JP3608525B2 - ２チャンネルエコーキャンセル用フィルタのインパルス応答設定方法および２チャンネルエコーキャンセラ並びに双方向２チャンネル音声伝送装置 - Google Patents
２チャンネルエコーキャンセル用フィルタのインパルス応答設定方法および２チャンネルエコーキャンセラ並びに双方向２チャンネル音声伝送装置 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、２チャンネルエコーキャンセル用フィルタのインパルス応答設定方法および２チャンネルエコーキャンセラ並びに双方向２チャンネル音声伝送装置に関し、２チャンネルエコーキャンセル処理における係数不定性の問題を解決するものである。
【従来の技術】
テレビ会議システム等に用いられる双方向２チャンネル音声伝送においては、従来よりエコーキャンセラの係数不定性の問題が指摘されており、これを解決するための様々な方法が提案されている（電子情報通信学会誌 Ｖｏｌ．８１ Ｎｏ．３ Ｐ．２６６−２７４ １９９８年３月）。従来の解決方法として、チャンネル間相関を減少させる方法がある。これには、ランダム雑音の付加、フィルタによる相関除去、チャンネル間周波数シフト、インタリーブコムフィルタの使用、非線形処理（特開平１０−１９０８４８）等がある。また、他の方法として、実音場内における音源の空間的移動によってチャンネル間の相関関数が微妙に変動することを利用した方法（特開平１０−９３６８０）がある。
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、再生する２信号を直交化して無相関化し、該無相関化した信号と誤差信号とのクロススペクトルから音響系を推定する方法によって上記係数不定性の問題を解決した２チャンネルエコーキャンセル用フィルタのインパルス応答設定方法および２チャンネルエコーキャンセラ並びに双方向２チャンネル音声伝送装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
この発明の２チャンネルエコーキャンセル用フィルタのインパルス応答設定方法は、第１のスピーカに供給する音声信号を、第１，第２のマイクに対応して設けられた第１，第２のフィルタにそれぞれ畳み込み演算して、第１，第２のエコーキャンセル信号を生成し、第２のスピーカに供給する音声信号を、第１，第２のマイクに対応して設けられた第３，第４のフィルタにそれぞれ畳み込み演算して、第３，第４のエコーキャンセル信号を生成し、第１のマイクの収音信号から該第１，第３のエコーキャンセル信号を差し引いた信号を生成し、第２のマイクの収音信号から該第２，第４のエコーキャンセル信号を差し引いた信号を生成する場合に、前記各フィルタのインパルス応答を設定する方法であって、互いに相関を有する２信号について所定の期間ごとに主成分分析を行って、相互に直交した２信号に変換して、第１，第２のスピーカから再生し、第１のマイクの収音信号から該第１，第３のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第１のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、第１のフィルタのインパルス応答を、該インパルス応答推定誤差を打ち消す特性に更新し、第１のマイクの収音信号から該第１，第３のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第２のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、第３のフィルタのインパルス応答を、該インパルス応答推定誤差を打ち消す特性に更新し、第２のマイクの収音信号から該第２，第４のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第１のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、第２のフィルタのインパルス応答を、該インパルス応答推定誤差を打ち消す特性に更新し、第２のマイクの収音信号から該第２，第４のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第２のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、第４のフィルタのインパルス応答を、該インパルス応答推定誤差を打ち消す特性に更新するものである。これによれば、互いに相関を有する２信号について、主成分分析を行って相互に直交した２信号に変換することにより無相関な２信号が得られ、これら２信号をそれぞれスピーカから再生し、該再生された音声を各マイクで収音し、該各マイクで収音された音声からエコーキャンセル信号を差し引いた信号と各スピーカから再生する前の音声とのクロススペクトルをそれぞれ求め、所定期間でそれぞれ集合平均し、逆フーリエ変換することにより、各フィルタにおけるインパルス応答推定誤差が個々に求まり、各フィルタのインパルス応答をこれら求められたインパルス応答推定誤差を打ち消す特性に更新することにより、適正なエコーキャンセルを行うことができる。
この発明の２チャンネルエコーキャンセル用フィルタのインパルス応答設定方法は、２つの地点にそれぞれ２つのスピーカと２つのマイクを配置し、一方の地点の第１のマイクで収音され他方の地点の第１のスピーカに供給する音声信号を、他方の地点の第１，第２のマイクに対応して設けられた第１，第２のフィルタにそれぞれ畳み込み演算して、第１，第２のエコーキャンセル信号を生成し、一方の地点の第２のマイクで収音され他方の地点の第２のスピーカに供給する音声信号を、他方の地点の第１，第２のマイクに対応して設けられた第３，第４のフィルタにそれぞれ畳み込み演算して、第３，第４のエコーキャンセル信号を生成し、他方の地点の第１のマイクの収音信号から該第１，第３のエコーキャンセル信号を差し引いた信号を一方の地点の第１のスピーカに供給し、他方の地点の第２のマイクの収音信号から該第２，第４のエコーキャンセル信号を差し引いた信号を一方の地点の第２のスピーカに供給する信号系統を、２つの地点間で双方向に用意して双方向２チャンネル音声伝送を行う場合に、前記各フィルタのインパルス応答を設定する方法であって、各伝送方向について、互いに相関を有する２信号について所定の期間ごとに主成分分析を行って、相互に直交した２信号に変換して、第１，第２のスピーカから再生し、第１のマイクの収音信号から該第１，第３のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第１のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、第１のフィルタのインパルス応答を、該インパルス応答推定誤差を打ち消す特性に更新し、第１のマイクの収音信号から該第１，第３のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第２のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、第３のフィルタのインパルス応答を、該インパルス応答推定誤差を打ち消す特性に更新し、第２のマイクの収音信号から該第２，第４のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第１のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、第２のフィルタのインパルス応答を、該インパルス応答推定誤差を打ち消す特性に更新し、第２のマイクの収音信号から該第２，第４のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第２のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、第４のフィルタのインパルス応答を、該インパルス応答推定誤差を打ち消す特性に更新するものである。
なお、この発明の２チャンネルエコーキャンセル用フィルタのインパルス応答設定方法は、前記インパルス応答の更新を行った後に、前記第１，第２のスピーカで再生する信号を前記互いに相関を有する２信号に切り換え、該２信号の再生と並行してエコーキャンセル推定誤差の観測を行い、該エコーキャンセル推定誤差が所定値以上に達したことを検出して前記第１，第２のスピーカで再生する信号を前記相互に直交した２信号に再び切り換えて、前記フィルタに設定するインパルス応答の更新を実行するものとすることができる。
