JP3971711B2 - エコー抑圧方法、装置、およびプログラム - Google Patents
エコー抑圧方法、装置、およびプログラム Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【従来の技術】
図５に従来例のエコー抑圧装置（例えば、特許文献１の図１、ｐｐ１〜３参照）のブロック図を示す。
【０００２】
従来のエコー抑圧装置は、拡声手段であるスピーカ１０１と収音手段であるマイク１０２1〜１０２Mと移相器４０１1〜４０１Mと加算器４０２により構成される。
【０００３】
複数のマイク１０２1〜１０２Mによって収音されたそれぞれの収音信号Ｘi(ω)の位相を移相器４０１1〜４０１Mにより変化させ、加算器４０２で加算する。移相器４０１1〜４０１Mの移相量は、遠隔地から伝送され、スピーカ１０１で再生されたエコー成分を低減するような値に設定されている。例えば、Ｍ個のマイク１０２1〜１０２Mが、スピーカ１０１を中心とする円周上に等角度間隔で配置されている場合では、ｉ番目の移相器４０１iの移相量は３６０・（ｉ−１）／Ｍ度に設定される。
【０００４】
ｉ番目のマイク１０２iによって収音された収音信号Ｘi(ω)は、送話音声信号Ｓi(ω)とスピーカ１０１で再生されたエコー信号Ｅi(ω)を含む。ここで、マイク１０２1〜１０２Mはスピーカ１０１から等距離に配置されているので、収音信号中のエコー信号（残響がない場合）は、全てのマイク１０２1〜１０２Mに対して同じ信号となる。したがって、収音信号は式（１）で表すことができる。
【０００５】
【数１】
【０００６】
次に、移相器４０１1〜４０１Mにより移相を与え、加算した後の出力信号Ｙ（ω）は、移相量３６０・（ｉ−１）／Ｍ度を各収音信号に乗じ、加算した信号であるので式（２）で表される。この式に式（１）を代入し、展開すれば、エコー信号は消去され、送話音声信号のみが残る。
【０００７】
【数２】
【０００８】
以上より、従来のエコー抑圧装置により、エコー信号を抑圧し、送話音声信号を出力できることを示した。
【０００９】
次に、従来のエコー抑圧装置のマイクロホンアレイ技術（例えば、特許文献２の図１、ｐｐ８〜１５参照）の前処理に適用することを考える。
【００１０】
マイクロホンアレイ技術は、複数の収音手段により収音されたアナログ信号を、Ａ／Ｄ変換器によりディジタル信号に変換し、ディジタル信号処理により出力信号を得る。Ａ／Ｄ変換器の振幅分解能は通常１６ビット程度であり、量子化誤差の少ない高品質な送話音声を得るためには、Ａ／Ｄ変換器のレンジに合わせたアナログ信号レベルに設定する必要がある。しかし、例えば拡声手段と複数の収音手段が一体となった装置の場合、拡声手段と収音手段間の距離が近いために、送話音声に比べ大幅に大きいレベルでエコー信号が収音される。このため、エコー信号成分に比べレベルが大幅に小さい送話音声成分は、Ａ／Ｄ変換器で大きな量子化誤差を受けることとなる。
【００１１】
したがって、上記のような条件下では、Ａ／Ｄ変換前のアナログ信号処理によりエコー信号を抑圧する必要がある。
【００１２】
【特許文献１】
特開２０００−２５３１３２号公報
【特許文献２】
特開２００２−６２８９５号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のエコー抑圧装置をＡ／Ｄ変換前のアナログ信号処理に適用すれば、Ａ／Ｄ変換前にエコー信号を抑圧することができる。しかし、従来のエコー抑圧装置の出力は１チャネルであるので、この出力信号をマイクロホンアレイ技術に適用することはできない。また、従来のエコー抑圧装置を複数個並列に接続し、出力を複数チャネルにしたとしても、各出力信号は式（２）に示すように、収音信号の位相を変化させ加算した信号となっているので、チャネル間の位相情報を利用するマイクロホンアレイ技術を適用することは難しい。
【００１４】
以上のように、従来技術のエコー抑圧装置を、マイクロホンアレイ技術の前処理として用いることは難しい。
【００１５】
エコー信号が送話音声に比べ大幅に大きいレベルで収音される場合に、小さい量子化誤差でＡ／Ｄ変換するためには、アナログ信号処理でエコー信号を抑圧する必要がある。さらに、マイクロホンアレイ技術を適用するためには、送話音声のチャネル間の位相情報が保たれていることが必要である。
