JP2011114696A - Method, device and program for echo cancellation - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、音響再生系を有する通信会議システムに適用され、ハウリングの原因及び聴覚上の障害となる音響エコーを抑圧するエコーキャンセル方法、エコーキャンセル装置及びエコーキャンセルプログラムに関する。 The present invention relates to, for example, an echo cancellation method, an echo cancellation apparatus, and an echo cancellation program that are applied to a communication conference system having an acoustic reproduction system and suppress acoustic echoes that cause acoustic feedback and cause hearing problems.
図1は、従来のエコーキャンセル装置10を示すブロック図である。受話端11,12から送られてくる2チャネルの受話信号(例えば、ステレオ受話信号等)x1(k),x2(k)はそれぞれスピーカ21,22で再生される(ただしkは離散時刻を表す)。各スピーカで再生された音は、反響路31,32を通り、何れもマイクロホン41で収音される。収音信号d1(k)から擬似エコー信号y1(k)を差し引き、誤差信号(以下、「残留エコー」ともいう)e1(k)を求める。そして、誤差信号e1(k)は送話端51へ至る。なお、実際は、ステレオ収音するため、マイクロホンはもう一本あり、同じ処理が施されるが、簡単のため、ここでは省略する。
FIG. 1 is a block diagram showing a conventional
疑似反響路611,621は、それぞれフィルタ係数W11(k),W21(k)を有する。但し、
W11(k)=[w110(k),w111(k),…,w11L-1(k)]T
W21(k)=[w210(k),w211(k),…,w21L-1(k)]T
であり、Lは適応フィルタで用いる係数の数(適応フィルタ長)、w11j,w21j(j=0,1,…,L−1)は各フィルタ係数、Tは転置、大文字はベクトル、小文字はスカラーを表す。
The
W11 (k) = [w11 0 (k), w11 1 (k),…, w11 L-1 (k)] T
W21 (k) = [w21 0 (k), w21 1 (k),…, w21 L-1 (k)] T
, L is the number of coefficients used in the adaptive filter (adaptive filter length), w11 j , w21 j (j = 0, 1,..., L−1) are filter coefficients, T is transposed, uppercase is a vector, lowercase Represents a scalar.
疑似反響路611,621は、それぞれ受話信号x1(k),x2(k)を入力として、擬似エコー信号y11(k),y21(k)を生成する。擬似エコー信号y11(k),y21(k)は、以下の式で計算される。
The
y11(k)=W11T(k)X1(k) (1)
y21(k)=W21T(k)X2(k) (2)
但し、
X1(k)=[x1(k),x1(k-1),…,x1(k-L+1)]T
X2(k)=[x2(k),x2(k-1),…,x2(k-L+1)]T
とする。
y11 (k) = W11 T (k) X1 (k) (1)
y21 (k) = W21 T (k) X2 (k) (2)
However,
X1 (k) = [x1 (k), x1 (k-1), ..., x1 (k-L + 1)] T
X2 (k) = [x2 (k), x2 (k-1), ..., x2 (k-L + 1)] T
And
加算器71は、疑似エコー信号y11(k),y21(k)を加算し、y1(k)を生成する。減算器81は、エコー信号d1(k)からy1(k)を減算し、誤差信号e1(k)を生成する。適応フィルタ911,921は、それぞれ誤差信号e1(k)と、受話信号x1(k)とx2(k)を受け取り、反響路31,32の伝達特性H11,H21を逐次推定する。推定した適応フィルタ係数W11(k+1),W21(k+1)は、それぞれ疑似反響路611,621へ逐次コピーされる。適応フィルタ係数W11(k),W21(k)は、以下のように逐次更新される。
The
W11(k+1)=W11(k)+μΔW11(k) (3)
W21(k+1)=W21(k)+μΔW21(k) (4)
但し、
ΔW11(k)=[ΔW110(k),Δw111(k),…,Δw11L-1(k)]T
ΔW21(k)=[ΔW210(k),Δw211(k),…,Δw21L-1(k)]T
であり、μは更新量を制御するパラメータである。ΔW11(k),ΔW21(k)は、時刻kにおける更新量で、適応アルゴリズムによって異なり、それに伴って更新量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、以下のようになる。
W11 (k + 1) = W11 (k) + μΔW11 (k) (3)
W21 (k + 1) = W21 (k) + μΔW21 (k) (4)
However,
ΔW11 (k) = [ΔW11 0 (k), Δw11 1 (k),…, Δw11 L-1 (k)] T
ΔW21 (k) = [ΔW21 0 (k), Δw21 1 (k),…, Δw21 L-1 (k)] T
And μ is a parameter for controlling the update amount. ΔW11 (k) and ΔW21 (k) are update amounts at time k, which differ depending on the adaptive algorithm, and accordingly, the parameter μ for controlling the update amount also differs. For example, the learning identification method is as follows.
