JP3233525B2 - 音声通信システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、音声通信システムにお
ける雑音抑圧方式の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＥＬＰ等の低ビツトレート音声符号化
器は、自動車の車内など背景雑音が大きい環境下では雑
音により符号化品質が劣化する。これを防ぐため、特別
な参照音声を用いる事なしにノイズを抑圧する技術が提
案されている。これはノイズキャンセラと呼ばれてい
る。この従来例としては、例えば、「移動帯通信におけ
る背景雑音軽減法の検討」（三木他、電子情報通信学会
1993年秋季全国大会B-287)がある。

【０００３】一方、自動車電話でハンズフリー通話を可
能にするエコーキャンセラも通話品質の向上に有効な技
術である。ハンズフリー通話モードでは、ハンドセット
とは別に、ダッシュボード等に受話用のスピーカと送話
用のマイクロホンを設置し、これらのスピーカとマイク
ロホンを送受話器として用いて通話するようにする。こ
のハンズフリー通話モードを使用すると、話者はハンド
セットを持たずに通話でき、通話中でも片手運転になる
こと無く通話でき運転中の安全の面で有効である。しか
しこの様なハンズフリー通話中にはスピーカからの受話
音声がマイクロホンに回り込み、これが相手形に送られ
て音響エコーが発生する事がある。このエコーによる通
話品質の劣化を防止するため、受話音声の回り込みを打
ち消すエコーキャンセラが必要になる。

【０００４】エコーキャンセラの従来例としては、適応
フィルタを使って受信信号と送信入力信号に混入される
エコーとの関係を学習し、エコーキャンセラの入力であ
る受信信号から学習内容を用いて疑似エコーを発生さ
せ、これを送信入力信号から減算する方式がある。

【０００５】このように自動車車内等からハンズフリー
通話を行う場合には、背景雑音対策としてノイズキャン
セラが、エコー対策としてエコーキャンセラが必要にな
る。

【０００６】図１１〜１３にノイズキャンセラおよびエ
コーキャンセラを含んだ従来の通信システムを示す。

【０００７】図１１は、上記文献に示されたノイズキャ
ンセラのみが含まれた構成である。ノイズキャンセラ１
１０に入力される信号は送信入力信号であって、状態判
定部１１２でこの入力を参照にしてこの入力が有雑音か
無雑音かを判定し、同時に有声か無声かを検出する。次
に、入力パラメータ計算部１１１において、判定結果に
応じて雑音および音声に付いてその分散と相関係数など
のパラメータが推定され、これらのパラメータを基にノ
イズキャンセルフィルタ１１３の係数を決定し、このフ
ィルタ１１３を作用させることによりノイズのキャンセ
ルを行う。なお、無雑音と判定された場合はフィルタリ
ングは行わない。

【０００８】図１２は、ノイズキャンセラおよびエコー
キャンセラを含み、ノイズを先にキャンセルした後、エ
コーをキャンセルする通信システムである。ノイズキャ
ンセラ１１０は図１１のノイズキャンセラ１１０と同様
の機能を持つ。エコーキャンセラ１２０の入力は受話信
号（以下入力Ａと呼ぶ）と送信入力信号のノイズキャン
セラ１１０出力（以下入力Ｂと呼ぶ）であって、受話／
送話判定部１２１において入力Ａと入力Ｂを参照に受話
／送話判定を行い、受話かつ非送話の場合のみ、入力Ａ
と入力Ｂを用いて適応フィルタ１２２の学習を行う。こ
の学習によって求めた適応フィルタ１２２の係数を用い
た適応フィルタ１２２に受話信号を作用させて疑似エコ
ーを発生させ、入力Ｂから減算することで、エコーがキ
ャンセルされる。

【０００９】図１３は、エコーを先にキャンセルした
後、ノイズをキャンセルする通信システムである。ノイ
ズキャンセラ１１０、エコーキャンセラ１２０は、ノイ
ズキャンセラ１１０の入力が送信入力信号のエコーキャ
ンセラ１２０出力、エコーキャンセラ１２０入力が受話
信号と送信入力信号である以外は図１２と同様である。

