JP2006340151A - Acoustic echo canceling device, telephone using it, and acoustic echo canceling method - Google Patents
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Description
本発明は、マイクの指向性制御がなされる音響エコーキャンセル装置とそれを用いた電話機および音響エコーキャンセル方法に関するものである。 The present invention relates to an acoustic echo canceling apparatus that controls the directivity of a microphone, a telephone using the same, and an acoustic echo canceling method.
スピーカホン方式電話等の電話機において、ハウリングやエコーを防止するためにエコーキャンセル技術がある。このエコーキャンセル技術によればスピーカから出力された音声が部屋等の空間を通って、マイクロホンに入力された音声(エコー)から、その空間を擬似的に模擬した伝達関数とスピーカへ出力した音声を畳み込んだ信号を差し引くことにより、あたかもエコーが無いようにできる。 In a telephone such as a speakerphone system telephone, there is an echo cancellation technique for preventing howling and echo. According to this echo cancellation technology, sound output from a speaker passes through a space such as a room, and from a sound (echo) input to a microphone, a transfer function that simulates the space and a sound output to the speaker. By subtracting the convoluted signal, it can be as if there is no echo.
また、マイクの指向性を発話者の方に向け、それ以外の音は収音しないようにして環境騒音が入らないS/N比の良いマイク収音を行うマイクロホンアレー技術がある。 In addition, there is a microphone array technology for picking up a microphone with a good S / N ratio so that the directivity of the microphone is directed toward the speaker and other sounds are not picked up so that environmental noise does not enter.
エコーキャンセル技術とマイクロホンアレー技術が同時に成り立つようする技術とし、発話する近端話者のみの音声を収音し、さらにスピーカから再生される遠端話者の音声を収音した音から部屋のエコーを差し引く方法がある。その方法として(非特許文献1)および(非特許文献2)に記載されている従来の技術がある。複数の話者位置を推定して、その中の話者に対し指向性を向け、かつ、エコーキャンセルする方法である。(非特許文献1)ではマイクロホンアレーとエコーキャンセラのフィルタ係数を更新する方法について記載されている。また、(非特許文献2)では、話者の位置を推定する方法について記載されており、(非特許文献1)から引用されている。この従来の技術を、図6を用いて説明する。 Echo cancellation technology and microphone array technology are established at the same time, and only the near-end speaker who speaks is picked up. There is a way to subtract. As the method, there are conventional techniques described in (Non-patent Document 1) and (Non-Patent Document 2). In this method, a plurality of speaker positions are estimated, directivity is directed to the speakers, and echo cancellation is performed. (Non-Patent Document 1) describes a method of updating filter coefficients of a microphone array and an echo canceller. Further, (Non-patent document 2) describes a method for estimating the position of a speaker, and is cited from (Non-patent document 1). This conventional technique will be described with reference to FIG.
図6は、従来の技術における音響エコーキャンセル装置のブロック図である。図6では、遠端話者の音声を出力するスピーカと複数のマイクロホンと遠端話者の音声および複数のマイクロホンの信号を処理する部分のみ抜き出して示している。図6中、遠端話者からの信号の周波数表領域表現はZ(ω)であり、マイクロホン1からの入力信号の周波数領域表現はX1(ω)であり、マイクロホン2からの入力信号の周波数領域表現はX2(ω)であり、マイクロホンMからの入力信号の周波数領域表現はXM(ω)である。また、遠端話者からの信号に信号処理をするフィルタの周波数領域表現はG(ω)であり、マイクロホン1からの信号に信号処理をするフィルタの周波数領域表現はH1(ω)であり、マイクロホン2からの信号に信号処理をするフィルタの周波数領域表現はH2(ω)であり、マイクロホンMからの信号に信号処理をするフィルタの周波数領域表現はHM(ω)である。これらのフィルタ出力を加算して近端話者からの送話信号Y(ω)とする。
FIG. 6 is a block diagram of an acoustic echo canceling apparatus according to the prior art. In FIG. 6, only a portion that processes a speaker, a plurality of microphones, a far-end speaker's voice, and a plurality of microphones that output the far-end speaker's voice are extracted and shown. In FIG. 6, the frequency table domain representation of the signal from the far-end speaker is Z (ω), the frequency domain representation of the input signal from the
従来の技術は、話者位置を推定しフィルタ係数を更新する処理と実際に入力信号をフィルタする処理の2つの部分から構成されている。フィルタ係数を更新する部分の動作は次の通りである。フィルタ係数を更新する部分のすべてのフィルタ入力を、(数1)で表現する。 The conventional technique is composed of two parts: a process of estimating the speaker position and updating the filter coefficient and a process of actually filtering the input signal. The operation of the part for updating the filter coefficient is as follows. All filter inputs in the part where the filter coefficient is updated are expressed by (Equation 1).
また、すべてのフィルタ処理を(数2)で表現する。 All filter processes are expressed by (Equation 2).
上記のようにすると、近端話者からの送話信号を(数3)のように表すことができる。 If it carries out as mentioned above, the transmission signal from a near-end speaker can be represented like (Formula 3).
上記従来の技術では話者毎の信号の共分散行列RS1S2(ω)、残響信号のみの共分散行列REE(ω)、雑音信号のみの共分散行列RNN(ω)を求めることで、近端話者に指向性を向け、かつ、遠端話者の音声をスピーカから収音した信号のエコーを取り除くためのフィルタ係数H(ω)を(数4)で得る。 In the above conventional technique, by obtaining the covariance matrix R S1S2 (ω) of the signal for each speaker, the covariance matrix R EE (ω) of only the reverberation signal, and the covariance matrix R NN (ω) of only the noise signal, A filter coefficient H (ω) for directing directivity to the near-end speaker and removing an echo of a signal obtained by collecting the far-end speaker's voice from the speaker is obtained by (Equation 4).