【００１６】
本発明の目的は、複数の収音手段を用いる場合に、送話音声のチャネル間の位相情報を保ちながら、エコー信号をアナログ信号処理で抑圧するエコー抑圧方法、装置、およびプログラムを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様によれば、エコー抑圧装置は、
遠隔地から伝送された音声を再生する拡声手段と、
拡声手段と一体的に配置された複数の収音手段と、
複数の収音手段の各々で収音された収音信号に相異なるゲインを乗じ加算する収音手段と同数のミキシング手段とを有し、
各ミキシング手段のゲインは、拡声手段により再生された音声を抑圧するように決定されている。
【００１８】
本発明の第２の態様によれば、エコー抑圧装置は、
遠隔地から伝送された音声を再生する拡声手段と、
拡声手段と一体的に配置された複数の収音手段と、
複数の収音手段の各々で収音された収音信号に相異なるゲインを乗じ加算する、収音手段と同数のミキシング手段と、
複数のミキシング手段の各出力をアナログ信号からディジタル信号へ変換するＡ／Ｄ変換手段と、
複数のＡ／Ｄ変換手段の各出力に相異なるゲインを乗じ加算する、収音手段と同数のディジタルミキシング手段とを有し、
各ミキシング手段のゲインは、拡声手段により再生された音声を抑圧するように決定され、
各ディジタルミキシング手段のゲインは、ディジタルミキシング後の信号が、対応する収音信号と同一となるように決定されている。
【００１９】
本発明は、複数の収音手段の各々で収音された収音信号のそれぞれに相異なるゲインを乗じ加算する、収音手段と同数のミキシング手段により、拡声手段により再生されたエコー信号成分の抑圧を実現する。さらに、ミキシング手段は、送話音声成分のチャネル間の位相情報を保持することを実現する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態のエコー抑圧装置のブロック図である。
【００２２】
本実施形態のエコー抑圧装置は、拡声手段であるスピーカ１０１と収音手段であるマイク１０２1〜１０２Mとミキシング部１０３1〜１０３Mにより構成される。また、各ミキシング部１０３i（ｉ＝１〜Ｍ）はゲイン器１０４i1〜１０４iMと加算器１０５iにより構成される。
【００２３】
本実施形態は、複数のマイク１０２1〜１０２Mにより収音された収音信号を複数のミキシング部１０３1〜１０３Mによりミキシングすることで、送話音声成分のチャネル間の位相情報を保持しながら、エコー信号成分を抑圧する装置である。
【００２４】
まず、ｉ番目のマイク１０２iにより収音された収音信号の周波数領域表現をＸi(ω）とし、これらを式（３）により行列としたものを
【００２５】
【数３】
とする。
【００２６】
次に、ｉ番目のマイク１０２iとｋ番目のミキシング部１０３kの出力間に与えられるゲインをａkiとし、これらを式（４）により行列としたものを
【００２７】
【数４】
とする。
【００２８】
ｋ番目のミキシング部１０３kの出力信号をＹk(ω）とし、これらを式（５）により行列としたものを
【００２９】
【数５】
とする。
【００３０】
ミキシング部１０３1〜１０３Mは、各収音信号にゲインを乗じ、これらを加算した信号を出力するので、出力信号の行列は式（６）で表される。
【００３１】
【数６】
【００３２】
ここで、ミキシング部１０３1〜１０３Mに要求される条件は、送話音声の位相を保ちながら、エコー信号成分を抑圧することである。
【００３３】
送話音声の位相を保つためには、ゲイン行列
【００３４】
【外１】
が単位行列
【００３５】
【外２】
となっていればよい。また、エコー信号成分を抑圧するためには式（７）の条件を満たせばよい。
【００３６】
【数７】
これら二つの条件を最小二乗解で解けば、式（８）となる。
【００３７】
【数８】
式（８）を解くためには、
【００３８】
【外３】
を求める必要がある。求め方には二通りあり、一つ目は、実際に収音信号を観測し求める方法、二つ目は、スピーカ１０１とマイク１０２1〜１０２Mの位置関係から求める方法である。実際に収音信号を観測し求める方法では、実際の収音信号を収録し、周波数領域に変換することで求めることができる。位置関係から求める方法では、ｉ番目のマイク１０２iとｋ番目の１０２kのエコー到来時間差τikを式（９）により求め、収音レベルｇikを式（１０）により求める。
