JP2005142756A - エコーキャンセラ - Google Patents

Abstract

【課題】 演算量が少なく、通過させたい信号に低域周波数成分が含まれていても適切にエコーをキャンセルできるエコーキャンセラを提供する。
【解決手段】 本発明は、フィルタ部と係数更新部とを有する適応フィルタを利用し、遠端入力信号から、エコーレプリカ信号を形成するエコーレプリカ形成手段と、近端入力信号からエコーレプリカ信号を減算して近端入力信号におけるエコー成分を除去するエコー除去手段とを有するエコーキャンセラに関する。そして、適応フィルタのフィルタ係数から、低域周波数の影響によるオフセット成分を除去するオフセット除去手段を有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明はエコーキャンセラに関し、例えば、広帯域音声電話におけるハイブリッド回路で生じる回線エコーを除去するものに適用して好適である。

エコーキャンセラは、周知のように、適応フィルタを利用してエコーレプリカ信号を形成し、近端入力信号におけるエコー成分を形成されたエコーレプリカ信号によって除去しようとしたものである。そして、適応フィルタに対するフィルタ係数を所定のアルゴリズム（例えばＬＭＳ）により更新、収束させ、適切なエコーレプリカ信号を形成させようとしている。ここで、フィルタ係数の収束速度が速ければ速いほど、適切なエコーレプリカ信号が形成させるようになる時間も短縮されて好ましい。

フィルタ係数は、一般に、遠端入力信号と、エコー成分除去後の近端入力信号とに基づいて更新制御される。従来から、エコーキャンセラは、遠端入力信号にバイアスのようなノイズが存在すると（直流オフセットが加わると）、フィルタ係数を適切に更新できず、エコー除去性能が劣化することが知られている。

非特許文献１は、エコーキャンセラではなく、能動騒音制御に関する技術を開示しているが、適応フィルタに係るバイアス補償に関する技術であるため、エコーキャンセラにも流用可能と考えられる。
野本他著、「Ｆｉｌｔｅｒｄ−Ｘ法におけるバイアス補償と可変ステップサイズアルゴリズムの検討」、信学技報、ＤＳＰ９７−１４（１９９７−０５）

しかしながら、非特許文献１に記載の技術は、以下のような課題を有するものであった。

１．所望信号のバイアス除去のための計算をサンプル毎に行うので演算処理量が多く必要である。

２．所望信号中のバイアス成分（非特許文献１の技術は、直流だけでなく、緩やかに変化する成分も前述のバイアスの範疇に入れている）を必ず“雑音か起因している”と仮定しており、所望信号から直接バイアス成分を除去してしまう。従って、例えば、通信にこれを直接用いると、所望信号の中に、本当に通過させたい低周波数成分（緩やかに変化する成分）があったときにも、これをもバイアス成分とみなして除去してしまい、音質に悪影響を与える。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、演算量が少なく、ハードウェア規模、ソフトウエア規模を小さくし、通過させたい信号に低域周波数成分が含まれている場合でも、通過信号の成分を損なうことがない音質の良いエコーキャンセラを提供することを目的としている。

かかる課題を解決するため、本発明は、フィルタ部と係数更新部とを有する適応フィルタを利用し、遠端入力信号から、エコーレプリカ信号を形成するエコーレプリカ形成手段と、近端入力信号からエコーレプリカ信号を減算して近端入力信号におけるエコー成分を除去するエコー除去手段とを有するエコーキャンセラにおいて、上記適応フィルタのフィルタ係数から、低域周波数の影響によるオフセット成分を除去するオフセット除去手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、演算量が少なく、ハードウェア規模、ソフトウエア規模を小さくでき、通過させたい信号に低域周波数成分が含まれている場合でもエコーを適切に除去できるエコーキャンセラを実現することができる。

（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明によるエコーキャンセラを、回線エコーの除去用に適用した第１の実施形態を図面を参照しながら詳述する。

（Ａ−１）第１の実施形態の構成
図１は、第１の実施形態のエコーキャンセラの構成を示すブロック図である。図１において、第１の実施形態のエコーキャンセラ１４は、通信の遠方にいる話者（以下、遠端と呼ぶ：図示せず）からのディジタル音声信号Ｒｉｎの入力端子１、遠端からの音声信号Ｒｏｕｔを受信者（以下、近端と呼ぶ）へ向けて出力する出力端子２、近端からの信号Ｓｉｎの入力端子７、遠端への信号Ｓｏｕｔの出力端子９を有している。

エコーキャンセラ１４の出力端子２からの信号Ｒｏｕｔは、ディジタル／アナログ変換器３を介してアナログ信号に変換された後、さらに、ハイブリッド回路４を介して電話機５に与えられるようになされている。電話機５からの音声信号は、ハイブリッド回路４及びアナログ／ディジタル変換器６を介して、エコーキャンセラ１４の入力端子７に入力される。ここで、出力端子２からの信号Ｒｏｕｔの一部が、ハイブリッド回路４をそのまま通過してエコーとして入力端子７に入力され、エコーキャンセラ１４は、このエコー成分を除去する。

