JP2011508990A - 音声信号のエコーキャンセルのための方法及び装置 - Google Patents

音声信号のエコーキャンセルのための方法及び装置 Download PDF

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Abstract

通信端末(400)において相手側との通話中にエコーをキャンセルする方法及び装置。通信端末(400)は、通信端末(400)のマイクロホンから入力した受信音声信号のエコー情報の推定値を生成し、相手側に送信する前に推定値を受信マイクロホン信号から減算するエコーキャンセルユニット(416, 600)を含む。推定値は、ダウンサンプリングされた受信マイクロホン信号及びダウンサンプリングされた相手側からの受信音声信号に基づいて生成される。ダウンサンプリングされた相手側からの音声信号は、デジタルフィルタ(606)においてフィルタリングされ、フィルタ(606)からの出力信号は、推定値を形成するためにアップサンプリングされる。ダウンサンプリングされた相手側からの音声信号及びダウンサンプリングされたマイクロホン信号に基づいてエコーキャンセルを実行するために必要とされる通信端末の処理能力を低減しつつ、十分に高い品質のエコーキャンセルが得られる。

Description

本発明は、一般に２つ以上の端末が通信している状況においてデジタル転送される音声通信におけるエコーキャンセルに関する。本発明は、特に、移動電話を介して二者間で音声を通信する場合に使用されうる。
デジタル音声通信システムにおいて、音声は、通信リンクを介して話者及び受話者の端末間で転送される。本明細書において、移動端末は移動通信システムにおいて互いに通信している。それらの端末は、マイクロホン及びスピーカを用いてデジタル転送される音声通信を行う、任意の種類の端末でありうる。更に音声通信システムは、デジタル符号化音声信号を転送することにより二者以上の間で音声を通信する任意の種類のシステム、例えば無線又は有線電話技術システム、電話会議システム、構内インターフォンシステム、携帯用無線電話であってもよい。
図１ａを参照すると、互いに話している２人のユーザ１００及び１０８は、それぞれ端末１０２及び１０６を使用し、通信リンク１０４を介して音声信号をデジタル送信している。各端末は、マイクロホン及びスピーカを有する。ユーザ１００が端末１０２のマイクロホンに話している場合、そのユーザの音声は、通信リンク１０４を介して転送され、端末１０６のスピーカから発せられる。スピーカから発せられた音声は、ユーザ１０８の音声と共に端末１０６のマイクロホンにより受信され、その結果、相手側の端末１０２に対する合成信号が得られる。この合成信号は、通信リンク１０４を介して端末１０２に転送され、ユーザ１００はその信号を自身のスピーカで聞く。
この処理において、端末１０２のマイクロホンにより受信される音声は、端末１０２においてデジタル信号に変換され、端末１０６のスピーカにより音声として発せられる前に端末１０６においてアナログ信号に再度変換される。同様に、端末１０６のマイクロホンにより受信される音声は、端末１０６においてデジタル信号に変換され、その信号は端末１０２のスピーカにより音声として発せられる前に端末１０２においてアナログ信号に再度変換される。
端末１０２のマイクロホンから端末１０６のスピーカへの転送の間、端末１０２及び１０６の双方、及び通信リンク１０４に存在する任意の中間ルータ、ゲートウェイ等における信号のデジタル処理のため、並びに伝播経路遅延のために、音声は遅延する。そのような処理は、例えばアナログ−デジタル変換（Ａ／Ｄ）又はデジタル−アナログ変換（Ｄ／Ａ）、音声符号化、音声バッファリング又は音声通信に関係する任意の他のデジタル処理である。端末１０２のスピーカから再生される音声信号は、上述の変換、処理及び伝播のために遅延する。図１ｂは、端末１０２のスピーカにより発せられるまでの端末１０２のマイクロホンに入る音声の合計の遅延ＤTotalが図１ａにも示される以下の７つの部分、すなわち端末１０２におけるＡ／Ｄ変換及び信号処理により生じるＤ1、通信リンク１０４における信号処理及び伝播経路遅延により生じるＤ2、端末１０６におけるＤ／Ａ変換及び信号処理により生じるＤ3、端末１０６のスピーカから端末１０６のマイクロホンへの音声伝播により生じるＤ4、端末１０６におけるＡ／Ｄ変換及び信号処理により生じるＤ5、通信リンク１０４における信号処理及び伝播経路遅延により生じるＤ6、及び端末１０２におけるＤ／Ａ変換及び信号処理により生じるＤ7をどのように含むかを示す。その結果、端末１０２を使用するユーザ１００は遅延エコーとして自身の音声を聞くことになる。当然、その遅延エコーは外乱として知覚される。一般に、知覚されるエコーの遅延ＤTotalは、３０〜５００ｍｓの範囲内である。
現在、デジタル音声通信システムにおいてエコーを低減するためには、エコー抑圧、及び、線形フィルタリングに基づくエコーキャンセルと呼ばれる２つの方法が一般に適用される。
（エコーサプレッサ）
エコーサプレッサは、一般に端末１０２及び１０６等の移動端末において使用され、エコーが存在することが検出された場合に通信リンク１０４に対する出力信号の周波数を一時的に阻止する。共通のエコーサプレッサは、非線形プロセッサＮＬＰである。いつエコーが存在するか及びどの周波数に対してエコーが存在するかを判定するために、端末１０６におけるＮＬＰは通信リンク１０４において入力信号の周波数に関する情報を受信する。ＮＬＰは、端末１０６のマイクロホン信号の周波数に関する情報を更に受信する。端末（例えば、１０２及び１０６）は、現在音声送出側であるか又は音声受信側であるかを判定する。端末１０６は、自身が音声受信側であると判定した場合、端末１０６のマイクロホン信号及び通信リンク１０４上の入力信号において同一である周波数が通信リンク１０４を介して相手側端末１０２に送信されるのを一時的に阻止する。同様に、端末１０２は、自身が受信者であると判定する場合、端末１０２のマイクロホン信号及び通信リンク１０４を介して入力した信号において同一である周波数が通信リンク１０４を介して相手側端末１０６に送信されるのを一時的に阻止する。
あるいは、端末のＮＬＰは、エコーが端末のユーザの音声に著しく影響を及ぼす時期を検出し、それらの周波数を阻止するように設計される。
