JP2643852B2 - エコーキャンセラ - Google Patents

エコーキャンセラ

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JP2643852B2
JP2643852B2 JP6206185A JP20618594A JP2643852B2 JP 2643852 B2 JP2643852 B2 JP 2643852B2 JP 6206185 A JP6206185 A JP 6206185A JP 20618594 A JP20618594 A JP 20618594A JP 2643852 B2 JP2643852 B2 JP 2643852B2
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B3/00Line transmission systems
    • H04B3/02Details
    • H04B3/20Reducing echo effects or singing; Opening or closing transmitting path; Conditioning for transmission in one direction or the other
    • H04B3/23Reducing echo effects or singing; Opening or closing transmitting path; Conditioning for transmission in one direction or the other using a replica of transmitted signal in the time domain, e.g. echo cancellers

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、全二重モデム装置、会
議通話装置等に用いられるエコーキャンセラに関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、一つの伝送回線からの入力信号
を端末又は別の伝送回線に出力するような伝送系におい
ては、端末又は別の伝送回線がエコー経路を形成して、
前記入力信号のエコー信号が最初の伝送回線側へ生じて
正常な通話を阻害することがあった。また、会議通話装
置等においては、ある一つのマイクロホンに向かって発
した音声が空間を伝わり遅延を伴い他のマイクロホンに
も入力されその信号伝送回路にエコー信号を生じて信号
の明瞭度を低下させる原因となることがあった。
【0003】従来、このような弊害を防止する目的で用
いられるエコーキャンセラとして、トランスバーサル型
のフィルタで構成された適応フィルタが採用されてい
る。この従来例を図2を用いて説明する。図の例におい
ては、一つの伝送回線(以降、回線1)から受信信号X
を受け、端末又は別の伝送回線(以降、回線2)からは
送信信号Yを送る構成の伝送系に適用したものである。
21はエコーキャンセラであり、該エコーキャンセラは
トランスバーサル型のフィルタで構成された適応フィル
タ22、適応フィルタの特性を決定するタップ係数値H
Rを記憶する書き換え可能なタップ係数メモリー26、
適応フィルタからの擬似エコー信号HXとエコー信号X
1とを減算する減算器23、前記減算による差信号E1
から最小自乗誤差信号E2を算出する自乗誤差算出器2
4、自乗誤差信号E2のレベルを判定する判定器25か
ら構成されている。
【0004】回線1側より受信信号Xが入力されると該
信号Xはエコーキャンセラ21内で分岐され、1つは回
線2側へ、もう1つは適応フィルタ22へ入力される。
該適応フィルタ22では、トランスバーサル型フィルタ
のN個のタップ係数値HRがタップ係数メモリー26か
ら読み出され、受信信号Xとの間で下記(1)式の加重
和演算が実行されて擬似エコー信号HXが生成される。
但し、式中jは標本化の番号であり、iはタップ(係
数)の番号である。
【0005】 生成された擬似エコー信号HXは減算器23に入力さ
れ、エコー信号X1から減算される。差信号E1は同時
に自乗誤差算出器24へ与えられ、自乗誤差算出器24
では差信号E1に対する自乗誤差信号E2が計算され、
その結果が前記適応フィルタ22と判定器25へ出力さ
れる。判定器25はあるしきい値を持っており、自乗誤