【００１０】この様に従来例では、ノイズキャンセラに
対する入力は送信入力信号かエコーキャンセラ出力のい
ずれかのみであった。また、ノイズキャンセラ、エコー
キャンセラは互いの判定部で独自に判定を行うのみで結
果を共有することがなかった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述のごとく、従来の
方式では、ノイズのみをキャンセルする場合には、ノイ
ズキャンセラに対する入力は送信入力信号かあるいはこ
れに準ずる信号のみであるため、ノイズキャンセラの雑
音除去特性には受信信号の状態が全く考慮されていなか
った。従って、エコーが送信入力信号に混入している場
合にエコーを雑音または音声と誤判断し状態判定および
パラメータ判定に誤りが生ずることがある。

【００１２】ノイズを先にキャンセルした後でエコーを
キャンセルする場合は、ノイズをキャンセルするフィル
タが時間によって変化するため、エコーを学習する際、
ノイズキャンセラの影響が入って正確な学習ができない
と言う問題がある。また、ノイズキャンセラはエコーキ
ャンセラによるエコーキャンセル効果を利用することが
出来ない。

【００１３】また、エコーを先にキャンセルした後でノ
イズをキャンセルする場合には、エコーキャンセラが学
習中はエコーキャンセラ出力に誤差が多く残り、これを
雑音または音声と誤判断し状態判定およびパラメータ推
定に誤りが生ずる。

【００１４】従って本発明は、受信信号の状態が考慮さ
れた雑音除去特性をノイズキャンセラに与え、エコーキ
ャンセラにはノイズキャンセラの影響が、ノイズキャン
セラにはエコーキャンセラの影響が入らないようにし、
エコー抑圧とノイズ抑圧の効果を向上させる事を目的と
する。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、受信信号を再生する再生手段と、送信入
力信号から送信信号を生成する送信手段と、前記送信入
力信号に混入する雑音を抑圧するノイズキャンセル手段
とを有する音声通信システムにおいて、前記受信信号の
有声／無声を検出する受信検出手段と、前記送信入力信
号の特性を推定する推定手段と、前記推定手段の推定結
果にしたがって前記ノイズキャンセル手段のノイズ除去
特性を可変する可変手段とを具備し、前記受信検出手段
の検出結果が有声である場合、前記推定手段は前記送信
入力信号の特性の推定を禁止することを特徴とする。

【００１６】また、本発明は、受信信号を再生する再生
手段と、送信入力信号から送信信号を生成する送信手段
と、前記送信入力信号に混入する雑音を抑圧するノイズ
キャンセル手段とを有する音声通信システムにおいて、
前記受信信号の有声／無声を検出する受信検出手段と、
前記送信入力信号の有声／無声を検出する送信検出手段
と、前記受信検出手段および前記送信検出手段の検出結
果にしたがって前記ノイズキャンセル手段のノイズ除去
特性を可変する可変手段とを具備し、前記可変手段は前
記受信検出手段の検出結果が有声である場合には前記送
信検出手段の検出結果が無声であった場合と同じノイズ
除去特性を前記ノイズキャンセル手段に与えることを特
徴とする。

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【作用】本発明によれば、受信検出手段により、受信信
号の有声／無声を検出するとともに、推定手段により、
送信入力信号の特性を推定し、該推定手段の推定結果に
したがってノイズキャンセル手段のノイズ除去特性を可
変手段により可変する。そして、受信検出手段の検出結
果が有声である場合、推定手段は前記送信入力信号の特
性の推定を禁止する。また、受信検出手段により、受信
信号の有声／無声を検出するとともに、推定手段によ
り、送信入力信号の特性を推定し、該推定手段の推定結
果にしたがってノイズキャンセル手段のノイズ除去特性
を可変手段により可変する。そして、可変手段は受信検
出手段の検出結果が有声である場合には送信検出手段の
検出結果が無声であった場合と同じノイズ除去特性をノ
イズキャンセル手段に与える。