この発明の２チャンネルエコーキャンセラは、２つのスピーカと２つのマイクを同一空間に配置した音響系について、第１のスピーカに供給する音声信号を、第１，第２のマイクに対応して設けられた第１，第２の適応型フィルタにそれぞれ畳み込み演算して、第１，第２のエコーキャンセル信号を生成し、第２のスピーカに供給する音声信号を、第１，第２のマイクに対応して設けられた第３，第４の適応型フィルタにそれぞれ畳み込み演算して、第３，第４のエコーキャンセル信号を生成し、第１のマイクの収音信号から該第１，第３のエコーキャンセル信号を第１の引算手段で差し引いてエコーキャンセルを行い、第２のマイクの収音信号から該第２，第４のエコーキャンセル信号を第２の引算手段で差し引いてエコーキャンセルを行う２チャンネルエコーキャンセラにおいて、互いに相関を有する２信号について所定の期間ごとに主成分分析を行って、相互に直交した２信号に変換して、第１，第２のスピーカに供給する直交化手段を具備し、前記第１の適応型フィルタが、第１のマイクの収音信号から該第１，第３のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第１のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、フィルタ特性を該インパルス応答推定誤差を打ち消すインパルス応答に更新し、前記第３の適応型フィルタが、第１のマイクの収音信号から該第１，第３のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第２のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、フィルタ特性を該インパルス応答推定誤差を打ち消すインパルス応答に更新し、前記第２の適応型フィルタが、第２のマイクの収音信号から該第２，第４のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第１のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、フィルタ特性を該インパルス応答推定誤差を打ち消すインパルス応答に更新し、前記第４の適応型フィルタが、第２のマイクの収音信号から該第２，第４のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第２のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、フィルタ特性を該インパルス応答推定誤差を打ち消すインパルス応答に更新するものである。
この発明の双方向２チャンネル音声伝送装置は、２つの地点にそれぞれ２つのスピーカと２つのマイクを配置し、一方の地点の第１のマイクで収音され他方の地点の第１のスピーカに供給する音声信号を、他方の地点の第１，第２のマイクに対応して設けられた第１，第２の適応型フィルタにそれぞれ畳み込み演算して、第１，第２のエコーキャンセル信号を生成し、一方の地点の第２のマイクで収音され他方の地点の第２のスピーカに供給する音声信号を、他方の地点の第１，第２のマイクに対応して設けられた第３，第４の適応型フィルタにそれぞれ畳み込み演算して、第３，第４のエコーキャンセル信号を生成し、他方の地点の第１のマイクの収音信号から該第１，第３のエコーキャンセル信号を第１の引算手段で差し引いて一方の地点の第１のスピーカに供給し、他方の地点の第２のマイクの収音信号から該第２，第４のエコーキャンセル信号を第２の引算手段で差し引いて一方の地点の第２のスピーカに供給する信号系統を、２つの地点間で双方向に用意して双方向２チャンネル音声伝送を行う装置において、互いに相関を有する２信号について所定の期間ごとに主成分分析を行って、相互に直交した２信号に変換して、第１，第２のスピーカに供給する直交化手段を具備し、前記第１の適応型フィルタが、第１のマイクの収音信号から該第１，第３のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第１のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、フィルタ特性を該インパルス応答推定誤差を打ち消すインパルス応答に更新し、前記第３の適応型フィルタが、第１のマイクの収音信号から該第１，第３のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第２のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、フィルタ特性を該インパルス応答推定誤差を打ち消すインパルス応答に更新し、前記第２の適応型フィルタが、第２のマイクの収音信号から該第２，第４のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第１のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、フィルタ特性を該インパルス応答推定誤差を打ち消すインパルス応答に更新し、前記第４の適応型フィルタが、第２のマイクの収音信号から該第２，第４のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第２のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、フィルタ特性を該インパルス応答推定誤差を打ち消すインパルス応答に更新するものである。
なお、この発明の双方向２チャンネル音声伝送装置において、前記直交化手段、前記第１〜第４の適応型フィルタおよび前記第１，第２の引算手段は、例えば、ともに前記互いに相関を有する２信号の受信側の地点に配置することができる。あるいは、該前記直交化手段を前記互いに相関を有する２信号の送信側の地点に配置し、前記第１〜第４の適応型フィルタおよび第１，第２の引算手段を該互いに相関を有する２信号の受信側の地点に配置することもできる。また、前記直交化手段は、例えば、前記互いに相関を有する２信号を変数として、所定期間ごとに、該期間に含まれる該２変数の組合せからなるサンプル群について第１主成分、第２主成分の固有ベクトルを求め、該２変数の組合せからなる各サンプルを該求められた第１主成分、第２主成分の固有ベクトルにそれぞれ射影して、前記相互に直交した２信号に変換する演算を行うものとすることができる。
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を以下説明する。図２はこの発明による双方向ステレオ音声伝送装置の全体構成を示す。これは、地点Ａと地点Ｂとの間で双方向ステレオ伝送を行うもので、例えばテレビ会議システムに適用することができる。地点Ａには、同一空間内に２つのスピーカＳＰ−Ａ（Ｌ），ＳＰ−Ａ（Ｒ）と２つのマイクＭＣ−Ａ（Ｌ），ＭＣ−Ａ（Ｒ）が配置されている。マイクＭＣ−Ａ（Ｌ），ＭＣ−Ａ（Ｒ）の各収音信号は、Ａ／Ｄ変換器１２，１４でディジタル信号にそれぞれ変換され、ステレオエコーキャンセラ１６でエコーキャンセル処理を施された後、ＣＯＤＥＣ（ＣＯＤＥＲおよびＤＥＣＯＲＤＥＲ）１８で変調されて、有線または無線の伝送路２０を介して地点Ｂに伝送される。地点Ｂには、同一空間内に２つのスピーカＳＰ−Ｂ（Ｌ），ＳＰ−Ｂ（Ｒ）と２つのマイクＭＣ−Ｂ（Ｌ），ＭＣ−Ｂ（Ｒ）が配置されている。地点Ａから伝送された信号はＣＯＤＥＣ２２に入力されてマイクＭＣ−Ａ（Ｌ），ＭＣ−Ａ（Ｒ）の収音信号が復調される。これら復調されたマイクＭＣ−Ａ（Ｌ），ＭＣ−Ａ（Ｒ）の収音信号は、ステレオエコーキャンセラ２４を介してＤ／Ａ変換器２６，２８でアナログ信号にそれぞれ変換され、スピーカＳＰ−Ｂ（Ｌ），ＳＰ−Ｂ（Ｒ）でそれぞれ再生される。地点ＢのマイクＭＣ−Ｂ（Ｌ），ＭＣ−Ｂ（Ｒ）の各収音信号は、Ａ／Ｄ変換器３０，３２でディジタル信号にそれぞれ変換され、ステレオエコーキャンセラ２４でエコーキャンセル処理を施された後、ＣＯＤＥＣ２２で変調されて、伝送路２０を介して地点Ａに伝送される。地点Ａに伝送された信号はＣＯＤＥＣ１８に入力されてマイクＭＣ−Ｂ（Ｌ），ＭＣ−Ｂ（Ｒ）の収音信号が復調される。これら復調されたマイクＭＣ−Ｂ（Ｌ），ＭＣ−Ｂ（Ｒ）の収音信号は、ステレオエコーキャンセラ１６を介してＤ／Ａ変換器３４，３６でアナログ信号にそれぞれ変換され、スピーカＳＰ−Ａ（Ｌ），ＳＰ−Ａ（Ｒ）でそれぞれ再生される。