エコーキャンセラ１４は、加算器８、双方向通信検出部１０、係数更新部１１、フィルタ部１２、オフセット除去部１３及びカウンタ１６を有し、係数更新部１１及びフィルタ部１２が適応フィルタ１５を構成している。

この第１の実施形態の場合、オフセット除去部１３及びカウンタ１６が一般的な構成に加えて設けられているものであり、これに応じて、フィルタ部１２も多少異なっている。これらフィルタ部１２、オフセット除去部１３及びカウンタ１６の機能も、以下の動作説明で明らかにする。

（Ａ−２）第１の実施形態の動作
以下、第１の実施形態のエコーキャンセラ１４の動作を説明する。以下では、電話機５が、例えば、近年急速に普及しているＩＰ電話機であるとして説明を行う。ＩＰ電話機においては、従来の電話機とは異なり、音声信号の周波数帯域に制限が設けられていない。例えば、従来の固定電話機においては、音声信号の周波数帯域は３００〜３４００Ｈｚに制限されている（以下、この信号を従来帯域信号と呼ぶ）。しかし、ＩＰ電話機においては、音声信号の周波数帯域は前述の３００〜３４００Ｈｚに制限されていないため、広い周波数帯域の信号を授受することができる。例えば、国際規格ＩＴＵ―Ｔ Ｇ．７２２では、５０〜７０００Ｈｚの帯域を通信するための音声符号化技術が開示されている、このような技術を用いれば、従来よりも広帯域の、音質の良い音声信号を伝達することが可能である。例えば、この第１の実施形態では、２０〜７０００Ｈｚの信号（以下、広帯域信号と呼ぶ）を取り扱う例を引き合いにして説明する。勿論、周波数帯域はこれに限定するものではない。

図１の遠端入力端子１に入力した広帯域信号Ｒｉｎは、双方向通信検出部１０、フィルタ部１２及び遠端出力端子２に入力される。双方向通信検出部１０及びフィルタ部１２の機能については後述する。遠端出力端子２から出力された信号Ｒｏｕｔは、ディジタル／アナログ変換器３を経由しアナログ信号になり、電話機５に出力される。その一方で、遠端出力端子２から出力された信号Ｒｏｕｔは、ハイブリッド回路４で一部の信号が反射され、アナログ／ディジタル変換器６でディジタル信号Ｓｉｎに変換され、近端入力端子７に入力される。近端入力端子７に入力された信号Ｓｉｎは、エコー除去後の信号Ｓｏｕｔに変換されて近端出力端子９を経由して遠端にいる話者に至る。遠端出力端子２の出力信号Ｒｏｕｔが近端入力端子７に入力されると、図示しない遠端話者には自分の声がエコー成分ｙとして聞こえるようになり、会話を妨げる。このようなエコー成分ｙを除去するために、エコーキャンセラ１４が設けられている。

エコーキャンセラ１４において、近端入力端子７から入力されたエコー成分ｙを含む信号Ｓｉｎは、加算器８に入力される。加算器８では、この信号Ｓｉｎから、適応フィルタ１５で後述するように作成されたエコーレプリカ信号（擬似エコー信号）ｙ’が減算される。加算器８でエコー成分ｙが除去された信号Ｓｏｕｔ（ｅ）は遠端話者への出力端子９に出力される。この信号ＳｏｕｔはＩＰ網などの経路を通り、図示しない遠端の話者電話機に向かって出力される。このようにしてエコーが除去された信号が遠端音声話者に到達する。

次に、エコーレプリカ信号ｙ’の作成方法について説明する。この第１の実施形態では、エコーレプリカ信号の生成アルゴリズムには公知である学習同定法を用いている。勿論、エコーレプリカ信号の作成アルゴリズムはこれに限定されない。

上述のように、係数更新部１１とフィルタ部１２とで適応フィルタ１５が構成されている。まず、適応フィルタ１５の動作に関して説明する。遠端入力端子１から入力された信号Ｒｉｎはフィルタ部１２に入力される。フィルタ部１２は、公知のＦＩＲ（有限インパルス応答長）フィルタである。適応フィルタ１５のタップ係数は、後述するように時間と共に更新される。

今、時刻ｋで、フィルタ部１２の第ｍ番目のタップ係数をｈ（ｋ，ｍ）とする。遠端入力端子１からの信号Ｒｉｎの時刻ｋでの値をｘ（ｋ）とすると、フィルタ部１２では、（１）式に従ってエコーレプリカ信号ｙ’を作成する。ここで、Ｍはフィルタ部１２のタップ数である（例えば、２５６を適用できるが、これに限定されない）。（１）式から分かるように、エコーレプリカ信号ｙ’は、ｘ（ｋ）の過去Ｍサンプル分のデータと、タップ係数との積和演算で形成される。