ここで、話者数をKとし、CS1は各話者の感度拘束の重み、CEはエコーに対する重み、CNは雑音に対する重みである。また、AS1は話者iに対するミキシングの割合を表す。以上のようにして求められた係数を用いてフィルタ処理をする。 Here, the number of speakers is K, C S1 is a sensitivity constraint weight of each speaker, C E is a weight for echo, and C N is a weight for noise. A S1 represents a mixing ratio for speaker i. Filter processing is performed using the coefficients obtained as described above.
また、話者位置を推定する部分の動作は下記の通りである。M個のマイクロホンがあり、総数N個の音源のうちk番目音源から音が発せられている場合のi番目とj番目マイクロホン間の到来時間差をτykとする。また、i番目の推定マイクロホンの位置を(xi、yi、zi)、k番目の推定音源位置を(xk、yk、zk)とすると推定マイクロホン間到来時間差τyk(p)は、(数5)で表される。 The operation of the part for estimating the speaker position is as follows. Let τ yk be the arrival time difference between the i-th and j-th microphones when there are M microphones and sound is emitted from the k-th sound source among the total of N sound sources. Further, assuming that the position of the i-th estimated microphone is (x i , y i , z i ) and the k-th estimated sound source position is (x k , y k , z k ), the arrival time difference τ yk (p) between estimated microphones. Is represented by (Equation 5).
ただし、pは(数6)の3M+3N個の要素を持つベクトルである。 Here, p is a vector having 3M + 3N elements of (Equation 6).
そこで、ある音源とそれぞれのマイクの位置によりマイクの位置の数pが得られ、また、さらに別の音源からも同じようにマイクの位置の数pが得られる。マイクロホン到来時間差の実測値τykとτyk(p)が等しいことを示す(数7)を用いて、座標の分からない部分を解くことで音源の位置が求まる。 Therefore, the number p of microphone positions is obtained from a certain sound source and the position of each microphone, and the number p of microphone positions is obtained from another sound source in the same manner. The position of the sound source can be obtained by solving the part where the coordinates are unknown using ( Expression 7) indicating that the actually measured values τ yk and τ yk (p) of the microphone arrival time difference are equal.
ここで、本共分散行列の次数を考えてみる。遠端話者の音声を処理するフィルタを128タップ、それぞれのマイクロホン入力の信号を処理するフィルタを128タップとし、マイクが3個あった場合を考えるとX(ω)は512タップとなり、その共分散行列の次数は512×512の2次元行列となる。この従来の技術では512×512の次数の共分散行列の逆行列を求めることが必要とされる。
一般に、リアルタイムでこのように次数の大きい行列の逆行列を求めることは大きな演算量を必要とする。そこで本発明では処理量が少ないエコーキャンセル技術とマイクロホンアレー技術が同時に成り立つようする方法を提供することを目的とする。 In general, obtaining an inverse matrix of a matrix having such a large degree in real time requires a large amount of computation. Accordingly, an object of the present invention is to provide a method that allows an echo cancellation technique and a microphone array technique with a small amount of processing to be simultaneously realized.
本発明の構成として、スピーカから出力された音声が複数のマイクロホンを介して入力され、前記スピーカと前記複数のマイクロホンとの間の伝達関数を推定して前記入力された音声のエコーをキャンセルする、音響エコーキャンセル装置であって、音声がマイクロホンに入力される入力方向を、予め設定された複数の入力方向から選択する入力方向選択部と、入力方向選択部により選択された入力方向に対応するマイクロホンを介して入力された音声を収音する音声収音部と、音声収音部により収音された音声のエコーをキャンセルする、エコーキャンセル処理を実行するエコーキャンセル処理部と、エコーキャンセル処理部によるエコーキャンセル処理の実行時に入力された音声の入力方向を選択するように、入力方向選択部を実行させる入力方向選択制御部とを有することを特徴とする。 As a configuration of the present invention, sound output from a speaker is input via a plurality of microphones, and a transfer function between the speaker and the plurality of microphones is estimated to cancel echo of the input sound. An acoustic echo canceling apparatus, wherein an input direction in which sound is input to a microphone is selected from a plurality of preset input directions, and a microphone corresponding to the input direction selected by the input direction selecting unit A sound collection unit that collects sound input via the sound collection unit, an echo cancellation processing unit that performs echo cancellation processing that cancels echo of the sound collected by the sound collection unit, and an echo cancellation processing unit Execute the input direction selection unit to select the input direction of the audio input when executing the echo cancellation process. And having an input direction selection control section.
発話者へ指向性を向けた収音を行い、次のステップで該指向性からのエコーをキャンセルするために、マイクロホンアレーの制御とエコーキャンセラを同時にしないようにしたため、リアルタイムで行える量まで処理量を減少させることができる。 The microphone array control and the echo canceller are not performed at the same time in order to collect the directivity toward the speaker and cancel the echo from the directivity in the next step. Can be reduced.
上記課題を解決するため、第1の発明は、スピーカから出力された音声が複数のマイクロホンを介して入力され、スピーカと複数のマイクロホンとの間の伝達関数を推定して入力された音声のエコーをキャンセルする、音響エコーキャンセル装置であって、音声がマイクロホンに入力される入力方向を、予め設定された複数の入力方向から選択する入力方向選択部と、入力方向選択部により選択された入力方向に対応するマイクロホンを介して入力された音声を収音する音声収音部と、音声収音部により収音された音声のエコーをキャンセルする、エコーキャンセル処理を実行するエコーキャンセル処理部と、エコーキャンセル処理部によるエコーキャンセル処理の実行時に入力された音声の入力方向を選択するように、入力方向選択部を制御する入力方向選択制御部とを有するものである。 In order to solve the above-described problem, the first aspect of the invention relates to an echo of a voice input by estimating a transfer function between the speaker and the plurality of microphones, and inputting a voice output from the speaker via the plurality of microphones. An acoustic echo canceling apparatus that cancels the input direction selection unit that selects an input direction in which sound is input to the microphone from a plurality of preset input directions, and an input direction selected by the input direction selection unit A sound pickup unit that picks up the sound input via a microphone corresponding to, an echo cancellation processing unit that executes echo cancellation processing that cancels echo of the sound collected by the sound pickup unit, and an echo The input direction selection unit is controlled so as to select the input direction of the voice input when the echo cancellation process is executed by the cancellation processing unit. Those having an input direction selection control unit for.
