JP2009188724A - Echo suppression gain estimation method, echo canceler using the same, device program and recording medium - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress generation of musical noise robust to audio distortion. <P>SOLUTION: An echo suppression gain estimation method includes: a similarity coefficient computation step of determining a similarity coefficient by normalizing an inner product value of playback signal spectrum and sound collection signal spectrum with a product of magnitudes of the playback signal spectrum and of the sound collection signal spectrum; and an echo suppression gain computation step of entering the sound collection signal spectrum, the similarity coefficient and an echo power estimation value and computing a gain coefficient, for suppressing echo, that becomes a smaller value as the similarity coefficient gets closer to 1. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明は、音響再生系を有する通信会議システム等に用いられるエコー消去装置及び、それに適用されるエコー抑圧ゲイン推定方法と、そのプログラムと記録媒体に関する。   The present invention relates to an echo canceller used in a communication conference system having an acoustic reproduction system, an echo suppression gain estimation method applied thereto, a program thereof, and a recording medium.

短時間スペクトル振幅(STSA:Sort-Time Spectral Amplitude)推定に基づくエコー抑圧処理は、エコーと近端話者音声の無相関を仮定してエコーを抑圧するゲイン係数を推定し、振幅周波数領域でエコーを抑圧する方法である。このエコー抑圧ゲイン推定方法を用いたエコー消去装置80の機能構成例を図8に示してその動作を簡単に説明する。   Echo suppression processing based on short-time spectral amplitude (STSA) estimation estimates a gain coefficient that suppresses echoes assuming no correlation between echo and near-end talker speech, and echoes in the amplitude frequency domain It is a method to suppress. An example of the functional configuration of the echo canceller 80 using this echo suppression gain estimation method is shown in FIG. 8 and its operation will be briefly described.

エコー消去装置80は、再生信号周波数分析部81と、収音信号周波数分析部82と、エコーパワー計算部83と、ゲイン計算部84と、乗算部85と、周波数合成部86とを備える。再生信号x(k)は、例えばサンプリング周波数16kHzで離散値とされた信号であり、スピーカ1によって音響信号に変換される。なお、再生信号を離散値化するAD変換器と、その離散値を連続値に変換するDA変換器については省略している。   The echo canceller 80 includes a reproduction signal frequency analysis unit 81, a sound pickup signal frequency analysis unit 82, an echo power calculation unit 83, a gain calculation unit 84, a multiplication unit 85, and a frequency synthesis unit 86. The reproduction signal x (k) is a signal having a discrete value at a sampling frequency of 16 kHz, for example, and is converted into an acoustic signal by the speaker 1. Note that an AD converter that converts the reproduction signal into discrete values and a DA converter that converts the discrete values into continuous values are omitted.

再生信号周波数分析部81は、再生信号の離散値を256点集めて1フレームとし、1/2オーバーラップ加算による周波数分析を行い、フレーム単位で8kHzまでの周波数範囲を128個の再生信号スペクトルXωに変換する。(k)はフレーム番号であり、ωはこの例の場合64Hzの間隔で得られる周波数スペクトルの番号(1〜128)である。 The reproduction signal frequency analysis unit 81 collects 256 discrete values of the reproduction signal to form one frame, performs frequency analysis by 1/2 overlap addition, and converts the frequency range up to 8 kHz in units of frames into 128 reproduction signal spectra X Convert to ω . (K) is a frame number, and ω is a frequency spectrum number (1 to 128) obtained at an interval of 64 Hz in this example.

マイクロホン2で収音される収音信号y(k)は、再生信号x(k)がスピーカ1から再生されたことによるエコーd(k)が、近端話者信号s(k)に重畳した信号である。その収音信号y(k)は、再生信号x(k)と同じように収音信号周波数分析部82によって収音信号スペクトルYωに変換される。 The collected sound signal y (k) collected by the microphone 2 is superimposed on the near-end speaker signal s (k) by the echo d (k) generated by reproducing the reproduced signal x (k) from the speaker 1. Signal. The collected sound signal y (k) is converted into a collected sound signal spectrum Y ω by the collected sound signal frequency analysis unit 82 in the same manner as the reproduction signal x (k).

エコーパワー計算部83は、再生信号スペクトルXωと収音信号スペクトルYωとを入力として式(1)に示すエコーパワー推定値|Dω^|を計算する。^は推定値であることを表わすが、その表記は式及び図中に示すものが正しい。 The echo power calculation unit 83 calculates an echo power estimated value | D ω ^ | 2 shown in Expression (1) using the reproduction signal spectrum X ω and the collected sound signal spectrum Y ω as inputs. ^ Represents an estimated value, but the notation is correct as shown in the equations and figures.

Figure 2009188724
ここで、|Hω^|は音響結合量の推定値であり、|Hω^| ̄は1フレーム過去の音響結合量の推定値である。min{ , }は最小値を選択する関数である。したがって、|Hω^|は隣接するフレーム間で小さい方の音響結合量がその推定値になる。
Figure 2009188724
Here, | H ω ^ | 2 is an estimated value of the acoustic coupling amount, and | H ω ^ | 2  ̄ is an estimated value of the acoustic coupling amount in the past of one frame. min {,} is a function for selecting the minimum value. Therefore, | H ω ^ | 2 is the estimated value of the smaller acoustic coupling amount between adjacent frames.

