JP2003500937A

JP2003500937A - 音響エコー消去

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Publication number: JP2003500937A
Application number: JP2000619910A
Authority: JP
Inventors: リード、マーチン; ホークスフォード、マルコム・ジョン
Original assignee: British Telecommunications PLC
Current assignee: British Telecommunications PLC
Priority date: 1999-05-25
Filing date: 2000-05-18
Publication date: 2003-01-07
Also published as: AU4599300A; DE60029436T2; US7660425B1; EP1180300B1; DE60029436D1; CA2373114C; CN1351795A; CA2373114A1; WO2000072567A1; EP1180300A1; ES2269137T3

Abstract

(57)【要約】多数のチャンネルの方向付けされたスペーシャライズド信号は、各スペーシャライゼーション利得関数（ｇ_１，ｇ_２）にしたがって修正された信号入力（12）から生成され、複数のオーディオチャンネル（ｘ_１（ｔ），ｘ_２（ｔ））を生成する。エコー消去信号ｅ（ｔ）は、結合したスペーシャライゼーションおよびエコー経路推定値（＃ｈ_１，＃ｈ_２）を使用して戻り経路（22）へ適用される。推定値は、各チャンネル14Ｌ、14Ｒに適用される利得関数から導き出される。各チャンネルに適用される利得関数が変更され、例えば音源（10）の異なる明らかな位置を表わすようにするとき、エコー経路（＃ｈ_１，＃ｈ_２）の新しい推定値（ｈ_１，ｈ_２）が、エコー経路の前の推定値および新しい利得関数（ｇ_１，ｇ_２）に基いて生成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】発明の属する技術分野本発明は、多数のチャンネルの音響エコー消去（acoustic echo cancellation
, ACE）についての方法に関し、モノフォニックの信号からマルチ−チャンネル
（多数のチャンネル）のスペーシャライズド信号（spatialised signal、空間的
に特定された信号）を導き出すシステムに応用可能であり、その各チャンネルは
異なる利得でラウドスピーカのアレイの各メンバに適用され、知覚または聴覚に
おいて方向性を錯覚させる。このクラスのスペーシャライズド信号は、ここでは
、方向付けされたモノ（steered mono）と呼ぶことにする。方向付けされたモノ
システムは、２以上の利得要素を使用して、スペーシャライゼーション（空間的
な特定）を表わし、パニング（パン用の）プロセッサにマップされて、対応する
ラウドスピーカの出力を生成する。記述した実施形態では、２つのラウドスピー
カで−すなわち、“方向付けされたモノからのステレオ”（stereo from steere
d mono, SSM）として知られているシステムで２チャンネルのステレオフォニッ
ク信号を使用するが、本発明の原理は３以上のチャンネルをもつシステムに応用
することができる。本発明はテレビ会議システムに応用され、聞き手のために各
話し手の音声の空間的位置付けを人為的に与える。

【０００２】従来の技術遠隔会議（テレコンファレンス）システムにおいて、ハンドセットとは対照的
に、ラウドスピーカおよびマイクロフォンを使用して快適な音声通信を行う音響
エコー消去（ＡＣＥ）の方法が必要とされている。モノフォニックシステムにお
いて、図１に示したトポロジは、最小二乗平均（least mean square, LMS）、反
復的最小二乗平均（recursive least squares, RLS）、またはファストアフィ
ンプロジェクション（fast affine projection, FAP）のような、多数の異なる
適応プロセスで使用することができる。しかしながら、ステレオフォニックおよ
び多数のチャンネルシステムにおいて、既存の解決案は、まだ克服されていない
幾つかの主要な障害のためにまだ進展していない。図２の例は、モノフォニック
の場合における単一の経路と比較して、（マイクロフォンおよびラウドスピーカ
インパルス応答を含む）２つのエコー経路、ｈ_１およびｈ_２がある、ステレオフ
ォニックシステムを示している。（これは、単一のマイクロフォンが使用される
、すなわち通常、スペーシャライゼーションが人為的に作られる場合であると仮
定している。より一般的には、エコー経路の数は、ラウドスピーカの数とマイク
ロフォンの数の積である）。