この構成によれば、音声がマイクロホンに入力される入力方向を選択し、その選択された入力方向に対して収音された音声でエコーキャンセルすることにより、それぞれの処理を別々に実行することができ、演算量の少ない音響エコーキャンセル装置を提供できる。 According to this configuration, it is possible to execute each process separately by selecting an input direction in which sound is input to the microphone and performing echo cancellation with the sound collected in the selected input direction. And an acoustic echo canceling device with a small amount of calculation can be provided.
上記課題を解決するため、第2の発明は、第1の発明に係る音響エコーキャンセル装置であって、入力方向選択部は、音声がマイクロホンに入力される入力方向を示す指向性パターンを、音声がマイクロホンに入力される入力方向として選択するものである。 In order to solve the above-mentioned problem, the second invention is an acoustic echo canceling apparatus according to the first invention, wherein the input direction selecting unit displays a directivity pattern indicating an input direction in which the sound is input to the microphone, Is selected as the input direction to be input to the microphone.
この構成によれば、マイクロホンに対応する指向性を示す指向性パターンに基づいて、音声の入力されてくる指向性のある方向を予め選択することで、さらに音声の入力方向を詳細に指定でき、入力音声を強く収音できる音響エコーキャンセル装置を提供できる。 According to this configuration, it is possible to further specify the voice input direction in detail by selecting in advance a direction with sound directivity based on the directivity pattern indicating the directivity corresponding to the microphone, It is possible to provide an acoustic echo canceling apparatus that can pick up the input voice strongly.
上記課題を解決するため、第3の発明は、第2の発明に係る音響エコーキャンセル装置であって、エコーキャンセル処理部は、入力方向選択部により選択された指向性パターンに対応する適応フィルタ係数を演算する適応フィルタ係数演算部を有し、適応フィルタ係数演算部により演算された適応フィルタ係数に基づいて、エコーキャンセル処理を実行し、更に、適応フィルタ係数演算部により演算された適応フィルタ係数を、入力方向に対応させてメモリに格納する適応フィルタ係数格納部と、メモリに格納された適応フィルタ係数を参照し、入力方向選択部により選択された指向性パターンに対応する適応フィルタ係数を検出する適応フィルタ係数検出部とを有し、エコーキャンセル処理部は、適応フィルタ係数検出部により適応フィルタ係数が検出された場合に、該検出された適応フィルタ係数をメモリから読み出し、該読み出した適応フィルタ係数に基づいて、エコーキャンセル処理を実行するものである。 In order to solve the above-mentioned problem, a third invention is an acoustic echo cancellation apparatus according to the second invention, wherein the echo cancellation processing unit is an adaptive filter coefficient corresponding to the directivity pattern selected by the input direction selection unit. An adaptive filter coefficient calculation unit that performs an echo cancellation process based on the adaptive filter coefficient calculated by the adaptive filter coefficient calculation unit, and further calculates the adaptive filter coefficient calculated by the adaptive filter coefficient calculation unit. The adaptive filter coefficient storage unit corresponding to the input direction and stored in the memory and the adaptive filter coefficient stored in the memory are referred to, and the adaptive filter coefficient corresponding to the directivity pattern selected by the input direction selection unit is detected. An echo filter processing unit, and the echo cancel processing unit is adapted to perform adaptive filter coefficient detection by the adaptive filter coefficient detection unit. If the coefficient is detected, reads out the detected adaptive filter coefficients from the memory, based on the adaptive filter coefficient read out said, is to perform an echo cancellation process.
この構成によれば、各指向性パターンを最後に使用した際の、エコーキャンセルした際の適応フィルタのフィルタ係数を、指向性パターンに対応させて記憶させておくことにより、該当指向性パターンが選択されたときに、以前に記憶された適応フィルタのフィルタ係数を初期値として使用することにより収束の早い音響エコーキャンセル装置を実現できる。 According to this configuration, the filter coefficient of the adaptive filter at the time of echo cancellation when each directional pattern is used last is stored in correspondence with the directional pattern, so that the corresponding directional pattern is selected. When this is done, an acoustic echo canceling device with quick convergence can be realized by using the filter coefficients of the adaptive filter stored previously as the initial values.
上記課題を解決するため、第4の発明は、第1から第3いずれか発明に係る音響エコーキャンセル装置と、音声が入力される複数のマイクロホンと、音響エコーキャンセル装置のエコーキャンセル処理部によりエコーがキャンセルされた音声を出力するスピーカとを有する電話機である。 In order to solve the above-described problem, a fourth invention is an acoustic echo canceling device according to any one of the first to third inventions, a plurality of microphones to which sound is input, and an echo canceling processing unit of the acoustic echo canceling device. Is a telephone having a speaker that outputs a canceled voice.
この構成によれば、電話機の周りで複数の話者が話しても、その話者のどれかを選択しながら、エコーキャンセル処理をすることのできる複数人で使用した際に、話している話者の音声を強く収音でき、環境ノイズの収音の少ない聞きやすい電話機を提供できる。 According to this configuration, even when a plurality of speakers speaks around the telephone, when one of the speakers is selected and used by a plurality of people who can perform echo cancellation processing, the talking It is possible to provide an easy-to-listen telephone that can pick up a person's voice strongly and has little environmental noise.
