JP2004527186A - マルチチャンネル・エコー消去システムの適応制御のための方法と、該方法を実施するための装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、Ｎ個のラウドスピーカーＨＰ_ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）（Ｎは、２以上の整数）と、Ｍ個のマイクロフォンＭＣ_ｊ（ｊ＝１，２，…，Ｍ）（Ｍは、１以上の整数）と
を具備するマルチチャンネル・エコー消去システムの適応制御のための方法である。前記システムは、可変係数を伴うＮ×Ｍ個の識別フィルターＦ_ｉｊを具備し、前記識別フィルターＦ_ｉｊは、ラウドスピーカーＨＰ_ｉとマイクロフォンＭＣ_ｊとの間の音響結合を、可変係数適応ステップμの関数として評価するために用いられる。前記可変係数適応ステップ（μ）は、Ｐ個のラウドスピーカーＨＰ_ｋ（ｋ≠ｉ）上に存在する信号があるか否かに依存する。本発明は、通信ツールのハンズフリー動作に適用可能である。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチチャンネル・エコー消去システム（multi-channel echo cancellation system）の適応制御（adaptive control）のための方法と、該方法を実施するための装置とに関する。
【０００２】
本発明は、例えば、移動電話やパーソナルコンピュータ（ＰＣ）のような、および、より一般的には、参加者から少し離れた幾つかのラウドスピーカーを用いて音声通信が行われる音声および／または映像ワークステーション内に存在する任意の型の装置のような通信ツールのハンズフリー動作に適用可能である。
【背景技術】
【０００３】
音響エコー（acoustic echo）は、通信ツールのハンズフリー動作を円滑に行うための主要な障害である。音響エコーは、ラウドスピーカーにより発せられる、かつ、直接的にまたは反射によってマイクロフォンにより捕捉（pick up）される信号の結果である。音響エコーの問題についての多くの研究が、１次元および多次元の両方の場合について行われてきた。
【０００４】
１次元の場合には、サウンドピックアップ信号が幾つかのマイクロフォンにより捕捉されかつサウンド再生信号が幾つかのラウドスピーカー上で再生される場合であっても、１つのサウンドピックアップ信号と、１つのサウンド再生信号とがあるのみである。
【０００５】
多次元の場合には、エコー消去システムは、各々がラウドスピーカーＨＰ_ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を具備するＮ個の信号受信チャンネルと、各々がマイクロフォンＭＣ_ｊ（ｊ＝１，２，…，Ｍ）を具備するＭ個のサウンドピックアップチャンネルとを具備する。この型のエコー消去システムが、図１に示される。前記エコー消去システムは、Ｎ×Ｍ個の音響チャンネル（結果として、Ｎ×Ｍ個のエコー消去装置Ｈ（ｉ，ｊ））を具備する。各々のエコー消去装置Ｈ（ｉ，ｊ）は、ラウドスピーカーＨＰ_ｉとマイクロフォンＭＣ_ｊとの間の音響結合（acoustic coupling）を評価する識別フィルター（identification filter）を具備する。このようなシステムのリアルタイム動作の問題の他に、要求される計算能力に起因して、識別フィルター制御アルゴリズムの収束に関連した他の問題が発生する。
【０００６】
識別フィルター制御アルゴリズムの収束の問題について、多くの研究が行われてきた。例えば、収束方法は、ランダムな雑音の追加に基づく方法、または、処理すべき信号を非相関化する（decorrelate）ための非線形関数の導入に基づく方法を含む。この方法は、米国において１９９８年１０月２７日に発行された、"Stereophonic acoustic echo cancellation using non-linear transformations"という題目の、ベネスティ（Benesty）らによる米国特許第５，８２８，７５６号明細書において説明されている。
【０００７】
従来技術による収束方法は、計算時間が長いことを含む多くの不利点を有している。
【０００８】
本発明は、前述した不利点を有していない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、Ｎ個のラウドスピーカーＨＰ_ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）（Ｎは、２以上の整数）と、Ｍ個のマイクロフォンＭＣ_ｊ（ｊ＝１，２，…，Ｍ）（Ｍは、１以上の整数）と
を具備するマルチチャンネル・エコー消去システムの適応制御のための方法に関し、前記システムは、可変係数を伴うＮ×Ｍ個の識別フィルターＦ_ｉｊを具備し、前記識別フィルターＦ_ｉｊは、制御情報の作用で、ラウドスピーカーＨＰ_ｉとマイクロフォンＭＣ_ｊとの間の音響結合を評価するために用いられ、前記制御情報は、マイクロフォンＭＣ_ｊにより検出された信号と識別フィルターＦ_ｉｊから出力された被評価信号を含む基準信号との間のエラー信号と、可変係数適応ステップとに基づいて、適応アルゴリズムを用いて計算される。前記基準信号は、Ｐ個の識別フィルターＦ_{ｋｊ（ｋ≠ｉ）}から出力されたＰ個の被評価補足信号ｙ＾_{ｋ，ｊｋ≠ｉ}（ｋ＝１，２，…，ｉ−１，ｉ＋１，…，Ｐ＋１）（Ｐは、１〜Ｎ−１の整数）の合計に等しい信号をさらに具備し、前記可変係数適応ステップは、Ｐ個のラウドスピーカーＨＰ_ｋ（ｋ≠ｉ）上に存在する信号があるか否かに依存する。