差信号E2とこのしきい値とが比較され、自乗誤差信号
E2がしきい値より大きいか小さいかが判定され、その
結果を示す制御信号Cが適応フィルタ22へ出力され
る。(ここでは制御信号Cとして、自乗誤差信号E2が
しきい値より大きい場合は“1”、小さい場合は“0”
とする。) 適応フィルタ22では、前記擬似エコー信号HXを生成
後、更に下記(2)式の演算が実行されることにより、
より適切なタップ係数値に近づくようタップ係数値の推
定が行われる。ここで、(2)式中第1項目は擬似エコ
ー信号HXの生成時に読み出されたタップ係数値HRで
あり、第2項目は(1)式と同様の演算処理であるか
ら、トランスバーサル型フィルタ等による演算が可能で
ある。但し、式中i、jは前記(1)式と同様であり、
また、μは加重和の係数であって、エコ−抑圧量の収束
の速度と安定性を決定するパラメータである。
【0006】 次に、このようにして推定されたタップ係数値(HW
j)は、更新タップ係数値HWとしてタップ係数メモリ
ー26に格納される。
【0007】以上の信号処理動作が入力信号Xの各サン
プル信号(Xj)毎に実行される。即ち、擬似エコー信
号HXjの生成時は、まずタップ係数メモリー26から
N個のタップ係数値HRjを読み出し、前記(2)式に
基づいて擬似エコー信号HXjを生成し、タップ係数値
の推定時は、発生した自乗誤差信号等により前記(2)
式に基づいて新たなN個のタップ係数値HWjを推定
し、これをタップ係数メモリー26に格納する。
【0008】このようにして、タップ係数値は受信信号
Xjが入力される度に推定/更新され、適応フィルタの
特性は実際のエコー経路の特性に近づいて行き、差信号
E1を最小にし受信信号Xによるエコー信号X1が回線
1に送信されないようになる。
【0009】また、判定器25は、適応フィルタ22に
おけるパラメータμを制御して適応フィルタ22の特性
を改善するものである。即ち、前記加重和の係数μを大
小2種類設定し(μH、μL:μH>μL)、誤差信号
の程度に応じてこれを切替え、エコー抑圧量の収束の速
度と安定性を一層改善する。適応フィルタ22は制御信
号Cに応じて制御され、制御信号Cが“1”のときは自
乗誤差信号E2が大きく収束が遅れると判断し、加重和
の係数μを大きい値μHとして素早く収束させるように
し、また、制御信号Cが“0”のときは自乗誤差信号E
2が小さく十分なエコー抑圧量が得られていると判断
し、加重和の係数μを小さい値μLとして安定なエコー
抑圧量を得ようとする。
【0010】以上述べたようなトランスバーサル型の適
応フィルタを用いたエコーキャンセラは、常に全てのタ
ップ係数値を用いた演算を実行することから、エコー経
路の遅延量が大きくなるほどタップ数が増加し回路規模
及び前記(1)、(2)式による演算量が増大するとい
う点で問題があった。
【0011】このような問題等を解決するための工夫と
して、タップ係数値の推定等を受信信号Xが入力される
度に行うのではなく、いくつかの受信信号単位で行うこ
とにより演算量を減らす方法が考えられている。また、
遅延量の小さいエコー信号(近端エコー)と遅延量の大
きいエコー信号(遠端エコー)を含む受信信号に対応す
る全二重モデム用エコーキャンセラとして、タップ数を
減らすために、夫々のエコー信号に対応する擬似エコー
信号を生成する2個の適用フィルタと、遠端エコー信号
が到来するまでの遅延時間を肩代わする中間タップの無
い遅延手段を用い、両擬似エコーを合成し生成する方法
が知られている.前記後者の方法は、例えば特開平3−
2111号公報に記載されている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】従来例として述べた図
2のようなトランスバーサル型の適応フィルタを用いた
エコーキャンセラは、前記の通り常に全てのタップ係数
値を用いた演算を実行するよう構成されていることか
ら、エコー経路の遅延量が大きくなるほどタップ数が増
加し回路規模の増加無しに演算量を削減することはでき
なかつた。また、タップ係数値の推定の演算処理をいく
つかの受信信号単位に行うものは、演算量は少なくでき
ても演算を省略した分だけ収束速度が遅くなるという問
題があった。更に、遠端エコーと近端エコーとが生じる
ことを前提とするものは、結果的に演算量が削減されて
いるが、随時異なる遅延量のエコー経路が生ずる場合等
や、トレーニング時間を取れないシステム(例えば通常
