JP3408253B2 - エコーキャンセラーのディスエーブルトーン信号を検出するための方法 - Google Patents

エコーキャンセラーのディスエーブルトーン信号を検出するための方法

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    • H04B3/20—Reducing echo effects or singing; Opening or closing transmitting path; Conditioning for transmission in one direction or the other
    • H04B3/23—Reducing 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】 発明の分野 本発明は、公称周波数から所定許容誤差レンジ内にあ
り、所定インターバルで位相反転が生じるエコーキャン
セラー内のディスエーブルトーン信号を検出するための
方法に関する。
発明の背景 データ伝送システム、例えば電話ネットワークのエン
ド・ツー・エンド（端末間）接続ラインでは、中継時間
の遅れが長くなることが多く、この結果接続ラインの遠
方端末から送話者へ信号が反射して戻ると、例えば通常
の音声ではエコーが認められる。エコーキャンセラーと
は、エコー（信号）から予想エコーを引くことによりエ
コーを低減するよう信号、例えば音声信号を処理するた
めのアナログまたはデジタルデバイスである。
通常エコーキャンセラーは、いわゆるディスエーブル
（禁止）信号を検出できなければならない。ディスエー
ブルトーンを検出すると、エコーキャンセラーは通過信
号を処理しない「無処理」ステートに切り替えられる。
このディスエーブルトーンの特性は、CCITT勧告V.25に
正確に定義されている。ディスエーブルトーンは（450
±25）のインターバルごとに位相反転する約2100Hzの信
号である。エコーキャンセラーのディスエーブルトーン
の検出はこの特定の信号には応答しなければならない
が、例えば位相反転しない音声または2100Hzの信号には
応答しない。ディスエーブルトーンは各電話チャンネル
の送受信端末の双方でモニタされる。ディスエーブルト
ーンを検出する従来のエコーキャンセラーは、例えば、
米国特許第5,209,204号および第5,029,204号に開示され
ている。
発明の開示 本発明の目的は、エコーキャンセラーにおいてディス
エーブルトーン信号を検出する方法にある。
この目的は、 ａ）バンドパスフィルタリングにより入力信号から前記
許容誤差レンジ外の周波数を除去し、 ｂ）サンプリングの結果生じるサンプル信号成分がゼロ
周波数近くにエリアシングされるよう前記公称周波数の
約半分のサンプリング周波数でバンドパスフィルタリン
グされた信号をサンプリングし、 ｃ）前記エリアシングさえれたサンプル信号成分に対し
て実質的に位相に合った変化成分を発生させ、 ｄ）前記位相の合った変化成分を約2n（ここでｎは正の
整数）個のサンプル信号周期だけ遅延し、 ｅ）前記エリアシングの生じたサンプル信号成分とその
遅延された変化成分との間で実行される論理XOR演算に
より前記ディスエーブルトーン信号の位相反転を検出す
ることを特徴とするエコーキャンセラー内のディスエー
ブルトーン信号を検出することを特徴とする本発明の方
法により達成される。
本発明によれば、モニタされている周波数バンド外の
すべての周波数をバンドパスフィルタリングにより受信
信号から除く。この後に、サンプリング周波数がナイキ
スト周波数よりも低いときに低い周波数にエリアシング
（折り返し）される信号の性質を利用してディスエーブ
ルトーンの検出を行う。この目的のため、フィルタを通
された信号はディスエーブルトーンの公称周波数の約半
分であるサンプリング周波数でサンプリングされ、この
結果エリアシングの生じたサンプル信号成分はゼロ周波
数に近くなる。元の信号のサンプルレートが例えば8000
サンプル／秒（PCM信号）であり、サンプリング周波数
が1000Hzであると、電話チャンネル内の伝送される８番
目ごとの元のサンプル信号しか更に処理されない。この
解決案により、本発明の方法を実施する信号プロセッサ
または別の装置は、数本の電話チャンネル内の双方の信
号方向を処理できる。
プリセットした周波数およびプリセットされたレベル
の信号が検出されると、約180度の位相反転を探すため
の信号がテストされる。このテストは、エリアシングの
生じたサンプル信号成分と、２つのサンプル信号周期だ
け遅延した反転成分との間で実行されるXOR演算により
行われる。位相の合った信号は、常に符号（プラスまた