フィルタ部１２のタップ係数は、（２）式に従って更新制御され、次回のフィルタ処理に備える。（２）式において、ｈやｘの初期値は０である。また、μは、エコーキャンセラ１４の追従速度を決める定数（０≦μ≦１）である。例えば、０．５を適用できるが、これに限定されない。この追従速度決定定数μを大きくすれば、エコーキャンセラ１４の追従速度は速くなるが、定常状態でのエコー消去性能が良くない。一方、追従速度決定定数μを小さくすれば、エコーキャンセラ１４の定常状態でのエコー消去性能が良くなるが、追従速度は遅くなってしまう。

（２）式におけるｅ（ｋ）は、加算器８の出力（エコー除去残差）であり、時刻ｋでのエコー成分ｙをｙ（ｋ）、エコーレプリカ信号ｙ’をｙ’（ｋ）とすると、（３）式で表される。

ｅ（ｋ）＝ｙ（ｋ）−ｙ’（ｋ） （３）
上述したように、（２）式及び（３）式に従うタップ係数制御は公知の“学習同定法”であり、タップ係数ｈ（ｋ，ｍ）は、（３）式に示すエコー除去残差ｅ（ｋ）（又はそのパワー）が徐々に０になるように推移していくことが公知の事実として知られている。すなわち、エコー成分ｙが加算器８で徐々に除去されるようにタップ係数が更新されていく（フィルタが収束する）。以上のようにして、エコー経路であるハイブリッド回路４の特性をフィルタ部１２のタップ係数として推定し、エコー成分ｙの除去を行うが、近端入力端子７に近端話者信号ｓも入力されていると、（３）式の右辺に近端話者信号ｓも混入して、（４）式のようになってしまい、タップ係数の更新がうまくいかない。（４）式において、ｓ（ｋ）は、時刻ｋでの近端話者信号の値である。

ｅ（ｋ）＝ｙ（ｋ）−ｙ’（ｋ）＋ｓ（ｋ） （４）
従って、（４）式に従うような近端話者信号があるときには係数更新を停止する必要がある。双方向通信検出部１０は、（４）式に従うような状態などを検出するものである。双方向通信検出部１０には、遠端入力端子１からの出力信号ｘ（ｋ）と、加算器８の出力ｅ（ｋ）が入力されており、（５）式、（６）式に従って、これら信号のパワー平滑値をそれぞれ求める。

ここで、δは平滑の滑らかさを表わす定数（１≧δ≧０）なる定数である。平滑定数δが大きければ信号ｘ、ｅの大まかな変化を反映するようになり、雑音の影響が小さくなる。一方、平滑定数δが小さければ信号ｘ、ｅの急峻な変化に敏感に反応するが、雑音の影響も受け易くなる。例えば、δ＝０．５を適用できるが、これに限定されない。

双方向通信検出部１０は、後述するような方法で、パワー平滑値ｐｏｗ＿ｘ（ｋ）、ｐｏｗ＿ｅ（ｋ）から各々の信号の有無（有音／無音）を検出し、遠端入力端子１から遠端出力端子２に至る信号経路の側だけに信号があるときに、適応フィルタ１５の係数更新が実行されるようにする。それ以外の期間では、双方向通信検出部１０は、係数更新を停止するための信号ｎｔを係数更新部１１に出力する。

双方向通信検出部１０は、以下のように、信号有無を判定する。双方向通信検出部１０は、条件１が成立するときには、係数更新を実行させるように係数更新部１１には何も出力しない。

条件１；
ｐｏｗ＿ｘ（ｋ）＞無音閾値、かつ、
ｐｏｗ＿ｘ（ｋ）＞ｐｏｗ＿ｅ（ｋ）＋マージン値
例えば、無音閾値＝−３８ｄＢｍ、マージン値＝６ｄＢを適用できるが、これに限定されない。

一方、条件１以外のときには、（１）近端入力信号７に入力信号があるか、（２）遠端入力端子１に入力信号がないか、（３）遠端入力端子１及び近端入力信号７に共に入力信号がないか、（４）遠端入力端子１及び近端入力信号７に共に入力信号があると判定し、係数更新部１１に対して、係数更新停止信号ｎｔを出力する。係数更新部１１は、係数更新停止信号ｎｔを入力されたときには、（２）式に従う係数更新を実行しない。

以上のように、双方向通信検出部１０は、（４）式に従うような状態（ダブルトーク状態）のときには係数を更新させない。また、遠端入力端子１に信号がなければエコー自体発生しないので、係数を更新させない。すなわち、（３）式に従う様態のときだけ係数更新を実行させるので、フィルタ部１２の係数が公知の学習同定法を用いれば、正しく収束できるようになる。上記では、双方向通信検出部１０がｘ（ｋ）、ｅ（ｋ）のパワー平滑値を用いて、遠端入力端子１への入力信号の有音／無音と、近端入力端子７への入力信号の有音／無音の検出を行うものを示したが、少なくとも、遠端入力端子１への入力信号の無音と、近端入力端子７への入力信号の有音（近端話者）との検出を実行できれば、どのような方法を用いても構わない。

