JP2010288174A - Frequency domain echo cancellation device, frequency domain echo cancellation method, and program - Google Patents

Frequency domain echo cancellation device, frequency domain echo cancellation method, and program Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a frequency domain echo cancellation technology, wherein update of adaptive filter coefficients converges quickly. <P>SOLUTION: As the basic principle of the frequency domain echo cancellation technology, the characteristics of an echo path are adopted when an adaptive filter update coefficient vector is transformed from a frequency domain signal to a time domain signal in order to constrain the vector. In other words, the characteristics of the echo path are given to the unconstrained time domain adaptive filter update coefficient vector. When an overlap-save method is used in order to achieve the linear convolution of time domain by the cyclic convolution in the discrete Fourier transform, the residual elements of overlap out of the unconstrained time domain adaptive filter update coefficients are multiplied by the attenuation coefficients, and the discard elements of overlap out of the unconstrained time domain adaptive filter update coefficients are replaced by 0, thus constraining the adaptive filter update coefficient vector. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、拡声通信会議などで使用され、音響信号中のエコーを除去するエコー除去技術に関する。   The present invention relates to an echo removal technique that is used in a loudspeaker communication conference or the like and removes an echo in an acoustic signal.

＜明細書等における記号についての注意＞
一般的な慣例に従い、可能な限り、ベクトルを太字で表記し、スカラーを斜字体で表記することにする。しかし、制度的制約を受けて、ベクトルとスカラーを共に同じ記号で表記している部分がある。このような場合、当該記号がベクトルを意図する場合にベクトルという文言を付すことで、これとスカラーを意図する場合とを区別する。行列についても同様である。 <Notes on symbols in the description>
In accordance with common practice, whenever possible, vectors will be written in bold and scalars will be written in italics. However, due to institutional constraints, there are parts where both vectors and scalars are represented by the same symbol. In such a case, when the symbol intends a vector, the word “vector” is added to distinguish this from the case where a scalar is intended. The same applies to the matrix.

＜背景技術＞
図４は、従来の音響エコー除去装置（以下、エコーキャンセラという。）の要所を示す機能ブロック図である。 <Background technology>
FIG. 4 is a functional block diagram showing the main points of a conventional acoustic echo removal apparatus (hereinafter referred to as echo canceller).

受話部１から送られてくる受話信号x(k)（ただしkは時刻を表す。）はスピーカ２で再生される。スピーカ２で再生された音は、反響路３を通り、マイクロホン４で収音される。マイクロホン４で収音されたエコー信号d(k)はエコー除去され、このエコー除去処理で得られた残留信号e(k)が送話部５へ至る。適応フィルタ適用部６は、フィルタ係数ベクトルw(k)を用いて、受話信号x(k)を入力として、擬似エコー信号y(k)を生成する。擬似エコー信号y(k)は、フィルタ係数ベクトルw(k)と受話信号ベクトルx(k)を用いて式（１）で計算される。ここでTは転置を表す。wj(k)(j=1,…,L)は適応フィルタの各係数である（下記式（３）参照）。

Figure 2010288174
The reception signal x (k) (where k represents time) transmitted from the reception unit 1 is reproduced by the speaker 2. The sound reproduced by the speaker 2 passes through the echo path 3 and is collected by the microphone 4. The echo signal d (k) picked up by the microphone 4 is echo-removed, and the residual signal e (k) obtained by this echo removal processing reaches the transmitter 5. The adaptive filter application unit 6 uses the filter coefficient vector w (k) and receives the received signal x (k) as an input to generate a pseudo echo signal y (k). The pseudo echo signal y (k) is calculated by Expression (1) using the filter coefficient vector w (k) and the received signal vector x (k). Here, T represents transposition. w j (k) (j = 1,..., L) is each coefficient of the adaptive filter (see the following formula (3)).
Figure 2010288174

減算部７は、マイクロホン４の出力であるエコー信号d(k)から擬似エコー信号y(k)を差し引き、残留信号e(k)を生成する。適応フィルタ推定部８は、残留信号e(k)と、受話信号x(k)を入力して、フィルタ係数ベクトルw(k)を逐次推定する。適応フィルタ推定部８が推定したフィルタ係数ベクトルw(k)は、適応フィルタ適用部６へ逐次コピーされる。適応フィルタ推定部８のフィルタ係数ベクトルw(k)は、式（２）に従って逐次更新される。ここで、μは更新量を制御するためのパラメータであり、Ｌは適応フィルタのフィルタ長である。

Figure 2010288174
The subtractor 7 subtracts the pseudo echo signal y (k) from the echo signal d (k) that is the output of the microphone 4 to generate a residual signal e (k). The adaptive filter estimation unit 8 receives the residual signal e (k) and the received signal x (k), and sequentially estimates the filter coefficient vector w (k). The filter coefficient vector w (k) estimated by the adaptive filter estimation unit 8 is sequentially copied to the adaptive filter application unit 6. The filter coefficient vector w (k) of the adaptive filter estimation unit 8 is sequentially updated according to Equation (2). Here, μ is a parameter for controlling the update amount, and L is the filter length of the adaptive filter.
Figure 2010288174

時刻ｋにおける更新ベクトルΔw(k)は適応アルゴリズムによって異なり、それに伴って更新ベクトルを制御するパラメータμも異なる。例えば学習同定法だと、式（５）のように表される。この場合、０＜μ＜２である。

Figure 2010288174
The update vector Δw (k) at time k varies depending on the adaptation algorithm, and the parameter μ for controlling the update vector varies accordingly. For example, the learning identification method is expressed as shown in Equation (5). In this case, 0 <μ <2.
Figure 2010288174

適応フィルタ適用部６で模擬される擬似反響路が反響路３に等しくなるまでの時間が短ければ短いほど、通話相手へエコーが返る時間が短くなる。この時間を短くするため、これらが等しくなるまでの更新の収束速度を速くする研究が多くなされている。その中で、反響路３の特性を式（２）に取り入れて収束速度を速くするＥＳアルゴリズムが知られている。   The shorter the time it takes for the simulated echo path simulated by the adaptive filter application unit 6 to be equal to the echo path 3, the shorter the time for the echo to return to the other party. In order to shorten this time, many studies have been made to increase the convergence speed of updates until they are equal. Among them, an ES algorithm is known that increases the convergence speed by incorporating the characteristics of the echo path 3 into the equation (2).

図５は、ＥＳアルゴリズムを用いるエコーキャンセラの要所を示す機能ブロック図である。図４に示す構成要素と共通の構成要素には、同じ参照番号を付している。
ＥＳアルゴリズムを用いる構成は、減衰係数αiを与える減衰係数保持部９を具備している。ＥＳアルゴリズムによる更新則は式（８）で表される。ここで、diag[…]はベクトルの各要素を対角要素に持つ対角行列を表し、TRは残響時間を表し、TSはサンプリング周期を表す。反響路のインパルス応答は、指数減衰することが知られており、この特性を取り入れることにより、収束速度を速くしている（非特許文献１参照）。

Figure 2010288174
FIG. 5 is a functional block diagram showing the main points of an echo canceller using the ES algorithm. Components common to those shown in FIG. 4 are given the same reference numerals.
The configuration using the ES algorithm includes an attenuation coefficient holding unit 9 that provides an attenuation coefficient α i . The update rule by the ES algorithm is expressed by Expression (8). Here, diag [...] represents a diagonal matrix with each element of the vector on the diagonal, T R denotes the reverberation time, T S represents the sampling period. The impulse response of the echo path is known to exponentially decay, and the convergence speed is increased by incorporating this characteristic (see Non-Patent Document 1).
Figure 2010288174

一方、各信号を周波数領域信号に変換して、周波数領域でエコーを消去する周波数領域エコーキャンセラも知られている（非特許文献２参照）。   On the other hand, a frequency domain echo canceller that converts each signal into a frequency domain signal and cancels echoes in the frequency domain is also known (see Non-Patent Document 2).

図６は、周波数領域エコーキャンセラの要所を示す機能ブロック図である。図４に示す構成要素と共通の構成要素には、同じ参照番号を付している。ここでは、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）とＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）を用いた処理を例示する。なお、この例では、時間領域の線形畳み込み演算をＦＦＴにおける巡回畳み込み演算で実現するために、５０％オーバーラップのオーバーラップ保存法を用いている（これらの技術事項については、例えば、非特許文献３参照）。また、ＦＦＴを用いるため、Ｌが２のべき乗の値２m（ｍ：正整数）と等しい場合に最も効率良く演算できる。 FIG. 6 is a functional block diagram showing the main points of the frequency domain echo canceller. Components common to those shown in FIG. 4 are given the same reference numerals. Here, processing using FFT (Fast Fourier Transform) and IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) is illustrated. In this example, in order to realize the linear convolution operation in the time domain by cyclic convolution operation in FFT, a 50% overlap overlap storage method is used (for these technical matters, for example, non-patent literature) 3). Further, since FFT is used, the calculation can be performed most efficiently when L is equal to a power value 2 m (m: positive integer) of 2.

