JP3002374B2

JP3002374B2 - エコーキャンセラと併用する音声スイッチの制御方法

Info

Publication number: JP3002374B2
Application number: JP5339060A
Authority: JP
Inventors: 和則猪飼
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-12-03
Filing date: 1993-12-03
Publication date: 2000-01-24
Anticipated expiration: 2015-01-24
Also published as: JPH07162537A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電話回線のエコー排除
機能を持つエコーキャンセラと併用される音声スイッチ
の制御方法に関し、特に、迅速且つ正確な制御を可能に
するものである。

【０００２】

【従来の技術】電話回線の２線式回線と４線式回線との
接続部では、インピーダンス不整合のために受信信号の
一部が送信側に漏れる、いわゆるエコーが発生する。同
様のエコーは電子会議システム等でも発生する。

【０００３】このエコーを抑圧する機能を持つエコーキ
ャンセラは、図３に示すように、受信入力端１から入力
した受信入力列Ｘｊを記憶するシフトレジスタ31と、受
信出力端２から送信入力端４に至るエコー経路のインパ
ルス応答の推定値Ｈｊを記憶するメモリ32と、受信入力
列Ｘｊとエコーの推定値Ｈｊとを畳込み演算して擬似エ
コーを発生する畳込み演算器33と、送信入力から擬似エ
コーを差引いた値を送信出力端８に出力する減算器34
と、エコーの推定値Ｈｊを補正する制御部37と、この補
正のための演算を行なう乗算器35および加算器36とを備
えている。

【０００４】このエコーキャンセラは、受信入力端１か
ら受信入力ｘｊが入力すると、それをシフトレジスタ31
にベクトルＸｊとして取り込む。受信入力ｘｊは、同時
に受信出力端２から出力され、その一部がエコーＹｊと
なって送信入力端４に入力する。

【０００５】送信入力端４には、その他に周囲騒音等を
も含む送信信号ｎｊが入力する。従って、送信入力端４
には、ｓｊ＝Ｙｊ＋ｎｊの信号が入力し、送信信号ｎｊ
は、エコー信号Ｙｊに対する外乱として影響する。

【０００６】一方、エコーキャンセラ内部のメモリ32に
は、受信出力端２から送信入力端４に至るエコー経路の
推定インパルス応答がベクトルＨｊとして記憶されてお
り、畳込み演算器33は、このＨｊと受信入力列Ｘｊとの
畳込み演算を行なって擬似エコーｙｊを発生する。

【０００７】減算器34は、送信入力ｓｊから擬似エコー
ｙｊを差引いた残留エコーｅｊ＝ｓｊ−ｙｊを算出し、
これを送信出力端８から送信する。その結果、エコーの
戻りが抑制される。

【０００８】次に、制御部37は、受信入力列の２乗ノル
ム値‖Ｘｊ‖² を計算し、この値と減算器34から出力さ
れた残留エコーｅｊとを用いて、推定値Ｈｊの補正係数
α・ｅｊ／‖Ｘｊ‖² を計算し、計算結果を乗算器35に
出力する。乗算器35は、シフトレジスタ31から出力され
た受信入力列ベクトルＸｊと前記補正係数とを掛合わ
せ、その結果を加算器36に出力し、加算器36は、推定イ
ンパルス列ベクトルＨｊに乗算器35の出力値を加え、こ
の加算値でメモリ32に記憶された推定値Ｈｊを補正す
る。

【０００９】エコーキャンセラは、学習同定法と呼ばれ
るアルゴリズムにより、エコーを消去するための演算
と、推定値を補正するための演算とを交互に実行し、推
定値を真の値に漸次近づける。

【００１０】エコーを消去する演算および推定値を補正
する演算は、次式（１）、（２）によって行なわれる。
エコー消去演算；

【数１】推定値補正演算；

【数２】Ｎ：タップ数ｘｊ：受信入力ｓｊ：送信入力（＝エコーｙｊ＋外乱ｎｊ）ｅｊ：送信出力（＝残留エコー）ｈｊ（ｍ）：推定インパルス応答（時刻ｊ，ｍサンプル
目） α ：ステップゲイン（０＜α＜２）。