【０００３】ステレオ音響エコー消去の問題に対する既存の解決案は、図２に示したシステ
ム構成を仮定しているが、ここでは通常、話し手−対−マイクロフォンの経路の
応答が分かっていない。エコー消去装置における適応プロセスの目的は、信号ｘ _１（ｔ）、ｘ_２（ｔ）、およびｅ（ｔ）を使用して、適応フィルタ＃ｈ_１および
＃ｈ_２を訓練し、次の結果を得ることである（なお、＃は原文では文字ｈの上に
付けた仏語の抑揚音符（accent circonflexe）を表わす）。ｅ（ｔ）→０（１）既存の適応フィルタプロセスを使用しても、フィルタの収束する組を実現するこ
とはできず、したがって次のようになる。ｈ_１＝＃ｈ_１およびｈ_２＝＃ｈ_{２（２）} その代わりに、次に示す収束する解が得られる。ｈ_１＊ｇ_１＋ｈ_２＊ｇ_２＝＃ｈ_１＊ｇ_１＋＃ｈ_２＊ｇ_{２（３）} なお、^＊は畳み込みの演算子である。式（３）は式（１）を満たすが、式（２）
は式（３）の固有の解ではないので、ｈ_１およびｈ_２に対する解をこの結果から
導き出すことはできない。

【０００４】フィルタｇ_１またはｇ_２が、おそらくは話し手が移動することにより変化する
とき、（式（２）もまた満たされなければ）式（３）では最早、等式が成立しな
い。したがって、エコー消去装置は収束する解を最早生成せず、話し手に聞こえ
るエコーのレベルは上がる。

【０００５】この問題に対する種々の解決案が提案されており、ラウドスピーカ信号ｘ_１お
よびｘ_２を操作するか、または信号ｘ_１およびｘ_２の特性を使用する。これらの
解決案の目的は、２つの信号の相互相関特性を使用して、２つの信号が十分に無
相関になったときに、式（２）の解が存在することを示すことである。しかしな
がら、信号ｘ_１およびｘ_２は遠隔会議システムにおいて本質的に高度に相関性が
あるので、信号内の僅かな相関性のない特徴を活用する技術は、決して理想的で
はない情況では貧弱な振舞いを有している。

【０００６】小さな独立したホワイトノイズを信号ｘ_１およびｘ_２に加えることが提案され
ている。若干の信号の無相関性（de-correlation）を取入れることによって、式
（２）の解に解の収束性を相当に加えることが示されている。しかしながら、こ
のやり方でノイズを加えると、収束性を向上するが、望ましくなく聞こえるレベ
ルでノイズが加えられなければならない。

【０００７】発明が解決しようとする課題本発明にしたがって、多数のチャンネルの方向付けされたスペーシャライズド
信号に対する音響エコー消去方法であって、方向付けされたスペーシャライズド
信号は各スペーシャライゼーション利得関数にしたがって修正される信号入力か
ら生成され、複数のオーディオチャンネルを生成し、エコー消去プロセスは結合
されたスペーシャライゼーションおよびエコー経路推定値を使用し、推定値は各
チャンネルに適用される利得関数から導き出され、各チャンネルに適用された利
得関数が変化するとき、エコー経路の前の推定値および利得関数に基づいて、エ
コー経路の推定値が生成され、エコー経路の推定値を使用して、エコー消去信号
を生成する方法が提供される。

【０００８】本発明の別の態様にしたがって、多数のチャンネルの方向付けされたスペーシ
ャライズドオーディオシステムにおける音響エコー消去のための装置であって、
該スペーシャライズドオーディオシステムが、オーディオ信号を受け取るための信号入力手段と、オーディオ信号から導き出された音響信号を生成するための複数のオーディ
オ出力手段と、オーディオ出力手段を制御するための利得制御関数を生成するためのオーデ
ィオ出力手段と関係している制御手段であって、スペーシャライズド形式のオー
ディオ信号が前記複数のオーディオ出力手段によって生成される制御手段と、音響信号を検出するためのオーディオ入力手段と、オーディオ入力手段によって検出された音響信号から導き出された信号を送
るための信号出力手段と、各制御手段における利得制御関数の変化を識別するための検出手段と、エコ
ー経路の前の推定値と、検出手段によって検出された利得制御関数とに基づくエ
コー経路の推定値を、音響出力手段と音響入力手段との間で生成するための推定
手段とを含むエコー経路推定手段と、制御手段によって生成されたスペーシャライズド音響信号とエコー経路推定
手段によって導き出された推定値とから導き出されたエコー消去信号を生成する
ためのエコー消去信号生成手段と、エコー消去信号を、オーディオ入力手段によって生成された信号へ適用する
信号結合手段とを含む装置を提供する。

【０００９】本発明はモノフォニックＬＭＳプロセスを適応させることである。本発明は、
より多くのエコー経路推定の２つ、例えば＃ｈ_１および＃ｈ_２、の多数の更新を
避け、既存のステレオエコー消去プロセス、例えば＃ｈ_１＊ｘ_１および＃ｈ_２＊
ｘ_２と比較したときに要求されるフィルタ処理の数を低減する。さらに加えて、
本発明は、既存のステレオエコー消去プロセスとは異なり、適応プロセスにおい
てスペーシャライゼーションパラメータを使用する。ＬＭＳ更新を修正して、ス
ペーシャライゼーションが変わる度ごとに、使用されているスペーシャライゼー
ションパラメータを検討し、合計のエコー経路の推定値を更新する。Ｎ回目（Ｎ
はシステム内のチャンネル数である）のスペーシャライゼーションの変更後で、
合計されたエコー経路の推定値はスペーシャライゼーションのこれからの将来の
変更のために合計のエコー経路へ収束する。Ｎ回目のスペーシャライゼーション
変更の前に、プロセスは合計されたエコー経路の推定値の局所解に収束し、プロ
セスの学習段階においていくつかのエコー信号の低減がなお行われる。