疑似反響路と反響路の誤差が小さいと、生成する疑似エコーと発生するエコーの差が小さくなり、消去できるエコーの量が増え、相手へ返るエコーを減らすことができる。実環境における反響路の長さは無限に近い長さであるが、適応フィルタ長は有限長であるため、適応フィルタ長が短過ぎると、疑似反響路と反響路の誤差が大きくなり、相手へ帰るエコーが大きくなる。しかしながら、適応フィルタ長を長くすると演算量が増大するため、適応フィルタ長を検討する際、相手へ帰るエコーの量と、演算量はトレードオフとなる。 If the error between the pseudo echo path and the echo path is small, the difference between the pseudo echo to be generated and the echo to be generated becomes small, the amount of echoes that can be eliminated increases, and the echoes returned to the other party can be reduced. The length of the echo path in the real environment is almost infinite, but the adaptive filter length is finite, so if the adaptive filter length is too short, the error between the pseudo echo path and the echo path will increase, The return echo becomes larger. However, since the amount of calculation increases when the adaptive filter length is increased, the amount of echo returned to the partner and the amount of calculation are traded off when considering the adaptive filter length.
サブバンド方式を用いて、最適な適応フィルタ長を割当てる従来技術として、非特許文献1が知られている。これは、各サブバンド内で誤差の量が多いバンドに対して、適応フィルタ長を長く設定し、誤差の量が少ないバンドの適応フィルタ長を短く設定する。これにより、疑似反響路と反響路の誤差を小さくできる。
Non-Patent
しかしながら、2チャネルの受話信号の各誤差の量が測定できないため、エコーキャンセル装置10において、疑似反響路611、612の適応フィルタ長を別々に設定することはできない。
However, since the amount of each error of the two-channel received signals cannot be measured, the
上記の課題を解決するために、本発明に係るエコーキャンセル技術は、疑似反響路において、2チャネルの受話信号と、各チャネルの受話信号に対応するフィルタ係数を用いて、2つのチャネル擬似エコー信号を求め、2つのチャネル擬似エコー信号を加算して総合擬似エコー信号を求め、2チャネルの受話信号の再生音に対する収音信号から総合擬似エコー信号を差し引いて誤差信号を求め、2チャネルの受話信号を再生するスピーカと、その再生音を収音するマイクロホンの位置関係により定まる反響路の伝達特性をフィルタで表した場合の係数に対応する値の差が閾値よりも大きいの場合には、大きい方の値に対応する適応フィルタ長が、小さい方の値に対応する適応フィルタ長より長くなるように、フィルタ長を決定し、フィルタ長決定ステップにおいて決定されたフィルタ長に基づき、現在の適応フィルタ係数と、2チャネルの受話信号と、誤差信号を用いて、各チャネルの受話信号に対応する適応フィルタ係数を逐次更新する。 In order to solve the above problems, the echo cancellation technique according to the present invention uses two channel received signals and two channel pseudo echo signals in the pseudo echo path using filter coefficients corresponding to the received signals of each channel. 2 channel pseudo echo signals are added to obtain a total pseudo echo signal, an error signal is obtained by subtracting the total pseudo echo signal from the collected sound of the reproduced sound of the 2-channel received signal, and a 2-channel received signal is obtained. If the difference in the value corresponding to the coefficient when the transmission characteristics of the echo path determined by the positional relationship between the speaker that reproduces the sound and the microphone that picks up the reproduced sound is represented by a filter is greater than the threshold value, the larger The filter length is determined so that the adaptive filter length corresponding to the value of is longer than the adaptive filter length corresponding to the smaller value. Based on the filter length determined in the constant step, the current adaptive filter coefficients, the received signal of the two channels and, using the error signal, sequentially updates the adaptive filter coefficients corresponding to the received signal of each channel.
本発明は、各反響路に対応する疑似反響路の適応フィルタ長を別々に設定することでトータルの残留エコーを少なくすることができるという効果を奏する。 The present invention has an effect that the total residual echo can be reduced by separately setting the adaptive filter length of the pseudo-resonance path corresponding to each echo path.
[発明の原理]
本発明の原理について説明する。図2はエコーキャンセル装置100の利用例を示す。本発明は、2チャネルの受話信号x1(k),x2(k)を再生する2つスピーカ21,22の位置が、音声を収音するマイクロホン41,42,…,4Mの位置に対して対称になっていない場合に、各スピーカ21,22から各マイクロホン41,42,…,4Mに回り込む音の大きさが異なることに着目し、適応フィルタ長を変更し、相手へ返るエコーを少なくする。
[Principle of the Invention]
The principle of the present invention will be described. FIG. 2 shows an example of use of the
まず、適応フィルタ長に着目した場合の、疑似反響路と反響路の誤差が相手へ返るエコーの量に及ぼす影響を考える。適応フィルタ長をL、反響路をフィルタで表した場合のフィルタ長をM(但し、M>L)とした場合、各フィルタの誤差Δe11(k),Δe21(k)を First, let us consider the effect of the error between the pseudo echo path and the echo path on the amount of echo returned to the other party when focusing on the adaptive filter length. When the adaptive filter length is L and the filter length when the echo path is represented by a filter is M (where M> L), the error Δe11 (k) and Δe21 (k) of each filter is
と表すことができる。ここで、h11i,h21i(但し、i=0,1,…,M−1)は、反響路311,321の伝達特性H11,H21をフィルタで表した場合の各フィルタ係数であり、
H11=[h110,h111,…,h11M-1]T
H21=[h210,h211,…,h21M-1]T
と表す。反響路の伝達特性は、指数的に減衰することが知られており、適応フィルタ長Lの値が大きいほど、式(10)、(11)のそれぞれの右辺第二項の値が小さくなる。
It can be expressed as. Here, h11 i , h21 i (where i = 0, 1,..., M−1) are filter coefficients when the transfer characteristics H11 and H21 of the
H11 = [h11 0 , h11 1 ,…, h11 M-1 ] T
H21 = [h21 0 , h21 1 ,…, h21 M-1 ] T
It expresses. The transfer characteristic of the echo path is known to attenuate exponentially, and the value of the second term on the right side of each of the equations (10) and (11) decreases as the value of the adaptive filter length L increases.