【００３９】
【数９】
【００４０】
次に、
【００４１】
【外４】
は、式（１１）により求められる。
【００４２】
【数１０】
【００４３】
以上、式（８）により決定されるゲイン行列
【００４４】
【外５】
を用いて、収音信号をマイク１０２1〜１０２Mと同数のミキシング部１０３1〜１０３Mでミキシングし、収音手段と同数の出力を得る。これらの出力信号は、エコー信号成分が抑圧され、送話音声成分の位相情報が保たれている。
【００４５】
次に、本発明の有効性を示すために、図４に実験結果を示す。実験条件は、マイクの数Ｍ：４、送話信号対エコー信号比（マイク位置）：０ｄＢ、部屋の残響：３００ｍｓである。スピーカ１０１とマイク１０２1〜１０２4の位置は図４（ａ）部に示すとおりである。この条件で、送話音声とエコー信号に対する周波数特性を測定した結果を、図４（ｂ）および図４（ｃ）に示す。図４（ｂ）は無処理の場合の周波数特性であり、図４（ｃ）は本発明を用いた場合の周波数特性である。両図を比較すれば、図４（ｃ）の本発明を用いた場合のエコー信号に対する周波数特性は、６００Ｈｚ程度までの低域において、無処理の場合に比べ１０ｄＢ程度低くなっており、エコー信号を抑圧できていることが確認できる。また、送話音声に対する周波数特性は、両者ともほぼ同一の特性となっていることが確認できる。
【００４６】
以上示したように、本実施形態では、複数のマイク１０２1〜１０２Mにより収音した収音信号を、マイク１０２1〜１０２Mと同数のミキシング部１０３1〜１０３Mによりミキシングすることにより、送話音声の位相情報を保ちつつ、エコー信号成分を抑圧した、マイク１０２1〜１０２Mと同数の出力信号を得ることができる。
【００４７】
（第２の実施形態）
図２は本発明の第２の実施形態のエコー抑圧装置のブロック図である。
【００４８】
本実施形態のエコー抑圧装置は、スピーカ１０１とマイク１０２1〜１０２Mとミキシング部１０３1〜１０３MとＡ／Ｄ変換部２０１1〜２０１Mとディジタルミキシング部２０２1〜２０２Mより構成される。また、ミキシング部１０３iはゲイン器１０４i1〜１０４iMと加算器１０５iにより構成され、各ディジタルミキシング部２０２i（ｉ＝１〜Ｍ）はゲイン器２０３i1〜２０３iMと加算器２０４iにより構成される。
【００４９】
本実施形態のエコー抑圧装置は、まず、第１の実施形態と同様にして、複数のマイク１０２1〜１０２Mにより収音された収音信号を複数のミキシング部１０３1〜１０３Mによりミキシングすることでエコー信号成分を抑圧する。次に、これらの信号をＡ／Ｄ変換部２０１1〜２０１MによりＡ／Ｄ変換し、ディジタル信号にする。各ディジタル信号は、複数のディジタルミキシング部２０２1〜２０２Mによりミキシングされ、元の収音信号に復元される。
【００５０】
これらの処理により、Ａ／Ｄ変換前にエコー信号成分を抑圧することができ、エコー信号が送話音声に比べ大幅に大きいレベルで収音される場合であっても、小さい量子化誤差で話者音声をＡ／Ｄ変換できる。さらに、Ａ／Ｄ変換後のミキシングにより収音信号を回復できるので、ミキシングによる送話音声の劣化がない。
【００５１】
まず、ミキシング部１０３1〜１０３Mでは、第１の実施形態と同様のゲイン行列（式８）を用いて、収音信号をミキシングし、エコー信号成分を抑圧する。次に、それらの信号はＡ／Ｄ変換部２０１1〜２０１MによりＡ／Ｄ変換され、ディジタル信号に変換される。変換されたディジタル信号は、ゲイン行列
【００５２】
【外６】
の逆行列
【００５３】
【外７】
を用いてディジタルミキシング部２０２1〜２０２Mでミキシングされる。
【００５４】
Ａ／Ｄ変換前の信号の行列
【００５５】
【外８】
は、第１の実施形態で導出した式（６）で表され、同様にしてディジタルミキシング後の信号の行列
【００５６】
【外９】
は式（１２）で表される。ここで、式（１２）に式（６）を代入すれば、収音信号
【００５７】
【外１０】
が復元されることが分かる。
【００５８】
【数１１】
【００５９】
