JP2938076B2 - エコーキャンセラー装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、例えばスピーカと複数のマイクロフォンと
の間の音響エコーやハウリングを効果的に防止すること
のできるエコーキャンセラー装置に関する。

（従来の技術） 通信回路を介して実現される遠隔会議システムでは、
別の会議場から通信回線を介して伝送された音声信号を
スピーカを介して会議場内に音声出力し、またその会議
場内における会議参加者の音声を複数のマイクロフォン
を介して収集し、前記通信回線を介して上述した別の会
議場に伝送して実現される。

ところがこのようなシステムにあっては上記会議場内
における前記スピーカと複数のマイクロフォンとの間に
音響結合が生じることが否めず、音響エコーやハウリン
グ発生の要因となっている。

そこで従来では、例えばアダプティブ・フィルタを主
体とするエコーキャンセラ回路を設けて前記スピーカと
複数のマイクロフォンとの間の反響路特性を推定し、こ
の推定された反響路特性に従って、前記複数のマイクロ
フォンを各出力を加算してなる送信信号と、前記スピー
カを介して出力される受信信号とか前記アダプティブ・
フィルタにて擬似反響信号を生成し、この擬似反響信号
を前記送信信号から減算することにより、上述した問題
点を解消することが試みられている。

ところで、マイクロフォンの本数を増加させた場合、
その増加に伴って音響結合量と室雑音量とがほぼ比例的
に増大する。その反面、発話者から離れた位置に設けら
れてたマイクロフォンでは、その音声を十分に拾うこと
ができないので、マイクロフォンの増加に見合うだけの
送信信号のレベル増加がさほど見込めない。この結果、
送信信号のS/Nが劣化し、またエコーキャンセラーの性
能劣化の要因となる等の問題が生じる。

そこで第４図に示すように室雑音の影響を軽減するマ
イクロフォン・アレイの技術を併用して上述した問題を
解消することが試みられている。

このマイクロフォン・アレイ技術は、その概念を第５
図に示すように複数のマイクロフォン1a,1b,〜1mが形成
する複数の信号路毎に特性G_i（ｚ）を持つ適応フィルタ
（伝達関数要素）2a,2b,〜2mをそれぞれ設け、これらの
各適応フィルタ2a,2b,〜2mの特性G_i（ｚ）を係数設定回
路３にて適当に設定することにより、加算器４にて加算
合成される信号Ｙ（ｚ）からみた全マイクロフォン1a,1
b,〜1mによる等価的な指向性を信号源Ｓ（ｚ）に向ける
ものである。尚、上記適応フィルタ2a,2b,〜2mの特性G_i
（ｚ）としては、信号源Ｓ（ｚ）とマイクロフォン1a,1
b,〜1mとの間の信号の遅延をτ_ｉサンプル、そこでの損
失をl_iとすると、例えば G_i（ｚ）＝l_iZ^−τ _ｉ として与えられる。

しかして上記損失l_iに対する制御は、例えば信号源Ｓ
（ｚ）に最も近いマイクロフォンに対する利得を上げ、
他のマイクロフォンに対する利得を下げることにより行
なわれる。このような損失l_iに対する制御によって全マ
イクロフォン1a,1b,〜1mに均等に加わる室雑音の影響が
軽減され、S/Nの向上が図られる。

また遅延τ_ｉに対する制御は、各マイクロフォン1a,1
b,〜1mに対する入力信号が信号源Ｓ（ｚ） からの直接波 Y_i（ｚ）＝ｌ′_iZ^−τ _iS（ｚ） だけであると仮定したとき、加算器４を介して合成出力
される全マイクロフォン1a,1b,〜1mからの信号出力Ｙ
（ｚ）は として示される。ここでの第１項は信号として必要な成
分を示し、また第２項は雑音の成分である。しかして
今、各マイクロフォン1a,1b,〜1mが無指向性であり、適
応フィルタ2a,2b,〜2mにおいて遅延制御だけを行なうも
のとすれば、 l_i＝1,l′_ｉ＝１ として、前述したマイクロフォン出力Ｙ（ｚ）を として表すことができる。しかして前記各適応フィルタ
2a,2b,〜2mの遅延特性を τ_ｉ−τ′_ｉ＝τ なる条件を満たすように設定すれば、このとき加算器４
から出力される合成信号Ｙ（ｚ）は となる。従って上記雑音N_i（ｚ）が白色でσ_N ²の電力を
有し、電力σ_S ²の信号と無相関であるとすると、上記合
成出力Ｙ（ｚ）の電力σ_Y ²は近似的に σ_Y ²≒m²・σ_S ²＋ｍ・σ_N ² となり、遅延制御された全マイクロフォンから合成出力
のS/Nと、１本のマイクロフォンからの出力信号のS/Nと
の関係は S/N（all）dB＝10log₁₀（m²σ_s ²/mσ_N ²） ＝10log₁₀m（σ_s ²/σ_N ²） ＝10log₁₀m＋10log₁₀S/N となる。この結果、上述した遅延制御によりそのS/Nを1
0log₁₀m（dB）向上させることができ、室雑音の影響を
軽減することが可能となる。