【００１０】
本発明は、Ｎ個のラウドスピーカーＨＰ_ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）（Ｎは、２以上の整数）と、Ｍ個のマイクロフォンＭＣ_ｊ（ｊ＝１，２，…，Ｍ）（Ｍは、１以上の整数）と
を具備するマルチチャンネル・エコー消去システムの適応制御のための装置に関し、前記システムは、ラウドスピーカーＨＰ_ｉとマイクロフォンＭＣ_ｊとの間の音響結合を評価するための可変係数を伴う識別フィルターＦ_ｉｊを具備し、前記識別フィルターは、マイクロフォンにより検出された信号と識別フィルターＦ_ｉｊから出力された被評価信号を含む基準信号との間のエラー信号と可変係数適応ステップとによって制御される更新装置から出力された制御情報により制御される。前記装置は、Ｐ個の識別フィルターＦ_{ｋｊ（ｋ≠ｉ）}から出力された被評価信号（ｙ＾_{ｋ，ｊｋ≠ｉ}（ｋ＝１，２，…，ｉ−１，ｉ＋１，…，Ｐ＋１））（Ｐは、１〜Ｎ−１の整数）を、基準信号に追加する手段と、Ｐ個のラウドスピーカーＨＰ_ｋ（ｋ≠ｉ）上に存在する信号があるか否かに応じて、可変係数適応ステップの値を変更する手段とを具備する。
【００１１】
本発明の好ましい一実施例において、後で明らかとなるように、数Ｐは、Ｎ−１に等しい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明に関する他の特徴および利点は、添付図面を参照して好ましい実施例を読んだ後に明らかとなるであろう。
【００１３】
図１については既に説明したので、これについて再び説明することは無意味である。
【００１４】
図２は、本発明の第１実施例による、マルチチャンネル・エコー消去システムのための適応制御装置を示す。
【００１５】
図２の制御装置は、マイクロフォンＭＣ_ｊとラウドスピーカーＨＰ_ｉとの間におけるエコー消去を可能にする、本発明による制御装置である。
【００１６】
前記制御装置は、可変係数（variable coefficients）を伴う識別フィルターＦ_ｉｊと、更新ユニット１と、可変係数適応ステップ（variable coefficients adaptive step）μを計算する手段２と、Ｎ個のボイスアクティビティ検出器（voice activity detector）ＤＡＶ（ｘ_ｉ）（ｉ＝１，２，…，Ｎ）と、１つのボイスアクティビティ検出器ＤＡＶ（ｙ_ｊ）と、減算器３と、加算器４とを具備する。各々のボイスアクティビティ検出器は、ボイス信号があるか否かを、決定閾値の関数として示す。こうして、ボイスアクティビティ検出器ＤＡＶ（ｘ_ｉ）から出力された信号ｄ（ｘ_ｉ）は、ラウドスピーカーＨＰ_ｉ内に存在する信号があるか否かを示す。同様に、検出器ＤＡＶ（ｙ_ｊ）から出力された信号ｄ（ｙ_ｊ）は、マイクロフォンＭＣ_ｊ内に存在する信号があるか否かを示す。
【００１７】
識別フィルターＦ_ｉｊは、係数を適応させなければならない対象である有限パルス応答を伴うプログラム可能なフィルターである。更新ユニット１は、ラウドスピーカーＨＰ_ｉ内に存在する信号ｘ_ｉと、計算された可変係数ステップμと、エラー信号ｅとに基づいて、フィルター係数を適応させる。例えば、更新ユニット１は、正規化最小平均２乗（ＮＬＭＳ）アルゴリズム、または、２次アフィン射影アルゴリズム（order 2 Affine Projection Algorithm）（ＡＰＡ２）を用いる。
【００１８】
更新ユニット１は、以下の条件が満たされる場合に、フィルターＦ_ｉｊを更新する：
−検出器ＤＡＶ（ｘ_ｉ）がボイスアクティビティを検出する、
−検出器ＤＡＶ（ｙ_ｊ）がボイスアクティビティを全く検出しない、
−検出器ＤＡＶ（ｘ_ｋ，_ｋ≠ｉ）がボイスアクティビティを全く検出しない。
【００１９】
本発明の第１実施例によれば、信号ｄ（ｘ_ｋ）（ｋ≠ｉ）のうちのいずれか１つが、ラウドスピーカーＨＰ_ｋ上に存在する信号があることを示す場合には、ステップμの値はゼロに等しい。信号が全く検出されない場合には、適応ステップμは、更新ユニット１により用いられる適応アルゴリズムについて考えられる最適条件となるように選択される。例えば、ＮＬＭＳアルゴリズムまたはＡＰＡ２アルゴリズムについて、係数μは、０．３３に等しい。
【００２０】
エラー信号ｅは、マイクロフォンＭＣ_ｊ内に存在する信号ｙ_ｊと基準信号との差に等しい。前記基準信号は、識別フィルターＦ_ｉｊから出力された被評価（estimated）信号ｙ＾_ｉ，ｊ（以後、‘ｙ＾’は、‘ｙ’の上に‘＾’を付した記号を表すものとする）と、Ｎ−１個の識別フィルターＦ_ｋ，ｊから出力された全ての被評価信号ｙ＾_{ｋ，ｊｋ≠ｉ}とから構成される。この結果、Ｎ−１個の識別フィルターＦ_ｋ，ｊから出力された信号ｙ＾_{ｋ，ｊｋ≠ｉ}は、加算器４により合計される。
【００２１】
前記エラー信号は、以下の通りに書かれる：
【００２２】
【数５】

