JP2008113371A - エコーキャンセラ及びエコーキャンセル方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 収束速度の高速化及び安定性の向上を図ることのできるエコーキャンセラを提供する。
【解決手段】 本発明のエコーキャンセラは、エコー除去手段によって減算処理された結果としての残留誤差信号の電力を算出する電力算出手段と、電力算出手段によって算出された残留誤差信号の電力値に応じて、フィルタ係数の更新に関わるステップサイズの値を求めるステップサイズ算出手段とを備える。ステップサイズ算出手段は、残留誤差信号の電力値が閾値以下のときは、ステップサイズの値を、当該電力値が当該閾値を超えている場合に適用されるステップサイズの値と比較して小さい値とし、該求めたステップサイズの値を適応フィルタに与える。
【選択図】 図１

Description

本発明はエコーキャンセラ及びエコーキャンセル方法に関し、例えば、電話回線において２線４線変換機能を有するハイブリッド回路で生じる回線エコーを消去する場合に適用し得るものである。

図６は、従来のエコーキャンセラの構成を示している。図６に示すように、従来のエコーキャンセラ１０は、適応フィルタ１１、加算器１２、ダブルトーク検出器１３を備えている。

エコーキャンセラ１０には、遠方通話者（以下、遠端という）からの受信入力信号（遠端入力信号ともいう）Ｒｉｎが入力される。この受信入力信号Ｒｉｎは、受信者（以下、近端という）側に向けて受信出力信号Ｒｏｕｔとして出力されるとともに、適応フィルタ１１に入力される。ここで、適応フィルタ１１に入力される受信入力信号Ｒｉｎを受信入力信号ｘ（ｎ）とする。

適応フィルタ１１は、フィルタ係数と受信入力信号ｘ（ｎ）（＝受信入力信号Ｒｉｎ）とを基に疑似エコー信号ｙ（ｎ）を生成し、後述する加算器１２による減算処理の結果としての残留誤差信号ＲＥＳ（後述する残留誤差信号ｅ（ｎ））を用いてフィルタ係数の更新を行う。

加算器１２は、受信者（以下、近端という）側から入力された送信入力信号Ｓｉｎから疑似エコー信号ｙ（ｎ）を差し引き、この演算した結果を残留誤差信号ＲＥＳとして出力する。この残留誤差信号ＲＥＳは、適応フィルタ１１に入力されるとともに、遠端側に向けて送信される。

なお、加算器１２は、送信入力信号Ｓｉｎから疑似エコー信号ｙ（ｎ）を差し引く（減算する）ことによりエコー信号を除去する。

ダブルトーク検出器１３は、受信入力信号Ｒｉｎ、送信入力信号Ｓｉｎ、及び残留誤差信号ＲＥＳをモニタして発話状態を監視するものであり、近端話者発話時、双方発話時及び無通話時は適応フィルタ１１の係数更新をディスエーブル（Ｄｉｓａｂｌｅ）にし、遠端話者発話時は適応フィルタ１１の係数更新をイネーブル（Ｅｎａｂｌｅ）にする。

また、図６において、ハイブリッド回路２０は、２線４線変換機能を有し、エコーキャンセラ１０における受信経路または送信経路と図示しない電話機側の経路との接続機能を担うものである。

エコーキャンセラ１０においては、遠端話者の発話に伴い、遠端側から入力される受信入力信号Ｒｉｎは、そのまま近端側へ送出されるとともに、適応フィルタ１１に与えられる。

エコーキャンセラ１０から出力された受信出力信号Ｒｏｕｔ（＝受信入力信号Ｒｉｎ）は、ハイブリッド回路２０を経由して近端話者つまり電話機（図示せず）に向けて送出される。このとき、ハイブリッド回路２０ではエコー（回線エコー）が発生する。この発生したエコー信号はエコーキャンセラ１０の送信経路に流れる。

エコーキャンセラ１０では、適応フィルタ１１が、フィルタ係数と受信入力信号ｘ（ｎ）とを基に疑似エコーｙ（ｎ）を生成して、加算器１２に向けて出力する。そして、加算器１２が送信入力信号Ｓｉｎ（ここではエコー信号）から疑似エコー信号ｙ（ｎ）を差し引くことでエコー信号を除去（消去）する。

ところで、適応フィルタの係数更新のアルゴリズムとしては、既知の正規化ＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）などが知られている。

この正規化ＬＭＳによる係数更新のための数式の一例を、次の数１に示す。

ここで、μはステップサイズ、ｈ_ｋ（ｎ）はフィルタ係数の更新前の係数列、ｈ_ｋ（ｎ＋１）はフィルタ係数の更新後の係数列、Ｍはフィルタのタップ長である。また、‖ｘ（ｎ）‖^２＝ｘ^２（ｎ）＋ｘ^２（ｎ−１）＋…＋ｘ^２（ｎ−Ｍ＋１）＝‖ｘ（ｎ−１）‖^２＋ｘ^２（ｎ）−ｘ^２（ｎ−Ｍ）である。

適応フィルタが生成する疑似エコー信号ｙ（ｎ）は次の数２を演算することで求められる。

正規化ＬＭＳアルゴリズム（非特許文献１参照）が収束するための必要十分条件は０＜μ＜２である。ステップサイズμ＝１．０のときに収束速度が最大となり、ステップサイズμが０に近づくほどフィルタ係数の更新量が小さくなり適応フィルタの安定性が向上する。

適応フィルタの安定性が高いというのは、近端話者側より入力される背景雑音などの外乱や、トーン信号などの狭帯域信号入力に対してフィルタ係数が発散し難いということである。
「適応フィルタ理論（原文名：Adaptive Filter Theory）」、著者：Simon Haykin、翻訳者：鈴木博（翻訳主幹）ほか、出版社：科学技術出版、２００１年１月１０日、ｐ．４３７〜４９７

ところで、エコーキャンセラは、収束速度が速く、適応後の残留誤差が小さく、安定性が高いことが理想的である。

しかしながら、上記従来のエコーキャンセラでは、適応フィルタにおけるステップサイズμは固定の値を使用するようにしているので、ステップサイズμを小さい値に設定した場合には、適応後の残留誤差は小さくなり、安定性は高くなるものの、収束速度は遅くなる。一方、ステップサイズμを大きい値に設定した場合は、収束速度は速くなるものの、適応後の残留誤差が大きくなり、安定性が低くなる。