尚、このような適応フィルタ2a,2b〜2mを用いた処理
は、実際には上述した損失l_iに対する制御と置換τ_ｉに
対する制御とを組合わせて行なわれる。そしてこれらの
各適応フィルタ2a,2b〜2mに対する特性（伝達関数要
素）G_i（ｚ）の設定は、例えば第６図に示す如く構成さ
れた係数設定回路３を用い、各マイクロフォン1a,1b,〜
1mからの信号レベル比や信号遅延差等を検出して行なわ
れる。

かくしてこのようなマイクロフォン・アレイに関する
雑音低減技術を前述したエコーキャンセラー技術と組合
せて第４図に示すように構成されたエコーキャンセラー
装置によれば、複数のマイクロフォン1a,1b,〜1mからの
室雑音の影響を軽減し、またスピーカ５からマイクロフ
ォン1a,1b,〜1mを介して廻り込む反響信号を、アダプテ
ィブ・フィルタ６と減算器７を主体とするエコーキャン
セラー回路を用いて効果的に打消すことができる。

ところで、前述した適応フィルタ2a,2b〜2mにそれぞ
れ設定される特性G_i（ｚ）は、前記各マイクロフォン1
a,1b,〜1mを介して入力される信号に応じて、つまりマ
イクロフォン1a,1b,〜1mに対する信号源Ｓ（ｚ）；発話
者の位置（距離）に応じて可変設定される。これ故、或
る条件下で前述した適応フィルタ2a,2b〜2mの特性G
_i（ｚ）を含む反響路特性の推定が行なわれ、この推定
された反響路特性に従って擬似反響信号を生成して反響
信号の打消しが効果的に行なわれていても、発話者が変
わって上記適応フィルタ2a,2b〜2mの特性G_i（ｚ）が新
たに設定されると信号系の総合反響路特性が変化し、再
度、その反響路特性の推定を行なう必要が生じた。そし
て一般的には反響路特性の推定には数秒程度要すること
から、発話者が変わる都度、その反響路特性の推定に要
する間での反響信号の打消し効果が劣化すると云う問題
があった。

（発明が解決しようとする課題） このように、スピーカとマイクロフォンとの間に複数
の反響路を形成した信号路にそれぞれ所定の伝達関数が
設定される信号系に設けられるエコーキャンセラー装置
にあっては、上記伝達関数が可変設定される都度、反響
路特性の推定を最初からやり直す必要があるので、例え
ば複数のマイクロフォンに対する発話者の位置が変化す
る度に反響信号の打消し効果が劣化すると云う問題があ
った。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、
その目的とするところは、信号路に設定された伝達関数
が可変設定された場合であっても、それまでに求められ
ている反響路特性を有効に用いて新たな反響路特性を逸
早く求め、伝達関数の設定変更時における反響信号打消
し効果の劣化を効果的に防止することのできるエコーキ
ャンセラー装置を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、例えばスピーカと複数のマイクロフォンと
の間に形成される反響路のような、複数の信号路が構成
する信号系の上記各信号路がそれぞれ形成する反響路特
性と、上記各信号路にそれぞれ設定された伝達関数とに
より定められる上記信号系の総合的な反響路特性を推定
処理により求め、この推定された総合擬似反響路特性に
従って反響信号源から擬似反響信号を生成し、前記信号
系における反響信号を上記擬似反響信号を用いて打消す
エコーキャンセラー装置において、 過去に推定された複数の総合擬似反響路特性と、これ
らの総合擬似反響路特性をそれぞれ求めたときの前記伝
達関数とから、前記複数の反響路の各擬似反響路特性を
それぞれ求め、これらの擬似反響路特性と前記各信号路
にそれぞれ設定された伝達関数とから新たな総合擬似反
響路特性を算出し、この総合擬似反響路特性に従って擬
似反響信号を生成して反響信号の打消しを行なうととも
に、メモリに記憶されている過去の総合擬似反響路特性
を上記算出した新たな総合擬似反響路特性に書き換える
ようにしたことを特徴とするものである。

