JP2507128B2 - エコ―キャンセラ - Google Patents

エコ―キャンセラ

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JP2507128B2
JP2507128B2 JP10723690A JP10723690A JP2507128B2 JP 2507128 B2 JP2507128 B2 JP 2507128B2 JP 10723690 A JP10723690 A JP 10723690A JP 10723690 A JP10723690 A JP 10723690A JP 2507128 B2 JP2507128 B2 JP 2507128B2
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博基 古川
丈郎 金森
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  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電話回線における2線4線変換時に生じる
エコーや、遠隔会議システム,拡声電話機におけるスピ
ーカからマイクロホンに回り込む音響エコーの打ち消し
を行うエコーキャンセラに関するものである。
従来の技術 近年、ディジタル信号処理のハードウェアの発達によ
り、エコーキャンセラの実用化が進んでいる。通常、エ
コーキャンセラにはトランスバーサルフィルタが用いら
れ、フィルタ係数の修正にはLMSアルゴリズムが用いら
れている。
このため音響エコーキャンセラのようにタップ長の大
きな場合、エコーキャンセラの収束が遅いといった問題
点があり、収束速度を改善するためにさまざまな工夫が
なされている。例えば、特開昭60−174536号公報のよう
にエコーキャンセラの誤差修正量を残留エコーレベルに
より制御し収束速度の向上とエコー打ち消し量を確保し
たものがある。
以下図面を参照しながら、上述した従来のエコーキャ
ンセラについて説明する。
第4図は従来のエコーキャンセラの構成を示すもので
ある。1はN個の受信入力信号系列(x0,x1,x2,……,x
N-1)を記憶するメモリ、2はエコー経路のインパルス
応答の推定値(h0,h1,……,hN-1)を記憶するメモリ、
3はメモリ1とメモリ2の積和を演算し疑似エコーyhを
合成する積和手段、4は送信入力信号yから積和手段3
で算出した疑似エコーyhを差引きエコーを消去する減算
手段、5はメモリ1のN個の受信信号系列(x0,x1,x2,
……,xN-1)と減算手段4の出力eからメモリ2の修正
量(dh0,dh1,dh2,……,dhN-1)を算出する修正量演算手
段、20は修正量演算手段5の修正量の利得αを制御する
修正量制御手段である。
以上のように構成されたエコーキャンセラについて以
下その動作について説明する。
ここでは、遠隔会議システムに用いられる音響エコー
キャンセラを例にとって説明する。相手側の音声が受信
入力信号としてメモリ1に順次格納される(x0,x1,x2,
……,xN-1)と同時に受信出力信号x0としてスピーカを
通して拡声される。拡声された音声は会議室内の空間を
介してエコーyとしてマイクロホンに入力される。メモ
リ2にはエコー経路のインパルス応答(h0,h1,h2,……,
hN-1)が格納されており、メモリ1に格納されている受
信信号系列(x0,x1,x2……,xN-1)と積和手段3で畳み
込み演算され、疑似エコーyhが合成される。減算手段4
では送信入力信号としてマイクロホンに回り込んできた
エコーyからは疑似エコーyhを差引き、エコーを消去す
る。しかし、通話初期や、人の移動等でエコー経路が変
動した場合メモリ2内のインパルス応答と実際のインパ
ルス応答とが一致せず、エコーを十分打ち消すことはで
きない。そこで、減算手段4の出力eと、メモリ1内の
受信入力信号系列(x0,x1,x2……,xN-1)を用いて以下
に示した学習同定法(LMSアルゴリズムの一つ)を用い
てメモリ2の内容(h0,h1,h2,……,hN-1)を更新する。
e=y−yh yh=h0×x0+h1×x1 +……+hN-1×xN-1 hi=hi+α×e×xi/ (x0 2+x1 2+……+xN-1 2) 但し、hi:修正後のインパルス応答 α:修正量制御手段により制御される誤差修正係数で0