ゲイン計算部84は、収音信号スペクトルYωと、エコーパワー推定値|Dω^|を入力として式(2)に示すゲイン係数Gωを出力する。ゲイン係数Gωは0〜1の実数値をとり、収音信号スペクトルYω中にエコー成分が多い場合には小さな値、エコー成分以外の成分が多い場合には大きな値をとる。 The gain calculation unit 84 outputs the gain coefficient G ω shown in Expression (2) with the collected sound signal spectrum Y ω and the echo power estimated value | D ω ^ | 2 as inputs. The gain coefficients G omega takes a real value from 0 to 1, when the echo component in the collected signal spectrum Y omega many small values, takes a large value when there are many components other than the echo components.

Figure 2009188724
Figure 2009188724

乗算部85は、収音信号スペクトルYωにゲイン係数Gωを乗算する。エコー成分が多い場合のゲイン係数Gωは小さな値となるので、乗算部85の出力信号はエコー成分が抑圧されたエコー消去信号スペクトルEωとなる。この各周波数成分ωに対応するエコー消去信号スペクトルEωは、周波数合成部86において時間領域の出力信号e(k)に再合成される(例えば非特許文献1参照)。 The multiplication unit 85 multiplies the collected sound signal spectrum by a gain coefficient . Since the gain coefficient when there are many echo components becomes a small value, the output signal of the multiplier 85 becomes an echo cancellation signal spectrum with the echo components suppressed. The echo cancellation signal spectrum E ω corresponding to each frequency component ω is re-synthesized into a time-domain output signal e (k) in the frequency synthesizer 86 (see, for example, Non-Patent Document 1).

ここでゲイン係数Gωを算出する式(2)の導出根拠について説明する。ゲイン係数Gωは、例えばウィナーフィルター法(Wiener Filter以下「WF法」と称す)の仮定に基づいて導出される。WF法は、式(3)の評価量εを最小とするゲイン係数Gωを推定してエコーを抑圧する。 Here will be described the derivation basis of formula (2) for calculating a gain factor G omega. The gain coefficient is derived based on, for example, the assumption of the Wiener filter method (hereinafter referred to as “Wiener Filter”). WF method suppresses an echo by estimating the gain factor G omega which minimizes the evaluation value ε of the formula (3).

Figure 2009188724
式(3)をGωで微分すると式(4)で表わせる。
Figure 2009188724
式(4)を0と置いた式からゲイン係数Gωを求めると式(5)となる。
Figure 2009188724
Figure 2009188724
It can be expressed by the formula (4) and equation (3) is differentiated in the G ω.
Figure 2009188724
When the gain coefficient is obtained from an equation in which equation (4) is set to 0, equation (5) is obtained.
Figure 2009188724

ここで< , >は内積を意味する。エコーパワーDωとエコー消去信号スペクトルEωとが無相関であると仮定することで、つまり<Dω,Eω>=0とした結果が上記したゲイン係数Gωを求める式(2)である。
阪内澄宇、羽田陽一、片岡章俊著「STSA推定に基づくエコー抑圧処理のゲイン強調化方式」信学論(A),1vol.J88-A,no.6,Jun.2005,p695-703
Here, <and> mean inner products. Assuming that the echo power D ω and the echo cancellation signal spectrum E ω are uncorrelated, that is, the result of setting <D ω , E ω > = 0 is the above equation (2) for obtaining the gain coefficient G ω. is there.
Sakauchi, S., Haneda, Y., Kataoka, A., “Echo suppression processing based on STSA estimation, gain emphasis method” (1), 1vol.J88-A, no.6, Jun.2005, p695-703

WF法の仮定<Dω,Eω>=0は、時系列区間が長いほど正確である。しかし、エコー及び近端話者信号s(n)は、音声であるため非定常信号である。したがって、<Dω,Eω>=0となるほどの長時間を利用してゲイン係数Gωを計算できない。その結果、エコーパワーDωとエコー消去信号スペクトルEωの内積値が0でない分が誤差となりエコー消去信号スペクトルEωに歪みが発生する。この歪みは、時間領域の信号に変換すると、いわゆる「キュルキュル」と聞こえるミュージカルノイズ発生の原因になることがある。 The assumption of the WF method <D ω , E ω > = 0 is more accurate as the time series interval is longer. However, since the echo and the near-end speaker signal s (n) are speech, they are non-stationary signals. Therefore, the gain coefficient cannot be calculated using a long time such that <D ω , E ω > = 0. As a result, an error occurs when the inner product value of the echo power and the echo cancellation signal spectrum is not 0, and distortion occurs in the echo cancellation signal spectrum . When this distortion is converted into a signal in the time domain, it may cause the generation of musical noise that sounds like a “curl”.

この発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、ミュージカルノイズ発生を抑圧するエコー抑圧ゲイン推定方法及びそれを用いたエコー消去装置と、そのプログラムと記録媒体を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of these points, and an object thereof is to provide an echo suppression gain estimation method for suppressing the generation of musical noise, an echo canceller using the method, a program thereof, and a recording medium. To do.