すなわち、収束速度の高速化と残留誤差低減及び安定性向上とはトレードオフの関係となってしまい、エコーキャンセラの所望の特性を得ることが困難である。

そこで、本発明は、収束速度の高速化及び安定性の向上を図ることのできるエコーキャンセラ及びエコーキャンセル方法を提供することを目的とする。

第１の発明に係るエコーキャンセラは、フィルタ係数と受信入力信号とを基に疑似エコー信号を生成する適応フィルタと、送信入力信号から上記疑似エコー信号を減算しエコー信号を除去するエコー除去手段とを備えるエコーキャンセラであって、上記エコー除去手段によって減算処理された結果としての残留誤差信号の電力を算出する電力算出手段と、上記電力算出手段によって算出された残留誤差信号の電力値に応じて、上記フィルタ係数の更新に関わるステップサイズの値を求めるステップサイズ算出手段とを有し、上記ステップサイズ算出手段は、上記残留誤差信号の電力値が電力値用閾値以下のときは、上記ステップサイズの値を、上記残留誤差信号の電力値が上記電力値用閾値を超えている場合に適用されるステップサイズの値と比較して小さい値とすると共に、求めたステップサイズの値を上記適応フィルタに与えることを特徴とする。

第２の発明に係るエコーキャンセラは、フィルタ係数と受信入力信号とを基に疑似エコー信号を生成する適応フィルタと、送信入力信号から上記疑似エコー信号を減算しエコー信号を除去するエコー除去手段とを備えるエコーキャンセラであって、上記エコー除去手段によって減算処理された結果としての残留誤差信号の電力を算出する第１の電力算出手段と、上記受信入力信号の電力を算出する第２の電力算出手段と、上記第１の電力算出手段によって算出された残留誤差信号の電力値及び上記第２の電力算出手段によって算出された受信入力信号の電力値に応じて、上記フィルタ係数の更新に関わるステップサイズの値を求めるステップサイズ算出手段とを有し、上記ステップサイズ算出手段は、上記残留誤差信号の電力値が電力値用閾値以下で、かつ、上記受信入力信号の電力値から当該残留誤差信号の電力値を減算した結果としてのエコー減衰量が減衰量用閾値以上のときは、上記ステップサイズの値を、上記残留誤差信号の電力値が上記電力値用閾値を超えている場合に適用されるステップサイズの値と比較して小さい値とすると共に、該求めたステップサイズの値を上記適応フィルタに与えることを特徴とする。

第３の発明に係るエコーキャンセル方法は、適応フィルタフィルタ係数と受信入力信号とを基に疑似エコー信号を生成し、エコー除去手段が送信入力信号から上記疑似エコー信号を減算し、エコー信号を除去するエコーキャンセル方法であって、電力算出手段及びステップサイズ算出手段を有し、上記電力算出手段が、上記エコー除去手段によって減算処理された結果としての残留誤差信号の電力を算出し、上記ステップサイズ算出手段は、上記残留誤差信号の電力値が電力値用閾値以下のときは、上記フィルタ係数の更新に関わるステップサイズの値を、上記残留誤差信号の電力値が上記電力値用閾値を超えている場合に適用されるステップサイズの値と比較して小さい値とすると共に、求めたステップサイズの値を上記適応フィルタに与えることを特徴とする。

第４の発明に係るエコーキャンセル方法は、適応フィルタフィルタ係数と受信入力信号とを基に疑似エコー信号を生成し、エコー除去手段が送信入力信号から上記疑似エコー信号を減算し、エコー信号を除去するエコーキャンセル方法であって、第１の電力算出手段、第２の電力算出手段及びステップサイズ算出手段を有し、上記第１の電力算出手段は、上記エコー除去手段によって減算処理された結果としての残留誤差信号の電力を算出し、上記第２の電力算出手段は、上記受信入力信号の電力を算出し、上記ステップサイズ算出手段は、上記残留誤差信号の電力値が電力値用閾値以下で、かつ、上記受信入力信号の電力値から当該残留誤差信号の電力値を減算した結果としてのエコー減衰量が減衰量用閾値以上のときは、上記フィルタ係数の更新に関わるステップサイズの値を、上記残留誤差信号の電力値が上記電力値用閾値を超えている場合に適用されるステップサイズの値と比較して小さい値とすると共に、求めたステップサイズの値を上記適応フィルタに与えることを特徴とする。

本発明に係るエコーキャンセラ及びエコーキャンセル方法によれば、収束速度の高速化及び安定性の向上を図ることができる。

（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明に係るエコーキャンセラ及びエコーキャンセル方法の第１の実施形態を、図面を参照しつつさらに具体的に説明する。

（Ａ−１）第１の実施形態の構成
図１は、本発明の第１の実施形態に係るエコーキャンセラの機能構成を示すブロック図である。

図１に示すエコーキャンセラ１００は、図６に示した従来のエコーキャンセラの構成において、電力算出手段１１０及びステップサイズ算出手段１２０を追加し、適応フィルタ１１を適応フィルタ１３０に変更した構成になっている。なお、図１において、図６に示した構成要素と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付している。

この第１の実施形態において、加算器１２は、送信入力信号Ｓｉｎから疑似エコー信号ｙ（ｎ）を減算しエコー信号を除去するエコー除去手段として機能する。

電力算出手段１１０は、加算器（エコー除去手段）１２によって減算処理された結果（送信入力信号Ｓｉｎから疑似エコー信号ｙ（ｎ）が減算された結果）としての残留誤差信号ＲＥＳの電力［ｄＢｍ］を算出し、この算出した残留誤差信号ＲＥＳの電力値［ｄＢｍ］をステップサイズ算出手段１２０に与える。

ステップサイズ算出手段１２０は、例えば後述する図２に示す特性情報を基に、電力算出手段１１０によって算出された残留誤差信号ＲＥＳの電力値［ｄＢｍ］に応じて、適応フィルタ１３０のフィルタ係数の更新に関わるステップサイズμの値を求め、この求めたステップサイズμの値を適応フィルタ１３０に与える。