エコーサプレッサの利点は、阻止された周波数に対してエコーがほぼ残らないことである。しかし、いくつかの欠点が存在する。すなわち、背景音の周波数が一時的に阻止され、その結果、自然さがなくなる。ダブルトークにおいて、２人のユーザが同時に話した場合、一方の音声の周波数が一時的に阻止される。これは、他方の発せられた音声にも影響を及ぼす。
（線形フィルタリングに基づくエコーキャンセラ）
一般に、線形フィルタリングに基づくエコーキャンセラは、端末１０２及び１０６等の移動端末において使用される。端末１０６の線形フィルタリングに基づくエコーキャンセラは、端末１０６のスピーカにより発せられたユーザ１００の音声から生じる端末１０６のマイクロホン信号の一部を推定し、それを端末１０２に送信される信号から減算する。音声のエコーを推定するために、デジタルフィルタが使用される。線形フィルタリングに基づくエコーキャンセラの利点は、エコーキャンセラが背景音又は他の話者からの周波数を阻止しないため、音声の自然さが維持されることである。しかし、線形フィルタリングに基づくエコーキャンセラはいくつかの欠点も有する。すなわち、エコーキャンセラは、デジタルフィルタによってエコーが完全にはモデル化されないために顕著な残留エコーが残る可能性があり、十分なエコー低減を達成するために大きい容量の処理能力が必要とされる可能性がある。
必要とされる処理能力の推定値を提供するために、以下の例が与えられる。
計算速度Ｃは、サンプリング周波数ｆとフィルタ長ｌとの積、すなわちＣ＝ｆ×ｌである。フィルタ長ｌは、サンプリング周波数ｆとエコー遅延ｔとの積、ｌ＝ｆ×ｔである。すなわち、Ｃ＝ｆ２×ｔである。エコー遅延ｔが１００ｍｓ、サンプリング周波数ｆが８kHzである場合、計算速度Ｃは8,0002 Hz×0.1 s＝6.4 MOPS（million operations per second）である。16kHzの場合、25.6MOPSが必要である。32kHzの場合は102.4MOPSが必要とされ、48kHzの場合は230.4MOPSが必要とされる。
（組合せ）
エコーサプレッサと線形フィルタリングに基づくエコーキャンセラとは、双方ともいくつかの欠点と関連付けられるため、殆どの場合、利点を組み合わせ、かつ、欠点を回避するように設計される双方の技術を使用する組合せが使用される。以下において、「エコーキャンセラ」という用語は、エコーサプレッサを含むか又はエコーサプレッサを含まない線形フィルタリングに基づくエコーキャンセラの任意の組合せを示す。
次に、図２を参照して、エコーキャンセラの一般的な設計の一例を簡単に説明する。エコーキャンセラは、相手側端末（不図示）との通話中にユーザ２１０により使用される端末２００に配置される。通信リンク２０２を介して入力された信号は、Ｄ／Ａ変換器２０４によりアナログ音声信号に変換され、端末２００のスピーカ２０６により発せられる。端末２００のマイクロホン２１２は、ユーザ２１０の音声と、スピーカ２０６から発せられ端末２００の環境２０８により影響を受けた相手側端末からの音声との双方を受信する。Ａ／Ｄ変換器２１４は、マイクロホン２１２からの信号を入力として取得し、マイクロホン信号を表すデジタル信号を減算器２１８に出力する。
エコーキャンセラは、相手側端末からの入力信号を通信リンク２０２から受信する適応デジタルフィルタ２１６を含み、フィルタ２１６は、減算器２１８からの出力信号を更に受信し且つ出力信号を生成する。エコーキャンセラからの出力信号は、入力信号として減算器２１８に供給される。フィルタ２１６からの出力信号は、減算器２１８においてＡ／Ｄ変換信号から減算される。従って、減算器２１８からの出力信号は、Ａ／Ｄ変換されたマイクロホン信号とフィルタ２１６からの出力信号との差分を表す。フィルタ２１６のフィルタ係数は、端末２００のＡ／Ｄ変換されたマイクロホン信号に基づいて動的に決定される（適応される）。すなわち、フィルタ係数は継続的に更新される。端末２００の環境２０８が変化するため、継続的な更新が必要である。フィルタ２１６は、通信リンク２０２を介して受信される信号を処理する。従って、フィルタ２１６からの出力信号は、Ａ／Ｄ変換器２１４からの出力信号のうち端末２００のスピーカ２０６から発せられた一部分の推定値を表す。これらの推定された信号は、減算器２１８によりＡ／Ｄ変換器２１４からの出力信号から減算され、十分なエコーキャンセルを達成する。減算器２１８からの出力信号は、最終的に非線形プロセッサ（ＮＬＰ）２２０により処理され、相手側端末（不図示）に転送される前に残留エコーを抑圧する。
図３を参照して、エコーキャンセラの別の周知の設計について説明する。このエコーキャンセラは、ユーザ３１０により操作される端末３００に配置される。基本的に、入力通信リンク３０２の信号は、コンポジット信号に合成される前に個別に処理される複数の周波数帯域に分割される。
通信リンク３０２の信号及びマイクロホン３１２からの信号の双方は、それぞれ複数のフィルタ３０４ａ、３０４ｂ、…、３０４ｎと、フィルタ３１４ａ、３１４ｂ、…、３１４ｎにより複数の周波数帯域１、２、…、Ｎに分割される。通信リンク３０２の信号がスピーカにより発せられる前に、それらの信号は、Ｄ／Ａ変換器（不図示）によりアナログ音声信号に変換され、発せられた音がマイクロホン３１２により受信された後、その音はＡ／Ｄ変換器（不図示）により変換される。ユーザ３１０は、スピーカ３０６により発せられる音声を聞き、その音声は、端末３００の環境３０８により影響を受け、マイクロホン３１２により受信される。
フィルタ対３０４ａ／３１４ａ、３０４ｂ／３１４ｂ、…、３０４ｎ／３１４ｎの各々によりフィルタリングされる帯域毎に、エコー制御ユニット３１６は各帯域において上述したようにエコーキャンセルを実行する。各周波数帯域は、上述したように各フィルタ３１８ａ、３１８ｂ、…、３１８ｎによりフィルタリングされ、ＮＬＰ３２０によりエコーが抑圧される。最後に、フィルタリングされエコーが抑圧された周波数帯域は、相手側端末（不図示）に転送される前にＮＬＰ３２０においてコンポジット信号に合成される。
上述のエコーキャンセラの利点は、エコーキャンセルされる信号を別個の周波数帯域に分割する際にサンプリングレートを低くできるため、要求される処理能力が低減することである。サンプリングレートが低下すると、要求される処理能力は、サンプリングレートの低下分の２乗だけ低減する。以下の例は、上述のエコーキャンセラに対する計算速度Ｃがどのように低下するかを示す。
