JP2005136448A

JP2005136448A - 多チャネル音響エコー消去方法及び装置

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Publication number: JP2005136448A
Application number: JP2003366777A
Authority: JP
Inventors: Akira Emura; 暁江村; Yoichi Haneda; 陽一羽田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2003-10-28
Filing date: 2003-10-28
Publication date: 2005-05-26
Anticipated expiration: 2023-10-28
Also published as: JP4159967B2

Abstract

【課題】聴感上音質の劣化を軽減した多チャネル音響通信システムにおける多チャネル音響エコー消去方法を提供する。
【解決手段】スピーカＭ個（Ｍ≧２の整数）とマイクロホンＮ個（Ｎ≧１の整数）が共通の音場に配置され、Ｍチャネルの受話信号と、受話信号のゼロクロス点を検出し、ゼロクロス点ごとに乗算するゲインを更新する信号乗算処理により相関変動処理を施した信号を加算してスピーカから再生し、スピーカから再生する信号をＭ×Ｎ個の予測エコー経路に入力してＮ個の予測エコー信号を生成し、Ｍ個のスピーカから各マイクロホンに回り込まれた音響エコーを収音し、音響エコー信号から予測エコー信号を差し引くことで音響エコー消去を行い、音響エコー信号と予測エコー信号の差、Ｍチャネル受話信号とＭチャネル相関変動処理信号から修正ベクトルを求め、その修正ベクトルを用いて予測エコー経路のインパルス応答を逐次修正する。
【選択図】図３

Description

この発明は、多チャネル音響再生系を有する通信会議システムにおける、通話の障害となり、時にはハウリングを引き起こす音響エコーを消去する多チャネル音響エコー消去方法及び装置に関する。

複数の人が容易に参加でき、より自然な通話環境を提供する多チャネル拡声通信会議を実現するためには、複数スピーカからマイクロホンへの音響的回り込みを消去する多チャネル音響エコーキャンセラが必要となる。
Ｍ（≧２）個のスピーカとＮ（≧１）個のマイクロホンと音響エコー消去装置から構成される通信会議システムは、Ｍ個のスピーカと１個のマイクロホンと音響エコー消去装置からなる図１の音響系Ｎ個からなる。各音響系ではマイクロホンごとに図１の音響エコー消去装置により音響エコーの消去を行う。
各受話端子１₁〜１_Mからの受話信号u₁(k)〜u_M(k)は各スピーカ２₁〜２_Mで音響信号として再生され、各Ｍ個の音響エコー経路を経てマイクロホン３に回り込む。受話側のＭチャネル端子１₁〜１_Mと送話端子４の間にＭチャネルエコーキャンセル部５を接続して音響エコーを消去する。

図２に示すようにＭチャネルエコーキャンセル部５は、再生側のＭチャネルと収音側の１チャネルとの間のＭ入力１出力時系列信号を処理する構成をとる。Ｍチャネルの各受話信号u₁(k)〜u_M(k)は予測エコー信号生成部５１に入力されて予測エコー信号y^(k)が生成され、減算器５２により予測エコー信号y^(k)とマイクロホン３からの収音信号y(k)との差である残留信号（誤差信号）e(k)が取り出され、この残留信号がエコー経路推定部53に帰還され、推定エコー経路（予測エコー経路）が逐次修正される。予測エコー信号生成部５１は一般にＦＩＲフィルタで構成され、そのフィルタの係数ｗ(k)（ｗ：ベクトル）がエコー経路推定部５３により逐次修正される。
ところで、入力信号のチャネル間の相互相関が一定で大きい場合には入出力信号の関係y(k)＝ｗ^T(k)ｕ(k)（ｗ，ｕ：ベクトル）を満たすｗ(k)が複数存在することが知られている。このため適応アルゴリズムで推定されたインパルス応答が対応する音響エコー経路のインパルス応答と一致するとは限らない。このようなエコー伝達特性の誤推定を防ぐために図３に示すような相関変動処理部６₁〜６_Mを設けて、チャネル毎に受話信号を乱数で振幅変調した付加信号（相関変動処理信号）と元の受話信号とを加算して相互相関が絶えず変動している再生信号を生成する。付加信号（相関変動処理信号）の相互相関がより効率的に変動するように非線形関数ｇ[]で処理して元の受話信号に付加する方法も提案されている。生成された再生信号を各スピーカ２₁〜２_Mから再生すると同時にＭチャネルエコーキャンセル部５への入力信号とする。予測エコー信号生成部５１はスピーカから再生する信号を予測エコー経路に入力して予測エコー信号を生成し、Ｍ個のスピーカ２からマイクロホン３に回り込まれた音響エコー信号を収音し、減算器５２は、音響エコー信号から予測エコー信号を差し引いて音響エコーの消去を行い、エコー経路推定部５３は音響エコー信号と予測エコー信号の差（残留信号，誤差信号）、及びＭチャネル再生信号から修正ベクトルを求め、その修正ベクトルを用いて予測エコー経路のインパルス応答を逐次修正する。（特許文献１参照））

