で前記数３に示すように適応フィルタ
係数Ｐｊ＋１（ｉ）が更新され、時刻ｊ＋１における適
応フィルタ係数とされる。

【００３４】上述の処理を繰り返すことによって、適応
フィルタ係数が更新されていく。

【００３５】

【発明の効果】以上、詳述した如く本発明に依れば、デ
ィジタル化された入力信号を利用して適応フィルタの適
応フィルタ係数を更新してエコー信号を除去するエコー
キャンセラにおいて、前記入力信号に雑音信号を重畳す
る雑音信号重畳手段と、前記雑音信号が重畳された入力
信号を参照入力信号とし、該参照入力信号と前記適応フ
ィルタ係数とに基づいて、擬似エコー信号を生成する擬
似エコー信号生成手段と、エコー信号及び前記擬似エコ
ー信号に基づいて除去誤差信号を得る除去誤差信号算出
手段と、前記除去誤差信号及び前記参照入力信号に基づ
いて前記適応フィルタの適応フィルタ係数を更新する係
数更新手段とを備えたので、適応フィルタの適応フィル
タ係数を更新する際の学習精度が向上し、ハウリング等
の問題が発生しない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエコーキャンセラの構成を示す回路ブ
ロック図である。

【図２】従来のエコーキャンセラの構成を示す回路ブロ
ック図である。

【図３】従来のエコーキャンセラの動作を説明するため
のグラフである。

【図４】従来のエコーキャンセラの動作を説明するため
のグラフである。

【符号の説明】

１ エコーキャンセラ ２ Ａ／Ｄ変換器 ３ 参照入力信号バッファ ４ 適応フィルタ係数 ５ 積和演算部 ６ Ａ／Ｄ変換器 ７ 加算器 ８ 係数更新部 ９ 白色雑音発生器 １０ 加算器

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディジタル化された入力信号を利用して
   適応フィルタの適応フィルタ係数を更新してエコー信号
   を除去するエコーキャンセラにおいて、 前記入力信号に雑音信号を重畳する雑音信号重畳手段
   と、 前記雑音信号が重畳された入力信号を参照入力信号と
   し、該参照入力信号と前記適応フィルタ係数とに基づい
   て、擬似エコー信号を生成する擬似エコー信号生成手段
   と、 エコー信号及び前記擬似エコー信号に基づいて除去誤差
   信号を得る除去誤差信号算出手段と、 前記除去誤差信号及び前記参照入力信号に基づいて前記
   適応フィルタの適応フィルタ係数を更新する係数更新手
   段とを備えたことを特徴とするエコーキャンセラ。
2. 【請求項２】 前記雑音信号重畳手段は、前記入力信号
   に白色雑音信号を重畳することを特徴とする請求項１記
   載のエコーキャンセラ。
3. 【請求項３】 前記雑音信号重畳手段は、前記入力信号
   にＭ系列乱数による擬似白色雑音信号を重畳することを
   特徴とする請求項１記載のエコーキャンセラ。
4. 【請求項４】 前記雑音信号重畳手段は、前記入力信号
   に所定レベル以下の雑音信号を重畳することを特徴とす
   る請求項１記載乃至請求項３記載のエコーキャンセラ。
5. 【請求項５】 前記請求項１乃至４記載のエコーキャン
   セラを備えた電話機。