はマイナス）が同じとなるが、ディスエーブルトーンの
位相反転が生じると、元のサンプル信号成分と遅延され
た反転信号成分は一時的に符号が等しくなくなる。
本発明の方法により、短い処理時間しか必要としない
極めて簡単なディスエーブルトーン検出方法を提供する
ことが可能となった。
図面の簡単な説明 以下添付した図面を参照した図示した実施例により本
発明についてより詳細に説明する。
第１図は、本発明に係わるエコーキャンセラーのブロ
ック図である。
第２図は、垂直軸が信号レベルを示し、水平軸が周波
数を示すディスエーブルトーン検出器の周波数特性を示
すグラフである。
第３図は、サンプリングにより生じた周波数領域内の
エリアシングを示す。
第4A図〜第4C図は、検出のため使用すべきXOR演算を
示す信号図である。
発明の詳細な説明 第１図は、本発明のディスエーブルトーン信号の検出
方法を適用できるデジタルエコーキャンセラーを示す。
このエコーキャンセラーは、受信すべきデジタル信号の
入力ポートRinおよび出力ポートRoutだけでなく送信す
べきデジタル信号の入力ポートSinおよび出力ポートSou
tから成る。エコーキャンセラーは本願では遠方端末と
称する送信方向だけのエコーを除去しなければならない
（これと異なり、エコーキャンセラーは受信方向のエコ
ーを除去するようにも構成できる）。反対方向を近接端
末と称す。ポートSinおよびRoutは、近接端末の送信路
に接続され、ポートSoutおよびRinは遠方端末の送信路
に接続されている。キャンセルすべきエコーは、遠方端
末からのポートRinで受信され、ポートRoutを通して近
接端末側（エコーパス側）に送信される音声信号ｘ
（ｉ）の成分ｒ（ｉ）で、この成分は近接端末から反射
される。
近接端の送信信号ｙ（ｉ）は、Ａ法則コンバータ35A
により線形化され、適応形FIRフィルタ21により処理さ
れ、最終的に切換スイッチSW1に印加される。制御ユニ
ット26により制御されるスイッチSW1は、非線形プロセ
ッサ27または法則Ａコンバータ36を通してフィルタ21の
出力端をエコーキャンセラーの出力ポートSoutに接続す
る。
適応形デジタルフィルタ21は、例えばデジタルトラン
スバーサルフィルタであり、エコーパスのインパルス応
答をモデル化する制御ユニット22は、レベル検出器24お
よび25によりそれぞれ得られる信号ｙ（ｉ）およびｘ
（ｉ）のレベルに基づきかつイネーブルトーン検出回路
37により実行されるイネーブルトーンの検出に基づいて
適応形フィルタ21の演算、適応および更新を制御する。
信号ｘ（ｉ）は、サンプルバッファ23、レベル検出器
25およびイネーブルトーン検出器回路37に印加される前
にそれぞれ法則Ａコンバータ35B、35Cおよび35Dにより
線形化される。信号ｘ（ｉ）から取られたサンプルは、
サンプルバッファ23に記憶され、記憶されたサンプルと
信号ｙ（ｉ）から取られたサンプルとの相関性を計算す
るよう必要に応じてバッファ23からフィルタ21へ印加さ
れる。フィルタ21の係数akは、この相関性に基づいて更
新される。
第１図に示すエコーキャンセラーでは、回路37により
ディスエーブルトーンの検出を行う。まず、コンバータ
35Aから受信した信号ｙ（ｉ）および／またはコンバー
タ35Dから受信した信号ｘ（ｉ）を切換スイッチSW2を介
してバンドパスフィルタ33に印加する。このバンドパス
フィルタは中心周波数が約2100Hzでパスバンドが例えば
約1900〜2350Hz、少なくとも約2079〜2121Hzとなってい
る。フィルタ33は当該周波数バンド内の周波数を除く他
のすべての周波数を除く。
第２図から、ディスエーブルトーン信号の周波数2100
±21Hz（ゾーン10）で常に検出できるが、周波数1900〜
2350Hz（ゾーン11）における作動は定められていない。
すなわち、検出は可能であるが、実行する必要はない。
1900〜2350Hz（ゾーン12）の周波数レンジの外では、検
出は行ってはならない。
フィルタ37の出力信号（すなわちイネーブルトーン信
号）のレベルは、レベル検出器32により測定される。フ
ィルタ33の入力信号は、バンドストップフィルタ31にも
印加される。このフィルタのストップバンドはフィルタ
33のパスバンドと実質的に同じであり、入力信号から19
00〜2350Hzの検出バンドを除き、レベル検出器30による
レベル検出ができるよう周辺のガードバンドを残す。ガ
ードバンドのパワーレベルは、音声がディスエーブルト
ーンと誤認されないよう測定される。再度第２図を参照
すると、−31dBm0のレベルを有する2100Hzの信号と同時
に検出回路37にホワイトノイズ（300〜3400Hz）が印加