【００１０】学習段階は、活動状態のトラヒックのためにシステムを使用する前のセットア
ップフェーズ（set up phase）の一部を成す。例えば、要求された数のスペーシ
ャライゼーションの変更は、各チャンネルに対してモノフォニックのＬＭＳプロ
セスを実行し、次に他のチャンネルの利得をゼロに設定することによって達成す
ることができる。

【００１１】ここで本発明に実施形態を、例示的に図面を参照して記載することにする。

【００１２】発明の実施の形態図１に示したモノフォニックシステムは、元の信号ｓ（ｔ）のソース（マイク
ロフォン11および話し手10）に接続された入力経路12を含む。伝送路12ではこの
信号ｓ（ｔ）を修正して、ラウドスピーカ信号ｘ（ｔ）を生成し、ｘ（ｔ）はラ
ウドスピーカ13へ供給される。戻り経路はマイクロフォン21、戻り伝送路22、お
よびラウドスピーカ23を含む。音響経路ｈ_１は、一方の経路のラウドスピーカ13
と他方の経路のマイクロフォン21との間に存在する。したがって、話し手10から
発生する一部のサウンドはスピーカ23へ戻され、話し手10にエコーとして聞こえ
る。この効果は、とくに、伝送路12、22が遅延をもたらすために妨害的（intrus
ive、侵襲的）であり、この信号を削除するためにエコー消去プロセッサ24、25
、26が取付けられる。適応プロセッサ24は、戻り経路22上を送られる信号ｅ（ｔ
）と、入力経路12上で到達する信号ｘ（ｔ）とを比較して、それらの間の相関性
を識別する。これを使用して、適応フィルタバンク25を制御して、ベクトル＃ｈ _１を生成する。このベクトルは音響経路ｈ_１の推定値である。このベクトルはフ
ィルタによって入力信号ｘ（ｔ）へ適用され、その結果、結合装置26内のマイク
ロフォン21の入力ｙ（ｔ）から減算され、戻り信号ｅ（ｔ）を生成する。適応フ
ィルタ25が関数ｈ_１の正確な推定値＃ｈ_１を生成するとき、エコー信号ｙ（ｔ）
は適応フィルタ25からの出力によって打ち消され、したがってｅ（ｔ）はゼロに
なる。このために戻り経路22上を送られる信号のみが、マイクロフォン21の近く
で生成され、ラウドスピーカ13から受け取られないサウンドになる。

【００１３】図２は、一般的なステレオフォニックのシステムを示している。情況は図１と
類似しているが、ここでは各端部に２つのラウドスピーカと２つのマイクロフォ
ンがある（図２では、参照符号の最後に“Ｌ”および“Ｒ”を付して示している
。図２には、戻り経路の一方のチャンネル22Ｌのみが示されている。各マイクロ
フォン21Ｌ、（21Ｒ）は両方のラウドスピーカ13Ｌ、13Ｒから音響のフィードバ
ックを受け取ることができるので、各戻り経路22Ｌ（22Ｒ）には、それぞれ外方
向経路12L、12Rのための２つのエコー経路推定値＃ｈ_１Ｌ、＃ｈ_２Ｌがある。２
つの出力方向の経路12L、12Rは、同じソース10から信号を伝搬しているので、２
つの推定値＃ｈ_１Ｌ、＃ｈ_２Ｌ間には重要な相関性があり、したがって適応フィ
ルタ値25ＬＬ、25ＲＬを生成するプロセスは独立していない。

【００１４】図２に示した一般的な場合に、元の関数ｇ_１およびｇ_２は受信端部では分から
ず、マイクロフォン11Ｌ、11Ｒと話し手10との相関位置に依存する。したがって
＃ｈ_１Ｌ、＃ｈ_２Ｌに対する固有の解を導き出すことはできない。所与のスペー
シャライゼーションにおいて、適応プロセッサ24Ｌは２つの適切な関数＃ｈ_１Ｌ、＃ｈ_２Ｌを生成し、上述の式（３）が成立する：ｈ_１＊ｇ_１＋ｈ_２＊ｇ_２＝＃ｈ_１＊ｇ_１＋＃ｈ_２＊ｇ_{２（３）} しかし、これは式（２）も成立することを必ずしも示唆していない：ｈ_１＝＃ｈ_１およびｈ_２＝＃ｈ_{２（２）} スーぺーシャライゼーション、したがって関数ｇ_１、ｇ_２が変化するとき、適
応フィルタは新しいスペーシャライゼーションに対応するようにリセットされな
ければならないことが分かるであろう。