上述したように、計算速度に対する式は、Ｃ＝ｆ×ｌで定義される。サンプリング周波数ｆ＝20kHz、エコー遅延ｔ＝100msの場合、計算速度Ｃは20,0002 Hz x 0.1 s = 40 MOPSである。各々がサンプリング周波数５kHzを有する４つの別個の周波数帯域に信号を分割する場合には、各周波数帯域に対する計算速度Ｃは5,0002 Hz x 0.1 s = 2.5 MOPSである。４つの周波数帯域に対して、合計した計算速度Ｃtotは４×2.5 MOPS＝10.0 MOPSである。従って、エコーキャンセルされる信号を４つの帯域に分割することにより、計算速度は40MOPSから10MOPSに低下する。すなわち、合計の計算速度は１／４に低下する。
エコーキャンセラの別の利点は、帯域毎に異なる線形フィルタリングに基づくエコーキャンセラが使用可能であることである。例えば、低い周波数範囲に殆どのエコーが存在し、高い周波数範囲においてはエコーが少ない場合、小さな残留エコーを与える複雑なエコーキャンセラを低い周波数範囲に対して使用し、演算量の少ないエコーキャンセラを高い周波数範囲に対して使用することができる。しかし、説明したエコーキャンセラの欠点は、帯域を合成して許容できるコンポジット信号を生成する処理の演算量が相対的に多いことである。
従って、上記で概略を説明した既存の解決策に関連する特定の問題が存在する。エコーサプレッサ及び線形フィルタリングに基づくエコーキャンセラの組合せを使用する場合、端末の制限された処理能力を考慮すると、得られる音声信号の自然さを失うことなく、線形フィルタリングに基づくエコーキャンセラで生じる残留エコーを、エコーサプレッサで抑圧できるような十分に小さい値に抑えるように装置を設計するには問題がある。
別の問題は、帯域分割エコーキャンセラを使用する場合、帯域に対する概要機能の設計が非常に複雑なことである。これは、例えば帯域に対するフィルタ特性が実際には理想的ではなく、また、複数の異なるエコー制御ユニットが各帯域に対して使用されるためである。
本発明の目的は、上記で概略を説明した問題の少なくとも一部に対処することである。更に本発明の目的は、通信リンクを介した音声通信中、通信端末に要求される処理能力を低減しつつ、効果的なエコーキャンセルを可能にする解決策を提供することである。
これらの目的及び他の目的は、添付の独立請求項に係る方法及び装置により達成することができる。
一側面によれば、通信端末において相手側と通話中にエコーをキャンセルする方法が提供される。通信端末は、スピーカ、マイクロホン及びエコーキャンセルユニットを含む。エコーをキャンセルする時、エコーキャンセルユニットは、相手側からの音声信号及びマイクロホンからの音声信号を受信する。マイクロホン信号は、第１のブランチ及び第２のブランチに供給され、第１のブランチにおいては、受信した相手側からの音声信号及び受信したマイクロホン信号に基づいて、マイクロホン信号のエコー情報の第１の推定値が生成される。その推定値は、第２のブランチに供給された信号から減算され、その結果、相手側に送信されるエコーキャンセルされた音声信号が得られる。第１の推定値を生成する際、第１のブランチにおいて、受信したマイクロホン信号は、ダウンサンプリング係数ｉによりダウンサンプリングされ、受信した相手側からの音声信号は、同一のダウンサンプリング係数ｉによりダウンサンプリングされる。ダウンサンプリングされた相手側からの音声信号は、デジタルフィルタによりフィルタリングされ、結果として第２の推定値が得られる。第２の推定値は、ダウンサンプリング係数ｉと等しいアップサンプリング係数ｉによりアップサンプリングされ、第１の推定値を形成する。
別の側面によれば、相手側と通話中にエコーをキャンセルするための、通信端末における装置が提供される。通信端末は、スピーカ、マイクロホン、及びエコーキャンセルユニットを含む。エコーキャンセルユニットは、相手側からの音声信号及びマイクロホンからの音声信号を受信する。エコーキャンセルユニットは、第１のブランチ及び第２のブランチを含み、第１のブランチは、マイクロホン信号を受信し、受信した相手側からの音声信号及び受信したマイクロホン信号に基づいてマイクロホン信号のエコー情報の推定値を生成する。第２のブランチは、マイクロホン信号を受信し、減算器は、第２のブランチにおける信号から生成された推定値を減算する。エコーキャンセルユニットは、第１のブランチにおいて、受信したマイクロホン信号をダウンサンプリング係数ｉによりダウンサンプリングする第１のダウンサンプラと、相手側からの受信した音声信号を同一のダウンサンプリング係数ｉによりダウンサンプリングする第２のダウンサンプラとを含む。また、エコーキャンセルユニットは、ダウンサンプリングされた相手側からの音声信号をフィルタリングして第２の推定値を生成するデジタルフィルタと、ダウンサンプリング係数ｉと等しい係数ｉで第２の推定値をアップサンプリングし、これにより第１の推定値を生成するアップサンプラとを含む。ダウンサンプリングされた相手側からの音声信号及びダウンサンプリングされたマイクロホン信号に基づいてエコーキャンセルを実行するために、要求される通信端末の処理能力は相対的に小さな量となり、かつ、十分に高い品質のエコーキャンセルを得ることができる。
更に別の側面によれば、相手側との通話中に通信端末におけるエコーをキャンセルする方法が提供される。通信端末は、スピーカ、マイクロホン、及びエコーキャンセルユニットを含む。エコーをキャンセルする時、エコーキャンセルユニットは、現在利用可能な通信端末の処理能力に関する情報を受信し、現在利用可能な処理能力に基づいて適切なエコーキャンセル・プロシージャを選択し、選択したエコーキャンセル・プロシージャを適用する。エコーキャンセル・プロシージャは、エコーキャンセルユニットにおいて複数の選択可能なエコーキャンセル・プロシージャから選択される。更に、エコーキャンセル・プロシージャは、通信リンクを介して入力した音声信号をダウンサンプリングするステップと、適応フィルタにおいて前記ダウンサンプリングされた信号をフィルタリングするステップと、フィルタリングされた信号をアップサンプリングするステップと、アップサンプリングされた信号をマイクロホンから入力した音声信号から減算するステップとを含む。