例えば、一方のスピーカ21が他方のスピーカ22よりもマイクロホン41に近い場合、‖H11‖2>>‖H21‖2となり、式(10)、(11)の第二項は、
For example, if one of the
となる。その結果、精度よく反響路の伝達特性が推定でき、式(10)、(11)の第一項が小さくなったとしても、第二項の影響からΔe11(k)>>Δe21(k)となることが分かる。 It becomes. As a result, the transfer characteristic of the echo path can be estimated with high accuracy, and even if the first term of the equations (10) and (11) becomes smaller, Δe11 (k) >> Δe21 (k) from the influence of the second term. I understand that
相手へ返る残留エコーは、式(10)、(11)のΔe11(k)、Δe21(k)と2チャネルの受話信号x1(k),x2(k)のそれぞれの乗算に比例する。よって、2チャネルの受話信号の大きさが等しい場合、Δe11(k)を小さくすることで、相手へ帰る残留エコーを小さくすることができる。 The residual echo returned to the other party is proportional to each multiplication of Δe11 (k) and Δe21 (k) in equations (10) and (11) and the two-channel received signals x1 (k) and x2 (k). Therefore, when the magnitudes of the received signals of the two channels are equal, the residual echo returned to the other party can be reduced by reducing Δe11 (k).
この影響を減らすためには、適応フィルタ長Lを増やせばよいが、前述の通り、演算量の制約から単純にLを増加させることができない。ここで、スピーカとマイクロホンの位置関係から定まる各反響路311,321の伝達特性H11,H21のそれぞれに対応する適応フィルタの適応フィルタ長L1,L2を導入することを考える。個別に適応フィルタ長を設定することで第二項の影響を制御しつつ、演算量を抑える。適応フィルタ長L1,L2を導入した場合、式(10)、(11)は、以下のように書き換えられる。
In order to reduce this influence, the adaptive filter length L may be increased. However, as described above, L cannot be simply increased due to the amount of calculation. Here, it is considered to introduce adaptive filter lengths L1 and L2 of adaptive filters corresponding to the transfer characteristics H11 and H21 of the
例えば、‖H11‖2>>‖H21‖2である場合、L1>L2と設定することで、第二項の影響を小さくすることができる。また、‖H11‖2<<‖H21‖2である場合、L1<L2と設定すればよい。よって、以下の式(16)、(17)のように適応フィルタ長L1,L2を設定する。 For example, if a ‖H11‖ 2 >> ‖H21‖ 2, by setting the L1> L2, it is possible to reduce the influence of the second term. Also, if it is ‖H11‖ 2 << ‖H21‖ 2, may be set as L1 <L2. Therefore, adaptive filter lengths L1 and L2 are set as in the following equations (16) and (17).
ここでα1〜α4およびβは、適応フィルタ長の初期値Lや部屋の環境により実験値で求める正の値とする。 Here, α1 to α4 and β are positive values obtained from experimental values according to the initial value L of the adaptive filter length and the room environment.
なお、適応フィルタ長を長く設定すればするほど、定常残留誤差(誤差が変動しなくなる量)が小さくなるが、収束時間が長くなるため、α1〜α4は用途により定常残留誤差と収束時間の何れを優先すべきかを考慮して設定する値である。例えば、α1〜α4は適応フィルタ長の初期値Lの0.05〜0.2倍に設定する。また、α1とα3を同じ値に、α2とα4を同じ値にすると、L1+L2=2Lとなり、従来技術と同様の計算コストで、よりエコー消去量の大きいエコーキャンセル装置を実現することができる。 Note that the longer the adaptive filter length is set, the smaller the stationary residual error (the amount that the error does not change) becomes smaller, but the convergence time becomes longer, so α1 to α4 are either the stationary residual error or the convergence time depending on the application. This is a value set in consideration of whether priority should be given. For example, α1 to α4 are set to 0.05 to 0.2 times the initial value L of the adaptive filter length. Further, if α1 and α3 are set to the same value, and α2 and α4 are set to the same value, L1 + L2 = 2L, and an echo cancellation apparatus having a larger echo cancellation amount can be realized with the same calculation cost as in the prior art.
