JP2001523921A - 可変適応利得設定を有するデュアルｈアーキテクチャを利用するエコーキャンセラ - Google Patents

可変適応利得設定を有するデュアルｈアーキテクチャを利用するエコーキャンセラ

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JP2001523921A
JP2001523921A JP2000521628A JP2000521628A JP2001523921A JP 2001523921 A JP2001523921 A JP 2001523921A JP 2000521628 A JP2000521628 A JP 2000521628A JP 2000521628 A JP2000521628 A JP 2000521628A JP 2001523921 A JP2001523921 A JP 2001523921A
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echo
adaptive gain
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adaptive
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JP2000521628A
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ピー． ラバーテュークス，ケネス
シー． ヤンス，リチャード
イー． デューン，ブルース
エス． ファーレル，デビット
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テラブス オペレーションズ，インコーポレイティド
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    • H04M9/082—Two-way loud-speaking telephone systems with means for conditioning the signal, e.g. for suppressing echoes for one or both directions of traffic using echo cancellers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04B3/00—Line transmission systems
    • H04B3/02—Details
    • H04B3/20—Reducing echo effects or singing; Opening or closing transmitting path; Conditioning for transmission in one direction or the other
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  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)

Abstract

(57)【要約】 高感度ダブルトーク検出を提供する、エコーキャンセラ・システムで使用されるエコーキャンセラ回路が示される。エコーキャンセラ回路は、呼の間に発生するエコー応答をシミュレートする適応タップ係数を有する第２デジタル・フィルタを備えている。第２デジタル・フィルタの適応タップ係数は、適応利得ａを有する最小平均二乗処理を使用して呼の持続時間を通じて更新される。チャネル条件検出器が使用され、呼の間のチャネル条件を検出する。チャネル条件検出器は検出されたチャネル条件に応答して、呼の間に適応利得ａを変化させる。例えば、チャネル条件検出器はダブルトーク条件の存在を検出し適応利得ａを０に設定する。同様に、チャネル条件検出器は高背景雑音条件の発生を検出し、適応利得ａを背景雑音の検出されたレベルに応じた１より小さい値に設定する。他の同様のチャネル条件及び対応する適応利得設定も同様に使用される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 関連出願の相互参照 本出願と同じ日付で出願された以下の出願は、引用によって本出願の記載に援
用する。ＵＳＳＮ＿＿＿、（代理人事件整理番号Ｎｏ．１１７２４ＵＳ０１）、
「改良型係数転送を有するデュアルＨアーキテクチャを利用するエコーキャンセ
ラ」、ＵＳＳＮ＿＿＿、（代理人事件整理番号Ｎｏ．１１９９８ＵＳ０１）、「
改良型ダブルトーク検出を有するデュアルＨアーキテクチャを利用するエコーキ
ャンセラ」、ＵＳＳＮ＿＿＿、（代理人事件整理番号Ｎｏ．１１９９９ＵＳ０１
）、「改良型非線形エコー経路検出を有するデュアルＨアーキテクチャを利用す
るエコーキャンセラ」、ＵＳＳＮ＿＿＿、（代理人事件整理番号Ｎｏ．１２００
１ＵＳ０１）、「改良型非線形プロセッサを有するデュアルＨアーキテクチャを
利用するエコーキャンセラ」、ＵＳＳＮ＿＿＿、（代理人事件整理番号Ｎｏ．１
２００２ＵＳ０１）、「分割適応利得設定を有するデュアルＨアーキテクチャを
利用するエコーキャンセラ」。
【０００２】 連邦政府の後援による研究または開発に関する供述 該当せず 発明の背景 長距離電話施設は普通、異なった市内交換区域の中継局間の４線式伝送回線と