の音声による電話回線)では、適応性の点が不十分で問
題があった。
【0013】本発明は、トランスバーサル型の適応フィ
ルタにおける擬似エコー信号の生成課程、及びタップ係
数値の推定演算過程において、誤差信号が大きいときは
全てのタップ係数値を使いかつ素早い抑圧量を与える演
算処理を実行し、また、誤差信号が小さいときは無視で
きるタップ係数値や最終的に零に収束すると予測される
タップ係数値の演算処理は自動的に省略することによ
り、回路規模の増大なしに演算量を減少させ、随時異な
る遅延量のエコー経路が生ずる場合においても安定なエ
コー抑圧機能を実現できるエコーキャンセラを提供する
ことを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記した問題点を解決す
るため、本発明のエコーキャンセラは、トランスバーサ
ル型のフィルタで構成され第一の信号路による疑似エコ
ー信号の生成と更新タップ係数値の推定の演算を行う適
応フィルタ手段と、前記トランスバーサル型のフィルタ
のタップ係数値の読出し及び前記更新タップ係数値の書
き込みを行う記憶手段と、前記疑似エコー信号により第
二の信号路のエコー信号を抑圧する信号合成手段と、前
記信号合成手段の出力から自乗誤差信号を検出し前記タ
ップ係数値の推定演算情報を出力する検出手段と、前記
検出手段から出力された前記自乗誤差信号と第1のしき
い値とを比較して判定する判定手段と、前記判定手段の
出力において前記自乗誤差が前記第1のしきい値よりも
大きい場合には前記記憶手段から読み出されるタップ係
数値を全て前記適応フィルタに出力し、前記自乗誤差が
第1のしきい値よりも小さい場合には前記記憶手段から
読み出されるタップ係数値と第2のしきい値を比較して
当該タップ係数値が大きい場合にはそのまま前記適応フ
ィルタに出力し、小さい場合には前記記憶手段から読み
出されるタップ係数値中前記第2のしきい値以下のタッ
プ係数値による適応フィルタ手段における演算を省略す
る制御手段とを具備する。
【0015】
【実施例】図1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である。従来例と同様に、回線
1側から受信信号Xを受け、端末又は回線2側からは送
信信号Yを送る伝送系にエコーキャンセラを設けた例で
ある。
【0016】エコーキャンセラ1の回路は適応フィルタ
2、タップ係数メモリー6、減算器3、自乗誤差算出器
4、判定器5、及びタップ係数比較器7から構成され
る。そして、これらは本発明の適応フィルタ手段、記憶
手段、信号合成手段、検出手段、判定手段、及び制御手
段に夫々対応する。
【0017】エコーキャンセラ1における、適応フィル
タ2、タップ係数メモリー6、減算器3、自乗誤差算出
器4、判定器5は図2の従来例の構成と対応している
が、本発明の実施例では、判定器5からの制御信号Cで
制御され、タップ係数メモリー7から読みだされたタッ
プ係数値HRが入力されるタップ係数比較器7を具備
し、タップ係数比較器7は適応フィルタ2を制御するた
め適応フィルタ2、タップ係数メモリー6の機能、動作
は前記従来例と異なる。
【0018】最初に図1につき従来例と共通する基本動
作について説明する。回線1側より受信信号Xが入力さ
れると該信号Xはエコーキャンセラ2内で分岐され1つ
は回線2側へ、もう1つは適応フィルタ2へ入力され
る。該適応フィルタ2では、タップ係数値と受信信号X
との間で前記(1)式の演算処理が実行され擬似エコー
信号HXが生成される。
【0019】また、生成された擬似エコー信号HXは減
算器3に入力され、エコー信号X1から減算される。差
信号E1は自乗誤差算出器24へ与えられ、自乗誤差算
出器24では差信号E1に基づき自乗誤差信号E2が計
算され、その結果が前記適応フィルタ2と判定器5へ出
力される。判定器5では、あるしきい値を持っており自
乗誤差信号E2とこのしきい値とが比較され、自乗誤差
信号E2がしきい値より大きいか小さいかが判定されそ
の結果を示す制御信号Cが適応フィルタ2へ出力される
(ここでは制御信号Cとして、自乗誤差信号E2がしき
い値より大きい場合“1”、小さい場合“0”とす
る)。適応フィルタ2では、前記擬似エコー信号HXの
生成後、更に前記(2)式の演算が実行され、より適切
なタップ係数値の推定が行われる。
【0020】以上は従来例と同様の基本動作であるが、