適応フィルタ１３０は、基本的には適応フィルタ１１と同様の機能を有しており、上述した数１の係数更新式を演算してフィルタ係数の係数更新を実行するとともに、上述した数２の式を演算して疑似エコー信号ｙ（ｎ）を生成する。

この第１の実施形態では、適応フィルタ１３０は、上述した係数更新式（数１参照）に、ステップサイズ算出手段１２０によって与えられる、残留誤差信号ＲＥＳの電力値［ｄＢｍ］に応じて変更されるステップサイズμを代入するようになっている。そして、適応フィルタ１３０は、受信入力信号ｘ（ｎ）、残留誤差信号ｅ（ｎ）、ステップサイズμを使用して、残留誤差信号ＲＥＳ＝残留誤差信号ｅ（ｎ）が最小となるようにフィルタ係数を更新する。

図２は、ステップサイズ算出手段１２０の特性（あるいは機能）を説明する図を示している。

ステップサイズ算出手段１２０は、図２に示す特性情報を基にステップサイズμを求めるようになっており、残留誤差信号ＲＥＳの電力値［ｄＢｍ］が閾値ｔｈ１［ｄＢｍ］以下のときは、ステップサイズμの値を、残留誤差信号ＲＥＳの電力値が閾値ｔｈ１を超えている場合に適用されるステップサイズμの値μ１と比較して小さい値μ２（すなわちμ２＜μ１の関係が成立）とするとともに、該求めたステップサイズμの値μ２を適応フィルタ１３０に与える。

なお、第１の実施形態においては、ステップサイズμに関して、大きい値μ１と小さい値μ２の２値で構成され、μ１＝倍率α×μ２の関係が成立し、大きい値μ１と小さい値μ２のそれぞれの実際の値は「１〜０」の範囲内の値になっている。ここで、倍率αは、例えば、４である。

勿論、ステップサイズμは２値に限定されることなく、多値で構成されていても良い。すなわち、大きい値μ１に関しては、異なる複数（ｍ１）の値μ１−１，μ１−２，…，μ１−ｍ１とし、同様に、小さい値μ２に関しても、異なる複数（ｍ２）の値μ２−１，μ２−２，…，μ２−ｍ２とする。そして、ステップサイズとして大きい値または小さい値を求める際に、残留誤差信号ＲＥＳの電力値［ｄＢｍ］に応じて、複数の値の中から特定の値を決定するようにしても良い。

上述したステップサイズμに関しては、後述する第２及び第３の実施形態においても適用されるものとする。

（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、エコーキャンセラ１００の動作（第１の実施形態のエコーキャンセル方法）について説明する。

エコーキャンセラ１００に遠端側からの受信入力信号Ｒｉｎが入力されると、その受信入力信号Ｒｉｎは、適応フィルタ１３０に入力されるとともに、エコーキャンセラ１００の受信経路を経由してハイブリッド回路２０に入力される。

エコーキャンセラ１００から出力された受信出力信号Ｒｏｕｔ（＝受信入力信号Ｒｉｎ）は、ハイブリッド回路２０を経由して近端話者つまり電話機（図示せず）へ送出される。

このとき、ハイブリッド回路２０においてエコー（回線エコー）が発生した場合は、そのエコー信号がエコーキャンセラ１００の送信経路に流れる。つまり、エコー信号である送信入力信号Ｓｉｎが、エコーキャンセラ１００の加算器１２に入力される。

一方、受信入力信号Ｒｉｎつまり受信入力信号ｘ（ｎ）が入力された適応フィルタ１３０は、その受信入力信号ｘ（ｎ）とフィルタ係数とを基に疑似エコー信号ｙ（ｎ）を生成して、加算器１２に向けて出力する。なお、疑似エコー信号ｙ（ｎ）は、上記数２の式に従って演算することで求められる。

加算器１２は、送信入力信号（エコー信号）Ｓｉｎから疑似エコー信号ｙ（ｎ）を減算し、この減算した結果（残留誤差）つまり残留誤差信号ＲＥＳを出力する。このようにして加算器１２から出力された残留誤差信号ＲＥＳは、適応フィルタ１３０及び電力算出手段１１０に入力される。

電力算出手段１１０は、入力された残留誤差信号ＲＥＳの電力（電力レベル）［ｄＢｍ］を算出し、この算出した電力値［ｄＢｍ］をステップサイズ算出手段１２０に与える。

ステップサイズ算出手段１２０は、電力算出手段１１０から与えられた残留誤差信号ＲＥＳの電力値［ｄＢｍ］と予め設定された閾値ｔｈ１［ｄＢｍ］とを比較し、この比較した結果に応じて、ステップサイズμの値をμ１またはμ２に決定する。ここで、μ１＞μ２の関係が成立している。

すなわち、ステップサイズ算出手段１２０は、残留誤差信号ＲＥＳの電力値が閾値ｔｈ１以下のときは、ステップサイズμの値を、残留誤差信号ＲＥＳの電力値が閾値ｔｈ１を超えている場合に適用されるステップサイズμの値（μ１）と比較して小さい値（μ２）とする。

ここで、残留誤差信号ＲＥＳの電力［ｄＢｍ］に関して、電力値ＲＥＳ１＞閾値ｔｈ１＞電力値ＲＥＳ２の関係が成立するものとする（図２参照）。

さて、適応の初期段階において、電力算出手段１１０によって算出された残留誤差信号ＲＥＳの電力値がＲＥＳ１［ｄＢｍ］であるとする。

適応の初期段階においては、残留誤差信号ＲＥＳの電力は例えば電力値ＲＥＳ１の如く閾値ｔｈ１よりも大きくなるので、ステップサイズ算出手段１２０は、与えられた残留誤差信号ＲＥＳの電力値ＲＥＳ１は閾値ｔｈ１を超えていると判断して、ステップサイズμの値をμ１とする。このようにして求められたステップサイズμの値μ１は適応フィルタ１３０に与えられる。