、個々の加入者を中継局と接続する各区域内の２線式回線とを備えている。異な
った交換区域の加入者間の呼は、各区域の２線式回線と区域間の４線式回線を通
じて伝えられ、２線式及び４線式回線間の音声エネルギーの変換はハイブリッド
回路によって達成される。理想的には、ハイブリッド回路入力ポートは２線式及
び４線式回線のインピーダンスに完全に整合し、その平衡ネットワーク・インピ
ーダンスは２線式回線のインピーダンスに完全に一致する。この場合、１つの交
換区域から他の交換区域に伝送された信号が元の区域にエコーとして反射または
戻ってくることはない。残念ながら、異なった２線式及び４線式回線間に本質的
に存在するインピーダンスの差のためと、音声帯域の各周波数でインピーダンス
を整合しなければならないため、与えられたハイブリッド回路が個々の２線式及
び４線式伝送回線のインピーダンスに完全に整合することはほぼ不可能である。
従って、エコーは長距離電話システムの特徴的な部分である。
【０００３】 望ましくないものではあるが、エコー経路の時間遅延が例えば約４０ミリ秒未
満といった比較的短いものである限り、エコーは電話システムにおいて許容でき
る。しかし、さらに長いエコー遅延は遠端話者の気を散らし完全に混乱させるの
で、それを許容できるレベルまで低減するため、経路の各端方向のエコーキャン
セラを利用することがあるが、これはそれがなければ遠端話者に戻ってくるであ
ろうエコーを打ち消すものである。周知のように、エコーキャンセラは４線式回
線の受信チャネル上の信号を監視し、伝送チャネルを通じて戻ってくると予想さ
れる実際のエコーの推定を生成する。次にエコー推定が伝送チャネルの減算回路
に与えられ、実際のエコーを除去または少なくとも低減する。
【０００４】 最も単純な形態では、エコー推定の生成は、受信チャネル上で信号の個別のサ
ンプルを得るステップと、サンプルをシステムのインパルス応答と畳み込むステ
ップと、その後適当な時点で結果として得られた生成物すなわちエコー推定を伝
送チャネル上の実際のエコーから減算するステップとを含む。実際には、エコー
推定の生成はそれほど簡単ではない。
【０００５】 伝送回線は、全く抵抗性のものを除いて、振幅、位相振幅及び位相分散特性を
有するインパルス応答を示すが、位相シフトと振幅減衰は周波数と共に変化する
ため、これらは周波数に依存する。このため、エコー推定を生成する適切な既知
の技術は、エコー経路で予想される実際のエコーを適度に表すエコー推定を得る
ために、畳み込み処理を通じてエコーを発生する信号の複数のサンプルとシステ
ムのインパルス応答のサンプルを操作するステップを考慮する。こうしたシステ
ムの１つが図１に示される。
【０００６】 図１に示されるシステムでは、遠隔電話システムからの遠端信号ｘが伝送路１
０で市内受信される。前に述べた市内システムの欠陥のため、信号ｘの一部は市
内電話システムからの信号ｖと共に伝送路15で遠隔サイトにエコーバックされる
。エコー応答はここでは次の等式に対応する信号ｓとして示される。 ここでｈはエコー特性のインパルス応答である。すなわち、近端から遠端に送
信される信号は、エコー打ち消しがない場合信号ｙであるが、これは電話信号ｖ
とエコー信号ｓの合計である。この信号は図１の伝送路15のｙとして示される。
【０００７】 信号ｙからエコー信号成分ｓを低減及び／または除去するため、図１のシステ
ムは、インパルス・エコー応答ｈの推定であるインパルス応答フィルタ／ｈ（こ
れ以降図１に示されているようなｈバーの代りに／ｈと表記する）を有するエコ
ーキャンセラを使用する。すなわち、エコー信号ｓの推定を表す別の信号／ｓ（
これ以降図１に示されているようなｓバーの代りに／ｓと表記する）が次の等式
によりエコーキャンセラによって生成される。
【０００８】 ／ｓ＝／ｈ* x エコーキャンセラはエコー推定信号／ｓを信号ｙから減算して伝送路20の信号
ｅを生成するが、これが遠端電話システムに戻る。すなわち信号ｅは次の等式に
対応する。 ｅ＝ｓ＋ｖ−／ｓ≒ｖ すなわち、遠端局に戻る信号は近端電話システムの信号ｖによって決定される
。エコー・インパルス応答／ｈが実際のエコー応答ｈに密接に相関するほど、ｓ
バー（ｓ−ｂａｒ）はｓに密接に近似するので、信号ｅのエコー信号成分ｓの大
きさはさらに十分に低減される。
【０００９】 エコー・インパルス応答モデル／ｈは、インパルス応答＾ｈ（これ以降図２に
示されているようなｈハットの代りに＾ｈと表記する）を有する適応デジタル・
フィルタによって置換される。一般に、こうした適応応答フィルタのタップ係数
は、正規化最小平均二乗適応として知られる技術を使用して見つけられる。 この適応エコーキャンセラ・アーキテクチャは、エコー経路応答ｈの変化に容
易に適応する能力を有するエコーキャンセラを提供するが、「ダブルトーク」（
double talk)（エコーキャンセラから見て決められるように遠端の話者と近端の
話者の両方が同時に話す時に発生する条件）が存在する場合、最適状態に及ばな
いエコー打ち消し応答を大変発生しやすい。
【００１０】 ダブルトーク条件に対するこの敏感さを低減するため、１つのエコーキャンセ
ラで非適応応答と適応応答両方のフィルタを使用することが提案されている。こ
