JP2017191992A - エコー抑圧装置、その方法、プログラム、及び記録媒体 - Google Patents
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Abstract
【課題】過大な受話信号が入力されスピーカユニットやスピーカアンプで歪が生じても、安定してエコーを抑圧することができる技術を提供することである。【解決手段】周波数領域の収音信号に基づく値と、周波数領域の受話信号との比から、再生手段と収音手段との間の音響結合量を周波数領域毎に推定する音響結合量推定部と、周波数領域の受話信号のレベルに音響結合量を乗じて収音信号に含まれるエコー成分のレベルを周波数帯域毎に推定するエコーレベル推定部と、受話信号のレベルと、エコー成分のレベルの推定値と、収音信号のレベルとを用いて、再生手段において受話信号を再生する際に、受話信号のレベルが大きいために再生音に歪が生じる可能性がある場合、仮に歪が生じない場合に用いるゲインよりも、抑圧量の大きいゲインG(ω)を周波数毎に求めるゲイン取得部と、周波数領域の収音信号に基づく値にゲインG(ω)を乗じるエコー抑圧部とを含む。【選択図】図２
Description
本発明は、ハンズフリー通話装置においてスピーカからマイクロホンへ回り込んだ音（音響エコー）を抑圧するための技術に関する。
エコー抑圧技術の従来技術として特許文献１が知られている。
特許文献１のエコー抑圧装置の前段に適応フィルタを用いたエコー消去装置を設けた構成を図１に示す。以下、図１の構成の処理の概要を説明する。
適応フィルタ部９１は、再生手段２に入力される受話信号x(t)(以下、単に再生手段２の受話信号ともいう)に対して適応フィルタを用いてフィルタリングを行い、エコー成分の推定値y'1(t)を求める。ただし、tは離散化された時刻を示すインデックスである。減算部９２は、収音手段３で収音した収音信号y1(t)からエコー成分の推定値y'1(t)を減じて、誤差信号y2(t)を求める。なお、適応フィルタ部９１は、受話信号x(t)と誤差信号y2(t)とを用いて適応フィルタのフィルタ係数を更新する。周波数領域変換部９３は、時間領域の誤差信号y2(t)を周波数領域の誤差信号Y2(ω)に変換する。ただし、ωは周波数を示すインデックスである。周波数領域変換部９４は受話信号x(t)を周波数領域の受話信号X(ω)に変換する。音響結合量推定部９５は、周波数領域の誤差信号Y2(ω)と周波数領域の受話信号X(ω)とを用いて、音響結合量D(ω)を推定する。エコーレベル推定部９６は、周波数領域の受話信号X(ω)のレベルに音響結合量を乗じて、周波数領域の誤差信号Y2(ω)に含まれるエコー成分のレベルを推定する。ゲイン取得部９７は、エコー成分のレベルの推定値R(ω)と周波数領域の誤差信号Y2(ω)とを用いてゲインG(ω)を取得する。乗算部９８は、周波数領域の誤差信号Y2(ω)にゲインG(ω)を乗じて、周波数領域の送話信号Y3(ω)を求める。時間領域変換部９９は周波数領域の送話信号Y3(ω)を時間領域の送話信号y3(t)に変換し、エコー消去装置９０の出力値として出力する。
このような構成により、特許文献１の構成では、前段の適応フィルタを用いたエコー消去装置で消去しきれなかった残留エコーの抑圧を行う。
前段の適応フィルタを用いたエコー消去装置のエコー消去が安定していれば、特許文献１のエコー抑圧装置で残留エコーを抑圧可能である。
しかしながら、再生手段２のスピーカユニットやスピーカアンプで再生音に歪が生じるような過大な受話信号が特許文献１のエコー抑圧装置に入力されると、その歪成分は前段の適応フィルタを用いたエコー消去装置では消去できず、大きな残留エコーとなる。従来のエコー抑圧装置では、急激に増加する残留エコーに対応できず、抑圧が十分に行われないという問題が生じる。なお、前段に適応フィルタを用いたエコー消去装置を設けずに、特許文献１のエコー抑圧装置を単体でエコー抑圧装置として用いた場合にも同様に、急激に増加するエコーに対応できず、抑圧が十分に行われないという問題が生じる。
本発明は、過大な受話信号が入力されスピーカユニットやスピーカアンプで歪が生じても、安定してエコーを抑圧することができるエコー抑圧装置、その方法、プログラム、及び記録媒体を提供することである。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様によれば、エコー抑圧装置は、周波数領域の収音信号に基づく値と、周波数領域の受話信号との比から、再生手段と収音手段との間の音響結合量を周波数領域毎に推定する音響結合量推定部と、周波数領域の受話信号のレベルに音響結合量を乗じて収音信号に含まれるエコー成分のレベルを周波数帯域毎に推定するエコーレベル推定部と、受話信号のレベルと、エコー成分のレベルの推定値と、収音信号のレベルとを用いて、再生手段において受話信号を再生する際に、受話信号のレベルが大きいために再生音に歪が生じる可能性がある場合、仮に歪が生じない場合に用いるゲインよりも、抑圧量の大きいゲインG(ω)を周波数毎に求めるゲイン取得部と、周波数領域の収音信号に基づく値にゲインG(ω)を乗じるエコー抑圧部とを含む。
上記の課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、エコー抑圧方法は、周波数領域の収音信号に基づく値と、周波数領域の受話信号との比から、再生手段と収音手段との間の音響結合量を周波数領域毎に推定する音響結合量推定ステップと、周波数領域の受話信号のレベルに音響結合量を乗じて収音信号に含まれるエコー成分のレベルを周波数帯域毎に推定するエコーレベル推定ステップと、受話信号のレベルと、エコー成分のレベルの推定値と、収音信号のレベルとを用いて、再生手段において受話信号を再生する際に、受話信号のレベルが大きいために再生音に歪が生じる可能性がある場合、仮に歪が生じない場合に用いるゲインよりも、抑圧量の大きいゲインG(ω)を周波数毎に求めるゲイン取得ステップと、周波数領域の収音信号に基づく値にゲインG(ω)を乗じるエコー抑圧ステップとを含む。