この発明によるエコー抑圧ゲイン推定方法は、再生信号を周波数領域の再生信号スペクトルに変換する再生信号周波数分析段階と、収音信号を周波数領域の収音信号スペクトルに変換する収音信号周波数分析段階と、再生信号スペクトルと収音信号スペクトルとを入力としてエコーパワー推定値を計算するエコーパワー推定段階と、再生信号スペクトルと収音信号スペクトルの内積値を、再生信号スペクトルと収音信号スペクトルのそれぞれの大きさの積で正規化した類似度係数を計算する類似度係数計算段階と、エコーを抑圧するゲイン係数を、収音信号スペクトルと類似度係数とエコーパワー推定値を入力として、類似度係数が1に近づくほど小さな値になるように計算するエコー抑圧ゲイン計算段階と、を有する。   An echo suppression gain estimation method according to the present invention includes a reproduction signal frequency analysis stage for converting a reproduction signal into a frequency domain reproduction signal spectrum, and a sound collection signal frequency analysis stage for converting a sound collection signal into a frequency domain sound collection signal spectrum. An echo power estimation stage for calculating an echo power estimation value by inputting the reproduction signal spectrum and the collected sound signal spectrum, and calculating an inner product value of the reproduction signal spectrum and the collected sound signal spectrum for each of the reproduced signal spectrum and the collected sound signal spectrum. The similarity coefficient calculation stage that calculates the similarity coefficient normalized by the product of the magnitude, the gain coefficient that suppresses the echo, the sound collection signal spectrum, the similarity coefficient, and the echo power estimation value as inputs, and the similarity coefficient And an echo suppression gain calculation stage for calculating so as to be smaller as the value approaches 1.

この発明のエコー抑圧ゲイン推定方法によれば、類似度係数は、収音信号中のエコー成分の割合を表わす値であるので、類似度係数が1に近づくほどゲイン係数が小さくなりエコーが抑圧される。と同時にこのようにして求めたゲイン係数は、近端話者信号s(k)の欠損を軽減するように動作する。したがって、従来法に比べて音声歪みに対して頑健なミュージカルノイズ発生の少ないエコー抑圧を行うことが可能になる。   According to the echo suppression gain estimation method of the present invention, since the similarity coefficient is a value representing the proportion of echo components in the collected sound signal, the gain coefficient decreases as the similarity coefficient approaches 1, and the echo is suppressed. The At the same time, the gain coefficient obtained in this way operates to reduce the loss of the near-end speaker signal s (k). Therefore, it is possible to perform echo suppression with less musical noise generation, which is more robust against voice distortion than the conventional method.

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。複数の図面中同一のものには同じ参照符号を付し、説明は繰り返さない。
〔発明の基本的な考え〕
実施例の説明の前に、この発明のエコー抑圧方法の基本的な考えを説明する。この発明は、従来考慮していなかったエコーパワーDωとエコー消去信号スペクトルEωとの相関をふまえた評価量ε(式(3))の最小解を得ることで、エコー抑圧ゲイン推定の高精度化を図る考えである。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The same reference numerals are given to the same components in a plurality of drawings, and the description will not be repeated.
[Basic idea of the invention]
Prior to the description of the embodiments, the basic idea of the echo suppression method of the present invention will be described. The present invention, evaluation amount in light of the correlation of the echo-power D omega was not conventionally considered echo-canceled signal spectrum E omega epsilon to obtain a minimum solution of (formula (3)), the echo suppression gain estimator high The idea is to improve accuracy.

上記した式(5)を変形するとゲイン係数Gωは式(6)で表せる。

Figure 2009188724
When the above equation (5) is modified, the gain coefficient can be expressed by equation (6).
Figure 2009188724

ここでrωはエコーパワーDωとエコー消去信号スペクトルEωの複素コヒーレンスを示す。Dω=Hω ωを用いてrωから未知のベクトルDωを消去すると式(7)で表せる。

Figure 2009188724
Here, r ω represents the complex coherence between the echo power D ω and the echo cancellation signal spectrum E ω . If the unknown vector D ω is eliminated from r ω using D ω = H ω * X ω , it can be expressed by equation (7).
Figure 2009188724

ここで*は複素共役を表す。式(7)から分かるようにDωを消去しても未知の変数であるHωが存在するため、rωを求めることは困難である。そこでこの発明では、その絶対値ならば式(8)に示すようにHωが消去可能なことに着目する。

Figure 2009188724
そしてゲイン係数を式(9)に示すように与える。
Figure 2009188724
Here, * represents a complex conjugate. As can be seen from equation (7), even if is eliminated, it is difficult to obtain because there is an unknown variable . Therefore, in the present invention, attention is paid to the fact that H ω can be erased as shown in the equation (8) if the absolute value.
Figure 2009188724
The gain coefficient is given as shown in equation (9).
Figure 2009188724

|rω|は、再生信号スペクトルXωと収音信号スペクトルYωの内積値を、再生信号スペクトルの大きさ‖Xω‖と、収音信号スペクトルの大きさ(ノムル)‖Yω‖の積で正規化した値である(以降、|rω|の絶対値記号は省略して表記する)。この時のrωは、時間軸方向だけでなく周波数軸方向に着目して計算してもよい。なお、この値は収音信号スペクトル中のエコー成分の割合を示す。以降、rωを類似度係数と称する。なお、Gω のpは、式(2)のゲイン係数Gωと区別するための記号である。 | R ω | is the inner product value of the reproduction signal spectrum X ω and the collected sound signal spectrum Y ω , which is obtained by calculating the reproduction signal spectrum size ‖X ω 、 and the collected signal spectrum size (nom) ‖ Y ω ‖. The value normalized by the product (hereinafter, the absolute value symbol of | r ω | is omitted). The r ω at this time may be calculated by paying attention not only to the time axis direction but also to the frequency axis direction. This value indicates the ratio of echo components in the collected sound signal spectrum. Hereinafter, r ω is referred to as a similarity coefficient. Note that p in G ω p is a symbol for distinguishing from the gain coefficient G ω in Equation (2).