第１ＦＦＴ適用部６１は、２Ｌ個のサンプルを要素として持つ受話信号ベクトルx(k) （式（１３）参照）を時間領域から周波数領域の信号に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）し、周波数領域受話信号行列X(k)を出力する（式（１１）参照）。ＦＦＴを行うためには、時間領域の信号をある程度蓄積しておく必要があるが、周知技術の範疇なので、ここでは図示しない。同様に、第２ＦＦＴ適用部８１１が、残留信号ベクトルe(k)を時間領域から周波数領域の信号に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）し、周波数領域残留信号行列E(k)を出力する（式（１２）参照）。   The first FFT application unit 61 performs a fast Fourier transform (FFT) on the received signal vector x (k) (see Equation (13)) having 2L samples as elements from the time domain to the frequency domain signal, and the frequency domain received signal. The matrix X (k) is output (see equation (11)). In order to perform FFT, it is necessary to accumulate a certain amount of time domain signals. Similarly, the second FFT application unit 811 performs fast Fourier transform (FFT) on the residual signal vector e (k) from the time domain to the frequency domain signal, and outputs a frequency domain residual signal matrix E (k) (formula (12) )reference).

複素共役変換部８２は、周波数領域受話信号行列X(k)を複素共役に変換し、複素共役周波数領域受話信号行列X*(k)を出力する。第１乗算部８３は、複素共役周波数領域受話信号行列X*(k)に周波数領域残留信号行列E(k)を乗算し、拘束前周波数領域適応フィルタ更新係数行列ΔWu(k)を算出する（式（１４）参照）。 The complex conjugate conversion unit 82 converts the frequency domain received signal matrix X (k) into a complex conjugate, and outputs a complex conjugate frequency domain received signal matrix X * (k). The first multiplier 83 multiplies the complex conjugate frequency domain received signal matrix X * (k) by the frequency domain residual signal matrix E (k) to calculate a pre-constrained frequency domain adaptive filter update coefficient matrix ΔW u (k). (See equation (14)).

第１ＩＦＦＴ適用部８４は、拘束前周波数領域適応フィルタ更新係数行列ΔWu(k)を時間領域の信号に高速逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）し、拘束前時間領域適応フィルタ更新係数ベクトルΔwu(k)を出力する（式（１５）参照）。そして、拘束部８５は、拘束前時間領域適応フィルタ更新係数ベクトルΔwu(k)に式（１６）による拘束をかけ、拘束付時間領域適応フィルタ更新係数ベクトルΔwc(k)を出力する。ここで拘束とは、オーバーラップによる廃棄要素を除くＬ個の残余要素を処理対象として取り出し、Ｌ個の廃棄要素を０要素に置換する処理である（例えば非特許文献３参照）。 The first IFFT application unit 84 performs fast inverse Fourier transform (IFFT) on the pre-constraint frequency domain adaptive filter update coefficient matrix ΔW u (k) to a time domain signal, and performs the pre-constraint time domain adaptive filter update coefficient vector Δw u (k). Is output (see equation (15)). Then, the constraining unit 85 constrains the pre-constraint time domain adaptive filter update coefficient vector Δw u (k) according to Expression (16), and outputs a constrained time domain adaptive filter update coefficient vector Δw c (k). Here, the constraint is a process in which L remaining elements excluding discarded elements due to overlap are taken out as processing targets, and L discarded elements are replaced with 0 elements (see, for example, Non-Patent Document 3).

第３ＦＦＴ適用部８１２は、拘束付時間領域適応フィルタ更新係数ベクトルΔwc(k)を周波数領域の信号に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）し、拘束付周波数領域適応フィルタ更新係数行列ΔWc(k)を出力する（式（１７）参照）。 The third FFT application unit 812 performs fast Fourier transform (FFT) on the constrained time domain adaptive filter update coefficient vector Δw c (k) to a frequency domain signal, and generates a constrained frequency domain adaptive filter update coefficient matrix ΔW c (k). To output (see equation (17)).

更新部８６は、第３乗算部８６１によって拘束付周波数領域適応フィルタ更新係数行列ΔWc(k)にパラメータ保持部８９が保持する更新量制御パラメータμを乗じたものと、一時刻前の周波数領域適応フィルタ係数行列W(k-1)とを加算部８６２によって加算して、周波数領域適応フィルタ係数行列W(k)を出力する（式（１８）参照）。一時刻前の周波数領域適応フィルタ係数行列W(k-1)は、遅延器８７を用いて得られる。 The update unit 86 multiplies the constrained frequency domain adaptive filter update coefficient matrix ΔW c (k) by the third multiplication unit 861 by the update amount control parameter μ held by the parameter holding unit 89, and the frequency domain one time before The adder 862 adds the adaptive filter coefficient matrix W (k−1) and outputs the frequency domain adaptive filter coefficient matrix W (k) (see Expression (18)). The frequency domain adaptive filter coefficient matrix W (k−1) one time before is obtained using the delay unit 87.

第２乗算部６２は、周波数領域適応フィルタ係数行列W(k)を周波数領域受話信号行列X(k)に乗算して、周波数領域擬似エコー信号行列Y(k)を出力する（式（１９）参照）。第２ＩＦＦＴ適用部６３は、周波数領域擬似エコー信号行列Y(k)を時間領域の信号に高速逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）して、時間領域擬似エコー信号ベクトルy(k)を出力する（式（２０）参照）。減算部７は、エコー信号ベクトルd(k) （式（２２）参照）から時間領域擬似エコー信号ベクトルy(k)を減算することで、エコーを除去する（式（２１）参照）。この際、オーバーラップによるＬ個の廃棄要素が０要素に置換される（例えば非特許文献３参照）。エコー除去された時間領域残留信号e(k)は送話部５へ至る。   The second multiplier 62 multiplies the frequency domain received filter matrix X (k) by the frequency domain adaptive filter coefficient matrix W (k), and outputs a frequency domain pseudo echo signal matrix Y (k) (formula (19)). reference). The second IFFT application unit 63 performs fast inverse Fourier transform (IFFT) on the frequency domain pseudo echo signal matrix Y (k) to a time domain signal, and outputs a time domain pseudo echo signal vector y (k) (formula (20) )reference). The subtracting unit 7 removes the echo by subtracting the time domain pseudo echo signal vector y (k) from the echo signal vector d (k) (see Expression (22)) (see Expression (21)). At this time, the L discarded elements due to the overlap are replaced with 0 elements (see, for example, Non-Patent Document 3). The echo-removed time domain residual signal e (k) reaches the transmitter 5.

以上の処理を式で表すと以下の通りとなる。

Figure 2010288174
The above processing is expressed as follows.
Figure 2010288174

牧野昭二, ”指数重み付けによるエコーキャンセラ用適応アルゴリズム,” 音講論集3-6-5, pp. 517-518 (1989. 10)Shoji Makino, “Adaptive Algorithm for Echo Canceller by Exponential Weighting,” Oncology 3-6-5, pp. 517-518 (1989. 10) Ferrara E, ”fast implementation of LMS adaptive filters,” IEEEASSP, Vol. 28, Issue 4, pp. 474-475 (1980)Ferrara E, “fast implementation of LMS adaptive filters,” IEEEASSP, Vol. 28, Issue 4, pp. 474-475 (1980) Simon Haykin著、鈴木博 他５名 訳、「適応フィルタ理論」、株式会社科学技術出版、2001.By Simon Haykin, Hiroshi Suzuki and five others, "Adaptive Filter Theory", Science and Technology Publishing Co., Ltd., 2001.

このように、従来の周波数領域エコーキャンセラは、適応フィルタ係数の更新を周波数領域で行うため、時間領域の情報である反響路の特性を取り入れることができず、適応フィルタ係数の更新の収束速度を向上させることができない。   As described above, since the conventional frequency domain echo canceller updates the adaptive filter coefficient in the frequency domain, the characteristic of the echo path that is time domain information cannot be taken in, and the convergence speed of the update of the adaptive filter coefficient cannot be increased. It cannot be improved.

そこで本発明は、適応フィルタ係数の更新が早く収束する周波数領域エコー除去技術を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a frequency domain echo cancellation technique in which the update of adaptive filter coefficients converges quickly.