【００２０】

【実施例】以下、本発明にかかるノイズキャンセラを添
付図面を参照にして詳細に説明する。

【００２１】図１は、本発明の第一の実施例を示すブロ
ック図である。

【００２２】ノイズキャンセラ１０に対する入力は受信
信号（以下入力Ａと呼ぶ）と送信入力信号（以下入力Ｂ
と呼ぶ）であって、１フレーム（１フレームは例えば３
２０サンプル）ずつ入力されるとする。状態判定部１２
において、入力Ｂが有雑音か無雑音かを判定し、同時に
入力Ａ、Ｂが有声か無声かを検出する。

【００２３】図２にこの実施例における状態判定部１２
の判定フローチャートを示す。このフローチャートでは
入力Ａが有声と判定された場合には、有雑音か無雑音か
の判定は行わず、前フレームの判定結果を維持し、入力
Ｂの有声か無声かの判定は強制的に無声とする。また、
入力Ｂの有声／無声の判定に用いる可変スレショルドは
更新しないでおく。

【００２４】次に、入力パラメータ計算部１１において
判定結果に応じて雑音および音声の分散と相関係数が推
定される。図３に入力パラメータ計算部１１での入力パ
ラメータ計算のフローチャートを示す。入力パラメータ
計算部１１では入力Ｂの１次の相関係数と、相関を取り
除く逆フィルタをかけた後の分散値を計算し、入力Ｂが
有声／無声の場合に応じて、雑音および音声の分散と相
関を推定する。入力Ａの音声検出結果が有声の場合は、
パラメータを更新せず前フレームの値を維持する。

【００２５】こうして求められたパラメータを基にノイ
ズキャンセルフィルタ１３の係数を決定し、入力信号に
この係数を持つフィルタ１３を作用させることによりノ
イズがキャンセルされる。ノイズキャンセルフィルタ１
３は雑音および音声の分散と相関係数によって雑音を抑
制するフィルタであって、例えば、フィルタ出力と音声
の誤差分散を最少にするカルマンフィルタ等で実現でき
る。尚、無雑音と判定された場合は、フィルタリングは
行わず入力Ｂをそのまま出力する。

【００２６】本例では、この様に受信信号の有声部を検
出し検出結果をノイズキャンセラ１０に参照させること
により、ノイズキャンセラ１０のエコーによる誤動作を
防止することができる。

【００２７】図４は、本発明の第二の実施例を示すブロ
ック図で、エコーを先にキャンセルした後ノイズをキャ
ンセルする通信システムである。

【００２８】エコーキャンセラ２０は従来例で用いられ
るものと同じであるので説明は省略する。

【００２９】ノイズキャンセラ１０に対する入力は、エ
コーキャンセラ２０の受話／送話判定部２１の判定結果
に従って当該フレーム中にエコー学習があったかどうか
を表す信号（以下ＬＦと呼ぶ）とエコーキャンセラ２０
の出力（以下入力Ｂと呼ぶ）であって、１フレーム（１
フレームは例えば３２０サンプル）ずつ入力されるもの
とする。ノイズキャンセラ１０の状態判定部１２では、
入力Ｂが有雑音か無雑音かを判定し、同時に入力Ｂが有
声か無声かを検出する。

【００３０】図５に、状態判定部１２の判定フローチャ
ートを示す。このフローチャートではＬＦがエコー学習
中を表す場合には、雑音有／無の判定は行わず、前フレ
ームの結果を維持し、入力Ｂの有声／無声検出は強制的
に無声とする。また、入力Ｂの有声／無声検出に用いる
可変スレショルドは更新しない。

【００３１】次に入力パラメータ計算部１１において、
状態判定部１２の判定結果に応じて雑音および音声の分
散と相関係数が推定される。図６に相関係数を１次まで
取る場合の入力パラメータ計算部１１のフローチャート
を示す。入力Ｂの１次の相関係数と、相関を取り除く逆
フィルタをかけた後の分散値を計算し、入力Ｂが有声／
無声の場合に応じて雑音および音声の分散と相関を推定
する。

【００３２】こうして求められたパラメータを基にノイ
ズキャンセルフィルタ１３の係数を決定し、入力信号に
この係数を持つフィルタ１３を作用させることによりノ
イズがキャンセルされる。ノイズキャンセルフィルタ１
３は実施例１のフィルタ１３と同じ物で良い。