類似度係数rωはダブルトーク時には0に近づく、この値を用いて式(9)でゲイン係数を求めると、近端話者信号の欠損を軽減するゲイン係数にすることができる。よって、従来法に比べて音声歪みに対して頑健なミュージカルノイズの発生の少ないエコー抑圧が期待できる。 The similarity coefficient r ω approaches 0 at the time of double talk, and if this value is used to determine the gain coefficient using Equation (9), it can be a gain coefficient that reduces the loss of the near-end speaker signal. Therefore, it is possible to expect echo suppression with less generation of musical noise that is more robust against voice distortion than the conventional method.

図1にこの発明のエコー抑圧ゲイン推定方法を用いたエコー消去装置10の機能構成例を実施例1として示す。その動作フローを図2に示す。エコー消去装置10は、再生信号周波数分析部81と、収音信号周波数分析部82と、エコーパワー推定部83と、類似度係数計算部12と、エコー抑圧ゲイン計算部14と、乗算部85と、周波数合成部86とを備える。この例のエコー消去装置10は、例えばROM、RAM、CPU等で構成されるコンピュータに所定のプログラムが読み込まれて、CPUがそのプログラムを実行することで実現されるものである。   FIG. 1 shows a functional configuration example of an echo canceling apparatus 10 using the echo suppression gain estimation method of the present invention as a first embodiment. The operation flow is shown in FIG. The echo cancellation apparatus 10 includes a reproduction signal frequency analysis unit 81, a sound pickup signal frequency analysis unit 82, an echo power estimation unit 83, a similarity coefficient calculation unit 12, an echo suppression gain calculation unit 14, a multiplication unit 85, And a frequency synthesizer 86. The echo canceling apparatus 10 of this example is realized by reading a predetermined program into a computer composed of, for example, a ROM, a RAM, a CPU, and the like, and executing the program by the CPU.

エコー消去装置10は、従来技術を説明したエコー消去装置80のゲイン計算部84を、類似度係数計算部12とエコー抑圧ゲイン計算部14とに置き換えたものである。再生信号周波数分析部81は、再生信号x(k)を周波数領域の再生信号スペクトルXωに変換する(ステップS81)。収音信号周波数分析部82は、収音信号y(k)を周波数領域の収音信号スペクトルYωに変換する(ステップS82)。 The echo cancellation apparatus 10 is obtained by replacing the gain calculation unit 84 of the echo cancellation apparatus 80 described in the prior art with a similarity coefficient calculation unit 12 and an echo suppression gain calculation unit 14. The reproduction signal frequency analysis unit 81 converts the reproduction signal x (k) into a reproduction signal spectrum in the frequency domain (step S81). Collected sound signal frequency analyzer 82 converts the collected sound signal y (k) in the collected sound signal spectrum Y omega in the frequency domain (step S82).

エコーパワー推定部83は、再生信号スペクトルXωと収音信号スペクトルYωとを入力として上記した式(1)に示すエコーパワー推定値|Dω^|を計算する(ステップS83)。
類似度係数計算部12は、再生信号スペクトルXωと収音信号スペクトルYωとを入力として、内積<Xω,Yω>を例えば式(10)で、再生信号スペクトルの大きさ‖Xω‖と、収音信号スペクトルの大きさ‖Yω‖を例えば式(11)と式(12)でそれぞれ計算する。
The echo power estimation unit 83 calculates the echo power estimated value | D ω ^ | 2 shown in the above equation (1) by using the reproduction signal spectrum X ω and the collected sound signal spectrum Y ω as inputs (step S83).
The similarity coefficient calculation unit 12 receives the reproduction signal spectrum X ω and the collected sound signal spectrum Y ω as input, and uses the inner product <X ω , Y ω > by Equation (10), for example, and the reproduction signal spectrum size ‖ X ω ‖ And the magnitude of the collected sound signal spectrum ‖ Y ωば are calculated by, for example, Expression (11) and Expression (12), respectively.

Figure 2009188724
ここで、*は複素共役、 ̄は1フレーム過去であることを表わす。εは0<ε≦1を満たす忘却係数であり、指数関数的な減衰の時定数を決定する。例えばε=0.016とする。εが1に近づくほど現在の再生信号スペクトルXωと収音信号スペクトルYωに依存した(重み付けされた)それぞれの値になる。なお、式(10)〜(12)は従来から用いられている式である。また、周波数軸方向にも着目した式(13)〜(15)を用いてもよい。
Figure 2009188724
Here, * represents a complex conjugate and  ̄ represents one frame in the past. ε is a forgetting factor satisfying 0 <ε ≦ 1, and determines an exponential decay time constant. For example, ε = 0.016. As ε approaches 1, the values depend (weight) on the current reproduction signal spectrum X ω and the collected sound signal spectrum Y ω . In addition, Formula (10)-(12) is a formula used conventionally. Moreover, you may use Formula (13)-(15) which paid its attention also to the frequency-axis direction.

Figure 2009188724
ここでM1〜M2は所定の周波数範囲を表わす。式(13)〜(15)は周波数軸方向に相関を取った後に時間軸方向の相関を取る形である。相関を取る順番は逆でもよい。また、式(10)に替えて位相成分を考慮しない絶対値から求める式(16)を用いてもよい。
Figure 2009188724
Here, M 1 to M 2 represent a predetermined frequency range. Expressions (13) to (15) are forms in which the correlation is taken in the time axis direction after the correlation is taken in the frequency axis direction. The order of correlation may be reversed. Further, instead of Expression (10), Expression (16) obtained from an absolute value that does not consider the phase component may be used.

Figure 2009188724
Figure 2009188724

類似度係数計算部12は、式(10)〜(12)でそれぞれの値を計算した後に、上記した式(8)で類似度係数rωを計算する(ステップS12)。 The similarity coefficient calculation unit 12 calculates the respective values using the equations (10) to (12), and then calculates the similarity coefficient r ω using the above equation (8) (step S12).