次に、第１の実施形態のエコーキャンセラ１４の特徴をなしているオフセット除去部１３の機能、動作について説明する。

従来から、エコーキャンセラは入力信号に直流オフセットが加わると、エコー除去性能が劣化することが知られている。従来は、このオフセット成分は、専らアナログ／ディジタル変換器６の特性や、近端入力端子７側の背景ノイズによるものであるとされていた。しかし、広帯域電話機のように定常的に広い範囲の周波数帯域で通信を行う場合、たとえ、背景ノイズやアナログ／ディジタル変換器の影響がなくとも、エコーキャンセラがオフセット成分、又は、オフセットとみなせる成分の影響を受けることが判明した。以下、図２（Ａ）及び（Ｂ）を用いてこの現象の発生について説明する。

従来の一般の電話通信では音声信号の周波数帯域は３００〜３４００Ｈｚに帯域制限されており、周波数の下限はせいぜい３００Ｈｚであった。また、従来の電話機では、通常用いられるサンプリング周波数は８０００Ｈｚであった。従来技術では、上述のＦＩＲフィルタを用いたとき、再現できる周波数に限界が存在する。上限は、公知の標本化定理に基づき、サンプリング周波数の半分すなわち４０００Ｈｚである。下限は、ＦＩＲフィルタのタップ長によって決まる。例えば、サンプリング周波数が８０００Ｈｚ、エコーキャンセラのタップ長が２５６タップぼとき、このＦＩＲフィルタで表現できる最低の周波数は２５６タップで１周期の波形までである。すなわち、下限周波数は、１／（２５６×（１／８０００））＝３１．２５Ｈｚである。

従来通りの電話機であれば、入力信号の最低周波数は３００Ｈｚなので、エコーキャンセラは十分に信号を表現可能である。従って、エコーキャンセラのフィルタのタップ係数は低域のオフセットの影響を受けることはない。図２（Ａ）には、この様子を示している。

一方、広帯域通信での様子を説明する。サンプリング周波数を１６ｋＨｚとする。このとき、エコーキャンセラのタップ長を上記と同じ２５６タップとすると、エコーキャンセラのタップ長で表現できる下限周波数は、１／（２５６×（１／１６０００））＝６２．５Ｈｚである。これ以下の周波数成分は、１周期の長さがフィルタのタップ長を越えるため、エコーキャンセラのフィルタ部１２では表現できない。しかも、広帯域電話機では低域周波数が２０Ｈｚ〜５０Ｈｚの成分も通信に用いられる場合がしばしばであり、エコーキャンセラのＦＩＲフィルタでは、広帯域電話通信での低域周波数を表現することができないことになる。

これを単純に解決するには、エコーキャンセラのタップ長を大きくしてＦＩＲフィルタが表現できる周波数領域を大きく（表現可能な周波数をさらに低く）することが考えられるが、フィルタのタップ長を大きくすることは積和演算量の増大を意味している。その結果、エコーキャンセラをディジタルシグナルプロセッサで実現する場合など、演算量の増大を招いたり、ハードウエア規模が大きくなるなどの弊害が不可避的に生じる。例えば、サンプリング周波数が１６ｋＨｚで２０Ｈｚまで表現できるフィルタを所望した場合、８００タップもの長大なフィルタを必要としてしまい、実際には実現不可能になる。その上、入力に表現不可能なほど低い周波数成分があるときには、エコーキャンセラは表現限界を超えた低域周波数の影響を受け、図２（Ｂ）に示すように、時間区間ａ〜ｃで、恰も時間毎に異なるオフセットを印加されたがごとく振る舞ってしまう。このとき、タップ係数は、その時々に応じた偏り（オフセット）が発生し、恰もオフセットが重畳したがごとく、平均値が０にならない（オフセット有）。

エコーキャンセラでは、本来、タップ係数が直接、エコー経路の伝達関数を表わすように収束するものである。すなわち、広帯域電話通信では、タップ係数にオフセットが発生することにより、エコーキャンセラは本来収束すべき真の伝達関数に収束できなくなってしまう。図３に、オフセットを受けたときのタップ係数とエコー経路の真の伝達関数の様子を示す。図３（Ａ）は、時間区間ａ〜ｃ毎のタップ係数の平均値を示し、図３（Ｂ１）〜（Ｂ３）は、時間区間ａ〜ｃ毎のタップ係数の収束状況を示している。区間ｂは、低域周波数がゼロクロスする場合であり、この区間ｂでは、オフセットが見かけ上なくなっている。図３に示すように、真のエコー経路の伝達関数と、推定したタップ係数が一致しないのでエコー除去特性は非常に劣化する。

そこで、この第１の実施形態では、オフセット除去部１３及びカウンタ１６を設け、オフセット除去部１３及びカウンタ１６により、タップ係数のオフセットを次のように除去する。

上述した（３）式に示すように、エコーキャンセラ１４は、遠端入力端子１に新たなサンプルｘ（ｋ）が入力される毎に、その都度、エコー除去処理が行われる。カウンタ１６は、適応フィルタ１５から、ｎ個のサンプルの入力回数だけエコーレプリカ信号の作成処理（従って、エコー除去処理）が実行されるのをカウントする。そして、カウンタ１６はオフセット除去部１３に対し、ｎサンプル分の処理が終ったことを示す信号を出力する。すなわち、この信号は、ｎサンプル分毎に出力されるものである。