された時、ノイズレベルが2100Hzの信号レベル近くまで
上昇すればホワイトノイズはこの検出を不能にしてしま
う。ディスエーブルトーン信号のレベルが上昇すると、
ホワイトノイズはディスエーブルトーンレベルよりも低
いレベルで全周波数レンジ内でエコーキャンセラーのス
イッチオフを可能にする。
制御ユニット22がレンジ検出器30および32の出力に基
づきプリセット周波数およびプリセットレンジの信号を
検出すると、この信号は信号内で180±25度の位相反転
があったかどうかテストされる。この目的のため、フィ
ルタ33の出力信号は位相反転検出器34にも印加される。
位相反転検出器34は、2100Hzのトーン周波数の約半分の
サンプリング周波数で信号をサンプリングする。本発明
の好ましい実施例では、サンプリング周波数は1000Hzで
ある。第３図に示すように、エリアシングの生じたサン
プル信号成分40'は、約2100Hzの周波数を有する元の信
号40のサンプリングの結果、ゼロ周波数の近くになる。
次に検出器34は、ゼロ周波数の近くにエリアシングされ
たサンプル信号成分40'に対して2n（ここでｎは第4A図
および第4B図に示すように正の整数である）個の信号周
期、好ましくは２周期だけ遅延された実質的に位相の合
った成分40"を発生する。次に検出器34は、エリアシン
グの生じたサンプル信号成分40'とその遅延された反転
成分40"との間で実行されるXOR演算によりディスエーブ
ルトーンの位相反転を検出する。例えば、信号40'およ
び40"の符号についてもXOR演算を実行できる。サンプル
信号成分40'および遅延された反転成分40"について論理
XOR演算を実行し、信号40'および40"は実質的に位相が
合い、符号が同じであれば、その結果論理ステートは第
4C図に示すように「０」となる。時間41で符号40'に位
相反転が生じると、第２周期後の時間40'まで遅延反転
成分40"の対応する位相反転は生じない。次に、XOR演算
により、論理ステートが一時約「１」となる。これは、
ディスエーブルトーン信号の位相反転に起因して、遅延
反転成分40"の位相および符号が第4C図に示すように元
のサンプル信号成分40'と一時的に異なるからである。
このXOR演算の結果が一時的に異なる期間は、ディスエ
ーブルトーン信号の位相変化量を表している。
位相反転を検出する前は、遅延されたサンプル信号成
分40"の間遅延をサーチしなければならず、この遅延に
より元の信号のそれぞれのサンプルからできるだけ正確
に２周期の距離に遅延されたサンプルが位置する。これ
は、７〜20のサンプリング周期の間ですべて遅延させて
実験することにより実施される。これらの遅延の差は、
140〜50Hzの周波数レンジに対応し、このレンジには205
0〜2140Hzの周波数がエリアシングされ、従って、同時
にこのレンジは信号を検出できる周波数レンジであり、
一方、仕様によれば2079と2121Hzとの間の周波数を検出
しなければならない。XOR演算により一つの信号周期中
に等しくない符号の１つまたはゼロの結果しか生じない
遅延は、約一信号周期だけ遅延された実際の周波数に近
くなり、得られた遅延は、検出の後のステージでの遅延
値として使用できる。XOR演算が常に同様な結果を与え
る場合、信号は位相が合い、一方信号の位相が常時合っ
ている場合、これら信号の周波数は同一となる。
周波数のサーチ中に位相反転が生じる場合、この位相
反転と所望周波数の検出が同時であると、サーチは不成
功となる。この場合、最初から周波数最初から方法を開
始する。位相反転は（450 30）msのインターバルごと
に発生しなければならず、サーチは最大で約100ms続く
ので、更新時は信号に位相反転があってはならない。従
って、位相反転の最大検出時間は（２＊100ms）＋480ms
＝680msとなる。
本発明の好ましい実施例では、第１図に示されたすべ
てのブロックは、デジタル信号プロセッサ内でソフトウ
ェアで具現化される。
以上で特定例のエコーキャンセラータイプおよびデジ
タルトランスバーサルフィルタに関連して本発明を説明
したが、本発明の方法はすべてのエコーキャンセラーに
も適用できる。
上記数字およびこれらの数字に関する記述は、単に本
発明を説明するためのものにすぎず、詳細には本発明の
方法は、添付した請求の範囲内で変更できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04B 3/00 - 3/44

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】公称周波数から所定の許容誤差レンジ内に
    あり、所定インターバルごとに位相反転が生じるエコー
