JP2005347875A - Loudspeaking speech apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インターホンなどに用いられる拡声通話装置に関し、特に浴室に設置するのに好適な拡声通話装置に関するものである。 The present invention relates to a loudspeaker device used for intercoms and the like, and more particularly to a loudspeaker device suitable for installation in a bathroom.
この種の拡声通話装置では、マイクロホンとスピーカの音響結合により形成される音響側の帰還経路や、相手側の通話端末との間で形成される回線側の帰還経路によって不快なエコー(音響エコーあるいは回線エコー)が聞こえてしまう場合があり、あるいは、上記帰還経路などにより任意の周波数成分における一巡利得が1倍を超えるような閉ループが通話系に形成されると当該周波数にてハウリングが生じてしまう場合があるので、上述のような不快なエコー及びハウリングの発生を防止するためにエコーキャンセラ並びに音声スイッチを備えている。 In this type of loudspeaker, an uncomfortable echo (acoustic echo or acoustic echo) is caused by an acoustic return path formed by acoustic coupling of a microphone and a speaker, or a line-side return path formed between the other party's call terminal. Line echo) may be heard, or howling occurs at the frequency when a closed loop in which the loop gain in an arbitrary frequency component exceeds 1 is formed in the communication system by the feedback path or the like. In some cases, an echo canceller and a voice switch are provided to prevent the generation of unpleasant echoes and howling as described above.
音声スイッチは、通話状態(送話状態、受話状態)を常時推定し、推定結果に基づき適切な配分で送話側及び受話側の信号経路に対して損失を挿入するものである。また、エコーキャンセラは、帰還経路のインパルス応答を適応的に同定して帰還経路への入力信号から帰還経路の擬似エコー成分を推定する適応フィルタと、適応フィルタで推定された擬似エコー成分を帰還経路からの出力信号より減算する減算器とで構成されるものである。ここで、エコーキャンセラの適応フィルタが帰還経路のインパルス応答を同定するのに通常数秒の学習時間を要するため、通話開始直後からの数秒間にはエコーキャンセラによるエコーの抑制効果が十分に期待できず、通話系に閉ループが形成された状態にあり、不快なエコーやハウリングが生じる虞がある。 The voice switch constantly estimates the call state (sending state, receiving state) and inserts a loss into the signal path on the transmitting side and the receiving side with an appropriate distribution based on the estimation result. The echo canceller adaptively identifies the impulse response of the feedback path and estimates the pseudo echo component of the feedback path from the input signal to the feedback path, and the pseudo echo component estimated by the adaptive filter as the feedback path. And a subtracter that subtracts from the output signal from the. Here, the adaptive filter of the echo canceller usually requires several seconds of learning time to identify the impulse response of the feedback path, so the echo suppression effect by the echo canceller cannot be expected sufficiently in the few seconds immediately after the start of the call. There is a possibility that an unpleasant echo or howling may occur because a closed loop is formed in the call system.
そこで本出願人は、通話開始直後における不快なエコーやハウリングの抑制を可能とした拡声通話装置を既に提案している(特許文献1参照)。 Therefore, the present applicant has already proposed a loudspeaker device that can suppress unpleasant echoes and howling immediately after the start of a call (see Patent Document 1).
この従来例では、通話開始直後のエコーキャンセラが収束していない状態においては、音声スイッチが信号経路に挿入する損失の総量(総損失量)を十分に大きい初期値に固定する固定モードで動作することで不快なエコーやハウリングを抑制し、エコーキャンセラが十分に収束した状態においては、音声スイッチが総損失量を随時更新する更新モードで動作することで双方向の同時通話を実現している。
ところで、一般的なインターホンシステムにおいては、住宅のリビングなどに拡声通話装置が設置されることが多いが、最近では浴室に設置される場合もある。浴室は、カラン(混合水栓)やシャワーヘッドから温水が吐出する際の音や換気扇による排気音などの背景騒音が多く存在し、しかも、リビングに比べて反響が大きいため、背景騒音によって通話が困難になる場合があった。 By the way, in a general intercom system, a loudspeaker is often installed in a living room of a house, but recently it may be installed in a bathroom. In the bathroom, there are many background noises such as the sound of hot water discharged from a currant (mixed faucet) and shower head and the exhaust sound of a ventilating fan, and the echo is larger than in the living room. It could be difficult.
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、浴室のように背景騒音が多く且つ反響が大きい場所においても通話が可能である拡声通話装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a loudspeaker device capable of making a call even in a place such as a bathroom where there is a lot of background noise and a large echo.
請求項1の発明は、上記目的を達成するために、マイクロホン及びスピーカと、相手側の通話端末から送られてくる受話信号をスピーカに伝送する受話側信号経路並びにマイクロホンで集音された送話信号を伝送して相手側の通話端末へ送る送話側信号経路に損失を挿入することで通話状態を受話及び送話に切り換える音声スイッチと、マイクロホンとスピーカの音響結合によって生じる音響エコーを抑制するエコーキャンセラとを備え、音声スイッチは、送話側の信号経路に損失を挿入する送話側損失挿入手段と、受話側の信号経路に損失を挿入する受話側損失挿入手段と、送話側及び受話側の各損失挿入手段から挿入する損失量を制御する挿入損失量制御手段とを具備し、挿入損失量制御手段は、受話側損失挿入手段の出力点から音響エコー経路を介して送話側損失挿入手段の入力点へ帰還する経路の音響側帰還利得を推定するとともに、送話側損失挿入手段の出力点から回線エコー経路を介して受話側損失挿入手段の入力点へ帰還する経路の回線側帰還利得を推定し、音響側及び回線側の各帰還利得の推定値に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和を算出する総損失量算出部と、送話信号及び受話信号を監視して通話状態を推定し、この推定結果と総損失量算出部の算出値に応じて送話側損失挿入手段及び受話側挿入損失手段の各挿入損失量の配分を決定する挿入損失量分配処理部とからなり、総損失量算出部は、各帰還利得の推定値に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和を算出して適応更新する更新モード、並びに総損失量を所定の初期値に固定する固定モードの2つの動作モードを有し、相手側通話端末との通話開始からエコーキャンセラが充分に収束するまでの期間には固定モードで動作するとともに、エコーキャンセラが充分に収束した後の期間には更新モードで動作してなる拡声通話装置において、マイクロホンで集音された送話信号に含まれる背景騒音レベルを検出する背景騒音レベル検出手段と、背景騒音レベル検出手段で検出される背景騒音レベルを所定の閾値と比較し該閾値を超えるときに制御指令を出力する背景騒音レベル判定手段と、背景騒音レベル判定手段から制御指令を受け取ったときに受話信号の音量を増大させる音量調整手段と、背景騒音レベル判定手段から制御指令を受け取ったときに音声スイッチの総損失量算出部を固定モードに設定するとともに挿入損失量分配処理部における通話状態の推定処理を相対的に受話状態と推定し易くするモード設定手段とを備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention of
請求項2の発明は、請求項1記載の拡声通話装置において、背景騒音レベル検出手段並びに背景騒音レベル判定手段に代えて、浴室内に設置されたシャワーの流量を検出するシャワー流量検出手段と、シャワー流量検出手段で検出されるシャワー流量を所定の閾値と比較し該閾値を超えるときに制御指令を出力するシャワー流量判定手段とを備えたことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the loudspeaker device according to the first aspect, instead of the background noise level detection means and the background noise level determination means, a shower flow rate detection means for detecting a flow rate of a shower installed in the bathroom; A shower flow rate determination unit is provided that compares a shower flow rate detected by the shower flow rate detection unit with a predetermined threshold value and outputs a control command when the threshold value is exceeded.