更に別の側面によれば、相手側との通話中にエコーをキャンセルするための通信端末における装置が提供される。通信端末は、現在利用可能な通信端末の処理能力を指示する能力インジケータと、現在利用可能な処理能力に基づいて１つの利用可能なエコーキャンセル・プロシージャを選択する制御ユニットと、選択されたエコーキャンセル・プロシージャを適用するエコーキャンセルユニットとを含む。また、エコーキャンセル・プロシージャは、通信リンクを介して入力した音声信号をダウンサンプリングするステップと、適応フィルタにおいて前記ダウンサンプリングされた信号をフィルタリングするステップと、フィルタリングされた信号をアップサンプリングするステップと、アップサンプリングされた信号をマイクロホンから入力された音声信号から減算するステップとを含む。現在利用可能な通信端末の処理能力によってエコーキャンセル・プロシージャを変更することにより、通信端末の処理能力を柔軟かつ効率的に使用することができる。
上記の通信端末における方法及び装置の種々の実施形態が可能である。例えば、エコーキャンセルユニットは複数の値からダウンサンプリング及びアップサンプリング係数ｉを選択してもよい。各値は、別個の利用可能なエコーキャンセル・プロシージャを表す。エコーキャンセル・プロシージャは、利用可能な通信端末の処理能力に基づいて選択されうる。第２のブランチに供給された信号は、その信号から第１の推定値が減算される前に、第１の推定値の生成において生じた時間遅延と等しい時間ｔだけ遅延されるようにしてもよい。デジタルフィルタは適応的であってもよく、フィルタを適応させるためにダウンサンプリングされたマイクロホン信号が使用されてもよい。エコーキャンセルユニットからの残留エコーを抑圧するために、エコーサプレッサを設けることもできる。
本発明の更なる特徴及び利点は、詳細な説明から明らかとなるであろう。
以下、実施形態を例示して本発明を詳細に説明するが、その際、以下の内容の添付図面を参照する。
２人のユーザがデジタル通信リンクを介して端末間で通話している例を示す基本的な概略図。 デジタル通信において一般的に発生するエコーの種々の時間遅延部分を示す図。 従来技術におけるエコーキャンセラ及びエコーサプレッサの組合せを示すブロック図。 従来技術における帯域分割エコーキャンセラ及びエコーサプレッサの組合せを示すブロック図。 実施形態におけるエコーキャンセラ及びエコーサプレッサの組合せを示すブロック図。 別の実施形態におけるエコーキャンセラを制御する方法を示すフローチャート。 更に別の実施形態におけるエコーキャンセルユニットを示すブロック図。
簡単に説明すると、本発明は、相手側端末との音声通信中に音声通信端末が相手側端末に信号を送信する前に、小さい処理能力で済む効果的なマイクロホン信号のエコーキャンセルを達成できる解決策を提供する。多くのエコー情報を含むマイクロホン信号の一部の推定値は、相手側端末からの通信リンク上の入力音声信号をダウンサンプリングし、適応フィルタにおいてダウンサンプリングされた信号をフィルタリングし、適応フィルタからの出力信号をアップサンプリングすることにより生成される。最後に、エコー推定値は、マイクロホン信号から減算される。
本発明は、相手側端末との音声通信中に音声通信端末が現在利用可能な自身の処理能力を検出でき、検出された処理能力に依存して自身のエコーキャンセル・プロシージャを適切なものに調整できる解決策を更に提供する。端末は、利用可能な処理能力を検出し、その能力に基づいて適切なエコーキャンセル・プロシージャを決定する。その後、端末は、現在使用されているプロシージャが判定したプロシージャと同一であるかをチェックする。プロシージャが同一でない場合、端末はプロシージャを決定したプロシージャで置換し、現在利用可能な処理能力に関する情報を受信し続ける。一方、プロシージャが同一である場合、プロシージャを置換する必要はなく、端末は現在利用可能な処理能力に関する情報を受信し続ける。
あるいは、利用可能な端末の処理能力に関係なく、すなわち現在使用されている処理能力に基づいてエコーキャンセル・プロシージャを調整することなく、上述のエコーキャンセル方法を使用してもよい。
本明細書において、「音声（speech）」という用語は任意の形式の音声を示す。「エコーキャンセラ」は、エコーサプレッサを含むか又はエコーサプレッサを含まない線形フィルタリングに基づくエコーキャンセラの任意の組合せであってもよい。「マイクロホン信号のエコー情報」という用語は、スピーカから発信される受信マイクロホン信号の一部である。以下の例において、ＦＩＲ−ＮＬＭＳ（有限インパルス応答−正規化最小平均二乗）は、推定のためのフィルタリング方法として使用されると仮定する。しかし、フィルタは、ＮＬＭＳ（正規化最小平均二乗）、ＲＬＳ（再帰最小二乗）、ＬＳ（最小二乗）等の任意の他の適切な適応又は非適応的方法を使用できる。
次に図４を参照して、エコーキャンセルのための装置の一実施形態について説明する。端末４００は、相手側端末（不図示）との通話中にユーザ４１０により使用される。通信リンク４０２に到来する入力デジタル音声信号は、Ｄ／Ａ変換器４０４によりアナログ音声信号に変換され、端末４００のスピーカ４０６により発せられる。端末４００のマイクロホン４１２は、ユーザ４１０の音声と、スピーカ４０６から発せられ端末４００の環境４０８により影響を受けた相手側端末からの音声との双方を受信する。マイクロホン４１２からのマイクロホン信号は、Ａ／Ｄ変換器４１４によりデジタル信号に変換される。端末は、相手側端末からの通信リンク４０２からの信号及び端末４００のマイクロホン４１２からのＡ／Ｄ変換された信号を入力として取得し、出力信号を生成する。処理された出力信号は、最終的に非線形プロセッサ（ＮＬＰ）４２２により更に処理され、例えば相手側端末（不図示）に転送される前に任意の残留エコーを抑圧する。エコーキャンセルユニット４１６は、複数の選択可能なエコーキャンセル・プロシージャ４１６ａ、４１６ｂ、．．．のうちの１つを適用でき、これは、現在利用可能な端末４００の処理能力に依存して選択される。エコーキャンセル・プロシージャ４１６ａ、４１６ｂ、．．．はそれぞれ異なる量の利用可能な処理能力を要求する。
例えば、検出した現在利用可能な処理能力が大きい場合、大きい処理能力を必要とする厳密なエコーキャンセル・プロシージャが使用される。一方、検出された現在利用可能な処理能力が小さい場合、必要とする処理能力が少なくて済むラフなエコーキャンセル・プロシージャが使用される。