≦α≦1 修正量制御手段20では演算手段4の出力eを監視し、
出力が大きければ誤差修正係数αを大きくし、出力が小
さくなればαを小さくするよう制御する。メモリ2では
現時点で記憶していたインパルス応答(h0,h1,h2,……,
hN-1)に誤差修正係数αと修正量制御手段20で算出した
修正量(dh0,dh1,dh2,……,dhN-1)との積を加算しイン
パルス応答を更新していく。これは、α=1でエコーキ
ャンセラ収束速度は最大になり、0に近づくほど遅くな
るという特性と、αが小さくなるほど最終的なエコー打
ち消し量が大きくなるといった特性を利用している。つ
まり、エコーが打ち消せていない時は収束速度を上げ、
エコー打ち消しが進むにつれてエコー打ち消し量を大き
くとれるよう制御していることになる。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記のような構成では、室内騒音が大
きい環境においては、単に減算手段の出力を監視してい
るだけでは十分なエコー打ち消し量が得られないことが
ある。つまり、減算手段の出力が室内騒音により小さく
ならないため、本来ノイズレベルの高い環境下ではαを
小さくしなければならないにもかかわらず、誤差修正係
数αが小さくならず打ち消しも十分行えないようにな
る。また、このような騒音の高い環境下で使うことを想
定し予めαの値を騒音レベルに合うよう調整しておいて
も、空調のオンオフや自動車内での利用を考えた場合最
適に調整することはきわめて困難である。
本発明は上記課題に鑑み、収束が速くかつノイズのあ
る環境下においても大きなエコー打ち消し量の得られる
エコーキャンセラを提供するものである。
課題を解決するための手段 上記課題を解決するために本発明のエコーキャンセラ
は、N個の受信入力信号系列を記憶する第1のメモリ
と、エコー経路のインパルス応答の推定値を記憶する第
2のメモリと、第1のメモリと第2のメモリの積和を演
算し疑似エコーを合成する積和手段と、送信入力信号か
ら積和手段で算出した義似エコーを減算しエコーを消去
する減算手段と、第1のメモリのN個の受信信号系列と
減算手段の出力から第2のメモリの修正量を算出する修
正量演算手段と、受信信号の有無を検出する受信信号検
出手段と、減算手段の出力である送信出力信号レベルを
検出する送信出力レベル検出手段と、受信信号検出手段
が受信信号がないと判定したときに送信出力レベル検出
手段で検出した送信出力信号の最小値を保持する最小値
検出手段と、送信出力信号と最小値検出手段で検出され
た送信出力信号レベルの最小値から修正量演算手段の修
正量に対し0以上1以下の重み付けを行う修正量制御手
段とから構成されている。
作用 受信信号がないときに減算手段の出力である送信信号
の最小値を保持することにより、送信出力信号中に含ま
れるノイズレベルを検出し、修正量制御手段によりノイ
ズレベルと送信出力信号との比を推定し送信出力信号に
対してノイズレベルが小さい時には修正量演算手段の算
出した修正量に対し大きな重み付けを行い(最大1)、
第2のメモリの収束を保進する。また、ノイズレベルが
大きな時には修正量に対し小さな重み付け(0以上)を
行うことにより、第2のメモに格納されているインパル
ス応答がノイズにより大きな誤差を含むことを防止する
ことができる。言い替えると、比較的室内騒音の低い環
境では、収束速度を大きくしたまま高速に収束させるこ
とができ、ノイズレベルの高い環境では通話初期やエコ
ー経路が変動した場合には高速に収束させ、送信出力が
ノイズレベルに近付くにつれエコー打ち消し量を大きく
得られるようになる。つまり、本発明は様々なノイズレ
ベルの環境下においても、また入力信号とノイズレベル
の比が一定でない音声信号のような信号が入力された場
合でも、それぞれの環境に応じて第2のメモリのインパ
ルス応答を高速に、かつ大きなエコー打ち消し量の得ら
れるエコーキャンセラを提供するものである。
実施例 以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら
説明する。第1図は本発明の一実施例におけるエコーキ
ャンセラの構成を示すものである。1はN個の受信入力
信号系列(x0,x1,x2,……,xN-1)を記憶するメモリ、2
はエコー経路のインパルス応答の測定値(h0,h1,h2,…
…,hN-1)を記憶するメモリ、3はメモリ1とメモリ2