請求項3の発明は、請求項1記載の拡声通話装置において、背景騒音レベル検出手段並びに背景騒音レベル判定手段に代えて、浴室内に設置された混合水栓の流量を検出する混合水栓流量検出手段と、混合水栓流量検出手段で検出される混合水栓流量を所定の閾値と比較し該閾値を超えるときに制御指令を出力する混合水栓流量判定手段とを備えたことを特徴とする。 A third aspect of the present invention is the loudspeaker apparatus according to the first aspect, wherein the mixed faucet flow rate for detecting the flow rate of the mixed faucet installed in the bathroom instead of the background noise level detecting means and the background noise level determining means. It comprises a detecting means and a mixed faucet flow determining means for comparing the mixed faucet flow detected by the mixed faucet flow detecting means with a predetermined threshold and outputting a control command when the threshold is exceeded. To do.
請求項4の発明は、請求項1記載の拡声通話装置において、背景騒音レベル検出手段並びに背景騒音レベル判定手段に代えて、浴室内に温風を送出して暖房する暖房設備の風量を検出する風量検出手段と、風量検出手段で検出される風量を所定の閾値と比較し該閾値を超えるときに制御指令を出力する風量判定手段とを備えたことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the loudspeaker apparatus according to the first aspect, instead of the background noise level detecting means and the background noise level determining means, the air volume of a heating facility for heating and heating the bathroom is detected. An air volume detecting means and an air volume determining means for comparing the air volume detected by the air volume detecting means with a predetermined threshold value and outputting a control command when the threshold value is exceeded are provided.
請求項5の発明は、請求項1記載の拡声通話装置において、背景騒音レベル検出手段並びに背景騒音レベル判定手段に代えて、浴室内に温風を送出すると同時に浴室内を換気する乾燥設備の風量を検出する風量検出手段と、風量検出手段で検出される風量を所定の閾値と比較し該閾値を超えるときに制御指令を出力する風量判定手段とを備えたことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the loudspeaker apparatus according to the first aspect, in place of the background noise level detecting means and the background noise level judging means, the air volume of the drying equipment that sends hot air into the bathroom and simultaneously ventilates the bathroom. And an air volume determination means for comparing the air volume detected by the air volume detection means with a predetermined threshold value and outputting a control command when the threshold value is exceeded.
請求項6の発明は、請求項1記載の拡声通話装置において、背景騒音レベル検出手段並びに背景騒音レベル判定手段に代えて、浴室内を換気する換気設備の風量を検出する風量検出手段と、風量検出手段で検出される風量を所定の閾値と比較し該閾値を超えるときに制御指令を出力する風量判定手段とを備えたことを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the loudspeaker apparatus according to the first aspect, in place of the background noise level detecting means and the background noise level determining means, an air volume detecting means for detecting an air volume of a ventilation facility for ventilating the inside of the bathroom, and an air volume An air volume determining means for comparing the air volume detected by the detecting means with a predetermined threshold value and outputting a control command when the threshold value is exceeded is provided.
請求項7の発明は、請求項1記載の拡声通話装置において、背景騒音レベル検出手段並びに背景騒音レベル判定手段に代えて、浴槽内の湯水を吸い込むとともに吸い込んだ湯水を噴出するジェットバス設備の吸込量並びに噴出量の少なくとも何れか一方を検出する水量検出手段と、水量検出手段で検出される吸込量又は噴出量を所定の閾値と比較し該閾値を超えるときに制御指令を出力する水量判定手段とを備えたことを特徴とする。 A seventh aspect of the present invention is the loudspeaker communication apparatus according to the first aspect, wherein instead of the background noise level detection means and the background noise level determination means, the suction of the jet bath equipment that sucks in the hot water in the bathtub and jets the sucked hot water A water amount detecting means for detecting at least one of the amount and the ejection amount, and a water amount determining means for comparing the suction amount or the ejection amount detected by the water amount detecting means with a predetermined threshold value and outputting a control command when the threshold value is exceeded It is characterized by comprising.
本発明によれば、浴室内で発生する様々な騒音のレベルが所定の閾値を超える状況においても、固定モードで動作する総損失量算出部によって総損失量が充分に大きい初期値に固定されるために不快なエコーやハウリングの発生が抑制されるとともに、挿入損失量分配処理部における通話状態の推定処理を相対的に受話状態と推定し易くすることで音声スイッチが送話状態から受話状態に切り換わり易くなって送話状態への片倒れが防止され、さらに音量調整手段によりスピーカの音量が増大されるために快適な通話が実現できるという効果がある。 According to the present invention, even when the level of various noises generated in the bathroom exceeds a predetermined threshold, the total loss amount is fixed to a sufficiently large initial value by the total loss amount calculation unit operating in the fixed mode. Therefore, the occurrence of unpleasant echo and howling is suppressed, and the voice switch is changed from the transmission state to the reception state by making it easier to estimate the call state estimation processing in the insertion loss distribution processing unit as the reception state. This makes it easy to switch and prevents the phone from falling down to the transmission state. Further, since the volume of the speaker is increased by the volume adjusting means, a comfortable call can be realized.