オフセット除去部１３は、カウンタ１６からのｎサンプル計時信号を受け、（７）式に従って、オフセット除去処理を行う。（７）式における右辺第２項が除去するオフセット成分を表わしている。（７）式は、時刻ｋ＋１の第ｍ番目のタップ係数ｈ（ｋ＋１，ｍ）として、（２）式に従って求められたものから、オフセットを除去したものを適用することを表している。オフセットは、計算により一旦求められた時刻ｋ＋１における、長さＭ個のタップ係数の平均値として求めている。

なお、オフセット除去部１３は、（７）式に代え、（８）式に従って、オフセットを除去するようにしても良い。（８）式では、オフセットの計算方法が（７）式と異なっている。すなわち、（７）式では、Ｍ個のタップの係数の平均を全てのタップに共通するオフセットとして算出していたが、（８）式では、タップ係数の各々のタップに関して、時間軸での平均をオフセットとして算出するようにしている。時間軸及びタップ位置の双方についての平均で、オフセットを算出するようにしても良い。

オフセット成分の除去計算である（７）式又は（８）式をｈ（ｋ＋１，ｍ）の時間タイミングで行わず、ｈ（ｋ，ｍ）のタイミングで実行しても良いのは勿論である。ｎとして、例えば、１６０を適用可能であるが、これに限定されないことは勿論である。例えば、遠端入力端子１や近端入力端子７のデータを各々１６０サンプルまとめて１フレームとして処理するようにした場合には、ｎとして１６０を適用すること都合が良いが、ｎをフィルタ長（例えば２５６）に合わせるようにしても良いことは勿論である。

実際上、上述したオフセットの除去は最低限タップ長と同じサンプル数に１回実行すれば良く、サンプル毎に実行はしなくても良く、その後は、（２）式に従ったタップ係数の更新がなされるので、１回行われたオフセットの除去がそれ以降も反映される。また、この第１の実施形態では、近端入力端子７への入力信号Ｓｉｎ自体から直接バイアス信号（オフセット信号）を除去することを実行していない。以上のような点は、上述した非特許文献１に記載の方法と異なっている。

図４は、図３での図示内容に加え、（７）式に従って、区間ａ〜ｃ毎に、低域周波数のオフセットを補正した様子を示している（特に、図４（Ｃ１）〜（Ｃ３））。区間ａでは、タップ係数の正のオフセットを０に補正しており、区間ｃでは、タップ係数の負のオフセットを０に補正している。

（Ａ−３）第１の実施形態の効果
以上のように、タップ係数のオフセットを区間毎に除去するので、演算量を節約しつつ、送信信号（近端音声信号）自体にはエコー除去以外の影響を与えず、通信信号が広帯域であっても効果的にエコー成分を除去することができる。演算量を節約できることは、エコーキャンセラをＤＳＰなどを利用したソフトウェアで実現した場合には処理速度の短縮化を意味し、ハードウェアで実現した場合には装置規模の縮小化を意味する。

（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明によるエコーキャンセラを、回線エコーの除去用に適用した第２の実施形態を図面を参照しながら詳述する。図５は、第２の実施形態のエコーキャンセラ１４Ａの構成をその周囲構成と共に示すブロックであり、上述した第１の実施形態に係る図１との同一部分には同一符号を付して示している。

図５及び図１の比較から明らかなように、第２の実施形態のエコーキャンセラ１４Ａは、第１の実施形態の構成に加え、近端入力端子７からの入力信号Ｓｉｎを周波数分析してオフセット除去部２２に与える送信側ＦＦＴ部２０と、遠端入力端子１からの入力信号Ｒｉｎを周波数分析してオフセット除去部２２に与える受信側ＦＦＴ部２１とが設けられており、これにより、オフセット除去部２２の機能も、第１の実施形態のオフセット除去部１３から多少異なっている。

第１の実施形態は、広帯域電話機同士で通話をすることを前提にしているものである。しかし、実際には、近端と遠端との間で、広帯域電話機と従来帯域の電話機（従来電話機）が通話をすることもあり得る。第２の実施形態は、従来電話機と広帯域電話機が通話したり、従来電話機同士が通話したりするような、近端及び遠端の電話機の種別が明確に定まっていない位置に当該エコーキャンセラ１４Ａが介在されたときにも、第１の実施形態で説明したような効果が適宜発揮されるようにしたものである。すなわち、電話機種別に応じて、広帯域電話信号特有の低域成分でのオフセットを適宜除去しようとしたものである。