の積和を演算し疑似エコーyhを合成する積和手段、4は
送信入力信号yから積和手段3で算出した疑似エコーyh
を差引きエコーを消去する減算手段、5はメモリ1のN
個の受信信号系列(x0,x1,x2,……,xN-1)と減算手段4
の出力eからメモリ2の修正量(dh0,dh1,dh2,……,dh
N-1)を算出する修正量演算手段であり、これらは従来
例と同様のものである。6は受信信号があるかないかを
判定する受信信号検出手段、7は送信出力信号レベルL
を検出する送信出力レベル検出手段、8は受信信号検出
手段6が受信信号がないと判定した時に送信出力レベル
の最小値Lminを保持する最小値検出手段、9は送信出力
信号Lと最小値検出手段8で検出された最小値Lminから
修正量演算手段5の修正量に0≦α≦1(以下αを誤差
修正係数と呼ぶ)の重み付けを行い修正量を制御する修
正量制御手段である。
修正量制御手段9は、第2図に示すように、送信出力
信号レベルLの最小値Lminと送信出力信号レベルの比Lm
in/Lを算出する除算手段91と除算手段91の出力を1から
0の値に規格化する規格化手段92と、規格化された値α
と修正量演算手段5で算出された修正量(dh0,dh1,dh2,
……,dhN-1)との積を行う乗算手段93から構成されてい
る。
以上のように構成された本発明のエコーキャンセラに
ついて,以下その動作について説明する。
ここでは従来例と同様、遠隔会議システムに用いられ
る音響エコーキャンセラを例にとって説明する。相手側
の音声が受信入力信号としてメモリ1に順次格納される
(x0,x1,x2,……,xN-1)と同時に受信出力信号x0として
スピーカを通して拡声される。拡声された音声は会議室
内の空間を介してエコーyとしてマイクロホンに入力さ
れる。メモリ2にはエコー経路のインパルス応答(h0,h
1,h2,……,hN-1)が格納されており、メモリ1に格納さ
れている受信信号系列(x0,x1,x2,……,xN-1)と積和手
段3で畳み込み演算され、疑似エコーyhが合成される。
減算手段4では送信入力信号としてマイクロホンに回り
込んできたエコーyから疑似エコーyhを差引き、エコー
を消去する。しかし、通話初期や、人の移動等でエコー
経路が変動した場合メモリ2内のインパルス応答と実際
のインパルス応答が一致しなく、十分エコーが打ち消せ
ない。そこで、減算手段4の出力eと、メモリ1内の受
信入力信号系列(x0,x1,x2,……,xN-1)を用いて以下に
示した学習同定法(LMSアルゴリズムの一つ)を用いて
メモリ2の内容を更新する。以上は従来例と同様の動作
である。以下メモリ2の更新過程について説明する。
受信信号検出手段6において受信信号の有無が検出さ
れる。受信信号がないと判定された場合、最小値検出手
段8では送信出力レベル検出手段7で検出された送信出
力信号レベルLの最小値Lminを保持する。最小値検出手
段8では、受信信号がない時に送信出力レベルLの最小
値を検出できるため室内騒音レベルを検出することがで
きる。また、最小値検出手段8は長い時定数(5秒程
度)で徐々に最小値を大きくするようになっており、瞬
間的に小さくなった場合やノイズレベルが変化した場合
の誤動作を防止するようになっている。修正量制御手段
9では除算手段91により最小値Lminを送信出力信号レベ
ルLで割り、規格化手段92により例えば次式に示すよう
にして、除算結果Lmin/Lを0〜1の正数に規格化し誤差
修正係数αを出力する。Lmin/Lとαの関係を第3図に示
す。
α=1−(Lmin/L) 誤差修正係数αは送信出力信号中に含まれる室内ノズ
ル等のノイズと、減算手段91により打ち消しが十分行わ
れなかったエコー(残留エコー)の比に対応した値とな
っている。誤差修正係数αと修正量演算手段5で算出さ
れた修正量(dh0,dh1,dh2,……,dhN-1)との積を乗算手
段93で演算しメモリ2に出力する。メモリ2では現時点
で記憶していたインパルス応答(h0,h1,h2,……,hN-1
に誤差修正係数αと修正量制御手段5で算出した修正量
(dh0,dh1,dh2,……,dhN-1)との積を加算し、インパル
ス応答を更新していく。
以上のように本実施例によれば、送信信号中に含まれ
るノイズレベルを検出することでき、除算手段により送
信出力信号と最小値検出手段で検出されたノイズレベル
の比を算出することにより、送信信号における残留エコ