以下、本発明を住宅の浴室に設置される拡声通話装置(インターホン端末)に適用した実施形態について図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments in which the present invention is applied to a loudspeaker communication apparatus (interphone terminal) installed in a bathroom of a house will be described in detail with reference to the drawings.
(実施形態1)
本実施形態は、図1に示すようにマイクロホン1、スピーカ2、2線−4線変換回路3、マイクロホンアンプG1、回線(2線の伝送路)への送話信号を増幅する回線出力アンプG2、回線からの受話信号を増幅する回線入力アンプG3、スピーカアンプG4、送話音量調整用増幅器G5、受話音量調整用増幅器G6、音声スイッチ10、第1及び第2のエコーキャンセラ30A,30Bを備えている。
(Embodiment 1)
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, a
第1のエコーキャンセラ30Aは適応フィルタ31Aと減算器32Aからなる従来周知の構成を有し、スピーカ2−マイクロホン1間の音響結合により形成される帰還経路(音響エコー経路)HACのインパルス応答を適応フィルタ31Aにより適応的に同定し、参照信号(スピーカアンプG4への入力信号)から推定した擬似エコー成分(音響エコー)を減算器32AによりマイクロホンアンプG1の出力信号から減算することで音響エコーを抑制するものである。また、第2のエコーキャンセラ30Bも適応フィルタ31Bと減算器32Bからなる従来周知の構成を有し、2線−4線変換回路3と伝送路との間のインピーダンスの不整合による反射および相手の通話端末(例えば、インターホンシステムのドアホン子機など)におけるスピーカ−マイクロホン間の音響結合とにより形成される帰還経路(回線エコー経路)HLINのインパルス応答を適応フィルタ31Bにより適応的に同定し、参照信号(回線出力アンプG2への入力信号、すなわち送話信号)から推定した擬似エコー成分(回線エコー)を減算器32Bにより受話信号から減算することで回線エコーを抑制するものである。
The
音声スイッチ10は、送話側の信号経路に損失を挿入する送話側減衰器11と、受話側の信号経路に損失を挿入する受話側減衰器12と、送話側及び受話側の各減衰器11,12から挿入する損失量を制御する挿入損失量制御部13とを具備する。挿入損失量制御部13は、受話側減衰器12の出力点Routから音響エコー経路HACを介して送話側減衰器11の入力点Tinへ帰還する経路(以下、「音響側帰還経路」という)の音響側帰還利得αを推定するとともに、送話側減衰器11の出力点Toutから回線エコー経路HLINを介して受話側減衰器12の入力点Rinへ帰還する経路(以下、「回線側帰還経路」という)の回線側帰還利得βを推定し、音響側及び回線側の各帰還利得α,βの推定値α’,β’に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和(送話側減衰器11の挿入損失量と受話側減衰器12の挿入損失量の和)を算出する総損失量算出部14と、送話信号及び受話信号を監視して通話状態を推定し、この推定結果と総損失量算出部14の算出値に応じて送話側減衰器11及び受話側減衰器12の各挿入損失量の配分を決定する挿入損失量分配処理部15とからなる。なお、本実施形態における第1及び第2のエコーキャンセラ30A,30B並びに音声スイッチ10は、DSP(Digital Signal Processor)のハードウェアをエコーキャンセラ用並びに音声スイッチ用のソフトウェア(プログラム)で制御することによって実現されている。従って、以下の説明における音声スイッチ10並びに第1及び第2のエコーキャンセラ30A,30Bの入出力信号(受話信号及び送話信号)は所定のサンプリング周期でサンプリングされ、且つA/D変換器により量子化されている。
The
総損失量算出部14では、整流平滑器や低域通過フィルタ等を用いて送話側減衰器11の入力信号の短時間における時間平均パワーを推定し、同じく整流平滑器や低域通過フィルタ等を用いて受話側減衰器12の出力信号の短時間における時間平均パワーを推定し、音響側帰還経路HACにて想定される最大遅延時間において受話側減衰器12の出力信号の時間平均パワーの推定値の最小値を求め、この最小値で送話側減衰器11の入力信号の時間平均パワーの推定値を除算した値を音響側帰還利得αの推定値α’とするとともに、整流平滑器や低域通過フィルタ等を用いて受話側減衰器12の入力信号の短時間における時間平均パワーを推定し、同じく整流平滑器や低域通過フィルタ等を用いて送話側減衰器11の出力信号の短時間における時間平均パワーを推定し、回線側帰還経路HLINにて想定される最大遅延時間において送話側減衰器11の出力信号の時間平均パワーの推定値の最小値を求め、この最小値で受話側減衰器12の入力信号の時間平均パワーの推定値を除算した値を回線側帰還利得βの推定値β’とする。そして、総損失量算出部14は音響側帰還利得α及び回線側帰還利得βの各推定値α’,β’から所望の利得余裕MGを得るために必要な総損失量Ltを算出し、その値Ltを挿入損失量分配処理部15に出力する。
The total loss
挿入損失量分配処理部15では、送話側減衰器11の入出力信号及び受話側減衰器12の入出力信号を監視し、これらの信号のパワーレベルの大小関係並びに音声信号の有無などの情報から通話状態(受話状態、送話状態等)を判定するとともに、判定された通話状態に応じた割合で総損失量Ltを送話側減衰器11と受話側減衰器12に分配するように各減衰器11,12の挿入損失量を調整する。
The insertion loss amount
ところで本実施形態における総損失量算出部14は、上述のように各帰還利得α,βの推定値α’,β’に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和を算出して適応更新する更新モード、並びに総損失量を所定の初期値に固定する固定モードの2つの動作モードを有し、相手側の通話端末との通話開始から第1及び第2のエコーキャンセラ30A,30Bが充分に収束するまでの期間には固定モードで動作するとともに第1及び第2のエコーキャンセラ30A,30Bが充分に収束した後の期間には更新モードで動作する。すなわち、総損失量算出部14では音響側帰還利得α及び回線側帰還利得βの推定値α’,β’がともに通話開始から所定時間(数百ミリ秒)以上継続して所定の閾値ε(例えば、通話開始時における各推定値α’,β’に対して10dB〜15dB小さい値)を下回った時点で第1及び第2のエコーキャンセラ30A,30Bが充分に収束したものとみなし、上記時点以前には総損失量を初期値に固定する固定モードで動作し、上記時点以降には各推定値α’,β’に基づいて総損失量を適応更新する更新モードに動作モードを切り換える。なお、固定モードにおける総損失量の初期値は更新モードにおいて随時更新される総損失量よりも充分に大きな値に設定される。
By the way, as described above, the total loss