エコー経路の推定値が真値に収束し、エコーが確実に消去されることを保証するには、受話信号に相関変動処理を適用し、チャネル間相関を変動させることが不可欠である。実際の通信会議では、１人の話者音声が複数マイクロホンで収音されて多チャネルで送出される時間、すなわち受話信号のチャネル間相互相関が非常に高い時間が大半を占める。このような状態で相関変動処理を適用しない場合、エコーが消去された状態にあっても推定されたエコー経路と真のエコー経路が必ずしも一致しなくなり、対地の話者が交代して受話信号のチャネル間相互相関が変化した瞬間に、音響エコーが消去されなくなってしまう。
受話信号に適用する相関変動処理方法の１つとして、各チャネル受話信号に異なる時変関数を乗算してゲインを絶えず変動させる方法が提案されている（特許文献２参照）。その具体的な方法として（非特許文献１）では、ｋを離散時間、u_j(k)を第ｊチャネルの受話信号として、相関変動用に次の関数ｇ_j[]が紹介されている。
ｇ_j[u_j(k)]＝αrand(k)u_j(k)
ただし、α＝０．０５に設定し、rand(k)は、−１から１の間で乱数を生成する関数である。
特開２００２−２２３１８２（図１、図２、図５、請求項１、請求項８、段落（０００２、００１５））特開平８−１８１６３９号公報（段落（００１７〜００２１） S.Shimauchi and S.Makino,"Stereo Projection Echo Canceller with True Echo Path Estimation ,"Proceedings of IEEE International Conference on Acoustics, Speech & Signal Processing , pp.3059-3062, 1995.

従来の音響エコー消去において、各チャネル受話信号に時変関数を乗算してゲインを絶えず変動させることでチャネル間の相互相関を十分に変動させようとした場合、聴感上音質の劣化が大きくなってしまう問題がある。

そこで本発明では、
スピーカＭ個（Ｍは２以上の整数）とマイクロホンＮ個（Ｎは１以上の整数）が共通の音場に配置され、
Ｍチャネル受話信号と、Ｍチャネル受話信号に信号乗算処理により相関変動処理を施したＭチャネル相関変動処理信号を加算して再生信号を生成し、スピーカから再生し、
スピーカから再生する信号をＭ×Ｎ個の予測エコー経路に入力してＮ個の予測エコー信号を生成し、
Ｍ個のスピーカから各マイクロホンに回り込まれた音響エコーを収音し、
音響エコー信号から予測エコー信号を差し引くことで音響エコー消去を行い、
音響エコー信号と予測エコー信号の差、Ｍチャネル再生信号から修正ベクトルを求め、
その修正ベクトルを用いて予測エコー経路のインパルス応答を逐次修正する、
という多チャネル音響通信システムにおける多チャネル音響エコー消去方法において、
各チャネルの受話信号のゼロクロス点すなわち信号値がゼロを交叉して符号が変わった点を検出して、ゼロクロス点ごとに受話信号に乗算するゲインを更新する方法を提案する。

本発明は、多チャネル音声通信会議システムにおける多チャネル音響エコーの消去において、相関変動処理を各チャネルの受話信号のゼロクロス点を検出し、ゼロクロス点ごとに受話信号に乗算するゲインを更新して、スピーカ再生信号を生成する。これにより、聴感上の音質劣化を抑えつつ、チャネル間相関を効果的に変動させることが可能となり、エコー経路の推定が高速化される。

