JP2007174343A - エコーキャンセラ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明のエコーキャンセラにおいては、遠端入力信号が呼制御用のトーン信号であるか否かを判定し、そうであれば、適応フィルタの係数をリセットさせる。他の本発明のエコーキャンセラにおいては、遠端入力信号が所定種別のトーン信号であるか否かを判定し、肯定結果のときに、エコー消去量が閾値以下であれば適応フィルタの係数更新を停止させる。また、トーン信号が終了したときには、終了前後のエコー消去量を比較し、比較結果に応じ、適応フィルタの係数をリセットさせてから係数更新を再開させ、又は、適応フィルタの係数をリセットさせずに係数更新を再開させる。さらに、適応フィルタ及びエコー除去用の加算器の入力段に、トーン信号の周波数成分を除去する帯域阻止フィルタを設ける。
【選択図】 図1
Description
トーン信号によって適応フィルタの係数が破壊され後でしか、エコーキャンセラ(又は適応フィルタ)にトーン信号が入力されたことが分からないので、多くの場合、何らかの対策を施しても手遅れであり、また、再収束しようにも、係数値が収束の初期状態としては不適であるので、再び性能が発揮できるまで時間がかかってしまう。
初期遅延が小さいとき、所望の動作をしない。
エコーキャンセラにトーンが入力された直後のダブルトークでエコー除去性能が激しく劣化する。
従来技術をそのまま用いた場合、内線転送など電話の転送の際、エコーの除去性が劣化する。以下、図4を参照しながら、従来技術の課題4である内線転送時の課題について説明する。
内線転送ケースAは、適応フィルタ118の収束が不十分であり、ハイブリッド回路108、111の特性がほとんど変わらないときである。
内線転送ケースBは、適応フィルタ118の収束が不十分であり、ハイブリッド回路108及び111の特性が異なっているケースである。
内線転送ケースCは、適応フィルタ118の収束が十分であり、ハイブリッド回路108、111の特性がほとんど変わらないケースである。
内線転送ケースDは、適応フィルタ118の収束が十分であり、ハイブリッド回路108及び111の特性が異なっているときである。
以下、本発明によるエコーキャンセラを、VoIP端末に設けられるエコーキャンセラに適用した第1の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図5は、第1の実施形態のエコーキャンセラを含めた電話通信システムの構成を示すブロック図である。
次に、第1の実施形態のエコーキャンセラ12の動作を、このエコーキャンセラ12を含む電話通信システムの動作と共に説明する。
(4)式における40は、16kHz/400Hzであり、入力信号が正弦波信号のようなトーン信号の場合の同一方向(負から正、又は、正から負のいずれか一方)のゼロ交差の周期のサンプル数になっている。M1は、許容する誤差範囲を規定するパラメータであり、例えば、5を用いることができる。すなわち、ゼロ交差してから次にゼロ交差するまでのサンプル数T1が(4)式を満たすときに、入力信号が400Hzの信号であると判定する。他の周波数fの信号に関しても、ゼロ交差の間隔が16000/fサンプルになることから、同様に周波数を検出する式を定めておけば良い。(5)式は、周波数fの信号に関する、(4)式に対応する式である。て
16000/f−M1≦T1≦16000/f+M1 …(5)
信号種別判定器16は、トーン性判定器15から与えられたトーン性の有無信号TON、TOFFと、周波数分析によって得た周波数情報とから、入力信号が既知の呼制御信号であるか否かを判定し、呼制御信号と判定した際には、係数制御器17及びダブルトーク検出器14に対して、係数リセット信号RSTを出力する。信号種別判定器16は、例えば、トーン性ありの信号TONが入力され、周波数分析によって得た周波数情報が所定周波数(例えば、400Hz又は2100Hz)のときに係数リセット信号RSTを出力する。例えば、ダイヤルトーンの入力時には、所定周波数400Hzを有するので、信号種別判定器16は、ダイヤルトーンという種別の特定はなされなくても、係数リセット信号RSTを出力する。