このようにスピーカ21,22とマイクロホン41,42,…,4Mの位置関係に応じて適応フィルタ長L1,L2を変動させることにより、式(10)、(11)の右辺第二項のうち、影響の大きい方の項の値を小さくすることが可能となる。
Thus, by changing the adaptive filter lengths L1, L2 according to the positional relationship between the
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
<エコーキャンセル装置100>
図3はエコーキャンセル装置100の構成例を、図4はエコーキャンセル装置100の処理フロー例を示す。これらを用いて実施例1に係るエコーキャンセル装置100を説明する。
<
FIG. 3 shows a configuration example of the
受話端11,12から送られてくる2チャネルの受話信号x1(k),x2(k)はそれぞれスピーカ21,22で再生される。各スピーカで再生された音は、反響路311及び321を通ってマイクロホン41で、反響路312及び322を通ってマイクロホン42で、…、反響路31M及び32Mを通ってマイクロホン4Mで収音される。なお、Mは1以上の整数である。例えば、ステレオ収音する場合には、M=2となるが、これに限定されるものではない。なお、図3において、実際は、マイクロホンはもう(M−1)本あり、同じ処理が施されるが、簡単のため省略する。
Two-channel received signals x1 (k) and x2 (k) sent from the receiving ends 11 and 12 are reproduced by the
エコーキャンセル装置100は、2チャネルの受話信号x1(k),x2(k)とマイクロホン41,42,…,4Mで収音される収音信号d1(k),d2(k),…,dM(k)を受け取る。そして、収音信号d1(k),d2(k),…,dM(k)からそれぞれ擬似エコー信号y1(k),y2(k),…,yM(k)を差し引き、誤差信号e1(k),e2(k),…,eM(k)を求め、これを出力する。そして、各誤差信号は送話端51,52,…,5Mへ至る。
The
エコーキャンセル装置100は、フィルタ長決定部111、記憶部103、疑似反響路611,621、適応フィルタ911,921、加算器71及び減算器81を有する。なお、各部は、送話チャネルMに合わせて増やせばよい。
The
また、エコーキャンセル装置100は、アナログ受話信号x1(t),x2(t)、アナログ収音信号d1(t)が入力される場合には(但し、tは連続時間を表す)、図示しないA/D変換部を有し、アナログ信号x1(t),x2(t),d1(t)をデジタル信号x1(k),x2(k),d1(k)に変換する構成としてもよい。
Further, the
<記憶部103>
記憶部103は、入出力される各データや演算過程の各データを、逐一、格納・読み出しする。それにより各演算処理が進められる。但し、必ずしも記憶部103に記憶しなければならないわけではなく、各部間で直接データを受け渡してもよい。
<
The
<フィルタ長決定部111>
フィルタ長決定部111は、2チャネルの受話信号x1(k),x2(k)を再生するスピーカ21,22と、その再生音を収音するマイクロホンの位置関係により定まる反響路311,321の伝達特性H11,H21をフィルタで表した場合の係数に対応する値H11’とH21’の差が閾値βよりも大きいの場合には、大きい値H11’(またはH21’)に対応する適応フィルタ長が、小さい値H21’(またはH11’)に対応する適応フィルタ長より長くなるように、フィルタ長を決定する(s111)。
<Filter
The filter
係数に対応する値H11’とH21’とは、例えば、(a)反響路の伝達特性をフィルタで表した場合の係数の二乗和‖H11‖2,‖H21‖2、(b)適応フィルタ係数の二乗和‖W11(k)‖2,‖W21(k)‖2、(c)チャネル擬似エコー信号の二乗y11(k)2,y21(k)2等であり、反響路の伝達特性をフィルタで表した場合の係数を類推できるものであれば他の値であってもよい。 The value H11 'and H21' corresponding to the coefficients, for example, (a) square sum ‖H11‖ 2 of coefficient when the transfer characteristic of the echo path, expressed in filter, ‖H21‖ 2, (b) adaptive filter coefficients the square sum ‖W11 (k) ‖ 2, ‖W21 (k) || 2 is (c) the square of the channel pseudo echo signal y11 (k) 2, y21 ( k) 2 and the like, filtering the transfer characteristic of the echo path Any other value may be used as long as the coefficient can be inferred.
なお、通常の利用においては、使用中にスピーカ21,22やマイクロホン41の位置関係は変化しないため、‖W11(k)‖2,‖W21(k)‖2やy11(k)2,y21(k)2を用いる場合にも、予めこれらの値を測定しておき、適応フィルタ長L1,L2を変更しておいてもよい。但し、位置関係は変化する可能性がある場合には、逐次、または、所定時間毎(例えば300秒毎)に適応フィルタ長を決定してもよく、このとき、適応フィルタ長L1,L2は時間の関数となり、L1(k),L2(k)となる。
In the normal use, since the positional relationship between the
(a)反響路の伝達特性をフィルタで表した場合の係数の二乗和
係数に対応する値H11’とH21’として、その係数の二乗和‖H11‖2,‖H21‖2を用いた場合には、前述の式(16)、(17)に従って適応フィルタ長L1,L2を決定する。
As (a) the value H11 corresponding to the square sum coefficient of the coefficient when the transfer characteristic of the echo path, expressed in filter 'and H21', the square sum ‖H11‖ 2 of the coefficients, in the case of using ‖H21‖ 2 Determines the adaptive filter lengths L1 and L2 according to the equations (16) and (17) described above.