このように適応の初期段階においては、残留誤差信号ＲＥＳの電力は大きくなるため、ステップサイズμが大きくなり収束速度が速くなる。

ステップサイズ算出手段１２０からステップサイズμの値μ１を与えられた適応フィルタ１３０は、そのステップサイズμの値μ１、入力された受信入力信号ｘ（ｎ）及び残留誤差信号ｅ（ｎ）を使用して、残留誤差信号ＲＥＳ＝残留誤差信号ｅ（ｎ）が最小となるようにフィルタ係数を更新する。次に、適応フィルタ１３０は、この更新したフィルタ係数と受信入力信号ｘ（ｎ）とを基に新たな疑似エコー信号ｙ（ｎ）を生成する。

そして、適応が進むにつれて残留誤差は小さくなっていき、電力算出手段１１０によって算出された残留誤差信号ＲＥＳの電力値がＲＥＳ２［ｄＢｍ］であるとする。

適応が進むにつれて残留誤差が小さくなっていくことに起因して、残留誤差信号ＲＥＳの電力が例えば電力値ＲＥＳ２の如く閾値ｔｈ１以下になったとすると、ステップサイズ算出手段１２０は、与えられた残留誤差信号ＲＥＳの電力値ＲＥＳ２は閾値ｔｈ１以下であると判断して、ステップサイズμの値をμ２とする。つまりステップサイズμはμ１からμ２に切り替えられる。このようにして求められたステップサイズμの値μ２は適応フィルタ１３０に与えられる。

このように適応が進むにつれて残留誤差が小さくなっていき、閾値ｔｈ１を超えていた残留誤差信号ＲＥＳの電力が閾値ｔｈ１以下になったときは、ステップサイズμが大きい値（μ１）から小さい値（μ２）に切り替わるので、その結果、適応後の残留誤差が小さくなり、さらに適応フィルタ１３０の安定性が高くなる。

（Ａ−３）第１の実施形態の効果
以上説明したように、第１の実施形態のエコーキャンセラのエコーキャンセル方法によれば、適応の初期段階においてはステップサイズμが大きい値（μ１）になるので収束速度が速くなり、一方、収束状態に近づいた段階ではステップサイズμが大きい値（μ１）から小さい値（μ２）に切り替わるので残留誤差が小さくなり、さらに安定性が高くなるという効果が得られる。

（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明に係るエコーキャンセラ及びエコーキャンセル方法の第２の実施形態を、図面を参照しつつさらに具体的に説明する。

（Ｂ−１）第２の実施形態の構成
図３は、本発明の第２の実施形態に係るエコーキャンセラの機能構成を示すブロック図である。

図３に示すエコーキャンセラ２００は、図１に示した第１の実施形態のエコーキャンセラの構成において、電力算出手段１１０及びステップサイズ算出手段１２０をそれぞれ第１の電力算出手段２１０及びステップサイズ算出手段２２０に変更し、第２の電力算出手段２３０を追加した構成になっている。図３において、図１に示した構成要素と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付している。

第１の電力算出手段２１０は、上述した電力算出手段１１０と同様に、加算器（エコー除去手段）１２によって減算処理された結果（送信入力信号Ｓｉｎから疑似エコー信号ｙ（ｎ）が減算された結果）としての残留誤差信号ＲＥＳの電力［ｄＢｍ］を算出し、この算出した残留誤差信号ＲＥＳの電力値［ｄＢｍ］をステップサイズ算出手段２２０に与える。

第２の電力算出手段２３０は、エコーキャンセラ２００に入力された遠端側からの受信入力信号の電力［ｄＢｍ］を算出し、この算出した受信入力信号の電力値［ｄＢｍ］をステップサイズ算出手段２２０に与える。

ステップサイズ算出手段２２０は、第１の電力算出手段２１０によって算出された残留誤差信号ＲＥＳの電力値及び第２の電力算出手段２３０によって算出された受信入力信号Ｒｉｎの電力値に応じて、適応フィルタ１３０のフィルタ係数の更新に関わるステップサイズμの値を求め、この求めたステップサイズμの値を適応フィルタ１３０に与える。

図４は、ステップサイズ算出手段２２０の特性（あるいは機能）を説明する図を示している。

図４において、残留誤差信号ＲＥＳの電力レベル［ｄＢｍ］に関して、ＲＥＳ１＞ＲＥＳ２＞ＲＥＳ３の関係が成立し、受信入力信号Ｒｉｎの電力レベル［ｄＢｍ］に関して、Ｒｉｎ１＜Ｒｉｎ１２＜Ｒｉｎ２＜Ｒｉｎ２３＜Ｒｉｎ３の関係が成立している。

ステップサイズ算出手段２２０は、図４に示す特性情報を基に、ステップサイズμを求めるようになっており、残留誤差信号ＲＥＳの電力値［ｄＢｍ］が閾値ｔｈ１（図４ではｔｈ１＝−４０［ｄＢｍ］）以下で、かつ、受信入力信号Ｒｉｎの電力値［ｄＢｍ］から当該残留誤差信号ＲＥＳの電力値［ｄＢｍ］を減算した結果としてのエコー減衰量［ｄＢ］が閾値ｔｈ２（図４ではｔｈ２＝２０［ｄＢ］）以上のときは、ステップサイズμの値を、残留誤差信号ＲＥＳの電力値［ｄＢｍ］が閾値ｔｈ１を超えている場合に適用されるステップサイズμの値と比較して小さい値とするとともに、該求めたステップサイズμの値を適応フィルタ１３０に与える。

なお、図４においては、受信入力信号Ｒｉｎの電力が、電力値Ｒｉｎ１から電力値Ｒｉｎ２未満までの電力レベル範囲Ｒ１０１内である場合、あるいは電力値Ｒｉｎ２以上で電力値Ｒｉｎ３までの電力レベル範囲Ｒ１０２内である場合のいずれにおいても、残留誤差信号ＲＥＳの電力値が閾値ｔｈ１以下で、かつ、受信入力信号Ｒｉｎの電力値から当該残留誤差信号ＲＥＳの電力値を減算した結果としてのエコー減衰量が閾値ｔｈ２以上のときは、ステップサイズμは小さい値μ２となるようになっている。