エコー抑圧ゲイン計算部14は、エコーパワー推定値|Dω^|と類似度係数rωを入力として式(9)に示すゲイン係数Gω を計算する(ステップS14)。式(9)から明らかなようにゲイン係数Gω は、類似度係数rωが1に近づくほど小さな値になる。それは、エコーパワー抑圧ゲイン計算部14内に設けられたエコーパワー調整手段14aによって、エコーパワー推定値|Dω^|に類似度係数rωが乗算されて調整されることによる。 The echo suppression gain calculation unit 14 calculates the gain coefficient G ω p shown in Expression (9) using the echo power estimated value | D ω ^ | 2 and the similarity coefficient r ω as inputs (step S14). As is clear from Equation (9), the gain coefficient G ω p becomes smaller as the similarity coefficient r ω approaches 1. This is because the echo power adjustment means 14a provided in the echo power suppression gain calculator 14 adjusts the echo power estimated value | D ω ^ | 2 by multiplying it by the similarity coefficient r ω .

エコー抑圧ゲイン計算部14の構成を図3に示して更に詳しく説明する。エコー抑圧ゲイン計算部14は、エコーパワー調整手段14aと、減算手段14bと、除算手段14cと、エコーの消し残りを無くす定数Cを記録したレジスタ14dと、強調係数αを記録したレジスタ14eとを備える。   The configuration of the echo suppression gain calculation unit 14 will be described in detail with reference to FIG. The echo suppression gain calculation unit 14 includes an echo power adjusting unit 14a, a subtracting unit 14b, a dividing unit 14c, a register 14d that records a constant C that eliminates an echo cancellation residue, and a register 14e that records an enhancement coefficient α. Prepare.

エコーパワー調整手段14aは、エコーパワー推定値|Dω^|と類似度係数rωを入力として、それぞれの値を強調係数αでべき乗した後にお互いを乗算し、さらにその値に定数Cを乗算してエコーパワー調整値を計算する(図4のステップS14a)。
減算手段14bは、エコーパワー調整値と収音信号スペクトルYωとを入力とし、収音信号スペクトルYωの絶対値を強調係数αでべき乗した値からエコーパワー調整値を減算する(ステップS14b)。
The echo power adjustment means 14a receives the estimated echo power value | D ω ^ | 2 and the similarity coefficient r ω as input, multiplies each value by the power of the enhancement coefficient α, and multiplies each value by a constant C. The echo power adjustment value is calculated by multiplication (step S14a in FIG. 4).
Subtracting means 14b inputs the echo power adjustment value and the collected signal spectrum Y omega, subtracts the echo-power adjustment values to absolute values of sound collection signal spectrum Y omega from the value raised to the power of the enhancement coefficient alpha (step S14b) .

除算手段14cは、減算手段14bの出力信号を、収音信号スペクトルYωの絶対値を強調係数αでべき乗した値で除算してゲイン係数Gω を出力する(ステップSS14c)。つまり、エコー抑圧ゲイン計算部14は、式(17)を計算してゲイン係数Gω を出力する。

Figure 2009188724
ここで強調係数αは正の数であるとして例えば2とする。定数Cは正の数であるとして例えば1.5とする。強調係数αと、定数Cは、類似度係数rωが通常1以下であることから設けられた値でありゲイン係数Gω を適当な値に調整するものである。強調係数α=2とするとウィナーフィルターに近い式になる。 The dividing unit 14c divides the output signal of the subtracting unit 14b by a value obtained by raising the absolute value of the collected sound signal spectrum Y ω to the power of the enhancement coefficient α, and outputs a gain coefficient G ω p (step SS14c). That is, the echo suppression gain calculation unit 14 calculates Expression (17) and outputs the gain coefficient G ω p .
Figure 2009188724
Here, the enhancement coefficient α is assumed to be a positive number, for example, 2. The constant C is assumed to be a positive number, for example, 1.5. The enhancement coefficient α and the constant C are values provided because the similarity coefficient r ω is usually 1 or less, and are used to adjust the gain coefficient G ω p to an appropriate value. When the emphasis coefficient α = 2, the expression is close to a Wiener filter.

以上のようにして求めたゲイン係数Gω は、近端話者信号s(k)の欠損を軽減するようにエコー消去装置10を動作させる。したがって、従来法に比べて音声歪みに対して頑健なミュージカルノイズ発生の少ないエコー抑圧を行うことが可能になる。 The gain coefficient G ω p obtained as described above operates the echo canceller 10 so as to reduce the loss of the near-end speaker signal s (k). Therefore, it is possible to perform echo suppression with less musical noise generation, which is more robust against voice distortion than the conventional method.

図5にこの発明のエコー抑圧ゲイン計算部50の機能構成例を実施例2として示す。その動作フローを図6に示す。エコー抑圧ゲイン計算部50は、実施例1のエコー抑圧ゲイン計算部14の計算方法を変えたものであり、ゲイン計算手段50aと、非類似度係数生成手段50bと、乗算手段50cと、定数Cを記録したレジスタ14dと、強調係数αを記録したレジスタ14eとを備える。   FIG. 5 shows a functional configuration example of the echo suppression gain calculation unit 50 of the present invention as a second embodiment. The operation flow is shown in FIG. The echo suppression gain calculation unit 50 is obtained by changing the calculation method of the echo suppression gain calculation unit 14 of the first embodiment, and includes a gain calculation unit 50a, a dissimilarity coefficient generation unit 50b, a multiplication unit 50c, and a constant C. And a register 14e in which the enhancement coefficient α is recorded.

