JP2004096523A

JP2004096523A - 通信装置

Info

Publication number: JP2004096523A
Application number: JP2002256415A
Authority: JP
Inventors: Sadahiro Kimura; 木村　貞弘
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-09-02
Filing date: 2002-09-02
Publication date: 2004-03-25

Abstract

【課題】保存する情報量を効率よく削減すること、学習時間短縮に伴うメモリの浪費を抑え、付加情報のオーバーヘッドを極力抑えること。
【解決手段】ＣＯＤＥＣ１８でのエコー特性をＬＭＳ法により学習し、フィルタ係数１７を生成する。学習されたフィルタ係数１７を用いて信号処理部１６でエコーキャンセラを行いながら、エンコード部１２とデコード部１３を動作させ、通信を行う。前回の学習において得られた通信環境情報（フィルタ係数１７）をＷａｖｅｌｅｔ変換部１５にて圧縮し、これを保存する。さらに、次接続時には、この圧縮された通信環境情報（フィルタ係数１７）を係数伸張部１４により伸張し、次回接続時の学習における初期値として使用することにより、保存する情報量を効率よく削減する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、適応フィルタを備えた通信装置に関し、特に保存する情報量を効率よく削除することが可能な通信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、エコーキャンセラ、ノイズキャンセラ、ハウリングキャンセラ、適応等化器などのアダプティブ・フィルタ適応化方法が知られている。
例えば、エコーキャンセラの場合、２線／４線変換回路の４線側において、送信回路から受信回路へ漏れ込むエコーを除去するため、エコー路のインパルス応答長以上の長さのタップ係数を持つアダプティブ・フィルタを用いて、送信信号の対応した擬似エコーを生成し、２線／４線変換回路の４線側にてエコーを抑圧する。
【０００３】
すなわち、前回の接続において学習された通信環境情報（例えば、回線周波数特性、回線エコー特性など）を次回の接続に利用する通信装置において、最も簡単に実現できる手法として、学習された全てのパラメータ（フィルタ係数）を保存することが考えられる。
しかしながら、通信装置において、学習される対象である適応フィルタ係数は、一般的にタップ長が長く、全ての情報（学習された係数）を保存するためには、必要に応じたメモリの消費が発生する。
【０００４】
アダプティブ・フィルタのタップ係数メモリの消費が増大すると、コストの上昇を招くことになる。例えば、エコーキャンセラの挿入された４線回線上の点と４線／２線変換回路のある点の間に固定遅延が存在する場合には、エコーキャンセラのタップ数は、想定される最大の固定遅延量と実質的なインパルス応答の応答波形部分を十分にカバーする長さを必要とする。その結果、想定される固定遅延量が大きいときのタップ長は膨大となり、タップ数の増加により係数間の相互干渉も増大するため、タップ係数メモリの消費も増大する。
【０００５】
上記の問題を解決する手法として、例えば、特開平６−２３７１４７号公報に記載の『アダプティブ・フィルタ適応化方法及び装置』がある。この方法では、全タップを等しいタップ数から構成される複数のタップ制御グループに分け、選択されているタップ制御グループに属するタップに限定する。そして、このグループは、予め定められた係数更新回数毎に変更して、グループ内のタップ係数の絶対値の最大値の大きい順に選択の順番を決定するものである。限定範囲が１箇所ではなく、選択するタップ制御グループが変わることにより、全タップ範囲を移動するので、マルチエコーにも対応できるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報の技術では、得られた情報を無理に選択しているため、次回の接続において突発的に発生したノイズや環境のゆらぎ等の外的要因に左右され易いという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、このような問題を解決し、保存する情報量を効率よく削減することが可能であり、学習時間短縮に伴うメモリの浪費を抑え、付加情報のオーバーヘッドを極力抑えることができ、外部より圧縮率の設定を変更が可能で、圧縮データの管理が容易であり、ホストへの負荷を低減することができる通信装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の通信装置は、（１）接続時の学習時間短縮を行うため、前回の接続に学習された通信環境情報（回線エコーや回線周波数特性）を次回接続時の適応アルゴリズムの学習における参照値として使用する通信装置において、前回の学習において得られた通信環境情報（フィルタ係数）をＷａｖｅｌｅｔ変換にて圧縮し、これを保存する。さらに、次接続時には、この圧縮された通信環境情報を伸張し、次回接続時の学習における初期値として使用することにより、保存する情報量を効率よく削減する機能を有する。
【０００９】
（２）上記（１）の通信装置において、圧縮に使用していた直行変換アルゴリズムを離散コサイン変換により実現したことを特徴としている。
（３）上記（１）の通信装置において、圧縮されたフィルタ係数とフィルタにおける位置情報を１つのパケットとして生成する圧縮フォーマットに関して規定する。
（４）上記（３）で規定された圧縮フォーマットに関して、位置情報に割り当てるビット数を、フィルタタップ長に合わせて変更することを特徴としている。
【００１０】
（５）上記（１）（２）の通信装置において、圧縮処理を行う際に圧縮率を任意にホストより設定することが可能なことを特徴としている。
（６）上記（１）〜（５）の通信装置において、複数のフィルタ係数を圧縮する場合に、それぞれのフィルタ係数の情報を整理するためのフォーマットに関して規定する。