つまり、一方の係数の二乗和‖H11‖2から他方の係数の二乗和‖H21‖2を引いた差sが閾値βより大きい場合には、一方の係数の二乗和‖H11‖2に対応する適応フィルタ長L1を初期値Lよりも長くなるように、他方の係数の二乗和‖H21‖2に対応する適応フィルタ長L2を初期値Lよりも短くなるように、フィルタ長を決定する。差sの絶対値が閾値β以下場合には、各係数の二乗和‖H11‖2,二乗和‖H21‖2に対応する適応フィルタ長L1,L2を初期値となるように、フィルタ長を決定する。他方の係数の二乗和‖H21‖2から一方の係数の二乗和‖H11‖2を引いた差が閾値βより大きい場合には、一方の係数の二乗和‖H11‖2に対応する適応フィルタ長L1を初期値Lよりも短くなるように、他方の係数の二乗和‖H21‖2に対応する適応フィルタ長L2を初期値Lよりも長くなるように、フィルタ長を決定する。 In other words, the difference s obtained by subtracting the square sum ‖H21‖ 2 of the other coefficients from square sum ‖H11‖ 2 of one coefficient is greater than the threshold value β corresponds to the square sum ‖H11‖ 2 of one of the coefficients the adaptive filter length L1 so as to be longer than the initial value L, so that the adaptive filter length L2 corresponding to the square sum ‖H21‖ 2 of the other coefficient is shorter than the initial value L, determines the filter length. If the absolute value of the difference s is the threshold β or less, the square sum ‖H11‖ 2 of each coefficient, the adaptive filter length L1, L2 corresponding to the square sum ‖H21‖ 2 so that the initial value, determine the filter length To do. If the difference obtained by subtracting the square sum ‖H11‖ 2 of one of the coefficients from the square sum ‖H21‖ 2 of the other factor is larger than the threshold β is the adaptive filter length corresponding to the square sum ‖H11‖ 2 of one of the coefficients L1 to be shorter than the initial value L, so that the adaptive filter length L2 corresponding to the square sum ‖H21‖ 2 of the other coefficients is longer than the initial value L, determines the filter length.
図5はフィルタ長決定部の構成例を、図6はフィルタ長決定部の処理フロー例を示す。例えば、フィルタ長決定部111は、減算部111aと選択部111bを有し、以下のように処理する。フィルタ長決定部111は、予め測定しておいた‖H11‖2、‖H21‖2を記憶部103等から受け取り、減算部111aにおいて、差sを求める(s111a)。
FIG. 5 shows a configuration example of the filter length determination unit, and FIG. 6 shows a processing flow example of the filter length determination unit. For example, the filter
s=‖H11‖2−‖H21‖2
選択部111bは、sの大きさに応じて(式(16)、(17)に従って)、適応フィルタ長L1,L2を選択する(s111b1,s111b2,s111b3)。
s = ‖H11‖ 2 -‖H21‖ 2
The selection unit 111b selects the adaptive filter lengths L1 and L2 according to the size of s (according to equations (16) and (17)) (s111b1, s111b2, and s111b3).
但し、式(16)、(17)は同時に設定する必要はなく、例えば、式(16)(または、式(17))だけを実施しても、大きい二乗和に対応する適応フィルタ長が、小さい二乗和に対応する適応フィルタ長より長くなるように、フィルタ長を決定することができる。 However, equations (16) and (17) need not be set simultaneously. For example, even if only equation (16) (or equation (17)) is implemented, the adaptive filter length corresponding to a large sum of squares is The filter length can be determined to be longer than the adaptive filter length corresponding to the small sum of squares.
(b)適応フィルタ係数の二乗和
係数に対応する値H11’とH21’として、‖H11‖2,‖H21‖2に代えて、適応フィルタ係数の二乗和‖W11(k)‖2,‖W21(k)‖2を用いてもよい。このとき、式(16)、(17)に代えて式(16’)、(17’)に従って適応フィルタ長L1,L2を決定する。
この場合、図中、破線で示す二乗算出部101は、適応フィルタ911,921から直接、または、記憶部103を介して、適応フィルタ係数W11(k),W21(k)を受け取り適応フィルタ係数の二乗和‖W11(k)‖2,‖W21(k)‖2を算出し、フィルタ長決定部111へ出力する。
In this case, the
(c)チャネル擬似エコー信号の二乗
また、係数に対応する値H11’とH21’として、‖H11‖2,‖H21‖2に代えて、チャネル擬似エコー信号の二乗y11(k)2,y21(k)2を用いてもよい。このとき、式(16)、(17)に代えて式(16”)、(17”)に従って適応フィルタ長L1,L2を決定する。
この場合、図中、破線で示す二乗算出部101は、疑似反響路611,621から直接、または、記憶部103を介して、チャネル疑似エコー信号y11(k),y21(k)を受け取り、チャネル疑似エコー信号の二乗y11(k)2,y21(k)2を算出し、フィルタ長決定部111へ出力する。
