JP3625325B2 - 拡声通話装置およびエコーキャンセラ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば多地点間通信会議システムなどに利用される２スピーカ、１マイク構成の拡声通話装置およびこの装置に用いられるエコーキャンセラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
遠隔地にいる人同士が、例えば映像、音声、文書などをネットワークを介して共有し、緊密な協調作業環境を構築するサービスとして、近年、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）やワークステーション（ＷＳ）などのマルチメディア端末を利用した多地点間通信会議システムが注目されている。
【０００３】
この多地点間通信会議システムでは、遠隔地にいる人同士があたかも向かい合って会議しているようにモニタの画面でお互いの顔を見ながら会話が行える。また一つのドキュメントやアプリケーションを各端末のディスプレイ上で共有して打ち合わせや協調作業などを行うことができる。
【０００４】
従来の多地点間通信会議システムの端末は、例えばＷＳなどにマイクとスピーカを追加装備した構成であり、この場合、各ＷＳのモニタ上に複数の話者の画像を表示させてその中の一人が話したときに、相手話者に話しかけた声をマイクで集音し、通信回線を経由して遠隔地の端末のスピーカから出力させてＴＶ会議を行う。
【０００５】
この際、各端末の会議参加者（聴人）は、モニタ上の話者の口の動きやスピーカから発生される音声などから、誰が話しているかを判断することになる。
【０００６】
この多地点間通信会議システムにおいて、発言者を音声から認識する上で、あるいは会議をスムーズに進行する上で、複数のスピーカを用いて発言者毎にことなる位置に音像を定位させることが有効である。
【０００７】
この場合、聴者側において、各スピーカから出力する音声のレベルや遅延時間を制御することにより、画面内の話者に対応する位置に音像を定位させることができる。
【０００８】
また現在、この通信会議システムの利便性からハンズフリーによる拡声通話の要求が強く、スピーカ出力音声がマイクに回り込んで発生するエコー感やハウリングなどを抑圧する、いわゆるエコーキャンセル技術（エコーキャンセラ）が考案されている。このエコーキャンセラと上記擬似ステレオ音声生成技術とを組み合わせたものに擬似ステレオ拡声通話装置がある。
【０００９】
この擬似ステレオ拡声通話装置は、図６に示すように、入力されたモノラル音声信号を音像定位処理部１１１、１１２がそれぞれの伝達関数（以下音像定位関数とよぶ）ＧＲｉ（ｚ） 、ＧＬｉ（ｚ） で演算処理してそれぞれに接続されたスピーカ１１３、１１４から出力する。このときに音像定位処理部１１１、１１２の前段、あるいは後段からエコーキャンセラ１１５が得た音声信号と、スピーカ１１３、１１４から発生しマイク１１６で集音した音声信号とを減算器１１７で差し引くことによりエコーを打ち消すものである。
【００１０】
この場合、複数のスピーカ１１３、１１４から音声が出力されると、各音声は聴者に聴きとられると共にマイク１１６にも集音される。このマイク１１６には、各音声が異なる方向から入力されるためエコーパスが複数となり、これら複数のエコーを抑圧するためにエコーキャンセラ１１５の処理量が増大したり、話者交代時に残留エコーが増大するなどの問題が生じる。
【００１１】
従来の擬似ステレオ拡声通話装置は、図７に示すように、音像定位処理部１１１、１１２の前段のモノラル音声信号と減算器１１７で差し引かれた信号とで学習する適応フィルタ（ＡＤＦ）１２１を有しており、この適応フィルタ（ＡＤＦ）１２１がエコーパスの音響特性を学習するので、各スピーカ１１３、１１４から出力された音声がマイク１１６へ回り込んだときのエコーは消去される。この場合、適応フィルタ（ＡＤＦ）１２１は、１つで済み処理量およびメモリ容量などもモノラル時とほぼ同等である。
【００１２】
このとき、エコーキャンセラから見た総合的なエコーパスの音響特性をＨｉ （ｚ） とすると、音響特性Ｈｉ （ｚ） は、次の式（１０）で表すことができる。
【００１３】
Ｈｉ （ｚ） ＝ＧＲｉ（ｚ） ＨＲ （ｚ） ＋ＧＬｉ（ｚ） ＨＬ （ｚ） ……式（１０）
この式（１０）から、音像定位関数ＧＲｉ（ｚ） 、ＧＬｉ（ｚ） などがエコーパスの音響特性Ｈｉ （ｚ） に含まれることが解る。
【００１４】
左右の各スピーカ・マイク間の伝達関数ＨＲ （ｚ） 、ＨＬ （ｚ） は、音響特性が定常な限り一定ではあるが、音像定位関数ＧＲｉ（ｚ） 、ＧＬｉ（ｚ） は、話者が交代すると、その都度変動する。
【００１５】
ところで、多地点間通信会議システムにおいては、会議参加者が多いことから、話者が交代が頻繁に起こる。
【００１６】
しかしながら、図７に示した擬似ステレオ拡声通話装置では、話者交代があると、すなわち、音像定位関数が変化すると、その都度、エコーパス特性Ｈｉ （ｚ） が変動し、エコーを十分に打ち消せなくなる。
【００１７】
そこで、図８に示すように、擬似ステレオ拡声通話装置に複数の適応フィルタ（ＡＤＦ）１２２、１２３と、それらを加算する加算器１２４とを用いた線形結合型のものが考えられる。この線形結合型の場合、音像定位演算後に、左右の各スピーカ１１３、１１４からマイク１１６へのエコーパス一つにつき一つの適応フィルタ（ＡＤＦ）１２２、１２３でエコーが打ち消されるので、音像定位関数が変化してもエコーパス特性は変化せず、複数の中のいずれか一つの地点からの受話音声で一度適応フィルタ（ＡＤＦ）１２２、１２３を収束させれば、その後はエコーパスが変動しない限り、話者が交代してもエコー打ち消し量の劣化は生じなくなる。但し、この場合、適応フィルタ（ＡＤＦ）が１つだけのときに比べて２倍の演算量およびメモリ容量が必要になり、これがコストアップの要因になる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の擬似ステレオ拡声通話装置は、モノラル拡声通話装置に比べて、話者交代時に残留エコーの増大やメモリ量、演算量の増大などといった問題が起こる。
【００１９】
また上述した擬似ステレオ拡声通話装置では、単独話者を想定してエコーキャンセラが設けられているため、多地点間通信会議を行うときのように、異なる２地点の二人が議論を戦わせる状況やある一人が説明している途中に他の会議参加者が割り込んで質問する状況など、異なる２地点の話者が同時に話す状況が考慮されておらず、この場合はエコーが打ち消されない。
【００２０】
そこで、相手２地点同時通話時にもエコーを打ち消すことができるよう上述した擬似ステレオ拡声通話装置の構成、つまり複数の適応フィルタ（ＡＤＦ）をそのまま適用すると、演算量、メモリ量がそのまま２倍になり、装置全体が大幅にコストアップするという問題があった。