うしたエコーキャンセラの１つが、1974年１月22日オチアイ（Ochiai）他に対し
て発行されたUSPN3,787,645 で説明されている。このエコーキャンセラは現在一
般にデュアルＨエコーキャンセラと呼ばれている。
【００１１】 '645特許のデュアルＨエコーキャンセラ・アーキテクチャは単一フィルタ応答
アーキテクチャの使用に対する大きな改善を提供したが、'645特許は多くの点で
欠陥があり、実際のエコーキャンセラ・システムでこのデュアルＨアーキテクチ
ャの使用を最適化するにはいくつかの教示が不足している。例えば、本発明者の
認識によれば、適応フィルタのタップ係数を適応させるために使用される適応利
得は、いくつかの検出された条件に基づいて変化させる必要がある。こうした条
件には、ダブルトーク、非線形エコー応答経路、高背景雑音条件等が含まれる。
本発明者は、上記のデュアルＨアーキテクチャに関連する問題を認識し、こうし
た条件に対する解決法を提供している。
【００１２】 発明の概要 高感度ダブルトーク検出を提供する、エコーキャンセラ・システムで使用され
るエコーキャンセラ回路が示される。エコーキャンセラ回路は、呼の間に発生す
るエコー応答をシミュレートする適応タップ係数を有する第２デジタル・フィル
タを備えている。第２デジタル・フィルタの適応タップ係数は、適応利得ａを有
する最小平均二乗処理を使用して呼の持続時間を通じて更新される。チャネル条
件検出器が使用され、呼の間のチャネル条件を検出する。チャネル条件検出器は
検出されたチャネル条件に応答して、呼の間に適応利得ａを変化させる。例えば
、チャネル条件検出器はダブルトーク条件の存在を検出し適応利得ａを０に設定
する。同様に、チャネル条件検出器は高背景雑音条件の発生を検出し、適応利得
ａを背景雑音の検出されたレベルに応じた１より小さい値に設定する。他の同様
のチャネル条件及び対応する適応利得設定も同様に使用される。
【００１３】 発明の詳細な説明 図２は、本発明を実現する際使用するのに適したデュアルｈエコーキャンセラ
の１つの実施形態を示す。示されるように、一般に25で示されるエコーキャンセ
ラには、エコー応答ｈをモデル化するために非適応フィルタ／ｈと適応フィルタ
＾ｈの両方が含まれる。フィルタ／ｈと＾ｈは各々好適には、各々対応するタッ
プ係数を有する複数のタップを備えるディジタル有限インパルス応答（FIR ）フ
ィルタとして実現される。各FIR フィルタの持続時間は、エコーキャンセラ25が
配置されるチャネルのエコー応答の持続時間に十分に及ぶものである。
【００１４】 非適応フィルタ／ｈの出力は伝送路30で得られ、適応フィルタ＾ｈの出力は伝
送路35で得られる。伝送路30及び35の各信号は伝送路40の信号プラス・エコーか
ら減算され、それぞれ伝送路50及び55のエコー補償信号を生成する。 転送制御装置65が使用され、フィルタ／ｈのタップ係数を置換するためにフィ
ルタ＾ｈのタップ係数を転送する。示されるように、転送制御装置65は多数のシ
ステム入力信号を受信するよう接続されている。本発明に関連して特に重要なこ
とだが、転送制御装置65は信号プラス・エコー応答ｙと、それぞれ伝送路50及び
55の各エコーキャンセラ信号／ｅ及び＾ｅ（これ以降図２に示されているような
ｅバーまたはｅハットの代りに／ｅまたは＾ｅと表記する）を受信する。転送制
御装置65は好適には、エコーキャンセラ25を実現するために使用される１つかそ
れ以上のデジタル信号プロセッサのソフトウェアで実現される。
【００１５】 上記で示したように、当該技術は＾ｈから／ｈへのタップ係数の転送が発生す
る方法と条件に関連する教示がかなり不足している。本発明者は新しい方法と、
新しいエコーキャンセラを実現しているが、そこでは選択された基準が満たされ
た時だけタップ係数転送が転送制御装置65によってなされる。結果として得られ
るエコーキャンセラ25は、ダブルトーク感受性が減少しダブルトーク検出能力が
増大している点で大きな利点を有する。さらに、それは推定／ｈの単調な改善を
保証する。
【００１６】 上記のシステムはエコー反射減衰量エンハンスメント（ERLE）として知られる
パラメータを使用してシステム性能を測定及び追跡する。転送制御装置65が＾ｈ
から／ｈへのタップ係数の転送を行うかに関する決定では２つのERLEパラメータ
値が使用される。第１のパラメータ／Ｅ（これ以降図３の85に示されているよう
なＥバーの代りに／Ｅと表記する）は次のように定義される。
【００１７】 ／Ｅ＝ｙ／（／ｅ） 同様に、パラメータ＾Ｅ（これ以降図３の95に示されているようなＥハットの
代りに＾Ｅと表記する）は次のように定義される。 ＾Ｅ＝ｙ／（＾ｅ） 各値＾Ｅ及び／Ｅはあらかじめ決められた数のサンプルについて平均され、転
送決定のためシステムで使用される平均された＾Ｅ及び／Ｅの値が得られる。
【００１８】 図３は、パラメータ＾Ｅ及び／Ｅを使用してフィルタ＾ｈから／ｈへのタップ
係数転送を制御するエコーキャンセラ25を実現する１つの方法を示す。示される
ように、エコーキャンセラ25は、呼の初期部分の間、ステップ80で、係数のデフ
ォルト／ｈ集合を提供する。／ｈに対するタップ係数値が設定された後、ステッ
プ85で／Ｅの測定がなされ、フィルタ／ｈのタップ係数値の性能が測定される。
【００１９】 ステップ80及び85の初期化シーケンスの後、またはそれと同時に、エコーキャ