ゲイン計算手段50aは、エコーパワー推定値|Dω^|と収音信号スペクトルYωを入力として、それぞれの絶対値を強調係数αでべき乗する。べき乗された収音信号スペクトル|Yω|αからエコーパワー推定値をべき乗した値を減算し、さらに減算した値を収音信号スペクトル|Yω|αで除算してゲインを計算する(ステップS50a)。
非類似度係数生成手段50bは、類似度係数rωを入力として1から類似度係数rωを引き算して非類似度係数を生成する(ステップS50b)。乗算手段50cは、ゲイン計算手段50aの出力するゲインに、非類似度係数と定数Cを乗算してゲイン係数Gω を出力する(ステップS50c)。つまり、エコー抑圧ゲイン計算部50は、式(18)を計算してゲイン係数Gω を出力する。
The gain calculation means 50a receives the echo power estimated value | D ω ^ | 2 and the collected sound signal spectrum Y ω as inputs, and raises each absolute value to the power of the enhancement coefficient α. Power has been collected sound signal spectrum | Y omega | subtracts the power value of the echo power estimate from alpha, further subtracted value collected sound signal spectrum | Y omega | calculating the gain by dividing the alpha (step S50a ).
Dissimilarity coefficient generation means 50b generates the dissimilarity coefficient by subtracting a similarity coefficient r omega 1 as input a similarity coefficient r omega (step S50b). Multiplication means 50c is the output gain of the gain calculation unit 50a, by multiplying the dissimilarity coefficient and the constant C outputs a gain coefficient G omega p (step S50c). That is, the echo suppression gain calculation unit 50 calculates Expression (18) and outputs the gain coefficient G ω p .

Figure 2009188724
以上のようにして求めたゲイン係数Gω でも、従来法に比べて音声歪みに対して頑健なミュージカルノイズ発生の少ないエコー抑圧を行うことが可能になる。
〔シミュレーション結果〕
この発明のエコー抑圧ゲイン推定方法を、短時間スペクトル振幅エコー抑圧処理に適用して従来法と性能比較を行った。シミュレーション条件は、サンプリング周波数16kHz、周波数分析長256点、1/2オーバーラップ加算による周波数分析合成、エコー経路d(k)の残響時間は300msの部屋とし、4096点で計算を打ち切りとした。
Figure 2009188724
Even with the gain coefficient G ω p determined as described above, it is possible to perform echo suppression that is more robust against voice distortion than the conventional method and generates less musical noise.
〔simulation result〕
The performance of the echo suppression gain estimation method of the present invention was compared with that of the conventional method by applying it to the short-time spectral amplitude echo suppression processing. The simulation conditions were a sampling frequency of 16 kHz, a frequency analysis length of 256 points, frequency analysis synthesis by 1/2 overlap addition, a reverberation time of the echo path d (k) was a room of 300 ms, and the calculation was terminated at 4096 points.

シミュレーション結果を図7に示す。図7(a)はエコー信号のみの状態(シングルトーク)のエコー信号を破線で示し、そのエコー信号の時の出力信号e(k)を従来法を点線で、この発明の方法を実線で示す。図7(b)はダブルトーク状態の各同じ信号を示す。横軸は時間を秒〔S〕で、縦軸はパワーを〔dB〕で表わす。   The simulation result is shown in FIG. FIG. 7 (a) shows the echo signal in the state of only the echo signal (single talk) by a broken line, and the output signal e (k) at the time of the echo signal shows the conventional method by a dotted line and the method of the present invention by a solid line. . FIG. 7B shows the same signals in the double talk state. The horizontal axis represents time in seconds [S], and the vertical axis represents power in [dB].

図7(a)から従来方式とこの発明の方式は、共に20dB以上の十分なエコー抑圧性能を示していることが分かる。図7(b)のダブルトーク状態では、7〜8秒の間において従来法の近端話者信号が6dB程度欠損している部分が見て取れる。それに対してこの発明の方法では、全体を通して近端話者信号を再現できていることが分かる。   From FIG. 7A, it can be seen that both the conventional method and the method of the present invention show sufficient echo suppression performance of 20 dB or more. In the double talk state of FIG. 7B, a portion where the near-end speaker signal of the conventional method is lost by about 6 dB can be seen in 7 to 8 seconds. In contrast, it can be seen that the method of the present invention can reproduce the near-end speaker signal throughout.

以上のようにこの発明のエコー抑圧ゲイン推定方法を用いることで高いエコー抑圧性能を達成しながらミュージカルノイズ発生を軽減することができる。
なお、この発明の方法及び装置は上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。また、上記方法及び装置において説明した処理は、記載の順に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されるとしてもよい。
As described above, by using the echo suppression gain estimation method of the present invention, it is possible to reduce the occurrence of musical noise while achieving high echo suppression performance.
In addition, the method and apparatus of this invention are not limited to the above-mentioned embodiment, In the range which does not deviate from the meaning of this invention, it can change suitably. Further, the processes described in the above method and apparatus are not only executed in time series according to the order of description, but also may be executed in parallel or individually as required by the processing capability of the apparatus that executes the processes. Good.

また、上記装置における処理手段をコンピュータによって実現する場合、各装置が有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述される。そして、このプログラムをコンピュータで実行することにより、各装置における処理手段がコンピュータ上で実現される。   Further, when the processing means in the above apparatus is realized by a computer, the processing contents of functions that each apparatus should have are described by a program. Then, by executing this program on the computer, the processing means in each apparatus is realized on the computer.