能力インジケータ４１８は、現在利用可能な端末４００の処理能力を示し、この値を入力として制御ユニット４２０に提供する。端末における種々の実行中の処理によって利用可能な処理能力は変動する。能力インジケータ４１８は、端末４１０の１つ以上のプロセッサ（不図示）をモニタし、現在利用可能な処理能力の情報を受信する。
制御ユニット４２０は、それに従って適切なエコーキャンセル・プロシージャ４１６ａ、４１６ｂ、．．．を選択し、選択したエコーキャンセル・プロシージャ４１６ａ、４１６ｂ、．．．に関する情報をＮＬＰ４２２に提供する。ＮＬＰ４２２は、選択したエコーキャンセル・プロシージャ４１６ａ、４１６ｂ、．．．に依存してそのアルゴリズムを調整する。本発明の利点は、現在利用可能な処理能力によってエコーキャンセル・プロシージャが調整されることである。換言すると、端末４００における他の処理に使用される処理能力が小さい場合、端末４００における大きい処理能力をエコーキャンセルに使用可能であり、その結果、より適切なエコーキャンセルが行われる。一方、端末４００における大きい処理能力が他の処理に必要とされる場合、小さい処理能力しか必要としないプロシージャが使用され、そのプロシージャは結果として十分なエコーキャンセルを行う。このように、音声品質は、端末４００における他の動作の処理要件を損なわずに最適化される。要求される処理能力が小さく済むにも関わらず十分なエコーキャンセルを行うそのようなプロシージャの一例について、図６に従って以下に説明する。実際には、ＮＬＰは、エコーキャンセルユニット４１６からの出力信号における任意の残留エコーを抑圧するために使用される。しかし、潜在的な残留エコーをキャンセルするために他の回路も使用可能である。僅かな残留エコーのみを生成するエコーキャンセルユニットの場合、ＮＬＰは除外されてもよい。従って、ＮＬＰはオプションであり、本発明に不可欠なものではない。
ユーザにより動作される通信端末において実行されるステップを含むフローチャートを示す図５を参照して、別の実施形態に従ってエコーキャンセル方法を選択する処理について説明する。端末は、現在利用可能な能力に従って種々のエコーキャンセル・プロシージャを使用できる。最初のステップ５００において、利用可能な処理能力の指示が能力インジケータ等からある程度継続的に受信される。次のステップ５０２において、適切なエコーキャンセル・プロシージャが利用可能な処理能力に依存して選択される。次のステップ５０４において、現在適用されているエコーキャンセル・プロシージャ及びステップ５０２で選択されたエコーキャンセル・プロシージャが同一であるか否かに依存して、プロシージャが更新されるべきか否かが決定される。選択されたエコーキャンセル・プロシージャが現在適用されている場合、エコーキャンセル・プロシージャを更新する必要はなく、ステップ５００に戻り、利用可能な端末の処理能力の指示を受信し続ける。選択されたエコーキャンセル・プロシージャが現在適用されていない場合、ステップ５０４においてエコーキャンセル・プロシージャを更新することが決定される。その後ステップ５０６において、現在適用されているエコーキャンセル・プロシージャは、選択されたエコーキャンセル・プロシージャにより置換される。オプションの次のステップ５０８において、ＮＬＰのアルゴリズムは、使用される場合にはそれに従って更新されてもよい。最後に、ステップ５００に戻り、利用可能な端末の処理能力の指示を受信し続ける。
次に、図６を参照し且つ図４を更に参照して、エコーキャンセルユニットの一実施形態について説明する。エコーキャンセルユニット６００（図４においては４１６で示される）は、複数の選択可能なエコーキャンセル・プロシージャ４１６ａ、４１６ｂ、．．．を適用することができる。特定のエコーキャンセル・プロシージャを適用する時、エコーキャンセルユニット６００は以下のように動作する。エコーキャンセルユニットは、入力通信リンク４０２からの音声信号を入力６０２として取得し、Ａ／Ｄ変換器４１４からの出力信号を入力６１２として取得する。エコーキャンセルユニット６００は、自身の出力６２４の信号をＮＬＰ４２２への入力として供給する。入力６１２の入力信号は、２つのブランチ、すなわち推定ブランチ６０８及び音声ブランチ６１０に供給される。
入力６０２及び６１２の入力信号はそれぞれ、ダウンサンプラ６０４及び６１４により係数ｉでダウンサンプリングされる。ダウンサンプリング係数ｉは、整数値（２、３、４、．．．ｎ）であってもよい。例えば、２４ｋＨｚ〜１２ｋＨｚの場合はダウンサンプリング係数２であり、２４ｋＨｚ〜８ｋＨｚの場合はダウンサンプリング係数３である。しかし、ダウンサンプリング係数ｉは、例えば１０進数である任意の他の適切な値であってもよい。ダウンサンプリング係数ｉに対する各値は、別個のエコーキャンセル・プロシージャを表す。
エコーキャンセルユニット６００は、ダウンサンプラ６０４からの出力信号を入力として取得しダウンサンプリングされたエコー推定値を生成するデジタルフィルタ６０６を有する。デジタルフィルタは、ダウンサンプラ６１４からのダウンサンプリングされた出力信号が入力として供給される減算器６１６からの出力に基づいて適応される。端末４００の変化する環境のために、フィルタ６０６におけるフィルタ係数は、入力から動的に決定され継続的に更新される。フィルタは、ダウンサンプラ６０４から入力信号を処理し、その結果、端末４００のスピーカ４０６から発信され端末４００の環境により影響を受けた入力６１２の信号の一部の推定値が得られ、ダウンサンプリング係数によりダウンサンプリングされる。これらのダウンサンプリングされた推定値信号は、入力信号として減算器６１６に供給され、更にアップサンプラ６１８にも供給される。アップサンプラ６１８は、ダウンサンプリングが実行された時に使用された係数と同一の係数ｉにより入力信号をアップサンプリングする。アップサンプラ６１８からの出力信号は、端末４００のスピーカ４０６から発信される入力６１２におけるマイクロホン信号の一部の推定値である。これらのマイクロホン信号は、端末４００の環境に影響を受けたものである。
エコーキャンセルに対して要求される処理能力は、利用可能な端末４００の処理能力のためにダウンサンプリング係数ｉを変更することにより調整される。ダウンサンプリング動作及びアップサンプリング動作は、この係数ｉにより実行される。ダウンサンプリング係数ｉが大きい場合、必要とされる処理能力は相対的に小さく済み、サンプリングレートが低い場合、必要とされる処理能力は相対的により大きくなる。