In this case, the
反響路の伝達特性をフィルタで表した場合の係数H11,H21の二乗和‖H11‖2,‖H21‖2については、例えば、スピーカ21,22とマイクロホン41が同一筐体に具備されている場合は、位置関係が変わらないため、予め測定することで、初期値を持たせることができる。なお、予め測定する場合には、フィルタ長決定部111を設けず、この処理を予め行っておき、適応フィルタ911,921の適応フィルタ長L1,L2を予め変更しておいてもよい。
Square sum ‖H11‖ 2 coefficients H11, H21 when representing the transfer characteristic of the echo path in the filter, for ‖H21‖ 2, for example, if the
また、スピーカ21,22とマイクロホン41の位置関係が予め分からない場合は、疑似エコー信号の二乗y11(k)2,y21(k)2の大きさや適応フィルタ係数の二乗和‖W11(k)‖2,‖W21(k)‖2を観測することで、適応的に反響路の伝達特性をフィルタで表した場合の係数の二乗和を類推することができる。
Further, when the positional relationship between the
<疑似反響路611,621>
疑似反響路611は、2チャネルの受話信号x1(k),x2(k)と、各チャネルの受話信号に対応する適応フィルタ係数W11(k),W21(k)を用いて、2つのチャネル擬似エコー信号y11(k),y21(k)を求める(s611,s621)。例えば、疑似反響路611は、受話信号x1(k)と、この受話信号に対応する適応フィルタ係数W11(k)を受け取り、
y11(k)=W11T(k)X1(k) (1)
により、y11(k)を求め、出力する。疑似反響路621も同様の処理を行う。
<
The
y11 (k) = W11 T (k) X1 (k) (1)
To obtain and output y11 (k). The
<加算器71及び減算部81>
加算器71は、2つのチャネル擬似エコー信号y11(k),y21(k)を加算して総合擬似エコー信号y1(k)を求める(s71)。例えば、加算器71は、y11(k),y21(k)を受け取り、y1(k)=y11(k)+y21(k)を求め、出力する。
<
The
減算部81は、2チャネルの受話信号の再生音に対する収音信号d1(k)から総合擬似エコー信号y1(k)を差し引いて誤差信号e1(k)を求める(s81)。例えば、減算部81は、d1(k)とy1(k)を受け取り、e1(k)=d1(k)−y1(k)を求め、出力する。
The subtracting
<適応フィルタ911,921>
適応フィルタ911,921は、フィルタ長決定部111において決定されたフィルタ長L1,L2に基づき、現在の適応フィルタ係数W1(k),W2(k)と、2チャネルの受話信号x1(k),x2(k)と、誤差信号e1(k)を用いて、各チャネルの受話信号に対応する適応フィルタ係数を逐次更新し、W1(k+1),W2(k+1)を求める(s911,s921)。
<Adaptive filters 911 and 921>
The
例えば、適応フィルタ911は、L1,x1(k),x2(k),e1(k)を受け取り、
W11(k+1)=W11(k)+μΔW11(k) (3)
により、適応フィルタ係数W11(k)を逐次更新し、W11(k+1)を求め、コピーして、疑似反響路611に出力する。なお、式(3)のΔW11(k)は、例えば、
For example, the
W11 (k + 1) = W11 (k) + μΔW11 (k) (3)
Thus, the adaptive filter coefficient W11 (k) is sequentially updated, W11 (k + 1) is obtained, copied, and output to the
により求める。但し、
X1(k)=[x1(k),x1(k-1),…,x1(k-L1+1)]T
X2(k)=[x2(k),x2(k-1),…,x2(k-L1+1)]T
である。なお、記憶部103は、少なくとも、適応フィルタ長が最大となったときのx1(k-L1+1),x2(k-L1+1)までを記憶しておく。また、適応フィルタ長が変化するため、式(3)において、適応フィルタ長が合わないことがある。例えば、適応フィルタ長が短くなった場合、W11(k)のほうが、ΔW11(k)よりも係数が多い。余った部分については、削除してw11(k+1)を求めてもよい。また、適応フィルタ長が長くなった場合、W11(k)のほうが、ΔW11(k)よりも係数が少ない。足りない部分については、フィルタ係数の初期値(例えば、0)を代入して、w11(k+1)を求めてもよい。適応フィルタ921も同様の処理を行う。
Ask for. However,
X1 (k) = [x1 (k), x1 (k-1), ..., x1 (k-L1 + 1)] T
X2 (k) = [x2 (k), x2 (k-1), ..., x2 (k-L1 + 1)] T
It is. Note that the
なお、本発明のポイントは、スピーカ21,22とマイクロホン41の位置関係に応じて適応フィルタ長を変化させる点であり、当然、式(3)、(4)、(5)、(6)以外の式、方法によって、つまり、学習同定法以外の従来技術を用いて、適応フィルタ係数を更新してもよい。
The point of the present invention is that the adaptive filter length is changed in accordance with the positional relationship between the
<シミュレーション結果>
図7はエコーキャンセルなしの場合の残留エコーの大きさ、従来のエコーキャンセル装置10の残留エコーの大きさ、エコーキャンセル装置100の残留エコーの大きさを示す。横軸は時間(秒)、縦軸は相対パワー(dB)を表す。測定開始後2秒で、反響路が変わり、その時点から再度収束している。条件としては、一方のスピーカがマイクロホンに近く、他方のスピーカの1/3の距離であることを想定している。また、式(16)、(17)において、L=512,α=25、β=3dBとしている。
<Simulation results>
FIG. 7 shows the size of the residual echo without echo cancellation, the size of the residual echo of the conventional
従来法では、定常残留誤差が約29dBであるのに対し、本発明を用いた場合の定常残留誤差は約24dBとなっており、約5dBの改善が実現できている。 In the conventional method, the steady residual error is about 29 dB, whereas the steady residual error when using the present invention is about 24 dB, and an improvement of about 5 dB can be realized.