【００１５】図３および４に示した方向付けされたシステムでは、モノフォニックソース11
が使用され、関数ｇ_１およびｇ_２は、利得を表わすスカラー値ｇ_１およびｇ_２に
なる。したがって、各方向に1つのみの伝送路12、22が存在する。受信端部で生
成されるか、またはモノフォニック信号ｓ（ｔ）で送られる制御情報を使用して
、可変利得増幅器14Ｌ、14Ｒを制御して、受信端部におけるスペーシャライゼー
ションを規定する利得関数ｇ_１およびｇ_２を変化させ、ステレオフォニックソー
スをエミュレートする。受信端部における利得関数ｇ_１およびｇ_２が分かってい
ないので、それらを適応プロセッサ24、25において使用することができる。

【００１６】ここで適応プロセッサ24、25の動作を図７を参照して記載することにする。次
に基礎となる数学的理論を図３および４を参照して記載することにする。

【００１７】初期設定段階101において利得関数ｇ_１およびｇ_２に対する概念上の値を設定
し、その後プロセスは次のように各サンプリング期間ｎの間、反復ループで実行
される。

【００１８】最初に、値ｋ_１、ｋ_２、ｋ_３が設定される（段階102）。これらは、スペーシ
ャライゼーション値ｇ_１およびｇ_２が変化する最後の３つのサンプリング期間を
識別する。前のサンプルがｎ−１であるので、スペーシャライゼーションの利得
値ｇ_１、ｇ_２が変化しないときは、ｋ_１、ｋ_２、ｋ_３の値は前のサンプルと同じ
である。しかしながら、値が変化するとき、ｋ_３はｋ_２の前の値に設定され、ｋ _２はｋ_１の前の値に設定され、ｋ_１はｎ−１に設定される。

【００１９】次に推定される利得関数を判断する（段階103）。これは次に示す行列である
。

【００２０】

【数１】

【００２１】スペーシャライゼーション値ｇ_１、ｇ_２が変化しないときは、この行列も変化せ
ず、再び計算する必要はない。次にこの行列の逆行列が判断される。

【００２２】

【数２】

【００２３】ここでも、スペーシャライゼーション値ｇ_１、ｇ_２が変化しないときは、この行
列も変化せず、再び計算する必要はない。次に（段階104において）、ｒ＝ｎ−ｋ_１＋１が、推定されるエコー経路ベクト
ル＃ｈにおける項Ｌの数よりも少ないとき（言い換えると、最後のスペーシャラ
イゼーションの変化がＬよりも小さいので、サンプルｒの数が経過するとき）、
推定されるエコー経路ベクトル＃ｈ_ｎ−１における１つの項は次のように補正さ
れる。

【００２４】

【数３】

【００２５】（＃ｈ_ｎ−１は、前の反復からの推定されるエコー経路関数＃ｈの特定の例であ
る）。全ての他の項＃ｈ_ｎ−１（０）．．．＃ｈ_ｎ−１（ｒ−１）および＃ｈ_ｎ _−１（ｒ＋１）．．．＃ｈ_ｎ−１（Ｌ−１）は変更されないままである。エラー消去信号を次に示す。

【００２６】

【数４】（ここで、ｓ_ｎは、入力信号ｓ（ｎ）の最後のＬのサンプルを表わすベクトルで
ある）は、次に修正された推定エコー経路ベクトル＃ｈ_ｎ−１を使用して生成さ
れ（段階105）、信号ｙ（ｎ）から減算され、出力信号ｅ（ｎ）を生成する。次に推定されるエコー経路ベクトル＃ｈ_ｎ−１が、次の反復で使用するためにエ
コー信号ｅ（ｎ）に応答して適応される（段階106）。

【００２７】

【数５】

【００２８】スペーシャライゼーションが、期間Ｌよりも長い時間スケールにおいて変化し、
０≦μ＜２であるとき、進行は安定する。

【００２９】上述のプロセス内の段階105ないし106のコンピュータ処理の複雑性は、次数２
Ｌをもつ正規化されたＬＭＳプロセスと同じである。コンピュータ処理の数は、
段階103で使用された逆行列において２回の乗算および1回の除算の次数である。
スペーシャライゼーションにおける各変更の後で、大文字Ｌについてプロセスの
複雑性をほとんど加えないときのみ、これは実行される。段階104は、スペーシ
ャライゼーションの変更の後で最初のＬのサンプルのみについて計算され、Ｌ＞
１００であることが多い方向付けされたモノシステムで使用されるとき、大文字
Ｌについては有意ではない。したがって、上述のプロセスが、方向付けされたモ
ノシステムを使った音響エコー消去に使用されるとき、プロセスは約２Ｌの複雑
性をもつ。