本発明によれば、過大な受話信号が入力されスピーカユニットやスピーカアンプで歪が生じても、安定してエコーを抑圧することができるという効果を奏する。
以下、本発明の実施形態について、説明する。なお、以下の説明に用いる図面では、同じ機能を持つ構成部や同じ処理を行うステップには同一の符号を記し、重複説明を省略する。ベクトルや行列の各要素単位で行われる処理は、特に断りが無い限り、そのベクトルやその行列の全ての要素に対して適用されるものとする。
＜第一実施形態＞
図２は第一実施形態に係るエコー抑圧装置１００の機能ブロック図を、図３はその処理フローの例を示す。
図２は第一実施形態に係るエコー抑圧装置１００の機能ブロック図を、図３はその処理フローの例を示す。
エコー抑圧装置１００は、適応フィルタ部１０１、減算部１０２、周波数領域変換部１０３、周波数領域変換部１０４、音響結合量推定部１０５、エコーレベル推定部１０６、過大レベル検出部１１０、ゲイン取得部１２０、エコー抑圧部１０８及び時間領域変換部１０９を含む。
エコー抑圧装置１００は、再生手段２で再生する受話信号x(t)と収音手段３で収音した収音信号y1(t)とを入力とし、収音信号y1(t)からエコー成分の推定値を消去及び抑圧した送話信号y3(t)を求め、出力する。以下、各部の処理内容を説明する。
再生手段２は、スピーカ、スピーカユニット、スピーカアンプ等からなり、受話信号x(t)を再生する。収音手段３はマイクロホン等からなり、収音信号y1(t)を出力する。
＜適応フィルタ部１０１＞
適応フィルタ部１０１は、再生手段２の受話信号x(t)と誤差信号y2(t)とを受け取り、これらの値を用いて、収音手段３の収音信号y1(t)に含まれるエコー成分の推定値y'1(t)を求め（Ｓ１０１）、出力する。
適応フィルタ部１０１は、再生手段２の受話信号x(t)と誤差信号y2(t)とを受け取り、これらの値を用いて、収音手段３の収音信号y1(t)に含まれるエコー成分の推定値y'1(t)を求め（Ｓ１０１）、出力する。
例えば、受話信号x(t)と後述するフィルタ係数H(t)を用いて、次式により、推定値y'1(t)を求める。
y'1(t)=H(t)TX(t) (1)
H(t)=(h(0), h(1), ... , h(L-1))T (2)
X(t)=(x(t), x(t-1), ... , x(t-L+1))T (3)
ただし、上付き添え字Tは転置を表し、ATはベクトルAの転置を表し、Lは適応フィルタのタップ長を表す。
y'1(t)=H(t)TX(t) (1)
H(t)=(h(0), h(1), ... , h(L-1))T (2)
X(t)=(x(t), x(t-1), ... , x(t-L+1))T (3)
ただし、上付き添え字Tは転置を表し、ATはベクトルAの転置を表し、Lは適応フィルタのタップ長を表す。
ここで、フィルタ係数H(t)は、適応フィルタ部１０１内部の図示しないフィルタ係数更新部において、更新される。例えば、NLMSアルゴリズムを用いる場合には次式によりフィルタ係数H(t)を更新する。
H(t+1)=H(t)+aX(t)y2(t)/X(t)TX(t) (4)
0<a<2 (5)
ただし、aはNLMSアルゴリズムのステップサイズを表す。フィルタ係数H(t)の更新方法や求め方はこの方法に限らず、従来の方法を用いればよい。
H(t+1)=H(t)+aX(t)y2(t)/X(t)TX(t) (4)
0<a<2 (5)
ただし、aはNLMSアルゴリズムのステップサイズを表す。フィルタ係数H(t)の更新方法や求め方はこの方法に限らず、従来の方法を用いればよい。
＜減算部１０２＞
減算部１０２は、収音手段３の収音信号y1(t)とエコー成分の推定値y'1(t)とを受け取り、その差分y1(t)-y'1(t)を求め（Ｓ１０２）、誤差信号y2(t)(=y1(t)-y'1(t))として出力する。
減算部１０２は、収音手段３の収音信号y1(t)とエコー成分の推定値y'1(t)とを受け取り、その差分y1(t)-y'1(t)を求め（Ｓ１０２）、誤差信号y2(t)(=y1(t)-y'1(t))として出力する。
＜周波数領域変換部１０３及び周波数領域変換部１０４＞
周波数領域変換部１０３は、誤差信号y2(t)を受け取り、周波数領域の誤差信号Y2(ω)に変換し（Ｓ１０３）、出力する。変換方法としてはFFT(短時間フーリエ変換)等を用いることができる。
周波数領域変換部１０３は、誤差信号y2(t)を受け取り、周波数領域の誤差信号Y2(ω)に変換し（Ｓ１０３）、出力する。変換方法としてはFFT(短時間フーリエ変換)等を用いることができる。
周波数領域変換部１０４は、受話信号x(t)を受け取り、周波数領域変換部１０３と同様の変換方法を用いて、周波数領域の受話信号X(ω)に変換し（Ｓ１０４）、出力する。
＜音響結合量推定部１０５＞
音響結合量推定部１０５は、周波数領域の誤差信号Y2(ω)と周波数領域の受話信号X(ω)とを受け取り、誤差信号Y2(ω)と、周波数領域の受話信号との比から、再生手段と収音手段との間の音響結合量D(ω)を周波数領域毎に推定し（Ｓ１０５）、出力する。例えば、音響結合量D(ω)は、再生手段２と収音手段３との間の伝達特性の振幅値であり、周波数領域の誤差信号Y2(ω)と周波数領域の受話信号X(ω)の絶対値の比で求められる。また、音響結合量の精度を向上するために時間平滑化が行われる。音響結合量D(ω)は次式により求められる。
D(ω)=E{|Y2(ω)|/|X(ω)|} (6)