ところで、ステップサイズ算出手段２２０が図４に示すような特性情報を基にステップサイズを求めるのは、次の理由からである。

すなわち、第１の実施形態においては、図２に示すような特性情報を基にステップサイズを求めるようにしているので、エコーキャンセラ１００に入力された受信入力信号Ｒｉｎの電力レベルが小さい場合には、適応の初期段階であったとしても、残留誤差信号ＲＥＳの電力が小さくなるのでステップサイズが小さい値（μ２）となり、収束速度が遅くなってしまうことがある。

そこで、入力された受信入力信号Ｒｉｎの電力レベルが小さい場合であっても、適応の初期段階において収束速度を速くし、収束状態に近づいた段階で適応フィルタ１３０の安定性を高くするのである。

これを実現するため、第２の実施形態では、上述したように、算出された残留誤差信号ＲＥＳの電力値が閾値以下であることの条件（第１の実施形態の場合の条件）に加えて、受信入力信号Ｒｉｎの電力から残留誤差信号ＲＥＳの電力を差し引いたエコー減衰量が閾値ｔｈ２以上となることを条件に、ステップサイズμを小さい値とするようにする。

上述したように第２の実施形態に係るエコーキャンセラ２００は、上述した第１の実施形態に係るエコーキャンセラ１００とは、ステップサイズμの求め方が相違している。他の機能については同様になっている。

（Ｂ−２）第２の実施形態の動作
次に、エコーキャンセラ２００の動作（第２の実施形態のエコーキャンセル方法）について説明する。

エコーキャンセラ２００に遠端側からの受信入力信号Ｒｉｎが入力されると、その受信入力信号Ｒｉｎは、第２の電力算出手段２３０及び適応フィルタ１３０に入力されるとともに、エコーキャンセラ２００の受信経路を経由してハイブリッド回路２０に入力される。

エコーキャンセラ２００から出力された受信出力信号Ｒｏｕｔ（＝受信入力信号Ｒｉｎ）は、ハイブリッド回路２０を経由して近端話者つまり電話機（図示せず）へ送出される。

このとき、上述した第１の実施形態の場合と同様に、ハイブリッド回路２０においてエコー（回線エコー）が発生した場合は、そのエコー信号である送信入力信号Ｓｉｎが、エコーキャンセラ２００の加算器１２に入力される。

一方、受信入力信号Ｒｉｎつまり受信入力信号ｘ（ｎ）が入力された適応フィルタ１３０は、その受信入力信号ｘ（ｎ）とフィルタ係数とを基に疑似エコー信号ｙ（ｎ）を生成して、加算器１２に向けて出力する。なお、疑似エコー信号ｙ（ｎ）は、上記数２の式に従って演算することで求められる。

加算器１２は、送信入力信号（エコー信号）Ｓｉｎから疑似エコー信号ｙ（ｎ）を減算し、この減算した結果（残留誤差）つまり残留誤差信号ＲＥＳを出力する。このようにして加算器１２から出力された残留誤差信号ＲＥＳは、適応フィルタ１３０及び第１の電力算出手段２１０に入力される。

残留誤差信号ＲＥＳが入力された第１の電力算出手段２１０は、その残留誤差信号ＲＥＳの電力［ｄＢｍ］を算出してステップサイズ算出手段２２０に与える。

また受信入力信号Ｒｉｎが入力された第２の電力算出手段２３０は、その受信入力信号Ｒｉｎの電力［ｄＢｍ］を算出してステップサイズ算出手段２２０に与える。

ここで、受信入力信号Ｒｉｎの電力［ｄＢｍ］及び残留誤差信号ＲＥＳの電力［ｄＢｍ］が次の（１）〜（４）の３つのパターンである場合のステップサイズ算出手段２２０によるステップサイズの求め方について説明する。

（１）受信入力信号Ｒｉｎの電力値がＲｉｎ２３であり、適応の初期段階において残留誤差信号ＲＥＳの電力値がＲＥＳ１（＞閾値ｔｈ１）である場合
ステップサイズ算出手段２２０は、残留誤差信号ＲＥＳの電力値ＲＥＳ１と閾値ｔｈ１とを比較し、残留誤差信号ＲＥＳの電力値ＲＥＳ１が閾値ｔｈ１を超えていると判断して、ステップサイズμを値μ１とする。

この場合、適応の初期段階においては、ステップサイズμが大きい値（μ１）になるので収束速度が速くなる。

（２）上記（１）の初期段階から収束状態に近づいた段階に移行して、受信入力信号Ｒｉｎの電力値がＲｉｎ２３であり、収束状態に近づいた段階で残留誤差信号ＲＥＳの電力値がＲＥＳ２（＜閾値ｔｈ１）に達した（つまり電力値がＲＥＳ１からＲＥＳ２に変更になった）場合
ここで、受信入力信号Ｒｉｎの電力値Ｒｉｎ２３から残留誤差信号ＲＥＳの電力値ＲＥＳ２を差し引いたエコー減衰量が閾値ｔｈ２以上であるとする。

ステップサイズ算出手段２２０は、残留誤差信号ＲＥＳの電力値ＲＥＳ２と閾値ｔｈ１とを比較し、残留誤差信号ＲＥＳの電力値ＲＥＳ２が閾値ｔｈ１以下であると判断するとともに、受信入力信号Ｒｉｎの電力値Ｒｉｎ２３から残留誤差信号ＲＥＳの電力値ＲＥＳ２を減算したエコー減衰量［ｄＢ］が閾値ｔｈ２以上であると判断して、ステップサイズμを値μ２とする。つまり、ステップサイズμは、大きい値μ１から小さい値μ２に切り替えられることになる。

このように、適応が進むにつれて残留誤差が小さくなっていき、残留誤差信号ＲＥＳの電力が閾値ｔｈ１以下、かつ、エコー減衰量が閾値ｔｈ２以上となると、ステップサイズμが大きい値（μ１）から小さい値（μ２）に切り替わる。換言すれば、収束状態に近づいた段階ではステップサイズμが大きい値（μ１）から小さい値（μ２）に切り替わるので残留誤差が小さくなり、さらに適応フィルタの安定性が高くなる。

（３）受信入力信号Ｒｉｎの電力値がＲｉｎ１２であり、適応の初期段階において残留誤差信号ＲＥＳの電力値がＲＥＳ２（＜閾値ｔｈ１）である場合
ここで、受信入力信号Ｒｉｎの電力値Ｒｉｎ１２から残留誤差信号ＲＥＳの電力値ＲＥＳ２を差し引いたエコー減衰量［ｄＢ］が閾値ｔｈ２未満であるとする。