以上示したように、本実施形態は、Ａ／Ｄ変換前にエコー信号成分を抑圧し、Ａ／Ｄ変換後のディジタル信号から収音信号を復元することができる。
【００６０】
これら以外の部分に関しては、第１の実施形態と同じであるので、説明を省略する。
【００６１】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態のエコー抑圧装置について説明する。
【００６２】
第３の実施形態のエコー抑圧装置は、第１または第２の実施形態のエコー抑圧装置のマイク１０２1〜１０２Mが、図３に示すようにスピーカ１０１から等距離に配置されている。この場合、マイク１０２1〜１０２M間のエコー到来時間差Ｔikは全て０となり、収音レベルｇikは、全て同じ正の値となる。したがって、式（１１）の行列
【００６３】
【外１１】
の要素は全て同じ値の正の実数となる。よって、式（１１）と式（８）により求められるゲイン行列
【００６４】
【外１２】
は、式（１３）となる。対角成分が任意の定数αであり、それ以外の成分は、定数αと逆の符号を持つ任意の定数βとなる。
【００６５】
【数１２】
【００６６】
式（１３）において、行成分を加算したときに、その値が０となれば、エコー信号の直接波成分を完全に抑圧することができる。これを式で表せば、式（１４）となる。ただし、この場合は行列
【００６７】
【外１３】
の逆行列が存在しなくなるので、第２の実施形態には適用できない。
【００６８】
α＝−（Ｍ−１）β （14）
本実施形態を第１の実施形態または第２の実施形態に適用するためには、ゲイン行列
【００６９】
【外１４】
の逆行列が存在するように、行成分を加算した値が０以外の値となればよいので、この場合には、式（１５）が適用される。ただし、γは任意の定数である。
【００７０】
α＝−（Ｍ−１）β＋γ （15）
さらに、任意の行列の行成分を加算したときに、その値が０となれば、式（１３）の場合と同様にエコー信号の直接波成分を完全に抑圧することができる。これは、式（１６）、（１７）により表される。ただし、この場合は行列
【００７１】
【外１５】
の逆行列が存在しなくなるので、第２の実施形態には適用できない。
【００７２】
【数１３】
【００７３】
本実施形態を第１の実施形態と第２の実施形態に適用するためには、行列
【００７４】
【外１６】
の逆行列が存在するように、行成分を加算した値が０以外の値となればよいので、この場合には、式（１８）が適用される。ただし、γiは任意の定数である。
【００７５】
【数１４】
【００７６】
以上説明したように、第３の実施形態では、式（１３）と式（１４）、式（１３）と式（１５）、式（１６）と式（１７）、式（１６）と式（１８）の組み合わせのいずれかを用いてゲイン行列
【００７７】
【外１７】
を求めることができる。
【００７８】
これら以外の部分に関しては、第１または第２の実施形態と同じであるので、説明を省略する。
【００７９】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態のエコー抑圧装置について説明する。
【００８０】
第４の実施形態のエコー抑圧装置は、第１〜３の実施形態のエコー抑圧装置のマイク１０２1〜１０２Mが指向性を有し、指向性の感度の低い方向がスピーカ１０１の方向へ向けられている。これにより、マイク１０２1〜１０２Mの指向性によっても、エコーを抑圧することが可能となり、エコー抑圧性能が向上する。
【００８１】
これら以外の部分に関しては、第１〜３の実施形態と同じであるので、説明を省略する。
【００８２】
なお、本発明は専用のハードウェアにより実現されるもの以外に、その機能を実現するためのプログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行するものであってもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、フロッピーディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク装置等の記憶装置を指す。