上記課題を解決するため、第5の発明は、スピーカから出力された音声が複数のマイクロホンを介して入力され、スピーカと複数のマイクロホンとの間の伝達関数を推定して前記入力された音声のエコーをキャンセルする、音響エコーキャンセル方法であって、音声がマイクロホンに入力される入力方向を、予め設定された複数の入力方向から選択する入力方向選択ステップと、入力方向選択ステップにより選択された入力方向に対応するマイクロホンを介して入力された音声を収音する音声収音ステップと、音声収音ステップにより収音された音声のエコーをキャンセルする、エコーキャンセル処理を実行するエコーキャンセル処理ステップと、エコーキャンセル処理ステップによるエコーキャンセル処理の実行時に入力された音声の入力方向を選択するように、入力方向選択ステップを実行させる入力方向選択制御ステップとを有するものである。 In order to solve the above-mentioned problem, the fifth invention is characterized in that sound output from a speaker is input via a plurality of microphones, and a transfer function between the speaker and the plurality of microphones is estimated to estimate the input sound. An acoustic echo canceling method for canceling an echo, wherein an input direction in which sound is input to a microphone is selected from a plurality of preset input directions, and an input selected by the input direction selection step A voice collecting step for picking up a voice input via a microphone corresponding to the direction; an echo canceling step for executing an echo canceling process for canceling an echo of the voice picked up by the voice collecting step; Audio input that was input when echo cancellation processing was executed in the echo cancellation processing step So as to select the direction, and has an input direction selection control step of executing the input direction selection step.
この構成によれば、音声がマイクロホンに入力される入力方向を選択し、その選択された入力方向に対して収音された音声でエコーキャンセルすることにより、それぞれの処理を別々に実行することができ、演算量の少ない音響エコーキャンセル方法を提供できる。 According to this configuration, it is possible to execute each process separately by selecting an input direction in which sound is input to the microphone and performing echo cancellation with the sound collected in the selected input direction. And an acoustic echo canceling method with a small amount of calculation can be provided.
(実施の形態1)
以下、本発明に係る実施の形態1における音響エコーキャンセル装置の構成について、図1を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施の形態1における音響エコーキャンセル装置127のブロック図である。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the configuration of the acoustic echo canceling apparatus according to
図1において、101は、遠端話者から受信した通話信号を再生するスピーカである。図1ではデジタル処理された遠端話者から受信した通話信号をアナログ信号に変換するAD変換器およびスピーカを駆動するためのパワーアンプは省略している。102−1から102−nは、スピーカ101で再生した遠端話者の通話信号と近端話者の音声信号を収音するマイクロホンである。同様に、マイクロホンで収音した信号をDA変換するためのDA変換器は省略している。
In FIG. 1,
115は、マイクロホン102−1から102−nの組で実現される複数の指向性パラメータの組を、指向性パターンとして予め記憶する、指向性パターン記憶部である。こ指向性パラメータは、マイクロホン102−1から102−nからのそれぞれの入力に対して重み付け演算後加算することにより、所定の指向性を実現するマイクロホンアレー技術で生成される。
105は、マイクロホン102−1から102−nから入力した音声信号を、指向性パターン記憶部115で記憶している複数の指向性パラメータの組のうち1つを設定して、複数の出力から近端話者の発声している向きに対応する指向性パラメータを選択する、指向性計算処理部である。また、指向性計算処理部105は、近端話者の発声している向きに対応する選択するタイミング、および指向性パラメータをコピーするタイミングを設定する。
105 sets one of a plurality of directivity parameter groups stored in the directivity
106は、指向性計算処理部105で選択された指向性パラメータを用いて、選択された指向性パラメータに対応する指向性を持つよう演算して、その指向性による収音を行う。第1の指向性演算部である。107は、第1の指向性演算部106で用いた指向性パラメータを用いて、選択された指向性パラメータに対応する指向性を持つよう演算して、その指向性による収音を行う。第2の指向性演算部である。
106 calculates the directivity corresponding to the selected directivity parameter using the directivity parameter selected by the directivity
110は、スピーカ出力信号をリファレンス信号として、第1の加算器111と共に動作して、第1の指向性演算部106指向性演算された信号をエコーキャンセルする、第1の適応フィルタである。112は、スピーカ出力信号をリファレンス信号として、第2の加算器113と共に動作して、第2の指向性演算部107で指向性演算された信号をエコーキャンセルする、第2の適応フィルタである。
なお、指向性計算処理部105は、「入力方向選択部」及び「入力方向選択制御部」として機能する。第1の指向性演算部106、及び第2の指向性演算部107は、「音声収音部」として機能する。第1の適応フィルタ110及び第1の加算器111と、第2の適応フィルタ112及び第2の加算器113とは、それぞれ、「エコーキャンセル処理部」として機能する。これら、指向性計算処理部105、第1の指向性演算部106、第2の指向性演算部107、第1の適応フィルタ110、第1の加算器111、第2の適応フィルタ112、及び第2の加算器113は、所定のプログラムを実行することで、DSP(Digital Signal Processor)やCPU(Central Processing Unit)などの、IC(Integrated Circuit)で構成される。
The directivity
次に、上記のハンズフリー電話機を使用した指向性探索処理とエコーキャンセル処理の動作について説明する。図2は、本発明の実施の形態1における指向性探索処理とエコーキャンセル処理の一例を示すタイミングチャートである。
Next, operations of directivity search processing and echo cancellation processing using the above hands-free telephone will be described. FIG. 2 is a timing chart showing an example of directivity search processing and echo cancellation processing according to
図2において、遠端話者から受信し、スピーカ101で再生した通話信号および近端話者の音声信号を、図2中上方の「音声データ」のように時間的にフレーム分割されている。
In FIG. 2, the speech signal received from the far-end speaker and reproduced by the
まず、処理の概要を説明する。指向性計算処理部105はフレーム分割に対応してマイクロホン102−1から102−nで収音した信号を用いて、各フレームの発話者へ指向性を向けるための指向性探索処理をする。指向性探索処理の方法は後述する。