まず、遠端に広帯域電話機があって近端には従来電話機５があるときの第２の実施形態のエコーキャンセラ１４Ａの動作について説明する。

遠端入力端子１から入力された信号Ｒｉｎは、受信側ＦＦＴ部２１に入力される。受信側ＦＦＴ部２１では入力信号を周波数分析し、３００Ｈｚ以下の成分、及び又は、３４００Ｈｚ以上の成分の有無を検出する。成分の有無検出は、ＦＦＴの結果として求まるパワースペクトルが例えば−３０ｄＢｍを越えるか否かで判定すれば良い。受信側ＦＦＴ部２１は、３００Ｈｚ以下の成分及び又は３４００Ｈｚ以上の成分があるときは（一方を条件としても双方を条件としても良い）、遠端には広帯域電話機がつながっているとして、オフセット除去実行信号をオフセット除去部２２に出力する。オフセット除去部２２は、受信側ＦＦＴ部２１又は送信側ＦＦＴ部２０のどちらか一方からオフセット除去実行信号が入力されたときには、第１の実施形態と同様なオフセット除去を実行するようになされており、受信側ＦＦＴ部２１からオフセット除去実行信号が与えられたときにはオフセット除去を実行する。なお、このとき、送信側ＦＦＴ部２０からオフセット除去実行信号が与えられているか否かは問われない。

次に、遠端に従来電話機があって近端に広帯域電話機があるときの第２の実施形態のエコーキャンセラ１４Ａの動作について説明する。

近端入力端子７から入力された信号Ｓｉｎは、送信側ＦＦＴ部２０に入力される。送信側ＦＦＴ部２０は、入力信号を周波数分析し、３００Ｈｚ以下の成分及び又は３４００Ｈｚ以上の成分の有無を検出する。成分有無の検出は、ＦＦＴの結果として求まるパワースペクトルが例えば−３０ｄＢｍを越えるか否かで判定すれば良い。送信側ＦＦＴ部２０は、３００Ｈｚ以下の成分及び又は３４００Ｈｚ以上の成分があるときは（一方を条件としても双方を条件としても良い）、近端に広帯域電話機がつながっているので、オフセット除去実行信号をオフセット除去部２２に出力する。オフセット除去部２２は、送信側ＦＦＴ部２０からオフセット除去実行信号が入力されたので、第１の実施形態と同様なオフセット除去を実行する。なお、このとき、受信側ＦＦＴ部２１からオフセット除去実行信号が与えられているか否かは問われない。

次に、遠端と近端の両方に従来電話機があるときの第２の実施形態のエコーキャンセラ１４Ａの動作について説明する。

このときには、送信側ＦＦＴ部２０も受信側ＦＦＴ部２１も、周波数分析対象の信号に、３００Ｈｚ以下の成分も３４００Ｈｚ以上の成分も存在しないので、共に、オフセット除去実行信号をオフセット除去部２２に出力しない。オフセット除去部３２は、いずれのＦＦＴ部２０、２１からもオフセット除去実行信号が入力されないので、オフセット除去を実行しない。

なお、遠端と近端の両方に広帯域電話機があるときには、送信側ＦＦＴ部２０も受信側ＦＦＴ部２１も、オフセット除去実行信号をオフセット除去部２２に出力するので、第１の実施形態と同様なオフセット除去が実行されない。

送信側ＦＦＴ部２０も受信側ＦＦＴ部２１の判定は、回線接続直後に１回だけ行い、その後は、次に回線が再接続されるまで待つようにしても良く、当初の判定後も、継続的（連続的な継続、間欠的な継続を問わない）に判定を行うようにしても良い。

第２の実施形態によれば、遠端及び近端の電話機種別を判別し、判別された遠端及び近端の電話機種別の組み合わせに応じて、タップ係数のオフセット除去を実行するか否かを定めるようにしたので、無駄な演算を省略でき、ディジタルシグナルプロセッサ（ソフトウェアの処理主体）の演算規模を小さくできて消費電力を小さくしたり、ハードウェア規模を小さくしたりできる。

（Ｃ）第３の実施形態
次に、本発明によるエコーキャンセラを、回線エコーの除去用に適用した第３の実施形態を図面を参照しながら詳述する。図６は、第３の実施形態のエコーキャンセラ１４Ｂの構成をその周囲構成と共に示すブロックであり、上述した第２の実施形態に係る図５との同一部分には同一符号を付して示している。

図６及び図５の比較から明らかなように、第３の実施形態は、第２の実施形態の受信側ＦＦＴ部２１を受信側ローパスフィルタ部３１に置き換え、第２の実施形態の送信側ＦＦＴ部２０を送信側ローパスフィルタ部３０に置き換えたものである。

送信側ローパスフィルタ部３０及び受信側ローパスフィルタ部３１はそれぞれ、自己への入力信号に３００Ｈｚ以下の成分が存在するか否かを検出し（ローパスフィルタの結果として求まるレベルが例えば−３０ｄＢｍを超えるか否かで検出する）、３００Ｈｚ以下の成分が検出されたときは、オフセット除去実行信号をオフセット除去部２２に出力するものである。