第1の実施形態によれば、通話開始時などに不可避的に発生する呼制御信号を検出し、適応フィルタの係数をクリアすると共に、ダブルトーク検出器の内部状態をクリアするようにしたので、トーン信号(呼制御トーン)による誤収束を防止し、望ましい初期状態からエコーキャンセラの適応フィルタの更新を開始させることができ、迅速にエコー経路推定を実行し、ダブルトークによる性能劣化も少ないエコーキャンセラを提供することができる。ここで、エコー経路の初期遅延が短い場合であったにしても、エコーのない良好な通話を実現することができる。
次に、本発明によるエコーキャンセラを、VoIP端末に設けられるエコーキャンセラに適用した第2の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図7は、第2の実施形態のエコーキャンセラ12Aの詳細構成を周囲の構成と共に示すブロック図であり、第1の実施形態に係る上述した図1との同一、対応部分には同一符号を付して示している。
次に、第2の実施形態のエコーキャンセラ12Aの動作を、第1の実施形態との相違点を中心に説明する。
また、このような係数更新の制御に加えて、(1)式の右辺第2項の分母=0となって割算が発散しないように、分母である入力信号の2乗総和≦MIN(dBm0)×積和数のときには更新を停止するようにしている(dBm0の0dBm0基準値=0dBm0は公知のITU(国際電気通信連合)−T(通信部門)規格勧告G.711に記載の通り)。例えば、MIN=−50dBm0を適用できるが、これに限定されず、適宜設定すれば良い。
以上説明したように、第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様な効果に加え、以下の効果を奏することができる。受信入力端子Rinからトーン信号があり、収容している電話機が反対方向にDTMF信号などのトーン信号を出力しても、エコーキャンセラ出力を用いたトーン検出器が正しくDTMF信号を識別して電話をかけることができ、エコー経路の初期遅延の大小にかかわりなくトーン信号での誤収束がないので、ダブルトーク検出器の内部状態も乱れることがなく、トーンに続く通常音声でのダブルトーク検出も精度良く行ってエコーを除去することができる。
次に、本発明によるエコーキャンセラを、構内交換装置に設けられるエコーキャンセラに適用した第3の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図9は、第3の実施形態のエコーキャンセラの詳細構成を、周囲の構成と共に示すブロック図であり、既述した第1、第2の実施形態に係る図1、図7との同一、対応部分には同一、対応符号を付して示している。
次に、第3の実施形態のエコーキャンセラ12Bの動作を説明する。以下では、着呼側電話機9−1から着呼側の他の電話機9−2に切り替える転送が発生するときの様子を説明する。ここで、転送が発生する前後の説明であるので、図示しない発呼電話機と着呼側電話機9−1は既に一旦、通話している状態であるとして説明をする。
条件2: ACANC(n)<E_ACANC dB
なお、条件1及び条件2を規定する閾値パラメータE_ACANCとして、例えば、20dBを適用する。但し、閾値パラメータE_ACANCの値は、この値に限定されるものではない。
条件4: ACANC(n+1)<Δ2
条件3が成立したときには、言い換えると、トーン性信号が入力されているが、エコー消去量が入力前よりかなり小さいときには、フィルタ状態判定器31は、係数制御器17Bに係数更新促進信号ADP_Fを出力する。
ACANC(n)−Δ3<ACANC(n+1)<ACANC(n)−Δ1
係数制御器17Bは、フィルタ状態判定器31から係数リセット信号ADP_RSTが入力されたときは、ダブルトーク検出器14Bに対して、リセット信号RSTを出力する。このリセット信号RSTは、ダブルトーク検出器14Bを経由して適応フィルタ18に与えられ、適応フィルタ18は、フィルタ係数をリセットしてから係数更新を再開させる。ここでは、ダブルトーク検出器14Bと適応フィルタ18の両方をリセットさせるようにしたが、適応フィルタ18だけをリセットさせるようにしても良い。
内線転送ケースAは、適応フィルタ18の収束が不十分であり、転送前後のハイブリッド回路8−1及び8−2の応答特性がほとんど変わらないケースである。
内線転送ケースBは、適応フィルタ18の収束が不十分であり、転送前後でハイブリッド回路8−1、8−2の特性が変わるケースである。