本発明の実施例では、擬似エコー信号の生成時、タップ
係数メモリー6から読み出されたタップ係数値はタップ
係数比較器7へ入力され処理される。タップ係数比較器
7は、判定器5からの制御信号Cにより制御され、C=
“1”(自乗誤差信号が大きい場合)であれば読出しタ
ップ係数値HRは全て適応フィルタ2に出力し、また、
C=“0”(自乗誤差信号が小さい場合)であれば、読
出しタップ係数値HRのそれぞれの大きさをタップ係数
比較器7内に設定されている一定のしきい値と比較す
る。タップ係数値中そのしきい値より大きいものはその
まま適応フィルタ2に出力し、また、小さいものは強制
的に零とするか、又は削除し出力しない。また、タップ
係数比較器7は、各々のタップ係数値の比較の結果をフ
ラグF信号として適応フィルタ2に制御信号として出力
する。ここではしきい値より大きいタップ係数値に対応
してF=“1”、同じく小さいタップ係数値に対応して
F=“0”とする。
【0021】このように、読み出されたタップ係数値H
RはF=“1”のタップについては(1)式により擬似
エコー信号生成のための演算処理が実行され、次に
(2)式によりタップ係数値の推定演算処理が実行され
る。また、F=“0”のタップについてはいずれの演算
処理も実行されない。そして、推定演算がされたタップ
係数値のみがタップ係数メモリー6に格納され、小さい
値のタップ係数値は更新されない。このようにして演算
量は削減される。
【0022】例えば、タップ数がN個の場合でF=
“0”のタップが5個有った場合、前記(1)式ではN
−5個の総和になるため乗算回数はN−5回になり、ま
た、これらのタップに対する前記(2)式の乗算回数も
N−5回となる。また、最終的に零に収束するタップ係
数値は推定/更新の処理課程で次第に小さくなるからF
=“0”のタップは次第に増加していく。即ち、エコー
信号の生成及びタップ係数値の推定/更新の演算処理の
各課程毎に、最大2(N−5)回の演算となりを演算回
数を削減できることになる。
【0023】なお、本実施例では、タップ係数比較器の
機能として、適応フィルタヘ供給するタップ係数値中の
小さい値のタップ係数値についての禁止ゲート機能を持
たせているが、適応フィルタにおける演算処理の省略動
作がフラグFにより確実に実行できれば、この機能は必
ずしも必須のものではない。
【0024】また、本発明の実施例の場合も、エコー抑
圧量の収束の速度と安定性を改善する加重和の係数μを
大小2種類設定し(μH、μL:μH>μL)、判定器
5によりこの切替制御を行い、エコー抑圧量の収束の速
度と安定性を一層改善することができる。即ち、適応フ
ィルタ22を制御信号Cに応じて制御し、制御信号Cが
“1”のときは自乗誤差信号E2が大きく収束が遅れる
と判断し、加重和の係数μを大きい値μHとして素早く
収束するようにし、また、制御信号Cが“0”のときは
自乗誤差信号E2が小さく十分なエコー抑圧量が得られ
ていると判断し、加重和の係数μを小さい値μLとして
安定なエコー抑圧量を得る。
【0025】本発明の上記一実施例においては、エコー
キャンセラを伝送系に適用した例で説明したが、本発明
はこれに限らず上記会議通話装置等の音響システムやク
ロストークが生じるデバイス等に適用できるものであ
る。
【0026】また、適応フィルタ2を構成するトランス
バーサル型のフィルタとしては、複数の中間タップを有
する遅延素子に信号を印加し各タップの出力を対応する
タップ係数値と乗算した後加算する構成のものであれば
よく、非巡回型フィルタに限らず巡回型フィルタも利用
できる。減算器3としてはエコー信号の極性により加算
器等が利用できる。判定器5としては信号のレベル(電
圧値等の)比較器が利用できる。タップ係数比較器7と
しては、判定器の出力が低レべルのときタップ係数値と
一定値とを比較しその結果をフラグとして出力する比較
器が利用できるが、比較器の出力に応じて小さい値のタ
ップ係数値を禁止する禁止ゲート構成をも設けるか否か
は回路システム構成として任意である。
【0027】なお、上記した実施例におけるエコーキャ
ンセラの信号処理は回路システム構成上、デジタル信号
処理手段で構成するのが有利であるが、本発明はこれに
限定されるものではなく、アナログ信号処理手段で構成
することもできる。更にA/D、D/A変換器を適宜使
用することにより両者の複合形態の回路システムとして
構成し得ることは明らかである。
