JP3152815B2 - 音響反響除去装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、通信回線、室内音場制
御装置そして高品質な音声通信会議装置に使用され、受
話通信回線の信号が音響反響経路を介して送話通信回線
に現れる音響反響成分を除去する音響反響除去装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に音響反響除去装置は通信衛生およ
び海底ケーブルを利用した長距離電話回線において、２
線４線変換器のインピーダンス不整合により生ずる反射
を除去するものと、テレビ会議システムなどの拡声電話
において、話者音声の音響結合による反響を除去するも
のとに大別でき、修正量演算回路、擬似音響反響を発生
する可変係数フィルタおよび減算回路から構成されてい
る。以下に音響反響除去装置の基本動作を述べる。

【０００３】図４は音響反響除去装置の基本構成を示す
図である。受話信号入力端子１は受話信号出力端子２に
接続され、その受話信号入力端子１の受話信号は可変係
数フィルタ３に分岐供給され、擬似反響を生成させる。
送話信号入力端子４からの送話信号と可変係数フィルタ
３の出力である擬似音響反響は減算回路５へ入力され、
送話信号中の音響反響成分が除去され、その減算回路５
の出力は送話信号出力端子６へ出力される。送話信号出
力端子６の出力と受話信号入力端子１の信号が修正量演
算回路７に入力され、係数修正量演算回路７の出力によ
り可変係数フィルタ３のフィルタ係数が修正される。可
変係数フィルタ３内で受話信号は受話信号入力レジスタ
８に入力され、その受話信号入力レジスタ８の受話信号
と擬似インパルス応答レジスタ９の擬似インパルス応答
との積和が積和回路１０でとられ、積和回路１０の出力
が擬似音響反響として出力される。受話信号出力端子２
および送話信号入力端子４は長距離電話回線の場合、２
線４線変換器に、拡声電話システムの場合、スピーカと
マイクロホンへと接続されている。

【０００４】音響反響経路の信号伝搬特性を線形で、且
つＦＩＲ形ディジタルフィルタで表されると仮定し、そ
のインパルス応答ｈ（ｔ）と入力受話信号ｘ（ｔ）とを
用いれば、サンプル時間間隔をＴとし、時刻ｋＴにおけ
る音響反響ｙ_k は、 ｙ_k ＝ ｈ' ｘ_k （１） で表される。但し、 ｈ＝［ｈ₁ ，ｈ₂ ，・・・，ｈ_n ］’ ｘ＝［ｘ_k-1 ，・・・，ｘ_k-n ］’ （２） ’：べクトルの転置 である。

【０００５】一方、 時刻ｋＴにおけるｈの推定値をｈ
ｓ_k とすれば、ｙ_k の推定値ｙｓ_kは、 ｙｓ_k ＝ ｈｓ_k ' _k （３） で与えられる。音響反響除去装置では、受話信号入力端
子１に音声信号があり、送話信号入力端子４に音声信号
がなく音響反響のみが存在している時、適応動作状態と
して反響除去動作を行う。この適応動作アルゴリズムに
は、一般に学習同定法が採用される。学習同定法による
ｈｓ_k の逐次修正は ｈｓ_k+1 ＝ ｈｓ_k ＋α（ｘ_k ｅ_k ）／ｘ_k ' _k （４） によって行われる。但し、 ｅ_k ＝ｙ_k −ｙｓ_k ， ０＜α≦１ （５） であり、ｅ_k を残留音響反響と呼ぶ。この様な演算動作
が係数修正量演算回路７において処理実行されている。
擬似インパルス応答レジスタ９の内容には可変係数系列
ｈｓ_k が格納されている。αは推定の敏感さを決める為
の修正ループゲインで１．０に近いほど大きな修正量を
与える事が出来るが、近端雑音や回線状態によって変え
てやる必要がある。