（７）上記（１）〜（６）の通信装置において、圧縮データの管理をホストが行なわず、通信装置内で行うもので、ホストへの負荷を低減することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、モデムのエコーキャンセラとして実現した場合の実施形態を説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態（請求項１に対応）を示す通信装置のブロック構成図である。
図１において、１１はホストのインターフェース、１２，１３はそれぞれ変復調ならびにデータ通信を行うためのエンコード部およびデコード部、１４は圧縮されたフィルタ係数を伸張するための係数伸張部、１５は学習されたフィルタ係数を圧縮するための係数圧縮部、１６は学習されたフィルタ係数を用いて信号処理を行う信号処理部、１７は学習されたフィルタ係数、１８は回線とのインターフェース（ＣＯＤＥＣ）である。なお、信号処理部１６内の１９は、適応フィルタである。
【００１２】
図１において、本発明の通信装置は、初回の接続において、ＣＯＤＥＣ１８でのエコー特性をＬＭＳ法により学習し、フィルタ係数１７を生成する。学習されたフィルタ係数７（エコー特性）を用いて信号処理部１６において、エコーキャンセラを行いながら、エンコード部１２、デコード部１３を動作させ、通常の通信を実行する。
データ通信の終了した後、学習されたフィルタ係数１７を係数圧縮部１５に入力し、圧縮処理を行う。圧縮処理の手順は、次の図２により説明する。
【００１３】
図２は、図１における圧縮処理の手順を示す説明図である。
まず、係数圧縮部１５に入力されたフィルタ係数１７を、Ｗａｖｅｌｅｔ変換部２１において変換し、次にソート部２２で変換されたデータを降順にソートする。ここで、任意のしきい値以下のものを切り捨てる（Ｗａｖｅｌｅｔ縮退をかける）。係数抽出部２３でフィルタ係数を抽出した後、最後に、圧縮データ出力部２４から生成されたデータを出力する。
出力された圧縮データは、係数圧縮データのファイル２０に格納される。
【００１４】
そして、次接続においては、フィルタ係数１７を学習する前に、前回圧縮したデータを係数伸張部１４において伸張する。すなわち、圧縮されたデータをファイル２０から読み出して、圧縮データ入力部２６に入力し、Ｗａｖｅｌｅｔ逆変換部２５により逆変換を行うことにより、フィルタ係数１７を生成する。
この生成された係数１７を初期値として、エコー特性をＬＭＳ法により再学習する。ここで、初期値が目的特性に近い状態で予えられているため、収束速度が高く、学習時間が短縮できる。
【００１５】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態（請求項２に対応）を示す通信装置のブロック構成図である。
図３の構成は、図１の構成と同一であるが、図４で説明するように、係数伸張部１４と係数圧縮部１５の機能が図１とでは異なっている。すなわち、図１ではＷａｖｅｌｅｔ変換と逆変換であったのに対して、図３ではＤＣＴ変換と逆変換である。
ＨＯＳＴインターフェース１１、変復調およびデータ通信を行うためのエンコード部１２とデコード部１３、圧縮されたフィルタ係数を伸張するための係数伸張部１４、学習されたフィルタ係数を圧縮するための係数圧縮部１５、学習されたフィルタ係数を用いて信号処理を実行する信号処理部１６、学習されたフィルタ係数１７、回線とのインターフェース（ＣＯＤＥＣ）１８、および信号処理部１６内の適応フィルタ１９から構成される。
【００１６】
図３の通信装置は、初回の接続において、ＣＯＤＥＣ１８でのエコー特性をＬＭＳ法により学習し、フィルタ係数１７を生成する。学習されたフィルタ係数１７（エコー特性）を用いて信号処理部１６でエコーキャンセラを行いながら、エンコード部１２、デコード部１３を動作させて通常の通信を行う。データ通信の終了後、学習されたフィルタ係数１７を係数圧縮部１５に入力し、圧縮処理を行う。
【００１７】
図４は、図３における係数圧縮部と係数伸張部の手順を示す説明図である。
まず、係数圧縮部１５に入力されたフィルタ係数１７を、ＤＣＴ部２７において離散コサイン変換（ＤＣＴ）する。次に、ＤＣＴされたデータをソート部２２において降順にソートし、任意のしきい値以下のものを切り捨てる。係数抽出部２３でフィルタ係数を抽出した後、圧縮データ出力部２４により生成されたデータを出力する。出力されたフィルタ係数は、係数圧縮データのファイル２０に格納される。
【００１８】
そして、次接続においては、フィルタ係数１７を学習する前に、前回圧縮したデータをファイル２０から読み出し、係数伸張部１４に入力して伸張する。すなわち、圧縮データ入力部２６に入力されたデータは、逆ＤＣＴ部２８において、逆ＤＣＴ変換される。これにより、フィルタ係数１７を生成する。この生成されたフィルタ係数１７は、初期値としてエコー特性をＬＭＳ法により再学習する。ここで、初期値が目的特性に近い状態で与えられているため、収束速度が高く、学習時間が短縮できるものである。
【００１９】
（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態（請求項３に対応）を示す通信装置のインデックスの付加方法の説明図である。また、図６は、同じくパケットフォーマットの構成図である。
第３の実施形態は、構成および動作とも第１および第２の実施形態と同じである。ここで、係数圧縮において、データをソートし、任意のしきい値以下のものを切り捨てる（Ｗａｖｅｌｅｔ縮退をかける）ため、残ったデータとその位置情報が必要となる。そこで、Ｗａｖｅｌｅｔ変換されたデータを図５に示すように、１番からＮ番（フィルタのタップ長をＮとする）までのインデックスを付けておき、このインデックスとＷａｖｅｌｅｔ変換されたデータを図６に示すようなパケットとして生成して、保存する。パケットは、インデックスとデータからなり、インデックスはＮより小さく、１より大きい、データはＷａｖｅｌｅｔ変換後のデータである。