ただし、E{A}はAの平均値を取ることを表し、|A|はAの絶対値をとることを表す。
音響結合量推定部１０５は、周波数領域の誤差信号Y2(ω)と周波数領域の受話信号X(ω)とを受け取り、誤差信号Y2(ω)と、周波数領域の受話信号との比から、再生手段と収音手段との間の音響結合量D(ω)を周波数領域毎に推定し（Ｓ１０５）、出力する。例えば、音響結合量D(ω)は、再生手段２と収音手段３との間の伝達特性の振幅値であり、周波数領域の誤差信号Y2(ω)と周波数領域の受話信号X(ω)の絶対値の比で求められる。また、音響結合量の精度を向上するために時間平滑化が行われる。音響結合量D(ω)は次式により求められる。
D(ω)=E{|Y2(ω)|/|X(ω)|} (6)
ただし、E{A}はAの平均値を取ることを表し、|A|はAの絶対値をとることを表す。
＜エコーレベル推定部１０６＞
エコーレベル推定部１０６は、周波数領域の受話信号X(ω)と音響結合量D(ω)とを受け取り、周波数領域の受話信号X(ω)のレベルに音響結合量D(ω)を乗じて収音信号に含まれるエコー成分のレベルを周波数帯域毎に推定し（Ｓ１０６）、推定値R(ω)を出力する。
エコーレベル推定部１０６は、周波数領域の受話信号X(ω)と音響結合量D(ω)とを受け取り、周波数領域の受話信号X(ω)のレベルに音響結合量D(ω)を乗じて収音信号に含まれるエコー成分のレベルを周波数帯域毎に推定し（Ｓ１０６）、推定値R(ω)を出力する。
例えば、部屋の反響を無視した場合、エコー成分のレベルは、受話信号X(ω)に音響結合量D(ω)を乗じることで推定可能できる。しかし、実際には部屋の音響が存在するため、反響成分も含めてエコー成分を推定する必要がある。通常、部屋の音響成分は時間とともに指数減衰するので、次式により、エコー成分のレベルの推定を行う。
R(ω)=D(ω)・P(ω)
P(ω)=|X(ω)| for P'(ω)≦|X(ω)|
P(ω)=u・P'(ω)+(l-u)・|X(ω)| for P'(ω)>|X(ω)| (7)
ただし、P(ω)は反響に相当する時間平滑を行ったあとの受話信号であり、P'(ω)は1フレーム前のP(ω)であり、uは反響の長さ（残響時間）の想定値を調整するための係数でありあらかじめ固定値が設定される。uは例えば0≦u<1の値をとり、1に近いほど残響時間の長い環境が模擬され、0に近いほど残響時間の短い環境が模擬される。
R(ω)=D(ω)・P(ω)
P(ω)=|X(ω)| for P'(ω)≦|X(ω)|
P(ω)=u・P'(ω)+(l-u)・|X(ω)| for P'(ω)>|X(ω)| (7)
ただし、P(ω)は反響に相当する時間平滑を行ったあとの受話信号であり、P'(ω)は1フレーム前のP(ω)であり、uは反響の長さ（残響時間）の想定値を調整するための係数でありあらかじめ固定値が設定される。uは例えば0≦u<1の値をとり、1に近いほど残響時間の長い環境が模擬され、0に近いほど残響時間の短い環境が模擬される。
＜過大レベル検出部１１０＞
過大レベル検出部１１０は、時間領域の受話信号x(t)を受け取り、受話信号x(t)のレベルs(t)を求め（Ｓ１１０）、出力する。受話信号x(t)のレベルs(t)は、受話信号x(t)の絶対値s(t)=|x(t)|や、絶対値を平滑化した信号s(t)=α・s'(t)+(l-α)・|x(t)|や、以下の式で計算される受話信号x(t)の最大値保持レベルを用いる。
s(t)=|x(t)| for s'(t)≦|x(t)|
s(t)=α・s'(t)+(l-α)・|x(t)| for s'(t)>|x(t)|
s(t)は反響に相当する時間平滑を行ったあとの受話信号であり、s'(t)は1フレーム前のs(t)であり、αは平滑化関数であり、0から１の間の値をとる。
過大レベル検出部１１０は、時間領域の受話信号x(t)を受け取り、受話信号x(t)のレベルs(t)を求め（Ｓ１１０）、出力する。受話信号x(t)のレベルs(t)は、受話信号x(t)の絶対値s(t)=|x(t)|や、絶対値を平滑化した信号s(t)=α・s'(t)+(l-α)・|x(t)|や、以下の式で計算される受話信号x(t)の最大値保持レベルを用いる。
s(t)=|x(t)| for s'(t)≦|x(t)|
s(t)=α・s'(t)+(l-α)・|x(t)| for s'(t)>|x(t)|
s(t)は反響に相当する時間平滑を行ったあとの受話信号であり、s'(t)は1フレーム前のs(t)であり、αは平滑化関数であり、0から１の間の値をとる。
＜ゲイン取得部１２０＞
ゲイン取得部１２０は、エコー成分のレベルの推定値R(ω)と、受話信号x(t)のレベルs(t)と、周波数領域の誤差信号Y2(ω)とを受け取り、受話信号x(t)のレベルs(t)が大きいために再生音に歪が生じる可能性がある場合、仮に歪が生じない場合に用いるゲインよりも、抑圧量の大きいゲインG(ω)を周波数毎に求め（Ｓ１２０）、出力する。
ゲイン取得部１２０は、エコー成分のレベルの推定値R(ω)と、受話信号x(t)のレベルs(t)と、周波数領域の誤差信号Y2(ω)とを受け取り、受話信号x(t)のレベルs(t)が大きいために再生音に歪が生じる可能性がある場合、仮に歪が生じない場合に用いるゲインよりも、抑圧量の大きいゲインG(ω)を周波数毎に求め（Ｓ１２０）、出力する。
図４はゲイン取得部１２０の機能ブロック図を、図５はその処理フローの例を示す。
ゲイン取得部１２０は、通常時乗算係数記憶部１２１、過大時乗算係数記憶部１２２、係数選択部１２３、係数乗算部１２４及びエコー抑圧ゲイン取得部１２５を含む。
（通常時乗算係数記憶部１２１及び過大時乗算係数記憶部１２２）
通常時乗算係数記憶部１２１及び過大時乗算係数記憶部１２２には、予め通常時乗算係数γ1及び過大時乗算係数γ2をそれぞれ記憶しておく。γ1＜γ2とする。