この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等どのようなものでもよい。具体的には、例えば、磁気記録装置として、ハードディスク装置、フレキシブルディスク、磁気テープ等を、光ディスクとして、DVD(Digital Versatile Disc)、DVD−RAM(Random Access Memory)、CD−ROM(Compact Disc Read Only Memory)、CD−R(Recordable)/RW(ReWritable)等を、光磁気記録媒体として、MO(Magneto Optical disc)等を、半導体メモリとしてEEP−ROM(Electronically Erasable and Programmable-Read Only Memory)等を用いることができる。   The program describing the processing contents can be recorded on a computer-readable recording medium. As the computer-readable recording medium, for example, any recording medium such as a magnetic recording device, an optical disk, a magneto-optical recording medium, and a semiconductor memory may be used. Specifically, for example, as a magnetic recording device, a hard disk device, a flexible disk, a magnetic tape or the like, and as an optical disk, a DVD (Digital Versatile Disc), a DVD-RAM (Random Access Memory), a CD-ROM (Compact Disc Read Only). Memory), CD-R (Recordable) / RW (ReWritable), etc., magneto-optical recording medium, MO (Magneto Optical disc), etc., semiconductor memory, EEP-ROM (Electronically Erasable and Programmable-Read Only Memory), etc. Can be used.

また、このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したDVD、CD−ROM等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記録装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させる構成としてもよい。
また、各手段は、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させることにより構成することにしてもよいし、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェア的に実現することとしてもよい。
The program is distributed by selling, transferring, or lending a portable recording medium such as a DVD or CD-ROM in which the program is recorded. Further, the program may be distributed by storing the program in a recording device of a server computer and transferring the program from the server computer to another computer via a network.
Each means may be configured by executing a predetermined program on a computer, or at least a part of these processing contents may be realized by hardware.

この発明のエコー抑圧ゲイン推定方法を用いたエコー消去装置10の機能構成例を示す図。The figure which shows the function structural example of the echo cancellation apparatus 10 using the echo suppression gain estimation method of this invention. この発明のエコー抑圧ゲイン推定方法の動作フローを示す図。The figure which shows the operation | movement flow of the echo suppression gain estimation method of this invention. エコー抑圧ゲイン計算部14の機能構成例を示す図。The figure which shows the function structural example of the echo suppression gain calculation part 14. FIG. エコー抑圧ゲイン計算部14のより詳細な動作フローを含めたエコー抑圧ゲイン推定方法の動作フローを示す図。The figure which shows the operation | movement flow of the echo suppression gain estimation method including the more detailed operation | movement flow of the echo suppression gain calculation part 14. FIG. エコー抑圧ゲイン計算部50の機能構成例を示す図。The figure which shows the function structural example of the echo suppression gain calculation part 50. FIG. エコー抑圧ゲイン計算部50の動作フローを含めたエコー抑圧ゲイン推定方法の動作フローを示す図。The figure which shows the operation | movement flow of the echo suppression gain estimation method including the operation | movement flow of the echo suppression gain calculation part 50. FIG. シミュレーション結果を示す図。The figure which shows a simulation result. 従来のエコー消去装置80の機能構成例を示す図。The figure which shows the function structural example of the conventional echo cancellation apparatus 80. FIG.

Claims (10)