【０００６】通信回線上で双方向通信が発生した場合、
この様な学習同定法などの適応アルゴリズムによる逐次
更新手続きを行うと、耳障りなハウリングを発生させて
しまい通話状態が劣化する。従って、双方向通信発生時
には係数の更新を停止させなければならない。一般に双
方向通信状態は、第一の積分回路１１により算出された
受話信号の一定区間移動平均電力Ｐｘと、第二の積分回
路１２により算出された送話信号の一定区間移動平均電
力Ｐｙとの電力比Ｐｘ／Ｐｙが双方向通信判定回路１３
の閾値Ｓより小さい時に検出される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】双方向通信検出の評価
値に受話信号の移動平均電力と、送話信号の移動平均電
力を用いる場合、残留誤差を双方向通信と誤検出しない
様に積和演算回路の積分区間をかなり長くしなくてはな
らない。この事実は双方向通信発生から検出までの遅延
時間が非常に長くなるという事を意味する。検出遅延が
大きくなると係数更新停止までの時間が長くなり、擬似
インパルス応答係数系列の乱れが大きくなる。この検出
遅延を短くする方法として、残留誤差の短時間移動平均
を検出評価値として用いてるものがある。しかし、この
方法においても検出遅延は発生し、擬似インパルス応答
係数系列は少なからず乱れる事になる。結局、如何なる
高速な双方向通信検出方式を採用しようが検出遅延が存
在する限り、擬似インパルス応答系列は乱され係数更新
手続き再開時、つまり単方向通信状態になった時にハウ
リングが発生し、通話音声が劣化してしまい高精度で高
品質な音響反響制御が行えないという様な問題点があっ
た。

【０００８】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、上記問題点を除去し、双方向通信の検出遅延に伴う
擬似インパルス応答係数系列の乱れを補償し、音響反響
制御の安定性を向上させた音響反響除去装置を提供する
事を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明はこれらの課題を
解決するためのものであり、受話信号入力端子と、受話
信号出力端子と、送話信号入力端子と、送話信号出力端
子と、前記受話信号入力端子から入力された受話信号を
入力とする可変係数フィルタと、前記可変係数フィルタ
の係数系列を格納した擬似インパルス応答レジスタと、
前記擬似インパルス応答レジスタの内容と前記受話信号
入力端子からの入力信号との畳み込み積分演算を行う積
和演算回路と、前記積和演算回路により生成された擬似
反響と前記受話信号入力端子からの反響信号との差分を
演算して残差エコーを求める減算回路と、前記可変係数
フィルタが前記反響信号の近似値を供給するように前記
擬似インパルス応答レジスタの係数系列が自動的に更新
されるような処理を行う係数修正量演算回路と、双方向
通信が発生したときに前記係数修正量演算回路の処理を
停止させる双方向通信検出回路とから構成される音響反
響除去装置において、前記受話信号の一定区間移動平均
電力を算出するための第１の積分回路と、前記送話信号
入力端子より入力される送話信号の一定区間移動平均電
力を算出するための第２の積分回路と、前記擬似インパ
ルス応答レジスタの内容を所定時間遅らせて記憶するた
めの第１の記憶レジスタと、前記第１の記憶レジスタの
内容を所定時間遅らせて記憶するための第２の記憶レジ
スタと、前記第１のレジスタおよび第２のレジスタとの
平均電力を算出するための平均擬似インパルス応答演算
回路と、前記双方向通信検出回路によって単方向通信状
態から双方向通信状態に変化したことを検出したときに
前記平均擬似インパルス応答演算回路によって算出され
た平均擬似インパルス応答を前記擬似インパルス応答レ
ジスタに入力して擬似反響を発生させる音響反響除去装
置を提供する。

【００１０】さらに、前記減算回路から出力される誤差
信号の短時間移動平均電力を算出するための第３の積分
回路と、前記擬似インパルス応答レジスタの内容を所定
の時間遅らせて記憶するための第３の記憶レジスタと、
前記双方向通信検出回路によって単方向通信状態から双
方向通信状態に変化したことを検出したときに前記第３
の記憶レジスタに格納された内容を該擬似インパルス応
答レジスタに入力して擬似反響を発生させる請求項１記
載の音響反響除去装置を提供する。

【００１１】

【作用】本発明では、上記手段により単方向通信状態に
観測された先験情報を補換挿入する事で、乱れの無い擬
似インパルス応答係数系列を供給できるので、耳障りな
ハウリングを発生させる事のない明瞭で高品質な音声通
話空間を実現できる。且つ、反響経路特性が変動した場
合にも高い追随性が確保されているので、常時安定で高
速な音響反響除去が実現できる。

【００１２】

【実施例】以下本発明の実施例を図面にもとづいて説明
する。図１は本発明の第１の音響反響除去装置の構成を
示すブロック図である。図１に示す様に、本発明は従来
の受話信号入力端子１、受話信号出力端子２、可変係数
フィルタ３、送話信号入力端子４、減算回路５、送話信
号出力端子６、修正量演算回路７、受話信号入力レジス
タ８、擬似インパルス応答レジスタ９、積和演算回路１
０、第一の積分回路１１、第二の積分回路１２、そし
て、双方向通信検出回路１３からなる適応アルゴリズム
として学習同定法を採用した音響反響除去装置と同一構
成の装置に、第一の記憶レジスタ１４、第二の記憶レジ
スタ１５、そして、平均擬似インパルス応答演算回路１
６を追加した構成になっている。