ンセラ25は＾ｈの係数の適応を開始及び継続し、システム全体のエコー応答ｈを
さらに十分に一致させる。図３に示されているように、この操作はステップ90で
行われる。好適には、適応は正規化最小平均二乗法を使用してなされるが、他の
適応方法（例えば、LMS 及びRLS ）も使用される。
【００２０】 ある期間、好適にはあらかじめ決められた最小期間の経過後、エコーキャンセ
ラ25はステップ95で＾Ｅの測定を行う。好適には、この測定は平均測定である。
ステップ100 では、エコーキャンセラ25は＾Ｅの値を／Ｅの値と比較する。＾Ｅ
の値が／Ｅの値より大きければ、ステップ105 でフィルタ＾ｈのタップ係数が転
送され、フィルタ／ｈのタップ係数を置換する。しかし、この基準が満たされな
い場合、エコーキャンセラ25はステップ90で適応フィルタ＾ｈの係数の適応を継
続し、ステップ95で＾Ｅの値を定期的に測定し、条件が満たされるまでステップ
100 で比較を行う。
【００２１】 ＾Ｅが／Ｅより大きいことをエコーキャンセラ25が見つけると、上記で示され
た転送が行われる。さらに、エコーキャンセラ25は＾Ｅの値をＥmax として保存
する。この操作は図３のステップ110 で示される。すなわち、Ｅmax は、呼の持
続時間を通じて発生するERLEの最大値であり、そこで転送が行われる。この値は
、＾Ｅと／Ｅの比較に加えて後でさらに使用され、＾ｈのタップ係数が転送制御
装置65によって転送され／ｈのタップ係数を置換するかどうかを制御する。この
さらなる処理は図３のステップ115 、120 及び125 で示される。各々の場合で、
タップ係数転送は、１）＾Ｅが現在の／Ｅより大きい、２）＾Ｅが呼の過程で使
用された以前のどの／Ｅの値より大きいという２つの条件の両方を満たす時だけ
行われる。（＾ＥはＥmax より大きい）２つの基準が満たされる都度、エコーキ
ャンセラ25の転送制御装置65はタップ係数転送を実行し、今後の比較のために前
のＥmax の値を現在の＾Ｅの値で置換する。
【００２２】 ＾Ｅが、係数転送が行われる前の呼の過程を通じて使用されるどの／Ｅの値よ
り大きいことを要求することは、２つの有益かつ望ましい効果を有する。第１に
、各転送はエコー経路応答のより良好な推定でフィルタの前のタップ係数を置換
することが多くなる。第２に、この転送要求はエコーキャンセラ・システムのダ
ブルトーク保護を向上させる。ダブルトーク時に正のERLE ＾Ｅを有することは
可能であるが、ダブルトーク時に＾ＥがＥmax より大きい確率は、Ｅmax の値が
増大するに連れて減少する。従って、ダブルトーク時の望ましくない係数転送は
、呼の持続時間を通じてＥmax の値が増大するに連れてますます起こりにくくな
る。
【００２３】 エコーキャンセラ25はＥmax の値に上部境界と下部境界の両方を課すことがあ
る。例えば、Ｅmax は６dBの下部境界値と24dBの上部境界値を有することがある
。下部境界の目的はダブルトーク条件時の通常の転送を防止することである。音
声入力を使用するシミュレーションで示されているところでは、ダブルトーク時
、６dBを越える値のERLEは非常に低い確率の事象であった。Ｅmax の上部境界は
、Ｅmax をさらなる転送が不可能となる値に設定することによる誤った高度な測
定を防止するために使用される。
【００２４】 Ｅmax の値は、例えば、各呼の開始時には下部境界値に設定すべきである。こ
れを行わない場合、新しい呼に対するエコーキャンセラ25のエコーキャンセラ応
答が前の呼の終了時に存在した応答の品質を越えるまで、新しい呼でのタップ係
数転送が妨げられる。しかし、この基準が次の呼の間に満たされないことがあり
、その場合エコーキャンセラ25は準最適なタップ係数値を使用して動作すること
になる。Ｅmax をさらに低い値に再設定することでタップ係数転送が行われる可
能性は増大し、／ｈフィルタが新しい呼のエコー経路応答にさらに密接に対応す
るエコー打ち消しのためのタップ係数を使用することを確保する助けになる。
【００２５】 Ｅmax 値の変化を実現する１つの方法が、図４のエコーキャンセラ動作流れ図
で示される。＾ＥがＥmax より大きいということ以外の全ての転送条件が満たさ
れ、この条件があらかじめ決められた持続時間の間残っている場合、エコーキャ
ンセラ25はＥmax 値を、例えば下部境界値に再設定する。図４に示される例の動
作では、エコーキャンセラ25はステップ140 で＾ＥがＥmax の下部境界より大き
いかを決定し、ステップ145 でＥmax の値より小さいかを決定する。ステップ15
0 で決定されるようにこれらの両方の条件があらかじめ決められた期間真であり
、かつ他の全ての転送基準が満たされている場合、ステップ155 でエコーキャン
セラ25はＥmax 値をさらに低い値に再設定する。このようにＥmax 値を下げるこ
とでその後のタップ係数転送の可能性が増大する。
【００２６】 Ｅmax の下部及び上部境界に、それぞれ６dB及び24dB以外の値を選択すること
も本システムで可能である。６dBより小さいＥmax の下部境界を選択すると再設
定操作または新しい呼の後タップ係数転送は比較的迅速になるが、ダブルトーク
保護はある程度犠牲になる。しかし、６dBより大きい値はより長い期間タップ係
数転送を抑制するが、エコーキャンセラのダブルトーク耐性を向上させる。同様