【００２１】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、多地点間通信する上で話者交代時や同時通話時などにエコーを打ち消すことができ、従来のものと比較して演算量の大幅な増加がなく、これにより装置全体を比較的ローコストに構成できる拡声通話装置およびエコーキャンセラを提供することを目的としている。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１記載の発明の拡声通話装置は、複数の地点からの受話信号を受信する複数の受話チャネルと、前記個々の受話チャネルに受信された受話信号を検出する受話検出手段と、前記受話検出手段により検出された受話信号の受話数に応じて前記受話信号の受信された受話チャネルを第１または第２の信号経路のいずれか一方に接続する接続制御手段と、前記受話音声の音像を音声毎に異なる位置に定位させるための複数のスピーカと、前記第１および第２の信号経路を通じて入力された各受話信号について前記複数のスピーカの出力を制御し、それぞれの受話信号に対応する位置に音像を定位させる音像定位手段と、発言者の音声を集音するためのマイクと、前記第１の信号経路に接続され、前記受信チャネルから前記第１の信号経路、前記音像定位手段、スピーカおよびマイクを通じて送信チャネル側へ回り込むエコーパスを推定し擬似エコーを生成する適応フィルタと、前記適応フィルタにより推定されたエコーパスに対応するフィルタ係数が蓄積されるエコーパス情報蓄積手段と、前記第２の信号経路に接続され、前記受信チャネルから前記第２の信号経路、前記音像定位手段、スピーカおよびマイクを通じて送信チャネル側へ回り込むエコーパスに対応するフィルタ係数を前記エコーパス情報蓄積手段からロードし前記第２の信号経路を通じて送信チャネル側へ回り込むエコーを推定し擬似エコーを生成する非適応フィルタと、前記非適応フィルタおよび適応フィルタにより生成された各擬似エコーを前記送信チャネルのエコー信号から差し引く減算器とを具備したことを特徴としている。
【００２３】
この請求項１、５記載の発明の場合、複数の受信チャネルのうち、受話中の受信チャネルが二つになった場合、適応フィルタとこれよりも処理量の少ない非適応フィルタとを用いて受話チャネルから送話チャネルに回り込むそれぞれのエコーを推定し擬似エコーを生成し、減算器で送話チャネル側のエコー信号から差し引きエコーを打ち消す。ここで用いた非適応フィルタは、フィルタ係数を逐次学習／更新してゆくという処理を行わないものなので、適応フィルタに比べて演算量が少なく装置全体を比較的ローコストに構成できる。
【００２４】
請求項２記載の発明の拡声通話装置は、請求項１記載の拡声通話装置において、前記音像定位手段が、前記第１の信号経路を通じて入力された受話信号について、対応位置に音像を定位させるための各スピーカ用の関数演算を行う第１の信号演算部と、前記第２の信号経路を通じて入力された受話信号について、対応位置に音像を定位させるための各スピーカ用の関数演算を行う第２の信号演算部と、前記第１および第２の信号演算部により演算された同じスピーカに対する演算結果を加算する複数のからなることを特徴としている。
【００２５】
この請求項２記載の発明の場合、音像定位手段に第１の信号演算部と、第２の信号演算部と、それぞれの加算器とが備えられているので、話者が２人になった場合でも、それぞれについて音像を定位させることができる。
【００２６】
請求項３記載の発明の拡声通話装置は、請求項１記載の拡声通話装置において、前記エコー情報蓄積手段が、前記各音像定位位置に対応した音響特性情報をフィルタ係数として記憶する複数のメモリを具備したことを特徴としている。
【００２７】
この請求項３記載の発明の場合、音像定位が変化したときにそのときどきに応じたフィルタ係数のデータを各メモリからロードすることができる。
【００２８】
請求項４記載の発明の拡声通話装置は、請求項１記載の拡声通話装置において、前記エコー情報蓄積手段が、前記適応フィルタにより推定された伝達関数が定常な区間を単位とした前記音像定位手段の音響特性を含む過去の複数のエコーパス情報を記憶する第１の記憶手段と、前記第１の記憶手段により記憶された前記音像定位手段の音響特性を含む過去の複数のエコーパス情報から、前記音像定位手段の音響特性を除いたエコーパス情報を求める手段と、前記スピーカからマイクへ至るエコーパスの数分設けられ、求められた前記音像定位手段の音響特性を除いたエコーパス情報を記憶する第２の記憶手段と、前記第２の記憶手段のエコーパス情報を基に、前記音像定位手段の次の音響特性を含んだエコーパス情報を求める手段とを具備することを特徴としている。
【００２９】
この請求項４記載の発明の場合、音像定位手段の音響特性を含む過去の複数のエコーパス情報として、推定伝達関数Ｈｉ−１ ’（ｚ）、Ｈｉ ’（ｚ）が第１の記憶手段に記憶されて、これら推定伝達関数Ｈｉ−１ ’（ｚ）、Ｈｉ ’（ｚ）から、スピーカ・マイク間の伝達関数ＨＲ （ｚ） 、ＨＬ （ｚ） が求められ、それぞれが第２の記憶手段に記憶される。そして上記伝達関数ＨＲ （ｚ） 、ＨＬ （ｚ） から（ｉ＋１） 番目の区間における適応フィルタ５の伝達関数Ｈｉ＋１ ’（ｚ）が求められる。
【００３０】
請求項５記載の発明のエコーキャンセラは、複数の受話チャネルに受信された受話信号を検出する受話検出手段と、前記受話検出手段により検出された受話信号の受話数に応じて前記受話信号の受信された受話チャネルを第１または第２の信号経路のいずれか一方に接続する接続制御手段と、前記第１の信号経路に接続され、前記受信チャネルから前記第１の信号経路、スピーカおよびマイクを通じて送信チャネル側へ回り込むエコーパスを推定し擬似エコーを生成する適応フィルタと、前記適応フィルタにより推定されたエコーパスに対応するフィルタ係数が蓄積されるエコーパス情報蓄積手段と、前記第２の信号経路に接続され、前記第２の信号経路から送信チャネルへ回り込むエコーパスに対応するフィルタ係数を前記エコーパス情報蓄積手段からロードし前記第２の信号経路を通じて送信チャネルへ回り込むエコーパスを推定し擬似エコーを生成する非適応フィルタと、前記非適応フィルタおよび適応フィルタにより生成された各擬似エコーを前記送信チャネルのエコー信号から差し引く減算器とを具備したことを特徴としている。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００３２】
図１は本発明の第１の実施形態の擬似ステレオ拡声通話装置の構成を示す図である。
【００３３】
同図において、１は受話検出手段であり、異なる複数の地点Ａ〜Ｅなどからのそれぞれの受信チャネルＡ１〜Ｅ１のラインが接続され、その中で受話信号の受信された受信チャネルを検出する。２は接続制御手段であり、受話検出手段１により検出された受話中のチャネルを第１の信号経路３に接続する。またある一つのチャネルが受話中、他のチャネルに新たな受話信号の受信（割り込み）が発生したときにその割り込みチャネルを第２の信号経路４に接続する。５は適応フィルタ（ＡＤＦ）であり、例えば ２００タップ程度のものである。この適応フィルタ５は、受信チャネルから送信チャネルへ回り込むエコーを学習しつつ推定し擬似エコーを生成する。６は非適応フィルタであり、例えば有限インパルスレスポンスフィルタ（ＦＩＲフィルタ）などである。この非適応フィルタ６は、適応フィルタ５と同じタップ数を有しているものの、適応フィルタ５のようにフィルタ係数を逐次学習、更新するタイプのフィルタではないので、データ処理量としてはその数分の１程度で済む。この非適応フィルタ６は受話中の受信チャネル数が二つになった場合に、他からフィルタ係数（受話フィルタ９を含むエコーパスの特性情報）をロードし、そのフィルタ係数を用いて回り込みエコーを推定し擬似エコーを生成する。７はフィルタ係数蓄積手段であり、複数のメモリを有しており、適応フィルタ（ＡＤＦ）５で収束させたフィルタ係数が各メモリにセーブされたり、フィルタ係数を適応フィルタ（ＡＤＦ）５や非適応フィルタ（ＮＡＤＦ）６などにロードする。８は減算器であり、送話信号から擬似エコー信号を差し引く。９は音像定位処理手段としての受話フィルタであり、左右の伝達関数ＧＲｉ（ｚ） 、ＧＬｉ（ｚ） の演算を行って右側用のスピーカ１０、左側用のスピーカ１１に音声信号を出力し、画面上の話者の位置に応じて音像を定位させるものである。１２はマイクであり、この装置のオペレータ（会議参加者）が他へ話しかけたときの音声を集音するためのものである。この擬似ステレオ拡声通話装置内においては、適応フィルタ（ＡＤＦ）５および非適応フィルタ（ＮＡＤＦ）６、フィルタ係数蓄積手段７および減算器８などからエコーキャンセラが構成されている。
【００３４】
続いて、図２を参照して上記受話フィルタ９の構成について説明する。
【００３５】