（通常時乗算係数記憶部１２１及び過大時乗算係数記憶部１２２）
通常時乗算係数記憶部１２１及び過大時乗算係数記憶部１２２には、予め通常時乗算係数γ1及び過大時乗算係数γ2をそれぞれ記憶しておく。γ1＜γ2とする。
（係数選択部１２３）
係数選択部１２３は、受話信号x(t)のレベルs(t)を受け取り、受話信号x(t)のレベルs(t)が大きいために再生音に歪が生じる可能性がある場合、過大時乗算係数記憶部１２２から過大時乗算係数γ2を取り出し、係数乗算部１２４に出力する（Ｓ１２３）。また、歪が生じない場合、通常時乗算係数記憶部１２１から通常時乗算係数γ1を取り出し、係数乗算部１２４に出力する（Ｓ１２３）。例えば、受話信号x(t)のレベルs(t)があらかじめ設定した閾値β1を超えた場合に、再生音に歪が生じる可能性がある(以下、このレベルを過大レベルともいう)と判定する。閾値β1は再生手段２に合わせて実験、シミュレーション等により予め調べておけばよい。
係数選択部１２３は、受話信号x(t)のレベルs(t)を受け取り、受話信号x(t)のレベルs(t)が大きいために再生音に歪が生じる可能性がある場合、過大時乗算係数記憶部１２２から過大時乗算係数γ2を取り出し、係数乗算部１２４に出力する（Ｓ１２３）。また、歪が生じない場合、通常時乗算係数記憶部１２１から通常時乗算係数γ1を取り出し、係数乗算部１２４に出力する（Ｓ１２３）。例えば、受話信号x(t)のレベルs(t)があらかじめ設定した閾値β1を超えた場合に、再生音に歪が生じる可能性がある(以下、このレベルを過大レベルともいう)と判定する。閾値β1は再生手段２に合わせて実験、シミュレーション等により予め調べておけばよい。
（係数乗算部１２４）
係数乗算部１２４は、エコー成分のレベルの推定値R(ω)と、係数選択部１２３において選択された過大時乗算係数γ2または通常時乗算係数γ1とを乗じて積(γ1R(ω)またはγ2R(ω))を求め（Ｓ１２４）、出力する。乗じた後の信号(γ1R(ω)またはγ2R(ω))がエコー成分のレベルの推定値として利用される。γ1＜γ2なので、歪が生じる可能性があることを示す場合には、エコー成分のレベルが高く見積もられることとなる。
係数乗算部１２４は、エコー成分のレベルの推定値R(ω)と、係数選択部１２３において選択された過大時乗算係数γ2または通常時乗算係数γ1とを乗じて積(γ1R(ω)またはγ2R(ω))を求め（Ｓ１２４）、出力する。乗じた後の信号(γ1R(ω)またはγ2R(ω))がエコー成分のレベルの推定値として利用される。γ1＜γ2なので、歪が生じる可能性があることを示す場合には、エコー成分のレベルが高く見積もられることとなる。
（エコー抑圧ゲイン取得部１２５）
エコー抑圧ゲイン取得部１２５は、積(γ1R(ω)またはγ2R(ω))と周波数領域の誤差信号Y2(ω)とを受け取り、周波数帯域毎に、積(γ1R(ω)またはγ2R(ω))と誤差信号Y2(ω)のレベルとを比較し、積が大きい程抑圧量の大きいゲインを設定し、後述するエコー抑圧部１０８で用いるゲインG(ω)とし（Ｓ１２５）、出力する。
エコー抑圧ゲイン取得部１２５は、積(γ1R(ω)またはγ2R(ω))と周波数領域の誤差信号Y2(ω)とを受け取り、周波数帯域毎に、積(γ1R(ω)またはγ2R(ω))と誤差信号Y2(ω)のレベルとを比較し、積が大きい程抑圧量の大きいゲインを設定し、後述するエコー抑圧部１０８で用いるゲインG(ω)とし（Ｓ１２５）、出力する。
例えば、特許文献１と同様の方法により、ゲインを設定することができる。まず、誤差信号Y2(ω)にエコー成分が多く含まれている場合、積(γ1R(ω)またはγ2R(ω))と誤差信号Y2(ω)のレベルが近い値をとるので、積(γ1R(ω)またはγ2R(ω))に予め設定した固定値、例えば1以上の固定係数Cを乗じた値より、誤差信号Y2(ω)のレベルが小さい場合に、エコー成分が多く含まれる期間として検出する。例えば、誤差信号Y2(ω)のレベルをW(ω)とすると、この条件は次式で表される。
W(ω)≦C・γR(ω) (8)
ただし、γはγ1またはγ2である。なお、誤差信号Y2(ω)のレベルW(ω)としては、誤差信号Y2(ω)の絶対値や、絶対値を平滑化した信号を用いればよい。例えば、
W(ω)=|Y(ω)| for W'(ω)≦|Y(ω)|
W(ω)=u・W'(ω)+(l-u)・|Y(ω)| for W'(ω)>|Y(ω)|
とする。ただし、W(ω)は反響に相当する時間平滑を行ったあとの受話信号であり、W'(ω)は1フレーム前のW(ω)であり、uは反響の長さ（残響時間）の想定値を調整するための係数でありあらかじめ固定値が設定される。uは例えば0≦u<1の値をとり、1に近いほど残響時間の長い環境が模擬され、0に近いほど残響時間の短い環境が模擬される。
W(ω)≦C・γR(ω) (8)
ただし、γはγ1またはγ2である。なお、誤差信号Y2(ω)のレベルW(ω)としては、誤差信号Y2(ω)の絶対値や、絶対値を平滑化した信号を用いればよい。例えば、
W(ω)=|Y(ω)| for W'(ω)≦|Y(ω)|
W(ω)=u・W'(ω)+(l-u)・|Y(ω)| for W'(ω)>|Y(ω)|
とする。ただし、W(ω)は反響に相当する時間平滑を行ったあとの受話信号であり、W'(ω)は1フレーム前のW(ω)であり、uは反響の長さ（残響時間）の想定値を調整するための係数でありあらかじめ固定値が設定される。uは例えば0≦u<1の値をとり、1に近いほど残響時間の長い環境が模擬され、0に近いほど残響時間の短い環境が模擬される。