【００１１】学習同定法の手順に従い、式（１）のエコ
ー消去演算と式（２）の推定値補正演算とを交互に実行
すると、外乱ｎｊのレベルがエコーＹｊのレベルより低
い期間（シングルトークの期間）においては、Ｈｊは真
のインパルス応答に漸近収束し、エコー抑圧効果が増大
する。

【００１２】また、受信入力ｘｊのレベルが低いため
に、或いは、双方向同時通話のために、外乱ｎｊのレベ
ルがエコーＹｊのレベルより高くなる期間は、ダブルト
ーク状態と呼ばれ、この期間に式（２）の補正演算を行
なうと推定値が大きく乱れる。そのため、制御部37は、
受信入力ｘｊ、送信入力ｓｊおよび送信出力ｅｊのレベ
ルを比較してダブルトーク状態を検出し、ダブルトーク
時には式（２）の補正演算を停止する。

【００１３】このように、エコーキャンセラでは、送信
出力からエコー成分を打消すための擬似エコーが、推定
値の補正により、時間の経過と共に真のエコーの大きさ
に近づき、それに伴い、エコー抑制効果が急速に上昇す
る。しかし、エコー経路に回路雑音や非線形歪があると
打消量に制限を受けて大きな残留エコーが残る。また、
エコーキャンセラ電源の投入直後やエコー経路の変化直
後では打消量が減少し、充分にエコーを抑圧することが
できない。

【００１４】そのため、エコーキャンセラに音声スイッ
チを併設して、エコーキャンセラから出力される残留エ
コーｅｊを更に抑圧することも行なわれている。この音
声スイッチは、エコーキャンセラにおける受信入力レベ
ルと残留エコーレベルｅｊとを比較し、レベルの小さい
方の回線に大きなロス（減衰）を挿入するもので、実質
的に回線を一方向に絞ることによってエコーの戻りを防
止している。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、エコーキャン
セラと音声スイッチとを併用する従来のエコー抑圧方式
では、受信入力レベルや残留エコーレベルのレベル計算
およびそれらの比較判定に時間が掛かるため、送受信信
号レベルの変化に素早く追随してロス挿入の切替えを行
なうことができず、話の始めの音が抑圧される、いわゆ
る話頭切れが発生する。

【００１６】また、エコー経路に大きな遅延がある場合
には、受信入力レベルと残留エコーレベルの変化に時間
的ズレが起きるため、ロスの挿入時期の選択に誤りが生
じるという問題点を有している。

【００１７】本発明は、こうした従来の問題点を解決す
るものであり、エコー経路の遅延の影響を受けずに、ま
た、話頭切れを発生させずに、残留エコーを抑圧するこ
とができる音声スイッチの制御方法を提供することを目
的としている。

【００１８】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、受
信信号を取り込んで擬似エコーを生成し、エコー信号を
含む送信信号から擬似エコーを減算して出力するエコー
キャンセラと併用され、このエコーキャンセラの出力を
さらに抑制する音声スイッチの制御方法において、シン
グルトーク時のエコー信号を含む送信信号レベルＳｐｊ
とエコーキャンセラの出力信号レベルＥｐｊとの比（Ｓ
ｐＭ／ＥｐＭ）を記憶し、その後に入力する送信信号レ
ベルＳｐｊをこの比（ＳｐＭ／ＥｐＭ）で除算して残留
エコーレベル推定値Ｅを求め、残留エコーレベル推定値
Ｅに応じた挿入ロスＬを演算し、シングルトーク時に
は、エコーキャンセラの出力信号レベルＥｐｊを前記挿
入ロスＬで減衰して出力し、ダブルトーク時には、エコ
ーキャンセラの出力信号レベルＥｐｊをそのまま出力す
るように構成している。

