JP2007028308A - エコーキャンセル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インパルス応答やレベル調整を事前に行わなくても、室内条件、スピーカ音量の変化など条件が変化しても、十分なエコーキャンセル効果が得られるエコーキャンセル装置を得る。
【解決手段】遠端話者からの音声を出力するスピーカ３、近端話者７の音声を電気信号に変換するマイクロホン１、スピーカ３からの音声がマイクロホン１に入って変換される音声信号を打ち消すためのエコーキャンセル部８を有し、エコーキャンセル部８は、マイクロホン１で変換された信号波形に基づきスピーカ３から発生するエコーを推定する自己相関法によるエコーキャンセル部であり、マイクロホン１で変換される音声信号からエコーキャンセル部８での推定信号を差し引いて遠端話者に送信する。
【選択図】図１

Description

本発明は、双方向通信システムに適用されるエコーキャンセル装置に関するものである。

有線電話システムや、無線電話システム、遠隔会議システムのような双方向通信システムにおいて、ニヤエンドユーザ（以下「近端話者」という）が発した音声が、近端話者の受話器から時間遅れで再生されるエコー現象が発生し、相手の話が聞き取りにくいことがある。エコー現象は、例えば、近端話者が発した音声がファーエンドユーザ（以下「遠端話者」という）のスピーカで再生され、この再生音が遠端話者のマイクロホンで拾われて近端話者に戻され、近端話者側のスピーカで再生される場合など、双方向の通信がリンクしていることによって発生する。エコー現象は、話者が意図しないのに自己が発した音声が聞こえるため、不快感を覚え、あるいは相手の音声が聞きにくいというような不具合を生じるので、これを除去することが望ましく、そのための技術手段が提案されている。以下に説明する従来のエコーキャンセル装置の例は、遠隔会議システムの例である。

図３は、従来のエコーキャンセル装置の一例を示す。電話システムや遠隔会議システムのような双方向通信システムによって、相手先すなわち遠端話者と会話する近端話者の音声は、音声収集マイクロホン１によって音声信号に変換され相手先に送信される。相手先から送信されてきた音声信号は、増幅器その他の処理回路を経てスピーカ３で再生される。スピーカ３による再生音は上記マイクロホン１によって音声信号に変換され、相手先に送信されて相手先にとってはこれがエコーとなるので、この従来例では、スピーカ３からの再生音を捉えて電気信号に変換するスピーカ音集音マイクロホン２と、そのレベルを調整するレベル調整器４と、減算器５からなるエコーキャンセル手段を備えている。

近端話者が発する音声をＳ、スピーカ３で再生され上記音声集音マイクロホン１に到達する音声をＮ_３、スピーカ３で再生されスピーカ音声集音マイクロホン２に到達する音声をＮ_１とする。スピーカ音声集音マイクロホン２の出力はレベル調整器４に入力され、調整後の信号Ｎ_２が減算器５に入力される。音声集音マイクロホン１は上記音声Ｓの信号とスピーカ３からの音声信号Ｎ_３を減算器５に入力し、減算器５では上記音声信号ＳとＮ_３の和の信号から上記レベル調整器４による調整後の信号Ｎ_２を減算して出力する。すなわち、減算器５の出力は
（Ｓ＋Ｎ_３）−Ｎ_２
であり、この信号が相手先に送信される。したがって、Ｎ_２がＮ_３と同じになるようにレベル調整器４を調整しておけば、エコーがキャンセルされ、話者の音声Ｓのみが相手先に送信され、相手先ではエコーのない近端話者の音声のみを聞くことができる。

図３に示す従来のエコーキャンセル装置によれば、音声収集用マイクロホンのほかにスピーカ音収集用マイクロホンを必要とし、コスト高になる難点がある。また、スピーカ３の音量を変えるたびにレベルの調整を行う必要があること、レベルを正確に調整しないとエコーキャンセル効果が薄いこと、といった問題があり、結果として十分なエコーキャンセル効果を得ることができないという難点がある。