同図に示すように、受話フィルタ９は、第１の信号経路３からの受話信号に対して右側音声を生成するフィルタ２１（伝達関数がＧ１ Ｒｉ（ｚ） ）、左側音声を生成するフィルタ２２（伝達関数がＧ１ Ｌｉ（ｚ） ）、第２の信号経路４からの受話信号に対して右側音声を生成するフィルタ２３（伝達関数がＧ２ Ｒｉ（ｚ） ）、左側音声を生成するフィルタ２４（伝達関数がＧ２ Ｌｉ（ｚ） ）、右側音声同志の演算結果を加算しスピーカ１０に出力する加算器２５、左側音声同志の演算結果を加算しスピーカ１１に出力する加算器２６などを有している。
【００３６】
次に、図３を参照して上記フィルタ係数蓄積手段７の構成について詳細に説明する。
【００３７】
同図に示すように、フィルタ係数蓄積手段７は、受話チャネルＡ１〜Ｅ１に対応した擬似エコーのフィルタ係数である推定伝達関数ＨＡ’（ｚ） 〜ＨＥ’（ｚ） を蓄積するための複数のメモリ３１〜３５を有している。
【００３８】
続いて、図４を参照してフィルタ係数蓄積手段７と適応フィルタ５との関係について説明する。
【００３９】
同図に示すように、上記フィルタ係数蓄積手段７内の、例えば推定伝達関数ＨＡ’（ｚ） 用のメモリ３１と適応フィルタ５間においては、信号経路３からの受話信号Ｘ（データＸ０〜Ｘ９９ ）は、適応フィルタ５内の係数メモリ（図示せず）の ０番地から９９番地に蓄積され、また適応フィルタ５内の係数メモリの １００番地から １９９番地にフィルタ係数ｈ０〜ｈ９９ が蓄積され、互いの間で畳み込み演算が行われ、その演算結果がＹとして出力される。そして、メモリ３１の ２００番地のデータが適応フィルタ５内の係数メモリの １００番地にロードされ、 ２０１番地のデータが １０１番地にロードされ、あるいは逆に適応フィルタ５内の係数メモリの １００番地のデータがメモリ３１の ２００番地にセーブされるなどといったことが行われる。
【００４０】
すなわち、Ａ地点からの受話の場合、メモリ３１から適応フィルタ５内の係数メモリにデータをロードし、Ａ地点からの音声で、フィルタ係数を収束させ（学習を行い）、相手がＡ地点以外に切り替わったとき、適応フィルタ５内の係数メモリのデータをメモリ３１にセーブし、新たな地点に対応するメモリから、適応フィルタ５内の係数メモリにデータをロードする。この係数を用いて適応フィルタ５の学習を継続する。
【００４１】
次に、この擬似ステレオ拡声通話装置の動作について説明する。
【００４２】
この擬似ステレオ拡声通話装置の場合、例えばＡ地点などからの受話信号が受話チャネルＡ１に入力されると、受話検出手段１がそれを検出し、接続制御手段２が第１の信号経路３に接続し、第１の信号経路３を通じて受話フィルタ９と適応フィルタ５とに受話信号が入力される。受話フィルタ９では、受話検出手段１により検出された受話チャネルＡ１から、どの位置に音像を定位させるべきかが判るので、その位置に音像を定位させるよう伝達関数の演算がなされて各スピーカ１０、１１への利得が制御される。そして各スピーカ１０、１１から出力された音声は、エコー信号としてマイク１２で集音されて減算器８に伝送される。
【００４３】
一方、適応フィルタ５では、入力された受話信号を基に対応するフィルタ係数がフィルタ係数蓄積手段７からロードされて、受信チャネルＡ１から送信チャネル１３へ回り込むエコーが推定され、擬似エコーが生成されてそれが減算器８に出力される。
【００４４】
そして減算器８において、擬似エコーと集音されたエコーとが差し引かれて、その差信号が適応フィルタ５にフィードバックされ、適応フィルタ５は、その差信号がなくなるように、つまりエコーを収束させるように学習し、信号経路３に入力される音声がチャネルＡ１以外の音声になったとき、それを新たなフィルタ係数として、フィルタ係数蓄積手段７にセーブする。
【００４５】
ここで、例えばチャネルＡ１での受話中に、Ｂ地点からの受話信号がチャネルＢ１に受信されることがある。
【００４６】
この場合、地点Ｂからの受話信号がチャネルＢ１に受信されると、受話検出手段１がそれを検出し、接続制御手段２によりチャネルＢ１が第２の信号経路４に接続され、その受話信号は、第２の信号経路４を通じて受話フィルタ９と非適応フィルタ６とに入力される。
【００４７】
受話フィルタ９では、受話検出手段１により検出された受話チャネルＢ１の所定の位置に音像を定位させるよう音像定位のための関数演算を行い、左右それぞれのにおいて、二つの出力信号が加算されて、各スピーカ１０、１１の出力が制御される。そして各スピーカ１０、１１から出力された音声は、エコーとしてマイク１２で集音されて減算器８に伝送される。
【００４８】
この場合、地点数分のフィルタ係数用メモリが必要となるものの、モノラル型エコーキャンセラを用いた場合と同等の処理量でエコーを打ち消すことのできる２スピーカ、１マイク構成の擬似ステレオ拡声通話装置を構成することができる。
【００４９】
また上記以外にも、例えばチャネルＡ１の受話終了後、直ちにチャネルＢ１に受話信号が受信されることがある。この場合、接続制御手段２は、受話が終了して空いた第１の信号経路３にチャネルＢ１を接続する。
【００５０】
すると、第１の信号経路３上の適応フィルタ５は、Ａ地点からの受話信号で収束させたフィルタ係数を一旦フィルタ係数蓄積手段７内のＡ地点用メモリ３１にセーブした後、代わりにＢ地点用メモリ３２からフィルタ係数をロードして、その後、Ｂ地点からの受話信号での学習を行う。
【００５１】
すなわち、チャネルＢ１に受話信号が受信された場合であっても、適応フィルタ５が空いていれば、適応フィルタ５により擬似エコーが生成されるので、エコーを確実に打ち消すことができる。
【００５２】
このようにこの実施形態の擬似ステレオ拡声通話装置によれば、エコーキャンセラの中核部品として、フィルタ係数が逐次最適な値に更新される適応フィルタ５と、ロードされたフィルタ係数によりフィルタリング演算を行う非適応フィルタ６とを組み合わせて利用することにより、多くのチャネルＡ１〜Ｅ１の中で同時に２者が通話するときのエコーを適時打ち消すことができ、複数の話者が交替しながら通話する多地点間通信会議システムなどに用いる端末、つまり擬似ステレオ拡声通話装置をローコストに構成できる。
【００５３】
従来は音像定位位置が２カ所の場合、単一のエコーキャンセラではエコーを抑えきれなかったが、適応フィルタ５の他にローコストな非適応フィルタ６（補助エコーキャンセラ）を設けたことで、２者同時通話区間については、それぞれのフィルタ５、６でエコーを打ち消すことができる。但し補助エコーキャンセラのフィルタ係数は、フィルタ係数蓄積手段７からロードするだけなのでエコーパスの音響特性変動に適時追随することはできないが、スピーカ−マイク間の音響特性にさほど大きな変化がなければ、エコーを十分抑えることができる。またこの実施形態の擬似ステレオ拡声通話装置の受話フィルタ９による音像定位制御は、演算の容易な利得制御なので、モノラルエコーキャンセラ並の処理量で擬似ステレオ音声を再生できる。
【００５４】
次に、図５を参照して上記フィルタ係数蓄積手段７を変形した例について説明する。
【００５５】
上記フィルタ係数蓄積手段７の構成の場合、会議参加者の分だけメモリの数が必要となる。このため会議参加者が多くなると、それだけメモリを増設することになりコストアップする。
【００５６】
そこで、このコストアップを抑えるためにフィルタ係数蓄積手段を変形することが考えられる。
【００５７】
この場合、同図に示すように、フィルタ係数蓄積手段５０は、音声定位関数が定常となっている （ｉ−１）番目の区間における適応フィルタ５の推定伝達関数Ｈｉ−１ ’（ｚ）を蓄積するメモリ５２と、同様にｉ 番目の区間の推定伝達関数Ｈｉ ’（ｚ）を記憶するメモリ５１と、これら推定伝達関数Ｈｉ−１ ’（ｚ）、Ｈｉ ’（ｚ）から、スピーカ・マイク間の伝達関数ＨＲ （ｚ） 、ＨＬ （ｚ） を求め（分解処理）、これらスピーカ・マイク間の伝達関数ＨＲ （ｚ） 、ＨＬ （ｚ） から（ｉ＋１） 番目の区間における適応フィルタ５の伝達関数Ｈｉ＋１ ’（ｚ）の初期値を求める（合成処理）分解合成処理部５３と、スピーカ・マイク間伝達関数ＨＲ （ｚ） 、ＨＬ （ｚ） を記憶する２つのメモリ５４、５５とから構成されている。この係数蓄積手段５０を有するエコーキャンセラを推定伝達関数分解合成型エコーキャンセラという。