【００１３】該受話信号入力端子１と、該送話信号出力
端子６と、該受話信号入力端子１に到来した受話信号
と、該受話信号を未知の音響反響経路へと送出する該受
話信号出力端子２と、該受話信号出力端子２より送出さ
れた該受話信号と、該受話信号に対しての応答となる反
響と、該反響を集音する該送話信号入力端子４と、適応
ディジタルフィルタの係数系列を格納した該擬似インパ
ルス応答レジスタ９と、該擬似インパルス応答レジスタ
９の内容と該受話信号を格納した該受信信号入力レジス
タ８の内容との畳み込み積分演算を行う該積和演算回路
１０と、該積和演算回路１０により生成された擬似反響
と該反響との差分値をとる為の該減算回路５と、適応デ
ィジタルフィルタが該反響の近似値を供給する様に該擬
似インパルス応答レジスタ９の係数系列が自動的に更新
される様に処理を行う該係数修正量演算回路７と、双方
向通信が発生した場合に該修正量演算回路の処理を停止
させる該双方向通信検出回路１３とで構成される音響反
響除去装置において、該受話信号の一定区間移動平均電
力を算出する該第一の積分回路１１と、該送話信号入力
端子より入力される送話信号の一定区間移動平均電力を
算出する該第二の積分回路１２と、該双方向通信検出回
路１３の検出評価値として、該受話信号の移動平均電力
Ｐｘ及び該送話信号の移動平均電力Ｐｙを用いたとき、
該擬似インパルス応答レジスタの内容を所定の時間遅ら
せて記憶する該第一の記憶レジスタ１４と、該第一の記
憶レジスタの内容を所定の時間遅らせて記憶する該第二
の記憶レシスタ１５と、該第一のレジスタの内容と、該
第二のレジスタの内容との平均を算出する為の該平均擬
似インパルス応答演算回路１６と、該双方向通信検出回
路１３により単方向通信状態から双方向通信状態に変化
した事を検出した場合、該平均擬似インパルス応答演算
回路１６で算出された平均擬似インパルス応答を該擬似
インパルス応答レジスタ９に入力して該擬似反響を生起
させる事を特徴とした音響反響除去装置。

【００１４】図２は本発明の第２の音響反響除去装置の
構成を示すブロック図である。図２に示す様に、本発明
は、従来の受話信号入力端子１、受話信号出力端子２、
可変係数フィルタ３、送話信号入力端子４、減算回路
５、送話信号出力端子６、修正量演算回路７、受話信号
入力レジスタ８、擬似インパルス応答レジスタ９、積和
演算回路１０、そして、双方向通信検出回路１３からな
る適応アルゴリズムとして学習同定法を採用した音響反
響除去装置と同一構成の装置に、第三の積分回路１７、
そして、第三の記憶レジスタ１８を追加した構成になっ
ている。

【００１５】該減算回路５よりの出力である誤差信号の
短時間移動平均電力を算出する該第三の積分回路１７
と、該双方向通信検出回路１３の検出評価値として、該
誤差信号の移動平均電力Ｐｅを用いたとき、該擬似イン
パルス応答レジスタの内容を所定の時間遅らせて記憶す
る該第三の記憶レジスタ１８と、該双方向通信検出回路
１３により単方向通信状態から双方向通信状態に変化し
た事を検出した場合、該第三の記憶レジスタ１８に格納
された内容を該擬似インパルス応答レジスタ９に入力し
て擬似反響を生起させる事を特徴とした音響反響除去装
置。

【００１６】図３は本発明による説明変数に白色雑音を
用いた場合の音響反響消去特性を示した図である。先験
情報を補換挿入した結果、双方向通信状態から単方向通
信状態に移行し、適応ディジタルフィルタの係数更新を
再開した時の音響反響消去量が劣化していない事が判
る。つまり、本発明により優良な先験情報が双方向通信
状態時に供給され適応ディジタルフィルタの係数系列が
良好な状態に保存されているという事である。

【００１７】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように本発明によ
れば、下記のような優れた効果が期待される。