そこで、図４に示す例のような、音声収集用マイクロホンのみがあればよく、スピーカ音収集用マイクロホンを不要にしたエコーキャンセル装置が提案されている。これは、相手先すなわち遠端話者側から届いてスピーカ３に入力される音声信号Ｎ_１を適応フィルタ６に通すことにより音声信号Ｎ_２とし、これを減算器５に入力するものである。減算器５には、図３に示す例と同様に、音声収集用マイクロホン１で変換される話者の音声信号Ｓとスピーカ３で再生された音声Ｎ_３が入力される。そして、減算器５では前記実施例と同様に、
（Ｓ＋Ｎ_３）−Ｎ_２
が演算され、演算後の信号が相手先に送信される。

上記の適応フィルタ６は、信号処理過程に応じてシステムの特性を変化させる機能を備えたフィルタのことで、ＤＳＰ（デジタル信号処理器）によって構成することができる。適応フィルタ６は、室内伝達系のインパルス応答推定値に基づいて設定され、スピーカ３から発せられる音声Ｎ_３をキャンセルするための信号Ｎ_２を生成するようになっている。

しかし、図４に示す従来のエコーキャンセル装置によれば、予め室内伝達系のインパルス応答を求めなければならないこと、部屋の窓を開け、あるいは机の配置を換えるなどの要因で室内伝達系が変化すると、インパルス応答が変化することになり、インパルス応答を再度求めなければならないなどの問題があり、結果として、十分なエコーキャンセル効果を得ることができない、という難点がある。

適応フィルタを用いたエコーキャンセル装置について記載した特許文献として、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３がある。

特開２０００−２８２４３４号公報 特開２００５−００６２４３号公報 特表２００２−５２２９７０号公報

本発明は、スピーカから発せられる音声の遅延や減衰率をリアルタイムで計算し、インパルス応答やレベル調整を事前に行わなくても、また、室内の条件、スピーカ音量の変化など各種条件が変化しても、十分なエコーキャンセル効果を得ることができるエコーキャンセル装置を提供することを目的とする。

本発明は、遠端話者からの音声を出力するスピーカと、近端話者の音声を電気信号に変換するマイクロホンと、上記スピーカからの音声が上記マイクロホンに入って変換される音声信号を打ち消すためのエコーキャンセル部と、を有し、エコーキャンセル部は、マイクロホンで変換された信号波形に基づき上記スピーカから発生するエコーを推定する自己相関法によるエコーキャンセル部であって、上記マイクロホンで変換される音声信号からエコーキャンセル部での推定信号を差し引いて遠端話者に送信することを最も主要な特徴とする。

エコーキャンセル部は、自己相関法により、現在入力されている信号波形から次に発生するエコーをリアルタイムで推定し、推定に基づいてエコーをキャンセルするので、インパルス応答やレベル調整を事前に行う必要がなく、利便性の高いエコーキャンセル装置を提供することができる。
また、予測に基づきエコーをキャンセルするため、エコーを効果的にキャンセルすることができる。

以下、本発明にかかるエコーキャンセル装置の実施例を、図１、図２を参照しながら説明する。
図１は、例えば遠隔会議システムに本発明にかかるエコーキャンセル装置が適用されている例であって、双方向通信システムの片方側すなわち近端話者７側の構成を示している。図１において、近端話者７側の装置は、音声収集マイクロホン１と、遠端側話者側から送られてくる音声信号で駆動され音声に変換してこの音声を発するスピーカ３と、エコーキャンセル部８を具備している。近端話者７の音声Ｓは音声収集マイクロホン１によって音声信号に変換される。スピーカ３から発せられる音声Ｎ_３は上記マイクロホン１で音声信号に変換される。したがって、近端話者７が発話しているときは、マイクロホン１で変換される音声信号は、近端話者７の音声Ｓとスピーカ３から発せられる音声Ｎ_３が合成された信号となり、そのまま遠端話者側に送信されるとすれば、遠端話者７は、自分が発した音声を時間遅れで聞くことになる。すなわち、エコーを聞くことになる。エコーキャンセル部８は上記エコーをキャンセルする。