これにより、伸張処理を行う場合に、処理が容易に行える。
【００２０】
（第４の実施形態）
本実施形態（請求項４に対応）の構成および動作は、第３の実施形態と全く同じであるため、図を省略する。ここで、例えば、学習される適応フィルタのタップ長Ｎが２５６で、データが１６ビットの場合、インデックスに表現できる最小ビット数である８ビット割り当て、１パケットを２４ビットとして構成することにより、インデックスを付けることによる付加情報のオーバーヘッドを極力抑えることができる。
【００２１】
（第５の実施形態）
図７は、本発明の第５の実施形態（請求項５に対応）を示す通信装置のブロック構成図である。
第５の実施例では、構成は第１の実施形態と同様である。ただ、ＨＯＳＴインターフェース１１から係数圧縮部１５に対して、圧縮率設定のためのラインが設けられている点で異なり、その圧縮率設定のための動作が異なっている。
すなわち、ＨＯＳＴインターフェース１１から係数圧縮部１５に圧縮率設定ができる仕組みになっており、圧縮率の設定はＷａｖｅｌｅｔ縮退をかける際のしきい値の変更により実現される。
【００２２】
（第６の実施形態）
図８は、本発明の第６の実施形態（請求項６に対応）を示すヘッダーフォーマットの構成図である。
なお、第６の実施形態の構成および動作は、第１の実施形態と同じである。
ここでは、圧縮されたデータのフォーマットが図８に示すように、圧縮データの前にヘッダー情報が付加されている。ヘッダーには、例えば、インデックスのビット数、タップ長Ｎ等の情報が記憶されており、圧縮データの管理が容易になるような構造となっている。
【００２３】
図９は、本発明の第７の実施形態（請求項７に対応）を示す通信装置のブロック構成図である。
図９において、１１はホストのインターフェース、１２，１３はそれぞれ変復調およびデータ通信を行うためのエンコード部とデコード部、１４は圧縮されたフィルタ係数を伸張するための係数伸張部、１５は学習されたフィルタ係数を圧縮するための係数圧縮部、１６は学習されたフィルタ係数を用いて信号処理を行う信号処理部、１７は学習されたフィルタ係数、１８は回線とのインターフェース（ＣＯＤＥＣ）、１９は信号処理部１６内の適応フィルタ、２０は圧縮されたデータを格納する記憶領域である。
【００２４】
図９において、通信装置は初回の接続で、ＣＯＤＥＣ１８でのエコー特性をＬＭＳ法により学習し、フィルタ係数１７を生成する。学習されたフィルタ係数（エコー特性）を用いて信号処理部１６において、エコーキャンセラを行いながらエンコード部１２、デコード部１３を動作させ、通常の通信を行う。データ通信の終了後、学習されたフィルタ係数１７を係数圧縮部１５に入力し、圧縮処理を行う。圧縮処理は、図２に示す第１の実施形態の動作と同じである。
【００２５】
すなわち、図２において、まず、係数圧縮部１５に入力されたフィルタ係数１７を、Ｗａｖｅｌｅｔ変換部２１によりＷａｖｅｌｅｔ変換する。次に、Ｗａｖｅｌｅｔ変換されたデータをソート部２２において降順にソートし、任意のしきい値以下のものを切り捨てる（Ｗａｖｅｌｅｔ縮退をかける）。係数抽出部２３でフィルタ係数を抽出した後、圧縮データ出力部２４から出力し、係数圧縮データ記憶領域２０に格納する。
【００２６】
次接続においては、フィルタ係数１７を学習する前に、前回圧縮したデータ記憶領域２０から読み出し、そのデータを係数伸張部１４にて伸張する。すなわち、圧縮データ入力部２６からＷａｖｅｌｅｔ逆変換部２５において伸張し、フィルタ係数１７を生成する。この生成された係数を初期値として、エコー特性をＬＭＳ法により再学習する。ここで、初期値が目的特性に近い状態で与えられているため、収束速度が高く、学習時間が短縮できる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、以下の効果を奏する。
（１）本通信装置では、保存する情報量を効率よく削減することができるので、学習時間の短縮機能に伴うメモリの浪費を抑えることができる（請求項１，２）。（２）本通信装置では、データと位置情報を１つにまとめているため、伸張時の処理が容易に行える（請求項３）。
【００２８】
（３）本通信装置では、インデックスを付けることにより、付加情報のオーバーヘッドを極力抑えることができる（請求項４）。
（４）本通信装置では、外部より圧縮率の設定が変えられるので、フレキシブルな対応が可能である（請求項５）。
（５）本通信装置では、圧縮データの管理が容易に実現できる（請求項６）。
（６）本通信装置では、保存領域を本装置側において実現することで、ホストへの負荷を低減することができる（請求項７）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態（請求項１に対応）を示す通信装置のブロック構成図である。
【図２】図１における圧縮および伸張の手順を示す説明図である。
【図３】本発明の第２の実施形態（請求項２に対応）を示す通信装置のブロック構成図である。
【図４】図３における圧縮および伸張の手順を示す説明図である。
【図５】本発明の第３の実施形態（請求項３に対応）を示すインデックスの付け方の説明図である。
【図６】第３の実施形態を示すパケットフォーマットの説明図である。
【図７】本発明の第５の実施形態（請求項５に対応）を示す通信装置のブロック構成図である。
【図８】本発明の第６の実施形態（請求項６）を示すヘッダーフォーマットの説明図である。
【図９】本発明の第７の実施形態（請求項７）を示すヘッダーフォーマットの説明図である。
【符号の説明】
１１…ホストインターフェース、１２…エンコード部、１３…デコード部、
１４…係数伸張部、１５…係数圧縮部、１６…信号処理部、
１７…フィルタ係数、１８…回線インターフェース（ＣＯＤＥＣ）、
１９…適応フィルタ、２０…係数圧縮データ領域（ファィル）、
２１…Ｗａｖｅｌｅｔ変換部、２２…ソート部、２３…係数抽出部、
２４…圧縮データ出力部、２５…Ｗａｖｅｌｅｔ逆変換部、
２６…圧縮データ入力部、２７…ＤＣＴ部、２８…逆ＤＣＴ部。