本発明は、周波数領域エコー除去技術を基本原理として、適応フィルタ係数の更新に推定対象の反響路の特性を取り入れることで、収束速度を高速化する。
つまり、現在の適応フィルタ係数を、１時刻前の適応フィルタ係数と、更新量である適応フィルタ更新係数に更新量制御パラメータμを乗じたものとの加算によって更新し、反響路を経た時間領域受話信号ｘを含む時間領域エコー信号ｄから、当該時間領域受話信号ｘに周波数領域で現在の適応フィルタを適用して得られた時間領域擬似エコー信号ｙを差し引くことで時間領域残留信号ｅを得る周波数領域エコー除去技術であって、次のような処理が行われる。時間領域受話信号ｘがフーリエ変換されて周波数領域受話信号Ｘが求められ、さらに、周波数領域受話信号Ｘが複素共役に変換されて複素共役周波数領域受話信号Ｘ*が求められる。また、時間領域残留信号ｅがフーリエ変換されて周波数領域残留信号Ｅが求められる。そして、複素共役周波数領域受話信号Ｘ*に上記周波数領域残留信号Ｅが乗算され、拘束前周波数領域適応フィルタ更新係数ΔＷuが求められる。拘束前周波数領域適応フィルタ更新係数ΔＷuが逆フーリエ変換されて拘束前時間領域適応フィルタ更新係数Δｗuが求められる。拘束前時間領域適応フィルタ更新係数Δｗuに反響路の特性を表す減衰係数Ａが乗ぜられると共に拘束をかけられて、拘束付時間領域適応フィルタ更新係数Δｗ^cが求められる。拘束付時間領域適応フィルタ更新係数Δｗ^cがフーリエ変換されて拘束付周波数領域適応フィルタ更新係数ΔＷ^cが求められる。そして、一時刻前の周波数領域適応フィルタ係数Ｗ’と、拘束付周波数領域適応フィルタ更新係数ΔＷ^cに更新量制御パラメータμを乗じたものとを加算して、周波数領域適応フィルタ係数Ｗが求められる。周波数領域適応フィルタ係数Ｗを周波数領域受話信号Ｘに乗算することで、周波数領域擬似エコー信号Ｙが求められる。周波数領域擬似エコー信号Ｙが逆フーリエ変換されて時間領域擬似エコー信号ｙが求められる。時間領域エコー信号ｄから時間領域擬似エコー信号ｙが減算されて時間領域残留信号ｅが求められる。 The present invention uses the frequency domain echo cancellation technique as a basic principle to increase the convergence speed by incorporating the characteristics of the echo path to be estimated into the update of the adaptive filter coefficient.
That is, the current adaptive filter coefficient is updated by adding the adaptive filter coefficient one time before and the adaptive filter update coefficient that is the update amount multiplied by the update amount control parameter μ, and the time domain reception through the echo path A frequency for obtaining a time domain residual signal e by subtracting a time domain pseudo echo signal y obtained by applying a current adaptive filter in the frequency domain to the time domain received signal x from the time domain echo signal d including the signal x. This is an area echo removal technique, and the following processing is performed. The time domain received signal x is Fourier transformed to obtain the frequency domain received signal X, and the frequency domain received signal X is converted to a complex conjugate to obtain a complex conjugate frequency domain received signal X * . Further, the time domain residual signal e is Fourier transformed to obtain the frequency domain residual signal E. Then, the complex conjugate frequency domain received signal X * is multiplied by the frequency domain residual signal E to obtain the pre-constrained frequency domain adaptive filter update coefficient ΔW u . The pre-constraint frequency domain adaptive filter update coefficient ΔW u is inverse Fourier transformed to obtain the pre-constraint time domain adaptive filter update coefficient Δw u . The pre-constrained time domain adaptive filter update coefficient Δw u is multiplied by an attenuation coefficient A representing the characteristics of the echo path and is constrained to obtain a constrained time domain adaptive filter update coefficient Δw ^ c . The constrained time domain adaptive filter update coefficient Δw ^ c is Fourier transformed to obtain the constrained frequency domain adaptive filter update coefficient ΔW ^ c . Then, the frequency domain adaptive filter coefficient W is obtained by adding the frequency domain adaptive filter coefficient W ′ one time before and the constrained frequency domain adaptive filter update coefficient ΔW ^ c multiplied by the update amount control parameter μ. It is done. By multiplying the frequency domain received signal X by the frequency domain adaptive filter coefficient W, the frequency domain pseudo echo signal Y is obtained. The frequency domain pseudo echo signal Y is inverse Fourier transformed to obtain a time domain pseudo echo signal y. The time domain residual signal e is obtained by subtracting the time domain pseudo echo signal y from the time domain echo signal d.

ここで、時間領域の線形畳み込み演算を離散フーリエ変換における巡回畳み込み演算で実現するためにオーバーラップ保存法を用い、拘束前時間領域適応フィルタ更新係数Δｗuのうちオーバーラップの残余要素に相当する要素に減衰係数Ａを乗じ、拘束前時間領域適応フィルタ更新係数Δｗuのうちオーバーラップの廃棄要素に相当する要素を０に置換することで拘束し、時間領域エコー信号ｄから、時間領域擬似エコー信号ｙのうちオーバーラップの残余要素を減算し、残りの廃棄要素を０に置換することで時間領域残留信号ｅを求める、としてもよい。 Here, the overlap conserving method is used to realize the time domain linear convolution operation by the cyclic convolution operation in the discrete Fourier transform, and the element corresponding to the overlap residual element in the pre-constraint time domain adaptive filter update coefficient Δw u Is multiplied by the attenuation coefficient A, and the time domain adaptive filter update coefficient Δw u is constrained by replacing the element corresponding to the overlapped discard element with 0, and the time domain echo signal d is converted to the time domain pseudo echo signal. The time domain residual signal e may be obtained by subtracting the overlapping residual elements from y and replacing the remaining discard elements with 0.

本発明に拠れば、適応フィルタ更新係数に拘束をかけるために周波数領域信号から時間領域信号に変換した際に、反響路の特性を取り入れる、つまり、反響路の特性を拘束前時間領域適応フィルタ更新係数に与えることで、適応フィルタ係数の更新の収束速度が向上する（適応フィルタ係数の更新が早く収束する）。   According to the present invention, when the frequency domain signal is converted to the time domain signal in order to constrain the adaptive filter update coefficient, the characteristic of the echo path is taken in, that is, the characteristic of the echo path is updated before the time domain adaptive filter is constrained. By giving to the coefficient, the convergence speed of the update of the adaptive filter coefficient is improved (the update of the adaptive filter coefficient converges quickly).

実施形態の周波数領域エコーキャンセラの機能構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the function structural example of the frequency domain echo canceller of embodiment. 実施形態の周波数領域エコーキャンセラにおける処理フローを示す図。The figure which shows the processing flow in the frequency domain echo canceller of embodiment. 実施形態の周波数領域エコーキャンセラの計算機シミュレーション結果を示す図。The figure which shows the computer simulation result of the frequency domain echo canceller of embodiment. 従来の時間領域エコーキャンセラの機能構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the function structural example of the conventional time domain echo canceller. ＥＳアルゴリズムを採用した従来の時間領域エコーキャンセラの機能構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the function structural example of the conventional time domain echo canceller which employ | adopted ES algorithm. 従来の周波数領域エコーキャンセラの機能構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the function structural example of the conventional frequency domain echo canceller.

本発明は、周波数領域エコー除去技術を基本原理として、適応フィルタ係数の更新に推定対象の反響路の特性を取り入れることで、収束速度を高速化する。   The present invention uses the frequency domain echo cancellation technique as a basic principle to increase the convergence speed by incorporating the characteristics of the echo path to be estimated into the update of the adaptive filter coefficient.