（作用） 本発明によれば、複数の信号路にそれぞれ挿入される
伝達関数が可変設定された場合、既に求められている信
号系の総合擬似反響路特性とその総合擬似反響路特性を
求めたときの伝達関数とから、各信号路がそれぞれ形成
する反響路の擬似反響路特性をそれぞれ求め、これらの
擬似反響路特性と新たに設定された伝達関数とから新た
な総合擬似反響路特性が求められる。この結果、過去に
求められた（学習された）反響路特性を有効に用いて速
やかに新たな総合擬似反響路特性を設定して反響信号を
打消すことができ、反響打消し効果の劣化を効果的に防
止することができる。従ってマイクロフォン・アレイ技
術を用いた室雑音の低減作用と相俟って効果的にS/Nの
向上を図ることが可能となる。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の一実施例につき説明す
る。

第１図は実施例に係るエコーキャンセラー装置の概略
構成図で、第４図に示した従来装置と同一部分には同一
符号を付して示してある。

この実施例装置が特徴とするところは、マイクロフォ
ン・アレイを用いたエコー・キャンセラーにおいて、発
話者の変化に因る伝達関数の設定変更時点における反響
信号の打消し効果の劣化を防ぐべく、過去に推定されて
メモリ9a,9b,9mにそれぞれ格納保存されている複数の総
合擬似反響路特性 ′_j-l（ｚ），′_j-2（ｚ），〜′_j-m（ｚ） と、これらの各総合擬似反響路特性を得たときの伝達関
数 Ｇ_i,j−ｌ（ｚ）,G_i,j−２（ｚ），〜Ｇ_i,j−ｍ（ｚ） とから、ｍ個のマイクロフォン1a,1b,〜1mがスピーカ５
との間に形成する複数の反響路のそれぞれに対応した擬
似反響路特性_i,j−ｌ （ｚ），_2,j−ｌ（ｚ），〜
_m,j−ｍ（ｚ） をタップ係数算出回路（TCP）８にてそれぞれ求め、こ
れらの擬似反響路特性Ｈ_i,j−ｌ（ｚ）と新たに設定さ
れた伝達関数Ｇ_i,j（ｚ）とにより、新たな総合擬似反
響路特性′_ｊ（ｚ）を求めて擬似反響信号を生成し、
反響信号の打消しを行なうことを特徴とするものであ
る。

即ち、ｊ時点におけるマイクロフォン・アレイの特性
Ｇ_i,j（ｚ）を含んだ総合的な反響路特性H_j（ｚ）は、
そのときにスピーカ５から出力される信号Ｘ（ｚ）と、
エコーキャンセラー（減算器７）を介して出力される残
差信号E_j（ｚ）とを用いて、例えば学習同定法を用いて
推定することができる。しかしこの反響路特性の学習同
定法を用いた推定には、前述したように数秒程度の時間
を必要とすることが否めない。

ここで、上記総合反響路特性H_j（ｚ）に着目してみる
と、この総合反響路特性H_j（ｚ）は前記各マイクロフォ
ン1a,1b,〜1mがスピーカ５との間にそれぞれ形成した反
響路の特性 Ｈ_l,j（ｚ）,H_2,j（ｚ），〜Ｈ_m,j（ｚ） と、マイクロフォン・アレイ（マイクロフォン1a,1b〜1
mの各出力信号路）に設定された伝達関数の特性 Ｇ_l,j（ｚ）,G_2,j（ｚ），〜Ｇ_m,j（ｚ） とにより合成された特性であると看做すことができ、次
のように表現できる。