ステレオエコーキャンセラ１６，２４内の構成を図１に示す。直交化フィルタ３８は、相手側の地点から伝送路２０およびＣＯＤＥＣ１８（２２）を介して回線入力端ＬＩ（Ｌ），ＬＩ（Ｒ）に入力される左右２チャンネルステレオ信号について、所定の期間ごとに主成分分析を行って、相互に直交した２信号に変換し、該２信号を音響出力端ＳＯ（Ｌ），ＳＯ（Ｒ）から出力する。これら２信号はスピーカＳＰ（Ｌ）｛ＳＰ−Ａ（Ｌ）またはＳＰ−Ｂ（Ｌ）をいう。｝，ＳＰ（Ｒ）｛ＳＰ−Ａ（Ｒ）またはＳＰ−Ｂ（Ｒ）をいう。｝でそれぞれ再生される。適応型フィルタ４０−１は、スピーカＳＰ（Ｌ）とマイクＭＣ（Ｌ）｛ＭＣ−Ａ（Ｌ）またはＭＣ−Ｂ（Ｌ）をいう。｝間の伝達関数に相当するインパルス応答が設定され、音響出力端ＳＯ（Ｌ）から出力する信号に該インパルス応答を畳み込み演算することにより、音響出力端ＳＯ（Ｌ）から出力された信号が、スピーカＳＰ（Ｌ）で再生され、マイクＭＣ（Ｌ）で収音され、音響入力端ＳＩ（Ｌ）に入力される信号に相当するエコーキャンセル信号ＥＣ１を生成する。適応型フィルタ４０−２は、スピーカＳＰ（Ｌ）とマイクＭＣ（Ｒ）｛ＭＣ−Ａ（Ｒ）またはＭＣ−Ｂ（Ｒ）をいう。｝間の伝達関数に相当するインパルス応答が設定され、音響出力端ＳＯ（Ｌ）から出力する信号に該インパルス応答を畳み込み演算することにより、音響出力端ＳＯ（Ｌ）から出力された信号が、スピーカＳＰ（Ｌ）で再生され、マイクＭＣ（Ｒ）で収音され、音響入力端ＳＩ（Ｒ）に入力される信号に相当するエコーキャンセル信号ＥＣ２を生成する。適応型フィルタ４０−３は、スピーカＳＰ（Ｒ）とマイクＭＣ（Ｌ）間の伝達関数に相当するインパルス応答が設定され、音響出力端ＳＯ（Ｒ）から出力する信号に該インパルス応答を畳み込み演算することにより、音響出力端ＳＯ（Ｒ）から出力された信号が、スピーカＳＰ（Ｒ）で再生され、マイクＭＣ（Ｌ）で収音され、音響入力端ＳＩ（Ｌ）に入力される信号に相当するエコーキャンセル信号ＥＣ３を生成する。適応型フィルタ４０−４は、スピーカＳＰ（Ｒ）とマイクＭＣ（Ｒ）間の伝達関数に相当するインパルス応答が設定され、音響出力端ＳＯ（Ｒ）から出力する信号に該インパルス応答を畳み込み演算することにより、音響出力端ＳＯ（Ｒ）から出力された信号が、スピーカＳＰ（Ｒ）で再生され、マイクＭＣ（Ｒ）で収音され、音響入力端ＳＩ（Ｒ）に入力される信号に相当するエコーキャンセル信号ＥＣ４を生成する。
引算器４２−１は、音響入力端ＳＩ（Ｌ）から入力されるマイクＭＣ（Ｌ）の収音信号から、エコーキャンセル信号ＥＣ１およびＥＣ３を引き算してエコーキャンセルを行う。引算器４２−２は、音響入力端ＳＩ（Ｒ）から入力されるマイクＭＣ（Ｒ）の収音信号から、エコーキャンセル信号ＥＣ２およびＥＣ４を引き算してエコーキャンセルを行う。これらエコーキャンセルされた左右各チャンネルの信号は、回線出力端ＬＯ（Ｌ），ＬＯ（Ｒ）からそれぞれ出力され、ＣＯＤＥＣ１８（２２）および伝送路２０を介して相手側の地点に伝送される。
制御装置４４は、直交化フィルタ３８の機能のオン／オフ切換および適応型フィルタ４０−１乃至４０−４の適応型動作のオン／オフ切換を行うもので、引算器４２−１，４２−２から出力される信号に含まれる誤差成分（エコーキャンセル推定誤差）を検出して、該誤差成分が所定値以内の時は、直交化フィルタ３８の機能をオフして、回線入力端ＬＩ（Ｌ），ＬＩ（Ｒ）から入力されるステレオ信号を、そのまま直交化フィルタ３８を通過させて音響出力端ＳＯ（Ｌ），ＳＯ（Ｒ）から出力して、ステレオ再生を実現する。また、このとき、適応型フィルタ４０−１乃至４０−４の適応型動作をオフ（各インパルス応答を、その直前の適応型動作で設定された値に固定）する。また、誤差成分が所定値以上に達した時は、直交化フィルタ３８の機能をオンし、適応型フィルタ４０−１乃至４０−４の適応型動作をオンして、適応型フィルタ４０−１乃至４０−４に設定するインパルス応答の更新を行う。インパルス応答の更新が完了すると、誤差成分が再び所定値以上に達するまで、直交化フィルタ３８の機能をオフし、適応型フィルタ４０−１乃至４０−４の適応型動作をオフする。
直交化フィルタ３８の直交化処理について説明する。直交化処理は、入力ステレオ信号の所定の期間ごとに行われる。ここでは、直交化処理を、図３に示すように１フレーム（例えば５１２サンプル）ごとに行うものとし、直交化フィルタ３８に入力される１フレームの左右各チャンネルの入力信号のサンプル群ｘ、ｙを、
ｘ＝ｘ１，ｘ２，ｘ３，…，ｘｎ
ｙ＝ｙ１，ｙ２，ｙ３，…，ｙｎ
（ｎは例えば５１２）
とする。サンプル群ｘ、ｙはステレオ信号であるから、互いに相関を有する。直交化処理は、ｘ、ｙを２変数として、１フレームごとに、該２変数の組合せからなるサンプル群について、主成分分析をして、相互に直交する第１主成分、第２主成分の固有ベクトルを求め、該２変数の組合せからなる各サンプルを、該求められた第１主成分、第２主成分の固有ベクトルにそれぞれ射影することにより行われる。
直交化処理の演算の具体的内容を説明する。いま、観測行列Ｂを、
【数１】
とすると、Ｂの共分散行列Ｓは、
【数２】
となる。
固有値λは、
【数３】
から、
【数４】
を解いて、
【数５】
の２個の解が求まる。
２個の固有値のうち分散の大きい方（第１主成分の固有値）をλ１とすると、固有値λ１に対応する固有ベクトルＵｍａｘは、
【数６】
が成り立つ
【数７】
である。ａ１，ａ２を解くと、
【数８】
が求まる。ａ１，ａ２の解の符号が＋でも−でも第１主成分が表す軸は同じである。
一方、２個の固有値のうち分散の小さい方（第２主成分の固有値）をλ２とすると、固有値λ２に対応する固有ベクトルＵｍｉｎは、
【数９】
が成り立つ
【数１０】
である。ａ１’，ａ２’を解くと、
【数１１】
が求まる。ａ１’，ａ２’の解の符号が＋でも−でも第２主成分が表す軸は同じである。
以上のようにして求められた第１主成分、第２主成分の固有ベクトル
【数１２】
に、観測行列Ｂの列ベクトル
【数１３】
を射影する。観測行列Ｂを固有ベクトルＵｍａｘに射影した出力信号ｃの値は、
【数１４】
として求まる。また、観測行列Ｂを固有ベクトルＵｍｉｎに射影した出力信号ｃ’の値は、
【数１５】
として求まる。図４はこの射影を模式的に示したものである。固有ベクトルＵｍａｘ，Ｕｍｉｎは互いに直交しているから、射影した２つの出力信号ｃ，ｃ’は互いに直交したものとなる。このようにして、左右各チャンネルの入力信号のサンプル群ｘ，ｙが互いに直交した（すなわち無相関な）２信号ｃ，ｃ’に変換される。この処理は１フレームごとに繰り返し行われる。
次に、以上のようにして変換された２信号ｃ，ｃ’に基づいて行われる、適応型フィルタ４０−１乃至４０−４によるフィルタ特性（インパルス応答）の設定について説明する。ここでは、適応型フィルタ４０−１，４０−３のフィルタ特性の設定について説明する。主成分分析で作成された２信号ｃ，ｃ’を
ｃ＝ｃ１，ｃ２，ｃ，…，ｃｎ
ｃ’＝ｃ１’，ｃ２’，ｃ３’，…，ｃｎ’
とする。いま、図５に示すようにスピーカＳＰ（Ｌ）とマイクＭＣ（Ｌ）間の伝達関数をそれぞれＨ１，Ｈ３とし、これに対応するインパルス応答をそれぞれｈ１，ｈ３とし、適応型フィルタ４０−１，４０−３のインパルス応答をそれぞれ
【数１６】
とすると、引算器４２−１から出力される信号のエコーキャンセル推定誤差ｅは、
【数１７】
となる。ここで、
【数１８】
と置くと（動作開始当初はインパルス応答は未設定なので、Δｈ１＝ｈ１、Δｈ３＝ｈ３である。）、
【数１９】
となり、これを短時間フーリエ変換すると、エコーキャンセル推定誤差Ｅ（各変数を表す記号において、小文字は時間軸表現、大文字は周波数軸表現を意味する。）は、
【数２０】
となる。
この誤差成分Ｅと、入力Ｃとのクロススペクトルをそれぞれとり（すなわち、両辺に入力Ｃの複素共役Ｃ＊を掛け）、所定期間（例えば図３に示すように４０フレーム）で集合平均をとると、
【数２１】
が得られ、これからΔＨ１を求めると、
【数２２】
が得られる。このΔＨ１を逆フーリエ変換した値Δｈ１がインパルス応答推定誤差であるから、適応型フィルタ４０−１のインパルス応答を
【数２３】
に更新する。
同様に、誤差成分Ｅと、入力Ｃ’とのクロススペクトルをそれぞれとり（すなわち、両辺に入力Ｃ’の複素共役Ｃ’＊を掛け）、所定期間（入力Ｃの場合と同様で例えば４０フレーム）で集合平均をとると、
【数２４】
が得られ、これからΔＨ３を求めると、
【数２５】
が得られる。このΔＨ３を逆フーリエ変換した値Δｈ３がインパルス応答推定誤差であるから、適応型フィルタ４０−３のインパルス応答を
【数２６】
に更新する。なお、以上は適応型フィルタ４０−１，４０−３のフィルタ特性の設定について説明したが、適応型フィルタ４０−２，４０−４のフィルタ特性の設定についても同様に行うことができる。