ステップサイズ算出手段２２０は、残留誤差信号ＲＥＳの電力値ＲＥＳ２と閾値ｔｈ１とを比較し、残留誤差信号ＲＥＳの電力値ＲＥＳ２が閾値ｔｈ１以下であると判断するとともに、受信入力信号Ｒｉｎの電力値Ｒｉｎ１２から残留誤差信号ＲＥＳの電力値ＲＥＳ２を減算したエコー減衰量が閾値ｔｈ２未満であると判断して、ステップサイズμを値μ１とする。

この場合、受信入力信号Ｒｉｎの電力レベルが小さい場合であっても、適応の初期段階においては、エコー減衰量が閾値ｔｈ２以上とならないので、ステップサイズμが値μ１の如く大きい値となり、収束速度が速くなる。

ちなみに、上述した第１の実施形態に係るステップサイズ算出手段１２０が上記（３）の前提条件の下においてステップサイズμを求めた場合には、残留誤差信号ＲＥＳの電力値ＲＥＳ２は閾値ｔｈ１以下であると判断され、ステップサイズμは値μ２となる。

そのため、第１の実施形態の場合では、受信入力信号Ｒｉｎの電力が電力値Ｒｉｎ１２如く小さい場合には、適応の初期段階であったとしても、残留誤差信号ＲＥＳの電力が小さくなるのでステップサイズμが小さい値となり、収束速度が遅くなってしまうことになる。

（４）上記（３）の初期段階から収束状態に近づいた段階に移行して、受信入力信号Ｒｉｎの電力値がＲｉｎ１２であり、収束状態に近づいた段階で残留誤差信号ＲＥＳの電力値がＲＥＳ３（＜閾値ｔｈ１）に達した（つまり電力値がＲＥＳ２からＲＥＳ３に変更になった）場合
ここで、受信入力信号Ｒｉｎの電力値Ｒｉｎ１２から残留誤差信号ＲＥＳの電力値ＲＥＳ３を差し引いたエコー減衰量が閾値ｔｈ２以上であるとする。

ステップサイズ算出手段２２０は、残留誤差信号ＲＥＳの電力値ＲＥＳ３と閾値ｔｈ１とを比較し、残留誤差信号ＲＥＳの電力値ＲＥＳ３が閾値ｔｈ１以下であると判断するとともに、受信入力信号Ｒｉｎの電力値Ｒｉｎ１２から残留誤差信号ＲＥＳの電力値ＲＥＳ３を減算したエコー減衰量が閾値ｔｈ２以上であると判断して、ステップサイズμを値μ２とする。つまり、ステップサイズμは、大きい値μ１から小さい値μ２に切り替えられることになる。

このように、適応が進むにつれて残留誤差は小さくなっていき、残留誤差信号ＲＥＳの電力が閾値ｔｈ１以下、かつ、エコー減衰量が閾値ｔｈ２以上となると、ステップサイズμが大きい値（μ１）から小さい値（μ２）に切り替わる。換言すれば、収束状態に近づいた段階ではステップサイズμが大きい値（μ１）から小さい値（μ２）に切り替わるので残留誤差が小さくなり、さらに適応フィルタの安定性が高くなる。

ところで、上述したようにしてステップサイズμの値を求めたステップサイズ算出手段２２０は、そのステップサイズμの値を適応フィルタ１３０に与える。これ以降の動作は上述した第１の実施形態の場合と同様なので、ここでは説明を省略する。

（Ｂ−３）第２の実施形態の効果
以上説明したように、第２の実施形態のエコーキャンセラ及びエコーキャンセル方法によれば、ステップサイズμを小さい値とする条件として、残留誤差信号ＲＥＳの電力が閾値ｔｈ１以下であることという条件（第１の実施形態の場合の条件）に加えて、受信入力信号Ｒｉｎの電力から残留誤差信号ＲＥＳの電力を差し引いたエコー減衰量が閾値ｔｈ２以上となることという条件を追加したので、第１の実施形態の場合と比較して、受信入力信号Ｒｉｎの電力レベルが小さくても収束速度が速くなるという効果が得られる。

（Ｃ）第３の実施形態
次に、本発明に係るエコーキャンセラ及びエコーキャンセル方法の第３の実施形態を、図面を参照しつつさらに具体的に説明する。

（Ｃ−１）第３の実施形態の構成
第３の実施形態に係るエコーキャンセラは、基本的には上述した第２の実施形態に係るエコーキャンセラ２００の構成（図３参照）及び機能と同様になっている。

但し、ステップサイズ算出手段２２０によるステップサイズμの求め方が第２の実施形態とは相違している。そこで、ここではその相違する点について説明する。

図５は、ステップサイズ算出手段２２０の特性（あるいは機能）を説明する図を示している。

図５において、残留誤差信号ＲＥＳの電力レベル［ｄＢｍ］に関して、ＲＥＳ１＞ＲＥＳ２＞ＲＥＳ３＞ＲＥＳ４の関係が成立し、受信入力信号Ｒｉｎの電力レベル［ｄＢｍ］に関して、Ｒｉｎ１＜Ｒｉｎ１４＜Ｒｉｎ４＜Ｒｉｎ２＜Ｒｉｎ３の関係が成立している。

第３の実施形態に係るステップサイズ算出手段２２０は、図５に示す特性情報を基に、ステップサイズμを求めるようになっており、残留誤差信号ＲＥＳの電力値が第１の閾値ｔｈ１以下で、かつ、受信入力信号Ｒｉｎの電力値から当該残留誤差信号ＲＥＳの電力値を減算した結果としてのエコー減衰量が閾値ｔｈ２以上の場合、あるいは残留誤差信号ＲＥＳの電力値が第１の閾値ｔｈ１よりも小さい第２の閾値ｔｈ１′以下の場合は、ステップサイズの値を、残留誤差信号ＲＥＳの電力値が第１の閾値ｔｈ１を超えている場合に適用されるステップサイズの値と比較して小さい値とするとともに、該求めたステップサイズの値を適応フィルタ１３０に与える。