【００１９】また、挿入ロスＬの演算において、残留エ
コーレベル推定値Ｅが、現在の挿入ロスＬに対して決ま
る許容上限値より大きい場合には、挿入ロスＬを予め定
めた１レベル分増加させ、残留エコーレベル推定値Ｅ
が、現在の挿入ロスＬに対して決まる許容下限値より小
さい場合には、挿入ロスＬを予め定めた１レベル分減少
させ、その他の場合には挿入ロスＬの変更を行なわない
ように処理している。

【００２０】

【作用】この制御方法では、エコー経路の遅延による影
響を受けないデータを選んで音声スイッチの制御を行な
っている。従って、その制御がエコー経路の遅延によっ
て狂わされる虞れが無い。

【００２１】また、挿入ロスＬは、残留エコーレベル推
定値Ｅに応じて、つまり、Ｅが大きければＬも大きく、
Ｅが小さければＬも小さく、設定される。そのため、電
話での会話の間の時期には挿入ロスＬの量が小さく保た
れるので、話が再開されても当初の音声信号が大きく減
衰されてしまう虞れがなく、話頭切れの発生が回避でき
る。

【００２２】また、挿入ロスの演算を逐次補正で求める
ことにより、演算量が低減し、信号変化に迅速に追随す
る音声スイッチ制御が可能になる。

【００２３】

【実施例】本発明の制御方法を実施する音声スイッチ
は、図１に示すように、残留エコーレベルに応じた挿入
ロスの量を算出する挿入ロス算出部５と、エコーキャン
セラ３の送信出力に加える減衰量を挿入ロス算出部５の
算出結果に従って可変する可変減衰部６と、シングルト
ークまたはダブルトークの状態に応じて送信出力を切替
えるスイッチ７とを備えている。

【００２４】エコーキャンセラ３は、受信入力端１から
受信入力ｘｊが入力すると、これを取込み、先に説明し
た動作によって、擬似エコーを生成する。

【００２５】受信入力ｘｊは、受信出力端２から出力さ
れるが、その一部がエコーＹｊとなって送信入力端４に
入力する。送信入力端４には、抑圧すべきエコー信号Ｙ
ｊの他に、抑圧してはならない送信信号ｎｊが重畳して
入力し、結果的に、送信入力端４からは送信入力ｓｊ＝
ｎｊ＋Ｙｊが入力する。

【００２６】エコーキャンセラ３は、送信入力ｓｊから
擬似エコーを減算した残留エコーｅｊを出力する。同時
にエコーキャンセラ３は、シングルトーク状態（受信入
力ｘｊのレベルが十分大きく、そのためにエコーＹｊの
レベルが送信信号ｎｊのレベルを大きく上回る場合）の
とき、残留エコーｅｊの二乗値が最小となるように、記
憶している推定インパルス応答を逐次補正する。この補
正により、推定インパルス応答が真の値に収束され、そ
れに連れて残留エコーｅｊの電力が低下し、エコーが抑
圧される。この補正は、ダブルトーク状態では行なわな
い。

【００２７】図１の音声スイッチは、送信入力およびエ
コーキャンセラ３の出力を受けて、次のようにスイッチ
動作を行なう。

【００２８】挿入ロス算出部５は、エコーが充分に抑圧
されているシングルトーク状態における送信入力ｓｊの
レベルＳｐｊと、そのときの残留エコーｅｊのレベルＥ
ｐｊとの比を求め、これを記憶する。このレベル比を
「打消量ＳｐＭ／ＥｐＭ」と定義する。打消量ＳｐＭ／
ＥｐＭは、エコーキャンセラの性能を示している。な
お、添字のＭは、シングルトーク状態において記憶さ
れ、ダブルトーク状態では変化しない量であることを表
わしている。挿入ロス算出部５は、記憶している打消量
ＳｐＭ／ＥｐＭを、必要に応じて、所定時間が経過した
後のシングルトーク期間において更新する。