さらに、コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、インターネットを介してプログラムを送信する場合のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの（伝送媒体もしくは伝送波）、その場合のサーバとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含む。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数の収音手段で収音した信号を複数のミキシング手段によりミキシングすることにより、送話音声の位相情報を保持し、エコーを抑圧した複数の出力信号を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のエコー抑圧装置を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態のエコー抑圧装置を示すブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施形態のエコー抑圧装置のマイク１０２1〜１０２Mとスピーカ１０１の配置を示す図である。
【図４】本発明のエコー抑圧効果を示す図である。
【図５】従来のエコー抑圧装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０１ スピーカ
１０２1〜１０２M マイク
１０３1〜１０３M ミキシング部
１０４11〜１０４MM ゲイン
１０５1〜１０５M 加算器
２０１1〜２０１M Ａ／Ｄ変換部
２０２1〜２０２M ディジタルミキシング部
２０３11〜２０３MM ゲイン
２０４1〜２０４M 加算器
４０１1〜４０１M 移相器
４０２ 加算器
【従来の技術】
図５に従来例のエコー抑圧装置（例えば、特許文献１の図１、ｐｐ１〜３参照）のブロック図を示す。
【０００２】
従来のエコー抑圧装置は、拡声手段であるスピーカ１０１と収音手段であるマイク１０２1〜１０２Mと移相器４０１1〜４０１Mと加算器４０２により構成される。
【０００３】
複数のマイク１０２1〜１０２Mによって収音されたそれぞれの収音信号Ｘi(ω)の位相を移相器４０１1〜４０１Mにより変化させ、加算器４０２で加算する。移相器４０１1〜４０１Mの移相量は、遠隔地から伝送され、スピーカ１０１で再生されたエコー成分を低減するような値に設定されている。例えば、Ｍ個のマイク１０２1〜１０２Mが、スピーカ１０１を中心とする円周上に等角度間隔で配置されている場合では、ｉ番目の移相器４０１iの移相量は３６０・（ｉ−１）／Ｍ度に設定される。
【０００４】
ｉ番目のマイク１０２iによって収音された収音信号Ｘi(ω)は、送話音声信号Ｓi(ω)とスピーカ１０１で再生されたエコー信号Ｅi(ω)を含む。ここで、マイク１０２1〜１０２Mはスピーカ１０１から等距離に配置されているので、収音信号中のエコー信号（残響がない場合）は、全てのマイク１０２1〜１０２Mに対して同じ信号となる。したがって、収音信号は式（１）で表すことができる。
【０００５】
【数１】
次に、移相器４０１1〜４０１Mにより移相を与え、加算した後の出力信号Ｙ（ω）は、移相量３６０・（ｉ−１）／Ｍ度を各収音信号に乗じ、加算した信号であるので式（２）で表される。この式に式（１）を代入し、展開すれば、エコー信号は消去され、送話音声信号のみが残る。
【０００７】
【数２】
以上より、従来のエコー抑圧装置により、エコー信号を抑圧し、送話音声信号を出力できることを示した。
【０００９】
次に、従来のエコー抑圧装置のマイクロホンアレイ技術（例えば、特許文献２の図１、ｐｐ８〜１５参照）の前処理に適用することを考える。
【００１０】
マイクロホンアレイ技術は、複数の収音手段により収音されたアナログ信号を、Ａ／Ｄ変換器によりディジタル信号に変換し、ディジタル信号処理により出力信号を得る。Ａ／Ｄ変換器の振幅分解能は通常１６ビット程度であり、量子化誤差の少ない高品質な送話音声を得るためには、Ａ／Ｄ変換器のレンジに合わせたアナログ信号レベルに設定する必要がある。しかし、例えば拡声手段と複数の収音手段が一体となった装置の場合、拡声手段と収音手段間の距離が近いために、送話音声に比べ大幅に大きいレベルでエコー信号が収音される。このため、エコー信号成分に比べレベルが大幅に小さい送話音声成分は、Ａ／Ｄ変換器で大きな量子化誤差を受けることとなる。