【００５８】
この場合、適応フィルタ５で推定された過去２区間の推定伝達関数Ｈｉ−１ ’（ｚ）、Ｈｉ ’（ｚ）をメモリ５１、５２に蓄積しておき、これらからスピーカ・マイク間伝達関数ＨＲ （ｚ） 、ＨＬ （ｚ） を求めてメモリ５４、５５に記憶するので、比較的安価にエコーキャンセラを構成できる。
【００５９】
以下、この推定伝達関数分解合成型エコーキャンセラによる推定伝達関数の演算方法について説明する。
【００６０】
まず、音像定位関数が定常な区間を単位としたｉ 番目の区間を考えてみる。
【００６１】
適応フィルタ５で推定された過去２区間（ｉ 区間、ｉ−１ 区間）の伝達関数をそれぞれ推定伝達関数Ｈｉ−１ ’（ｚ）、Ｈｉ ’（ｚ）とすると、エコーパスが定常で、推定が正確であると仮定すれば、この推定音響特性、すなわち推定伝達関数は、音像定位関数とは独立なスピーカ・マイク間伝達関数ＨＲ （ｚ） 、ＨＬ （ｚ） を用いて次式のように表すことができる。
【００６２】
伝達関数の分解合成による複数エコーパスのエコーキャンセラは、この関係を利用して、単一のエコーキャンセラで得た複数の過去の伝達関数を基にスピーカ・マイク間の伝達関数を求める。
【００６３】
そして、（ｉ−１） 区間で新たな音像定位関数が得られたとき、
Ｈｉ＋１ ’（ｚ）＝ＧＲｉ＋１（ｚ） ＨＲ （ｚ） ＋ＧＬｉ＋１（ｚ） ＨＬ （ｚ） …………式（３）
なる演算により、ｉ＋１ 区間のエコーキャンセラのフィルタ初期値を得ることができる。これら複数のフィルタ係数を各フィルタで用いることにより、話者交代によるエコー打ち消し量の劣化が生じないエコーキャンセラを実現できる。
【００６４】
一般に、音像定位制御法としては、遅延制御あるいは利得制御などがあるが、ここでは、比較的演算が簡単な利得制御の場合について説明する。
【００６５】
この場合、音像定位関数は、
ＧＲｉ（ｚ） ＝ｇＲｉ，ＧＬｉ（ｚ） ＝ｇＬｉ …………式（４）
なので、ＨＲ （ｚ） ，ＨＬ （ｚ） は、次式で求められる。
【００６６】
この推定伝達関数分解合成型エコーキャンセラを使用した場合、次のような効果が見込める。
【００６７】
すなわち、図３に示したフィルタ係数蓄積手段７の場合は、初めて受信する相手との通話開始時は初期学習するまでの間、エコー打ち消し量の劣化が発生するが、フィルタ係数蓄積手段５０とした場合、相手の全地点からの通話が一通り終わらなくても二地点（すなわち二つの定常状態）での学習を行えば、その後は初期学習に伴うエコー打ち消しの劣化は生じない。またスピーカ・マイク間でのエコーパスが変化しても、変化後、二地点を再度学習すれば、その後は上記同様に話者交代によるエコー打ち消し量の劣化は生じない。
【００６８】
なお上記実施形態の拡声通話装置では、適応フィルタ５、非適応フィルタ６および受話フィルタ９への信号経路が二本（第１の信号経路３および第２の信号経路４）なので、同時に３種類以上の音像定位関数に対しては、エコーを打ち消すことができない。
【００６９】
そこで、異なる三地点以上からの通話に対しては、処理量が許せる範囲で、固定ＦＩＲフィルタなどの非適応フィルタをさらに追加することも考えられる。
【００７０】
すなわち、第２の信号経路４や非適応フィルタ６などが複数個になった場合も考えられる。
【００７１】
このように処理量の少ないデジタルフィルタを増設することにより、実際のアプリケーションにおける同時通話の発生頻度とコストとの兼ね合いで最適対応が可能である。
【００７２】
また本発明は、相手話者の画像をモニタ上で確認できるＴＶ会議システムのみでなく、画面上には話者が表示されず、共有のドキュメントや図形などが画面上にある協調ワークの通信会議や、モニター画面の存在しないシステム、つまり音声会議などにも適用できる。
【００７３】
また上記実施形態では、最も単純な２スピーカ、１マイク型の形態について説明したが、スピーカを三つ以上としたり、また入力側のマイクを複数にするなどの応用が可能である。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、２スピーカ、１マイク構成の拡声通話装置において、複数の会議参加者の中のある発言者からの音声を擬似ステレオで再生する中で、２者の同時通話や話者交代などが生じ、エコーパス特性の変動が生じた場合に、適応フィルタと非適応フィルタとによってエコーを打ち消すことができる。
【００７５】
また２人目の話者に対する非適応フィルタは、適応フィルタのようにフィルタ係数の自動更新を行わないので、従来のものと比較して演算量の大幅な増加がなく、したがって装置全体を比較的ローコストに構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る擬似ステレオ拡声通話装置の実施形態を示す図。
【図２】この擬似ステレオ拡声通話装置の受話フィルタの詳細構成を示す図。
【図３】この擬似ステレオ拡声通話装置のフィルタ係数蓄積手段の詳細構成を示す図。
【図４】図３のフィルタ係数蓄積手段と適応フィルタとの関係を示す図。
【図５】図３のフィルタ係数蓄積手段の変形例を示す図。
【図６】従来の擬似ステレオ拡声通話装置を示す図。
【図７】従来の擬似ステレオ拡声通話装置にモノラルエコーキャンセラを適用した例を示す図。
【図８】従来の擬似ステレオ拡声通話装置に線形結合型エコーキャンセラを適用した例を示す図。
【符号の説明】
１…受話検出手段、２…接続制御手段、３…第１の信号経路、４…第２の信号経路、５…適応フィルタ（ＡＤＦ）、６…非適応フィルタ（ＮＡＤＦ）、７、５０…フィルタ係数蓄積制御手段、８…減算器、９…受話フィルタ、３１〜３５…メモリ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば多地点間通信会議システムなどに利用される２スピーカ、１マイク構成の拡声通話装置およびこの装置に用いられるエコーキャンセラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
遠隔地にいる人同士が、例えば映像、音声、文書などをネットワークを介して共有し、緊密な協調作業環境を構築するサービスとして、近年、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）やワークステーション（ＷＳ）などのマルチメディア端末を利用した多地点間通信会議システムが注目されている。
【０００３】
この多地点間通信会議システムでは、遠隔地にいる人同士があたかも向かい合って会議しているようにモニタの画面でお互いの顔を見ながら会話が行える。また一つのドキュメントやアプリケーションを各端末のディスプレイ上で共有して打ち合わせや協調作業などを行うことができる。
【０００４】
従来の多地点間通信会議システムの端末は、例えばＷＳなどにマイクとスピーカを追加装備した構成であり、この場合、各ＷＳのモニタ上に複数の話者の画像を表示させてその中の一人が話したときに、相手話者に話しかけた声をマイクで集音し、通信回線を経由して遠隔地の端末のスピーカから出力させてＴＶ会議を行う。
【０００５】
この際、各端末の会議参加者（聴人）は、モニタ上の話者の口の動きやスピーカから発生される音声などから、誰が話しているかを判断することになる。
【０００６】
この多地点間通信会議システムにおいて、発言者を音声から認識する上で、あるいは会議をスムーズに進行する上で、複数のスピーカを用いて発言者毎にことなる位置に音像を定位させることが有効である。
【０００７】