【００３３】本例では、この様にエコーキャンセラ２０
の学習状況をノイズキャンセラ１０に参照させることに
より、ノイズキャンセラ１０のエコー学習中の誤動作を
防止することができる。

【００３４】図７は、本発明の第三の実施例を示すブロ
ック図で、ノイズを先にキャンセルした後エコーをキャ
ンセルする通信システムである。

【００３５】エコーキャンセラ２０は、従来例で用いら
れるものとほぼ同じである。ただし、入力がノイズキャ
ンセラ出力と受信信号であるため、ノイズキャンセラに
よる信号の特性変化を考え、受信信号に対し当該ノイズ
キャンセルフィルタ１３と同じフィルタ係数をもつフィ
ルタ２４を作用させた信号を適応フィルタ２２への入力
とする。また、ノイズキャンセラ１０による遅延に合わ
せて適応フィルタ２２への学習フラグを遅延器２５によ
り１フレーム分遅延させている。受話／送話判定部２１
は、送信入力信号を参照している。

【００３６】ノイズキャンセラ１０に対する入力は、受
話／送話判定部２１判定結果に従って当該フレーム中に
エコー学習があったかどうかを表す信号（以下ＬＦと呼
ぶ）と送信入力信号（以下入力Ｂと呼ぶ）であって、１
フレーム（１フレームは例えば８０サンプル）ずつ入力
されるものとする。ノイズキャンセラ１０は、パラメー
タ計算部１１を除けば図４におけるノイズキャンセラ１
０と同じ物で良い。図８にパラメータ計算部１１の処理
フローチャートを示す。このフローチャートではＬＦが
エコー学習中を表す場合には、パラメータの更新を行わ
ず、ノイズキャンセラフィルタ１３の特性の変化を防止
する。

【００３７】この様にエコーキャンセラ２０の学習状況
をノイズキャンセラ１０に参照させることにより、ノイ
ズキャンセラ１０のエコー学習に対する影響を防止する
ことができる。またエコーキャンセラ２０に用いる信号
にノイズキャンセルフィルタ２４を作用させることによ
りノイズキャンセラ１０による信号の伝達特性の変化の
影響を少なくすることができる。なお、エコーキャンセ
ラにノイズキャンセルフィルタを作用させる際には、適
応フィルタの入力側でなく出力側にしても差支えない。
図９は、適応フィルタの出力側にノイズキャンセルフィ
ルタを作用させた例である。

【００３８】図１０は、本発明の第四の実施例を示すブ
ロック図である。本例では、エコーキャンセラ２０の前
後にノイズキャンセラ１０および３０を設けている。

【００３９】ノイズキャンセラ１０はノイズキャンセル
フィルタ１０を除いて図７に示したノイズキャンセラ１
０とほぼ同じ物である。ノイズキャンセルフィルタ１３
は図７のノイズキャンセルフィルタ１３で電力利得が常
に１になるように調整された係数を用いるようにしたも
のである。

【００４０】エコーキャンセラ２０は、図７に示したエ
コーキャンセラ２０と同じ物を用いることが出来る。た
だし、ノイズキャンセラ１０の出力に利得変化がないた
め信号の特性変化が微少と考えて、ノイズキャンセルフ
ィルタ２４の変わりに受信信号の遅延を常に１フレーム
分遅延する遅延器２６を用いても良い。

【００４１】ノイズキャンセラ３０に対する入力は、エ
コーキャンセラ２０出力とノイズキャンセルフィルタ１
３において用いられた利得調整値である。ノイズキャン
セラ３０はエコーキャンセラ２０出力にノイズキャンセ
ルフィルタ１３において用いられたと同じ利得調整値を
乗算して出力する。