なお、図５においては、次の（１）あるいは（２）の前提条件が満たされたときに、ステップサイズμが、小さい値μ２となるようになっている。

（１）受信入力信号Ｒｉｎの電力が、電力値Ｒｉｎ４以上で電力値Ｒｉｎ２未満の電力レベル範囲Ｒ２０２内である場合、あるいは電力値Ｒｉｎ２以上で電力値Ｒｉｎ３までの電力レベル範囲Ｒ２０３内である場合のいずれにおいても、残留誤差信号ＲＥＳの電力値が第１の閾値ｔｈ１以下で、かつ、受信入力信号Ｒｉｎの電力値から当該残留誤差信号ＲＥＳの電力値を減算した結果としてのエコー減衰量［ｄＢ］が閾値ｔｈ２以上の場合。

（２）受信入力信号Ｒｉｎの電力が電力値Ｒｉｎ１から電力値Ｒｉｎ４未満までの電力レベル範囲Ｒ２０１内である場合において、残留誤差信号ＲＥＳの電力値［ｄＢｍ］が第２の閾値ｔｈ１′以下の場合。

ところで、ステップサイズ算出手段２２０が図５に示すような特性情報を基にステップサイズを求めるのは、次の理由からである。

すなわち、第２の実施形態では、図４に示すような特性情報を基にステップサイズを求めるようにしているので、エコーキャンセラ２００に入力された受信入力信号Ｒｉｎの電力レベルが小さい場合に、近端話者側より入力される背景雑音の影響により、受信入力信号Ｒｉｎの電力から残留誤差信号ＲＥＳの電力を差し引いたエコー減衰量が閾値ｔｈ２以上とならず、適応後もステップサイズが大きいままとなってしまうことがある。

そのため、受信入力信号Ｒｉｎの電力レベルが小さい場合に背景雑音の影響により残留誤差が大きくなり、また適応フィルタの安定性が低下することがある。

そこで、受信入力信号Ｒｉｎの電力レベルが小さいときに、背景雑音の影響により残留誤差が大きくなっている場合であっても、適応後のステップサイズμを小さくして、適応フィルタの安定性を高くするためである。

これを実現するため、第３の実施形態では、第２の実施形態の場合の条件に加えて、残留誤差信号ＲＥＳの電力が第２の閾値ｔｈ１′以下となったことを条件に、ステップサイズμを小さい値とするようにする。

（Ｃ−２）第３の実施形態の動作
次に、エコーキャンセラ２００の動作（第３の実施形態のエコーキャンセル方法）について説明するが、ここではステップサイズ算出手段２２０の動作について説明する。

受信入力信号Ｒｉｎの電力が電力レベル範囲Ｒ２０２内である場合あるいは電力レベル範囲Ｒ２０３内である場合は、上述した第２の実施形態の場合と同様にして、ステップサイズμの値を求めることができる。なお、この場合、閾値ｔｈ１を第１の閾値ｔｈ１に置き換えて、ステップサイズμを求めることになる。

次に、受信入力信号Ｒｉｎの電力が電力レベル範囲Ｒ２０１内の例えば電力値Ｒｉｎ１４であり、残留誤差信号ＲＥＳの電力値がＲＥＳ４（＜第２の閾値ｔｈ１′）である場合のステップサイズ算出手段２２０によるステップサイズの求め方について説明する。

第１の電力算出手段２１０は残留誤差信号ＲＥＳの電力を算出した結果つまり電力値ＲＥＳ４をステップサイズ算出手段２２０に与えるとともに、第２の電力算出手段２３０は受信入力信号Ｒｉｎの電力を算出した結果つまり電力値Ｒｉｎ１４をステップサイズ算出手段２２０に与える。

ステップサイズ算出手段２２０は、与えられた残留誤差信号ＲＥＳの電力値ＲＥＳ４と第２の閾値ｔｈ１′とを比較し、残留誤差信号ＲＥＳの電力値ＲＥＳ４が第２の閾値ｔｈ１′以下であると判断して、ステップサイズμを値μ２とする。つまりステップサイズμは値μ１（大きい値）から値μ２（小さい値）に切り替えられたことになる。

これにより、受信入力信号Ｒｉｎの電力レベルが小さい場合であっても、残留誤差を低減し、適応フィルタの安定性を向上させることが可能となる。

ちなみに、第２の実施形態に係るステップサイズ算出手段２２０が上記前提条件の下においてステップサイズμを求めた場合には、受信入力信号Ｒｉｎの電力値Ｒｉｎ１４から残留誤差信号ＲＥＳの電力値ＲＥＳ４を差し引いたエコー減衰量が閾値ｔｈ２以上とならず、適応後もステップサイズμは値μ１の如く大きいままとなる。

（Ｃ−３）第３の実施形態の効果
以上説明したように、第３の実施形態のエコーキャンセラ及びエコーキャンセル方法によれば、第２の実施形態の場合の条件に加えて、残留誤差信号ＲＥＳの電力が第２の閾値ｔｈ１′以下の場合にも、ステップサイズμを小さい値とするようにしたので、受信入力信号Ｒｉｎの電力レベルが小さい場合であっても、収束速度が速く、残留誤差が小さく、安定性が高くなるという効果が得られる。

（Ｄ）他の実施形態
本発明は、電話回線において２線４線変換機能をもつハイブリッド回路で生じる回線エコーを除去するエコーキャンセラのほか、スピーカからマイクロホンに回り込んだエコー（音響エコー）を除去するエコーキャンセラにも適用することができる。

また、上記各実施形態の説明では、エコーキャンセラがハードウェア的に構成されているイメージで説明したが、ソフトウェア的にエコーキャンセラを構成しても良く、また、エコーキャンセラを１チップ又は１チップの部分として構成するようにしても良い。

第１の実施形態に係るエコーキャンセラの機能構成を示す機能ブロック図である。 第１の実施形態に係るステップサイズ算出手段の特性（あるいは機能）を説明する図である。 第２及び第３の実施形態に係るエコーキャンセラの機能構成を示す機能ブロック図である。 第２の実施形態に係るステップサイズ算出手段の特性（あるいは機能）を説明する図である。 第３の実施形態に係るステップサイズ算出手段の特性（あるいは機能）を説明する図である。 従来のエコーキャンセラの構成を示す構成図である。