本発明の実施形態である周波数領域エコーキャンセラ１００（図１参照）では、適応フィルタ更新係数ベクトルに拘束をかけるために周波数領域信号から時間領域信号に変換した際に、反響路の特性を取り入れる、つまり、反響路の特性を拘束前時間領域適応フィルタ更新係数ベクトルΔwu(k)に与える。具体的には、拘束前時間領域適応フィルタ更新係数ベクトルΔwu(k)に、式（１６）ではなく式（２３）による拘束をかけ、拘束付時間領域適応フィルタ更新係数ベクトルΔw^c(k)を出力する。式（２３）に現れるＡは、式（９）のＡに等しい。そして、第３ＦＦＴ適用部８１２は、式（１７）ではなく式（２４）によって、拘束付時間領域適応フィルタ更新係数ベクトルΔw^c(k)を周波数領域の信号に変換し、拘束付周波数領域適応フィルタ更新係数行列ΔW^c(k)を出力する。また、更新部８６は、式（１８）ではなく式（２５）によって、拘束付周波数領域適応フィルタ更新係数行列ΔW^c(k)に更新量制御パラメータμを乗じたものと、一時刻前の周波数領域適応フィルタ係数行列W(k-1)とを加算して、周波数領域適応フィルタ係数行列W(k)を出力する。

Figure 2010288174
In the frequency domain echo canceller 100 (see FIG. 1) according to the embodiment of the present invention, when the frequency domain signal is converted to the time domain signal in order to constrain the adaptive filter update coefficient vector, the characteristics of the echo path are taken in. That is, the characteristic of the echo path is given to the pre-constrained time domain adaptive filter update coefficient vector Δw u (k). Specifically, the pre-constrained time domain adaptive filter update coefficient vector Δw u (k) is constrained by the expression (23) instead of the expression (16), and the constrained time domain adaptive filter update coefficient vector Δw ^ c (k ) Is output. A appearing in Equation (23) is equal to A in Equation (9). Then, the third FFT applying unit 812 converts the constrained time domain adaptive filter update coefficient vector Δw ^ c (k) into a frequency domain signal by using the formula (24) instead of the formula (17), and performs the constrained frequency domain adaptation. Output the filter update coefficient matrix ΔW ^ c (k). In addition, the update unit 86 uses the expression (25) instead of the expression (18) to multiply the constrained frequency domain adaptive filter update coefficient matrix ΔW ^ c (k) by the update amount control parameter μ, and The frequency domain adaptive filter coefficient matrix W (k-1) is added to output the frequency domain adaptive filter coefficient matrix W (k).
Figure 2010288174

図１は、周波数領域エコーキャンセラ１００の機能ブロック図である。図５および図６に示す構成要素と共通の構成要素には、同じ参照番号を付している。図２は周波数領域エコーキャンセラ１００処理フローである。ここでは、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）とＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）を用いた処理を例示する。なお、この例では、時間領域の線形畳み込み演算をＦＦＴにおける巡回畳み込み演算で実現するために、５０％オーバーラップのオーバーラップ保存法を用いている（これらの技術事項については、例えば、非特許文献３参照）。また、ＦＦＴを用いるため、Ｌが２のべき乗の値２m（ｍ：正整数）と等しい場合に最も効率良く演算できる。 FIG. 1 is a functional block diagram of the frequency domain echo canceller 100. Components common to those shown in FIGS. 5 and 6 are given the same reference numerals. FIG. 2 is a processing flow of the frequency domain echo canceller 100. Here, processing using FFT (Fast Fourier Transform) and IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) is illustrated. In this example, in order to realize the linear convolution operation in the time domain by cyclic convolution operation in FFT, a 50% overlap overlap storage method is used (for these technical matters, for example, non-patent literature) 3). Further, since FFT is used, the calculation can be performed most efficiently when L is equal to a power value 2 m (m: positive integer) of 2.

・ステップＳ１
第１ＦＦＴ適用部６１は、２Ｌ個のサンプルを要素として持つ時間領域受話信号ベクトルx(k) （式（１３）参照）を時間領域から周波数領域の信号に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）し、周波数領域受話信号行列X(k)を出力する（式（１１）参照）。ＦＦＴを行うためには、時間領域の信号をある程度蓄積しておく必要があるが、周知技術の範疇なので、ここでは図示しない。Ｌは適応フィルタのフィルタ長（タップ数）である。 ・ Step S1
The first FFT application unit 61 performs fast Fourier transform (FFT) on the time domain received signal vector x (k) (see Equation (13)) having 2L samples as elements, from the time domain to the frequency domain signal, and performs frequency domain The received signal matrix X (k) is output (see equation (11)). In order to perform FFT, it is necessary to accumulate a certain amount of time domain signals. L is the filter length (number of taps) of the adaptive filter.

・ステップＳ２
同様に、第２ＦＦＴ適用部８１１が、時間領域残留信号ベクトルe(k)を時間領域から周波数領域の信号に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）し、周波数領域残留信号行列E(k)を出力する（式（１２）参照）。 ・ Step S2
Similarly, the second FFT application unit 811 performs fast Fourier transform (FFT) on the time domain residual signal vector e (k) from the time domain to the frequency domain signal, and outputs a frequency domain residual signal matrix E (k) (formula (Refer to (12)).

・ステップＳ３
複素共役変換部８２は、周波数領域受話信号行列X(k)を複素共役に変換し、複素共役周波数領域受話信号行列X*(k)を出力する。 ・ Step S3
The complex conjugate conversion unit 82 converts the frequency domain received signal matrix X (k) into a complex conjugate, and outputs a complex conjugate frequency domain received signal matrix X * (k).

・ステップＳ４
第１乗算部８３は、複素共役周波数領域受話信号行列X*(k)に周波数領域残留信号行列E(k)を乗算し、拘束前周波数領域適応フィルタ更新係数行列ΔWu(k)を算出する（式（１４）参照）。 ・ Step S4
The first multiplier 83 multiplies the complex conjugate frequency domain received signal matrix X * (k) by the frequency domain residual signal matrix E (k) to calculate a pre-constrained frequency domain adaptive filter update coefficient matrix ΔW u (k). (See equation (14)).

・ステップＳ５
第１ＩＦＦＴ適用部８４は、拘束前周波数領域適応フィルタ更新係数行列ΔWu(k)を時間領域の信号に高速逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）し、拘束前時間領域適応フィルタ更新係数ベクトルΔwu(k)を出力する（式（１５）参照）。 ・ Step S5
The first IFFT application unit 84 performs fast inverse Fourier transform (IFFT) on the pre-constraint frequency domain adaptive filter update coefficient matrix ΔW u (k) to a time domain signal, and performs the pre-constraint time domain adaptive filter update coefficient vector Δw u (k). Is output (see equation (15)).

・ステップＳ６
拘束部８５は、拘束前時間領域適応フィルタ更新係数ベクトルΔwu(k)に対して、式（２３）による反響路３の特性付与ならびに拘束を行い、拘束付時間領域適応フィルタ更新係数ベクトルΔw^c(k)を出力する。この際、第４乗算部８５１によって、拘束前時間領域適応フィルタ更新係数ベクトルΔwu(k)のうちオーバーラップの廃棄要素を除く残余要素に相当する要素の列に、減衰係数保持部９が保持する減衰係数行列Aが乗ぜられることで、適応フィルタ係数の更新に反響路３の特性が取り込まれる。拘束前時間領域適応フィルタ更新係数ベクトルΔwu(k)のうちオーバーラップの廃棄要素に相当する要素は０要素に置換される。なお、式（２３）による処理では、減衰係数行列Aを乗じる処理（反響路特性付与処理）と拘束処理が一括して行われるが、減衰係数行列Aを乗じる処理（反響路特性付与処理）と拘束処理を個別に行う場合には、その前後関係は問わない。 ・ Step S6
The constraining unit 85 assigns and constrains the characteristics of the echo path 3 according to Expression (23) to the pre-constraint time domain adaptive filter update coefficient vector Δw u (k), and performs the constrained time domain adaptive filter update coefficient vector Δw ^. c Output (k). At this time, the fourth multiplication unit 851 holds the attenuation coefficient holding unit 9 in a column of elements corresponding to the remaining elements excluding overlapping discard elements in the pre-constraint time domain adaptive filter update coefficient vector Δw u (k). By multiplying the attenuation coefficient matrix A, the characteristic of the echo path 3 is taken into the update of the adaptive filter coefficient. In the pre-constraint time domain adaptive filter update coefficient vector Δw u (k), the element corresponding to the overlapping discard element is replaced with 0 element. In the process according to the equation (23), the process of multiplying the attenuation coefficient matrix A (echo path characteristic applying process) and the constraint process are performed in a lump, but the process of multiplying the attenuation coefficient matrix A (echo path characteristic applying process) and In the case where the restraint process is performed individually, the context is not important.