制御装置４４による直交化フィルタ３８の機能のオン／オフ切換制御および適応型フィルタ４０−１乃至４０−４の適応型動作のオン／オフ切換制御について図６を参照して説明する。双方向ステレオ音声伝送装置を起動すると、直交化フィルタ３８の動作および適応型フィルタ４０−１乃至４０−４の適応型動作が開始される（Ｓ１１）。これにより、直交化フィルタ３８は入力ステレオ信号（ｘ，ｙ）を直交化する処理を行う。直交化された２信号（ｃ，ｃ’）は、スピーカＳＰ（Ｌ），ＳＰ（Ｒ）から再生される。適応型フィルタ４０−１乃至４０−４は、引算器４２−１，４２−２から出力される信号に含まれる誤差成分（エコーキャンセル推定誤差）に基づき、所定期間（例えば前述のように４０フレーム）ごとにインパルス応答推定誤差Δｈ１乃至Δｈ４の演算を行い、フィルタ特性（インパルス応答）を該インパルス応答推定誤差を打ち消す値に更新する。図７はこのときの１つの適応型フィルタの動作を示すもので、動作開始（このとき適応型フィルタのインパルス応答は未設定である。）から４０フレームごとのフィルタ特性の更新により、エコーキャンセル推定誤差が徐々に低下している。
エコーキャンセル推定誤差が所定値以下になると（Ｓ１２）、制御装置４４は直交化フィルタ３８の動作および適応型フィルタ４０−１乃至４０−４の適応型動作が停止される（Ｓ１３）。すなわち、直交化フィルタ３８は入力ステレオ信号（ｘ，ｙ）をそのまま出力して、スピーカＳＰ（Ｌ），ＳＰ（Ｒ）から再生する。また、適応型フィルタ４０−１乃至４０−４を停止し、その直前のフィルタ特性を保持する。制御装置４４は直交化フィルタ３８の動作および適応型フィルタ４０−１乃至４０−４の適応型動作が停止している間も推定誤差パワーを観測し、該推定誤差パワーが所定値以上に達すると、直交化フィルタ３８の動作および適応型フィルタ４０−１乃至４０−４の適応型動作を再開し（Ｓ１４）、以後以上の動作を繰り返す。これにより、適正なエコーキャンセル状態を維持することができる。
なお、前記実施例ではマイク収音信号の直交化処理を行う直交化フィルタ３８を該マイク収音信号の受信側に配置したが、図８に示す直交化フィルタ３８’のように、送信側に配置することもできる。また、この発明は、互いに相関を有する各種２チャンネル信号のエコーキャンセル処理に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図２のステレオエコーキャンセラ１６，２４内の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の双方向ステレオ音声伝送装置の実施の形態を示すを示すブロック図である。
【図３】図１のステレオエコーキャンセラにおいて、直交化処理およびインパルス応答推定誤差を求める単位期間の例を示すタイムチャートである。
【図４】図１の直交化フィルタにおける射影の説明図である。
【図５】図１のステレオエコーキャンセラにおいて、適応型エコーキャンセラに設定するフィルタ特性を説明するための図である。
【図６】図１の制御装置４４による直交化フィルタ３８の機能のオン／オフ切換制御および適応型フィルタ４０−１乃至４０−４の適応型動作のオン／オフ切換制御を示す図である。
【図７】図１の適応型フィルタの動作が開始されてからのエコーキャンセル推定誤差の変化を示す線図である。
【図８】直交化フィルタの他の配置例を示すロック図である。
【符号の説明】
１６，２４…ステレオエコーキャンセラ、３８，３８’…直交化フィルタ、４０−１乃至４０−４…適応型フィルタ、４２−１，４２−２…引算器、ＭＣ−Ａ（Ｌ），ＭＣ−Ａ（Ｒ），ＭＣ−Ｂ（Ｌ），ＭＣ−Ｂ（Ｒ）…マイク、ＳＰ−Ａ（Ｌ），ＳＰ−Ａ（Ｒ），ＳＰ−Ｂ（Ｌ），ＳＰ−Ｂ（Ｒ）…スピーカ
この発明は、２チャンネルエコーキャンセル用フィルタのインパルス応答設定方法および２チャンネルエコーキャンセラ並びに双方向２チャンネル音声伝送装置に関し、２チャンネルエコーキャンセル処理における係数不定性の問題を解決するものである。
【従来の技術】
テレビ会議システム等に用いられる双方向２チャンネル音声伝送においては、従来よりエコーキャンセラの係数不定性の問題が指摘されており、これを解決するための様々な方法が提案されている（電子情報通信学会誌 Ｖｏｌ．８１ Ｎｏ．３ Ｐ．２６６−２７４ １９９８年３月）。従来の解決方法として、チャンネル間相関を減少させる方法がある。これには、ランダム雑音の付加、フィルタによる相関除去、チャンネル間周波数シフト、インタリーブコムフィルタの使用、非線形処理（特開平１０−１９０８４８）等がある。また、他の方法として、実音場内における音源の空間的移動によってチャンネル間の相関関数が微妙に変動することを利用した方法（特開平１０−９３６８０）がある。
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、再生する２信号を直交化して無相関化し、該無相関化した信号と誤差信号とのクロススペクトルから音響系を推定する方法によって上記係数不定性の問題を解決した２チャンネルエコーキャンセル用フィルタのインパルス応答設定方法および２チャンネルエコーキャンセラ並びに双方向２チャンネル音声伝送装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
この発明の２チャンネルエコーキャンセル用フィルタのインパルス応答設定方法は、第１のスピーカに供給する音声信号を、第１，第２のマイクに対応して設けられた第１，第２のフィルタにそれぞれ畳み込み演算して、第１，第２のエコーキャンセル信号を生成し、第２のスピーカに供給する音声信号を、第１，第２のマイクに対応して設けられた第３，第４のフィルタにそれぞれ畳み込み演算して、第３，第４のエコーキャンセル信号を生成し、第１のマイクの収音信号から該第１，第３のエコーキャンセル信号を差し引いた信号を生成し、第２のマイクの収音信号から該第２，第４のエコーキャンセル信号を差し引いた信号を生成する場合に、前記各フィルタのインパルス応答を設定する方法であって、互いに相関を有する２信号について所定の期間ごとに主成分分析を行って、相互に直交した２信号に変換して、第１，第２のスピーカから再生し、第１のマイクの収音信号から該第１，第３のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第１のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、第１のフィルタのインパルス応答を、該インパルス応答推定誤差を打ち消す特性に更新し、第１のマイクの収音信号から該第１，第３のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第２のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、第３のフィルタのインパルス応答を、該インパルス応答推定誤差を打ち消す特性に更新し、第２のマイクの収音信号から該第２，第４のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第１のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、第２のフィルタのインパルス応答を、該インパルス応答推定誤差を打ち消す特性に更新し、第２のマイクの収音信号から該第２，第４のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第２のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、第４のフィルタのインパルス応答を、該インパルス応答推定誤差を打ち消す特性に更新するものである。これによれば、互いに相関を有する２信号について、主成分分析を行って相互に直交した２信号に変換することにより無相関な２信号が得られ、これら２信号をそれぞれスピーカから再生し、該再生された音声を各マイクで収音し、該各マイクで収音された音声からエコーキャンセル信号を差し引いた信号と各スピーカから再生する前の音声とのクロススペクトルをそれぞれ求め、所定期間でそれぞれ集合平均し、逆フーリエ変換することにより、各フィルタにおけるインパルス応答推定誤差が個々に求まり、各フィルタのインパルス応答をこれら求められたインパルス応答推定誤差を打ち消す特性に更新することにより、適正なエコーキャンセルを行うことができる。