【００２３】
本発明による装置は、更新段階のための計算時間を好都合に低減するが、その理由は、ラウドスピーカーのいずれかの上に信号が存在する場合にステップμをゼロ値に固定することが、収束計算を中止するためである。
【００２４】
図３は、本発明の第２実施例による、マルチチャンネル・エコー消去システムのための適応制御装置を示す。
【００２５】
本発明の第２実施例によれば、係数適応ステップμは、仏国において１９９５年９月１３日に寄託され、かつ、第２ ７３８ ６９５号として公開された"Procede et dispositif d'identification adaptative et annuleur d'echo adaptatif incluant un tel dispositif"（“適応識別方法および装置、および、このような装置を具備する適応エコー消去装置”）という題目の仏国特許出願において説明される原理に基づいて計算される。制御装置は、可変係数を伴う識別フィルターＦ_ｉｊと、更新ユニット５と、可変係数適応ステップμを計算する手段６と、ラウドスピーカーＨＰ_ｉについてのボイスアクティビティ検出器ＤＡＶ（ｘ_ｉ）と、信号ｘ_ｉのエネルギーＸ_ｉの評価器７と、信号ｙ_ｊのエネルギーＹ_ｊの評価器８と、Ｎ−１個のラウドスピーカーＨＰ_ｋ（ｋ＝１，２，…，ｉ−１，ｉ＋１，…，Ｎ）から出力された信号ｘ_ｋ（ｋ≠ｉ）の加重（weighted）エネルギー（下記〈数６〉）の評価器９と、減算器３と、加算器４とを具備する。
【００２６】
【数６】