【００１１】
したがって、上記のような条件下では、Ａ／Ｄ変換前のアナログ信号処理によりエコー信号を抑圧する必要がある。
【００１２】
【特許文献１】
特開２０００−２５３１３２号公報
【特許文献２】
特開２００２−６２８９５号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のエコー抑圧装置をＡ／Ｄ変換前のアナログ信号処理に適用すれば、Ａ／Ｄ変換前にエコー信号を抑圧することができる。しかし、従来のエコー抑圧装置の出力は１チャネルであるので、この出力信号をマイクロホンアレイ技術に適用することはできない。また、従来のエコー抑圧装置を複数個並列に接続し、出力を複数チャネルにしたとしても、各出力信号は式（２）に示すように、収音信号の位相を変化させ加算した信号となっているので、チャネル間の位相情報を利用するマイクロホンアレイ技術を適用することは難しい。
【００１４】
以上のように、従来技術のエコー抑圧装置を、マイクロホンアレイ技術の前処理として用いることは難しい。
【００１５】
エコー信号が送話音声に比べ大幅に大きいレベルで収音される場合に、小さい量子化誤差でＡ／Ｄ変換するためには、アナログ信号処理でエコー信号を抑圧する必要がある。さらに、マイクロホンアレイ技術を適用するためには、送話音声のチャネル間の位相情報が保たれていることが必要である。
【００１６】
本発明の目的は、複数の収音手段を用いる場合に、送話音声のチャネル間の位相情報を保ちながら、エコー信号をアナログ信号処理で抑圧するエコー抑圧方法、装置、およびプログラムを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様によれば、エコー抑圧装置は、
遠隔地から伝送された音声を再生する拡声手段と、
拡声手段と一体的に配置された複数の収音手段と、
複数の収音手段の各々で収音された収音信号に相異なるゲインを乗じ加算する収音手段と同数のミキシング手段とを有し、
各ミキシング手段のゲインは、拡声手段により再生された音声を抑圧するように決定されている。
【００１８】
本発明の第２の態様によれば、エコー抑圧装置は、
遠隔地から伝送された音声を再生する拡声手段と、
拡声手段と一体的に配置された複数の収音手段と、
複数の収音手段の各々で収音された収音信号に相異なるゲインを乗じ加算する、収音手段と同数のミキシング手段と、
複数のミキシング手段の各出力をアナログ信号からディジタル信号へ変換するＡ／Ｄ変換手段と、
複数のＡ／Ｄ変換手段の各出力に相異なるゲインを乗じ加算する、収音手段と同数のディジタルミキシング手段とを有し、
各ミキシング手段のゲインは、拡声手段により再生された音声を抑圧するように決定され、
各ディジタルミキシング手段のゲインは、ディジタルミキシング後の信号が、対応する収音信号と同一となるように決定されている。
【００１９】
本発明は、複数の収音手段の各々で収音された収音信号のそれぞれに相異なるゲインを乗じ加算する、収音手段と同数のミキシング手段により、拡声手段により再生されたエコー信号成分の抑圧を実現する。さらに、ミキシング手段は、送話音声成分のチャネル間の位相情報を保持することを実現する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態のエコー抑圧装置のブロック図である。
【００２２】
本実施形態のエコー抑圧装置は、拡声手段であるスピーカ１０１と収音手段であるマイク１０２1〜１０２Mとミキシング部１０３1〜１０３Mにより構成される。また、各ミキシング部１０３i（ｉ＝１〜Ｍ）はゲイン器１０４i1〜１０４iMと加算器１０５iにより構成される。
【００２３】
本実施形態は、複数のマイク１０２1〜１０２Mにより収音された収音信号を複数のミキシング部１０３1〜１０３Mによりミキシングすることで、送話音声成分のチャネル間の位相情報を保持しながら、エコー信号成分を抑圧する装置である。
【００２４】
まず、ｉ番目のマイク１０２iにより収音された収音信号の周波数領域表現をＸi(ω）とし、これらを式（３）により行列としたものを
【００２５】
【数３】