つまり、減衰係数行列Aを乗じる処理を拘束処理の前に行う場合、まず、第４乗算部８５１によって、拘束前時間領域適応フィルタ更新係数ベクトルΔwu(k)に減衰係数保持部９が保持する減衰係数行列Aが乗ぜられ、次いで、拘束部８５は、減衰係数行列Aが乗ぜられた拘束前時間領域適応フィルタ更新係数ベクトルAΔwu(k)のうちオーバーラップによるＬ個の廃棄要素が０要素に置換される。
一方、減衰係数行列Aを乗じる処理を拘束処理の後に行う場合、まず、拘束前時間領域適応フィルタ更新係数ベクトルΔwu(k)のうちオーバーラップによるＬ個の廃棄要素は０要素に置換される。次いで、第４乗算部８５１が、置換後の拘束前時間領域適応フィルタ更新係数ベクトルΔwu(k)のうちオーバーラップによる廃棄要素を除くＬ個の残余要素（つまり、０要素に置換された要素以外の要素）の列に、減衰係数保持部９が保持する減衰係数行列Aが乗ぜられる。 That is, when the process of multiplying the attenuation coefficient matrix A is performed before the restriction process, first, the attenuation coefficient holding unit 9 holds the pre-constraint time domain adaptive filter update coefficient vector Δw u (k) by the fourth multiplication unit 851. The attenuation coefficient matrix A is multiplied, and then the constraint unit 85 includes 0 elements of L discarded elements due to overlap in the pre-constraint time domain adaptive filter update coefficient vector AΔw u (k) multiplied by the attenuation coefficient matrix A. Is replaced by
On the other hand, when the process of multiplying the attenuation coefficient matrix A is performed after the constraint process, first, L discard elements due to overlap in the pre-constraint time domain adaptive filter update coefficient vector Δw u (k) are replaced with 0 elements. . Next, the fourth multiplier 851 performs L residual elements (that is, elements replaced with 0 elements) excluding discarded elements due to overlap in the pre-constraint time domain adaptive filter update coefficient vector Δw u (k) after replacement. The attenuation coefficient matrix A held by the attenuation coefficient holding unit 9 is multiplied by the column of (other elements).

・ステップＳ７
第３ＦＦＴ適用部８１２は、拘束付時間領域適応フィルタ更新係数ベクトルΔw^c(k)を周波数領域の信号に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）し、拘束付周波数領域適応フィルタ更新係数行列ΔW^c(k)を出力する（式（２４）参照）。 ・ Step S7
The third FFT application unit 812 performs fast Fourier transform (FFT) on the constrained time domain adaptive filter update coefficient vector Δw ^ c (k) to a frequency domain signal, and performs a constrained frequency domain adaptive filter update coefficient matrix ΔW ^ c (k). ) Is output (see equation (24)).

・ステップＳ８
更新部８６は、第３乗算部８６１によって拘束付周波数領域適応フィルタ更新係数行列ΔW^c(k)にパラメータ保持部８９が保持する更新量制御パラメータμを乗じたものと、一時刻前の周波数領域適応フィルタ係数行列W(k-1)とを加算部８６２によって加算して、周波数領域適応フィルタ係数行列W(k)を出力する（式（２５）参照）。一時刻前の周波数領域適応フィルタ係数行列W(k-1)は、遅延器８７を用いて得られる。 ・ Step S8
The update unit 86 multiplies the constrained frequency domain adaptive filter update coefficient matrix ΔW ^ c (k) by the third multiplication unit 861 by the update amount control parameter μ held by the parameter holding unit 89, and the frequency one time before The region adaptive filter coefficient matrix W (k−1) is added by the adding unit 862 to output the frequency domain adaptive filter coefficient matrix W (k) (see Expression (25)). The frequency domain adaptive filter coefficient matrix W (k−1) one time before is obtained using the delay unit 87.

・ステップＳ９
第２乗算部６２は、周波数領域適応フィルタ係数行列W(k)を周波数領域受話信号行列X(k)に乗算して、周波数領域擬似エコー信号行列Y(k)を出力する（式（１９）参照）。 ・ Step S9
The second multiplier 62 multiplies the frequency domain received filter matrix X (k) by the frequency domain adaptive filter coefficient matrix W (k), and outputs a frequency domain pseudo echo signal matrix Y (k) (formula (19)). reference).

・ステップＳ１０
第２ＩＦＦＴ適用部６３は、周波数領域擬似エコー信号行列Y(k)を時間領域の信号に変換して、時間領域擬似エコー信号ベクトルy(k)を出力する（式（２０）参照）。 ・ Step S10
The second IFFT application unit 63 converts the frequency domain pseudo echo signal matrix Y (k) into a time domain signal and outputs a time domain pseudo echo signal vector y (k) (see Expression (20)).

・ステップＳ１１
減算部７は、２Ｌ個のサンプルを要素として持つ時間領域エコー信号ベクトルd(k) （式（２２）参照）から時間領域擬似エコー信号ベクトルy(k)を減算することで、エコーを除去する（式（２１）参照）。この際、オーバーラップによるＬ個の廃棄要素が０要素に置換される（例えば非特許文献３参照）。式（２１）では、時間領域エコー信号ベクトルd(k)のＬ個の残余要素から、時間領域擬似エコー信号ベクトルy(k)のＬ個の残余要素を要素単位で減算し、Ｌ個の廃棄要素０と合わせて時間領域残留信号e(k)を得ることを示しているが、２Ｌ個の要素を持つ時間領域エコー信号ベクトルd(k)から２Ｌ個の要素を持つ時間領域擬似エコー信号ベクトルy(k)を減算し、そのＬ個の残余要素にＬ個の廃棄要素０を合わせて時間領域残留信号e(k)を得てもよい。エコー除去された時間領域残留信号e(k)は送話部５へ至る。 Step S11
The subtracting unit 7 removes the echo by subtracting the time domain pseudo echo signal vector y (k) from the time domain echo signal vector d (k) (see Expression (22)) having 2L samples as elements. (See formula (21)). At this time, the L discarded elements due to the overlap are replaced with 0 elements (see, for example, Non-Patent Document 3). In the equation (21), L residual elements of the time domain pseudo echo signal vector y (k) are subtracted element by element from L residual elements of the time domain echo signal vector d (k), and L discards are obtained. Although the time domain residual signal e (k) is obtained together with the element 0, the time domain pseudo echo signal vector having 2L elements from the time domain echo signal vector d (k) having 2L elements is shown. The time domain residual signal e (k) may be obtained by subtracting y (k) and adding L discard elements 0 to the L residual elements. The echo-removed time domain residual signal e (k) reaches the transmitter 5.

この実施形態ではＦＦＴとＩＦＦＴを用いた処理を例示したが、これに限定されず、例えば、通常の離散フーリエ変換と離散逆フーリエ変換を用いた処理を行ってもよい。また、オーバーラップ保存法のオーバーラップ度も５０％に限定されず、これを任意の値に定めることが許される。ＦＦＴとＩＦＦＴを用いる処理である場合、一般的に、適応フィルタのタップ数Ｌが２のべき乗の値２m（ｍ：正整数）と等しい場合に最も効率良く演算できるが、Ｌ≠２mの場合であっても、例えば時間領域から周波数領域に時間領域信号を高速フーリエ変換する際に、不足する要素数だけゼロパディング（zero padding）すればよい。 In this embodiment, processing using FFT and IFFT has been exemplified, but the present invention is not limited to this. For example, processing using normal discrete Fourier transform and discrete inverse Fourier transform may be performed. Further, the overlap degree of the overlap preservation method is not limited to 50%, and it is allowed to set this to an arbitrary value. If a treatment with FFT and IFFT, generally, the number of taps L is a power of two value 2 m of the adaptive filter: The most efficiently calculating the equal to the (m positive integer), the L ≠ 2 m Even in such a case, for example, when the time domain signal is subjected to fast Fourier transform from the time domain to the frequency domain, zero padding may be performed for the number of insufficient elements.

上述の実施形態では、受話信号は、相手方のマイクロホンで収音された音響アナログ信号に対して適宜に周知のサンプリング処理や量子化処理が施されたディジタル信号（時間領域）であり、必要に応じてＡ／Ｄ変換などを実行するための構成要素（手段）は、いずれも周知技術によって達成されるから、説明および図示を略した。残留信号は、ディジタル信号（時間領域）であり、相手方への送信に際して必要に応じてＤ／Ａ変換などが実行されるが、このための構成要素（手段）は、いずれも周知技術によって達成されるから、説明および図示を略した。   In the above-described embodiment, the received signal is a digital signal (time domain) obtained by appropriately performing well-known sampling processing or quantization processing on the acoustic analog signal collected by the other party's microphone. The components (means) for executing A / D conversion and the like are all achieved by well-known techniques, and thus the description and illustration are omitted. The residual signal is a digital signal (time domain), and D / A conversion or the like is performed as necessary for transmission to the other party. The components (means) for this purpose are all achieved by well-known techniques. Therefore, explanation and illustration were omitted.

なお、本発明は、話者２名による双方方向音声通信に限定されるものではなく、例えば音声会議やテレビ会議などのように、双方に複数名が存在する環境下における双方方向音声通信でもよい。また、マイクロホンで受音する音は、人の話し声などの音声に限定されず、楽音、雑音など一切の音を含む。   Note that the present invention is not limited to two-way voice communication by two speakers, but may be two-way voice communication in an environment where a plurality of people are present, such as a voice conference or a video conference. . The sound received by the microphone is not limited to voice such as human speech, but includes all sounds such as music and noise.