エコー成分が多く含まれる期間として検出されたら、その帯域の瞬時利得係数g(ω)を、あらかじめ固定値で設定したエコー抑圧量Dに設定する。ただし、エコー抑圧量Dは例えば0≦D<1の値をとり、小さい値にするほどエコー抑圧量が増加するが、ダブルトーク時の近端話者音声の劣化が増加する。次に、エコー成分が多く含まれる期間として検出されなかった場合は、エコー成分が小さいので、瞬時利得係数g(ω)を予め設定した固定値、例えば1に設定し、誤差信号Y2(ω)をそのまま通過させる。このゲイン制御を式で表せば次式となる。
g(ω)＝D for W(ω)≦C・R(ω)
g(ω)＝1 for W(ω)＞C・R(ω)
次に、瞬時利得係数g(ω)を時間平滑化して、エコー抑圧部１０８に出力するゲインG(ω)を求める。時間平滑化することでゲインの急激な変化による音質劣化を抑えることができる。時間平滑化は、例えば次式のように行われる。
G(ω)＝a・G'(ω)+(l-a)・g(ω) for g(ω)≦G'(ω)
G(ω)＝b・G'(ω)+(l-b)・g(ω) for g(ω)＞G'(ω) (9)
ただし、G'(ω)は1フレーム前のゲインG(ω)である。aはゲイン下降時の平滑化係数、bはゲイン上昇時の平滑化係数であり、あらかじめ固定値で設定される。aとbは0から1の間の値をとり、1に近いほど長い時間での平滑化となり、0に近いほど短い時間での時間平滑化となる。
g(ω)＝D for W(ω)≦C・R(ω)
g(ω)＝1 for W(ω)＞C・R(ω)
次に、瞬時利得係数g(ω)を時間平滑化して、エコー抑圧部１０８に出力するゲインG(ω)を求める。時間平滑化することでゲインの急激な変化による音質劣化を抑えることができる。時間平滑化は、例えば次式のように行われる。
G(ω)＝a・G'(ω)+(l-a)・g(ω) for g(ω)≦G'(ω)
G(ω)＝b・G'(ω)+(l-b)・g(ω) for g(ω)＞G'(ω) (9)
ただし、G'(ω)は1フレーム前のゲインG(ω)である。aはゲイン下降時の平滑化係数、bはゲイン上昇時の平滑化係数であり、あらかじめ固定値で設定される。aとbは0から1の間の値をとり、1に近いほど長い時間での平滑化となり、0に近いほど短い時間での時間平滑化となる。
なお、上述のゲイン取得方法は、例示であって、周波数帯域毎に、積(γ1R(ω)またはγ2R(ω))と誤差信号Y2(ω)のレベルとを比較し、積が大きい程抑圧量の大きいゲインを設定することができれば、他の方法であってもよい。例えば、時間平滑化を行わなず、g(ω)をそのままゲインG(ω)としても用いてもよい。
＜エコー抑圧部１０８＞
エコー抑圧部１０８は、周波数領域の誤差信号Y2(ω)とゲインG(ω)とを受け取り、周波数領域の誤差信号Y2(ω)にゲインG(ω)を乗じ、送話信号Y3(ω)(Y3(ω)=G(ω)Y2(ω))を求め（Ｓ１０８）、出力する。
エコー抑圧部１０８は、周波数領域の誤差信号Y2(ω)とゲインG(ω)とを受け取り、周波数領域の誤差信号Y2(ω)にゲインG(ω)を乗じ、送話信号Y3(ω)(Y3(ω)=G(ω)Y2(ω))を求め（Ｓ１０８）、出力する。
＜時間領域変換部１０９＞
時間領域変換部１０９は、送話信号Y3(ω)を受け取り、時間領域の送話信号y3(t)に変換し（Ｓ１０９）、出力する。変換方法としては、周波数領域変換部１０３及び周波数領域変換部１０４で用いた変換方法に対応するものを用いればよい。例えば、IFFT(逆短時間フーリエ変換)等を用いることができる。
時間領域変換部１０９は、送話信号Y3(ω)を受け取り、時間領域の送話信号y3(t)に変換し（Ｓ１０９）、出力する。変換方法としては、周波数領域変換部１０３及び周波数領域変換部１０４で用いた変換方法に対応するものを用いればよい。例えば、IFFT(逆短時間フーリエ変換)等を用いることができる。
＜効果＞
以上の構成により、過大な受話信号を検出した場合のみ、大きな係数をエコーレベルに乗算することで、スピーカユニットやスピーカアンプの歪によるエコーの増加分を含んだエコーレベルに近い値が推定され、安定したエコー抑圧を行うことが可能である。
以上の構成により、過大な受話信号を検出した場合のみ、大きな係数をエコーレベルに乗算することで、スピーカユニットやスピーカアンプの歪によるエコーの増加分を含んだエコーレベルに近い値が推定され、安定したエコー抑圧を行うことが可能である。
＜変形例＞
必ずしも適応フィルタ部１０１、減算部１０２を含まなくともよい。その場合、Ｓ１０３以降の処理では、誤差信号y2(t)に代えて収音信号y1(t)を用いればよい。なお、誤差信号y2(t)は収音信号y1(t)からエコー成分の推定値y'1(t)を減じた値であり、収音信号y1(t)に基づく値と言える。もちろん、収音信号y1(t)自体も収音信号y1(t)に基づく値と言える。
必ずしも適応フィルタ部１０１、減算部１０２を含まなくともよい。その場合、Ｓ１０３以降の処理では、誤差信号y2(t)に代えて収音信号y1(t)を用いればよい。なお、誤差信号y2(t)は収音信号y1(t)からエコー成分の推定値y'1(t)を減じた値であり、収音信号y1(t)に基づく値と言える。もちろん、収音信号y1(t)自体も収音信号y1(t)に基づく値と言える。
本実施形態では、過大レベル検出部１１０において、受話信号x(t)のレベルs(t)を求めるだけだが、レベルs(t)が閾値β1を超えるか否かを判定し、判定結果を出力する構成としてもよい。係数選択部１２３では、判定結果(レベルs(t)が閾値β1を超えるか否か、言い換えると、受話信号x(t)のレベルs(t)が大きいために再生音に歪が生じる可能性があるか否かを示す判定結果)に従って、係数を選択すればよい。
＜第二実施形態＞
第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
第二実施形態では、ゲイン取得部１２０に代えて、ゲイン取得部２２０を含む。
第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