而して、通話開始直後の第1及び第2のエコーキャンセラ30A,30Bが充分に収束していない状態においては、固定モードで動作する総損失量算出部14によって充分に大きな値に設定される初期値の総損失量が閉ループに挿入されるため、不快なエコー(音響エコー並びに回線エコー)やハウリングの発生を抑制して安定した半二重通話を実現することができる。また、通話開始から時間が経過して第1及び第2のエコーキャンセラ30A,30Bが充分に収束した状態においては、総損失量算出部14の動作モードが固定モードから更新モードに切り換わって閉ループに挿入する総損失量が初期値よりも充分に低い値に減少するため、双方向の同時通話が実現できるものである。
Thus, when the first and second echo cancellers 30A and 30B immediately after the start of the call are not sufficiently converged, the total loss
ここで、更新モードにおける総損失量算出部14の具体的な動作を図2のフローチャートを参照して説明する。
Here, the specific operation of the total loss
総損失量算出部14は、固定モードから更新モードに移行した時点(t=t1)から所定のサンプリング周期で音響側帰還利得α並びに回線側帰還利得βの推定処理を実行してその推定値α'(n),β'(n)を算出し(ステップ1)、これら2つの推定値α'(n),β'(n)の積と利得余裕MGとから、閉ループの利得余裕をMG[dB]に保つために必要とされる総損失量所望値Lr(n)を下式により算出する(ステップ2)。
The total loss
Lr(n)=20log|α'(n)・β'(n)|+MG[dB]
なお、α'(n),β'(n),Lr(n)はそれぞれ更新モード移行時点からn回目のサンプリングによって算出された帰還利得の推定値並びに総損失量所望値を示す。さらに、総損失量算出部14は上式から算出したn回目の総損失量所望値Lr(n)と、前回(n−1回目)の総損失量Lt(n-1)、すなわち前回の処理で決定されて実際に挿入された総損失量に対して今回算出した総損失量所望値Lr(n)が大きい場合、前回の総損失量Lt(n-1)に微少な増加量Δi[dB]を加算した値を今回の総損失量Lt(n)=Lt(n-1)+Δiとし(ステップ3、ステップ4)、前回の総損失量Lt(n-1)に対して今回算出した総損失量所望値Lr(n)が小さい場合、前回の総損失量Lt(n-1)から微少な減少量Δd[dB]を減算した値を今回の総損失量Lt(n)=Lt(n-1)−Δdとする(ステップ5、ステップ6)。
Lr (n) = 20 log | α ′ (n) · β ′ (n) | + MG [dB]
Note that α ′ (n), β ′ (n), and Lr (n) indicate an estimated value of feedback gain and a desired total loss amount calculated by sampling n times from the update mode transition point, respectively. Further, the total loss
このように総損失量算出部14による総損失量の増減をΔi又はΔdの微少な値に抑えることにより、相手側の通話端末との通話開始直後のように第1及び第2のエコーキャンセラ30A,30Bが収束に向かって活発に係数を更新しているために音響側帰還利得α及び回線側帰還利得βの変化が激しい状態においても、聴感上の違和感をなくすことができる。
Thus, by suppressing the increase / decrease in the total loss amount by the total loss
ところで、浴室のように比較的に狭い空間は反響が大きくなるので、比較的に広いリビング空間(低反響空間)に比較してエコーキャンセラが収束するまでに長い時間を要する。ここで、ディジタルのFIRフィルタにより構成される適応フィルタでは、擬似エコー成分の減算で消去されなかった消去誤差を最小とするように動作するアルゴリズムによってフィルタ係数を逐次修正しており、特許文献1に記載されている従来例では、消去誤差の自乗平均値を最小化するアルゴリズム(例えば、LMS(Least-Mean-Square)法)が用いられていた。このLMS法では、フィルタ係数の修正の大きさを調整する修正幅(ステップゲイン)がスカラ量として与えられており、浴室のような高反響空間においては音声信号のような有色信号に対する収束時間が相当長くなってしまうので、通話開始直後から音声スイッチが固定モードで動作する時間が相対的に長くなり、片方向の通話しかできない状態が長く続いてしまうという問題があった。 By the way, since the reverberation becomes large in a relatively narrow space such as a bathroom, it takes a long time for the echo canceller to converge as compared with a relatively large living space (low reverberation space). Here, in the adaptive filter constituted by the digital FIR filter, the filter coefficient is sequentially corrected by an algorithm that operates so as to minimize the erasure error that is not erased by subtraction of the pseudo echo component. In the conventional example described, an algorithm (for example, LMS (Least-Mean-Square) method) that minimizes the root mean square value of the erasure error is used. In this LMS method, a correction range (step gain) for adjusting the correction magnitude of the filter coefficient is given as a scalar quantity, and the convergence time for a colored signal such as an audio signal in a high reverberation space such as a bathroom. Since it becomes considerably long, there is a problem that the time during which the voice switch operates in the fixed mode becomes relatively long immediately after the start of the call, and the state where only one-way call can be made continues for a long time.