しかし、推定ブランチ６０８における入力６１２の信号を処理した結果、ダウンサンプリング及びアップサンプリング、並びにエコーを推定する処理において生じる可能性のある遅延のために遅延が起こる。従って、音声ブランチ６１０において、遅延回路６２０は、入力６１２の信号を入力として取得し推定ブランチ６０８と同等の遅延を発生させるように構成される。アップサンプラ６１８からの出力信号は、第１の入力として減算器６２２に供給され、遅延回路６２０からの出力信号は、第２の入力として減算器６２２に供給される。減算器６２２は、自身の第１の入力の信号を自身の第２の入力の信号から減算する。すなわち、推定ブランチ６０８の出力信号を音声ブランチ６１０の出力信号から減算する。その結果、減算器の出力においてエコーが低減された信号６２４が得られる。最後に、これらのエコーが低減された信号は、ＮＬＰ４２２への入力として供給される。
他の選択可能なエコーキャンセルユニットは、任意の適切なエコーキャンセルユニットとすることができるが、本明細書においては詳細には規定されない。
本発明により、エコーキャンセルのための融通性のある方法が達成され、端末における他の動作の処理要件を損なわずに音声品質が最適化される。エコーキャンセルは、上述の解決策を使用して、多くのエコーが存在する相対的に低い周波数範囲に対して実行される。更に、周波数範囲をコンポジット信号に合成する必要はない。コンポジット信号に合成することは複雑であり、大きい容量の処理能力を必要とする。
特定の例示的な実施形態を参照して本発明を説明したが、その説明は一般に本発明の概念を示すことのみを意図し、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。上記実施形態を説明する際に移動端末又は移動電話が使用されたが、デジタル通信リンクを介して音声通信するための任意の他の端末が上述のように使用されてもよい。ＦＩＲ−ＮＬＭＳ法が本明細書の実施形態において使用されたが、マイクロホン信号のエコーを推定するために任意の他の適切な適応又は非適応的フィルタリング方法も使用可能である。
本発明は、一般には以下の独立請求項によって定義される。

Claims (26)

  1. スピーカ及びマイクロホンを備える通信端末(400)において相手側と通話中にエコーをキャンセルするために、前記通信端末(400)のエコーキャンセルユニット(416, 600)によって実行される方法であって、
    ａ）エコーキャンセルユニット(600)の第１の入力(612)を介して前記マイクロホンからの音声信号を受信するステップと、
    ｂ）前記受信したマイクロホン信号を第１のブランチ(608)及び第２のブランチ(610)に供給するステップと、
    ｃ）前記エコーキャンセルユニット(600)の第２の入力(602)を介して前記相手側からの音声信号を受信するステップと、
    ｄ）前記第１のブランチ(608)において、前記受信したマイクロホン信号及び前記受信した相手側からの音声信号に基づいて、前記マイクロホン信号のエコー情報の第１の推定値を生成するステップと、
    ｅ）前記生成された第１の推定値が前記第２のブランチ(610)に供給された前記マイクロホン信号から減算される減算を実行するステップと、
    ｆ）前記エコーキャンセルユニット(416, 600)から前記減算の結果を出力するステップと、
    を有し、
    前記第１の推定値を生成するステップは、
    ・前記第１のブランチ(608)において、前記受信したマイクロホン信号をダウンサンプリング係数ｉによりダウンサンプリングするステップと、
    ・前記相手側からの前記受信した音声信号を前記ダウンサンプリング係数ｉによりダウンサンプリングするステップと、
    ・デジタルフィルタ(606)において前記ダウンサンプリングされた前記相手側からの音声信号をフィルタリングすることにより、前記マイクロホン信号の前記エコー情報のダウンサンプリングされた第２の推定値を生成するステップと、
    ・前記第２の推定値を前記ダウンサンプリング係数ｉと等しいアップサンプリング係数ｉによりアップサンプリングすることにより前記第１の推定値を生成するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
  2. 前記ダウンサンプリング係数ｉ及び前記アップサンプリング係数ｉは、各々が別個の利用可能なエコーキャンセル・プロシージャ(416a, b, ..., n)を表す複数の値から選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 前記利用可能なエコーキャンセル・プロシージャ(416a, b, ..., n)は、前記通信端末(400)の処理能力の必要量がそれぞれ異なるものであり、現在利用可能な前記通信端末(400)の処理能力に基づいて、前記エコーキャンセル・プロシージャ(416a, b, ..., n)が選択されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
  4. 前記エコーキャンセル・プロシージャを選択するステップは、現在使用されているエコーキャンセル・プロシージャが前記選択されたエコーキャンセル・プロシージャと同一でない場合、前記現在使用されているエコーキャンセル・プロシージャを前記選択されたエコーキャンセル・プロシージャで置換するステップを含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
  5. 前記第２のブランチ(610)に供給された前記マイクロホン信号は、ステップｅ）における前記減算の前に、前記第１の推定値の生成において生じた時間遅延と等しい時間ｔだけ遅延されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
  6. 前記デジタルフィルタ(606)は適応可能であり、該デジタルフィルタ(606)を適応させるために、前記ダウンサンプリングされたマイクロホン信号と前記第２の推定値との差分が使用されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
  7. 前記エコーキャンセルユニット(416, 600)からの出力信号における残留エコーが、エコーサプレッサ(422)によって抑圧されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