この場合、聴者側において、各スピーカから出力する音声のレベルや遅延時間を制御することにより、画面内の話者に対応する位置に音像を定位させることができる。
【０００８】
また現在、この通信会議システムの利便性からハンズフリーによる拡声通話の要求が強く、スピーカ出力音声がマイクに回り込んで発生するエコー感やハウリングなどを抑圧する、いわゆるエコーキャンセル技術（エコーキャンセラ）が考案されている。このエコーキャンセラと上記擬似ステレオ音声生成技術とを組み合わせたものに擬似ステレオ拡声通話装置がある。
【０００９】
この擬似ステレオ拡声通話装置は、図６に示すように、入力されたモノラル音声信号を音像定位処理部１１１、１１２がそれぞれの伝達関数（以下音像定位関数とよぶ）ＧＲｉ（ｚ） 、ＧＬｉ（ｚ） で演算処理してそれぞれに接続されたスピーカ１１３、１１４から出力する。このときに音像定位処理部１１１、１１２の前段、あるいは後段からエコーキャンセラ１１５が得た音声信号と、スピーカ１１３、１１４から発生しマイク１１６で集音した音声信号とを減算器１１７で差し引くことによりエコーを打ち消すものである。
【００１０】
この場合、複数のスピーカ１１３、１１４から音声が出力されると、各音声は聴者に聴きとられると共にマイク１１６にも集音される。このマイク１１６には、各音声が異なる方向から入力されるためエコーパスが複数となり、これら複数のエコーを抑圧するためにエコーキャンセラ１１５の処理量が増大したり、話者交代時に残留エコーが増大するなどの問題が生じる。
【００１１】
従来の擬似ステレオ拡声通話装置は、図７に示すように、音像定位処理部１１１、１１２の前段のモノラル音声信号と減算器１１７で差し引かれた信号とで学習する適応フィルタ（ＡＤＦ）１２１を有しており、この適応フィルタ（ＡＤＦ）１２１がエコーパスの音響特性を学習するので、各スピーカ１１３、１１４から出力された音声がマイク１１６へ回り込んだときのエコーは消去される。この場合、適応フィルタ（ＡＤＦ）１２１は、１つで済み処理量およびメモリ容量などもモノラル時とほぼ同等である。
【００１２】
このとき、エコーキャンセラから見た総合的なエコーパスの音響特性をＨｉ （ｚ） とすると、音響特性Ｈｉ （ｚ） は、次の式（１０）で表すことができる。
【００１３】
Ｈｉ （ｚ） ＝ＧＲｉ（ｚ） ＨＲ （ｚ） ＋ＧＬｉ（ｚ） ＨＬ （ｚ） ……式（１０）
この式（１０）から、音像定位関数ＧＲｉ（ｚ） 、ＧＬｉ（ｚ） などがエコーパスの音響特性Ｈｉ （ｚ） に含まれることが解る。
【００１４】
左右の各スピーカ・マイク間の伝達関数ＨＲ （ｚ） 、ＨＬ （ｚ） は、音響特性が定常な限り一定ではあるが、音像定位関数ＧＲｉ（ｚ） 、ＧＬｉ（ｚ） は、話者が交代すると、その都度変動する。
【００１５】
ところで、多地点間通信会議システムにおいては、会議参加者が多いことから、話者が交代が頻繁に起こる。
【００１６】
しかしながら、図７に示した擬似ステレオ拡声通話装置では、話者交代があると、すなわち、音像定位関数が変化すると、その都度、エコーパス特性Ｈｉ （ｚ） が変動し、エコーを十分に打ち消せなくなる。
【００１７】
そこで、図８に示すように、擬似ステレオ拡声通話装置に複数の適応フィルタ（ＡＤＦ）１２２、１２３と、それらを加算する加算器１２４とを用いた線形結合型のものが考えられる。この線形結合型の場合、音像定位演算後に、左右の各スピーカ１１３、１１４からマイク１１６へのエコーパス一つにつき一つの適応フィルタ（ＡＤＦ）１２２、１２３でエコーが打ち消されるので、音像定位関数が変化してもエコーパス特性は変化せず、複数の中のいずれか一つの地点からの受話音声で一度適応フィルタ（ＡＤＦ）１２２、１２３を収束させれば、その後はエコーパスが変動しない限り、話者が交代してもエコー打ち消し量の劣化は生じなくなる。但し、この場合、適応フィルタ（ＡＤＦ）が１つだけのときに比べて２倍の演算量およびメモリ容量が必要になり、これがコストアップの要因になる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の擬似ステレオ拡声通話装置は、モノラル拡声通話装置に比べて、話者交代時に残留エコーの増大やメモリ量、演算量の増大などといった問題が起こる。
【００１９】
また上述した擬似ステレオ拡声通話装置では、単独話者を想定してエコーキャンセラが設けられているため、多地点間通信会議を行うときのように、異なる２地点の二人が議論を戦わせる状況やある一人が説明している途中に他の会議参加者が割り込んで質問する状況など、異なる２地点の話者が同時に話す状況が考慮されておらず、この場合はエコーが打ち消されない。
【００２０】
そこで、相手２地点同時通話時にもエコーを打ち消すことができるよう上述した擬似ステレオ拡声通話装置の構成、つまり複数の適応フィルタ（ＡＤＦ）をそのまま適用すると、演算量、メモリ量がそのまま２倍になり、装置全体が大幅にコストアップするという問題があった。
【００２１】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、多地点間通信する上で話者交代時や同時通話時などにエコーを打ち消すことができ、従来のものと比較して演算量の大幅な増加がなく、これにより装置全体を比較的ローコストに構成できる拡声通話装置およびエコーキャンセラを提供することを目的としている。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１記載の発明の拡声通話装置は、複数の地点からの受話信号を受信する複数の受話チャネルと、前記個々の受話チャネルに受信された受話信号を検出する受話検出手段と、前記受話検出手段により検出された受話信号の受話数に応じて前記受話信号の受信された受話チャネルを第１または第２の信号経路のいずれか一方に接続する接続制御手段と、前記受話音声の音像を音声毎に異なる位置に定位させるための複数のスピーカと、前記第１および第２の信号経路を通じて入力された各受話信号について前記複数のスピーカの出力を制御し、それぞれの受話信号に対応する位置に音像を定位させる音像定位手段と、発言者の音声を集音するためのマイクと、前記第１の信号経路に接続され、前記受信チャネルから前記第１の信号経路、前記音像定位手段、スピーカおよびマイクを通じて送信チャネル側へ回り込むエコーパスを推定し擬似エコーを生成する適応フィルタと、前記適応フィルタにより推定されたエコーパスに対応するフィルタ係数が蓄積されるエコーパス情報蓄積手段と、前記第２の信号経路に接続され、前記受信チャネルから前記第２の信号経路、前記音像定位手段、スピーカおよびマイクを通じて送信チャネル側へ回り込むエコーパスに対応するフィルタ係数を前記エコーパス情報蓄積手段からロードし前記第２の信号経路を通じて送信チャネル側へ回り込むエコーを推定し擬似エコーを生成する非適応フィルタと、前記非適応フィルタおよび適応フィルタにより生成された各擬似エコーを前記送信チャネルのエコー信号から差し引く減算器とを具備したことを特徴としている。
【００２３】
この請求項１、５記載の発明の場合、複数の受信チャネルのうち、受話中の受信チャネルが二つになった場合、適応フィルタとこれよりも処理量の少ない非適応フィルタとを用いて受話チャネルから送話チャネルに回り込むそれぞれのエコーを推定し擬似エコーを生成し、減算器で送話チャネル側のエコー信号から差し引きエコーを打ち消す。ここで用いた非適応フィルタは、フィルタ係数を逐次学習／更新してゆくという処理を行わないものなので、適応フィルタに比べて演算量が少なく装置全体を比較的ローコストに構成できる。
【００２４】
請求項２記載の発明の拡声通話装置は、請求項１記載の拡声通話装置において、前記音像定位手段が、前記第１の信号経路を通じて入力された受話信号について、対応位置に音像を定位させるための各スピーカ用の関数演算を行う第１の信号演算部と、前記第２の信号経路を通じて入力された受話信号について、対応位置に音像を定位させるための各スピーカ用の関数演算を行う第２の信号演算部と、前記第１および第２の信号演算部により演算された同じスピーカに対する演算結果を加算する複数のからなることを特徴としている。