【００３０】数学的記述を行う。最初に図４に示したシステムについて記述し、次にこれが
、図３に示した本発明のシステム、すなわち単一の合計されたエコー経路推定値
を利用するシステムに相当することを示す。

【００３１】図４に示したように、２つのマイクロフォンのインパルス応答経路12Ｌ、12Ｒ
（図２参照）は、２つの人為的に生成されたインパルス応答ｇ_１、ｇ_２によって
置換され、これらはモノフォニック経路12上で受け取られる単一のマイクロフォ
ン信号ｓ（ｔ）に作用し、スペーシャライゼーションの知覚または錯覚を生成す
る。ここに示した解決案では、関数ｇ_１、ｇ_２は、インパルス応答ではなく簡単
な利得関数としてそれらに表わすことによってさらに簡単にされる。このシステ
ムは、信号ｘ_１およびｘ_２の相関性をなくして、収束を助けることを試行するの
ではなく、図２の従来技術のシステムとは完全に異なるやり方で働き、ここに示
した方法は、信号ｘ_１およびｘ_２の本質的に非常によく相関する性質に依存する
。この方法は、（従来技術のシステムでは分からない）関数ｇ_１、ｇ_２の知識を
使用して、収束のエコー消去を達成する。エコー問題に対する適応フィルタの解
決案を記述する前に、問題に対する解決案が存在することが証明される。

【００３２】列ベクトルs_n=［s(n) s(n-1)… s(n-(L-1))］^Tによって表わされているサン
プル時間ｎにおけるスペーシャライゼーションブロックへの入力、y_n=［y(n) y
(n-1)… y(n-(L-1))］^Tによって聞き手側端部のマイクロフォンへの入力、およ
び２つのラウドスピーカ−対−マイクロフォンのエコー経路を、長さＬの列ベク
トルｈ_１およびｈ_２（ラウドスピーカおよびマイクロフォンのインパルス応答を
取入れる）とする。ｙ_ｎ＝ｇ_１（ｎ）Ｓ_ｎｈ_１＋ｇ_２（ｎ）Ｓ_ｎｈ_２（４）なお、スペーシャライゼーションは、サンプル期間ｎ−（Ｌ−１）．．．ｎ、お
よびＳ_ｎ＝[Ｓ_ｎ．．．Ｓ_{ｎ−（Ｌ−１）}]^Ｔ上で一定である利得値ｇ_１（ｎ）お
よびｇ_２（ｎ）として表わされる。（これは、“テプリッツ”行列、すなわち次
数Ｌ×Ｌの対称行列であり、第１の行および第１の列においてｓ_ｎの項、第２の
行および列においてＳ_ｎ−１の項、などをもつ）。ｈ_１およびｈ_２は、式（４）
から解くことはできないことを示すことができる。

【００３３】しかしながら、ここではサンプル時間ｎ＋ａ、ａ≧Ｌにおける第２の組の入力
および出力の測定値を使用して検討する。 g₁(n+a)=g₁(n+a-1)=…=g₁(n+1)≠g₁(n) g₂(n+a)=g₂(n+a-1)=…=g₂(n+1)≠g₂(n) （５）言い換えると、関数ｇ_１およびｇ_２はサンプル時間ｎとサンプル時間ｎ＋１との
間で変化するが、時間ｎ＋１とサンプル時間ｎ＋ａとの間では変化しないままで
ある。したがって、Ｉ_ＬがＬ×Ｌの識別行列であるとき、次の式が成立する。

【００３４】

【数６】

【００３５】（２つの行列ＡおよびＢのクロネッカーの積は、行列Ｂを個別に行列Ａ内の各個
別の項と乗算し、生成された項で新しい行列（その次数は元の２つの行列の積で
ある）を形成することによって得られる）。

【００３６】式（６）の解は式（８）であり、クロネッカーの積を用いて、式（９）を識別
する。

【００３７】

【数７】

【００３８】したがって、ｈ_１およびｈ_２は、信号ｓが持続的に励起するときは存在し（すな
わち、これは、全スペクトルの内容をもつ）、行列Ｇ_{ｎ，ｎ＋ａ}は正則（non-si
ngular）行列であり、したがって、これには逆行列もある。Ｇ_{ｎ，ｎ＋ａ}が正則
行列であるといった条件は、サンプル時間ｎおよびｎ＋ａにおけるスペーシャラ
イゼーション値が異なり、互いのスカラー倍数でないときに（すなわち、g₁(n)/
g₂(n)≠g₁(n+a)/g₂(n+a)）、満たされる。理想的には、式（９）の解が適切に条
件を付けられたるように、値は十分に異なるべきである。