（実施例１）
本発明を、図３の受話信号に付加信号（相関変動処理信号）を加えたＭスピーカ、１マイクロホン音響系の音響エコー消去装置に適用する場合の実施例について説明する。
相関変動処理部６の詳細を図４に示す。
第ｊチャネルに接続された相関変動処理部６内では、受話信号をゼロクロス点検出部６１に入力する。ゼロクロス点が検出されると、次のゼロクロス点までのゲインがゲイン決定部にて決められ、ゲイン制御部６３に設定される。このゲイン制御部６３に設定されたゲインが受話信号に乗算され、g_j[u_j(k)]として出力される。
ゼロクロス点は、ｋを離散時間、u_j(k)を第ｊチャネル受話信号として、u_j(k-1)とu_j(k)の符号を比較することで検出できる。入力値の符号を返す関数sgn[・]で表すと、時刻ｋにおいて、
sgn[u_j(k-1)]≠sgn[u_j(k)]
が成立したとき、そこがゼロクロス点となる。
また、u_j(k-1)・u_j(k)＜０が成立するか否かを調べることでもゼロクロス点を検出することができる。
ゲイン決定部６２では、ゲインＡの値を連続的にとっても、離散的にＡ₁〜Ａ_Q （ただし、Ｑは自然数）のように多段階にとってもよい。ゲインＡの値を連続的にとった場合、例えば一様乱数を用いて値を確率的に決めることができる。
また、ゲインをＡ₁〜Ａ_Qのように離散的にとった場合、各ゲインの出現確率は、等確率に設定することも、異なる確率に設定することも可能である。

図３のＭチャネルエコーキャンセル部５の内部構成は、図２のようになっている。エコー経路推定部５３における音響エコー経路の更新方法としては、（特許文献２段落００１４〜００１６）に記載の射影アルゴリズム等を用いることができる。

（実施例２）
本発明を図５の別の受話信号に付加信号（相関変動処理信号）を加えたＭスピーカ、１マイクロホン音響系の音響エコー消去装置に適用する場合の実施例について説明する。
Ｍチャネルエコーキャンセル部７は、受話信号u_j(k)（ｊ＝１，・・・，Ｍ）と相関変動処理後の信号g_j[u_j(k)]が別々に入力され、音響エコー経路の推定に使われる。
相関変動処理の詳細を図４に示す。実施例１と同様に、第ｊチャネルに接続された相関処理部６ｊ内では受話信号がゼロクロス点検出部６１に入力される。ゼロクロス点が検出されると、次のゼロクロス点までのゲインがゲイン決定部にて決められ、ゲイン制御部６３に設定される。このゲイン制御部６３に設定されたゲインが受話信号に乗算され、g[u_j(k)]として出力される。
図５のＭチャネル音響エコーキャンセル部７におけるエコー消去方法としては（特許文献１段落００２７：実施例２、図８，図９）に記載の方法を用いることができる。

Ｍスピーカ、１マイクロホン音響系の音響エコー消去装置の一般的な構成を示す図。Ｍチャネルエコーキャンセル部の構成を示す図。受話信号に付加信号を加えたＭスピーカ、１マイクロホン音響系の音響エコー消去装置の構成を示す図。本発明の相関変動処理部の構成例を示す図。別の受話信号に付加信号を加えたＭスピーカ、１マイクロホン音響系の音響エコー消去装置の構成を示す図。

符号の説明

１・・・受話端子、２・・・スピーカ（再生手段）、３・・・マイクロホン（収音手段）、４・・・送話端子
５・・・Ｍチャネルエコーキャンセル部、５１・・・予測エコー信号生成部（擬似反響信号生成部）、５２・・・減算器、５３・・・エコー経路推定部（反響路推定部）
６・・・相関変動処理部、６１・・・ゼロクロス点検出部、６２・・・ゲイン決定部、６３・・・ゲイン制御部