本発明の周波数領域エコー除去装置は、いわゆるコンピュータによって実現されることに限定されず、例えば、処理主体となりえるＤＳＰ（Digital Signal Processor）あるいはＣＰＵ（Central Processing Unit）、処理を実行するためのプログラムを保存したメモリなどの記憶装置、マイクロホン、スピーカなどを備えたハンズフリー通話装置として実現することも可能であり、また好適でもある。   The frequency domain echo removal apparatus of the present invention is not limited to being realized by a so-called computer. For example, a DSP (Digital Signal Processor) or CPU (Central Processing Unit) that can be a processing subject, a program for executing processing It can be realized as a hands-free communication device including a storage device such as a stored memory, a microphone, a speaker, and the like, and is also preferable.

例えばコンピュータによって周波数領域エコー除去装置を実現する場合であれば、実施形態に係わる周波数領域エコー除去装置１００は、キーボードなどが接続可能な入力部、液晶ディスプレイなどが接続可能な出力部〔これらは、ハンズフリー通話装置の場合には必ずしも必要ではない。〕、周波数領域エコー除去装置１００の外部に通信可能な通信装置（例えばモデム）が接続可能な通信部、ＤＳＰ〔ＣＰＵでも良い。またキャッシュメモリなどを備えていてもよい。〕、メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）やハードディスクである外部記憶装置並びにこれらの入力部、出力部、通信部、ＤＳＰ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、外部記憶装置間のデータのやり取りが可能なように接続するバスなどを備えている。また必要に応じて、周波数領域エコー除去装置１００に、ＣＤ−ＲＯＭなどの記憶媒体を読み書きできる装置（ドライブ）などを設けるとしてもよい。   For example, if the frequency domain echo canceling apparatus is realized by a computer, the frequency domain echo canceling apparatus 100 according to the embodiment includes an input unit to which a keyboard or the like can be connected, an output unit to which a liquid crystal display or the like can be connected [these are: This is not always necessary in the case of a hands-free call device. ] A communication unit or DSP [CPU may be connected to a communication device (for example, a modem) capable of communicating outside the frequency domain echo canceller 100. A cache memory or the like may be provided. ] RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), and external storage devices such as hard disks, as well as the input unit, output unit, communication unit, DSP, RAM, ROM, data between the external storage devices It is equipped with a bus that is connected so that it can be exchanged. In addition, if necessary, the frequency domain echo canceller 100 may be provided with a device (drive) that can read and write a storage medium such as a CD-ROM.

さらに周波数領域エコー除去装置１００には、例えば音声、音楽、雑音などの音を受音する音響信号収音手段（マイクロホン）を接続可能であって、マイクロホンによって得られたアナログ信号の入力を受ける信号入力部、および、受話信号を音として出力する音響出力装置（スピーカ）を接続可能であって、スピーカに入力される信号（受話信号をＤ／Ａ変換したもの）を出力するための信号出力部を設ける〔ハンズフリー通話装置の場合には、マイクロホンおよびスピーカが必要的に備わることが多い。〕。信号入力部にはマイクロホンが接続され、信号出力部にはスピーカが接続される。   Further, the frequency domain echo removing apparatus 100 can be connected to an acoustic signal collecting means (microphone) for receiving sounds such as voice, music, noise, etc., and receives an analog signal input obtained by the microphone. An input unit and a signal output unit for connecting a sound output device (speaker) that outputs a received signal as sound and outputting a signal (received signal D / A converted) input to the speaker [In the case of a hands-free communication device, a microphone and a speaker are often provided. ]. A microphone is connected to the signal input unit, and a speaker is connected to the signal output unit.

周波数領域エコー除去装置１００の外部記憶装置には、エコー除去のためのプログラムおよびこのプログラムの処理において必要となるデータ（例えば減衰係数αiなど）などが記憶されている〔外部記憶装置の無いハンズフリー通話装置の場合には、例えばプログラムを読み出し専用記憶装置であるＲＯＭに記憶させておけばよい。〕。また、これらのプログラムの処理によって得られるデータなどは、ＲＡＭなどに適宜に記憶される。 The external storage device of the frequency domain echo removal apparatus 100 stores a program for echo removal and data (for example, attenuation coefficient α i ) necessary for processing of this program [hands without external storage device] In the case of a free call device, for example, a program may be stored in a ROM that is a read-only storage device. ]. Further, data obtained by the processing of these programs is appropriately stored in a RAM or the like.

具体的には、外部記憶装置には、時間領域受話信号ｘを周波数領域受話信号Ｘにフーリエ変換するためのプログラムと、周波数領域受話信号Ｘを複素共役に変換し、複素共役周波数領域受話信号Ｘ*を求めるためのプログラムと、時間領域残留信号ｅを周波数領域残留信号Ｅにフーリエ変換するためのプログラムと、複素共役周波数領域受話信号Ｘ*に周波数領域残留信号Ｅを乗算し、拘束前周波数領域適応フィルタ更新係数ΔＷuを求めるためのプログラムと、拘束前周波数領域適応フィルタ更新係数ΔＷuを拘束前時間領域適応フィルタ更新係数Δｗuに逆フーリエ変換するためのプログラムと、拘束前時間領域適応フィルタ更新係数Δｗuに反響路の特性を表す減衰係数Ａを乗じ、さらに拘束をかけて、拘束付時間領域適応フィルタ更新係数Δｗ^cを求めるためのプログラムと、拘束付時間領域適応フィルタ更新係数Δｗ^cを拘束付周波数領域適応フィルタ更新係数ΔＷ^cにフーリエ変換するためのプログラムと、一時刻前の周波数領域適応フィルタ係数Ｗ’と、拘束付周波数領域適応フィルタ更新係数ΔＷ^cに更新量制御パラメータμを乗じたものとを加算して、周波数領域適応フィルタ係数Ｗを求めるためのプログラムと、周波数領域適応フィルタ係数Ｗを周波数領域受話信号Ｘに乗算して、周波数領域擬似エコー信号Ｙを求めるためのプログラムと、周波数領域擬似エコー信号Ｙを時間領域擬似エコー信号ｙに逆フーリエ変換するためのプログラムと、時間領域エコー信号ｄから時間領域擬似エコー信号ｙを減算して時間領域残留信号ｅを求めるためのプログラムが記憶されている。その他、これらのプログラムに基づく処理を制御するための制御プログラムも適宜に保存しておく。 Specifically, in the external storage device, a program for Fourier transforming the time domain received signal x into the frequency domain received signal X, the frequency domain received signal X converted into a complex conjugate, and the complex conjugate frequency domain received signal X * A program for obtaining * , a program for Fourier transforming the time domain residual signal e to the frequency domain residual signal E, and the complex conjugate frequency domain received signal X * multiplied by the frequency domain residual signal E, adaptive filter update coefficient and program for determining the [Delta] W u, and program for inverse Fourier transform the restraint before the frequency domain adaptive filter update coefficient [Delta] W u restraint before the time domain adaptive filter update coefficient [Delta] w u, the time before constraint domain adaptive filter The update coefficient Δw u is multiplied by an attenuation coefficient A that represents the characteristics of the echo path, and further constrained to give a constrained time domain adaptive filter update coefficient Δ A program for obtaining w ^ c , a program for Fourier transforming a constrained time domain adaptive filter update coefficient Δw ^ c into a constrained frequency domain adaptive filter update coefficient ΔW ^ c , and a frequency domain adaptive filter one time before A program for obtaining the frequency domain adaptive filter coefficient W by adding the coefficient W ′ and the constrained frequency domain adaptive filter update coefficient ΔW ^ c multiplied by the update amount control parameter μ; A program for multiplying the frequency domain received signal X by W to obtain a frequency domain pseudo echo signal Y, a program for inverse Fourier transforming the frequency domain pseudo echo signal Y to a time domain pseudo echo signal y, and a time domain A program for subtracting the time domain pseudo echo signal y from the echo signal d to obtain the time domain residual signal e is stored. In addition, a control program for controlling processing based on these programs is also stored as appropriate.

実施形態に係る周波数領域エコー除去装置１００では、外部記憶装置〔あるいはＲＯＭなど〕に記憶された各プログラムとこの各プログラムの処理に必要なデータが必要に応じてＲＡＭに読み込まれて、ＤＳＰで解釈実行・処理される。その結果、ＤＳＰが所定の機能（第１フーリエ変換適用部、複素共役変換部、第２フーリエ変換適用部、第１乗算部、第１逆フーリエ変換適用部、拘束部、第３フーリエ変換適用部、加算部、第２乗算部、第２逆フーリエ変換適用部、減算部）を実現することで、エコー除去が実現される。   In the frequency domain echo canceller 100 according to the embodiment, each program stored in an external storage device (or ROM or the like) and data necessary for processing each program are read into a RAM as necessary and interpreted by a DSP. Executed and processed. As a result, the DSP has a predetermined function (first Fourier transform application unit, complex conjugate transform unit, second Fourier transform application unit, first multiplication unit, first inverse Fourier transform application unit, constraint unit, third Fourier transform application unit. , An adding unit, a second multiplying unit, a second inverse Fourier transform applying unit, and a subtracting unit) realize echo removal.