【００２５】
この請求項２記載の発明の場合、音像定位手段に第１の信号演算部と、第２の信号演算部と、それぞれの加算器とが備えられているので、話者が２人になった場合でも、それぞれについて音像を定位させることができる。
【００２６】
請求項３記載の発明の拡声通話装置は、請求項１記載の拡声通話装置において、前記エコー情報蓄積手段が、前記各音像定位位置に対応した音響特性情報をフィルタ係数として記憶する複数のメモリを具備したことを特徴としている。
【００２７】
この請求項３記載の発明の場合、音像定位が変化したときにそのときどきに応じたフィルタ係数のデータを各メモリからロードすることができる。
【００２８】
請求項４記載の発明の拡声通話装置は、請求項１記載の拡声通話装置において、前記エコー情報蓄積手段が、前記適応フィルタにより推定された伝達関数が定常な区間を単位とした前記音像定位手段の音響特性を含む過去の複数のエコーパス情報を記憶する第１の記憶手段と、前記第１の記憶手段により記憶された前記音像定位手段の音響特性を含む過去の複数のエコーパス情報から、前記音像定位手段の音響特性を除いたエコーパス情報を求める手段と、前記スピーカからマイクへ至るエコーパスの数分設けられ、求められた前記音像定位手段の音響特性を除いたエコーパス情報を記憶する第２の記憶手段と、前記第２の記憶手段のエコーパス情報を基に、前記音像定位手段の次の音響特性を含んだエコーパス情報を求める手段とを具備することを特徴としている。
【００２９】
この請求項４記載の発明の場合、音像定位手段の音響特性を含む過去の複数のエコーパス情報として、推定伝達関数Ｈｉ−１ ’（ｚ）、Ｈｉ ’（ｚ）が第１の記憶手段に記憶されて、これら推定伝達関数Ｈｉ−１ ’（ｚ）、Ｈｉ ’（ｚ）から、スピーカ・マイク間の伝達関数ＨＲ （ｚ） 、ＨＬ （ｚ） が求められ、それぞれが第２の記憶手段に記憶される。そして上記伝達関数ＨＲ （ｚ） 、ＨＬ （ｚ） から（ｉ＋１） 番目の区間における適応フィルタ５の伝達関数Ｈｉ＋１ ’（ｚ）が求められる。
【００３０】
請求項５記載の発明のエコーキャンセラは、複数の受話チャネルに受信された受話信号を検出する受話検出手段と、前記受話検出手段により検出された受話信号の受話数に応じて前記受話信号の受信された受話チャネルを第１または第２の信号経路のいずれか一方に接続する接続制御手段と、前記第１の信号経路に接続され、前記受信チャネルから前記第１の信号経路、スピーカおよびマイクを通じて送信チャネル側へ回り込むエコーパスを推定し擬似エコーを生成する適応フィルタと、前記適応フィルタにより推定されたエコーパスに対応するフィルタ係数が蓄積されるエコーパス情報蓄積手段と、前記第２の信号経路に接続され、前記第２の信号経路から送信チャネルへ回り込むエコーパスに対応するフィルタ係数を前記エコーパス情報蓄積手段からロードし前記第２の信号経路を通じて送信チャネルへ回り込むエコーパスを推定し擬似エコーを生成する非適応フィルタと、前記非適応フィルタおよび適応フィルタにより生成された各擬似エコーを前記送信チャネルのエコー信号から差し引く減算器とを具備したことを特徴としている。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００３２】
図１は本発明の第１の実施形態の擬似ステレオ拡声通話装置の構成を示す図である。
【００３３】
同図において、１は受話検出手段であり、異なる複数の地点Ａ〜Ｅなどからのそれぞれの受信チャネルＡ１〜Ｅ１のラインが接続され、その中で受話信号の受信された受信チャネルを検出する。２は接続制御手段であり、受話検出手段１により検出された受話中のチャネルを第１の信号経路３に接続する。またある一つのチャネルが受話中、他のチャネルに新たな受話信号の受信（割り込み）が発生したときにその割り込みチャネルを第２の信号経路４に接続する。５は適応フィルタ（ＡＤＦ）であり、例えば ２００タップ程度のものである。この適応フィルタ５は、受信チャネルから送信チャネルへ回り込むエコーを学習しつつ推定し擬似エコーを生成する。６は非適応フィルタであり、例えば有限インパルスレスポンスフィルタ（ＦＩＲフィルタ）などである。この非適応フィルタ６は、適応フィルタ５と同じタップ数を有しているものの、適応フィルタ５のようにフィルタ係数を逐次学習、更新するタイプのフィルタではないので、データ処理量としてはその数分の１程度で済む。この非適応フィルタ６は受話中の受信チャネル数が二つになった場合に、他からフィルタ係数（受話フィルタ９を含むエコーパスの特性情報）をロードし、そのフィルタ係数を用いて回り込みエコーを推定し擬似エコーを生成する。７はフィルタ係数蓄積手段であり、複数のメモリを有しており、適応フィルタ（ＡＤＦ）５で収束させたフィルタ係数が各メモリにセーブされたり、フィルタ係数を適応フィルタ（ＡＤＦ）５や非適応フィルタ（ＮＡＤＦ）６などにロードする。８は減算器であり、送話信号から擬似エコー信号を差し引く。９は音像定位処理手段としての受話フィルタであり、左右の伝達関数ＧＲｉ（ｚ） 、ＧＬｉ（ｚ） の演算を行って右側用のスピーカ１０、左側用のスピーカ１１に音声信号を出力し、画面上の話者の位置に応じて音像を定位させるものである。１２はマイクであり、この装置のオペレータ（会議参加者）が他へ話しかけたときの音声を集音するためのものである。この擬似ステレオ拡声通話装置内においては、適応フィルタ（ＡＤＦ）５および非適応フィルタ（ＮＡＤＦ）６、フィルタ係数蓄積手段７および減算器８などからエコーキャンセラが構成されている。
【００３４】
続いて、図２を参照して上記受話フィルタ９の構成について説明する。
【００３５】
同図に示すように、受話フィルタ９は、第１の信号経路３からの受話信号に対して右側音声を生成するフィルタ２１（伝達関数がＧ１ Ｒｉ（ｚ） ）、左側音声を生成するフィルタ２２（伝達関数がＧ１ Ｌｉ（ｚ） ）、第２の信号経路４からの受話信号に対して右側音声を生成するフィルタ２３（伝達関数がＧ２ Ｒｉ（ｚ） ）、左側音声を生成するフィルタ２４（伝達関数がＧ２ Ｌｉ（ｚ） ）、右側音声同志の演算結果を加算しスピーカ１０に出力する加算器２５、左側音声同志の演算結果を加算しスピーカ１１に出力する加算器２６などを有している。
【００３６】
次に、図３を参照して上記フィルタ係数蓄積手段７の構成について詳細に説明する。
【００３７】
同図に示すように、フィルタ係数蓄積手段７は、受話チャネルＡ１〜Ｅ１に対応した擬似エコーのフィルタ係数である推定伝達関数ＨＡ’（ｚ） 〜ＨＥ’（ｚ） を蓄積するための複数のメモリ３１〜３５を有している。
【００３８】
続いて、図４を参照してフィルタ係数蓄積手段７と適応フィルタ５との関係について説明する。
【００３９】
同図に示すように、上記フィルタ係数蓄積手段７内の、例えば推定伝達関数ＨＡ’（ｚ） 用のメモリ３１と適応フィルタ５間においては、信号経路３からの受話信号Ｘ（データＸ０〜Ｘ９９ ）は、適応フィルタ５内の係数メモリ（図示せず）の ０番地から９９番地に蓄積され、また適応フィルタ５内の係数メモリの １００番地から １９９番地にフィルタ係数ｈ０〜ｈ９９ が蓄積され、互いの間で畳み込み演算が行われ、その演算結果がＹとして出力される。そして、メモリ３１の ２００番地のデータが適応フィルタ５内の係数メモリの １００番地にロードされ、 ２０１番地のデータが １０１番地にロードされ、あるいは逆に適応フィルタ５内の係数メモリの １００番地のデータがメモリ３１の ２００番地にセーブされるなどといったことが行われる。
【００４０】