【００４２】この様にエコーキャンセラ２０の前後にノ
イズキャンセラ１０および３０を配し、特に送信入力信
号の電力利得をエコーキャンセル後に変化させることに
よりノイズキャンセラのエコー学習にたいする影響を防
止することができる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、受信信
号を再生する再生手段と、送信入力信号から送信信号を
生成する送信手段と、送信入力信号に混入する雑音を抑
圧するノイズキャンセル手段とを有する音声通信システ
ムにおいて、受信信号の特性によって前記ノイズキャン
セル手段の特性を変化させるようにしたので、不必要な
雑音除去処理を無くし、受信信号、送信入力信号に応じ
た最適の雑音除去を実現する。

【００４４】また、さらに上記音声通信システムに送信
入力信号から疑似エコーを減算することによりエコーを
抑圧するエコーキャンセル手段を設け、エコーキャンセ
ル手段で学習が行われているかどうかによってノイズキ
ャンセル手段の特性を変化させるようにし、また、前記
エコーキャンセル手段で学習が行われている間はノイズ
キャンセル手段の特性を変化させないようにしたので、
エコーキャンセル手段の動作をノイズキャンセル手段に
反映させる事ができ、エコーキャンセラにはノイズキャ
ンセラの影響が、ノイズキャンセラにはエコーキャンセ
ラの影響が入らないようにして、エコー抑圧とノイズ抑
圧の効果を向上させる事が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例を示すブロック図。

【図２】図１の実施例における状態判定の一例を示すフ
ローチャート。

【図３】図１の実施例におけるパラメータ計算の一例を
示すフローチャート。

【図４】本発明の第二の実施例を示すブロック図。

【図５】図４の実施例における状態判定の一例を示すフ
ローチャート。

【図６】図４の実施例におけるパラメータ計算の一例を
示すフローチャート。

【図７】本発明の第三の実施例を示すブロック図。

【図８】図７の実施例におけるパラメータ計算の一例を
示すフローチャート。

【図９】本発明の第三の実施例の他の構成を示すブロッ
ク図。

【図１０】本発明の第四の実施例を示すブロック図。

【図１１】ノイズキャンセラの従来例を示すブロック
図。

【図１２】ノイズキャンセラとエコーキャンセラの従来
例を示すブロック図。

【図１３】ノイズキャンセラとエコーキャンセラの他の
従来例を示すブロック図。

【符号の説明】

１ スピーカ ２ マイクロホン １０、３０ ノイズキャンセラ １１ パラメータ計算部 １２ 状態判定部 １３、２４ ノイズキャンセルフィルタ ２０ エコーキャンセラ ２１ 受話／送話判定部 ２２ 適応フィルタ ２３ 加算器 ２５、２６ １フレーム遅延器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−14101（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−284553（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04M 1/00 H04M 1/24 - 1/253 H04M 1/58 - 1/62 H04M 1/66 - 1/82 H04B 3/20 - 3/23 H04B 1/10 - 1/14 H04B 15/00 - 15/06

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 受信信号を再生する再生手段と、 送信入力信号から送信信号を生成する送信手段と、 前記送信入力信号に混入する雑音を抑圧するノイズキャ
   ンセル手段とを有する音声通信システムにおいて、 前記受信信号の有声／無声を検出する受信検出手段と、 前記送信入力信号の特性を推定する推定手段と、 前記推定手段の推定結果にしたがって前記ノイズキャン
   セル手段のノイズ除去特性を可変する可変手段とを具備
   し、 前記受信検出手段の検出結果が有声である場合、前記推
   定手段は前記送信入力信号の特性の推定を禁止すること
   を特徴とする音声通信システム。
2. 【請求項２】 受信信号を再生する再生手段と、 送信入力信号から送信信号を生成する送信手段と、 前記送信入力信号に混入する雑音を抑圧するノイズキャ
   ンセル手段とを有する音声通信システムにおいて、 前記受信信号の有声／無声を検出する受信検出手段と、 前記送信入力信号の有声／無声を検出する送信検出手段
   と、 前記受信検出手段および前記送信検出手段の検出結果に
   したがって前記ノイズキャンセル手段のノイズ除去特性
   を可変する可変手段とを具備し、 前記可変手段は前記受信検出手段の検出結果が有声であ
   る場合には前記送信検出手段の検出結果が無声であった
   場合と同じノイズ除去特性を前記ノイズキャンセル手段
   に与えることを特徴とする音声通信システム。