<その他>
フィルタ長決定部111は、P個(Pは2以上の整数)の閾値βを設けてもよい。但し、βp<β(p−1)、p=2,3,…,Pとする。例えば、閾値β1,β2を用いて、以下のように適応フィルタ長L1,L2を、求めてもよい。図8は、閾値が2つの場合のフィルタ長決定部の処理フロー例である。
<Others>
The filter
但し、α1>α2、α4>α3、α5>α6、α8>α7であり、H11’,H21’は、(a)反響路の伝達特性をフィルタで表した場合の係数の二乗和‖H11‖2,‖H21‖2、(b)適応フィルタ係数の二乗和‖W11(k)‖2,‖W21(k)‖2、(c)チャネル擬似エコー信号の二乗y11(k)2,y21(k)2等である。このように、閾値を複数設け、H11’,H21’の大きさの差に応じて、フィルタ長を伸縮させる構成とする。つまり、差が大きくなるほど大きい値(H11’またはH21’)に対応する適応フィルタ長が、小さい値(H21’またはH11’)に対応する適応フィルタ長より長くなるように、適応フィルタ長を決定する。このような構成によって、より適切なフィルタ長を選択することが可能となる。なお、差が最小の閾値βP以下のとき、各適応フィルタ長L1,L2を初期値Lとする。 However, α1> α2, α4> α3, α5> α6, α8> α7, and H11 ′ and H21 ′ are (a) the sum of squares of coefficients when the transfer characteristic of the echo path is represented by a filter ‖H11‖ 2 , ‖H21‖ 2, (b) the sum of the squares of the adaptive filter coefficients ‖W11 (k) ‖ 2, ‖W21 (k) ‖ 2, (c) the channel echo replica signal squaring y11 (k) 2, y21 ( k) 2nd magnitude. In this way, a plurality of threshold values are provided, and the filter length is expanded or contracted according to the difference in size between H11 ′ and H21 ′. That is, the adaptive filter length is determined so that the adaptive filter length corresponding to a large value (H11 ′ or H21 ′) becomes longer than the adaptive filter length corresponding to a small value (H21 ′ or H11 ′) as the difference increases. . With such a configuration, a more appropriate filter length can be selected. When the difference is equal to or smaller than the minimum threshold value βP, each adaptive filter length L1, L2 is set to an initial value L.
10,100 エコーキャンセル装置
101, 二乗算出部
103 記憶部
111 フィルタ長決定部
611,621 疑似反響路
71 加算器
81 減算器
911,921 適応フィルタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,100
Claims (7)
前記2つのチャネル擬似エコー信号を加算して総合擬似エコー信号を求める加算ステップと、
前記2チャネルの受話信号の再生音に対する収音信号から前記総合擬似エコー信号を差し引いて誤差信号を求める減算ステップと、
前記2チャネルの受話信号を再生するスピーカと、その再生音を収音するマイクロホンの位置関係により定まる反響路の伝達特性をフィルタで表した場合の係数に対応する値の差が閾値よりも大きいの場合には、大きい方の値に対応する適応フィルタ長が、小さい方の値に対応する適応フィルタ長より長くなるように、フィルタ長を決定するフィルタ長決定ステップと、
前記フィルタ長決定ステップにおいて決定されたフィルタ長に基づき、現在の適応フィルタ係数と、前記2チャネルの受話信号と、前記誤差信号を用いて、各チャネルの受話信号に対応する適応フィルタ係数を逐次更新するフィルタ更新ステップと、
を備えるエコーキャンセル方法。 In the pseudo echo path, a channel pseudo echo generation step for obtaining two channel pseudo echo signals using two channel received signals and filter coefficients corresponding to the received signals of each channel;
An adding step of adding the two channel pseudo echo signals to obtain a total pseudo echo signal;
A subtraction step of obtaining an error signal by subtracting the total pseudo echo signal from the collected sound signal for the reproduced sound of the reception signal of the two channels;
The difference in value corresponding to the coefficient when the transmission characteristics of the echo path determined by the positional relationship between the speaker that reproduces the reception signal of the two channels and the microphone that collects the reproduced sound is represented by a filter is larger than the threshold value. A filter length determining step for determining the filter length such that the adaptive filter length corresponding to the larger value is longer than the adaptive filter length corresponding to the smaller value;
Based on the filter length determined in the filter length determination step, the adaptive filter coefficient corresponding to the received signal of each channel is successively updated using the current adaptive filter coefficient, the received signal of the two channels, and the error signal. A filter update step to
An echo cancellation method comprising:
前記係数に対応する値は、
(a)前記反響路の伝達特性をフィルタで表した場合の係数の二乗和、
(b)前記適応フィルタ係数の二乗和、
(c)前記チャネル擬似エコー信号の二乗、
の何れかであり、
前記フィルタ長決定ステップは、
一方の値から他方の値を引いた差が閾値より大きい場合には、一方の値に対応する適応フィルタ長L1を初期値よりも長くなるように、フィルタ長を決定し、
一方の値から他方の値を引いた差の絶対値が閾値以下場合には、一方の値に対応する適応フィルタ長L1を初期値となるように、フィルタ長を決定し、
他方の値から一方の値を引いた差が閾値より大きい場合には、一方の値に対応する適応フィルタ長L1を初期値よりも短くなるように、フィルタ長を決定する、
ことを特徴とするエコーキャンセル方法。 The echo cancellation method according to claim 1,
The value corresponding to the coefficient is
(A) a sum of squares of coefficients when the transfer characteristic of the echo path is represented by a filter;
(B) the sum of squares of the adaptive filter coefficients;
(C) the square of the channel pseudo echo signal;
Either
The filter length determination step includes:
When the difference obtained by subtracting the other value from one value is larger than the threshold, the filter length is determined so that the adaptive filter length L1 corresponding to one value is longer than the initial value,
When the absolute value of the difference obtained by subtracting the other value from one value is equal to or smaller than the threshold value, the filter length is determined so that the adaptive filter length L1 corresponding to the one value becomes the initial value,
When the difference obtained by subtracting one value from the other value is larger than the threshold value, the filter length is determined so that the adaptive filter length L1 corresponding to one value is shorter than the initial value.