条件3が成立するということは、エコー消去量ACANCが所定の許容範囲で劣化していることを表すものである。従って、多少のエコー除去が可能な状態ではあるが、最適なエコー経路推定のためには、収束をさらに実行することが望ましい。そのため、フィルタ状態判定器31は、係数制御器17Bに係数更新促進信号ADP_Fを出力し、適応フィルタ18のフィルタ係数を更新させる。
条件4におけるパラメータΔ2が例えば0dBである場合において、条件4が成立するということは、エコー消去量ACANCが負、すなわち、エコー除去が失敗し、むしろ、エコーを強調していることを示している。この場合には、最適なエコー経路推定のためには、適応フィルタ18の係数を一旦破棄して再収束動作を実行することが望ましい。従って、係数制御器17Bは、係数リセット信号ADP_RSTをダブルトーク検出器14Bを経由して適応フィルタ18に出力し、フィルタ係数をリセットしてから係数更新を再開させる。なお、第3の実施形態では、ダブルトーク検出器14Bを経由して適応フィルタ18をリセットするようにしたが、係数制御器17Bが直接適応フィルタ18をリセットするようにしても良い。
内線転送ケースCは、適応フィルタ18の収束が十分であって、転送前後で、ハイブリッド回路の特性がほとんど変わらないケースである。
内線転送ケースDは、適応フィルタ18の収束が十分であって、転送を境にハイブリッド回路の特性が変わるケースである。
以上詳細に説明したように、第3の実施形態によれば、受信入力端子からダイヤルトーンなどのトーン信号があり、収容している電話機が反対方向にDTMF信号を出力しても、エコーキャンセラの出力を用いるトーン検出器が正しくDTMF信号を識別して電話番号を判別して電話をかけることができ、プッシュボタン操作での転送があっても、迅速に、エコー経路の再推定を実行し、ダブルトークによる性能劣化も少なく、エコー経路の初期遅延が小さい場合であったにしても、速やかに再収束してエコーのない良好な通話を実現でき、このような効果に加え、さらに、内線転送などが発生する大規模な系に適用しても、内線転送によって、エコー除去性能が劣化することがないので、優れた音声品質を提供可能にするエコーキャンセラが実現できる。
次に、本発明によるエコーキャンセラを、構内交換装置に設けられるエコーキャンセラに適用した第4の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図11は、第4の実施形態のエコーキャンセラの詳細構成を、周囲の構成と共に示すブロック図であり、第3の実施形態に係る図9との同一、対応部分には同一符号を付して示している。
第4の実施形態が第3の実施形態と異なっているのは、信号成分判定器40の動作だけであるので、それについて説明し、他の部分についての説明は省略する。
ここで、δfは、判定用オフセット値であり、15dBを適用できるが、この値に限定されるものではない。kは分解した周波数のうち何番目の周波数であるかを表しており、0≦k≦127の128個の値をとり得る。
第4の実施形態によれば、呼制御信号に分類されない任意のトーン信号(例えば、人間同士の通話における偶発的な人間のトーン性音声)に対する誤収束と、それに続くエコーキャンセラの誤動作を防止することができる。
次に、本発明によるエコーキャンセラを、構内交換装置に設けられるエコーキャンセラに適用した第5の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図12は、第5の実施形態のエコーキャンセラの詳細構成を、周囲の構成と共に示すブロック図であり、第3の実施形態に係る図9との同一、対応部分には同一符号を付して示している。
次に、第5の実施形態のエコーキャンセラ12Dの、第3の実施形態のものと異なっている動作を説明する。
第5の実施形態によれば、トーン信号の擾乱を未然に防止することはできないが、転送発生時にほとんどの場合に適応フィルタ係数をリセットするようにし、ダブルトーク検出器をリセットして再開の係数更新を阻害しないようにし、エコー経路の初期遅延の大小に拘わらず、再収束が可能なので、一瞬エコーの発生を伴うが、誤収束の状態から直ちに復帰して再収束を開始し、予め複数の帯域阻止フィルタを準備する必要がない分、ハード規模を小さいエコーキャンセラを提供できる。
上記各実施形態の技術思想のうち、組み合わせが可能なものを組み合わせてエコーキャンセラを構成するようにしても良い。
Claims (20)
- 擬似エコーの生成に適応フィルタを用いた、ハイブリッド回路によるエコーを除去するエコーキャンセラにおいて、