に、Ｅmax が再設定される前のあらかじめ決められた待機時間の値を変化させる
ことも、エコーキャンセラの性能を微調整するために使用される。あらかじめ決
められた待機時間Ｔが短くなると再収束転送は高速になるが、ダブルトーク耐性
はある程度犠牲になる。あらかじめ決められた待機時間の値が大きくなることに
ついて逆のことが言える。
【００２７】 上記のエコーキャンセラ・システムのさらに別の修正は、タップ係数転送の瞬
間Ｅmax として保存された値に関する。転送の瞬間の＾Ｅの値に等しくＥmax を
設定する代わりに、Ｅmax が＾Ｅから一定の値（例えば１、３、または６dB）を
減算した値に等しい値に設定されることがある。しかし、Ｅmax 値がＥmax の下
部境界値より低い値に設定されることは決してない。さらに、新しく緩和された
Ｅmax はＥmax の前の値より小さくないという、さらなる条件が課されることも
ある。上記のＥmax 値の「緩和」は発生する転送の数を増大し、さらに、＾Ｅが
／Ｅより大きいという条件に決定を行う際の重みを提供する。エコーキャンセラ
係数転送処理の操作に関するさらなる詳細が示され、「改良型タップ係数転送を
有するエコーキャンセラ」と題された同時係属特許出願（代理人事件整理番号 N
o. ）が本出願と同じ日付で出願されている。
【００２８】 好適には、適応フィルタ＾ｈは正規化最小平均二乗（NLMS）適応処理を使用し
てタップ係数を更新する。この処理によれば、係数は、以下の等式によって各タ
ップm=0,1,...,N-1 に対する各時間ｎにおいて適応される。 m=0,1,...,N-1 について
【００２９】
【数１】
【００３０】 ここで＾ｈn (m) はエコーキャンセラのｍ番目のタップであり、ｘn は時間ｎ
における遠端信号であり、ｅn は時間ｎの適応誤差であり、ａn は時間ｎにおけ
る適応利得である。 上記の適応処理は、０＜ａn ＜２の場合、平均二乗の意味でエコー経路応答ｈ
の正しい解に収束する。最も早い収束はａ＝１の時発生する。しかし、０＜ａ≦
１の場合、ｈへの収束の速度は定常状態性能との兼ね合いになる。
【００３１】 図５は、フィルタ応答に対する適応利得の影響を概念化するために提供される
。図５のグラフには、＾ｈとｈの間の平均二乗誤差として定義され、Ｖ次元のボ
ウル（bowl) となる誤差性能表面185 が含まれる。ボウルの各点は、各々の対応
する＾ｈ（長さＮの）に対する平均二乗誤差に対応する。ボウルの底部は最小平
均二乗誤差を生じる＾ｈ、すなわちｈである。NLMS処理は、矢印190 によって示
されるように、性能表面の底部で＾ｈをｈの方向に二者択一的に移動させる。ａ
＝１の時、＾ｈは最も急速にボウルの底部に移動するが、底部に到達すると、適
応処理はボウルの底部の真のｈ付近で＾ｈをはね返らせ続ける、すなわちＥ［＾
ｈ］＝ｈであるが＾ｈ≠ｈである。小さいａが使用される場合、定常状態誤差は
小さくなる（＾ｈはｈの近くに留まる）が、各ステップが小さくなるにつれ、＾
ｈがボウルの底部に下降するのに必要な時間が長くなる。
【００３２】 場合によっては、本発明者が認識しているように、性能表面が一時的に変化す
ることがある。こうした状況では、以下のこうした変化から＾ｈを抑圧するのが
望ましくなる。これは各シナリオについて最上のａを選択する課題を提示する。 図６は、様々な検出されたシナリオに応じたエコーキャンセラ25の動作を示す
。認識されるように、図６に示される様々な条件を検出する順序は単に例示的で
あり、大きく変化することがある。さらに、各シナリオに対する検出と応答は、
他のエコーキャンセラ処理と同時に行われうることが認識される。またさらに、
いくつかの検出されるシナリオとその対応する応答は省略されうることが認識さ
れる。
【００３３】 図６の実施形態では、エコーキャンセラ25はステップ200 でダブルトーク条件
が存在するか否かを考慮する。ダブルトークとは、上記で示したように、呼の間
に遠端及び近端両方の話者が同時に話す状況として定義される。このシナリオで
は、適応誤差信号は近端話者によって大きく損なわれるので、役に立たなくなる
。すなわち、ダブルトーク条件が検出されると、エコーキャンセラ25は、ステッ
プ205 で、ダブルトーク条件が終了するまで適応処理を停止する、すなわち、ａ
＝０に設定することで応答する。
【００３４】 エコーキャンセラ25を使用してダブルトーク条件を検出するいくつかの方法が
ある。１つは近端信号と遠端信号の電力を比較することである。近端電力が遠端
電力に十分に近い（「十分に近い」とは、システム設計者によって、例えば０ま
たは６または10dB以内というように決定される）場合、ダブルトークが宣言され
る。もう１つの方法は近端及び遠端信号の大きさを１つ１つ比較することである
。この探索は、現在の｜ｘ｜と現在の｜ｙ｜、現在の｜ｘ｜と最近のいくつかの
｜ｙ｜、現在の｜ｙ｜と最近のいくつかの｜ｘ｜等といった比較を行うことがで
きる。各場合で、探索された範囲の最大｜ｘ｜と｜ｙ｜が比較される。もし、 （max ｜ｙ｜）／（max ｜ｘ｜）＞ダブルトークしきい値 ならば、ダブルトーク状態が宣言される。ここで max｜ｘ｜は探索範囲の最大
の｜ｘ｜（｜ｙ｜も同様に定義される）を表わす。
【００３５】 ダブルトーク条件を検出するまたさらに別の方法が と題されたU.S.S.N.