Claims

スピーカＭ個（Ｍは２以上の整数）とマイクロホンＮ個（Ｎは１以上の整数）が共通の音場に配置され、
（Ａ）Ｍチャネル受話信号と、Ｍチャネル受話信号に信号乗算処理により相関変動処理を施したＭチャネル相関変動処理信号を加算して再生信号を生成し、スピーカから再生し、
（Ｂ）スピーカから再生する信号をＭ×Ｎ個の予測エコー経路に入力してＮ個の予測エコー信号を生成し、
（Ｃ）Ｍ個のスピーカから各マイクロホンに回り込まれた音響エコーを収音し、
（Ｄ）音響エコー信号から予測エコー信号を差し引くことで音響エコー消去を行い、
（Ｅ）音響エコー信号と予測エコー信号の差、Ｍチャネル再生信号から修正ベクトルを求め、
（Ｆ）その修正ベクトルを用いて予測エコー経路のインパルス応答を逐次修正する、
というステップを含む多チャネル音響通信システムにおける多チャネル音響エコー消去方法において、
ステップ（Ａ）が以下のステップを含む
（Ａ１）各チャネルの受話信号について、受話信号のゼロクロス点を検出し、ゼロクロス点ごとに受話信号に乗算するゲインを更新する、
ことを特徴とする多チャネル音響通信システムにおける多チャネル音響エコー消去方法。
スピーカＭ個（Ｍは２以上の整数）とマイクロホンＮ個（Ｎは１以上の整数）が共通の音場に配置され、
（Ａ）Ｍチャネル受話信号と、Ｍチャネル受話信号に信号乗算処理により相関変動処理を施したＭチャネル相関変動処理信号を加算して再生信号を生成し、スピーカから再生し、
（Ｂ）スピーカから再生する信号をＭ×Ｎ個の予測エコー経路に入力してＮ個の予測エコー信号を生成し、
（Ｃ）Ｍ個のスピーカから各マイクロホンに回り込まれた音響エコーを収音し、
（Ｄ）音響エコー信号から予測エコー信号を差し引くことで音響エコー消去を行い、
（Ｅ）音響エコー信号と予測エコー信号の差、Ｍチャネル再生信号、Ｍチャネル相関変動処理信号から修正ベクトルを求め、
（Ｆ）その修正ベクトルを用いて予測エコー経路のインパルス応答を逐次修正する、
というステップを含む多チャネル音響通信システムにおける多チャネル音響エコー消去方法において、
ステップ（Ａ）が以下のステップを含む
（Ａ１）各チャネルの受話信号について、受話信号のゼロクロス点を検出し、ゼロクロス点ごとに受話信号に乗算するゲインを更新する、
ことを特徴とする多チャネル音響通信システムにおける多チャネル音響エコー消去方法。
請求項１または２に記載の音響エコー消去方法において、
ステップ（Ａ１）が以下のステップを含む
（Ａ１−ａ）ゼロクロス点ごとに、乱数を用いてゲインの更新を行う、
ことを特徴とする音響エコー消去方法。
スピーカＭ個（Ｍは２以上の整数）とマイクロホンＮ個（Ｎは１以上の整数）が共通の音場に配置され、
Ｍチャネル受話信号に信号乗算処理により相関変動処理を施してＭチャネル相関変動処理信号を生成する相関変動処理部と、
Ｍチャネル受話信号とＭチャネル相関変動処理信号を加算してＭチャネル再生信号を出力する加算器と、
Ｍチャネル再生信号をスピーカから再生する手段と、
スピーカから再生する信号をＭ×Ｎ個の予測エコー経路に入力してＮ個の予測エコー信号を生成する予測エコー信号生成部と、
Ｍ個のスピーカから各マイクロホンに回り込まれた音響エコーを収音する収音手段と、
音響エコー信号から予測エコー信号を差し引くことで音響エコー消去を行う減算器と、
音響エコー信号と予測エコー信号の差、Ｍチャネル再生信号から修正ベクトルを求め、その修正ベクトルを用いて予測エコー経路のインパルス応答を逐次修正するエコー経路推定部と、
を備えた多チャネル音響通信システムにおける多チャネル音響エコー消去装置において、
相関変動処理部は、各チャネルの受話信号について、受話信号のゼロクロス点を検出し、ゼロクロス点ごとに受話信号に乗算するゲインを更新する、
ことを特徴とする多チャネル音響通信システムにおける多チャネル音響エコー消去装置。
スピーカＭ個（Ｍは２以上の整数）とマイクロホンＮ個（Ｎは１以上の整数）が共通の音場に配置され、
Ｍチャネル受話信号に信号乗算処理により相関変動処理を施してＭチャネル相関変動処理信号を生成する相関変動処理部と、
Ｍチャネル受話信号とＭチャネル相関変動処理信号を加算してＭチャネル再生信号を出力する加算器と、
Ｍチャネル再生信号スピーカから再生する手段と、
スピーカから再生する信号をＭ×Ｎ個の予測エコー経路に入力してＮ個の予測エコー信号を生成する予測エコー信号生成部と、
Ｍ個のスピーカから各マイクロホンに回り込まれた音響エコーを収音する手段と、
音響エコー信号から予測エコー信号を差し引くことで音響エコー消去を行う減算器と、
音響エコー信号と予測エコー信号の差、Ｍチャネル再生信号、Ｍチャネル相関変動処理信号から修正ベクトルを求め、その修正ベクトルを用いて予測エコー経路のインパルス応答を逐次修正するエコー経路推定部と、
を備えた多チャネル音響通信システムにおける多チャネル音響エコー消去装置において、
相関変動処理部は、各チャネルの受話信号について、受話信号のゼロクロス点を検出し、ゼロクロス点ごとに受話信号に乗算するゲインを更新する、
ことを特徴とする多チャネル音響通信システムにおける多チャネル音響エコー消去装置。
請求項４または５に記載の多チャネル音響通信システムにおける多チャネル音響エコー消去装置において、
相関変動処理部は、ゼロクロス点ごとに、乱数を用いてゲインの更新を行う、
ことを特徴とする多チャネル音響通信システムにおける多チャネル音響エコー消去装置。