この関係式から個々のマイクロフォン1a,1b,〜1mがそ
れぞれ形成する反響路の特性Ｈ_i,j（ｚ）を求めること
は、前記伝達関数Ｇ_i,j（ｚ）と、総合反響特性H
_j（ｚ）とが明らかであっても、その未知数がｍ個存在
することから不可能である。しかし、過去の異なる発話
者に対して設定されたｍ個のマイクロフォン・アレイ特
性 Ｇ_i,j−ｌ（ｚ）,G_i,j−２（ｚ），〜Ｇ_i,j−ｍ（ｚ） と、そのときに求められた総合擬似反響路特性 ′_j-l（ｚ），′_j-2（ｚ），〜′_j-m（ｚ） とが明らかであれば、例えばその反響路特性Ｈ
_i,j（ｚ）がｊ−m,〜ｊの間で定常であると看做した場
合、上記各マイクロフォン1a,1b,〜1mがそれぞれ形成す
る反響路の特性Ｈ_i,j（ｚ）の推定値である擬似反響路
特性として_i,j（ｚ）を次のようにして求めることが
できる。

但し、 である。

ここで、 とし、前記行列 が正則であるとすれば、前記各マイクロフォン1a,1b,〜
1mがスピーカ５との間で形成する反響路の特性を として求めることができる。

このようにして求められた前記各反響路の特性_l,j−ｌ （ｚ），_2,j−ｌ（ｚ），〜
_m,j−ｌ（ｚ） に対して、前記係数設定回路３にて新たに設定されたマ
イクロフォン・アレイの特性 Ｇ_l,j（ｚ）,G_2,j（ｚ），〜,G_m,j（ｚ） を乗じ、その総和を求めれば、新たな総合擬似反響路特
性の初期値′_ｊ（ｚ）を として求めることができる。

タップ係数算出回路（TCP）８を備えたアダプティブ
・フィルタ６は、このような観点に立脚し、第２図に示
すようにメモリ9a,9b,〜9mに格納保存されている過去に
求められたｍ個の総合擬似反響路特性 ′_j-l（ｚ），′_j-2（ｚ），〜，′_j-m（ｚ） と、これらの総合反響路特性が求められたときの伝達関
数 とから、前記複数の（ｍ個）のマイクロフォン1a,1b,
〜,1mがスピーカ５との間に形成する複数の反響路の特
性を擬似反響路特性_l,j−ｌ （ｚ），_2,j−ｌ（ｚ），〜，
_m,j−ｌ（ｚ） としてそれぞれ算出している。そしてこれらの各擬似反
響路特性_l,j−ｌ （ｚ），_2,j−ｌ（ｚ），〜，
_m,j−ｌ（ｚ） に新たに設定された伝達関数 Ｇ_l,j（ｚ）,G_2,j（ｚ），〜,G_m,j（ｚ） を乗じた後にその総和を求め、信号系に対して新たに設
定された総合擬似反響路特性′_ｊ（ｚ）を求めてい
る。

そしてこのようにして求められた新たな総合擬似反響
路特性′_ｊ（ｚ）に従って擬似反響信号を生成し、マ
イクロフォン1a,1b,〜,1mを介して入力された反響信号
の打消しを行なうものとなっている。

尚、上述した総合擬似反響路特性の算出処理は、例え
ば前記係数設定回路３にて伝達関数の変更設定が行なわ
れる都度、起動される。

かくしてこのように構成された本装置では、複数のマ
イクロフォン1a,1b,〜1mがスピーカ５との間で形成する
複数の反響路の特性を、伝達関数を含む信号系の総合的
な反響路の特性として推定された総合擬似反響路特性に
従ってそれぞれ求め、これらの各反響路の擬似反響路特
性と新たに設定された伝達関数とによって、伝達関数が
変更設定された後の総合擬似反響路特性を求めている。

このため、過去に求められた総合擬似反響路特性の情
報を有効に活用しながらその信号系における反響信号を
効果的に抑えることができる。しかも発話者が変わって
伝達関数が設定変更されても、そのときの総合擬似音響
路特性を最初から推定し直す必要がなく、その総合擬似
反響路特性を逸早く求めることができるので、発話者が
変わる度に反響打消し効果が大幅に劣化する等の不具合
を招来することがない。

従って、複数のマイクロフォン出力に対する伝達関数
の設定と云う、マイクロフォン・アレイ技術による雑音
低減効果と相俟って、反響信号を効果的に打消すことが
可能となり、信号品質の大幅な向上を図ることができ
る。

また伝達関数の変更設定に伴い新たな総合擬似反響路
特性を求めた際に、メモリに記憶されている過去の総合
擬似反響路特性をこの新たな総合擬似反響路特性に更新
するようにしている。このため、上記伝達関数の変更に
伴う総合擬似反響路特性の変化をメモリの記憶内容に即
時反映させることができ、別途推定演算などを行なうこ
となく、次回の伝達関数の変更時に正確な総合擬似反響
路特性を提供することができる。