【００２９】挿入ロス算出部５は、打消量（ＳｐＭ／Ｅ
ｐＭ）を記憶した後、式（３）によって各時刻における
抑圧すべき残留エコーレベルの推定値Ｅを求める。

【００３０】Ｅ＝Ｓｐｊ／（ＳｐＭ／ＥｐＭ）（３）さらに挿入ロス算出部５は、この残留エコーレベル推定
値Ｅを許容レベルＥｍｉｎにまで抑圧するために必要な
挿入ロスＬを次式によって計算する。

【００３１】Ｌ＝Ｅｍｉｎ／Ｅ＝Ｅｍｉｎ＊（ＳｐＭ／ＥｐＭ）／Ｓｐｊ（４）可変減衰部６は、挿入ロス算出部５で求めた挿入ロスＬ
に相当する減衰量を残留エコーｅｊに与える。

【００３２】スイッチ７は、エコーキャンセラ３から送
られるシングルトーク判定信号に基づいて、シングルト
ーク時には、可変減衰部６で減衰させた残留エコーｅｊ
を選択し、また、ダブルトーク時には、エコーキャンセ
ラ３から出力された残留エコーｅｊをそのまま選択して
送信出力端８に出力する。

【００３３】従って、シングルトーク時には、エコーキ
ャンセラ３の出力する残留エコーｅｊを更に減衰して出
力することになる。一方、ダブルトーク時には、残留エ
コーｅｊの大部分が抑圧すべきでない送信信号ｎｊであ
るため、減衰することなく、そのままの状態で、送信出
力端から出力する。

【００３４】この音声スイッチは、エコー経路で繋がれ
た二つの回線の内、送信入力端４側の回線のデータのみ
を用いて挿入ロスを算出している。そのため、算出結果
は、エコー経路の遅延による影響を全く受けない。

【００３５】また、この音声スイッチでは、エコーキャ
ンセラの出力に対して、残留エコーレベルに応じた必要
最小限の挿入ロスを加えている。そのため、話し手が変
わる直前の、会話が途切れている状態では、挿入ロスが
極めて小さい値に抑えられている。従って、話の開始時
期の音声信号を大きく減衰してしまう、いわゆる話頭切
れの発生を回避することができる。

【００３６】また、この音声スイッチは、挿入ロスの算
出に使用する残留エコーレベルを、エコーキャンセラ３
の出力から直接得るのではなく、打消量（ＳｐＭ／Ｅｐ
Ｍ）と送信入力Ｓｐｊとを用いて推定している。エコー
キャンセラの出力は、ダブルトークとシングルトークと
の切替わりによって大きく変動するが、音声スイッチ
は、このような変動の影響を受けることなく、ダブルト
ークからシングルトークへの切替わりの直後において
も、本来のエコー成分に対応する算出値を求めることが
できる。

【００３７】なお、挿入ロス算出部５で挿入ロスＬを求
める式（４）は、除算を含んでいるために演算量が多
い。これを次式（５）に示す漸化式に変形し、挿入ロス
Ｌを逐次的に求めることにより演算量を低減することが
できる。

【数５】但し、Ｅ_n＝Ｅ_MIN／１０^{INT[(19/3)log(Lj-1)]} ＩＮＴ［・］は小数点以下切捨ての意味。

【００３８】図２は、残留エコーレベル推定値Ｅと挿入
ロスＬとの対応関係を表わすグラフであり、同図におい
て、太線は式（４）の関係を表わし、細線は式（５）の
関係を表わしている。