この発明の２チャンネルエコーキャンセル用フィルタのインパルス応答設定方法は、２つの地点にそれぞれ２つのスピーカと２つのマイクを配置し、一方の地点の第１のマイクで収音され他方の地点の第１のスピーカに供給する音声信号を、他方の地点の第１，第２のマイクに対応して設けられた第１，第２のフィルタにそれぞれ畳み込み演算して、第１，第２のエコーキャンセル信号を生成し、一方の地点の第２のマイクで収音され他方の地点の第２のスピーカに供給する音声信号を、他方の地点の第１，第２のマイクに対応して設けられた第３，第４のフィルタにそれぞれ畳み込み演算して、第３，第４のエコーキャンセル信号を生成し、他方の地点の第１のマイクの収音信号から該第１，第３のエコーキャンセル信号を差し引いた信号を一方の地点の第１のスピーカに供給し、他方の地点の第２のマイクの収音信号から該第２，第４のエコーキャンセル信号を差し引いた信号を一方の地点の第２のスピーカに供給する信号系統を、２つの地点間で双方向に用意して双方向２チャンネル音声伝送を行う場合に、前記各フィルタのインパルス応答を設定する方法であって、各伝送方向について、互いに相関を有する２信号について所定の期間ごとに主成分分析を行って、相互に直交した２信号に変換して、第１，第２のスピーカから再生し、第１のマイクの収音信号から該第１，第３のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第１のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、第１のフィルタのインパルス応答を、該インパルス応答推定誤差を打ち消す特性に更新し、第１のマイクの収音信号から該第１，第３のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第２のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、第３のフィルタのインパルス応答を、該インパルス応答推定誤差を打ち消す特性に更新し、第２のマイクの収音信号から該第２，第４のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第１のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、第２のフィルタのインパルス応答を、該インパルス応答推定誤差を打ち消す特性に更新し、第２のマイクの収音信号から該第２，第４のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第２のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、第４のフィルタのインパルス応答を、該インパルス応答推定誤差を打ち消す特性に更新するものである。
なお、この発明の２チャンネルエコーキャンセル用フィルタのインパルス応答設定方法は、前記インパルス応答の更新を行った後に、前記第１，第２のスピーカで再生する信号を前記互いに相関を有する２信号に切り換え、該２信号の再生と並行してエコーキャンセル推定誤差の観測を行い、該エコーキャンセル推定誤差が所定値以上に達したことを検出して前記第１，第２のスピーカで再生する信号を前記相互に直交した２信号に再び切り換えて、前記フィルタに設定するインパルス応答の更新を実行するものとすることができる。
この発明の２チャンネルエコーキャンセラは、２つのスピーカと２つのマイクを同一空間に配置した音響系について、第１のスピーカに供給する音声信号を、第１，第２のマイクに対応して設けられた第１，第２の適応型フィルタにそれぞれ畳み込み演算して、第１，第２のエコーキャンセル信号を生成し、第２のスピーカに供給する音声信号を、第１，第２のマイクに対応して設けられた第３，第４の適応型フィルタにそれぞれ畳み込み演算して、第３，第４のエコーキャンセル信号を生成し、第１のマイクの収音信号から該第１，第３のエコーキャンセル信号を第１の引算手段で差し引いてエコーキャンセルを行い、第２のマイクの収音信号から該第２，第４のエコーキャンセル信号を第２の引算手段で差し引いてエコーキャンセルを行う２チャンネルエコーキャンセラにおいて、互いに相関を有する２信号について所定の期間ごとに主成分分析を行って、相互に直交した２信号に変換して、第１，第２のスピーカに供給する直交化手段を具備し、前記第１の適応型フィルタが、第１のマイクの収音信号から該第１，第３のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第１のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、フィルタ特性を該インパルス応答推定誤差を打ち消すインパルス応答に更新し、前記第３の適応型フィルタが、第１のマイクの収音信号から該第１，第３のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第２のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、フィルタ特性を該インパルス応答推定誤差を打ち消すインパルス応答に更新し、前記第２の適応型フィルタが、第２のマイクの収音信号から該第２，第４のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第１のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、フィルタ特性を該インパルス応答推定誤差を打ち消すインパルス応答に更新し、前記第４の適応型フィルタが、第２のマイクの収音信号から該第２，第４のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第２のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、フィルタ特性を該インパルス応答推定誤差を打ち消すインパルス応答に更新するものである。
この発明の双方向２チャンネル音声伝送装置は、２つの地点にそれぞれ２つのスピーカと２つのマイクを配置し、一方の地点の第１のマイクで収音され他方の地点の第１のスピーカに供給する音声信号を、他方の地点の第１，第２のマイクに対応して設けられた第１，第２の適応型フィルタにそれぞれ畳み込み演算して、第１，第２のエコーキャンセル信号を生成し、一方の地点の第２のマイクで収音され他方の地点の第２のスピーカに供給する音声信号を、他方の地点の第１，第２のマイクに対応して設けられた第３，第４の適応型フィルタにそれぞれ畳み込み演算して、第３，第４のエコーキャンセル信号を生成し、他方の地点の第１のマイクの収音信号から該第１，第３のエコーキャンセル信号を第１の引算手段で差し引いて一方の地点の第１のスピーカに供給し、他方の地点の第２のマイクの収音信号から該第２，第４のエコーキャンセル信号を第２の引算手段で差し引いて一方の地点の第２のスピーカに供給する信号系統を、２つの地点間で双方向に用意して双方向２チャンネル音声伝送を行う装置において、互いに相関を有する２信号について所定の期間ごとに主成分分析を行って、相互に直交した２信号に変換して、第１，第２のスピーカに供給する直交化手段を具備し、前記第１の適応型フィルタが、第１のマイクの収音信号から該第１，第３のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第１のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、フィルタ特性を該インパルス応答推定誤差を打ち消すインパルス応答に更新し、前記第３の適応型フィルタが、第１のマイクの収音信号から該第１，第３のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第２のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、フィルタ特性を該インパルス応答推定誤差を打ち消すインパルス応答に更新し、前記第２の適応型フィルタが、第２のマイクの収音信号から該第２，第４のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第１のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、フィルタ特性を該インパルス応答推定誤差を打ち消すインパルス応答に更新し、前記第４の適応型フィルタが、第２のマイクの収音信号から該第２，第４のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第２のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、フィルタ特性を該インパルス応答推定誤差を打ち消すインパルス応答に更新するものである。