【００２７】
更新ユニット５は、検出器ＤＡＶ（ｘ_ｉ）がボイスアクティビティを検出する場合に、フィルターＦ_ｉｊを更新する。
【００２８】
次に、可変係数適応ステップμは、以下の式により計算される。
【００２９】
【数７】

【００３０】
ここで、ａ_ｉ、ｂ_ｉ、ｃ_ｊ、および、ｄ_ｋ（ｋ≠ｉ）は、正の係数である。非制限的な例として、係数ａ_ｉは１に等しくてもよく、係数ｂ_ｉは３に等しくてもよく、次に、係数ｃ_ｊは（音響環境条件に応じて）１０〜１００であってもよく、かつ、係数ｄ_ｋは係数ｃ_ｊとほぼ同じ桁であってもよい。
【００３１】
有利なことに、係数ｄ_ｋは、ステップの制御を、ラウドスピーカーチャンネルの数の関数として調整することができる。ラウドスピーカーチャンネルのうちの少なくとも１つの上にボイスアクティビティがある場合には、係数μはゼロへ向かい、かつ、適応は中止される。
【００３２】
本発明の第２実施例に関する１つの特別な利点は、信号内のエネルギーが増加するにつれて、係数μを絶えずゼロへ向けることができる点である。この利点は、ボイスアクティビティ検出器が用いられる場合には存在しないが、その理由は、決定閾値に到達していない間は、適応が寄生信号によって発生し得るためである。本発明の第２実施例によれば、フィルターの不適合（mismatching）を防止することは特に容易である。
【００３３】
本発明は、その実施例とは関係なく、任意の型の適応アルゴリズムに有利に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】マルチチャンネル・エコー消去システムの原理図である。
【図２】本発明の第１実施例による、マルチチャンネル・エコー消去システムのための適応制御装置を示す図である。
【図３】本発明の第２実施例による、マルチチャンネル・エコー消去システムのための適応制御装置を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１ 更新ユニット
２ 可変係数適応ステップμを計算する手段
３ 減算器
４ 加算器
ＤＡＶ（ｘ_ｉ），ＤＡＶ（ｙ_ｊ） ボイスアクティビティ検出器
Ｆ_ｉｊ 識別フィルター
ＨＰ_ｉ ラウドスピーカー
ＭＣ_ｊ マイクロフォン

Claims (9)

1. Ｎ個のラウドスピーカーＨＰ_ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）（Ｎは、２以上の整数）と、
   Ｍ個のマイクロフォンＭＣ_ｊ（ｊ＝１，２，…，Ｍ）（Ｍは、１以上の整数）と
   を具備するマルチチャンネル・エコー消去システムの適応制御のための方法であって、
   前記システムは、可変係数を伴うＮ×Ｍ個の識別フィルターＦ_ｉｊを具備し、
   前記識別フィルターＦ_ｉｊは、制御情報の作用で、ラウドスピーカーＨＰ_ｉとマイクロフォンＭＣ_ｊとの間の音響結合を評価するために用いられ、
   前記制御情報は、マイクロフォンＭＣ_ｊにより検出された信号（ｙ_ｊ）と識別フィルターＦ_ｉｊから出力された被評価信号（ｙ＾_ｉｊ）（以後、‘ｙ＾’は、‘ｙ’の上に‘＾’を付した記号を表すものとする）を含む基準信号との間のエラー信号（ｅ）と、可変係数適応ステップ（μ）とに基づいて、適応アルゴリズムを用いて計算され、
   前記基準信号は、Ｐ個の識別フィルターＦ_{ｋｊ（ｋ≠ｉ）}から出力されたＰ個の被評価補足信号ｙ＾_{ｋ，ｊｋ≠ｉ}（ｋ＝１，２，…，ｉ−１，ｉ＋１，…，Ｐ＋１）（Ｐは、１〜Ｎ−１の整数）の合計に等しい信号をさらに具備し、
   前記可変係数適応ステップ（μ）は、Ｐ個のラウドスピーカーＨＰ_ｋ上に存在する信号があるか否かに依存することを特徴とする方法。
2. 前記可変係数適応ステップ（μ）は、Ｐ個のラウドスピーカーＨＰ_ｋのうちの少なくとも１つの上に存在する信号がある場合には、ゼロに等しいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記適応アルゴリズムが正規化最小平均２乗（ＮＬＭＳ）アルゴリズムまたは２次アフィン射影アルゴリズム（ＡＰＡ２）である場合に、可変係数適応ステップ（μ）は、Ｍ個のラウドスピーカーＨＰ_ｋ上において信号が全く検出されない場合には０．３３に等しいことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. −ラウドスピーカーＨＰ_ｉにより出力された音響信号のエネルギーＸ_ｉを評価する段階と、
   −マイクロフォンＭＣ_ｊにより受信された信号のエネルギーＹ_ｊを評価する段階と、
   −Ｐ個のラウドスピーカーＨＰ_ｋ（Ｐは、１〜Ｎ−１の整数）から出力された信号の加重エネルギー：
   