    キャンセラー内のディスエーブルトーン信号を検出する
    ための方法であって、 ａ）フィルタリングにより入力信号から周波数を除去す
    るステップと、 ｂ）前記フィルタリングされた信号の実質的に位相の合
    った変化成分を発生させるステップと、 ｃ）前記位相の合った変化成分を遅延するステップと、 ｄ）前記フィルタリングされた信号の位相の合った変化
    成分とその遅延された変化成分との間で実行される論理
    XOR演算により前記ディスエーブルトーン信号の位相反
    転を検出するステップと、 を含む方法において、 前記フィルタリングにより入力信号から周波数を除去す
    るステップが、バンドパスフィルタリング（33）により
    入力信号から前記許容誤差レンジ外の周波数を除去する
    ことから成り、 更に、バンドパスフィルタリングされた信号を前記公称
    周波数の約半分のサンプリング周波数でサンプリングす
    る（34）ステップであって、得られたサンプル信号成分
    （40'）がゼロ周波数近くにエリアシングされるステッ
    プを含み、 前記フィルタリングされた信号の実質的に位相の合った
    変化成分を発生させるステップが、前記エリアシングさ
    れたサンプル信号成分に対して実質的に位相の合った変
    化成分を発生させることから成り、 前記位相の合った変化成分を遅延するステップが、前記
    エリアシングされたサンプル信号成分に対して前記位相
    の合った変化成分を約2n（ここではｎは正の整数）個の
    サンプル信号周期だけ遅延することから成り、 前記ディスエーブルトーン信号の位相反転を検出するス
    テップが、前記エリアシングされたサンプル信号成分と
    その遅延された変化成分との間で実行される論理XOR演
    算により前記ディスエーブルトーン信号の位相反転を検
    出することから成る、 ことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】前記サンプル信号成分および前記遅延され
    た変化成分が実質的に同じ位相および符号である時、論
    理XOR演算の結果は第１論理ステートとなり、前記ディ
    スエーブルトーン信号に生じた位相反転の結果遅延され
    た変化成分がどのサンプル信号成分の位相および符号と
    も同じでない位相および符号を一時的に有する時、第２
    論理ステートとなること、およびXOR演算により生じた
    結果の前記一時的変化に基づいて位相反転を検出するこ
    とを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】XOR演算により生じた結果の前記一時的変
    化の期間は、ディスエーブルトーン信号の位相変化の量
    を表す請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】位相反転検出前に約2n個の周期だけ前記サ
    ンプル信号成分を遅延させる遅延をサーチし、このサー
    チはゼロ周波数近くにエリアシングされた周波数成分の
    一つに対して各々が約２信号周期だけ遅延させる適当な
    数の遅延によりテストし、前記サンプル信号成分と前記
    遅延された変化成分との間で実行されるXOR演算がサン
    プル信号の一周期の間で信号の同じでない位相を表示す
    る一つの結果しか、または結果を生じさせない遅延を選
    択することを特徴とする請求項１、２または３に記載の
    方法。
  5. 【請求項５】前記公称周波数は2100Hzであり、前記許容
    誤差レンジは2079〜2121Hzであり、サンプリング周波数
    は1000Hzであり、前記公称周波数がゼロ周波数近くにエ
    リアシングされる周波数は100Hzであり、許容誤差レン
    ジがゼロ周波数の近くにエリアシングされる周波数レン
    ジは140〜150Hzであることを特徴とする請求項１〜４の
    いずれか１つに記載の方法。
  6. 【請求項６】遅延サーチ中に７〜20のサンプリング周期
    の遅延をテストすることを特徴とする請求項５に記載の
    方法。
  7. 【請求項７】約420〜480msのインターバルごとにディス
    エーブルトーン信号で約155〜205度の位相反転が生じる
    ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の
    方法。
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