  8. 相手側に音声信号を転送する前に前記相手側と通話中にエコーをキャンセルするための、通信端末(400)における装置であって、エコーキャンセルユニット(416, 600)を備え、前記エコーキャンセルユニット(416, 600)は、
    ａ）前記通信端末(400)のマイクロホン(406)からの音声信号を受信する第１の入力(612)と、
    ｂ）前記相手側からの音声信号を受信する第２の入力(602)と、
    ｃ）前記第１の入力(612)を介して前記マイクロホン信号を受信し、前記受信したマイクロホン信号及び前記受信した相手側からの音声信号に基づいて前記マイクロホン信号のエコー情報の第１の推定値を生成する第１のブランチ(608)と、
    ｄ）前記第１の入力(612)を介して前記マイクロホン信号を受信する第２のブランチ(610)と、
    ｅ）前記エコーキャンセルユニット(416, 600)から出力される前に、前記第２のブランチ(610)に供給された前記マイクロホン信号から前記第１のブランチ(608)において生成された前記第１の推定値が減算される減算を実行する減算器(622)と、
    を有し、
    前記エコーキャンセルユニット(416, 600)は、
    ・前記第１のブランチ(608)において、前記受信したマイクロホン信号をダウンサンプリング係数ｉによりダウンサンプリングする第１のダウンサンプラ(614)と、
    ・前記相手側からの前記受信した音声信号を前記ダウンサンプリング係数ｉによりダウンサンプリングする第２のダウンサンプラ(604)と、
    ・前記ダウンサンプリングされた前記相手側からの音声信号をフィルタリングすることにより、前記マイクロホン信号の前記エコー情報の第２の推定値を生成するデジタルフィルタ(606)と、
    ・前記第２の推定値を前記ダウンサンプリング係数ｉと等しいアップサンプリング係数ｉによりアップサンプリングすることにより前記第１の推定値を生成するアップサンプラ(618)と、
    を含むことを特徴とする装置。
  9. 前記ダウンサンプリング係数ｉは、各々が別個の利用可能なエコーキャンセル・プロシージャ(416a, b, ..., n)を表す複数の値から選択可能であることを特徴とする請求項８に記載の装置。
  10. 現在利用可能な前記通信端末(400)の処理能力を指示する能力インジケータ(418)と、
    前記通信端末(400)の処理能力の必要量がそれぞれ異なる前記利用可能なエコーキャンセル・プロシージャ(416a, b, ..., n)のうちの１つを、前記指示された現在利用可能な処理能力に基づいて選択する制御ユニット(420)と、
    を更に有することを特徴とする請求項９に記載の装置。
  11. 前記制御ユニット(420)は、更に、現在使用されているエコーキャンセル・プロシージャ(416a, b, ..., n)が前記選択されたエコーキャンセル・プロシージャ(416a, b, ..., n)と同一でない場合、前記現在使用されているエコーキャンセル・プロシージャを前記選択されたエコーキャンセル・プロシージャで置換することを特徴とする請求項１０に記載の装置。
  12. 前記受信したマイクロホン信号を、前記減算の前に、前記第１の推定値の生成において生じた時間遅延と等しい時間ｔだけ遅延させる、前記第２のブランチ(610)における遅延回路(620)を更に有することを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の装置。
  13. 前記デジタルフィルタ(606)は、前記ダウンサンプリングされたマイクロホン信号と前記第２の推定値との差分に基づいて適応可能であることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の装置。
  14. 前記エコーキャンセルユニット(416, 600)からの出力信号における残留エコーを抑圧するエコーサプレッサ(422)を更に有することを特徴とする請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の装置。
  15. スピーカ及びマイクロホンを備える通信端末(400)において相手側と通話中にエコーをキャンセルするために、前記通信端末(400)のエコーキャンセルユニット(416)によって実行される方法であって、
    ａ）前記通信端末(400)において現在利用可能な処理能力に関する情報を受信するステップと、
    ｂ）前記現在利用可能な処理能力に基づいて適切なエコーキャンセル・プロシージャ(416a, b, ..., n)を選択するステップと、
    ｃ）前記選択したエコーキャンセル・プロシージャ(416a, b, ..., n)を適用するステップと,
    を有し、
    前記エコーキャンセル・プロシージャは、異なるエコーキャンセル・プロシージャを使用するように構成された前記エコーキャンセルユニット(416)における複数の選択可能なエコーキャンセル・プロシージャから選択され、
    前記エコーキャンセル・プロシージャは、
    ・通信リンクを介して入力した音声信号をダウンサンプリングするステップと、
    ・適応フィルタにおいて前記ダウンサンプリングされた信号をフィルタリングするステップと、
    ・前記適応フィルタによりフィルタリングされた前記信号をアップサンプリングするステップと、
    ・前記マイクロホンから入力した音声信号から前記アップサンプリングされた信号を減算するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
  16. ステップｂ）は、現在使用されているエコーキャンセル・プロシージャ(416a, b, ..., n)が前記選択されたエコーキャンセル・プロシージャ(416a, b, ..., n)と同一でない場合、前記現在使用されているエコーキャンセル・プロシージャを前記選択されたエコーキャンセル・プロシージャで置換するステップを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
  17. 前記選択されたエコーキャンセル・プロシージャは、
    ａ）前記エコーキャンセルユニット(600)の第１の入力(612)を介して前記マイクロホンからの音声信号を受信するステップと、