そこで本実施形態においては、第1のエコーキャンセラ30Aが具備する適応フィルタ31AをディジタルのFIRフィルタにより構成し、擬似エコー成分の減算で消去されなかった消去誤差を最小とするように動作するアルゴリズムによってフィルタ係数を逐次修正するとともに、フィルタ係数の修正の大きさを調整するために対角行列で表されるステップゲイン行列を用いている。なお、本実施形態では、上記アルゴリズムとしてLMS法の代わりに従来周知の射影法を用いている。射影法は、アルゴリズム内部において入力信号の自己相関を取り除くことにより、音声信号のような有色信号に対する収束速度を改善したものである。2次の射影法により適応フィルタ31Aのフィルタ係数(タップ係数ともいう)h(n)が下記の式(1)に従って逐次修正される。
Therefore, in the present embodiment, the
h(n+1)=h(n)+μ[δ(n)x(n)+ε(n)x(n-1)] (1)
但し、
h(n)=(h1(n),h2(n),…,hL(n))T
T:ベクトルの転置
n:サンプリング時間
L:タップ長(タップ数)
μ:ステップゲイン(スカラ量)
x(n)=(x(n),x(n-1),…,x(n-L+1))T:入力信号(受話信号)ベクトル
δ(n),ε(n)は下記の連立方程式(2),(3)から求められる定数である。
h (n + 1) = h (n) + μ [δ (n) × (n) + ε (n) × (n−1)] (1)
However,
h (n) = (h 1 (n), h 2 (n),..., h L (n)) T
T : Vector transposition n: Sampling time L: Tap length (number of taps)
μ: Step gain (scalar amount)
x (n) = (x (n), x (n-1),..., x (n-L + 1)) T : input signal (received signal) vector δ (n), ε (n) This is a constant obtained from simultaneous equations (2) and (3).
δ(n)x(n)Tx(n)+ε(n)x(n-1)Tx(n)=e(n) (2)
δ(n)x(n-1)Tx(n)+ε(n)x(n-1)Tx(n-1)=(1-μ)e(n-1) (3)
但し、e(n)は真のエコー成分と擬似エコー成分との差(消去誤差)である。
δ (n) × (n) T x (n) + ε (n) × (n−1) T x (n) = e (n) (2)
δ (n) × (n−1) T x (n) + ε (n) × (n−1) T x (n−1) = (1−μ) e (n−1) (3)
However, e (n) is the difference (erasure error) between the true echo component and the pseudo echo component.
そして本実施形態では、スカラ量として与えられているステップゲインμをステップゲイン行列Mという対角行列に拡張する、いわゆるES法を上記射影法に組み合わせることにより、適応フィルタ31Aのフィルタ係数h(n)を下記の式(4)に従って逐次修正する。
In this embodiment, the filter coefficient h (n) of the
h(n+1)=h(n)+M[δ(n)x(n)+ε(n)x(n-1)] (4)
但し、
M=diag[μ1,μ2,…,μL]
μi=μ0λi-1(i=1,2,…,L)
λ:インパルス応答変動量の減衰率(0<λ≦1)
ここで、FIRフィルタにインパルスを入力したときの出力(インパルス応答)がフィルタ係数そのものとなるから、フィルタ係数の修正の大きさは、設置空間(例えば、浴室)におけるインパルス応答の変動量と一致することになる。一般に、反響の程度に関わらず室内におけるインパルス応答は指数関数的に減衰し、インパルス応答の変動量もインパルス応答と同じ減衰率で減衰することが知られている。従って、ES法においては、変動が大きいインパルス応答初期のフィルタ係数は大きなステップゲインで修正し、変動が小さくなったインパルス応答の後期のフィルタ係数は小さなステップゲインで修正するように重み付けする。具体的には、ステップゲイン行列Mの対角要素μi(i=1,2,…,L)を図3に示すようにiの増加に伴って最大値μ0からインパルス応答の減衰特性と同じ傾きで減衰させることにより、結果的に収束時間を短縮することができる。
h (n + 1) = h (n) + M [δ (n) x (n) + ε (n) x (n-1)] (4)
However,
M = diag [μ 1 , μ 2 ,..., Μ L ]
μ i = μ 0 λ i-1 (i = 1, 2,..., L)
λ: Attenuation rate of impulse response fluctuation (0 <λ ≦ 1)
Here, since the output (impulse response) when the impulse is input to the FIR filter becomes the filter coefficient itself, the magnitude of the correction of the filter coefficient coincides with the fluctuation amount of the impulse response in the installation space (for example, bathroom). It will be. In general, it is known that the impulse response in the room is exponentially attenuated regardless of the degree of reverberation, and the fluctuation amount of the impulse response is also attenuated at the same attenuation rate as the impulse response. Therefore, in the ES method, weighting is performed so that the filter coefficient at the initial stage of the impulse response with large fluctuation is corrected with a large step gain, and the filter coefficient at the later stage of the impulse response with small fluctuation is corrected with a small step gain. Specifically, the diagonal elements μ i (i = 1, 2,..., L) of the step gain matrix M are changed from the maximum value μ 0 to the attenuation characteristic of the impulse response as i increases as shown in FIG. By attenuating with the same inclination, the convergence time can be shortened as a result.