すなわち、Ａ地点からの受話の場合、メモリ３１から適応フィルタ５内の係数メモリにデータをロードし、Ａ地点からの音声で、フィルタ係数を収束させ（学習を行い）、相手がＡ地点以外に切り替わったとき、適応フィルタ５内の係数メモリのデータをメモリ３１にセーブし、新たな地点に対応するメモリから、適応フィルタ５内の係数メモリにデータをロードする。この係数を用いて適応フィルタ５の学習を継続する。
【００４１】
次に、この擬似ステレオ拡声通話装置の動作について説明する。
【００４２】
この擬似ステレオ拡声通話装置の場合、例えばＡ地点などからの受話信号が受話チャネルＡ１に入力されると、受話検出手段１がそれを検出し、接続制御手段２が第１の信号経路３に接続し、第１の信号経路３を通じて受話フィルタ９と適応フィルタ５とに受話信号が入力される。受話フィルタ９では、受話検出手段１により検出された受話チャネルＡ１から、どの位置に音像を定位させるべきかが判るので、その位置に音像を定位させるよう伝達関数の演算がなされて各スピーカ１０、１１への利得が制御される。そして各スピーカ１０、１１から出力された音声は、エコー信号としてマイク１２で集音されて減算器８に伝送される。
【００４３】
一方、適応フィルタ５では、入力された受話信号を基に対応するフィルタ係数がフィルタ係数蓄積手段７からロードされて、受信チャネルＡ１から送信チャネル１３へ回り込むエコーが推定され、擬似エコーが生成されてそれが減算器８に出力される。
【００４４】
そして減算器８において、擬似エコーと集音されたエコーとが差し引かれて、その差信号が適応フィルタ５にフィードバックされ、適応フィルタ５は、その差信号がなくなるように、つまりエコーを収束させるように学習し、信号経路３に入力される音声がチャネルＡ１以外の音声になったとき、それを新たなフィルタ係数として、フィルタ係数蓄積手段７にセーブする。
【００４５】
ここで、例えばチャネルＡ１での受話中に、Ｂ地点からの受話信号がチャネルＢ１に受信されることがある。
【００４６】
この場合、地点Ｂからの受話信号がチャネルＢ１に受信されると、受話検出手段１がそれを検出し、接続制御手段２によりチャネルＢ１が第２の信号経路４に接続され、その受話信号は、第２の信号経路４を通じて受話フィルタ９と非適応フィルタ６とに入力される。
【００４７】
受話フィルタ９では、受話検出手段１により検出された受話チャネルＢ１の所定の位置に音像を定位させるよう音像定位のための関数演算を行い、左右それぞれのにおいて、二つの出力信号が加算されて、各スピーカ１０、１１の出力が制御される。そして各スピーカ１０、１１から出力された音声は、エコーとしてマイク１２で集音されて減算器８に伝送される。
【００４８】
この場合、地点数分のフィルタ係数用メモリが必要となるものの、モノラル型エコーキャンセラを用いた場合と同等の処理量でエコーを打ち消すことのできる２スピーカ、１マイク構成の擬似ステレオ拡声通話装置を構成することができる。
【００４９】
また上記以外にも、例えばチャネルＡ１の受話終了後、直ちにチャネルＢ１に受話信号が受信されることがある。この場合、接続制御手段２は、受話が終了して空いた第１の信号経路３にチャネルＢ１を接続する。
【００５０】
すると、第１の信号経路３上の適応フィルタ５は、Ａ地点からの受話信号で収束させたフィルタ係数を一旦フィルタ係数蓄積手段７内のＡ地点用メモリ３１にセーブした後、代わりにＢ地点用メモリ３２からフィルタ係数をロードして、その後、Ｂ地点からの受話信号での学習を行う。
【００５１】
すなわち、チャネルＢ１に受話信号が受信された場合であっても、適応フィルタ５が空いていれば、適応フィルタ５により擬似エコーが生成されるので、エコーを確実に打ち消すことができる。
【００５２】
このようにこの実施形態の擬似ステレオ拡声通話装置によれば、エコーキャンセラの中核部品として、フィルタ係数が逐次最適な値に更新される適応フィルタ５と、ロードされたフィルタ係数によりフィルタリング演算を行う非適応フィルタ６とを組み合わせて利用することにより、多くのチャネルＡ１〜Ｅ１の中で同時に２者が通話するときのエコーを適時打ち消すことができ、複数の話者が交替しながら通話する多地点間通信会議システムなどに用いる端末、つまり擬似ステレオ拡声通話装置をローコストに構成できる。
【００５３】
従来は音像定位位置が２カ所の場合、単一のエコーキャンセラではエコーを抑えきれなかったが、適応フィルタ５の他にローコストな非適応フィルタ６（補助エコーキャンセラ）を設けたことで、２者同時通話区間については、それぞれのフィルタ５、６でエコーを打ち消すことができる。但し補助エコーキャンセラのフィルタ係数は、フィルタ係数蓄積手段７からロードするだけなのでエコーパスの音響特性変動に適時追随することはできないが、スピーカ−マイク間の音響特性にさほど大きな変化がなければ、エコーを十分抑えることができる。またこの実施形態の擬似ステレオ拡声通話装置の受話フィルタ９による音像定位制御は、演算の容易な利得制御なので、モノラルエコーキャンセラ並の処理量で擬似ステレオ音声を再生できる。
【００５４】
次に、図５を参照して上記フィルタ係数蓄積手段７を変形した例について説明する。
【００５５】
上記フィルタ係数蓄積手段７の構成の場合、会議参加者の分だけメモリの数が必要となる。このため会議参加者が多くなると、それだけメモリを増設することになりコストアップする。
【００５６】
そこで、このコストアップを抑えるためにフィルタ係数蓄積手段を変形することが考えられる。
【００５７】
この場合、同図に示すように、フィルタ係数蓄積手段５０は、音声定位関数が定常となっている （ｉ−１）番目の区間における適応フィルタ５の推定伝達関数Ｈｉ−１ ’（ｚ）を蓄積するメモリ５２と、同様にｉ 番目の区間の推定伝達関数Ｈｉ ’（ｚ）を記憶するメモリ５１と、これら推定伝達関数Ｈｉ−１ ’（ｚ）、Ｈｉ ’（ｚ）から、スピーカ・マイク間の伝達関数ＨＲ （ｚ） 、ＨＬ （ｚ） を求め（分解処理）、これらスピーカ・マイク間の伝達関数ＨＲ （ｚ） 、ＨＬ （ｚ） から（ｉ＋１） 番目の区間における適応フィルタ５の伝達関数Ｈｉ＋１ ’（ｚ）の初期値を求める（合成処理）分解合成処理部５３と、スピーカ・マイク間伝達関数ＨＲ （ｚ） 、ＨＬ （ｚ） を記憶する２つのメモリ５４、５５とから構成されている。この係数蓄積手段５０を有するエコーキャンセラを推定伝達関数分解合成型エコーキャンセラという。
【００５８】
この場合、適応フィルタ５で推定された過去２区間の推定伝達関数Ｈｉ−１ ’（ｚ）、Ｈｉ ’（ｚ）をメモリ５１、５２に蓄積しておき、これらからスピーカ・マイク間伝達関数ＨＲ （ｚ） 、ＨＬ （ｚ） を求めてメモリ５４、５５に記憶するので、比較的安価にエコーキャンセラを構成できる。
【００５９】
以下、この推定伝達関数分解合成型エコーキャンセラによる推定伝達関数の演算方法について説明する。
【００６０】
まず、音像定位関数が定常な区間を単位としたｉ 番目の区間を考えてみる。
【００６１】
適応フィルタ５で推定された過去２区間（ｉ 区間、ｉ−１ 区間）の伝達関数をそれぞれ推定伝達関数Ｈｉ−１ ’（ｚ）、Ｈｉ ’（ｚ）とすると、エコーパスが定常で、推定が正確であると仮定すれば、この推定音響特性、すなわち推定伝達関数は、音像定位関数とは独立なスピーカ・マイク間伝達関数ＨＲ （ｚ） 、ＨＬ （ｚ） を用いて次式のように表すことができる。
【００６２】
【００６３】
Ｈｉ＋１ ’（ｚ）＝ＧＲｉ＋１（ｚ） ＨＲ （ｚ） ＋ＧＬｉ＋１（ｚ） ＨＬ （ｚ） …………式（３）
なる演算により、ｉ＋１ 区間のエコーキャンセラのフィルタ初期値を得ることができる。これら複数のフィルタ係数を各フィルタで用いることにより、話者交代によるエコー打ち消し量の劣化が生じないエコーキャンセラを実現できる。
【００６４】
一般に、音像定位制御法としては、遅延制御あるいは利得制御などがあるが、ここでは、比較的演算が簡単な利得制御の場合について説明する。
【００６５】
この場合、音像定位関数は、
ＧＲｉ（ｚ） ＝ｇＲｉ，ＧＬｉ（ｚ） ＝ｇＬｉ …………式（４）