【００１８】（１）双方向通信検出の構造的検出遅延に
よる音声劣化を容易に補償できるので、高品質な音声通
信空間を実現できる。

【００１９】（２）適応ディジタルフィルタの係数更新
中に記憶される擬似インパルス応答係数系列の先験情報
の間更新されているので、音響反響除去再開時に補換挿
入される情報は最適なものとなる。

【００２０】（３）適応アルゴリズムの係数更新に関わ
る内部演算量を大幅に増加させないで小規模なハードウ
ェアで高性能な音響反響制御を行う事ができる。

【００２１】（４）本発明による先験情報の補換挿入方
式は、学習同定法を用いた適応アルゴリズムだけではな
く、他の如何なるパラメータ推定アルゴリズムに対して
も有効に作用し、汎用性、適応性に非常に優れた方式で
ある。

【００２２】（５）本発明による先験情報の補換挿入方
式は、どの様な双方向通信検出方式であろうともその検
出までに必要とする遅延時間に相当するステップ数を与
える事で耳障りなハウリングを抑圧する事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本説明の第１の音響反響除去装置の一構成例を
示すブロック図である。

【図２】本説明の第２の音響反響除去装置の一構成例を
示すブロック図である。

【図３】本発明の説明に用いた音響反響消去特性を示す
図である。

【図４】従来の一般的な学習同定法を用いた音響反響除
去装置の基本構成を示したブロック図である。

【符号の説明】

１ 受話信号入力端子 ２ 受話信号出力端子 ３ 可変係数フィルタ ４ 送話信号入力端子 ５ 減算回路 ６ 送話信号出力端子 ７ 修正量演算回路 ８ 受話信号入力レジスタ ９ 擬似インパルス応答レジスタ １０ 積和演算回路 １１ 第一の積分回路 １２ 第二の積分回路 １３ 双方向通信検出回路 １４ 第一の記憶レジスタ １５ 第二の記憶レジスタ １６ 平均擬似インパルス応答演算回路 １７ 第三の積分回路 １８ 第三の記憶レジスタ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】受話信号入力端子と、受話信号出力端子
   と、送話信号入力端子と、送話信号出力端子と、前記受
   話信号入力端子から入力された受話信号を入力とする可
   変係数フィルタと、前記可変係数フィルタの係数系列を
   格納した擬似インパルス応答レジスタと、前記擬似イン
   パルス応答レジスタの内容と前記受話信号入力端子から
   の入力信号との畳み込み積分演算を行う積和演算回路
   と、前記積和演算回路により生成された擬似反響と前記
   受話信号入力端子からの反響信号との差分を演算して残
   差エコーを求める減算回路と、前記可変係数フィルタが
   前記反響信号の近似値を供給するように前記擬似インパ
   ルス応答レジスタの係数系列が自動的に更新されるよう
   な処理を行う係数修正量演算回路と、双方向通信が発生
   したときに前記係数修正量演算回路の処理を停止させる
   双方向通信検出回路とから構成される音響反響除去装置
   において、 前記受話信号の一定区間移動平均電力を算出するための
   第１の積分回路と、前記送話信号入力端子より入力され
   る送話信号の一定区間移動平均電力を算出するための第
   ２の積分回路と、前記擬似インパルス応答レジスタの内
   容を所定時間遅らせて記憶するための第１の記憶レジス
   タと、前記第１の記憶レジスタの内容を所定時間遅らせ
   て記憶するための第２の記憶レジスタと、前記第１のレ
   ジスタおよび第２のレジスタとの平均電力を算出するた
   めの平均擬似インパルス応答演算回路と、前記双方向通
   信検出回路によって単方向通信状態から双方向通信状態
   に変化したことを検出したときに前記平均擬似インパル
   ス応答演算回路によって算出された平均擬似インパルス
   応答を前記擬似インパルス応答レジスタに入力して擬似
   反響を発生させることを特徴とした音響反響除去装置。
2. 【請求項２】前記減算回路から出力される誤差信号の短
   時間移動平均電力を算出するための第３の積分回路と、
   前記擬似インパルス応答レジスタの内容を所定の時間遅
   らせて記憶するための第３の記憶レジスタと、前記双方
   向通信検出回路によって単方向通信状態から双方向通信
   状態に変化したことを検出したときに前記第３の記憶レ
   ジスタに格納された内容を該擬似インパルス応答レジス
   タに入力して擬似反響を発生させることを特徴とした請
   求項１記載の音響反響除去装置。