Claims

前回の接続に学習された通信環境情報を次回接続時の適応アルゴリズムの学習における参照値として使用する通信装置において、
前回の学習において得られた通信環境情報をＷａｖｅｌｅｔ変換により圧縮する係数圧縮手段と、
次接続時には、前記係数圧縮手段により圧縮された通信環境情報を伸張する係数伸張手段と、
前記係数伸張手段から出力された係数を次回接続時の学習における初期値として使用し、保存する情報量を効率よく削減する係数圧縮データ記憶手段とを備えたことを特徴とする通信装置。
請求項１記載の通信装置において、
前記係数圧縮手段に使用していた直行変換アルゴリズムを、離散コサイン変換により実現し、
前記係数伸張手段に使用していた逆変換アルゴリズムを、離散コサイン逆変換により実現することを特徴とした通信装置。
請求項１記載の通信装置において、
前記係数圧縮手段により圧縮されたフィルタ係数と、フィルタにおける位置情報とを１つのセットとして生成し、記憶することを特徴とする通信装置。
請求項３記載の通信装置において、
前記係数圧縮手段により圧縮された係数の位置情報に割り当てるビット数を、フィルタタップ長に合わせて変更することを特徴とする通信装置。
請求項１または２記載の通信装置において、
前記圧縮処理を行う際に、圧縮率をホストより任意に設定することが可能なことを特徴とした通信装置。
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の通信装置において、前記複数のフィルタ係数を圧縮する場合に、圧縮されたデータの先頭に複数あるフィルタ係数の情報をヘッダー情報として付加することを特徴とする通信装置。
請求項１〜請求項６のいずれかに記載の通信装置において、前記係数圧縮手段により圧縮された圧縮データをホストに転送することなく、該圧縮データを通信装置内に保存することを特徴とする通信装置。