なので、ＨＲ （ｚ） ，ＨＬ （ｚ） は、次式で求められる。
【００６６】
【００６７】
すなわち、図３に示したフィルタ係数蓄積手段７の場合は、初めて受信する相手との通話開始時は初期学習するまでの間、エコー打ち消し量の劣化が発生するが、フィルタ係数蓄積手段５０とした場合、相手の全地点からの通話が一通り終わらなくても二地点（すなわち二つの定常状態）での学習を行えば、その後は初期学習に伴うエコー打ち消しの劣化は生じない。またスピーカ・マイク間でのエコーパスが変化しても、変化後、二地点を再度学習すれば、その後は上記同様に話者交代によるエコー打ち消し量の劣化は生じない。
【００６８】
なお上記実施形態の拡声通話装置では、適応フィルタ５、非適応フィルタ６および受話フィルタ９への信号経路が二本（第１の信号経路３および第２の信号経路４）なので、同時に３種類以上の音像定位関数に対しては、エコーを打ち消すことができない。
【００６９】
そこで、異なる三地点以上からの通話に対しては、処理量が許せる範囲で、固定ＦＩＲフィルタなどの非適応フィルタをさらに追加することも考えられる。
【００７０】
すなわち、第２の信号経路４や非適応フィルタ６などが複数個になった場合も考えられる。
【００７１】
このように処理量の少ないデジタルフィルタを増設することにより、実際のアプリケーションにおける同時通話の発生頻度とコストとの兼ね合いで最適対応が可能である。
【００７２】
また本発明は、相手話者の画像をモニタ上で確認できるＴＶ会議システムのみでなく、画面上には話者が表示されず、共有のドキュメントや図形などが画面上にある協調ワークの通信会議や、モニター画面の存在しないシステム、つまり音声会議などにも適用できる。
【００７３】
また上記実施形態では、最も単純な２スピーカ、１マイク型の形態について説明したが、スピーカを三つ以上としたり、また入力側のマイクを複数にするなどの応用が可能である。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、２スピーカ、１マイク構成の拡声通話装置において、複数の会議参加者の中のある発言者からの音声を擬似ステレオで再生する中で、２者の同時通話や話者交代などが生じ、エコーパス特性の変動が生じた場合に、適応フィルタと非適応フィルタとによってエコーを打ち消すことができる。
【００７５】
また２人目の話者に対する非適応フィルタは、適応フィルタのようにフィルタ係数の自動更新を行わないので、従来のものと比較して演算量の大幅な増加がなく、したがって装置全体を比較的ローコストに構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る擬似ステレオ拡声通話装置の実施形態を示す図。
【図２】この擬似ステレオ拡声通話装置の受話フィルタの詳細構成を示す図。
【図３】この擬似ステレオ拡声通話装置のフィルタ係数蓄積手段の詳細構成を示す図。
【図４】図３のフィルタ係数蓄積手段と適応フィルタとの関係を示す図。
【図５】図３のフィルタ係数蓄積手段の変形例を示す図。
【図６】従来の擬似ステレオ拡声通話装置を示す図。
【図７】従来の擬似ステレオ拡声通話装置にモノラルエコーキャンセラを適用した例を示す図。
【図８】従来の擬似ステレオ拡声通話装置に線形結合型エコーキャンセラを適用した例を示す図。
【符号の説明】
１…受話検出手段、２…接続制御手段、３…第１の信号経路、４…第２の信号経路、５…適応フィルタ（ＡＤＦ）、６…非適応フィルタ（ＮＡＤＦ）、７、５０…フィルタ係数蓄積制御手段、８…減算器、９…受話フィルタ、３１〜３５…メモリ。
Claims (5)
- 複数の地点からの受話信号を受信する複数の受話チャネルと、
前記個々の受話チャネルに受信された受話信号を検出する受話検出手段と、
前記受話検出手段により検出された受話信号の受話数に応じて前記受話信号の受信された受話チャネルを第１または第２の信号経路のいずれか一方に接続する接続制御手段と、
前記受話音声の音像を音声毎に異なる位置に定位させるための複数のスピーカと、
前記第１および第２の信号経路を通じて入力された各受話信号について前記複数のスピーカの出力を制御し、それぞれの受話信号に対応する位置に音像を定位させる音像定位手段と、
発言者の音声を集音するためのマイクと、
前記第１の信号経路に接続され、前記受信チャネルから前記第１の信号経路、前記音像定位手段、スピーカおよびマイクを通じて送信チャネル側へ回り込むエコーパスを推定し擬似エコーを生成する適応フィルタと、
前記適応フィルタにより推定されたエコーパスに対応するフィルタ係数が蓄積されるエコーパス情報蓄積手段と、
前記第２の信号経路に接続され、前記受信チャネルから前記第２の信号経路、前記音像定位手段、スピーカおよびマイクを通じて送信チャネル側へ回り込むエコーパスに対応するフィルタ係数を前記エコーパス情報蓄積手段からロードし前記第２の信号経路を通じて送信チャネル側へ回り込むエコーを推定し擬似エコーを生成する非適応フィルタと、
前記非適応フィルタおよび適応フィルタにより生成された各擬似エコーを前記送信チャネルのエコー信号から差し引く減算器と
を具備したことを特徴とする拡声通話装置。 - 請求項１記載の拡声通話装置において、
前記音像定位手段が、
前記第１の信号経路を通じて入力された受話信号について、対応位置に音像を定位させるための各スピーカ用の関数演算を行う第１の信号演算部と、
前記第２の信号経路を通じて入力された受話信号について、対応位置に音像を定位させるための各スピーカ用の関数演算を行う第２の信号演算部と、
前記第１および第２の信号演算部により演算された同じスピーカに対する演算結果を加算する複数の加算器と
からなることを特徴とする拡声通話装置。 - 請求項１記載の拡声通話装置において、
前記エコーパス情報蓄積手段が、
前記各音像定位位置に対応した音響特性情報をフィルタ係数として記憶する複数のメモリを具備したことを特徴とする拡声通話装置。 - 請求項１記載の拡声通話装置において、
前記エコーパス情報蓄積手段が、
前記適応フィルタにより推定された伝達関数が定常な区間を単位とした前記音像定位手段の音響特性を含む過去の複数のエコーパス情報を記憶する第１の記憶手段と、
前記第１の記憶手段により記憶された前記音像定位手段の音響特性を含む過去の複数のエコーパス情報から、前記音像定位手段の音響特性を除いたエコーパス情報を求める手段と、
前記スピーカからマイクへ至るエコーパスの数分設けられ、求められた前記音像定位手段の音響特性を除いたエコーパス情報を記憶する第２の記憶手段と、
前記第２の記憶手段のエコーパス情報を基に、前記音像定位手段の次の音響特性を含んだエコーパス情報を求める手段と
を具備したことを特徴とする請求項１記載の拡声通話装置。 - 複数の受話チャネルに受信された受話信号を検出する受話検出手段と、
前記受話検出手段により検出された受話信号の受話数に応じて前記受話信号の受信された受話チャネルを第１または第２の信号経路のいずれか一方に接続する接続制御手段と、
前記第１の信号経路に接続され、前記受信チャネルから前記第１の信号経路、スピーカおよびマイクを通じて送信チャネル側へ回り込むエコーパスを推定し擬似エコーを生成する適応フィルタと、
前記適応フィルタにより推定されたエコーパスに対応するフィルタ係数が蓄積されるエコーパス情報蓄積手段と、
前記第２の信号経路に接続され、前記第２の信号経路から送信チャネルへ回り込むエコーパスに対応するフィルタ係数を前記エコーパス情報蓄積手段からロードし前記第２の信号経路を通じて送信チャネルへ回り込むエコーパスを推定し擬似エコーを生成する非適応フィルタと、
前記非適応フィルタおよび適応フィルタにより生成された各擬似エコーを前記送信チャネルのエコー信号から差し引く減算器と
を具備したことを特徴とするエコーキャンセラ。
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