（代理人事件整理番号 No. ）に示されているが、その教示は引用に
よって本明細書の記載に援用する。その特許出願に示されるところでは、ダブル
トーク条件はある監視されたフィルタ性能パラメータに基づいて宣言される。 さらに他の測定をダブルトーク宣言の条件にすることが可能である。例えば、
現在のエコー反射減衰量（ERL ）を使用して本明細書で上記に示したダブルトー
クしきい値を設定することがある。遠端、近端の何れか、または両方の短期間電
力を監視して、それらがある絶対しきい値（例えば−50dBm または−40dBm ）よ
り必ず大きくなるようにすることもある。この方法では、遠端、近端のどちらも
話していない時、ダブルトーク条件が不必要に宣言されることはない。
【００３６】 ダブルトーク条件が宣言されると、ダブルトーク条件が満たされた後一定の期
間ダブルトーク宣言を維持することが望ましいことがある。一定の期間の例は32
、64または96msecである。ダブルトーク条件が存在するのをやめた後、適応利得
値はダブルトーク条件の検出前に存在した値か、またはあらかじめ決められた復
帰値に戻ることがある。
【００３７】 ステップ210 では、エコーキャンセラ25は高背景雑音条件が存在するかを決定
する。例えば、近端発呼者が自動車または空港内にいる場合、近端から低レベル
の一定の背景雑音が入ることがある。近端ダブルトークは適応誤差信号を損なう
ので、その影響はある程度ダブルトークと同様である。相違点は、ダブルトーク
と異なって、近端背景雑音は一定であることが多いので、雑音が終了するまでａ
＝０に設定することが特に有利ではないことである。また、背景雑音は普通ダブ
ルトークより低電力である。すなわち、それは適応処理を損なうが、結果として
得られる適応係数を使用できないものにすることはない。
【００３８】 ステップ215 で示されているように、高背景雑音条件が存在する場合、０＜ａ
＜１の利得を選択すること、すなわち最速の値１から利得を下げることが望まし
い。こうすると適応時間は低速になるが、雑音による変動の影響が減少するので
、定常状態性能は向上する。別言すれば、タップ分散雑音は適応利得ａを下げる
ことで減少する。
【００３９】 好適には、背景雑音は遠端が話していない時、電力の長期間測定値として測定
される。この測定値が増大するに連れて、ａは減少する。背景雑音の関数として
適応利得ａを設定する一覧表の１つが以下に示される。 背景雑音（dBm ） ａ ＞−48 0.125 ＞−54≧−48 0.25 ＞−60≧−54 0.5 ＜−60 同様に動作するほかの一覧表が存在し、上記の一覧表は例示であることが容易
に認識される。
【００４０】 適応利得が通常の利得から変化するさらに別の条件は、適応フィルタが狭帯域
、すなわち少数の正弦曲線から構成された遠端信号に遭遇する時発生する。この
シナリオでは、LMS 適応方式が見つけることのできる無限の数の同様に最適な解
が存在する。従って、結果として得られる打ち消しの解＾ｈがチャネルエコー応
答ｈを正しく特定する（すなわち、反映する）見込みは非常に少ない。こうした
状況は、信号が少数の周波数のチャネル応答に関する情報を提供するだけである
という点で、チャネルのエキサイティング不足（under-exciting the channel)
と呼ばれる。エコーキャンセラ25はステップ220 でこの条件の存在を決定しよう
とする。
【００４１】 狭帯域信号が伝送される期間と広帯域信号が伝送される期間の間に遠端信号が
変化する状況を検討する。広帯域信号の期間中、＾ｈフィルタはチャネルのイン
パルス応答を反映するよう適応する。しかし、狭帯域信号伝送期間が始まると、
＾ｈフィルタは狭帯域信号に存在する周波数だけのエコー経路歪みを打ち消すこ
とに焦点を合わせて再適応する。少数の周波数だけで解を最適化することは広帯
域信号の伝送中に見つけられたものと異なった解を与えることになりがちである
。その結果、広帯域伝送期間中に得られた有意義な適応チャネル情報は失われ、
広帯域信号が復帰すると＾ｈフィルタは別の適応期間を必要とする。
【００４２】 遠端信号が狭帯域である時、適応はかなり低速になりうるし、かつそうなるべ
きであるが、そのため係数が発散する傾向は少くなる。すなわち、狭帯域信号が
検出されると、ａは0.25または0.125 を上限とされる。この操作はステップ225
で示される。 狭帯域信号検出は４次予測フィルタを使用して実現される。好適には、このフ
ィルタはエコーキャンセラ・システム25で使用される１つかそれ以上のデジタル
信号プロセッサによって実行されるソフトウェアで実現される。少なくとも３〜
６dB（ユーザが規定する）の予測利得を達成することが可能であれば、受信信号
は狭帯域信号であると推測される。
【００４３】 遠端信号の振幅しきい値も好適には、狭帯域信号の存在を決定する際利用され
る。遠端電力が−40dBm より大きい場合、現在の遠端サンプルが低次予測フィル
タに送信され、そこで遠端信号が狭帯域であるか否かが決定される。遠端電力が
−40dBm より小さい場合、予測フィルタはゼロに再初期化される。 適応フィルタ＾ｈの利得を変更することが望ましいさらに別のシナリオは、エ
コー経路応答が非線形である場合である。エコー経路の非直線性の存在は、短期
間の最適打ち消し解を見つけるために係数＾ｈに絶えず小さな変化を促す。エコ
ー経路応答の非直線性の検出は好適には、同じ日付で出願され、 と題され
たU.S.S.N. で示された方法で進められる。非線形エコー経路の存在はステ
ップ230 で決定される。
【００４４】 非線形エコー経路のシナリオでは、＾ｈがこうした短期間の最上の解を追跡で
きる十分な大きさの適応利得定数ａを選択することが望ましい。しかし、大部分
の非線形シナリオではａ＝１を選択することは準最適である。これは、利得が大
きすぎ、積極的な適応操作が短期間の解を「行き過ぎて」しまうという事実のた