First, the outline of the processing will be described. The directivity
実際に発話者へ指向性を向けた信号を収音する処理は、第1の指向性演算部106と第2の指向性演算部107で行う。近端話者の発声している向きに対応する指向性パラメータを用いて、第1の指向性演算部106と第2の指向性演算部107で、連続した発話者へ指向性を向けた信号を収音する処理を行う。フレームの切れ目において第1の指向性演算部106から第2の指向性演算部107へ指向性パラメータをコピーすることにより、連続した処理を行う。
The first
第1の指向性演算部106と第2の指向性演算部107から出力される連続した同じ指向性パラメータを用いて求められた指向性で収音したマイクロホン102−1から102−nの入力を用いて、エコーキャンセル処理をそれぞれ第1の適応フィルタ110と第2の適応フィルタ112で行う。
Inputs of microphones 102-1 to 102-n picked up with directivity obtained using the same continuous directivity parameter output from the first
連続した同じ指向性パラメータを用いて求められた指向性で収音したマイクロホン102−1から102−nの入力のうち前半の信号は、エコーキャンセルのための適応フィルタを指向性の変化に追従させるために使用し、連続した同じ指向性パラメータを用いて求められた指向性で収音したマイク入力のうち後半の信号を遠端話者への送話信号として使用する。連続した同じ指向性パラメータを用いて求められた指向性で収音したマイク入力のうち前半と後半を別の目的で使用するために第1の適応フィルタ110から第2の適応フィルタ112へフィルタ係数のコピーが行われる。
The first half of the inputs of the microphones 102-1 to 102-n picked up with the directivity obtained using the same directivity parameter continuously causes the adaptive filter for echo cancellation to follow the change in directivity. Therefore, the second half signal of the microphone input picked up with the directivity obtained using the same directivity parameter is used as the transmission signal to the far-end speaker. Filter coefficients from the first
以上のようにして、発話者へ指向性を向けた信号を収音し、その指向性で収音された信号から指向性の変化に追従したエコーキャンセルされた信号が得られる。 As described above, a signal having directivity directed to the speaker is collected, and an echo-cancelled signal following the change in directivity is obtained from the signal collected with the directivity.
次に、実施の形態1における指向性計算処理部105について、詳細に説明する。
Next, directivity
まず、指向性計算処理部105における指向性探索処理の方法は次の通りである。フレーム1区間のマイク入力に対し、ハンズフリー電話機の周囲のどの方向で発話者が発声しているか検出するために、図3に示すように、あらかじめ水平360度を8等分し、単一では45度をカバーしている指向性のパラメータを8組用意する。図3は、本発明の実施の形態1における指向性のパラメータの説明図である。この場合、マイクロホン102−1から102−nも、水平360度を8等分した形に設けられている。このパラメータは指向性パターン記憶部115に予め記憶させて置いたものである。それぞれのパラメータを(数8)のようにする。
First, the directivity search processing method in the directivity
ここで、f00が0度の時のマイクロホン102−1に対する指向性パラメータ、f01が0度の時のマイクロホン102−2に対する指向性パラメータ、f0nが0度の時のマイクロホン102−nに対する指向性パラメータ、f10が45度の時のマイクロホン102−1に対する指向性パラメータ、f11が45度の時のマイクロホン102−2に対する指向性パラメータ、f1nが45度の時のマイクロホン102−nに対する指向性パラメータ、・・・(中略)・・・、f70が315度の時のマイクロホン102−1に対する指向性パラメータ、f71が315度の時のマイクロホン102−2に対する指向性パラメータ、f7nが315度の時のマイクロホン102−nに対する指向性パラメータを表す。なお、指向性パラメータの決定方法として、例えば、電子情報通信学会応用音響研究会EA88−65「他方向同時収音装置」で示されているような方法で求めることができる。 Here, directivity parameter for microphones 102-1 when f 00 is 0 °, directivity parameter for microphones 102-2 when f 01 is 0 degrees, with respect to the microphone 102-n when f 0n is 0 degrees directivity parameter, directivity parameter for microphones 102-1 when the f 10 is 45 degrees, f 11 is directivity parameter for microphones 102-2 when the 45 °, the microphone 102-n when the f 1n 45 degrees directivity parameter, ... (omission) ..., directivity parameter for microphones 102-1 when f 70 is 315 degrees, the directivity parameter for microphones 102-2 when f 71 is 315 degrees relative to, f This represents a directivity parameter for the microphone 102-n when 7n is 315 degrees. As a method for determining the directivity parameter, for example, the directivity parameter can be obtained by a method as shown in EA88-65 “Simultaneous sound pickup device in other direction” of IEICE.
あるいは、実際の筐体の影響を考慮するために、実際の筐体にマイクロホンを取り付けて、例えば筐体の周囲を10度きざみにスピーカ101を移動させて白色雑音等の信号を出力し、各マイクロホンの指向性による感度を考慮した信号をリファレンス信号とし、実際に複数のマイクロホンから入力される信号に対して適応的フィルタの係数を掛けたものの和がリファレンス信号と同じになるように、適応フィルタ技術を用いて決定することもできる。
Alternatively, in order to consider the influence of the actual housing, a microphone is attached to the actual housing, and for example, the
この8組それぞれの角度からの収音した信号を1フレーム内で順次計算する。そのなかで1番強い収音信号の角度のパワーp1と、2番強い収音信号の角度のパワーp2および遠端話者から受信した通話信号を再生していないときの環境雑音の各角度の平均パワーpTHを求める。(数9)の条件が成立したときに1番目の話者が発生したと判定し、その方向に指向性を向ける。 The signals collected from the angles of each of the eight sets are sequentially calculated within one frame. Among them, each of the power p 1 of the angle of the strongest sound pickup signal, the power p 2 of the angle of the strongest sound pickup signal, and the environmental noise when the call signal received from the far-end speaker is not reproduced. Find the average power p TH of the angle. When the condition of (Equation 9) is satisfied, it is determined that the first speaker has occurred, and directivity is directed in that direction.