遠端入力信号が呼制御用のトーン信号であるか否かを判定する呼制御用トーン判定手段と、
この呼制御用トーン判定手段が、呼制御用のトーン信号と判定しているときに、上記適応フィルタの係数をリセットさせる係数制御手段とを有する
ことを特徴とするエコーキャンセラ。 - 遠端話者及び近端話者のダブルトーク状態を検出するダブルトーク検出手段を有し、
上記係数制御手段は、上記呼制御用トーン判定手段が、呼制御用のトーン信号と判定しているときに、上記ダブルトーク検出手段の内部状態をクリアさせる
ことを特徴とする請求項1に記載のエコーキャンセラ。 - 擬似エコーの生成に適応フィルタを用いた、ハイブリッド回路によるエコーを除去するエコーキャンセラにおいて、
遠端入力信号が所定種別のトーン信号であるか否かを判定するトーン種別判定手段と、
近端入力信号から、上記適応フィルタからの擬似エコー信号を減算する加算手段と、
上記加算手段から出力された信号に係るエコー消去量を計算するエコー消去量計算手段と、
上記トーン種別判定手段が、遠端入力信号が所定種別のトーン信号であると判定したときに、上記エコー消去量についての所定条件の成立に応じて、上記適応フィルタの係数更新を停止させるトーン入力時係数制御手段とを有する
ことを特徴とするエコーキャンセラ。 - 上記トーン入力時係数制御手段が用いる所定条件が、そのときのエコー消去量ACANCが、予め定められた閾値E_ACANC以上であるという条件であることを特徴とする請求項3に記載のエコーキャンセラ。
- 上記トーン種別判定手段は、遠端入力信号が所定種別のトーン信号であると判定したときに、そのトーン信号の終了をも捉えるものであり、
上記トーン入力時係数制御手段は、上記トーン種別判定手段がトーン信号の終了と判定したタイミングの前後におけるエコー消去量を比較し、その比較結果に応じ、上記適応フィルタの係数をリセットさせてから係数更新を再開させ、又は、上記適応フィルタの係数をリセットさせずに係数更新を強制的に再開させる
ことを特徴とする請求項3又は4に記載のエコーキャンセラ。 - 上記トーン入力時係数制御手段は、上記トーン種別判定手段がトーン信号の終了と判定したタイミングの前後のエコー消費量をそれぞれ、ACANC(n)、ACANC(n+1)とし、予め定められた閾値をΔ1、Δ2としたとき、
条件A:Δ2<ACANC(n+1)<ACANC(n)−Δ1
が成立すると、上記適応フィルタの係数をリセットさせずに係数更新を強制的に再開させ、
条件B:ACANC(n+1)<Δ2
が成立すると、上記適応フィルタの係数をリセットさせてから係数更新を再開させる
ことを特徴とする請求項5に記載のエコーキャンセラ。 - 遠端入力信号とエコー除去残差のパワー比であるERLEを計算してダブルトーク状態を検出するダブルトーク検出手段を備え、
上記トーン入力時係数制御手段は、上記トーン種別判定手段がトーン信号の終了と判定したタイミングの前後におけるエコー消去量を比較し、その比較結果に応じ、上記適応フィルタの係数をリセットさせてから係数更新を再開させ、又は、上記適応フィルタの係数をリセットさせずに係数更新を強制的に再開させる際には、同時に上記ダブルトーク検出手段をリセットさせる
ことを特徴とする請求項5又は6に記載のエコーキャンセラ。 - 上記トーン種別判定手段が、遠端入力信号が所定種別のトーン信号であると判定したときに、上記適応フィルタへの遠端入力信号から、判定された所定種別のトーン信号の周波数成分を除去する、上記適応フィルタの入力段に設けられた第1の帯域阻止フィルタを有することを特徴とする請求項3〜7のいずれかに記載のエコーキャンセラ。
- 上記ダブルトーク検出手段には、上記第1の帯域阻止フィルタを通過した近端入力信号を入力することを特徴とする請求項8に記載のエコーキャンセラ。
- 上記トーン種別判定手段が、遠端入力信号が所定種別のトーン信号であると判定したときに、上記加算手段への近端入力信号から、判定された所定種別のトーン信号の周波数成分を除去する、上記加算手段の入力段に設けられた第2の帯域阻止フィルタを有する
ことを特徴とする請求項8又は9に記載のエコーキャンセラ。 - 遠端入力信号が所定種別のトーン信号であるか否かを判定する上記トーン種別判定手段に代え、遠端入力信号が任意のトーン性信号であるか否かを判定する任意トーン判定手段を適用したことを特徴とする請求項3〜10のいずれかに記載のエコーキャンセラ。