従って、遠端と近端の電話機種別の組み合わせと、オフセット除去部２２がタップ係数のオフセット除去を実行するか否かとの関係は、第２の実施形態の場合と同様である。

上述した第２の実施形態では、電話機種別の判定に、ＦＦＴ部による周波数分析を利用していた。しかし、ＦＦＴは、公知のように、ＦＦＴ窓長サンプル数に応じて、低周波数域から高周波数域まで万遍なく周波数を分析する。例えば、１６０００Ｈｚのサンプリング周波数を用い、ＦＦＴ窓長を２５６点に設定すると、正の周波数成分として６２．５Ｈｚから８０００Ｈｚ（又は０Ｈｚから７９３７．５Ｈｚ）の成分を等分に算出する。しかし、エコーキャンセラに重要なオフセットに関する限り、興味のあるのは極端な低周波数領域の成分だけである。従って、低周波数成分だけの検出と検出結果を以ってオフセット除去処理の制御をすることはディジタル信号処理でのプロセッサ演算量の節約、電力の節約の観点からも都合が良い。そのため、第３の実施形態では、ＦＦＴ部に代え、ローパスフィルタ部を適用することとした。

この第３の実施形態によっても、電話機種別の組み合わせに応じてオフセット除去制御を行うことに伴う第２の実施形態と同様な効果を奏することができ、これに加え、さらに、無駄な演算を一段と省略できるという効果を期待できる。

（Ｄ）第４の実施形態
次に、本発明によるエコーキャンセラを、回線エコーの除去用に適用した第４の実施形態を図面を参照しながら詳述する。図７は、第４の実施形態のエコーキャンセラ１４Ｃの構成をその周囲構成と共に示すブロックであり、上述した第３の実施形態に係る図６との同一部分には同一符号を付して示している。

第４の実施形態も、第３の実施形態と同様に、送信側ローパスフィルタ部４０と受信側ローパスフィルタ部４１とを備えているが、第３の実施形態と異なり、送信側ローパスフィルタ部４０及び受信側ローパスフィルタ部４１内のローパスフィルタは可変ローパスフィルタとなっており、オフセット除去処理を実行するか否かを決定するための低域の周波数成分を可変できるようになっている。送信側ローパスフィルタ部４０及び受信側ローパスフィルタ部４１の低域の周波数成分を定めるための情報を、適応フィルタ４５が出力するようになされている。

送信側ローパスフィルタ部４０及び受信側ローパスフィルタ部４１に、可変構成のものを適用した理由は、以下の通りである。

第４の実施形態は、ローパスフィルタ処理の演算を第３の実施形態より更に削減し、実際の装置設定を容易にすることを考慮してなされたものであり、ローパスフィルタの周波数設定を自動的に行うようにしたものである。

第３の実施形態では、３００Ｈｚを閾値として低域検出を行い、オフセット除去の実行有無を判断していた。このような決め方は一般電話回線では有用である。しかし、独自の専用線を敷設している場合などは、回線の許容する下限の周波数が３００Ｈｚとは限らず、第３の実施形態を適用できないことも生じる。第３の実施形態では、このようなときに、ローパスフィルタの遮断周波数を設計し直さなければならない。一方、エコーキャンセラにおいて、フィルタ部１２のタップ長は、ハイブリッド回路４の様子（交換機の種類、ハイブリッド回路までの距離）などに応じて、適宜変更しなければならない場合が多い。すなわち、エコーキャンセラのタップ長によっても、エコーキャンセラの表現可能な低域周波数が影響を受けてしまう。上述したように、低周波数成分によるエコーキャンセラの性能劣化は、そのとき、エコーキャンセラに設定したフィルタ部のタップ長で表現できない低域周波数成分があると必ず発生してしまう。第４の実施形態では、以下に述べるように、回線の許容する低域周波数の値や、エコーキャンセラのフィルタタップ長の様子に関わらず、オフセットを適切に除去しようとしている。

第４の実施形態では、エコーキャンセラのフィルタ部１２で表現でない周波数があるか否かは、タップ長をパラメータとして後述するように検出する（（８）式参照）。すなわち、第４の実施形態では、上述のような事情でエコーキャンセラのタップ長を変更しても、自動的に設定タップ長で表現不可能な周波数成分があるか否かを判別して、最適なオフセット除去を実行できるようにしてエコーキャンセル性能を確保する。

設計者などは、適応フィルタ４５のフィルタ部１２のタップ長Ｌを設定する。タップ長は、上述したように、設計者がハイブリッド回路４の様子を考慮して適宜設定すれば良い。例えば、２５６タップを適用可能であるが、これに限定されない。適応フィルタ４５は、送信側ローパスフィルタ部４０及び受信側ローパスフィルタ部４１にタップ長Ｌを出力する。

送信側ローパスフィルタ部４０では、タップ長Ｌに応じて、下限周波数ＬＦ（Ｈｚ）を（９）式のように計算する。（９）式において、ｓｆはサンプリング周波数であり、例えば、１６００Ｈｚを適用可能であるがこれに限定されない。

ＬＦ＝ｓｆ／（Ｌ−１） （９）
次に、送信側ローパスフィルタ部４０は、（９）式に従って求めた下限周波数ＬＦ以下を通過させるようにする。受信側ローパスフィルタ部４１も同様に、（９）式に従って下限周波数ＬＦを求め、求めた下限周波数ＬＦ以下を通過させるようにする。このような設定後の動作は、第３の実施形態と同様であり、その説明は省略する。