第二実施形態では、ゲイン取得部１２０に代えて、ゲイン取得部２２０を含む。
＜ゲイン取得部２２０＞
ゲイン取得部２２０は、エコー成分のレベルの推定値R(ω)と、受話信号x(t)のレベルs(t)と、周波数領域の誤差信号Y2(ω)とを受け取り、受話信号x(t)のレベルs(t)が大きいために再生音に歪が生じる可能性がある場合、仮に歪が生じない場合に用いるゲインよりも、抑圧量の大きいゲインG(ω)を周波数毎に求め（Ｓ２２０）、出力する。
ゲイン取得部２２０は、エコー成分のレベルの推定値R(ω)と、受話信号x(t)のレベルs(t)と、周波数領域の誤差信号Y2(ω)とを受け取り、受話信号x(t)のレベルs(t)が大きいために再生音に歪が生じる可能性がある場合、仮に歪が生じない場合に用いるゲインよりも、抑圧量の大きいゲインG(ω)を周波数毎に求め（Ｓ２２０）、出力する。
図６はゲイン取得部２２０の機能ブロック図を、図７はその処理フローの例を示す。
ゲイン取得部２２０は、エコー抑圧ゲイン取得部２２５、過大時ゲイン記憶部２２６及びゲイン選択部２２７を含む。
（エコー抑圧ゲイン取得部２２５）
エコー抑圧ゲイン取得部２２５は、エコー成分のレベルの推定値R(ω)と誤差信号Y2(ω)とを受け取り、エコー成分のレベルの推定値R(ω)と誤差信号Y2(ω)のレベルとを比較し、エコー成分のレベルの推定値R(ω)が大きい程抑圧量の大きいゲインG(1,ω)を周波数帯域毎に設定し（Ｓ２２５）、出力する。具体的な処理は、エコー抑圧ゲイン取得部１２５と同様であり、積(γ1R(ω)またはγ2R(ω))に代えて、エコー成分のレベルの推定値R(ω)を用いる点が異なる。
エコー抑圧ゲイン取得部２２５は、エコー成分のレベルの推定値R(ω)と誤差信号Y2(ω)とを受け取り、エコー成分のレベルの推定値R(ω)と誤差信号Y2(ω)のレベルとを比較し、エコー成分のレベルの推定値R(ω)が大きい程抑圧量の大きいゲインG(1,ω)を周波数帯域毎に設定し（Ｓ２２５）、出力する。具体的な処理は、エコー抑圧ゲイン取得部１２５と同様であり、積(γ1R(ω)またはγ2R(ω))に代えて、エコー成分のレベルの推定値R(ω)を用いる点が異なる。
（過大時ゲイン記憶部２２６）
過大時ゲイン記憶部２２６には、予め過大時ゲインG(2,ω)を記憶しておく。なお、エコー抑圧ゲイン取得部２２５で得られるどのようなG(1,ω)に対してもG(2,ω)<G(1,ω)を満たすように、過大時ゲインG(2,ω)を設定する。要は、過大時ゲインG(2,ω)が、ゲインG(1,ω)よりも抑圧量が大きいものとする。
過大時ゲイン記憶部２２６には、予め過大時ゲインG(2,ω)を記憶しておく。なお、エコー抑圧ゲイン取得部２２５で得られるどのようなG(1,ω)に対してもG(2,ω)<G(1,ω)を満たすように、過大時ゲインG(2,ω)を設定する。要は、過大時ゲインG(2,ω)が、ゲインG(1,ω)よりも抑圧量が大きいものとする。
（ゲイン選択部２２７）
ゲイン選択部２２７は、過大レベル検出部１１０で求めた受話信号x(t)のレベルs(t)を受け取り、受話信号x(t)のレベルs(t)のレベルが大きいために再生音に歪が生じる可能性がある場合、過大時ゲイン記憶部２２６から過大時ゲインG(2,ω)を取り出し、エコー抑圧部１０８で用いるゲインG(ω)として出力し（Ｓ２２７）、歪が生じない場合にはエコー抑圧ゲイン取得部２２５で求めたゲインG(1,ω)をエコー抑圧部１０８で用いるゲインG(ω)として出力する（Ｓ２２７）。例えば、受話信号x(t)のレベルs(t)があらかじめ設定した閾値β2を超えた場合に、再生音に歪が生じる可能性があると判定する。閾値β2は再生手段２に合わせて実験、シミュレーション等により予め調べておけばよい。
ゲイン選択部２２７は、過大レベル検出部１１０で求めた受話信号x(t)のレベルs(t)を受け取り、受話信号x(t)のレベルs(t)のレベルが大きいために再生音に歪が生じる可能性がある場合、過大時ゲイン記憶部２２６から過大時ゲインG(2,ω)を取り出し、エコー抑圧部１０８で用いるゲインG(ω)として出力し（Ｓ２２７）、歪が生じない場合にはエコー抑圧ゲイン取得部２２５で求めたゲインG(1,ω)をエコー抑圧部１０８で用いるゲインG(ω)として出力する（Ｓ２２７）。例えば、受話信号x(t)のレベルs(t)があらかじめ設定した閾値β2を超えた場合に、再生音に歪が生じる可能性があると判定する。閾値β2は再生手段２に合わせて実験、シミュレーション等により予め調べておけばよい。
＜効果＞
このような構成とすることで、第一実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、第一実施形態の変形例と本実施形態とを組合せてもよい。
このような構成とすることで、第一実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、第一実施形態の変形例と本実施形態とを組合せてもよい。
例えば、本実施形態では、過大レベル検出部１１０において、受話信号x(t)のレベルs(t)を求めるだけだが、レベルs(t)が閾値β2を超えるか否かを判定し、判定結果を出力する構成としてもよい。ゲイン選択部２２７では、判定結果(レベルs(t)が閾値β2を超えるか否か、言い換えると、受話信号x(t)のレベルs(t)が大きいために再生音に歪が生じる可能性があるか否かを示す判定結果)に従って、ゲインを選択すればよい。
＜第三実施形態＞
第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。第三実施形態は、第一実施形態と第二実施形態とを組み合わせた構成である。
第三実施形態では、ゲイン取得部１２０に代えて、ゲイン取得部３２０を含む。