而して、適応フィルタ31Aでは、サンプリング周期毎に取り込んだ入力信号(受話信号)を受話信号ベクトルx(n)とし、x(n)Tx(n),x(n-1)Tx(n),x(n-1)Tx(n),x(n-1)Tx(n-1)を演算するとともに、メモリに記憶した消去誤差e(n)並びにステップゲイン行列Mの対角要素μiを読み出し、式(2)、(3)の連立方程式を解くことで定数δ(n),ε(n)を求め、さらに求めた定数δ(n),ε(n)とメモリから読み出したステップゲイン行列Mを用いて式(4)の右辺第2項を演算し、これをメモリから読み出したフィルタ係数h(n)に加算して次のフィルタ係数h(n+1)を演算することによりフィルタ係数h(n+1)を逐次修正し、フィルタ係数h(n+1)を真のインパルス応答に近付けていく処理を行っている。
And Thus, the
上述のように本実施形態によれば、第1のエコーキャンセラ30Aの適応フィルタ31Aにおいて射影法とES法を組み合わせたES射影法のアルゴリズムによりフィルタ係数を適応的に同定させているので、従来のLMS法や学習同定法に比較して、浴室のような高反響空間におけるフィルタ係数の収束時間を短縮することができる。しかも、本実施形態では、第1のエコーキャンセラ30Aが収束するまでは音声スイッチ10を固定モードで動作させることで不快なエコーやハウリングの発生を抑制した半二重通話を実現し、第1のエコーキャンセラ30Aが収束したら音声スイッチ10を更新モードで動作させることで双方向の同時通話を実現しており、第1のエコーキャンセラ30Aの収束時間を短縮することで音声スイッチ10が固定モードで動作する期間、すなわち、半二重通話となる期間を短縮して早期に双方向の同時通話に移行させることができる。その結果、浴室のような高反響空間においても快適な拡声通話が行えるものである。
As described above, according to the present embodiment, the filter coefficients are adaptively identified by the algorithm of the ES projection method that combines the projection method and the ES method in the
ところで、予めメモリに記憶しておいたステップゲイン行列Mの対角要素μi(i=1,2,…,L)を随時読み出して適応フィルタ31Aに対して設定するステップゲイン行列設定手段を備える構成であれば、対角要素としてインパルス応答への近似精度が高い値を用いることができて第1のエコーキャンセラ30Aの収束時間を確実に短縮することができるという利点がある。なお、ステップゲイン行列設定手段はエコーキャンセラ30Aと同様にDSPのハードウェアをソフトウェアで制御することにより実現される。しかしながら、タップ長Lの増加に伴って対角要素μiの個数も増加するから、メモリの記憶領域も増えてコストアップを招く虞がある。
By the way, there is provided step gain matrix setting means for reading out the diagonal elements μ i (i = 1, 2,..., L) of the step gain matrix M stored in the memory in advance and setting them in the
そこで、図4に示すようにステップゲイン行列Mの対角要素μiを、その最大値μ0、減衰率λ及び設定間隔Dの3つのパラメータにより階段状に近似して設定するステップゲイン行列設定手段を備えれば、メモリの記憶領域を大幅に削減できるとともに対角要素μiの調整も容易に行える。但し、このように3つのパラメータによって対角要素μiを設定する構成では、各対角要素μiをメモリに記憶する上記構成に比べてインパルス応答への近似精度が低くなるというデメリットがあるので、ステップゲイン行列設定手段がメモリから各対角要素μiを読み出してステップゲイン行列Mを作成する前者の処理と、最大値μ0、減衰率λ及び設定間隔Dの3つのパラメータで対角要素μiを階段状に近似してステップゲイン行列Mを作成する処理とを択一的に切り換えて実行するようにしても良い。そうすれば、設置場所における反響の大きさなどの条件に応じてステップゲイン行列Mの対角要素μiの設定方法を適切な方法に変えることができる。 Therefore, as shown in FIG. 4, the step gain matrix setting for setting the diagonal elements μ i of the step gain matrix M by approximating the diagonal elements μ i by the three parameters of the maximum value μ 0 , the attenuation factor λ, and the setting interval D. If the means is provided, the storage area of the memory can be greatly reduced and the diagonal element μ i can be easily adjusted. However, the configuration in which the diagonal element μ i is set by three parameters as described above has a demerit that the approximation accuracy to the impulse response is lower than the above configuration in which each diagonal element μ i is stored in the memory. The step gain matrix setting means reads out each diagonal element μ i from the memory and creates the step gain matrix M, and the diagonal element with the three parameters of the maximum value μ 0 , the attenuation factor λ, and the set interval D The process of creating the step gain matrix M by approximating μ i in a staircase pattern may be alternatively switched and executed. Then, the setting method of the diagonal element μ i of the step gain matrix M can be changed to an appropriate method according to conditions such as the magnitude of reverberation at the installation location.
ところで、浴室にはカランやシャワーヘッドから温水が吐出する際の音、あるいは換気扇による排気音などの背景騒音が多く存在し、しかも、リビングに比べて空間が狭くて反響が大きいこともあり、背景騒音によって通話が困難になる場合がある。例えば、カランやシャワーヘッドから温水が吐出する際に発生する騒音(背景騒音)が大きいときに音声スイッチ10を更新モードで動作させた場合、閉ループに挿入する総損失量が背景騒音レベルに比べてかなり小さくなり、音声スイッチ10が送話モードに固定してしまう現象(いわゆる「片倒れ」)が生じて来訪者の話声が聞こえなくなってしまう虞がある。
By the way, there are many background noises such as the sound of hot water discharged from a currant or shower head or the exhaust sound of a ventilation fan in the bathroom, and the space is narrower and the response is larger than in the living room. Calls may be difficult due to noise. For example, when the
そこで本実施形態では、マイクロホン1で集音された送話信号に含まれる背景騒音レベルを検出する背景騒音レベル検出部40と、背景騒音レベル検出部40で検出される背景騒音レベルを所定の閾値と比較し該閾値を超えるときに制御指令を出力する背景騒音レベル判定部41と、背景騒音レベル判定部41から制御指令を受け取ったときに音声スイッチ10の総損失量算出部14を固定モードに設定するとともに挿入損失量分配処理部15における通話状態の推定処理を相対的に受話状態と推定し易くし且つスピーカアンプG4の利得を調整してスピーカ2の音量を増大させるモード設定/音量調整部42とを備えている。但し、本実施形態における背景騒音レベル検出部40、背景騒音レベル判定部41並びにモード設定/音量調整部42はDSPのハードウェアをソフトウェアで制御することにより実現される。