なお、この発明の双方向２チャンネル音声伝送装置において、前記直交化手段、前記第１〜第４の適応型フィルタおよび前記第１，第２の引算手段は、例えば、ともに前記互いに相関を有する２信号の受信側の地点に配置することができる。あるいは、該前記直交化手段を前記互いに相関を有する２信号の送信側の地点に配置し、前記第１〜第４の適応型フィルタおよび第１，第２の引算手段を該互いに相関を有する２信号の受信側の地点に配置することもできる。また、前記直交化手段は、例えば、前記互いに相関を有する２信号を変数として、所定期間ごとに、該期間に含まれる該２変数の組合せからなるサンプル群について第１主成分、第２主成分の固有ベクトルを求め、該２変数の組合せからなる各サンプルを該求められた第１主成分、第２主成分の固有ベクトルにそれぞれ射影して、前記相互に直交した２信号に変換する演算を行うものとすることができる。
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を以下説明する。図２はこの発明による双方向ステレオ音声伝送装置の全体構成を示す。これは、地点Ａと地点Ｂとの間で双方向ステレオ伝送を行うもので、例えばテレビ会議システムに適用することができる。地点Ａには、同一空間内に２つのスピーカＳＰ−Ａ（Ｌ），ＳＰ−Ａ（Ｒ）と２つのマイクＭＣ−Ａ（Ｌ），ＭＣ−Ａ（Ｒ）が配置されている。マイクＭＣ−Ａ（Ｌ），ＭＣ−Ａ（Ｒ）の各収音信号は、Ａ／Ｄ変換器１２，１４でディジタル信号にそれぞれ変換され、ステレオエコーキャンセラ１６でエコーキャンセル処理を施された後、ＣＯＤＥＣ（ＣＯＤＥＲおよびＤＥＣＯＲＤＥＲ）１８で変調されて、有線または無線の伝送路２０を介して地点Ｂに伝送される。地点Ｂには、同一空間内に２つのスピーカＳＰ−Ｂ（Ｌ），ＳＰ−Ｂ（Ｒ）と２つのマイクＭＣ−Ｂ（Ｌ），ＭＣ−Ｂ（Ｒ）が配置されている。地点Ａから伝送された信号はＣＯＤＥＣ２２に入力されてマイクＭＣ−Ａ（Ｌ），ＭＣ−Ａ（Ｒ）の収音信号が復調される。これら復調されたマイクＭＣ−Ａ（Ｌ），ＭＣ−Ａ（Ｒ）の収音信号は、ステレオエコーキャンセラ２４を介してＤ／Ａ変換器２６，２８でアナログ信号にそれぞれ変換され、スピーカＳＰ−Ｂ（Ｌ），ＳＰ−Ｂ（Ｒ）でそれぞれ再生される。地点ＢのマイクＭＣ−Ｂ（Ｌ），ＭＣ−Ｂ（Ｒ）の各収音信号は、Ａ／Ｄ変換器３０，３２でディジタル信号にそれぞれ変換され、ステレオエコーキャンセラ２４でエコーキャンセル処理を施された後、ＣＯＤＥＣ２２で変調されて、伝送路２０を介して地点Ａに伝送される。地点Ａに伝送された信号はＣＯＤＥＣ１８に入力されてマイクＭＣ−Ｂ（Ｌ），ＭＣ−Ｂ（Ｒ）の収音信号が復調される。これら復調されたマイクＭＣ−Ｂ（Ｌ），ＭＣ−Ｂ（Ｒ）の収音信号は、ステレオエコーキャンセラ１６を介してＤ／Ａ変換器３４，３６でアナログ信号にそれぞれ変換され、スピーカＳＰ−Ａ（Ｌ），ＳＰ−Ａ（Ｒ）でそれぞれ再生される。
ステレオエコーキャンセラ１６，２４内の構成を図１に示す。直交化フィルタ３８は、相手側の地点から伝送路２０およびＣＯＤＥＣ１８（２２）を介して回線入力端ＬＩ（Ｌ），ＬＩ（Ｒ）に入力される左右２チャンネルステレオ信号について、所定の期間ごとに主成分分析を行って、相互に直交した２信号に変換し、該２信号を音響出力端ＳＯ（Ｌ），ＳＯ（Ｒ）から出力する。これら２信号はスピーカＳＰ（Ｌ）｛ＳＰ−Ａ（Ｌ）またはＳＰ−Ｂ（Ｌ）をいう。｝，ＳＰ（Ｒ）｛ＳＰ−Ａ（Ｒ）またはＳＰ−Ｂ（Ｒ）をいう。｝でそれぞれ再生される。適応型フィルタ４０−１は、スピーカＳＰ（Ｌ）とマイクＭＣ（Ｌ）｛ＭＣ−Ａ（Ｌ）またはＭＣ−Ｂ（Ｌ）をいう。｝間の伝達関数に相当するインパルス応答が設定され、音響出力端ＳＯ（Ｌ）から出力する信号に該インパルス応答を畳み込み演算することにより、音響出力端ＳＯ（Ｌ）から出力された信号が、スピーカＳＰ（Ｌ）で再生され、マイクＭＣ（Ｌ）で収音され、音響入力端ＳＩ（Ｌ）に入力される信号に相当するエコーキャンセル信号ＥＣ１を生成する。適応型フィルタ４０−２は、スピーカＳＰ（Ｌ）とマイクＭＣ（Ｒ）｛ＭＣ−Ａ（Ｒ）またはＭＣ−Ｂ（Ｒ）をいう。｝間の伝達関数に相当するインパルス応答が設定され、音響出力端ＳＯ（Ｌ）から出力する信号に該インパルス応答を畳み込み演算することにより、音響出力端ＳＯ（Ｌ）から出力された信号が、スピーカＳＰ（Ｌ）で再生され、マイクＭＣ（Ｒ）で収音され、音響入力端ＳＩ（Ｒ）に入力される信号に相当するエコーキャンセル信号ＥＣ２を生成する。適応型フィルタ４０−３は、スピーカＳＰ（Ｒ）とマイクＭＣ（Ｌ）間の伝達関数に相当するインパルス応答が設定され、音響出力端ＳＯ（Ｒ）から出力する信号に該インパルス応答を畳み込み演算することにより、音響出力端ＳＯ（Ｒ）から出力された信号が、スピーカＳＰ（Ｒ）で再生され、マイクＭＣ（Ｌ）で収音され、音響入力端ＳＩ（Ｌ）に入力される信号に相当するエコーキャンセル信号ＥＣ３を生成する。適応型フィルタ４０−４は、スピーカＳＰ（Ｒ）とマイクＭＣ（Ｒ）間の伝達関数に相当するインパルス応答が設定され、音響出力端ＳＯ（Ｒ）から出力する信号に該インパルス応答を畳み込み演算することにより、音響出力端ＳＯ（Ｒ）から出力された信号が、スピーカＳＰ（Ｒ）で再生され、マイクＭＣ（Ｒ）で収音され、音響入力端ＳＩ（Ｒ）に入力される信号に相当するエコーキャンセル信号ＥＣ４を生成する。
引算器４２−１は、音響入力端ＳＩ（Ｌ）から入力されるマイクＭＣ（Ｌ）の収音信号から、エコーキャンセル信号ＥＣ１およびＥＣ３を引き算してエコーキャンセルを行う。引算器４２−２は、音響入力端ＳＩ（Ｒ）から入力されるマイクＭＣ（Ｒ）の収音信号から、エコーキャンセル信号ＥＣ２およびＥＣ４を引き算してエコーキャンセルを行う。これらエコーキャンセルされた左右各チャンネルの信号は、回線出力端ＬＯ（Ｌ），ＬＯ（Ｒ）からそれぞれ出力され、ＣＯＤＥＣ１８（２２）および伝送路２０を介して相手側の地点に伝送される。
制御装置４４は、直交化フィルタ３８の機能のオン／オフ切換および適応型フィルタ４０−１乃至４０−４の適応型動作のオン／オフ切換を行うもので、引算器４２−１，４２−２から出力される信号に含まれる誤差成分（エコーキャンセル推定誤差）を検出して、該誤差成分が所定値以内の時は、直交化フィルタ３８の機能をオフして、回線入力端ＬＩ（Ｌ），ＬＩ（Ｒ）から入力されるステレオ信号を、そのまま直交化フィルタ３８を通過させて音響出力端ＳＯ（Ｌ），ＳＯ（Ｒ）から出力して、ステレオ再生を実現する。また、このとき、適応型フィルタ４０−１乃至４０−４の適応型動作をオフ（各インパルス応答を、その直前の適応型動作で設定された値に固定）する。また、誤差成分が所定値以上に達した時は、直交化フィルタ３８の機能をオンし、適応型フィルタ４０−１乃至４０−４の適応型動作をオンして、適応型フィルタ４０−１乃至４０−４に設定するインパルス応答の更新を行う。インパルス応答の更新が完了すると、誤差成分が再び所定値以上に達するまで、直交化フィルタ３８の機能をオフし、適応型フィルタ４０−１乃至４０−４の適応型動作をオフする。
直交化フィルタ３８の直交化処理について説明する。直交化処理は、入力ステレオ信号の所定の期間ごとに行われる。ここでは、直交化処理を、図３に示すように１フレーム（例えば５１２サンプル）ごとに行うものとし、直交化フィルタ３８に入力される１フレームの左右各チャンネルの入力信号のサンプル群ｘ、ｙを、
ｘ＝ｘ１，ｘ２，ｘ３，…，ｘｎ
ｙ＝ｙ１，ｙ２，ｙ３，…，ｙｎ
（ｎは例えば５１２）
とする。サンプル群ｘ、ｙはステレオ信号であるから、互いに相関を有する。直交化処理は、ｘ、ｙを２変数として、１フレームごとに、該２変数の組合せからなるサンプル群について、主成分分析をして、相互に直交する第１主成分、第２主成分の固有ベクトルを求め、該２変数の組合せからなる各サンプルを、該求められた第１主成分、第２主成分の固有ベクトルにそれぞれ射影することにより行われる。
直交化処理の演算の具体的内容を説明する。いま、観測行列Ｂを、
【数１】
【数２】
固有値λは、
【数３】
【数４】
【数５】
２個の固有値のうち分散の大きい方（第１主成分の固有値）をλ１とすると、固有値λ１に対応する固有ベクトルＵｍａｘは、
【数６】
【数７】
【数８】
一方、２個の固有値のうち分散の小さい方（第２主成分の固有値）をλ２とすると、固有値λ２に対応する固有ベクトルＵｍｉｎは、
【数９】
【数１０】
【数１１】
以上のようにして求められた第１主成分、第２主成分の固有ベクトル
【数１２】
【数１３】
【数１４】
【数１５】