本発明である周波数領域エコー除去装置・方法は上述の実施形態に限定されるものではなく、本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、上記周波数領域エコー除去装置・方法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趣旨ではなく、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。   The frequency domain echo removal apparatus and method according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention. In addition, the processing described in the above-described frequency domain echo canceling apparatus / method is not performed in chronological order according to the description order, but is executed in parallel or individually as required by the processing capability of the apparatus executing the processing or as necessary. It may be done.

また、上記周波数領域エコー除去装置における処理機能をコンピュータによって実現する場合、周波数領域エコー除去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、上記周波数領域エコー除去装置における処理機能がコンピュータ上で実現される。   When the processing functions in the frequency domain echo canceller are realized by a computer, the processing contents of the functions that the frequency domain echo canceller should have are described by a program. Then, by executing this program on a computer, the processing function in the frequency domain echo removal 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憶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。   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. Furthermore, the program may be distributed by storing the program in a storage device of the server computer and transferring the program from the server computer to another computer via a network.

このようなプログラムを実行するコンピュータは、例えば、まず、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、一旦、自己の記憶装置に格納する。そして、処理の実行時、このコンピュータは、自己の記録媒体に格納されたプログラムを読み取り、読み取ったプログラムに従った処理を実行する。また、このプログラムの別の実行形態として、コンピュータが可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することとしてもよく、さらに、このコンピュータにサーバコンピュータからプログラムが転送されるたびに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。また、サーバコンピュータから、このコンピュータへのプログラムの転送は行わず、その実行指示と結果取得のみによって処理機能を実現する、いわゆるＡＳＰ（Application Service Provider）型のサービスによって、上述の処理を実行する構成としてもよい。なお、本形態におけるプログラムには、電子計算機による処理の用に供する情報であってプログラムに準ずるもの（コンピュータに対する直接の指令ではないがコンピュータの処理を規定する性質を有するデータ等）を含むものとする。   A computer that executes such a program first stores, for example, a program recorded on a portable recording medium or a program transferred from a server computer in its storage device. When executing the process, the computer reads a program stored in its own recording medium and executes a process according to the read program. As another execution form of the program, the computer may directly read the program from a portable recording medium and execute processing according to the program, and the program is transferred from the server computer to the computer. Each time, the processing according to the received program may be executed sequentially. Also, the program is not transferred from the server computer to the computer, and the above-described processing is executed by a so-called ASP (Application Service Provider) type service that realizes the processing function only by the execution instruction and result acquisition. It is good. Note that the program in this embodiment includes information that is used for processing by an electronic computer and that conforms to the program (data that is not a direct command to the computer but has a property that defines the processing of the computer).

また、この形態では、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、周波数領域エコー除去装置を構成することとしたが、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。   In this embodiment, the frequency domain echo removal apparatus is configured by executing a predetermined program on a computer. However, at least a part of these processing contents may be realized by hardware. .

図３に、従来の周波数領域エコーキャンセラのエコー除去特性と、本発明による実施形態の周波数領域エコーキャンセラ１００のエコー除去特性を示す。横軸は時間（秒）、縦軸は相対パワー（dB）を表している。測定開始後１秒で、反響路が変わり、その時点からの収束速度を比較している。従来法では、誤差の相対パワーが35dBになるまで約３秒かかっているが、周波数領域エコーキャンセラ１００は約２秒で同程度になっており、収束速度が1.5倍になっていることが分かる。   FIG. 3 shows the echo cancellation characteristics of a conventional frequency domain echo canceller and the echo cancellation characteristics of the frequency domain echo canceller 100 according to the embodiment of the present invention. The horizontal axis represents time (seconds), and the vertical axis represents relative power (dB). One second after the start of measurement, the echo path changes, and the convergence speeds from that point are compared. In the conventional method, it takes about 3 seconds until the relative power of the error reaches 35 dB. However, the frequency domain echo canceller 100 is about the same in about 2 seconds, and the convergence speed is 1.5 times. .

Claims (5)