Therefore, in the present embodiment, the background noise
背景騒音レベル検出部40は、立ち上がりが緩やかであり且つ立ち下がりが急峻な特性、すなわち、立ち上がり時定数が相対的に大きく且つ立ち下がり時定数が相対的に小さい応答特性を有するデジタルフィルタからなり、送話信号中に定常的に存在する背景騒音レベルを検出(推定)するものである。そして、背景騒音レベル判定部41が背景騒音レベル検出部40で検出された背景騒音レベルを所定の閾値と比較し、背景騒音レベルが閾値を超えているときにモード設定/音量調整部42に制御指令を出力する。なお、背景騒音レベルと比較する閾値の大きさは、例えば、その背景騒音レベル下で人が通話可能な最大限のレベルに設定すればよい。
The background noise
一方、モード設定/音量調整部42は、背景騒音レベル判定部41から制御指令を受け取ると、音声スイッチ10の総損失量算出部14を固定モードに設定するとともに、音声スイッチ10の損失量分配処理部15における通話状態の推定処理を相対的に受話状態と推定し易くし、さらにスピーカアンプG4の利得を調整してスピーカ2の音量を増大させる。ここで、損失量分配処理部15における通話状態の推定処理を相対的に受話状態と推定し易くする、言い換えると音声スイッチ10の感度(送話状態と受話状態の切り換わり易さ)が、受話状態から送話状態へ切り換えるときよりも送話状態から受話状態へ切り換えるときに高くなるようにする具体的な方法としては、例えば、受話信号の信号レベルに1よりも大きい係数を乗算するか、あるいは送話信号の信号レベルに1未満の係数を乗算することで受話信号に重み付けを行い、送話信号と受話信号の信号レベルの比較において受話信号の信号レベルが送話信号の信号レベルを越え易くする方法などがある。
On the other hand, when the mode setting /
而して、本実施形態の拡声通話装置から他のインターホン端末を呼び出した場合に相手端末との通話が開始される前、若しくは他のインターホン端末から呼び出された場合に本実施形態の拡声通話装置で応答釦(図示せず)が操作された後の通話開始前に、上述のように音声スイッチ10の動作モードを固定モードに設定するとともに音声スイッチ10の感度を補正し、さらにスピーカ2の音量を増大させれば、浴室内で発生する様々な騒音のレベルが所定の閾値を超える状況においても、固定モードで動作する総損失量算出部14によって総損失量が充分に大きい初期値に固定されるために不快なエコーやハウリングの発生を抑制されるとともに、音声スイッチ10が送話状態から受話状態に切り換わり易くなって浴室内の騒音が大きいことによる送話状態への片倒れが防止され、さらにスピーカ2の音量が増大されるため、快適な通話が実現できるものである。
Thus, when another interphone terminal is called from the loudspeaker device of the present embodiment, before the call with the counterpart terminal is started, or when called from another interphone terminal, the loudspeaker device of the present embodiment Before the call is started after the response button (not shown) is operated, the operation mode of the
(実施形態2)
本実施形態は、図5に示すように背景騒音レベル検出部40並びに背景騒音レベル判定部41に代えて、浴室内に設置されたシャワーの流量を検出するシャワー流量検出部43と、浴室内に設置されたカランの流量を検出するカラン流量検出部44と、シャワー流量検出部43並びにカラン流量検出部44で検出されるシャワー流量及びカラン流量を各々所定の閾値と比較し、少なくとも何れか一方の流量が対応する閾値を超えるときにモード設定/音量調整部42に対して制御指令を出力するシャワー/カラン流量判定部45とを備えた点に特徴がある。但し、これ以外の構成については実施形態1と共通であるから、共通の構成要素には同一の符号を付して適宜図示並びに説明は省略する。
(Embodiment 2)
As shown in FIG. 5, the present embodiment replaces the background noise
シャワー流量検出部43並びにカラン流量検出部44は、給湯器から供給される温水と給水管より供給される水を混合する混合栓からシャワーヘッド及びカランへの配管に設置される流量センサと、流量センサのセンサ出力を信号処理(増幅や波形整形など)した流量検出信号を出力する信号処理回路とを具備している。なお、流量センサは羽根車式、電磁誘導式、超音波式などの従来周知のものである。
The shower flow
而して、本実施形態の拡声通話装置から他のインターホン端末を呼び出した場合に相手端末との通話が開始される前、若しくは他のインターホン端末から呼び出された場合に本実施形態の拡声通話装置で応答釦(図示せず)が操作された後の通話開始前に、シャワー流量検出部43から出力される流量検出信号と、カラン流量検出部44空出力される流量検出信号とがシャワー/カラン流量判定部45に入力され、シャワー/カラン流量判定部45にてシャワーの検出流量とカランの検出流量がそれぞれ所定の閾値と比較され、少なくとも何れか一方の検出流量が閾値を超えているときにモード設定/音量調整部42に対して制御指令が出力される。その結果、実施形態1と同様に音声スイッチ10の動作モードが固定モードに設定されるとともに音声スイッチ10の感度が補正され且つスピーカ2の音量が増大させられるから、シャワーやカランから温水が吐出する際に発生する騒音のレベルが相対的に大きい状況においても、固定モードで動作する総損失量算出部14によって総損失量が充分に大きい初期値に固定されるために不快なエコーやハウリングの発生を抑制されるとともに、音声スイッチ10が送話状態から受話状態に切り換わり易くなって浴室内の騒音が大きいことによる送話状態への片倒れが防止され、さらにスピーカ2の音量が増大されるため、快適な通話が実現できる。なお、本実施形態ではシャワー流量検出部43とカラン流量検出部44を備えているが、何れか一方のみを備える構成であっても構わない。
Thus, when another interphone terminal is called from the loudspeaker device of the present embodiment, before the call with the counterpart terminal is started, or when called from another interphone terminal, the loudspeaker device of the present embodiment The flow rate detection signal output from the shower flow
(実施形態3)
ところで、近年では浴室内の空気を循環させる循環ファンとその空気を給湯機からの温水との熱交換によって加熱する浴室用熱交換器とを備え、浴室の換気、暖房、乾燥を行う浴室暖房換気乾燥機が普及しているが、このような浴室暖房換気乾燥機の運転中には浴室内に空気が吹き出され若しくは浴室内から空気が吸い出される際の風量に応じた騒音が発生し、シャワーやカランの温水吐出と同様の騒音源となっている。
(Embodiment 3)
By the way, in recent years, it has a circulation fan that circulates the air in the bathroom and a heat exchanger for the bathroom that heats the air by heat exchange with hot water from the water heater, and the bathroom heating ventilation that performs ventilation, heating, and drying of the bathroom Although dryers are widely used, air is blown into the bathroom or during the operation of such a bathroom heating / ventilating dryer, noise is generated according to the air volume when air is blown out from the bathroom, and showers are generated. This is the same noise source as the hot water discharge of KARAN.