ーとノイズ比に対応して誤差修正係数を制御できる。特
に、音声信号など振幅の変換の大きな信号の場合、語尾
で信号レベルが小さくなるため誤差修正係数を小さくし
ないとメモリのインパルス応答が誤った方向に修正され
エコー打ち消し量が劣化することを防止でき、様々な環
境に適応しエコー打ち消し量の得られるエコーキャンセ
ラとすることができる。また、通話初期やエコー経路が
変化しメモリのインパルス応答と実際のエコー経路のイ
ンパルス応答に大きな差が生じた時には、推定したノイ
ズレベルに対して送信出力信号レベルが大きくなり、誤
差修正係数αを大きくするよう修正量制御手段で制御で
きるのでメモリは高速に修正され、エコーを速やかに打
ち消せるようになる。
なお、本実施例において信号レベルの検出については
詳しく述べなかったが、短時間の振幅の絶対値の平均値
もしくは短時間のエネルギーの平均値を用いても良い。
発明の効果 本発明は以上のように構成されているので、以下に記
載されるような効果を発揮する。
室内騒音の大きな環境下であっても受信信号があるか
ないかを検出する受信信号検出手段と、減算手段の出力
である送信出力信号レベルを検出する送信出力信号手段
と、受信信号検出手段が受信信号がないと判定したとき
に送信出力信号検出手段で検出した送信出力信号の最小
値を保持する最小値検出手段により送信信号中に含まれ
るノイズレベルを検出することができ、除算手段により
送信出力信号と最小値検出手段で検出されたノイズレベ
ルの比を算出することにより、送信信号における残留エ
コーとノイズ比に対応して誤差修正係数を制御できる。
特に、また、通話初期やエコー経路が変化しメモリのイ
ンパルス応答と実際のエコー経路のインパルス応答に大
きな差が生じた時には、推定したノイズレベルに対して
送信出力信号レベルが大きくなり、誤差修正係数αを大
きくするよう修正量制御手段で制御できるのでメモリは
高速に修正され、エコーを速やかに打ち消せるようにな
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のエコーキャンセラの一実施例の構成を
示すブロック図、第2図は同実施例の修正量制御手段の
詳細を示すブロック図、第3図は規格化手段における推
定ノイズレベル/送信出力信号対誤差修正係数αの関係
図、第4図は従来のエコーキャンセラの構成を示すブロ
ック図である。 1……メモリ、2……メモリ、3……積和手段、4……
減算手段、5……修正量演算手段、6……受信信号検出
手段、7……送信出力レベル検出手段、8……最小値検
出手段、9……修正量制御手段、91……除算手段、92…
…規格化手段、93……乗算手段。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】N個の受信入力信号系列を記憶する第1の
    メモリと、エコー経路のインパルス応答の推定値を記憶
    する第2のメモリと、前記第1のメモリと前記第2のメ
    モリの積和を演算し疑似エコーを合成する積和手段と、
    送信入力信号から前記積和手段で算出した疑似エコーを
    減算しエコーを消去する減算手段と、前記第1のメモリ
    のN個の受信信号系列と前記減算手段の出力から前記第
    2のメモリの修正量を算出する修正量演算手段と、受信
    信号の有無を検出する受信信号検出手段と、前記減算手
    段の出力である送信出力信号レベルを検出する送信出力
    レベル検出手段と、前記受信信号検出手段が受信信号が
    ないと判定したときに前記送信出力レベル検出手段で検
    出した送信出力信号の最小値を保持する最小値検出手段
    と、送信出力信号と前記最小値検出手段で検出された送
    信出力信号レベルの最小値から前記修正量演算手段の修
    正量に対し重み付けを行う修正量制御手段とを備えたこ
    とを特徴とするエコーキャンセラ。
  2. 【請求項2】修正量制御手段は、送信出力信号レベの最
    小値と送信出力信号レベルの比を算出する除算手段と、
    前記除算手段の出力を1から0の値に規格化する規格化
    手段と、規格化された値と修正量演算手段で算出された
    修正量の積を行う乗算手段とから構成されていることを
    特徴とする請求項(1)記載のエコーキャンセラ。
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