現在の適応フィルタ係数を、１時刻前の適応フィルタ係数と、更新量である適応フィルタ更新係数に更新量制御パラメータμを乗じたものとの加算によって更新し、反響路を経た時間領域受話信号ｘを含む時間領域エコー信号ｄから、当該時間領域受話信号ｘに周波数領域で現在の上記適応フィルタを適用して得られた時間領域擬似エコー信号ｙを差し引くことで時間領域残留信号ｅを得る周波数領域エコー除去装置であって、
上記時間領域受話信号ｘをフーリエ変換して周波数領域受話信号Ｘを求める第１フーリエ変換適用部と、
上記周波数領域受話信号Ｘを複素共役に変換し、複素共役周波数領域受話信号Ｘ*を求める複素共役変換部と、
上記時間領域残留信号ｅをフーリエ変換して周波数領域残留信号Ｅを求める第２フーリエ変換適用部と、
上記複素共役周波数領域受話信号Ｘ*に上記周波数領域残留信号Ｅを乗算し、拘束前周波数領域適応フィルタ更新係数ΔＷuを求める第１乗算部と、
上記拘束前周波数領域適応フィルタ更新係数ΔＷuを逆フーリエ変換して拘束前時間領域適応フィルタ更新係数Δｗuを求める第１逆フーリエ変換適用部と、
上記拘束前時間領域適応フィルタ更新係数Δｗuに対して、上記反響路の特性を表す減衰係数Ａを乗じると共に拘束をかけて、拘束付時間領域適応フィルタ更新係数Δｗ^cを求める拘束部と、
上記拘束付時間領域適応フィルタ更新係数Δｗ^cをフーリエ変換して拘束付周波数領域適応フィルタ更新係数ΔＷ^cを求める第３フーリエ変換適用部と、
一時刻前の周波数領域適応フィルタ係数Ｗ’と、上記拘束付周波数領域適応フィルタ更新係数ΔＷ^cに更新量制御パラメータμを乗じたものとを加算して、周波数領域適応フィルタ係数Ｗを求める更新部と、
上記周波数領域適応フィルタ係数Ｗを上記周波数領域受話信号Ｘに乗算して、周波数領域擬似エコー信号Ｙを求める第２乗算部と、
上記周波数領域擬似エコー信号Ｙを逆フーリエ変換して上記時間領域擬似エコー信号ｙを求める第２逆フーリエ変換適用部と、
上記時間領域エコー信号ｄから上記時間領域擬似エコー信号ｙを減算して上記時間領域残留信号ｅを求める減算部と
を含む周波数領域エコー除去装置。 The current adaptive filter coefficient is updated by adding the adaptive filter coefficient of the previous time and the adaptive filter update coefficient that is the update amount multiplied by the update amount control parameter μ, and the time domain received signal x passing through the echo path is updated. Is obtained by subtracting the time domain pseudo echo signal y obtained by applying the current adaptive filter in the frequency domain to the time domain received signal x from the time domain echo signal d including An echo canceller,
A first Fourier transform application unit for obtaining a frequency domain received signal X by Fourier transforming the time domain received signal x;
A complex conjugate transformer for converting the frequency domain received signal X into a complex conjugate to obtain a complex conjugate frequency domain received signal X * ;
A second Fourier transform application unit that obtains a frequency domain residual signal E by Fourier transforming the time domain residual signal e;
A first multiplier for multiplying the complex conjugate frequency domain received signal X * by the frequency domain residual signal E to obtain a pre-constrained frequency domain adaptive filter update coefficient ΔW u ;
A first inverse Fourier transform application unit for inverse Fourier transforming the pre-constrained frequency domain adaptive filter update coefficient ΔW u to obtain a pre-constrained time domain adaptive filter update coefficient Δw u ;
A constraining unit for multiplying and constraining the pre-constrained time domain adaptive filter update coefficient Δw u by an attenuation coefficient A representing the characteristics of the echo path, and obtaining a constrained time domain adaptive filter update coefficient Δw ^ c ;
A third Fourier transform application unit for Fourier transforming the constrained time domain adaptive filter update coefficient Δw ^ c to obtain a constrained frequency domain adaptive filter update coefficient ΔW ^ c ;
Update to obtain the frequency domain adaptive filter coefficient W by adding the frequency domain adaptive filter coefficient W ′ one time before and the above-mentioned constrained frequency domain adaptive filter update coefficient ΔW ^ c multiplied by the update amount control parameter μ And
A second multiplier for multiplying the frequency domain received filter signal X by the frequency domain adaptive filter coefficient W to obtain a frequency domain pseudo echo signal Y;
A second inverse Fourier transform application unit for inverse Fourier transforming the frequency domain pseudo echo signal Y to obtain the time domain pseudo echo signal y;
A frequency domain echo removal apparatus comprising: a subtractor that subtracts the time domain pseudo echo signal y from the time domain echo signal d to obtain the time domain residual signal e. 請求項１に記載の周波数領域エコー除去装置において、
時間領域の線形畳み込み演算を離散フーリエ変換における巡回畳み込み演算で実現するためにオーバーラップ保存法を用い、
上記拘束部は、
上記拘束前時間領域適応フィルタ更新係数Δｗuのうちオーバーラップの残余要素に相当する要素に上記減衰係数Ａを乗じ、上記拘束前時間領域適応フィルタ更新係数Δｗuのうちオーバーラップの廃棄要素に相当する要素を０に置換することで拘束し、
上記減算部は、
上記時間領域エコー信号ｄから、上記時間領域擬似エコー信号ｙのうちオーバーラップの残余要素を減算し、残りの廃棄要素を０に置換することで上記時間領域残留信号ｅを求める
ことを特徴とする周波数領域エコー除去装置。 The frequency domain echo canceller according to claim 1,
In order to realize the time domain linear convolution operation with the cyclic convolution operation in the discrete Fourier transform,
The restraining part is
Of the pre-constraint time domain adaptive filter update coefficient Δw u , the element corresponding to the residual element of overlap is multiplied by the attenuation coefficient A, and the pre-constraint time domain adaptive filter update coefficient Δw u corresponds to the overlap discard element. By substituting the elements to be replaced with 0,
The subtraction unit
The time domain residual signal e is obtained by subtracting an overlap residual element from the time domain pseudo echo signal y from the time domain echo signal d and replacing the remaining discard elements with 0. Frequency domain echo canceller. 現在の適応フィルタ係数を、１時刻前の適応フィルタ係数と、更新量である適応フィルタ更新係数に更新量制御パラメータμを乗じたものとの加算によって更新し、反響路を経た時間領域受話信号ｘを含む時間領域エコー信号ｄから、当該時間領域受話信号ｘに周波数領域で現在の上記適応フィルタを適用して得られた時間領域擬似エコー信号ｙを差し引くことで時間領域残留信号ｅを得る周波数領域エコー除去方法であって、
上記時間領域受話信号ｘをフーリエ変換して周波数領域受話信号Ｘを求める第１フーリエ変換適用ステップと、
上記周波数領域受話信号Ｘを複素共役に変換し、複素共役周波数領域受話信号Ｘ*を求める複素共役変換ステップと、
上記時間領域残留信号ｅをフーリエ変換して周波数領域残留信号Ｅを求める第２フーリエ変換適用ステップと、
上記複素共役周波数領域受話信号Ｘ*に上記周波数領域残留信号Ｅを乗算し、拘束前周波数領域適応フィルタ更新係数ΔＷuを求める第１乗算ステップと、
上記拘束前周波数領域適応フィルタ更新係数ΔＷuを逆フーリエ変換して拘束前時間領域適応フィルタ更新係数Δｗuを求める第１逆フーリエ変換適用ステップと、
上記拘束前時間領域適応フィルタ更新係数Δｗuに対して、上記反響路の特性を表す減衰係数Ａを乗じると共に拘束をかけて、拘束付時間領域適応フィルタ更新係数Δｗ^cを求める拘束ステップと、
上記拘束付時間領域適応フィルタ更新係数Δｗ^cをフーリエ変換して拘束付周波数領域適応フィルタ更新係数ΔＷ^cを求める第３フーリエ変換適用ステップと、
一時刻前の周波数領域適応フィルタ係数Ｗ’と、上記拘束付周波数領域適応フィルタ更新係数ΔＷ^cに更新量制御パラメータμを乗じたものとを加算して、周波数領域適応フィルタ係数Ｗを求める更新ステップと、
上記周波数領域適応フィルタ係数Ｗを上記周波数領域受話信号Ｘに乗算して、周波数領域擬似エコー信号Ｙを求める第２乗算ステップと、
上記周波数領域擬似エコー信号Ｙを逆フーリエ変換して上記時間領域擬似エコー信号ｙを求める第２逆フーリエ変換適用ステップと、
上記時間領域エコー信号ｄから上記時間領域擬似エコー信号ｙを減算して上記時間領域残留信号ｅを求める減算ステップと
を有する周波数領域エコー除去方法。 The current adaptive filter coefficient is updated by adding the adaptive filter coefficient one time before and the adaptive filter update coefficient, which is the update amount, multiplied by the update amount control parameter μ, and the time domain received signal x through the echo path is updated. Is obtained by subtracting the time domain pseudo echo signal y obtained by applying the current adaptive filter in the frequency domain to the time domain received signal x from the time domain echo signal d including An echo cancellation method,
Applying a first Fourier transform to obtain a frequency domain received signal X by Fourier transforming the time domain received signal x;
A complex conjugate conversion step of converting the frequency domain received signal X into a complex conjugate to obtain a complex conjugate frequency domain received signal X * ;
Applying a second Fourier transform to obtain a frequency domain residual signal E by Fourier transforming the time domain residual signal e;
A first multiplication step of multiplying the complex conjugate frequency domain received signal X * by the frequency domain residual signal E to obtain a pre-constrained frequency domain adaptive filter update coefficient ΔW u ;
Applying a first inverse Fourier transform to obtain an unconstrained time domain adaptive filter update coefficient Δw u by performing an inverse Fourier transform on the unconstrained frequency domain adaptive filter update coefficient ΔW u ;
A constraining step of multiplying and constraining the pre-constrained time domain adaptive filter update coefficient Δw u by an attenuation coefficient A representing the characteristics of the echo path and obtaining a constrained time domain adaptive filter update coefficient Δw ^ c ;
Applying a third Fourier transform to obtain a constrained frequency domain adaptive filter update coefficient ΔW ^ c by Fourier transforming the constrained time domain adaptive filter update coefficient Δw ^ c ;
Update to obtain the frequency domain adaptive filter coefficient W by adding the frequency domain adaptive filter coefficient W ′ one time before and the constrained frequency domain adaptive filter update coefficient ΔW ^ c multiplied by the update amount control parameter μ Steps,
A second multiplication step of multiplying the frequency domain received filter signal X by the frequency domain adaptive filter coefficient W to obtain a frequency domain pseudo echo signal Y;
A second inverse Fourier transform applying step for inverse Fourier transforming the frequency domain pseudo echo signal Y to obtain the time domain pseudo echo signal y;
A subtraction step of subtracting the time domain pseudo echo signal y from the time domain echo signal d to obtain the time domain residual signal e. 請求項３に記載の周波数領域エコー除去方法において、
時間領域の線形畳み込み演算を離散フーリエ変換における巡回畳み込み演算で実現するためにオーバーラップ保存法を用い、
上記拘束ステップでは、
上記拘束前時間領域適応フィルタ更新係数Δｗuのうちオーバーラップの残余要素に相当する要素に上記減衰係数Ａを乗じ、上記拘束前時間領域適応フィルタ更新係数Δｗuのうちオーバーラップの廃棄要素に相当する要素を０に置換することで拘束し、
上記減算ステップでは、
上記時間領域エコー信号ｄから、上記時間領域擬似エコー信号ｙのうちオーバーラップの残余要素を減算し、残りの廃棄要素を０に置換することで上記時間領域残留信号ｅを求める
ことを特徴とする周波数領域エコー除去方法。 The frequency domain echo cancellation method according to claim 3,
In order to realize the time domain linear convolution operation with the cyclic convolution operation in the discrete Fourier transform,
In the restraint step,
Of the pre-constraint time domain adaptive filter update coefficient Δw u , the element corresponding to the residual element of overlap is multiplied by the attenuation coefficient A, and the pre-constraint time domain adaptive filter update coefficient Δw u corresponds to the overlap discard element. By substituting the elements to be replaced with 0,
In the above subtraction step,
The time domain residual signal e is obtained by subtracting an overlap residual element from the time domain pseudo echo signal y from the time domain echo signal d and replacing the remaining discard elements with 0. Frequency domain echo cancellation method. コンピュータを請求項１または請求項２に記載された周波数領域エコー除去装置として機能させるためのプログラム。       A program for causing a computer to function as the frequency domain echo canceller according to claim 1 or 2.
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