第４の実施形態によれば、第３の実施形態と同様な効果を奏することができる。さらに、送信側ローパスフィルタ部及び受信側ローパスフィルタ部が、適応フィルタのタップ長Ｌの可変設定に連動して自動的に下限周波数ＬＦ（Ｈｚ）を変更するようにしたので、エコーキャンセラのタップ長を設置状況に応じて変更しても、自動的に最適なオフセットの除去を行い、エコーのない広帯域通信を実現可能にできる。

（Ｅ）他の実施形態
第４の実施形態では、可変ローパスフィルタを用いた場合を説明したが、ＦＦＴ等の周波数分析を用いる場合にも、可変構成を採用し、フィルタタップ数で定まる下限周波数ＬＦ（Ｈｚ）を検出閾値に設定するようにしても良い。

第２〜第４の実施形態においては、受信信号及び送信信号の周波数成分を処理するＦＦＴ部又はローパスフィルタ部を設けたものを示したが、受信信号のみの周波数成分を処理するＦＦＴ部又はローパスフィルタ部を設けて、タップ係数のオフセット成分の除去制御を行うようにしても良い。

以上の各実施形態では、広帯域ＶｏＩＰ通信における適用することを意図して説明したが、例えば、従来のようにＡ／Ｄ変換器がオフセット成分を付与することが原因となるＶｏＩＰを使わない交換通話などに介在するエコーキャンセラにも本発明を適用することができる。

また、上記実施形態においては、本発明のエコーキャンセラを、回線エコーを除去するエコーキャンセラに適用した場合を示したが、マイクロホンからスピーカに流れるエコーを除去するエコーキャンセラに適用することができる。

さらに、上記実施形態においては、タップ係数のオフセットを、その時刻の全てのタップ係数の平均値で求めたり、過去のタップ係数の平均で求めたりするものを示したが、中央値や重み付け平均など、他の算出方法を適用しても良い。また、適応フィルタのタップ数の設定値Ｌに応じたりし、タップ係数のオフセットの算出に用いる過去のタップ係数の個数ｎを変化させるようにしても良い。

第１の実施形態のエコーキャンセラの構成を示すブロック図である。 第１の実施形態でタップ係数のオフセットを除去するオフセット除去部を設けた理由の説明図（その１）である。 第１の実施形態でタップ係数のオフセットを除去するオフセット除去部を設けた理由の説明図（その２）である。 第１の実施形態でタップ係数のオフセットを除去するオフセット除去部を設けた理由の説明図（その３）である。 第２の実施形態のエコーキャンセラの構成を示すブロック図である。 第３の実施形態のエコーキャンセラの構成を示すブロック図である。 第４の実施形態のエコーキャンセラの構成を示すブロック図である。

符号の説明

８…加算器、１０…双方向通信検出部、１１…係数更新部、１２…フィルタ部、１３、２２…オフセット除去部、１４、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ…エコーキャンセラ、１５、４５…適応フィルタ、１６…カウンタ、２０…送信側ＦＦＴ部、２１…受信側ＦＦＴ部、３０、４０…送信側ローパスフィルタ部、３１、４１…受信側ローパスフィルタ部。

Claims (6)

1. フィルタ部と係数更新部とを有する適応フィルタを利用し、遠端入力信号から、エコーレプリカ信号を形成するエコーレプリカ形成手段と、近端入力信号からエコーレプリカ信号を減算して近端入力信号におけるエコー成分を除去するエコー除去手段とを有するエコーキャンセラにおいて、
   上記適応フィルタのフィルタ係数から、低域周波数の影響によるオフセット成分を除去するオフセット除去手段を有することを特徴とするエコーキャンセラ。
2. 上記オフセット除去手段は、所定タイミングにおける、タップ長分のフィルタ係数自体の平均値をオフセット成分と算出して、上記適応フィルタのフィルタ係数から、オフセット成分を除去することを特徴とする請求項１に記載のエコーキャンセラ。
3. 上記オフセット除去手段は、過去の所定期間のフィルタ係数の平均値をオフセット成分と算出して、上記適応フィルタのフィルタ係数から、オフセット成分を除去することを特徴とする請求項１に記載のエコーキャンセラ。
4. 上記オフセット除去手段は、所定期間毎に１回ずつ、オフセット成分の除去を行うことを特徴とする請求項２又は３に記載のエコーキャンセラ。
5. 遠端入力信号及び又は近端入力信号が所定周波数以下の低域成分を含むか否かを検出する周波数成分検出手段を有し、上記オフセット除去手段は、上記周波数成分検出手段が、低域成分を含むと検出したことを条件として、オフセット成分の除去を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のエコーキャンセラ。
6. 上記周波数成分検出手段は、上記適応フィルタのタップ長の設定値に応じ、上記所定周波数を変化するものであることを特徴とする請求項５に記載のエコーキャンセラ。
   

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