    ｂ）前記受信したマイクロホン信号を第１のブランチ(608)及び第２のブランチ(610)に供給するステップと、
    ｃ）前記エコーキャンセルユニット(600)の第２の入力(602)を介して前記相手側からの音声信号を受信するステップと、
    ｄ）前記第１のブランチ(608)において、前記受信したマイクロホン信号及び前記受信した相手側からの音声信号に基づいて、前記マイクロホン信号のエコー情報の第１の推定値を生成するステップと、
    ｅ）前記生成された第１の推定値が前記第２のブランチ(610)に供給された前記マイクロホン信号から減算される減算を実行するステップと、
    ｆ）前記エコーキャンセルユニットから前記減算の結果を出力するステップと、
    を有することを特徴とする請求項１５又は１６に記載の方法。
  18. 前記第２のブランチ(610)に供給された前記マイクロホン信号は、前記減算の前に、前記第１の推定値を生成するのにかかる時間と同じ長さの時間ｔだけ遅延されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
  19. 前記第１の推定値を生成するステップは、
    ・前記第１のブランチ(608)において、前記受信したマイクロホン信号を係数ｉによりダウンサンプリングするステップと、
    ・前記相手側からの前記受信した信号を前記係数ｉによりダウンサンプリングするステップと、
    ・デジタルフィルタ(606)において前記ダウンサンプリングされた前記相手側からの音声信号をフィルタリングすることにより、前記マイクロホン信号の前記エコー情報のダウンサンプリングされた第２の推定値を生成するステップと、
    ・前記第２の推定値をアップサンプリングすることにより前記第１の推定値を生成するステップと、
    を含むことを特徴とする請求項１７又は１８に記載の方法。
  20. 前記デジタルフィルタ(606)は適応可能であり、該デジタルフィルタ(606)を適応させるために、前記ダウンサンプリングされたマイクロホン信号と前記第２の推定値との差分が使用されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
  21. 相手側と通話中にエコーをキャンセルするための、通信端末(400)における装置であって、
    ａ）現在利用可能な前記通信端末(400)の処理能力を指示する能力インジケータ(418)と、
    ｂ）前記現在利用可能な処理能力に基づいて１つの利用可能なエコーキャンセル・プロシージャ(416a, b, ..., n)を選択する制御ユニット(420)と、
    ｃ）複数の選択可能なエコーキャンセル・プロシージャ(416a, b, ..., n)を含み、前記選択されたエコーキャンセル・プロシージャ(416a, b, ..., n)を適用するエコーキャンセルユニット(416, 600)と、
    を有し、
    前記エコーキャンセル・プロシージャは、
    ・通信リンクを介して入力した音声信号をダウンサンプリングするステップと、
    ・適応フィルタにおいて前記ダウンサンプリングされた信号をフィルタリングするステップと、
    ・前記適応フィルタによりフィルタリングされた前記信号をアップサンプリングするステップと、
    ・前記マイクロホンから入力した音声信号から前記アップサンプリングされた信号を減算するステップと、
    を含むことを特徴とする装置。
  22. 前記制御ユニット(420)は、更に、現在使用されているエコーキャンセル・プロシージャ(416a, b, ..., n)が前記選択されたエコーキャンセル・プロシージャ(416a, b, ..., n)と同一でない場合、前記現在使用されているエコーキャンセル・プロシージャを前記選択されたエコーキャンセル・プロシージャで置換することを特徴とする請求項２１に記載の装置。
  23. 前記エコーキャンセルユニット(416)は、
    ａ）前記通信端末(400)のマイクロホン(406)から信号を受信する第１の入力(612)と、
    ｂ）前記相手側から音声信号を受信する第２の入力(602)と、
    ｃ）前記第１の入力(612)を介して前記マイクロホン信号を受信し、前記受信したマイクロホン信号及び前記受信した相手側からの音声信号に基づいて前記マイクロホン信号のエコー情報の第１の推定値を生成する第１のブランチ(608)と、
    ｄ）前記第１の入力(612)を介して前記マイクロホン信号を受信する第２のブランチ(610)と、
    ｅ）前記エコーキャンセルユニット(600)から出力される前に、前記第２のブランチ(610)に供給された前記マイクロホン信号から前記第１のブランチ(608)において生成された前記第１の推定値が減算される減算を実行する減算器(622)と、
    を有することを特徴とする請求項２１又は２２に記載の装置。
  24. 前記受信したマイクロホン信号を、前記減算の前に、前記第１の推定値を生成するのにかかる時間と同じ長さの時間ｔだけ遅延させる、前記第２のブランチ(610)における遅延回路(620)を更に有することを特徴とする請求項２３に記載の装置。
  25. 前記エコーキャンセルユニットは、
    ・前記第１のブランチ(608)において、前記受信したマイクロホン信号をダウンサンプリング係数ｉによりダウンサンプリングする第１のダウンサンプラ(614)と、
    ・前記相手側からの前記受信した音声信号を前記ダウンサンプリング係数ｉによりダウンサンプリングする第２のダウンサンプリング手段(604)と、
    ・前記ダウンサンプリングされた前記相手側からの音声信号をフィルタリングすることにより、前記マイクロホン信号の前記エコー情報の第２の推定値を生成するデジタルフィルタ(606)と、
    ・前記第２の推定値を前記ダウンサンプリング係数ｉと等しいアップサンプリング係数ｉによりアップサンプリングすることにより前記第１の推定値を生成するアップサンプラ(618)と、
    を含むことを特徴とする請求項２３又は２４に記載の装置。
  26. 前記デジタルフィルタ(606)は、前記ダウンサンプリングされたマイクロホン信号と前記第２の推定値との差分に基づいて適応可能であることを特徴とする請求項２５に記載の装置。
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