符号の説明

１２…加算器、１３…ダブルトーク検出器、２０…ハイブリッド回路、１００、２００…エコーキャンセラ、１１０…電力算出手段、１２０、２２０…ステップサイズ算出手段、１３０…適応フィルタ、２１０…第１の電力手算出段、２３０…第２の電力手算出段、ＲＥＳ、ｅ（ｎ）…残留誤差信号、Ｒｉｎ、ｘ（ｎ）…受信入力信号、Ｓｉｎ…送信入力信号、ｙ（ｎ）…疑似エコー信号。

Claims (6)

1. フィルタ係数と受信入力信号とを基に疑似エコー信号を生成する適応フィルタと、送信入力信号から上記疑似エコー信号を減算し、エコー信号を除去するエコー除去手段とを備えるエコーキャンセラであって、
   上記エコー除去手段によって減算処理された結果としての残留誤差信号の電力を算出する電力算出手段と、
   上記電力算出手段によって算出された残留誤差信号の電力値に応じて、上記フィルタ係数の更新に関わるステップサイズの値を求めるステップサイズ算出手段とを有し、
   上記ステップサイズ算出手段は、上記残留誤差信号の電力値が電力値用閾値以下のときは、上記ステップサイズの値を、上記残留誤差信号の電力値が当該電力値用閾値を超えている場合に適用されるステップサイズの値と比較して小さい値とすると共に、求めたステップサイズの値を上記適応フィルタに与える
   ことを特徴とするエコーキャンセラ。
2. フィルタ係数と受信入力信号とを基に疑似エコー信号を生成する適応フィルタと、送信入力信号から上記疑似エコー信号を減算しエコー信号を除去するエコー除去手段とを備えるエコーキャンセラであって、
   上記エコー除去手段によって減算処理された結果としての残留誤差信号の電力を算出する第１の電力算出手段と、
   上記受信入力信号の電力を算出する第２の電力算出手段と、
   上記第１の電力算出手段によって算出された残留誤差信号の電力値及び上記第２の電力算出手段によって算出された受信入力信号の電力値に応じて、上記フィルタ係数の更新に関わるステップサイズの値を求めるステップサイズ算出手段とを有し、
   上記ステップサイズ算出手段は、上記残留誤差信号の電力値が電力値用閾値以下で、かつ、上記受信入力信号の電力値から当該残留誤差信号の電力値を減算した結果としてのエコー減衰量が減衰量用閾値以上のときは、上記ステップサイズの値を、上記残留誤差信号の電力値が上記電力値用閾値を超えている場合に適用されるステップサイズの値と比較して小さい値とすると共に、求めたステップサイズの値を上記適応フィルタに与える
   ことを特徴とするエコーキャンセラ。
3. 上記ステップサイズ算出手段は、上記残留誤差信号の電力値が第１の電力値用閾値以下で、かつ、上記受信入力信号の電力値から当該残留誤差信号の電力値を減算した結果としてのエコー減衰量が減衰量用閾値以上の場合、あるいは上記残留誤差信号の電力値が上記第１の電力値用閾値よりも小さい第２の電力値用閾値以下の場合は、上記ステップサイズの値を、上記残留誤差信号の電力値が上記第１の電力値用閾値を超えている場合に適用されるステップサイズの値と比較して小さい値とすると共に、該求めたステップサイズの値を上記適応フィルタに与えることを特徴とする請求項２に記載のエコーキャンセラ。
4. 適応フィルタフィルタ係数と受信入力信号とを基に疑似エコー信号を生成し、エコー除去手段が送信入力信号から上記疑似エコー信号を減算し、エコー信号を除去するエコーキャンセル方法であって、
   電力算出手段及びステップサイズ算出手段を有し、
   上記電力算出手段が、上記エコー除去手段によって減算処理された結果としての残留誤差信号の電力を算出し、
   上記ステップサイズ算出手段は、上記残留誤差信号の電力値が電力値用閾値以下のときは、上記フィルタ係数の更新に関わるステップサイズの値を、上記残留誤差信号の電力値が上記電力値用閾値を超えている場合に適用されるステップサイズの値と比較して小さい値とすると共に、求めたステップサイズの値を上記適応フィルタに与える
   ことを特徴とするエコーキャンセル方法。
5. 適応フィルタフィルタ係数と受信入力信号とを基に疑似エコー信号を生成し、エコー除去手段が送信入力信号から上記疑似エコー信号を減算し、エコー信号を除去するエコーキャンセル方法であって、
   第１の電力算出手段、第２の電力算出手段及びステップサイズ算出手段を有し、
   上記第１の電力算出手段は、上記エコー除去手段によって減算処理された結果としての残留誤差信号の電力を算出し、
   上記第２の電力算出手段は、上記受信入力信号の電力を算出し、
   上記ステップサイズ算出手段は、上記残留誤差信号の電力値が電力値用閾値以下で、かつ、上記受信入力信号の電力値から当該残留誤差信号の電力値を減算した結果としてのエコー減衰量が減衰量用閾値以上のときは、上記フィルタ係数の更新に関わるステップサイズの値を、上記残留誤差信号の電力値が上記電力値用閾値を超えている場合に適用されるステップサイズの値と比較して小さい値とすると共に、求めたステップサイズの値を上記適応フィルタに与える
   ことを特徴とするエコーキャンセル方法。
6. 上記ステップサイズ算出手段は、上記残留誤差信号の電力値が第１の電力値用閾値以下で、かつ、上記受信入力信号の電力値から当該残留誤差信号の電力値を減算した結果としてのエコー減衰量が減衰量用閾値以上の場合、あるいは上記残留誤差信号の電力値が上記第１の電力値用閾値よりも小さい第２の電力値用閾値以下の場合は、上記ステップサイズの値を、上記残留誤差信号の電力値が上記第１の電力値用閾値を超えている場合に適用されるステップサイズの値と比較して小さい値とすると共に、該求めたステップサイズの値を上記適応フィルタに与えることを特徴とする請求項５に記載のエコーキャンセル方法。

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