上記エコーキャンセル部８は、現在入力されている信号波形の遅延および減衰率を推定し次に発生するエコーを推定する、自己相関法によるエコーキャンセル部であることを特徴としている。自己相関法は、信号自体にどの程度の類似性があるかを自己相関関数によって表すものであって、本願発明のような音声にかかわる分野では、音の時間的特徴を表すことができる。もとの音声信号と一定時間遅れた信号の振幅が大きく、同様な繰り返し成分があれば、二つの信号の相関値は大きくなる。エコーキャンセル部８は、マイクロホン１を通じて入力された信号波形から、スピーカ３で再生される現在の信号波形の遅延および減衰率を推定し、発生するエコーＮ_３を推定する。この推定結果に基づき、前述のような
（Ｓ＋Ｎ_３）−Ｎ_２
を演算する。上記−Ｎ_２がエコーキャンセル部８で推定されたエコーＮ_３を反転した信号である。この信号−Ｎ_２が、スピーカ３から発せられるものと推定される音声信号であるエコーＮ_３をキャンセルするように作用する。こうして、エコーキャンセル部８でエコーがキャンセルされ、近端話者７による音声Ｓが相手方に送信されることになるため、相手先に送信されるエコーを無くし、あるいはエコーを低減することができる。

図２は、以上のようなエコーキャンセル部８の動作を波形によって示している。図２（ａ）は音声収集マイクロホン１によって変換される近端話者７の音声信号Ｓ、すなわち最初の発話音を示しており、図１では「過去入力された波形」に該当する。図２（ｂ）は、スピーカ３で再生されるものと推定される音声信号Ｎ_３すなわちエコーを示す。エコーキャンセル部８では、過去に入力された波形（実際は、マイクロホン１から直前に入力された波形）に該当する上記音声信号Ｓから、音声信号Ｓに対する遅延時間Δｔと減衰率を推定することによって、上記音声信号Ｎ_３を推定する。そして、この音声信号Ｎ_３を反転した図２（ｃ）に示す信号−Ｎ_２を、マイクロホン１で変換される信号（Ｓ＋Ｎ_３）に加える。したがって、信号Ｎ_３が信号−Ｎ_２でキャンセルされ、相手先には近端話７者の発話信号Ｓが送信され、相手方にエコーが届くことが回避される。エコーキャンセル部８と同じエコーキャンセル部が遠端話者側にも備えられていれば、近端話者７に自己の音声がエコーとして戻ってくることもなくなる。

本発明にかかるエコーエコーキャンセル装置は、有線または無線電話システム、インターネットによる双方向通信システムなどにも適用可能である。また、携帯電話の小型化が進むと、マイクロホンとスピーカが接近し、スピーカから発せられる音声がマイクロホンに入ってエコーとなりやすいので、携帯電話に適用するのも効果的である。

本発明にかかるエコーキャンセル装置の実施例を示す概念図である。 上記実施例の動作を示す波形図である。 従来のエコーキャンセル装置の一例を示す概念図である。 従来のエコーキャンセル装置の別の例を示す概念図である。

符号の説明

１ マイクロホン
３ スピーカ
７ 近端話者
８ エコーキャンセル部

Claims (3)

1. 遠端話者からの音声を出力するスピーカと、
   近端話者の音声を電気信号に変換するマイクロホンと、
   上記スピーカからの音声が上記マイクロホンに入って変換される音声信号を打ち消すためのエコーキャンセル部と、を有し、
   上記エコーキャンセル部は、マイクロホンで変換された信号波形に基づき上記スピーカから発生するエコーを推定する自己相関法によるエコーキャンセル部であって、
   上記マイクロホンで変換される音声信号から上記エコーキャンセル部での推定信号を差し引いて遠端話者に送信することを特徴とするエコーキャンセル装置。
2. エコーキャンセル部は、スピーカからエコーとして発せられる信号波形の減衰率を、マイクロホンから入力された信号波形から推定することにより、次にスピーカから発せられるエコーを推定することを特徴とする請求項１記載のエコーキャンセル装置。
3. エコーキャンセル部は、信号波形の減衰率と併せて遅延を推定することにより、次にスピーカから発せられるエコーを推定することを特徴とする請求項２記載のエコーキャンセル装置。

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