第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。第三実施形態は、第一実施形態と第二実施形態とを組み合わせた構成である。
第三実施形態では、ゲイン取得部１２０に代えて、ゲイン取得部３２０を含む。
＜ゲイン取得部３２０＞
ゲイン取得部３２０は、エコー成分のレベルの推定値R(ω)と、受話信号x(t)のレベルs(t)と、周波数領域の誤差信号Y2(ω)とを受け取り、受話信号x(t)のレベルs(t)が大きいために再生音に歪が生じる可能性がある場合、仮に歪が生じない場合に用いるゲインよりも、抑圧量の大きいゲインG(ω)を周波数毎に求め（Ｓ３２０）、出力する。
ゲイン取得部３２０は、エコー成分のレベルの推定値R(ω)と、受話信号x(t)のレベルs(t)と、周波数領域の誤差信号Y2(ω)とを受け取り、受話信号x(t)のレベルs(t)が大きいために再生音に歪が生じる可能性がある場合、仮に歪が生じない場合に用いるゲインよりも、抑圧量の大きいゲインG(ω)を周波数毎に求め（Ｓ３２０）、出力する。
図８はゲイン取得部３２０の機能ブロック図を、図９はその処理フローの例を示す。
ゲイン取得部３２０は、通常時乗算係数記憶部１２１、過大時乗算係数記憶部１２２、係数選択部１２３、係数乗算部１２４、エコー抑圧ゲイン取得部３２５、過大時ゲイン記憶部２２６及びゲイン選択部２２７を含む。
なお、係数選択部１２３で用いる閾値β1とゲイン選択部２２７で用いる閾値β2とは、β1<β2となるように設定する。
（エコー抑圧ゲイン取得部３２５）
エコー抑圧ゲイン取得部３２５は、積(γ1R(ω)またはγ2R(ω))と周波数領域の誤差信号Y2(ω)とを受け取り、周波数帯域毎に、積(γ1R(ω)またはγ2R(ω))と誤差信号Y2(ω)のレベルとを比較し、積が大きい程抑圧量の大きいゲインを設定し、ゲインG(1,ω)をゲイン選択部２２７に出力する（Ｓ３２５）。
エコー抑圧ゲイン取得部３２５は、積(γ1R(ω)またはγ2R(ω))と周波数領域の誤差信号Y2(ω)とを受け取り、周波数帯域毎に、積(γ1R(ω)またはγ2R(ω))と誤差信号Y2(ω)のレベルとを比較し、積が大きい程抑圧量の大きいゲインを設定し、ゲインG(1,ω)をゲイン選択部２２７に出力する（Ｓ３２５）。
過大時ゲイン記憶部２２６及びゲイン選択部２２７の処理内容は第二実施形態と同様である。このとき、β2＜s(t)の場合には、ゲイン選択部２２７において、過大時ゲインG(2,ω)が選択されることは明らかなので、係数選択部１２３、係数乗算部１２４、エコー抑圧ゲイン取得部３２５の処理は省略してもよい。
＜効果＞
このような構成とすることで、第一実施形態、第二実施形態と同様の効果を得ることができる。本実施形態では、閾値β1を超え閾値β2以下の場合は第一実施形態に示すようにエコー成分に過大時乗算係数を乗じ、閾値β2を超えた場合は第二実施形態に示すようにゲインを強制的に過大時ゲインに置き換える。
このような構成とすることで、第一実施形態、第二実施形態と同様の効果を得ることができる。本実施形態では、閾値β1を超え閾値β2以下の場合は第一実施形態に示すようにエコー成分に過大時乗算係数を乗じ、閾値β2を超えた場合は第二実施形態に示すようにゲインを強制的に過大時ゲインに置き換える。
このようにすることにより、過大な受話信号で歪が、それほど大きくいない場合は、推定エコーを大きく見積もることで対応し、歪が大きい場合は、送話音声を完全に抑える。なお、第一実施形態の変形例と本実施形態とを組合せてもよい。
例えば、本実施形態では、過大レベル検出部１１０において、受話信号x(t)のレベルs(t)を求めるだけだが、レベルs(t)が閾値β1またはβ2を超えるか否かを判定し、判定結果を出力する構成としてもよい。係数選択部１２３では、判定結果(レベルs(t)が閾値β1を超えるか否か、言い換えると、受話信号x(t)のレベルs(t)が大きいために再生音に歪が生じる可能性があるか否かを示す判定結果)に従って、係数を選択すればよい。ゲイン選択部２２７では、判定結果(レベルs(t)が閾値β2を超えるか否か、言い換えると、受話信号x(t)のレベルs(t)が大きいために再生音に歪が生じる可能性があるか否かを示す判定結果)に従って、ゲインを選択すればよい。
＜その他の変形例＞
本発明は上記の実施形態及び変形例に限定されるものではない。例えば、上述の各種の処理は、記載に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されてもよい。その他、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。
本発明は上記の実施形態及び変形例に限定されるものではない。例えば、上述の各種の処理は、記載に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されてもよい。その他、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。
＜プログラム及び記録媒体＞
また、上記の実施形態及び変形例で説明した各装置における各種の処理機能をコンピュータによって実現してもよい。その場合、各装置が有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述される。そして、このプログラムをコンピュータで実行することにより、上記各装置における各種の処理機能がコンピュータ上で実現される。
また、上記の実施形態及び変形例で説明した各装置における各種の処理機能をコンピュータによって実現してもよい。その場合、各装置が有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述される。そして、このプログラムをコンピュータで実行することにより、上記各装置における各種の処理機能がコンピュータ上で実現される。