ここで、αとβは定数である。このようにして選択された向きのマイクロホン102−1から102−nに対する指向性パラメータを指向性計算処理部105から第1の指向性演算部106へ出力する(図2のステップ1、指向性探索処理)。
Here, α and β are constants. Directivity parameters for the microphones 102-1 to 102-n in the selected direction are output from the directivity
次に、第1の指向性演算部106では、指向性を求めた次のフレームのフレーム区間2において、マイクロホン102−1から102−nの各入力に指向性計算処理部105で選択した各マイクロホンに対する指向性パラメータを用いて処理し、発話者へ向けた指向性の収音を行う(図2のステップ2)。
Next, in the first
この際、(フレーム区間1の信号ではなく)フレーム区間2の信号を用いて、遠端話者からの受信信号をリファレンス信号として第1の適応フィルタ110が第1の加算器111と組になって第1の加算器111の出力誤差が小さくなるように適応フィルタ処理を行い、エコーキャンセル処理を行う。ここで、エコーキャンセルアルゴリズムとして、正規化LMS(Least Mean Square)アルゴリズムやRLS(Resursive Least Square)アルゴリズムなどを用いることができる(図2のステップ2、エコーキャンセル処理)。
At this time, the first
次のフレーム区間3では、第1の指向性演算部106から第2の指向性演算部107へ各マイクロホンに対する指向性パラメータをコピーし、マイクロホン102−1から102−nの各入力に指向性演算部106で求めた各マイクロホンに対する指向性パラメータを用いて処理し、発話者へ向けた指向性で収音を行う(図2のステップ3)。
In the
更に、(フレーム区間1の信号ではなく)フレーム区間3の信号を用いて、遠端話者からの受信信号をリファレンス信号として第2の適応フィルタ112が第2の加算器113と組になって第2の加算器113の出力誤差が小さくなるように適応処理を行い、エコーキャンセル処理を行う(図2のステップ3、エコーキャンセル処理)。
Further, the second
次いで、上述したステップ2におけるエコーキャンセル処理と並行して、指向性計算処理部105では、フレーム2区間のマイク入力に対し、ハンズフリー電話機100の周囲のどの方向で発話者が発声しているか検出し、各マイクロホンに対する指向性パラメータを指向性計算処理部105から第1の指向性演算部106へ出力する(図2のステップ4、指向性探索処理)。
Next, in parallel with the echo cancellation processing in
また、上述したステップ3におけるエコーキャンセル処理と並行して、第1の指向性演算部106では、ステップ4で指向性を求めた次のフレームのフレーム区間3において、マイクロホン102−1から102−nからの各入力に指向性演算部105で求めた各マイクロホンに対する指向性パラメータを用いて処理し、発話者へ向けた指向性の収音を行う(図2のステップ5)。
In parallel with the echo cancellation processing in
この際、(フレーム区間2の信号ではなく)フレーム区間3の信号を用いて、遠端話者からの受信信号をリファレンス信号として第2の適応フィルタ112が第2の加算器113と組になって第2の加算器113の出力誤差が小さくなるように適応処理を行い、エコーキャンセル処理を行う(図2のステップ5、エコーキャンセル処理)。
At this time, the second
次のフレーム区間4では、第1の指向性演算部106から第2の指向性演算部107へ各マイクロホンに対する指向性パラメータをコピーし、マイクロホン102−1から102−nの各入力に指向性演算部106で求めた各マイクロホンに対する指向性パラメータを用いて処理し、発話者へ向けた指向性の収音を行う(図2のステップ6)。
In the next frame section 4, the directivity parameter for each microphone is copied from the first
更に、(フレーム区間2の信号ではなく)フレーム区間4の信号を用いて、遠端話者からの受信信号をリファレンス信号として第2の適応フィルタ112が第2の加算器113と組になって第2の加算器113の出力誤差が小さくなるように適応処理を行い、エコーキャンセル処理を行う(図2のステップ6、エコーキャンセル処理)。
Further, the second
以上のように、指向性探索処理と指向特性処理とエコーキャンセル処理を順次行うことにより、発話者に指向性を向け、かつ、エコーキャンセル処理を同時に行うことができる。 As described above, the directivity search process, the directivity characteristic process, and the echo cancellation process are sequentially performed, so that directivity can be directed to the speaker and the echo cancellation process can be performed simultaneously.
本実施の形態1では、指向性パターンが8種類の場合を示したが、さらに発話者のみの音声を収音しようとする場合には、狭い指向性パターンを用いて数を増やして実施することも可能である。また、逆に演算量を減らす場合には広い指向性パターンを用いて数を減らして実施することも可能である。 In the first embodiment, the case where there are eight types of directivity patterns has been shown. However, when the voice of only the speaker is to be collected, the number of directivity patterns should be increased using a narrow directivity pattern. Is also possible. Conversely, when the amount of calculation is reduced, it is also possible to reduce the number using a wide directivity pattern.
また、連続してエコーキャンセル処理する区間を2フレームとし、後半のエコーキャンセル処理をした音声を遠端話者へ出力するようにしたが、さらにエコーキャンセル処理の学習が進んで、エコーの消えた信号を遠端話者に送信する場合には、指向性演算部と適応フィルタと加算器を増やすことにより対応できる。 In addition, the section where echo cancellation processing is continuously performed is set to 2 frames, and the voice subjected to the latter echo cancellation processing is output to the far-end speaker, but further learning of the echo cancellation processing has progressed, and the echo disappeared. When a signal is transmitted to the far-end speaker, it can be dealt with by increasing the directivity calculation unit, the adaptive filter, and the adder.