【００２６】
次に、ｉ番目のマイク１０２iとｋ番目のミキシング部１０３kの出力間に与えられるゲインをａkiとし、これらを式（４）により行列としたものを
【００２７】
【数４】
【００２８】
ｋ番目のミキシング部１０３kの出力信号をＹk(ω）とし、これらを式（５）により行列としたものを
【００２９】
【数５】
【００３０】
ミキシング部１０３1〜１０３Mは、各収音信号にゲインを乗じ、これらを加算した信号を出力するので、出力信号の行列は式（６）で表される。
【００３１】
【数６】
ここで、ミキシング部１０３1〜１０３Mに要求される条件は、送話音声の位相を保ちながら、エコー信号成分を抑圧することである。
【００３３】
送話音声の位相を保つためには、ゲイン行列
【００３４】
【外１】
【００３５】
【外２】
【００３６】
【数７】
【００３７】
【数８】
【００３８】
【外３】
【００３９】
【数９】
次に、
【００４１】
【外４】
【００４２】
【数１０】
以上、式（８）により決定されるゲイン行列
【００４４】
【外５】
【００４５】
次に、本発明の有効性を示すために、図４に実験結果を示す。実験条件は、マイクの数Ｍ：４、送話信号対エコー信号比（マイク位置）：０ｄＢ、部屋の残響：３００ｍｓである。スピーカ１０１とマイク１０２1〜１０２4の位置は図４（ａ）部に示すとおりである。この条件で、送話音声とエコー信号に対する周波数特性を測定した結果を、図４（ｂ）および図４（ｃ）に示す。図４（ｂ）は無処理の場合の周波数特性であり、図４（ｃ）は本発明を用いた場合の周波数特性である。両図を比較すれば、図４（ｃ）の本発明を用いた場合のエコー信号に対する周波数特性は、６００Ｈｚ程度までの低域において、無処理の場合に比べ１０ｄＢ程度低くなっており、エコー信号を抑圧できていることが確認できる。また、送話音声に対する周波数特性は、両者ともほぼ同一の特性となっていることが確認できる。
【００４６】
以上示したように、本実施形態では、複数のマイク１０２1〜１０２Mにより収音した収音信号を、マイク１０２1〜１０２Mと同数のミキシング部１０３1〜１０３Mによりミキシングすることにより、送話音声の位相情報を保ちつつ、エコー信号成分を抑圧した、マイク１０２1〜１０２Mと同数の出力信号を得ることができる。
【００４７】
（第２の実施形態）
図２は本発明の第２の実施形態のエコー抑圧装置のブロック図である。
【００４８】
本実施形態のエコー抑圧装置は、スピーカ１０１とマイク１０２1〜１０２Mとミキシング部１０３1〜１０３MとＡ／Ｄ変換部２０１1〜２０１Mとディジタルミキシング部２０２1〜２０２Mより構成される。また、ミキシング部１０３iはゲイン器１０４i1〜１０４iMと加算器１０５iにより構成され、各ディジタルミキシング部２０２i（ｉ＝１〜Ｍ）はゲイン器２０３i1〜２０３iMと加算器２０４iにより構成される。
【００４９】
本実施形態のエコー抑圧装置は、まず、第１の実施形態と同様にして、複数のマイク１０２1〜１０２Mにより収音された収音信号を複数のミキシング部１０３1〜１０３Mによりミキシングすることでエコー信号成分を抑圧する。次に、これらの信号をＡ／Ｄ変換部２０１1〜２０１MによりＡ／Ｄ変換し、ディジタル信号にする。各ディジタル信号は、複数のディジタルミキシング部２０２1〜２０２Mによりミキシングされ、元の収音信号に復元される。
【００５０】
これらの処理により、Ａ／Ｄ変換前にエコー信号成分を抑圧することができ、エコー信号が送話音声に比べ大幅に大きいレベルで収音される場合であっても、小さい量子化誤差で話者音声をＡ／Ｄ変換できる。さらに、Ａ／Ｄ変換後のミキシングにより収音信号を回復できるので、ミキシングによる送話音声の劣化がない。
【００５１】
まず、ミキシング部１０３1〜１０３Mでは、第１の実施形態と同様のゲイン行列（式８）を用いて、収音信号をミキシングし、エコー信号成分を抑圧する。次に、それらの信号はＡ／Ｄ変換部２０１1〜２０１MによりＡ／Ｄ変換され、ディジタル信号に変換される。変換されたディジタル信号は、ゲイン行列
【００５２】
【外６】
【００５３】
【外７】
【００５４】
Ａ／Ｄ変換前の信号の行列
【００５５】
【外８】
【００５６】
【外９】
【００５７】
【外１０】
【００５８】