めである。従って、ステップ235 に示されるように、１より低い利得を選択する
ことが好適である。ａ＝0.25を選択すると、短期間の最適な解を追跡することと
行き過ぎることの兼ね合いが最上になることが見出された。上記で論じられたよ
うに、大きな背景雑音が測定されると、利得定数ａはさらに低減されることがあ
る。
【００４５】 適応利得が変更されるさらに別のシナリオは適応フィルタ＾ｈの収束期間に関
する。上記で示したように、収束期間中は大きな利得定数ａが望ましく、フィル
タが収束した後の定常状態条件では小さなａが望ましい。別言すれば、初期収束
期間の完了後ａを低減しても失われるものは少なく、いくらか得られるものがあ
るように思われる。長期間性能が標準以下であることが判明した場合、これは特
に貴重である。
【００４６】 上記の見地から、エコーキャンセラ25は利得低減モードを実現することがあり
、そこでは利得定数ａの上限が１より低い値（例えば、0.25または0.125 の何れ
か）に設定される。このモードはステップ240 で検出され、ERLEがあらかじめ決
められた適応期間後あらかじめ決められたしきい値（例えば、６dBまたは３dBの
何れか）より低いままである場合ステップ245 で導入される。適応時間は好適に
は 100〜300msec の値となるように選ばれる。この時間量では一般に、収束期間
中エコーキャンセラ25が利得低減モードに入ることが防止される。
【００４７】 容易に認識されるように、本発明のエコーキャンセラは広範な方法で実現され
る。好適には、エコーキャンセラは、フィルタ及び転送操作を実行する１つかそ
れ以上のデジタル信号プロセッサを使用して実現される。様々な信号のデジタル
・アナログ変換は、デジタル信号プロセッサによって使用される周知の技術によ
って実行される。
【００４８】 図７は、多チャネル通信伝送でエコーを打ち消すために使用される、一般に70
0 で示されるエコーキャンセラ・システムの１つの実施形態を示す。示されるよ
うに、システム700 には、Ｔ１伝送のような多チャネル通信データを受信するよ
う接続された入力705 が含まれる。中央制御装置710 は伝送の様々なチャネルを
デインタリーブ（deinterleave) し、データ・バス720 を通じてそれらを対応す
る畳み込みプロセッサ715 に提供する。畳み込みプロセッサ715 の中で、上記の
操作の大部分が行われる。各畳み込みプロセッサ715 は、伝送路730 の伝送の少
なくとも１つのチャネルを処理するよう設計されている。各畳み込みプロセッサ
715 が対応するチャネルを処理した後、結果として得られるデータがデータ・バ
ス720 に配置される。中央制御装置710 はデータを適切な多チャネル形式（例え
ば、Ｔ１）に多重化し、伝送路735 で再伝送する。ユーザ・インターフェース74
0 が提供され、システムの様々なユーザ・プログラム可能パラメータを設定する
。
【００４９】 様々な修正が、基本的な教示から離れることなく上記のシステムになされても
よい。本発明は１つかそれ以上の特定の実施形態を参照してかなり詳細に説明さ
れたが、当業者は、添付の請求項に示された本発明の範囲及び精神から離れるこ
となく変更がなされることを認識するだろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、従来のキャンセラのブロック図である。
【図２】 図２は、本発明の１つの実施形態によって動作するエコーキャンセラの概略ブ
ロック図である。
【図３】 図３は、本発明の１つの実施形態によるダブルトーク検出を実現する転送条件
が使用される、係数転送を実行する１つの方法を示すフローチャートである。
【図４】 図４は、本発明の１つの実施形態によるダブルトーク検出を実現する転送条件
が使用される、係数を実行するさらに別の方法を示すフローチャートである。
【図５】 図５は、解がチャネルのエコー応答に一致する時望ましい結果が達成される、
適応フィルタの解表面の例を示す。
【図６】 図６は、様々なエコーキャンセラの条件を検査し、エコーキャンセラの適応フ
ィルタの適応利得設定の変化を使用してそれらの条件に応答する１つの方法を示
す。
【図７】 図７は、本発明を利用するエコーキャンセラシステムを実現する１つの方法を
示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ， ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，Ｕ Ｓ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 デューン，ブルース イー． アメリカ合衆国，イリノイ 60565，ネイ パービル，レッドスター ロード 33 (72)発明者 ファーレル，デビット エス． アメリカ合衆国，イリノイ 60532，リス ル，バスウッド ドライブ 4420 Ｆターム(参考） 5K027 DD02 DD10 5K046 HH11 HH19 HH44 HH71

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 エコーキャンセラ回路であって、 呼の間に発生するエコー応答をシミュレートする適応タップ係数を有するデジ
    タル・フィルタであって、前記適応タップ係数が、適応利得ａを有する最小平均
    二乗処理を使用して前記呼の間に更新されるデジタル・フィルタと、 前記呼の間に前記適応利得ａを変化させるために検出されたチャネル条件に応
    答するチャネル条件検出手段とを備えるエコーキャンセラ回路。
  2. 【請求項２】 前記チャネル条件検出手段がダブルトーク・チャネル条件に
    応答し、それに応答して０に等しい前記適応利得ａを設定する、請求項１に記載
    のエコーキャンセラ回路。
  3. 【請求項３】 前記チャネル条件検出手段が高背景雑音チャネル条件に応答