(実施の形態2)
実施の形態2について、図4に沿って説明する。図4は、本発明の実施の形態2における音響エコーキャンセル装置のブロック図である。実施の形態2におけるステップ2およびステップ5で第1の適応フィルタ110および第2の適応フィルタ112でのエコーキャンセル処理を行う際に、エコーキャンセル処理の収束を早くするために、適応フィルタの係数を記憶する。
(Embodiment 2)
The second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a block diagram of an acoustic echo canceling apparatus according to
なお、第1の適応フィルタ110、及び第2の適応フィルタ112は、「適応フィルタ係数演算部」、「適応フィルタ係数格納部」、及び「適応フィルタ係数検出部」として機能する。適応フィルタ係数記憶部114は、RAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)などの「メモリ」として機能する。
The first
適応フィルタ係数記憶部114において、指向性パターン記憶部115の各指向性パラメータの組F0からF7に対応させて適応フィルタの係数を記憶する。該当する指向性のパラメータが選択された場合に、対応する適応フィルタ係数記憶部114から読み出したフィルタ係数を、初期値としてエコーキャンセル処理を行う。ステップ3およびステップ6で、第1の適応フィルタ110から第2の指向性演算部106から第2の指向性演算部107へ各マイクに対するパラメータをコピーし、継続して第2の適応フィルタ112でエコーキャンセル処理を行う。この後、次に該当する角度が選択された場合に備えて、該当する適応フィルタ係数記憶部114に学習し終わった係数を書き戻す。以上により、指向性の選択角度が変わっても早い収束を実現するエコーキャンセル処理を提供できる。
The adaptive filter
(実施の形態3)
以下、本発明に係る実施の形態3におけるハンズフリー電話機について図5を参照しながら説明する。図5は、本発明の実施の形態3におけるにハンズフリー電話機100の外観斜視図である。ハンズフリー電話機100は、互いに離れた場所から複数人が通話することが出来、例えば会議などに使用される、いわゆる「会議電話」である。
(Embodiment 3)
Hereinafter, a hands-free telephone according to
図5において、筐体128内の実施の形態1または実施の形態2の音響エコーキャンセル装置127における遠端話者からの受話信号が、回線信号入力端子129に電気的に接続されている。また、同様に音響エコーキャンセル装置127の遠端話者への送話信号が、回線信号出力端子130に電気的に接続されている。
In FIG. 5, the received signal from the far-end speaker in the acoustic
筐体128内には、スピーカ101と、マイクロホン102−1からマイクロホン102−4とが固定され、音響エコーキャンセル装置127の遠端話者からの受話信号がスピーカ101に電気的に接続されている。また、音響エコーキャンセル装置127にマイクロホン102−1から102−4が電気的に接続されている。隣り合う2つマイクロホンは、1つの側面を介して隣り合う各側面に取り付けられている。即ち、隣り合う2つマイクロホンは、筐体128を中心として、90度の角度を介している。筐体128の上面には、1つのスピーカ101が設けられている。
Inside the housing 128, the
実施の形態3では、回線信号入力端子129からの音声が再生できるよう筐体127の上面に向けてスピーカ101が設置されている。また、筐体128の周囲全体の話者の音声を収音するために4個のマイクロホン102−1からマイクロホン102−4を設置している。ここで4個のマイクロホンの組により指向性パターンを作るものである。
In the third embodiment, the
また、回線信号入力端子129からの信号は、音響エコーキャンセル装置127の遠端話者からの受信信号として、スピーカ101から音声が出力されることで、ハンズフリー電話機100の周辺にいる人に回線からの音声を聞かせることができる。
In addition, the signal from the line
筐体128内のスピーカ101から出力された音声の音波は、設置してある部屋の残響が付加された音波となって、筐体128周辺から発生する音波を合わせてマイクロホン102−1からマイクロホン102−4を介して収音される。
The sound wave of the sound output from the
音響エコーキャンセル装置127は、スピーカ101から出力され、部屋の残響が付加された成分をマイクロホン102−1からマイクロホン102−4で収音した信号から除去する。そのため、筐体128周辺から発生する音波のみを音響エコーキャンセル装置127の遠端話者への送話信号として回線信号出力端子130へ出力する。これにより、筐体128周辺の人の音声のみを回線信号出力端子130へ出力することができ、ハンズフリー電話機100が実現できる。なお、マイクロホンの数を4個で説明しているが、この数に限るものではない。
The acoustic
この実施の形態3の音響エコーキャンセル装置を用いた構成により、発話者の変化に追従するようにマイクロホンを制御し、安定した、かつエコー消去量が大きく会話のしやすいハンズフリー電話機を提供することができる。 A configuration using the acoustic echo canceling apparatus according to the third embodiment controls a microphone so as to follow a change of a speaker, and provides a hands-free telephone that is stable, has a large echo canceling amount, and is easy to talk. Can do.
このような信号処理のよる話者への指向性を向け、かつ、音響キャンセルを行う実装形態を採用したので、複数の指向性からの入力のパワーの比較による指向性パターンの選択と該当する指向性からの信号による音響エコーキャンセルを行うだけなので処理量が少なく、かつ、音響エコーキャンセル処理ができる。従って、安価な処理能力の小さい処理装置でも実現できる効果がある。 Since the directivity to the speaker by such signal processing is directed and the acoustic canceling is adopted, the selection of the directivity pattern by comparing the input power from the multiple directivities and the corresponding directivity Therefore, the amount of processing is small, and acoustic echo cancellation processing can be performed. Therefore, there is an effect that can be realized even with an inexpensive processing apparatus having a small processing capacity.