【００３９】解が存在することを証明するとき、解に対する適応プロセスはＬＭＳプロセス
から導き出される。正規化されたＬＭＳ（ＮＬＭＳ）プロセスを使用して、図１
を参照して記載したように、次の式（１０）、（１１）、（１２）の更新を使用
するモノフォニックのエコー消去を実行する。

【００４０】

【数８】

【００４１】なお、ｅ（ｎ）はエコー信号であり、μはステップサイズのパラメータであり、
＃ｈ_ｎはｎ番目のサンプルの例におけるエコー経路推定値である。上述の単一チ
ャンネルの正規化されたＬＭＳの式は、単一の合計エコー経路推定値を使用して
、＃ｈ_ｎ−１を式（１３）のように再び規定することによって方向付けされたの
モノの場合について修正することができる。

【００４２】

【数９】

【００４３】なお、＃ｈ_１（ｔ）および＃ｈ_２（ｔ）は、サンプルの間隔ｎにおいて２つのエ
コー経路推定値を表わす関数である。同様に、式（１３）に示した形態に相当す
る形態でｈ_１（ｔ）およびｈ_２（ｔ）の組み合わせとしてｈを規定する。

【００４４】

【数１０】

【００４５】次のタスクでは、＃ｈを使用して、更新し、２つのエコー経路推定値を明示的に
使用するのではなく、式（１０）、（１１）、および（１２）の正規化されたＬ
ＭＳの更新をエコー消去に使用する。ｇ_１（ｎ）およびｇ_２（ｎ）が全てのｎに
ついて一定であるとき、式（１０）、（１１）、および（１２）における更新は
、変更されないまま使用されて、時間における定数としてｈの推定値を判断する
ことができる。しかしながら、ｇ_１（ｎ）およびｇ_２（ｎ）が時間で変化すると
き、ｈにおける変化は式（１０）、（１１）、および（１２）のＬＭＳ更新にお
いて考慮に入れられないので、この解決案を使用することはできない。

【００４６】次に示す条件のもとで、３つのサンプルエポックｉ、ｉ−ａ、およびｉ−ｂに
ついて検討する。

【００４７】

【数１１】

【００４８】同様に、ｇ_２（ｎ）について、すなわちｇ_１（ｎ）およびｇ_２（ｎ）の値は、エ
ポックｉ−ａおよびｉ−ｂのみに対して変化する。式（１４）および（１６）から、次に示す式（１７）および（１８）によって与
えられるエポックｉ−ａ−１およびｉ−ｂ−１（すなわち、スペーシャライゼー
ションの変化の直前に）における結合されたエコー経路のｊ番目の係数の値を検
討する。式（１４）および（１６）は、式（１７）および（１８）により与えら
れる。

【００４９】

【数１２】

【００５０】式（１７）および（１８）は、式（１９）のように表わすことができる。したが
って、式（７）からＧの定義を使用して、式（２０）のように表わすことができ
る。

【００５１】

【数１３】

【００５２】さらに、エポックｉにおける結合されたエコー経路におけるｊ番目の係数の値に
ついて検討する。これは、式（１４）および（１６）から、次の式（２１）によ
って与えられる。

【００５３】

【数１４】

【００５４】Ｇ^−１の要素は変数γによって規定され、次の式（２２）のように表わすこと
ができるときは、式（１９）、（２２）、（２２）から式（２３）が得られる。

【００５５】

【数１５】

【００５６】この式は、式（１０）、（１１）、および（１２）の正規化されたＬＭＳ更新に
要求される追加の更新である。式（２１）からｈにおける１つのみの係数は、各
サンプル期間内において更新されて、スペーシャライゼーションの変更を考慮に
いれる必要があることに注意すべきである。

【００５７】このプロセスは、プロセスを少し修正することによって３以上のチャンネルを
もつシステムに拡張することができる。とくに、Ｎ−チャンネルのシステムにつ
いて、スペーシャライゼーションの位置における前のＮ＋１の変化は最も古いも
のから最も新しいものまで変数ｋ_Ｎ＋１，．．．，ｋで記録される。行列Ｇは式
（２４）として一般化される。