    し、それに応答して前記適応利得ａを下げる、請求項１に記載のエコーキャンセ
    ラ回路。
  4. 【請求項４】 前記チャネル条件検出手段が高背景雑音チャネル条件に応答
    し、検出される前記背景雑音のレベルに依存する値まで前記適応利得ａを下げる
    、請求項３に記載のエコーキャンセラ回路。
  5. 【請求項５】 前記チャネル条件検出手段が狭帯域信号条件に応答し、それ
    に応答して前記適応利得ａを下げる、請求項１に記載のエコーキャンセラ回路。
  6. 【請求項６】 前記適応利得ａが約０．２５またはそれ未満に等しく設定さ
    れる、請求項５に記載のエコーキャンセラ回路。
  7. 【請求項７】 前記適応利得ａが約０．１２５またはそれ未満に等しく設定
    される、請求項５に記載のエコーキャンセラ回路。
  8. 【請求項８】 前記チャネル条件検出手段が非線形エコー経路条件に応答し
    、それに応答して前記適応利得ａを下げる、請求項１に記載のエコーキャンセラ
    回路。
  9. 【請求項９】 前記適応利得ａが約０．２５またはそれ未満に等しく設定さ
    れる、請求項８に記載のエコーキャンセラ回路。
  10. 【請求項１０】 前記チャネル条件検出手段が前記適応フィルタの収束に応
    答し、それに応答して前記適応利得ａを下げる、請求項１に記載のエコーキャン
    セラ回路。
  11. 【請求項１１】 前記適応利得ａが約０．２５またはそれ未満に等しく設定
    される、請求項１０に記載のエコーキャンセラ回路。
  12. 【請求項１２】 前記適応利得ａが約０．１２５またはそれ未満に等しく設
    定される、請求項１０に記載のエコーキャンセラ回路。
  13. 【請求項１３】 エコーキャンセラであって、 呼の遠端信号を受信する少なくとも１つの入力と、 前記呼の信号プラス・エコー信号を受信する少なくとも１つの入力であって、
    前記信号プラス・エコー信号が、前記呼を伝える伝送媒体のエコー応答に対応す
    る信号成分を有する少なくとも１つの入力と、 前記遠端信号を受信し、前記エコー応答をシミュレートする非適応タップ係数
    を有する第１デジタル・フィルタと、 遠端に伝送するエコー補償信号を生成するために、前記信号プラス・エコー信
    号から前記第１デジタル・フィルタの濾波された遠端出力信号を減算する加算器
    回路と、 前記遠端信号を受信し、前記エコー応答をシミュレートする第２デジタル・フ
    ィルタであって、前記適応タップ係数が適応利得ａを有する最小平均二乗処理を
    使用して前記呼の間に更新される第２デジタル・フィルタと、 １つかそれ以上の条件の集合が満たされる時、前記第１デジタル・フィルタの
    前記タップ係数を置換するために、前記第２デジタル・フィルタの前記適応タッ
    プ係数を転送するよう配置された係数転送制御装置と、 前記呼の間に前記適応利得ａを変化させるため検出されたチャネル条件に応答
    するチャネル条件検出器とを備えるエコーキャンセラ。
  14. 【請求項１４】 前記係数転送制御装置が、＾Ｅが／Ｅより大きく、同時に
    ＾ＥがＥmax より大きい時、前記第１デジタル・フィルタの前記タップ係数を置
    換するために、前記第２デジタル・フィルタの前記適応タップ係数を転送し、そ
    の場合に／Ｅは信号プラス・エコー信号と、前記第１デジタル・フィルタを使用
    する第１エコー補償信号の比に対応し、＾Ｅは信号プラス・エコー信号と、第２
    デジタル・フィルタを使用する第２エコー補償信号の比に対応し、Ｅmax は転送
    が行われた呼を通じて発生する最大＾Ｅに対応する、請求項１３に記載のエコー
    キャンセラ。
  15. 【請求項１５】 前記チャネル条件検出手段がダブルトーク・チャネル条件
    に応答し、それに応答して０に等しい前記適応利得ａを設定する、請求項１３に
    記載のエコーキャンセラ。
  16. 【請求項１６】 前記チャネル条件検出手段が高背景雑音チャネル条件に応
    答し、それに応答して前記適応利得ａを下げる、請求項１３に記載のエコーキャ
    ンセラ。
  17. 【請求項１７】 前記チャネル条件検出手段が高背景雑音チャネル条件に応
    答し、検出される前記背景雑音のレベルに依存する値まで前記適応利得ａを下げ
    る、請求項１３に記載のエコーキャンセラ。
  18. 【請求項１８】 前記チャネル条件検出手段が狭帯域信号条件に応答し、そ
    れに応答して前記適応利得ａを下げる、請求項１３に記載のエコーキャンセラ。
  19. 【請求項１９】 前記適応利得ａが約０．２５またはそれ未満に等しく設定
    される、請求項１８に記載のエコーキャンセラ。
  20. 【請求項２０】 前記適応利得ａが約０．１２５またはそれ未満に等しく設
    定される、請求項１８に記載のエコーキャンセラ。
  21. 【請求項２１】 前記チャネル条件検出手段が非線形エコー経路条件に応答
    し、それに応答して適応利得ａを下げる、請求項１３に記載のエコーキャンセラ
    。
  22. 【請求項２２】 前記適応利得ａが約０．２５またはそれ未満に等しく設定
    される、請求項２１に記載のエコーキャンセラ。
  23. 【請求項２３】 前記チャネル条件検出手段が前記適応フィルタの収束に応
    答し、それに応答して前記適応利得ａを下げる、請求項１３に記載のエコーキャ
    ンセラ。
  24. 【請求項２４】 前記適応利得ａが約０．２５またはそれ未満に等しく設定
    される、請求項２３に記載のエコーキャンセラ。
  25. 【請求項２５】 前記適応利得ａが約０．１２５またはそれ未満に等しく設
    定される、請求項２３に記載のエコーキャンセラ。
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