100 ハンズフリー電話機
101 スピーカ
102−1、102−2、・・・、102−n マイクロホン
105 入力方向選択部、入力方向選択制御部(指向性計算処理部)
106 音声収音部(第1の指向性演算部)
107 音声収音部(第2の指向性演算部)
110 エコーキャンセル処理部、適応フィルタ係数演算部、適応フィルタ係数格納部、適応フィルタ係数検出部(第1の適応フィルタ)
111 エコーキャンセル処理部(第1の加算器)
112 エコーキャンセル処理部、適応フィルタ係数演算部、適応フィルタ係数格納部、適応フィルタ係数検出部(第2の適応フィルタ)
113 エコーキャンセル処理部(第2の加算器)
114 メモリ(適応フィルタ係数記憶部)
127 音響エコーキャンセル装置
DESCRIPTION OF
106 Voice pickup unit (first directivity calculation unit)
107 Voice pickup unit (second directivity calculation unit)
110 Echo cancellation processing unit, adaptive filter coefficient calculation unit, adaptive filter coefficient storage unit, adaptive filter coefficient detection unit (first adaptive filter)
111 Echo cancellation processing unit (first adder)
112 Echo cancellation processing unit, adaptive filter coefficient calculation unit, adaptive filter coefficient storage unit, adaptive filter coefficient detection unit (second adaptive filter)
113 Echo cancellation processing unit (second adder)
114 memory (adaptive filter coefficient storage unit)
127 Acoustic echo cancellation device
Claims (5)
前記音声がマイクロホンに入力される入力方向を、予め設定された複数の入力方向から選択する入力方向選択部と、
前記入力方向選択部により選択された入力方向に対応するマイクロホンを介して入力された音声を収音する音声収音部と、
前記音声収音部により収音された音声のエコーをキャンセルする、エコーキャンセル処理を実行するエコーキャンセル処理部と、
前記エコーキャンセル処理部によるエコーキャンセル処理の実行時に入力された音声の入力方向を選択するように、前記入力方向選択部を実行させる入力方向選択制御部とを有する、
ことを特徴とする音響エコーキャンセル装置。 An acoustic echo canceling apparatus that inputs sound output from a speaker through a plurality of microphones, cancels an echo of the input sound by estimating a transfer function between the speakers and the plurality of microphones. And
An input direction selection unit that selects an input direction in which the sound is input to the microphone from a plurality of preset input directions;
A sound pickup unit that picks up a sound input via a microphone corresponding to the input direction selected by the input direction selection unit;
An echo cancellation processing unit for performing echo cancellation processing, canceling echo of the voice collected by the voice sound collection unit;
An input direction selection control unit that causes the input direction selection unit to execute so as to select an input direction of the voice input when the echo cancellation processing unit performs the echo cancellation process;
An acoustic echo canceling device.
前記入力方向選択部は、前記音声がマイクロホンに入力される入力方向を示す指向性パターンを、前記音声がマイクロホンに入力される入力方向として選択する、
ことを特徴とする音響エコーキャンセル装置。 The acoustic echo canceling device according to claim 1,
The input direction selection unit selects a directivity pattern indicating an input direction in which the sound is input to the microphone as an input direction in which the sound is input to the microphone.
An acoustic echo canceling device.
前記エコーキャンセル処理部は、前記入力方向選択部により選択された指向性パターンに対応する適応フィルタ係数を演算する適応フィルタ係数演算部を有し、前記適応フィルタ係数演算部により演算された適応フィルタ係数に基づいて、前記エコーキャンセル処理を実行し、
更に、前記適応フィルタ係数演算部により演算された適応フィルタ係数を、前記入力方向に対応させてメモリに格納する適応フィルタ係数格納部と、
前記メモリに格納された適応フィルタ係数を参照し、前記入力方向選択部により選択された指向性パターンに対応する適応フィルタ係数を検出する適応フィルタ係数検出部とを有し、
前記エコーキャンセル処理部は、前記適応フィルタ係数検出部により適応フィルタ係数が検出された場合に、該検出された適応フィルタ係数を前記メモリから読み出し、該読み出した適応フィルタ係数に基づいて、前記エコーキャンセル処理を実行する、
ことを特徴とする音響エコーキャンセル装置。 An acoustic echo canceling device according to claim 2,
The echo cancellation processing unit includes an adaptive filter coefficient calculation unit that calculates an adaptive filter coefficient corresponding to the directivity pattern selected by the input direction selection unit, and the adaptive filter coefficient calculated by the adaptive filter coefficient calculation unit On the basis of the echo cancellation processing,
An adaptive filter coefficient storage unit that stores the adaptive filter coefficient calculated by the adaptive filter coefficient calculation unit in a memory in correspondence with the input direction;
An adaptive filter coefficient detection unit that refers to the adaptive filter coefficient stored in the memory and detects an adaptive filter coefficient corresponding to the directivity pattern selected by the input direction selection unit;
When the adaptive filter coefficient detection unit detects an adaptive filter coefficient, the echo cancellation processing unit reads the detected adaptive filter coefficient from the memory, and based on the read adaptive filter coefficient, the echo cancellation processing unit Execute the process,
An acoustic echo canceling device.
前記音声が入力される複数のマイクロホンと、
前記音響エコーキャンセル装置のエコーキャンセル処理部によりエコーがキャンセルされた音声を出力するスピーカとを有する、
ことを特徴とする電話機。 The acoustic echo canceling device according to any one of claims 1 to 3,
A plurality of microphones to which the sound is input;
A speaker that outputs the sound in which the echo is canceled by the echo cancellation processing unit of the acoustic echo cancellation device,
A telephone characterized by that.
前記音声がマイクロホンに入力される入力方向を、予め設定された複数の入力方向から選択する入力方向選択ステップと、
前記入力方向選択ステップにより選択された入力方向に対応するマイクロホンを介して入力された音声を収音する音声収音ステップと、
前記音声収音ステップにより収音された音声のエコーをキャンセルする、エコーキャンセル処理を実行するエコーキャンセル処理ステップと、
前記エコーキャンセル処理ステップによるエコーキャンセル処理の実行時に入力された音声の入力方向を選択するように、前記入力方向選択ステップを実行させる入力方向選択制御ステップとを有する、
ことを特徴とする音響エコーキャンセル方法。 An acoustic echo canceling method in which sound output from a speaker is input via a plurality of microphones, and a transfer function between the speaker and the plurality of microphones is estimated to cancel an echo of the input sound. And
An input direction selection step of selecting an input direction in which the sound is input to the microphone from a plurality of preset input directions;
A sound collecting step for collecting sound input via a microphone corresponding to the input direction selected in the input direction selecting step;
An echo cancellation processing step for executing echo cancellation processing, canceling echo of the voice collected by the voice recording step;
An input direction selection control step for executing the input direction selection step so as to select an input direction of the voice input at the time of execution of the echo cancellation processing by the echo cancellation processing step;
An acoustic echo canceling method characterized by the above.
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