【0028】
【発明の効果】本発明では擬似エコー信号の生成課程、
及びタップ係数値推定の演算処理課程において、誤差信
号が大きいときは全てのタップ係数値を使って、かつ素
早い抑圧量を与える処理を実行し、また、誤差信号が小
さいときは無視できるタップ係数値や最終的に零に収束
すると予測されるタップ係数値の演算処理は実行せず省
略することから、エコー抑圧量の収束速度の遅れや不安
定さを伴うことがなく、回路規模の増大を抑え、演算量
を極力削減することができる。
【0029】また、トランスバーサル型フィルタで決ま
る遅延範囲内であれば、随時異なる遅延量等のエコー経
路が生ずる場合においても、トレーニング無しに常にい
かなるエコー信号をも最小限の演算量で抑圧できるか
ら、エコーキャンセラとしての適応性に優れ得られる効
果は大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の一実施例を示すブロック図で
ある。
【図2】図2は、従来技術を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 エコーキャンセラ 2 適応フィルタ 3 減算器 4 自乗誤差算出器 5 判定器 6 タップ係数メモリー 7 タップ係数比較器 21 エコーキャンセラ 22 適応フィルタ 23 減算器 24 自乗誤差算出器 25 判定器 26 タップ係数メモリー

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】トランスバーサル型のフィルタで構成され
    第一の信号路による疑似エコー信号の生成と更新タップ
    係数値の推定の演算を行う適応フィルタ手段と、 前記トランスバーサル型のフィルタのタップ係数値の読
    出し及び前記更新タップ係数値の書き込みを行う記憶手
    段と、 前記疑似エコー信号により第二の信号路のエコー信号を
    抑圧する信号合成手段と、 前記信号合成手段の出力から自乗誤差信号を検出し前記
    タップ係数値の推定演算情報を出力する検出手段と、 前記検出手段から出力された前記自乗誤差信号と第1の
    しきい値とを比較して判定する判定手段と、 前記判定手段の出力において前記自乗誤差が前記第1の
    しきい値よりも大きい場合には前記記憶手段から読み出
    されるタップ係数値を全て前記適応フィルタに出力し、
    前記自乗誤差が第1のしきい値よりも小さい場合には前
    記記憶手段から読み出されるタップ係数値と第2のしき
    い値を比較して当該タップ係数値が大きい場合にはその
    まま前記適応フィルタに出力し、小さい場合には前記記
    憶手段から読み出されるタップ係数値中前記第2のしき
    値以下のタップ係数値による適応フィルタ手段におけ
    る演算を省略する制御手段とを具備したことを特徴とす
    るエコーキャンセラ。
  2. 【請求項2】 前記適応フィルタ手段は加重和を含む演
    算を行い、前記判定手段は更新タップ係数値の推定演算
    において加重和演算結果の係数を制御することを特徴と
    する請求項1記載のエコーキャンセラ。
  3. 【請求項3】 前記制御手段は前記判定手段が前記検出
    手段の出力を一定レベル以下と判定したとき、前記記憶
    手段から読み出されるタップ係数値を所定値と比較する
    比較手段を具備する請求項1記載のエコーキャンセラ。
  4. 【請求項4】 前記制御手段は前記比較手段により適応
    フィルタ手段における演算の省略を指示するフラグを出
    力することを特徴とする請求項3記載のエコーキャンセ
    ラ。
  5. 【請求項5】 前記記憶手段から読み出されるタップ係
    数値の数をN、前記制御手段が出力するフラグ数をmと
    したとき、前記適応フィルタ手段における前記擬似エコ
    ー信号の生成と更新タップ係数値の推定の演算は、2
    (N−m)回に削減されることを特徴とする請求項4記
    載のエコーキャンセラ。
  6. 【請求項6】 前記適応フィルタ手段の更新タップ係数
    値の推定演算における加重和演算結果の係数は大小二種
    類とし前記判定手段により切り替えることを特徴とする
    請求項2記載のエコーキャンセラ。
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