次に、以上のようにして変換された２信号ｃ，ｃ’に基づいて行われる、適応型フィルタ４０−１乃至４０−４によるフィルタ特性（インパルス応答）の設定について説明する。ここでは、適応型フィルタ４０−１，４０−３のフィルタ特性の設定について説明する。主成分分析で作成された２信号ｃ，ｃ’を
ｃ＝ｃ１，ｃ２，ｃ，…，ｃｎ
ｃ’＝ｃ１’，ｃ２’，ｃ３’，…，ｃｎ’
とする。いま、図５に示すようにスピーカＳＰ（Ｌ）とマイクＭＣ（Ｌ）間の伝達関数をそれぞれＨ１，Ｈ３とし、これに対応するインパルス応答をそれぞれｈ１，ｈ３とし、適応型フィルタ４０−１，４０−３のインパルス応答をそれぞれ
【数１６】
【数１７】
【数１８】
【数１９】
【数２０】
この誤差成分Ｅと、入力Ｃとのクロススペクトルをそれぞれとり（すなわち、両辺に入力Ｃの複素共役Ｃ＊を掛け）、所定期間（例えば図３に示すように４０フレーム）で集合平均をとると、
【数２１】
【数２２】
【数２３】
同様に、誤差成分Ｅと、入力Ｃ’とのクロススペクトルをそれぞれとり（すなわち、両辺に入力Ｃ’の複素共役Ｃ’＊を掛け）、所定期間（入力Ｃの場合と同様で例えば４０フレーム）で集合平均をとると、
【数２４】
【数２５】
【数２６】
制御装置４４による直交化フィルタ３８の機能のオン／オフ切換制御および適応型フィルタ４０−１乃至４０−４の適応型動作のオン／オフ切換制御について図６を参照して説明する。双方向ステレオ音声伝送装置を起動すると、直交化フィルタ３８の動作および適応型フィルタ４０−１乃至４０−４の適応型動作が開始される（Ｓ１１）。これにより、直交化フィルタ３８は入力ステレオ信号（ｘ，ｙ）を直交化する処理を行う。直交化された２信号（ｃ，ｃ’）は、スピーカＳＰ（Ｌ），ＳＰ（Ｒ）から再生される。適応型フィルタ４０−１乃至４０−４は、引算器４２−１，４２−２から出力される信号に含まれる誤差成分（エコーキャンセル推定誤差）に基づき、所定期間（例えば前述のように４０フレーム）ごとにインパルス応答推定誤差Δｈ１乃至Δｈ４の演算を行い、フィルタ特性（インパルス応答）を該インパルス応答推定誤差を打ち消す値に更新する。図７はこのときの１つの適応型フィルタの動作を示すもので、動作開始（このとき適応型フィルタのインパルス応答は未設定である。）から４０フレームごとのフィルタ特性の更新により、エコーキャンセル推定誤差が徐々に低下している。
エコーキャンセル推定誤差が所定値以下になると（Ｓ１２）、制御装置４４は直交化フィルタ３８の動作および適応型フィルタ４０−１乃至４０−４の適応型動作が停止される（Ｓ１３）。すなわち、直交化フィルタ３８は入力ステレオ信号（ｘ，ｙ）をそのまま出力して、スピーカＳＰ（Ｌ），ＳＰ（Ｒ）から再生する。また、適応型フィルタ４０−１乃至４０−４を停止し、その直前のフィルタ特性を保持する。制御装置４４は直交化フィルタ３８の動作および適応型フィルタ４０−１乃至４０−４の適応型動作が停止している間も推定誤差パワーを観測し、該推定誤差パワーが所定値以上に達すると、直交化フィルタ３８の動作および適応型フィルタ４０−１乃至４０−４の適応型動作を再開し（Ｓ１４）、以後以上の動作を繰り返す。これにより、適正なエコーキャンセル状態を維持することができる。
なお、前記実施例ではマイク収音信号の直交化処理を行う直交化フィルタ３８を該マイク収音信号の受信側に配置したが、図８に示す直交化フィルタ３８’のように、送信側に配置することもできる。また、この発明は、互いに相関を有する各種２チャンネル信号のエコーキャンセル処理に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図２のステレオエコーキャンセラ１６，２４内の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の双方向ステレオ音声伝送装置の実施の形態を示すを示すブロック図である。
【図３】図１のステレオエコーキャンセラにおいて、直交化処理およびインパルス応答推定誤差を求める単位期間の例を示すタイムチャートである。
【図４】図１の直交化フィルタにおける射影の説明図である。
【図５】図１のステレオエコーキャンセラにおいて、適応型エコーキャンセラに設定するフィルタ特性を説明するための図である。
【図６】図１の制御装置４４による直交化フィルタ３８の機能のオン／オフ切換制御および適応型フィルタ４０−１乃至４０−４の適応型動作のオン／オフ切換制御を示す図である。
【図７】図１の適応型フィルタの動作が開始されてからのエコーキャンセル推定誤差の変化を示す線図である。
【図８】直交化フィルタの他の配置例を示すロック図である。
【符号の説明】
１６，２４…ステレオエコーキャンセラ、３８，３８’…直交化フィルタ、４０−１乃至４０−４…適応型フィルタ、４２−１，４２−２…引算器、ＭＣ−Ａ（Ｌ），ＭＣ−Ａ（Ｒ），ＭＣ−Ｂ（Ｌ），ＭＣ−Ｂ（Ｒ）…マイク、ＳＰ−Ａ（Ｌ），ＳＰ−Ａ（Ｒ），ＳＰ−Ｂ（Ｌ），ＳＰ−Ｂ（Ｒ）…スピーカ
Claims (8)
- 第１のスピーカに供給する音声信号を、第１，第２のマイクに対応して設けられた第１，第２のフィルタにそれぞれ畳み込み演算して、第１，第２のエコーキャンセル信号を生成し、
第２のスピーカに供給する音声信号を、第１，第２のマイクに対応して設けられた第３，第４のフィルタにそれぞれ畳み込み演算して、第３，第４のエコーキャンセル信号を生成し、
第１のマイクの収音信号から該第１，第３のエコーキャンセル信号を差し引いた信号を生成し、
第２のマイクの収音信号から該第２，第４のエコーキャンセル信号を差し引いた信号を生成する場合に、前記各フィルタのインパルス応答を設定する方法であって、
互いに相関を有する２信号について所定の期間ごとに主成分分析を行って、相互に直交した２信号に変換して、第１，第２のスピーカから再生し、
第１のマイクの収音信号から該第１，第３のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第１のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、第１のフィルタのインパルス応答を、該インパルス応答推定誤差を打ち消す特性に更新し、
第１のマイクの収音信号から該第１，第３のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第２のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、第３のフィルタのインパルス応答を、該インパルス応答推定誤差を打ち消す特性に更新し、
第２のマイクの収音信号から該第２，第４のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第１のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、第２のフィルタのインパルス応答を、該インパルス応答推定誤差を打ち消す特性に更新し、
第２のマイクの収音信号から該第２，第４のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第２のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、第４のフィルタのインパルス応答を、該インパルス応答推定誤差を打ち消す特性に更新する
２チャンネルエコーキャンセル用フィルタのインパルス応答設定方法。 - ２つの地点にそれぞれ２つのスピーカと２つのマイクを配置し、
一方の地点の第１のマイクで収音され他方の地点の第１のスピーカに供給する音声信号を、他方の地点の第１，第２のマイクに対応して設けられた第１，第２のフィルタにそれぞれ畳み込み演算して、第１，第２のエコーキャンセル信号を生成し、
一方の地点の第２のマイクで収音され他方の地点の第２のスピーカに供給する音声信号を、他方の地点の第１，第２のマイクに対応して設けられた第３，第４のフィルタにそれぞれ畳み込み演算して、第３，第４のエコーキャンセル信号を生成し、
他方の地点の第１のマイクの収音信号から該第１，第３のエコーキャンセル信号を差し引いた信号を一方の地点の第１のスピーカに供給し、
他方の地点の第２のマイクの収音信号から該第２，第４のエコーキャンセル信号を差し引いた信号を一方の地点の第２のスピーカに供給する信号系統を、２つの地点間で双方向に用意して双方向２チャンネル音声伝送を行う場合に、前記各フィルタのインパルス応答を設定する方法であって、
各伝送方向について、
互いに相関を有する２信号について所定の期間ごとに主成分分析を行って、相互に直交した２信号に変換して、第１，第２のスピーカから再生し、