【００５８】

【数１６】

【００５９】段階104は次の式（２５）のように一般化される。

【００６０】

【数１７】

【００６１】段階105および段階106は変更されずに残される。記載したプロセスを証明するために、本発明のステレオの正規化された最小二乗
平均プロセスと正規化された最小二乗平均プロセスの両者は、図３に示した構成
を使用し、実際の測定されたマイクロフォン／話し手の経路からとったエコー経
路でシミュレートされる。スペーシャライゼーションの位置は、シミュレーショ
ン中に５回変更されて、プロセスの能力を試験し、変化しているスペーシャライ
ゼーションに適応する。図５は、サンプルリングされたガウスのホワイトノイズ
（Gaussian white noise, GWN）の入力についてのエコー消去における集合の平
均エラー（ensemble-averaged error）を示す。シミュレーションについて、ス
テップサイズのパラメータμが０．１であるとき、フィルタ長はＬ＝２００であ
り、サンプルレートは８キロヘルツであり、ノイズ信号は入力信号より低く４０
デシベル加えられた。図５は、正規化されたＬＭＳプロセス（図５ａ参照）と本
発明のステレオの正規化されたＬＭＳプロセス（図５ｂ参照）が、最初から最後
のサンプル４００００まで同様に振舞うことを示している。両方のプロセスにお
けるエラーは、合計経路ベクトルｈの静的な値に対する適応フィルタの収束には
いることに注意すべきである。しかしながら、サンプル期間１９０００において
、スペーシャライゼーションは変化し、その結果ｈは変化し、したがってエラー
は両方のプロセスにおいて突然に増加する。正規化されたＬＭＳプロセス（図５
ａ参照）は、個別の経路ベクトルｈ_１およびｈ_２を判断するのに２つのスペーシ
ャライゼーションの位置を必要とするので、正しい合計経路ベクトルｈを形成す
るには十分な情報をまだもっていない。しかしながら、本発明のプロセスでは第
２のスペーシャライゼーションの位置の後で、変更されたｈの値の推定値を作る
ことができる。これは図５において確認することができ、図５ａのスペーシャラ
イゼーションが変化するたびごとにエラー増加を証明する正規化されたＬＭＳプ
ロセスとは異なり、図５ｂではサンプル４００００の後でエラー曲線は上がらな
い。

【００６２】図６は２つのエコー経路の推定値のベクトル＃ｈ_１および＃ｈ_２における誤調
節を示しており、本発明のプロセスの振舞いは図６の言語信号において確認する
ことができる。これらのベクトルは実際にはプロセスによって明示的に計算でき
ないが：更新の一部としてそれらに対する解を使用する。図６に示したグラフを
形成するのに、式２０を使用した。誤調節がフィルタの１つにおいて起り、他の
フィルタにおいて第１のスペーシャライゼーション位置の途中、すなわちサンプ
ル０ないし１９０００の間で上がることに注意すべきである。これは、ｇ_１（０
）＝０．２およびｇ_２（０）＝０．８、すなわちエコー信号エネルギーのほとん
どが第２のフィルタ経路から導き出され、合計フィルタ推定値＃ｈは第２の経路
フィルタｈ_２へ向かう傾向があることによって生じる。この点では、ｈ_１および
ｈ_２の真の解を許可する優先情報（priori information）がない。しかしながら
、第２のスペーシャライゼーションの位置がサンプル１９０００において開始す
ると直ぐに、＃ｈ_１および＃ｈ_２の両者における誤調節が始まり、ステレオの正
規化されたＬＭＳプロセスがｈ_１およびｈ_２に対する解を形成することができる
ようになる。

【００６３】記載したプロセスでは、正規化された最小二乗平均適応フィルタを使用して、
結合したエコー経路の推定値の更新を形成する。しかしながら、サンプルに基い
てサンプルに対する未知のフィルタの推定値を更新する現在または将来の適応プ
ロセスを、上述の正規化された最小二乗平均アルゴリズムに代わって使用するこ
とができる。要求される唯一の変更は、プロセス段階106を別のフィルタ更新と
置換することである。適切な既存の例は、ファストアフィンプロジェクション
、最小二乗平均、または反復的最小二乗平均適応フィルタである。

【図面の簡単な説明】

【図１】モノフォニックのエコー消去の原理を示す図。

【図２】（戻り経路の半分のみについて）ステレオフォニックのエコー消去の基本的な
原理を示す図。

【図３】本発明の実施形態を示す図。

【図４】図３の理論的な等価システムを示す図。

【図５】従来技術のシステムと本発明のシステムとを比較して、図３に示したシステム
についての平均エラーを示すグラフ（図５ａおよび５ｂ）。

【図６】エラー経路の推定値＃ｈ_１および＃ｈ_２の誤調節が本発明のプロセスを使用し
て時間の経過とともに低減するのを示す図。

【図７】好ましい実施形態の更新プロセスを示すフローチャート。

───────────────────────────────────────────────────── 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，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者リード、マーチンイギリス国、シーオー４・３エスキュー、コルチェスター、デパートメント・エレクトロニック・システムズ・エンジニアリング、ユニバーシティー・オブ・エセックス（番地なし) (72)発明者ホークスフォード、マルコム・ジョンイギリス国、シーオー７・９キューユー、エセックス、コルチェスター、ワイバンホー、ブルーム・グローブ 40、ユニバーシティー・オブ・エセックスＦターム(参考） 5D020 CC06 5K027 DD07 DD10 5K038 AA07 CC01 FF13 5K046 HH02 HH19 HH79