An echo canceling method characterized by that.
前記フィルタ長決定ステップは、
一方の値から他方の値を引いた差が閾値より大きい場合には、他方の値に対応する適応フィルタ長L2を初期値よりも短くなるように、フィルタ長を決定し、
一方の値から他方の値を引いた差の絶対値が閾値以下場合には、他方の値に対応する適応フィルタ長L2を初期値となるように、フィルタ長を決定し、
他方の値から一方の値を引いた差が閾値より大きい場合には、他方の値に対応する適応フィルタ長L2を初期値よりも長くなるように、フィルタ長を決定する、
ことを特徴とするエコーキャンセル方法。 The echo cancellation method according to claim 2,
The filter length determination step includes:
When the difference obtained by subtracting the other value from one value is larger than the threshold value, the filter length is determined so that the adaptive filter length L2 corresponding to the other value is shorter than the initial value,
When the absolute value of the difference obtained by subtracting the other value from one value is equal to or smaller than the threshold value, the filter length is determined so that the adaptive filter length L2 corresponding to the other value becomes the initial value,
When the difference obtained by subtracting one value from the other value is larger than the threshold value, the filter length is determined so that the adaptive filter length L2 corresponding to the other value is longer than the initial value.
An echo canceling method characterized by that.
前記フィルタ長決定ステップにおいて、
一方の値から他方の値を引いた差が閾値より大きい場合には、前記適応フィルタ長L1を初期値よりも長くした分と、前記適応フィルタ長L2を初期値よりも短くした分が等しくなるようにし、
他方の値から一方の値を引いた差が閾値より大きい場合には、前記適応フィルタ長L1を初期値よりも短くした分と、前記適応フィルタ長L2を初期値よりも長くした分が等しくなるようにする、
ことを特徴とするエコーキャンセル方法。 The echo cancellation method according to claim 3,
In the filter length determination step,
When the difference obtained by subtracting the other value from one value is larger than the threshold value, the amount by which the adaptive filter length L1 is made longer than the initial value is equal to the amount by which the adaptive filter length L2 is made shorter than the initial value. And
When the difference obtained by subtracting one value from the other value is larger than the threshold value, the amount by which the adaptive filter length L1 is made shorter than the initial value is equal to the amount by which the adaptive filter length L2 is made longer than the initial value. To
An echo canceling method characterized by that.
前記フィルタ長決定ステップにおいて、複数の閾値を設け、
前記値との差が大きいほど、大きい方の値に対応する適応フィルタ長が、小さい方の値に対応する適応フィルタ長より長くなるように、フィルタ長を決定する、
ことを特徴とするエコーキャンセル方法。 An echo cancellation method according to any one of claims 1 to 4,
In the filter length determination step, a plurality of threshold values are provided,
The filter length is determined so that the adaptive filter length corresponding to the larger value is longer than the adaptive filter length corresponding to the smaller value as the difference from the value is larger.
An echo canceling method characterized by that.
前記2つのチャネル擬似エコー信号を加算して総合擬似エコー信号を求める加算手段と、
前記2チャネルの受話信号の再生音に対する収音信号から前記総合擬似エコー信号を差し引いて誤差信号を求める減算手段と、
前記2チャネルの受話信号を再生するスピーカと、その再生音を収音するマイクロホンの位置関係により定まる反響路の伝達特性をフィルタで表した場合の係数に対応する値の差が閾値よりも大きいの場合には、大きい方の値に対応する適応フィルタ長が、小さい方の値に対応する適応フィルタ長より長くなるように、フィルタ長を決定するフィルタ長決定手段と、
前記フィルタ長決定手段において決定されたフィルタ長に基づき、現在の適応フィルタ係数と、前記2チャネルの受話信号と、前記誤差信号を用いて、各チャネルの受話信号に対応する適応フィルタ係数を逐次更新する適応フィルタと、
を備えるエコーキャンセル装置。 A pseudo echo path for obtaining two channel pseudo echo signals using a two channel received signal and a filter coefficient corresponding to the received signal of each channel;
Adding means for adding the two channel pseudo echo signals to obtain a total pseudo echo signal;
Subtracting means for obtaining an error signal by subtracting the total pseudo echo signal from the collected sound signal for the reproduced sound of the two-channel received signal;
The difference in value corresponding to the coefficient when the transmission characteristics of the echo path determined by the positional relationship between the speaker that reproduces the reception signal of the two channels and the microphone that collects the reproduced sound is represented by a filter is larger than the threshold value. The filter length determining means for determining the filter length so that the adaptive filter length corresponding to the larger value is longer than the adaptive filter length corresponding to the smaller value;
Based on the filter length determined by the filter length determining means, the adaptive filter coefficient corresponding to the received signal of each channel is sequentially updated using the current adaptive filter coefficient, the received signal of the two channels, and the error signal. An adaptive filter to
An echo canceling device comprising:
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