第１のマイクの収音信号から該第１，第３のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第１のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、第１のフィルタのインパルス応答を、該インパルス応答推定誤差を打ち消す特性に更新し、
第１のマイクの収音信号から該第１，第３のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第２のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、第３のフィルタのインパルス応答を、該インパルス応答推定誤差を打ち消す特性に更新し、
第２のマイクの収音信号から該第２，第４のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第１のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、第２のフィルタのインパルス応答を、該インパルス応答推定誤差を打ち消す特性に更新し、
第２のマイクの収音信号から該第２，第４のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第２のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、第４のフィルタのインパルス応答を、該インパルス応答推定誤差を打ち消す特性に更新する
２チャンネルエコーキャンセル用フィルタのインパルス応答設定方法。 - 前記インパルス応答の更新を行った後に、前記第１，第２のスピーカで再生する信号を前記互いに相関を有する２信号に切り換え、該２信号の再生と並行してエコーキャンセル推定誤差の観測を行い、該エコーキャンセル推定誤差が所定値以上に達したことを検出して前記第１，第２のスピーカで再生する信号を前記相互に直交した２信号に再び切り換えて、前記フィルタに設定するインパルス応答の更新を実行する請求項１または２記載の２チャンネルエコーキャンセル用フィルタのインパルス応答設定方法。
- ２つのスピーカと２つのマイクを同一空間に配置した音響系について、
第１のスピーカに供給する音声信号を、第１，第２のマイクに対応して設けられた第１，第２の適応型フィルタにそれぞれ畳み込み演算して、第１，第２のエコーキャンセル信号を生成し、
第２のスピーカに供給する音声信号を、第１，第２のマイクに対応して設けられた第３，第４の適応型フィルタにそれぞれ畳み込み演算して、第３，第４のエコーキャンセル信号を生成し、
第１のマイクの収音信号から該第１，第３のエコーキャンセル信号を第１の引算手段で差し引いてエコーキャンセルを行い、
第２のマイクの収音信号から該第２，第４のエコーキャンセル信号を第２の引算手段で差し引いてエコーキャンセルを行う
２チャンネルエコーキャンセラにおいて、
互いに相関を有する２信号について所定の期間ごとに主成分分析を行って、相互に直交した２信号に変換して、第１，第２のスピーカに供給する直交化手段を具備し、
前記第１の適応型フィルタが、第１のマイクの収音信号から該第１，第３のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第１のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、フィルタ特性を該インパルス応答推定誤差を打ち消すインパルス応答に更新し、
前記第３の適応型フィルタが、第１のマイクの収音信号から該第１，第３のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第２のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、フィルタ特性を該インパルス応答推定誤差を打ち消すインパルス応答に更新し、
前記第２の適応型フィルタが、第２のマイクの収音信号から該第２，第４のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第１のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、フィルタ特性を該インパルス応答推定誤差を打ち消すインパルス応答に更新し、
前記第４の適応型フィルタが、第２のマイクの収音信号から該第２，第４のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第２のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、フィルタ特性を該インパルス応答推定誤差を打ち消すインパルス応答に更新する
２チャンネルエコーキャンセラ。 - ２つの地点にそれぞれ２つのスピーカと２つのマイクを配置し、
一方の地点の第１のマイクで収音され他方の地点の第１のスピーカに供給する音声信号を、他方の地点の第１，第２のマイクに対応して設けられた第１，第２の適応型フィルタにそれぞれ畳み込み演算して、第１，第２のエコーキャンセル信号を生成し、
一方の地点の第２のマイクで収音され他方の地点の第２のスピーカに供給する音声信号を、他方の地点の第１，第２のマイクに対応して設けられた第３，第４の適応型フィルタにそれぞれ畳み込み演算して、第３，第４のエコーキャンセル信号を生成し、
他方の地点の第１のマイクの収音信号から該第１，第３のエコーキャンセル信号を第１の引算手段で差し引いて一方の地点の第１のスピーカに供給し、
他方の地点の第２のマイクの収音信号から該第２，第４のエコーキャンセル信号を第２の引算手段で差し引いて一方の地点の第２のスピーカに供給する信号系統を、２つの地点間で双方向に用意して双方向２チャンネル音声伝送を行う装置において、
互いに相関を有する２信号について所定の期間ごとに主成分分析を行って、相互に直交した２信号に変換して、第１，第２のスピーカに供給する直交化手段を具備し、
前記第１の適応型フィルタが、第１のマイクの収音信号から該第１，第３のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第１のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、フィルタ特性を該インパルス応答推定誤差を打ち消すインパルス応答に更新し、
前記第３の適応型フィルタが、第１のマイクの収音信号から該第１，第３のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第２のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、フィルタ特性を該インパルス応答推定誤差を打ち消すインパルス応答に更新し、
前記第２の適応型フィルタが、第２のマイクの収音信号から該第２，第４のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第１のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、フィルタ特性を該インパルス応答推定誤差を打ち消すインパルス応答に更新し、
前記第４の適応型フィルタが、第２のマイクの収音信号から該第２，第４のエコーキャンセル信号を差し引いた信号と第２のスピーカから再生した信号とのクロススペクトルを求め、所定期間で集合平均し、逆フーリエ変換してインパルス応答推定誤差を求め、フィルタ特性を該インパルス応答推定誤差を打ち消すインパルス応答に更新する
双方向２チャンネル音声伝送装置。 - 前記直交化手段、前記第１〜第４の適応型フィルタおよび前記第１，第２の引算手段が、ともに前記互いに相関を有する２信号の受信側の地点に配置される請求項５記載の双方向２チャンネル音声伝送装置。
- 前記直交化手段が前記互いに相関を有する２信号の送信側の地点に配置され、前記第１〜第４の適応型フィルタおよび第１，第２の引算手段が該互いに相関を有する２信号の受信側の地点に配置される請求項５記載の双方向２チャンネル音声伝送装置。
- 前記直交化手段が、前記互いに相関を有する２信号を変数として、所定期間ごとに、該期間に含まれる該２変数の組合せからなるサンプル群について第１主成分、第２主成分の固有ベクトルを求め、該２変数の組合せからなる各サンプルを該求められた第１主成分、第２主成分の固有ベクトルにそれぞれ射影して、前記相互に直交した２信号に変換する演算を行う請求項５から７のいずれかに記載の双方向２チャンネル音声伝送装置。
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