尚、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。ここではスピーカと複数のマイクロフォンとの間に
形成される反響路を介する反響信号の打消しについてマ
イクロフォン・アレイ技術を併用したときの例につき説
明したが、例えば第３図に示すように複数のスピーカと
マイクロフォンとの間に形成される反響路の反響信号に
ついて、スピーカ・アレイ技術を用いて擬似ステレオ化
を図る場合にも同様に適用可能である。

また信号系が構成する信号路の数や、その信号路に設
定される伝達関数はそのシステム仕様に応じて定めれば
良いものであり、要は本発明はその要旨を逸脱しない範
囲で種々変形して実施することができる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、複数の反響路と
各反響路に挿入された伝達関数とによって総合的な反響
特性が設定される信号系に適用されるエコーキャンセラ
ーにおいて、上記伝達関数が変更設定された場合であっ
てもそのときの総合擬似反響路特性を逸早く求めて反響
信号を打消すことができるので、反響信号に対する打消
し効果の劣化を防止し、その信号品質の向上を図り得る
等の実用上多大なる効果が奏せられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るエコーキャンセラー装
置の概略構成図、第２図は実施例装置の特徴的な処理作
用を示す機能的なブロック図、第３図はスピーカ・アレ
イの構成を示す図、第４図はマイクロフォン・アレイ技
術を併用した従来のエコーキャンセラー装置の概略構成
図、第５図はマイクロフォン・アレイの構成を示す図、
第６図はマイクロフォン・アレイにおける係数設定回路
の構成例を示す図である。 1a,1b,〜1m……マイクロフォン、2a,2b,〜2m……伝送関
数、３……係数設定回路、４……加算器、５……スピー
カ、６……アダプティブ・フィルタ、７……減算器、８
……タップ係数算出回路、9a,9b,〜9m……メモリ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数（ｍ個）の信号路が構成する信号系の
   上記各信号路がそれぞれ形成するｍ個の反響路の反響路
   特性と、上記各信号路にそれぞれ設定された伝達関係と
   により定められる上記信号系の総合的な反響路特性であ
   る総合擬似反響路特性を推定し、この推定された総合擬
   似反響路特性に従って反響信号源から擬似反響信号を生
   成し、前記信号系における反響信号を上記擬似反響信号
   を用いて打ち消すエコーキャンセラー装置において、 前記推定されたｍ個の総合擬似反響路特性′
   _j-1（ｚ），′_j-2（ｚ），…，′_j-m（ｚ）を記憶
   するメモリと、 通信中に前記各信号路の伝達関数が設定変更された場合
   に、前記メモリに記憶されている過去に推定されたｍ個
   の総合擬似反響路特性′_j-1（ｚ），′_j-2（ｚ），
   …，′_j-m（ｚ）と、これらの総合擬似反響路特性を
   それぞれ求めたときの伝達関数Ｇ_i,j−１（ｚ）,G
   _i,j−２（ｚ），…,G_i,j−ｍ（ｚ）とを基に、 但し、 なる行列演算を行い、ここで、Ｔを転置ベクトルとして と表し、前記行列 を正則として、 なる演算を行うことで、前記ｍ個の反響路の擬似反響路
   特性_1,j−１（ｚ），_2,j−１（ｚ），…，
   _m,j−１（ｚ）をそれぞれ求め、さらにこれらの擬似反
   響路特性_1,j−１（ｚ），_2,j−１（ｚ），…，
   _m,j−１（ｚ）にそれぞれ前記設定変更さた各信号路の
   新たな伝達関数Ｇ_1,j（ｚ）,G_2,j（ｚ），…,G
   _m,j（ｚ）を乗じ、かつその総和を として演算した新たな総合擬似反響路特性′_ｊ（ｚ）
   を求め、この算出した新たな総合擬似反響路特性′_ｊ
   （ｚ）に従って前記反響信号源から擬似反響信号を生成
   させ、かつ前記メモリに記憶されている過去の総合擬似
   反響路特性を、前記算出した新たな総合擬似反響路特性
   ′_ｊ（ｚ）に書き換える手段とを備えたことを特徴と
   するエコーキャンセラー装置。