- 上記任意トーン判定手段は、遠端入力信号のK個の周波数成分についてのパワーであるパワースペクトルP_f(k)を計算し(kは1〜K)、各パワースペクトルP_f(k)のうち最も小さい周波数min_fのパワーP_min_fをノイズフロア周波数パワーレベルとみなし、オフセット値δfを導入した判定条件P_f(k)>P_min_f+δfを満たす周波数f(k)の個数をカウントし、カウント結果C_Fが予め定められた閾値TH_VOICEより少ないときに任意のトーン性信号であると判定することを特徴とする請求項11に記載のエコーキャンセラ。
- 擬似エコーの生成に適応フィルタを用いた、ハイブリッド回路によるエコーを除去するエコーキャンセラにおいて、
遠端入力信号が所定種別のトーン信号であるか否かを判定するトーン種別判定手段と、
上記トーン種別判定手段が、遠端入力信号が所定種別のトーン信号であると判定したときに、上記適応フィルタへの遠端入力信号から、判定された所定種別のトーン信号の周波数成分を除去する、上記適応フィルタの入力段に設けられた第1の帯域阻止フィルタと
を有することを特徴とするエコーキャンセラ。 - 遠端話者及び近端話者のダブルトーク状態を検出するダブルトーク検出手段を有し、
上記ダブルトーク検出手段には、上記第1の帯域阻止フィルタを通過した近端入力信号を入力する
ことを特徴とする請求項13に記載のエコーキャンセラ。 - 近端入力信号から、上記適応フィルタからの擬似エコー信号を減算する加算手段を有し、
上記トーン種別判定手段が、遠端入力信号が所定種別のトーン信号であると判定したときに、上記加算手段への近端入力信号から、判定された所定種別のトーン信号の周波数成分を除去する、上記加算手段の入力段に設けられた第2の帯域阻止フィルタを有する
ことを特徴とする請求項13又は14に記載のエコーキャンセラ。 - 擬似エコーの生成に適応フィルタを用いた、ハイブリッド回路によるエコーを除去するエコーキャンセラにおいて、
遠端入力信号がトーン性信号であることを検出すると共に、そのトーン性信号の終了をも捉えるトーン終了判定手段と、
近端入力信号から、上記適応フィルタからの擬似エコー信号を減算する加算手段と、
上記加算手段から出力された信号に係るエコー消去量を計算するエコー消去量計算手段と、
上記トーン終了判定手段が、トーン信号の終了と判定したときに、上記エコー消去量についての所定条件の成立に応じて、上記適応フィルタの係数更新を停止させるトーン終了時係数制御手段とを有する
ことを特徴とするエコーキャンセラ。 - 上記トーン終了時係数制御手段が用いる所定条件が、そのときのエコー消去量ACANCが、予め定められた閾値E_ACANC以上であるという条件であることを特徴とする請求項16に記載のエコーキャンセラ。
- 上記トーン終了時係数制御手段は、上記トーン終了判定手段がトーン信号の終了と判定したタイミングの前後におけるエコー消去量を比較し、その比較結果に応じ、上記適応フィルタの係数をリセットさせてから係数更新を再開させ、又は、上記適応フィルタの係数をリセットさせずに係数更新を強制的に再開させる
ことを特徴とする請求項16又は17に記載のエコーキャンセラ。 - 上記トーン終了時係数制御手段は、上記トーン終了判定手段がトーン信号の終了と判定したタイミングの前後のエコー消費量をそれぞれ、ACANC(n)、ACANC(n+1)とし、予め定められた閾値をΔ1、Δ2としたとき、
条件A:Δ2<ACANC(n+1)<ACANC(n)−Δ1
が成立すると、上記適応フィルタの係数をリセットさせずに係数更新を強制的に再開させ、
条件B:ACANC(n+1)<Δ2
が成立すると、上記適応フィルタの係数をリセットさせてから係数更新を再開させる
ことを特徴とする請求項18に記載のエコーキャンセラ。 - 遠端入力信号とエコー除去残差のパワー比であるERLEを計算してダブルトーク状態を検出するダブルトーク検出手段を有し、
上記トーン終了時係数制御手段は、上記トーン終了判定手段がトーン信号の終了と判定したタイミングの前後におけるエコー消去量を比較し、その比較結果に応じ、上記適応フィルタの係数をリセットさせてから係数更新を再開させ、又は、上記適応フィルタの係数をリセットさせずに係数更新を強制的に再開させる際には、同時に上記ダブルトーク検出手段をリセットさせる
ことを特徴とする請求項18又は19に記載のエコーキャンセラ。
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