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。
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てもよい。
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、自己の記憶部に格納する。そして、処理の実行時、このコンピュータは、自己の記憶部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施形態として、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い。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、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。
また、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、各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。
Claims (7)
- 周波数領域の収音信号に基づく値と、周波数領域の受話信号との比から、再生手段と収音手段との間の音響結合量を周波数領域毎に推定する音響結合量推定部と、
前記周波数領域の受話信号のレベルに前記音響結合量を乗じて収音信号に含まれるエコー成分のレベルを周波数帯域毎に推定するエコーレベル推定部と、
前記受話信号のレベルと、前記エコー成分のレベルの推定値と、前記収音信号のレベルとを用いて、前記再生手段において前記受話信号を再生する際に、前記受話信号のレベルが大きいために再生音に歪が生じる可能性がある場合、仮に歪が生じない場合に用いるゲインよりも、抑圧量の大きいゲインG(ω)を周波数毎に求めるゲイン取得部と、
前記周波数領域の収音信号に基づく値に前記ゲインG(ω)を乗じるエコー抑圧部とを含む、
エコー抑圧装置。 - 請求項１のエコー抑圧装置であって、
前記ゲイン取得部は、
通常時乗算係数は過大時乗算係数よりも小さいものとし、前記受話信号のレベルが大きいために再生音に歪が生じる可能性がある場合には過大時乗算係数を選択し、歪が生じない場合には通常時乗算係数を選択する係数選択部と、
前記エコー成分のレベルの推定値と、前記係数選択部において選択された過大時乗算係数または通常時乗算係数とを乗じて積を求める係数乗算部と、
周波数帯域毎に、前記積と前記収音信号に基づく値のレベルとを比較し、前記積が大きい程抑圧量の大きいゲインを設定し、前記ゲインG(ω)とするエコー抑圧ゲイン取得部とを含む、
エコー抑圧装置。 - 請求項１のエコー抑圧装置であって、
前記ゲイン取得部は、
前記エコー成分のレベルの推定値と前記収音信号に基づく値のレベルとを比較し、前記エコー成分のレベルの推定値が大きい程抑圧量の大きいゲインG(1,ω)を周波数帯域毎に設定するエコー抑圧ゲイン取得部と、
過大時ゲインG(2,ω)は、ゲインG(1,ω)よりも抑圧量が大きいものとし、前記受話信号のレベルが大きいために再生音に歪が生じる可能性がある場合には過大時ゲインG(2,ω)を選択し、歪が生じない場合にはゲインG(1,ω)を選択し、前記ゲインG(ω)とするゲイン選択部とを含む、
エコー抑圧装置。 - 請求項１のエコー抑圧装置であって、
前記ゲイン取得部は、
β1<β2とし、受話信号のレベルをs(t)とし、通常時乗算係数は過大時乗算係数よりも小さいものとし、β1＜s(t)≦β2の場合には過大時乗算係数を選択し、s(t)≦β1の場合には通常時乗算係数を選択する係数選択部と、
前記エコー成分のレベルの推定値と、前記係数選択部において選択された過大時乗算係数または通常時乗算係数とを乗じて積を求める係数乗算部と、
周波数帯域毎に、前記積と前記収音信号に基づく値のレベルとを比較し、前記積が大きい程抑圧量の大きいゲインG(1,ω)を設定するエコー抑圧ゲイン取得部と、
過大時ゲインG(2,ω)は、ゲインG(1,ω)よりも抑圧量大きいものとし、β2＜s(t)の場合には過大時ゲインG(2,ω)を選択し、s(t)≦β2の場合にはゲインG(1,ω)を選択し、前記ゲインG(ω)するゲイン選択部とを含む、
エコー抑圧装置。 - 周波数領域の収音信号に基づく値と、周波数領域の受話信号との比から、再生手段と収音手段との間の音響結合量を周波数領域毎に推定する音響結合量推定ステップと、
前記周波数領域の受話信号のレベルに前記音響結合量を乗じて収音信号に含まれるエコー成分のレベルを周波数帯域毎に推定するエコーレベル推定ステップと、
前記受話信号のレベルと、前記エコー成分のレベルの推定値と、前記収音信号のレベルとを用いて、前記再生手段において前記受話信号を再生する際に、前記受話信号のレベルが大きいために再生音に歪が生じる可能性がある場合、仮に歪が生じない場合に用いるゲインよりも、抑圧量の大きいゲインG(ω)を周波数毎に求めるゲイン取得ステップと、
前記周波数領域の収音信号に基づく値に前記ゲインG(ω)を乗じるエコー抑圧ステップとを含む、
エコー抑圧方法。 - 請求項１から請求項４の何れかのエコー抑圧装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
- 請求項１から請求項４の何れかのエコー抑圧装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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