そこで本実施形態では、図6に示すように背景騒音レベル検出部40並びに背景騒音レベル判定部41に代えて、浴室内に温風を送出して暖房する暖房設備、浴室内を換気する換気設備、浴室内に温風を送出すると同時に浴室内を換気する乾燥設備を兼ねる上記浴室暖房換気乾燥機の風量を検出する風量検出部46と、風量検出部46で検出される風量を所定の閾値と比較して閾値を超えるときにモード設定/音量調整部42に対して制御指令を出力する風量判定部47とを備えている。
Therefore, in this embodiment, instead of the background noise
ここで、浴室暖房換気乾燥機の暖房、換気、乾燥の各運転時における風量は予め決められた数段階(例えば、「強」と「弱」の2段階)に切り換えられるだけであるので、本実施形態においては、浴室外の脱衣室に設置される浴室暖房換気乾燥機のリモートコントローラから出力される風量調整用の制御信号を、風量検出部46がモニタして当該制御信号の内容から風量(「強」又は「弱」)を検出し、風量判定部47に対して検出した風量を表す風量検出信号を出力するようにしている。
Here, the air volume during heating, ventilation, and drying operations of the bathroom heating / ventilation dryer is only switched to several predetermined stages (for example, “strong” and “weak”). In the embodiment, the air
而して、本実施形態の拡声通話装置から他のインターホン端末を呼び出した場合に相手端末との通話が開始される前、若しくは他のインターホン端末から呼び出された場合に本実施形態の拡声通話装置で応答釦(図示せず)が操作された後の通話開始前に、風量検出部46から出力される風量検出信号が風量判定部47に入力され、風量判定部47にて浴室暖房換気乾燥機の検出風量が所定の閾値と比較され、検出風量が閾値を超えているときにモード設定/音量調整部42に対して制御指令が出力される。その結果、実施形態1、2と同様に音声スイッチ10の動作モードが固定モードに設定されるとともに音声スイッチ10の感度が補正され且つスピーカ2の音量が増大させられるから、浴室暖房換気乾燥機の動作時に風量に応じて発生する騒音のレベルが相対的に大きい状況においても、固定モードで動作する総損失量算出部14によって総損失量が充分に大きい初期値に固定されるために不快なエコーやハウリングの発生を抑制されるとともに、音声スイッチ10が送話状態から受話状態に切り換わり易くなって浴室内の騒音が大きいことによる送話状態への片倒れが防止され、さらにスピーカ2の音量が増大されるため、快適な通話が実現できる。
Thus, when another interphone terminal is called from the loudspeaker device of the present embodiment, before the call with the counterpart terminal is started, or when called from another interphone terminal, the loudspeaker device of the present embodiment Before a call is started after a response button (not shown) is operated, an air volume detection signal output from the air
(実施形態4)
ところで、最近では一般住宅においても、浴槽の吸込部と噴出部とを連通接続する循環水路を設け、循環水路の途中にモーターによって運転され且つ浴槽内の湯水を吸込部から吸込んで噴出部から浴槽内に噴出するポンプ部を設けたジェットバス設備が設置されるようになってきているが、このようなジェットバス設備の運転中には浴槽内の湯水が吸い込まれたり浴槽内に湯水が噴出される際の吸込量又は噴出量(以下、「水量」と呼ぶ)に応じた騒音が発生し、シャワーやカランの温水吐出並びに浴室暖房換気乾燥機の温風吹き出し等と同様の騒音源となっている。
(Embodiment 4)
By the way, recently, even in ordinary houses, a circulation water channel that connects the suction portion and the ejection portion of the bathtub is provided in communication, and is operated by a motor in the middle of the circulation water channel, and hot water in the bathtub is sucked from the suction portion and the bathtub from the ejection portion. Jet bath equipment with a pump unit that jets out is being installed, but hot water in the bathtub is sucked in or water is jetted into the bathtub during operation of such a jet bath equipment. Noise is generated according to the amount of suction or ejection (hereinafter referred to as “water volume”), and it is the same noise source as hot water discharge from showers and currants and hot air blowout from bathroom heating ventilation dryers. Yes.
そこで本実施形態では、図7に示すように背景騒音レベル検出部40並びに背景騒音レベル判定部41に代えて、浴槽内の湯水を吸い込むとともに吸い込んだ湯水を噴出するジェットバス設備の吸込量並びに噴出量の少なくとも何れか一方を検出する水量検出部48と、水量検出部48で検出される吸込量又は噴出量を所定の閾値と比較して閾値を超えるときにモード設定/音量調整部42に対して制御指令を出力する水量判定部49とを備えている。
Therefore, in this embodiment, in place of the background noise
ここで、ジェットバス設備の吸込量又は噴出量は予め決められた数段階(例えば、「強」と「弱」の2段階)に切り換えられるだけであるので、本実施形態においては、浴室内に設置されるジェットバス設備のリモートコントローラから出力される吸込量又は噴出量調整用の制御信号を、水量検出部48がモニタして当該制御信号の内容から吸込量又は噴出量(「強」又は「弱」)を検出し、水量判定部49に対して検出した吸込量又は噴出量を表す検出信号を出力するようにしている。
Here, since the suction amount or the ejection amount of the jet bath facility can only be switched to a predetermined number of stages (for example, two stages of “strong” and “weak”), in this embodiment, in the bathroom The control signal for adjusting the suction amount or the ejection amount output from the remote controller of the installed jet bath facility is monitored by the water
而して、本実施形態の拡声通話装置から他のインターホン端末を呼び出した場合に相手端末との通話が開始される前、若しくは他のインターホン端末から呼び出された場合に本実施形態の拡声通話装置で応答釦(図示せず)が操作された後の通話開始前に、水量検出部48から出力される水量検出信号が水量判定部49に入力され、水量判定部49にてジェットバス設備の検出水量が所定の閾値と比較され、検出水量が閾値を超えているときにモード設定/音量調整部42に対して制御指令が出力される。その結果、実施形態1〜3と同様に音声スイッチ10の動作モードが固定モードに設定されるとともに音声スイッチ10の感度が補正され且つスピーカ2の音量が増大させられるから、ジェットバス設備の動作時に水量(吸込量又は噴出量)に応じて発生する騒音のレベルが相対的に大きい状況においても、固定モードで動作する総損失量算出部14によって総損失量が充分に大きい初期値に固定されるために不快なエコーやハウリングの発生を抑制されるとともに、音声スイッチ10が送話状態から受話状態に切り換わり易くなって浴室内の騒音が大きいことによる送話状態への片倒れが防止され、さらにスピーカ2の音量が増大されるため、快適な通話が実現できる。
Thus, when another interphone terminal is called from the loudspeaker device of the present embodiment, before the call with the counterpart terminal is started, or when called from another interphone terminal, the loudspeaker device of the present embodiment Before a call is started after a response button (not shown) is operated, a water amount detection signal output from the water
1 マイクロホン
2 スピーカ
10 音声スイッチ
30A 第1のエコーキャンセラ
31A 適応フィルタ
32A 減算器
40 背景騒音レベル検出部
41 背景騒音レベル判定部
42 モード設定/音量調整部
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