再生信号を周波数領域の再生信号スペクトルに変換する再生信号周波数分析段階と、
収音信号を周波数領域の収音信号スペクトルに変換する収音信号周波数分析段階と、
上記再生信号スペクトルと上記収音信号スペクトルとを入力としてエコーパワー推定値を計算するエコーパワー推定段階と、
上記再生信号スペクトルと上記収音信号スペクトルの内積値を、上記再生信号スペクトルと上記収音信号スペクトルのそれぞれの大きさの積で正規化した類似度係数を計算する類似度係数計算段階と、
上記収音信号スペクトルと、上記類似度係数と、上記エコーパワー推定値とを入力として、エコーを抑圧するゲイン係数を上記類似度係数が1に近づくほど小さな値になるように計算するエコー抑圧ゲイン計算段階と、
を有するエコー抑圧ゲイン推定方法。
A reproduction signal frequency analysis stage for converting the reproduction signal into a reproduction signal spectrum in the frequency domain;
A sound collection signal frequency analysis stage for converting the sound collection signal into a frequency-domain sound collection signal spectrum;
An echo power estimation step of calculating an echo power estimation value using the reproduction signal spectrum and the collected sound signal spectrum as inputs;
A similarity coefficient calculating step of calculating a similarity coefficient obtained by normalizing the inner product value of the reproduced signal spectrum and the collected sound signal spectrum by a product of the respective sizes of the reproduced signal spectrum and the collected sound signal spectrum;
Echo suppression gain that receives the sound collection signal spectrum, the similarity coefficient, and the echo power estimation value and calculates a gain coefficient for suppressing echo so that the gain coefficient becomes smaller as the similarity coefficient approaches 1 The calculation stage;
An echo suppression gain estimation method comprising:
請求項1に記載のエコー抑圧ゲイン推定方法において、
上記エコー抑圧ゲイン計算段階は、上記エコーパワー推定値に上記類似度係数を乗算したエコーパワー調整値を生成するエコーパワー調整過程を、含むことを特徴とするエコー抑圧ゲイン推定方法。
The echo suppression gain estimation method according to claim 1,
The echo suppression gain estimation method, wherein the echo suppression gain calculation step includes an echo power adjustment process for generating an echo power adjustment value obtained by multiplying the echo power estimation value by the similarity coefficient.
請求項2に記載のエコー抑圧ゲイン推定方法において、
上記エコー抑圧ゲイン計算段階は、
上記エコーパワー調整過程と、
上記収音信号スペクトルから上記エコーパワー調整値を減算する減算過程と、
上記減算過程の出力信号を上記収音信号スペクトルで除算する除算過程と、
から成ることを特徴とするエコー抑圧ゲイン推定方法。
The echo suppression gain estimation method according to claim 2,
The echo suppression gain calculation stage is
The above echo power adjustment process,
A subtraction process for subtracting the echo power adjustment value from the collected sound signal spectrum;
A division process of dividing the output signal of the subtraction process by the collected sound signal spectrum;
An echo suppression gain estimation method comprising:
請求項1に記載のエコーゲイン抑圧推定方法において、
上記エコー抑圧ゲイン計算段階は、
上記収音信号スペクトルと上記エコーパワー推定値とからゲインを計算するゲイン計算過程と、
上記類似度係数から非類似度係数を生成する非類似度係数生成過程と、
上記ゲインに上記非類似度係数を乗算する乗算過程と、
から成ることを特徴とするエコー抑圧ゲイン推定方法。
The echo gain suppression estimation method according to claim 1,
The echo suppression gain calculation stage is
A gain calculation process for calculating a gain from the collected sound signal spectrum and the echo power estimation value;
A dissimilarity coefficient generation process for generating a dissimilarity coefficient from the similarity coefficient;
A multiplication process for multiplying the gain by the dissimilarity coefficient;
An echo suppression gain estimation method comprising:
再生信号を周波数領域の再生信号スペクトルに変換する再生信号周波数分析部と、
収音信号を周波数領域の収音信号スペクトルに変換する収音信号周波数分析部と、
上記再生信号スペクトルと上記収音信号スペクトルとを入力としてエコーパワー推定値を計算するエコーパワー推定部と、
上記再生信号スペクトルと上記収音信号スペクトルの内積値を、上記再生信号スペクトルと上記収音信号スペクトルのそれぞれの大きさの積で正規化した類似度係数を計算する類似度係数計算部と、
上記収音信号スペクトルと、上記類似度係数と、上記エコーパワー推定値とを入力としてエコーを抑圧するゲイン係数を、上記類似度係数が1に近づくほど小さな値になるように計算するエコー抑圧ゲイン計算部と、
を具備するエコー消去装置。
A reproduction signal frequency analysis unit for converting the reproduction signal into a reproduction signal spectrum in the frequency domain;
A sound collecting signal frequency analysis unit for converting the sound collecting signal into a sound collecting signal spectrum in the frequency domain;
An echo power estimator for calculating an echo power estimated value by inputting the reproduction signal spectrum and the collected sound signal spectrum;
A similarity coefficient calculator that calculates a similarity coefficient obtained by normalizing the inner product value of the reproduced signal spectrum and the collected sound signal spectrum by a product of the respective sizes of the reproduced signal spectrum and the collected sound signal spectrum;
Echo suppression gain for calculating a gain coefficient for suppressing echoes by using the collected sound signal spectrum, the similarity coefficient, and the echo power estimation value as input so that the gain coefficient decreases as the similarity coefficient approaches 1. A calculation unit;
An echo canceller comprising:
請求項5に記載のエコー消去装置において、
上記エコー抑圧ゲイン計算部は、上記エコーパワー推定値に上記類似度係数を乗算したエコーパワー調整値を生成するエコーパワー調整手段を、含むことを特徴とするエコー消去装置。
The echo canceller according to claim 5, wherein
The echo cancellation apparatus, wherein the echo suppression gain calculation unit includes echo power adjustment means for generating an echo power adjustment value obtained by multiplying the echo power estimated value by the similarity coefficient.
請求項6に記載のエコー消去装置において、
上記エコー抑圧ゲイン計算部は、上記エコーパワー調整手段と、
上記収音信号スペクトルから上記エコーパワー調整値を減算する減算手段と、
上記減算手段の出力信号を上記収音信号スペクトルで除算する除算手段と、
から成ることを特徴とするエコー消去装置。
The echo canceller according to claim 6, wherein
The echo suppression gain calculation unit includes the echo power adjustment unit,
Subtracting means for subtracting the echo power adjustment value from the collected sound signal spectrum;
Division means for dividing the output signal of the subtraction means by the collected sound signal spectrum;
An echo canceller characterized by comprising:
請求項5に記載のエコー消去装置において、
上記エコー抑圧ゲイン計算部は、上記収音信号スペクトルと上記エコーパワー推定値とからゲインを計算するゲイン計算手段と、
上記類似度係数から非類似度係数を生成する非類似度係数生成手段と、
上記ゲインに上記非類似度係数を乗算する乗算手段と、
から成ることを特徴とするエコー消去装置。
The echo canceller according to claim 5, wherein
The echo suppression gain calculation unit includes gain calculation means for calculating a gain from the collected sound signal spectrum and the echo power estimated value;
Dissimilarity coefficient generating means for generating a dissimilarity coefficient from the similarity coefficient;
Multiplying means for multiplying the gain by the dissimilarity coefficient;
An echo canceller characterized by comprising:
請求項5乃至8の何れかに記載したエコー消去装置としてコンピュータを機能させるための装置プログラム。   An apparatus program for causing a computer to function as the echo canceling apparatus according to claim 5. 請求項9に記載した何れかの装置プログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。   A computer-readable recording medium on which any of the apparatus programs according to claim 9 is recorded.
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