【００３９】式（５）から得られる挿入ロスＬの値は、
式（３）より求めた残留エコーレベル推定値Ｅの大きさ
に応じて、細線の矢印の軌跡を辿って階段状に変化す
る。従って、挿入ロスＬは、現在の挿入ロスＬの値を次
の基準で更新することによって求められる。（１）Ｅが、現在の挿入ロスＬに対して決まる許容上限
値より大きい場合は、Ｌを予め定めた１レベル分増加さ
せる。（２）Ｅが、現在の挿入ロスＬに対して決まる許容下限
値より小さい場合は、Ｌを予め定めた１レベル分減少さ
せる。（３）その他の場合は、挿入ロスＬの変更を行なわな
い。

【００４０】この演算方法では、挿入ロスＬを求める演
算が、除算から、大小関係を比較する演算に代わるため
に演算量が減り、また、ＬとＥとの階段状の対応関係を
テーブル等で記憶させ、テーブルから求める値を探すこ
とによって、その演算量を大幅に減らすことができる。

【００４１】図２では、挿入ロスＬｊの変化に対して、
Ｌｊの補正に±３ｄＢのヒステリシスを与えているが、
この関係は、演算量や通話品質を考慮して異なるパター
ンに変えることも可能である。

【００４２】このように演算量の低減を図ることによ
り、挿入ロスの演算を信号入力の変化に素早く追随させ
ることが可能になる。その結果、話頭切れの虞れが一掃
され、高い音声品質を保つことができる。

【００４３】

【発明の効果】以上の実施例の説明から明らかなよう
に、本発明の音声スイッチの制御方法では、エコー経路
の遅延による影響を受けずに、スイッチ動作を行なわせ
ることができる。

【００４４】また、話頭切れの発生が回避でき、通話品
質の劣化を防ぐことができる。特に、挿入ロスを逐次補
正により求める方法の場合には、演算量の低減が可能と
なり、通話品質の一層の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の制御方法を実施する音声スイッチの構
成を示すブロック図、

【図２】前記制御方法の下で制御される残留エコーレベ
ル推定値Ｅと挿入ロスとの関係を示すグラフ、

【図３】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。

【符号の説明】

１受信入力端２受信出力端３エコーキャンセラ 31 受信位置列Ｘｊを記憶するシフトレジスタ 32 エコー経路の推定インパルス応答Ｈｊを記憶するメ
モリ 33 畳込み演算器 34 減算器 35 乗算器 36 加算器 37 制御部４送信入力端５挿入ロス算出部６可変減衰部７スイッチ８送信出力端

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】受信信号を取り込んで擬似エコーを生成
し、エコー信号を含む送信信号から擬似エコーを減算し
て出力するエコーキャンセラと併用され、このエコーキ
ャンセラの出力をさらに抑制する音声スイッチの制御方
法において、シングルトーク時のエコー信号を含む送信信号レベルＳ
ｐｊとエコーキャンセラの出力信号レベルＥｐｊとの比
（ＳｐＭ／ＥｐＭ）を記憶し、その後に入力する送信信号レベルＳｐｊを前記比（Ｓｐ
Ｍ／ＥｐＭ）で除算して残留エコーレベル推定値Ｅを求
め、前記残留エコーレベル推定値Ｅに応じた挿入ロスＬを演
算し、シングルトーク時には、前記エコーキャンセラの出力信
号レベルＥｐｊを前記挿入ロスＬで減衰して出力し、ダ
ブルトーク時には、前記エコーキャンセラの出力信号レ
ベルＥｐｊをそのまま出力することを特徴とする音声ス
イッチ制御方法。
【請求項２】前記挿入ロスＬの演算において、前記残留エコーレベル推定値Ｅが、現在の挿入ロスＬに
対して決まる許容上限値より大きい場合には、前記挿入
ロスＬを予め定めた１レベル分増加させ、前記残留エコーレベル推定値Ｅが、現在の挿入ロスＬに
対して決まる許容下限値より小さい場合には、前記挿入
ロスＬを予め定めた１レベル分減少させ、その他の場合には、前記挿入ロスＬの変更を行なわない
ように処理することを特徴とする請求項１に記載の音声
スイッチ制御方法。