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多数のチャンネルの方向付けされたスペーシャライズド信号
に対する音響エコー消去方法であって、方向付けされたスペーシャライズド信号
は各スペーシャライゼーション利得関数（ｇ_１，ｇ_２）にしたがって修正される
信号入力（12）から生成され、複数のオーディオチャンネル（ｘ_１（ｔ）、ｘ_２（ｔ））を生成し、エコー消去プロセスは結合されたスペーシャライゼーション
およびエコー経路（ｈ_１，ｈ_２）の推定値（＃ｈ_１，＃ｈ_２）を使用し、推定値
は各チャンネルに適用される利得関数から導き出され、各チャンネルに適用され
た利得関数が変化するとき、エコー経路の前の推定値および利得関数（ｇ_１，ｇ _２）に基づいて、エコー経路（ｈ_１，ｈ_２）の推定値（＃ｈ_１，＃ｈ_２）が生成
され、エコー経路の推定値（＃ｈ_１，＃ｈ_２）を使用して、エコー消去信号ｅ（
ｔ）を生成する方法。
【請求項２】各チャンネルに適用される利得関数が、スカラー利得係数で
ある請求項１記載の方法。
【請求項３】正規化された最小二乗平均適応フィルタを使用して、結合し
たエコー経路推定値の更新を形成する請求項１または２記載の方法。
【請求項４】ファストアフィンプロジェクション適応フィルタを使用し
て、結合したエコー経路推定値の更新を形成する請求項１または２記載の方法。
【請求項５】反復的最小二乗平均適応フィルタを使用して、結合したエコ
ー経路推定値の更新を形成する請求項１または２記載の方法。
【請求項６】多数のチャンネルの方向付けされたスペーシャライズドオー
ディオシステムにおける音響エコー消去のための装置であって、該スペーシャラ
イズドオーディオシステムが、オーディオ信号ｓ（ｔ）を受け取るための信号入力手段（12）と、オーディオ信号ｓ（ｔ）から導き出された音響信号（ｘ_１（ｔ）、ｘ_２（ｔ
））を生成するための複数のオーディオ出力手段（13Ｌ，13Ｒ）と、オーディオ出力手段（13Ｌ，13Ｒ）を制御するための利得制御入力（ｇ_１，
ｇ_２）を生成するためのオーディオ出力手段と関係している制御手段（14Ｌ，14
Ｒ）であって、スペーシャライズド形式（ｈ_１，ｈ_２）のオーディオ信号ｓ（ｔ
）が前記複数のオーディオ出力手段（13Ｌ，13Ｒ）によって生成される制御手段
（14Ｌ，14Ｒ）と、音響信号を検出するためのオーディオ入力手段(21)と、オーディオ入力手段（25）によって検出された音響信号から導き出された信
号y(t)を送るための信号出力手段(22)と、各制御手段(14Ｌ，14Ｒ)における利得制御関数（ｇ_１，ｇ_２）の変化を識別
するための検出手段と、エコー経路の前の推定値と、検出手段によって検出され
た利得制御関数（ｇ_１，ｇ_２）とに基づくエコー経路の推定値を、音響出力手段
（13Ｌ，13Ｒ）と音響入力手段（21）との間で生成するための推定手段とを含む
エコー経路推定手段(25)と、制御手段（14Ｌ，14Ｒ）によって生成されたスペーシャライズド音響信号と
エコー経路推定手段（25）によって導き出された推定値とから導き出されたエコ
ー消去信号を生成するためのエコー消去信号生成手段（24Ｌ，24Ｒ）と、エコー消去信号を、オーディオ入力手段によって生成された信号へ適用する
信号結合手段（26）とを含む装置。
【請求項７】各チャンネルに適用される利得関数が、スカラー利得係数で
ある請求項６記載の方法。
【請求項８】正規化された最小二乗平均適応フィルタを使用して、結合し
たエコー経路推定値の更新を形成する請求項６または７記載の方法。
【請求項９】ファストアフィンプロジェクション適応フィルタを使用し
て、結合したエコー経路推定値の更新を形成する請求項６または７記載の方法。
【請求項１０】反復的最小二乗平均適応フィルタを使用して、結合したエ
コー経路推定値の更新を形成する請求項６または７記載の方法。