   

   を評価する段階と
   を具備し、
   前記可変係数ステップμは、
   

   

   という式（ａ_ｉ、ｂ_ｉ、ｃ_ｊ、および、ｄ_ｋ（ｋ≠ｉ）は、正の係数）により計算されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. − ａ_ｉ＝１、
   − ｂ_ｉ＝３、
   − ｃ_ｊは、１０〜１００であり、
   − ｄ_ｋは、１０〜１００である
   ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. Ｎ個のラウドスピーカーＨＰ_ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）（Ｎは、２以上の整数）と、
   Ｍ個のマイクロフォンＭＣ_ｊ（ｊ＝１，２，…，Ｍ）（Ｍは、１以上の整数）と
   を具備するマルチチャンネル・エコー消去システムの適応制御のための装置であって、
   前記システムは、ラウドスピーカーＨＰ_ｉとマイクロフォンＭＣ_ｊとの間の音響結合を評価するために用いられる可変係数識別フィルターＦ_ｉｊを具備し、
   前記識別フィルターは、マイクロフォンにより検出された信号（ｙ_ｊ）と識別フィルターＦ_ｉｊから出力された被評価信号（ｙ＾_ｉｊ）を含む基準信号との間のエラー信号（ｅ）と可変係数適応ステップ（μ）とによって制御される更新装置（１，５）から出力された制御情報により制御され、
   前記装置は、
   Ｐ個の識別フィルターＦ_{ｋｊ（ｋ≠ｉ）}から出力された被評価信号（ｙ＾_{ｋ，ｊｋ≠ｉ}（ｋ＝１，２，…，ｉ−１，ｉ＋１，…，Ｐ＋１））（Ｐは、１〜Ｎ−１の整数）を、基準信号に追加する手段と、
   Ｐ個のラウドスピーカーＨＰ_ｋ上に信号があるか否かに応じて、可変係数適応ステップ（μ）の値を変更する手段と
   を具備することを特徴とする装置。
7. 前記ステップ（μ）の値を変更する手段は、ラウドスピーカーＨＰ_ｋ上に信号があるか否かを示すＰ個のボイスアクティビティ検出器ＤＡＶ（ｘ_ｋ）を具備することを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 前記ステップ（μ）の値を変更する手段は、
   ラウドスピーカーＨＰ_ｉにより出力された音響信号のエネルギーＸ_ｉを評価する第１手段（７）と、
   マイクロフォンＭＣ_ｊにより受信された信号のエネルギーＹ_ｊを評価する第２手段（８）と、
   Ｐ個のラウドスピーカーＨＰ_ｋ（ｋ≠ｉ）（Ｐは、１〜Ｎ−１の整数）から出力された信号の加重エネルギー：
   

   

   を評価する第３手段（９）と、
   

   

   という式（ａ_ｉ、ｂ_ｉ、ｃ_ｊ、および、ｄ_ｋ（ｋ≠ｉ）は、正の係数）により、可変係数ステップ（μ）を計算する第４手段と
   を具備することを特徴とする請求項６に記載の装置。
9. − ａ_ｉ＝１、
   − ｂ_ｉ＝３、
   − ｃ_ｊは、１０〜１００であり、
   − ｄ_ｋは、１０〜１００である
   ことを特徴とする請求項８に記載の装置。