【数１１】
以上示したように、本実施形態は、Ａ／Ｄ変換前にエコー信号成分を抑圧し、Ａ／Ｄ変換後のディジタル信号から収音信号を復元することができる。
【００６０】
これら以外の部分に関しては、第１の実施形態と同じであるので、説明を省略する。
【００６１】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態のエコー抑圧装置について説明する。
【００６２】
第３の実施形態のエコー抑圧装置は、第１または第２の実施形態のエコー抑圧装置のマイク１０２1〜１０２Mが、図３に示すようにスピーカ１０１から等距離に配置されている。この場合、マイク１０２1〜１０２M間のエコー到来時間差Ｔikは全て０となり、収音レベルｇikは、全て同じ正の値となる。したがって、式（１１）の行列
【００６３】
【外１１】
【００６４】
【外１２】
【００６５】
【数１２】
式（１３）において、行成分を加算したときに、その値が０となれば、エコー信号の直接波成分を完全に抑圧することができる。これを式で表せば、式（１４）となる。ただし、この場合は行列
【００６７】
【外１３】
【００６８】
α＝−（Ｍ−１）β （14）
本実施形態を第１の実施形態または第２の実施形態に適用するためには、ゲイン行列
【００６９】
【外１４】
【００７０】
α＝−（Ｍ−１）β＋γ （15）
さらに、任意の行列の行成分を加算したときに、その値が０となれば、式（１３）の場合と同様にエコー信号の直接波成分を完全に抑圧することができる。これは、式（１６）、（１７）により表される。ただし、この場合は行列
【００７１】
【外１５】
【００７２】
【数１３】
本実施形態を第１の実施形態と第２の実施形態に適用するためには、行列
【００７４】
【外１６】
【００７５】
【数１４】
以上説明したように、第３の実施形態では、式（１３）と式（１４）、式（１３）と式（１５）、式（１６）と式（１７）、式（１６）と式（１８）の組み合わせのいずれかを用いてゲイン行列
【００７７】
【外１７】
【００７８】
これら以外の部分に関しては、第１または第２の実施形態と同じであるので、説明を省略する。
【００７９】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態のエコー抑圧装置について説明する。
【００８０】
第４の実施形態のエコー抑圧装置は、第１〜３の実施形態のエコー抑圧装置のマイク１０２1〜１０２Mが指向性を有し、指向性の感度の低い方向がスピーカ１０１の方向へ向けられている。これにより、マイク１０２1〜１０２Mの指向性によっても、エコーを抑圧することが可能となり、エコー抑圧性能が向上する。
【００８１】
これら以外の部分に関しては、第１〜３の実施形態と同じであるので、説明を省略する。
【００８２】
なお、本発明は専用のハードウェアにより実現されるもの以外に、その機能を実現するためのプログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行するものであってもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、フロッピーディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク装置等の記憶装置を指す。さらに、コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、インターネットを介してプログラムを送信する場合のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの（伝送媒体もしくは伝送波）、その場合のサーバとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含む。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数の収音手段で収音した信号を複数のミキシング手段によりミキシングすることにより、送話音声の位相情報を保持し、エコーを抑圧した複数の出力信号を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のエコー抑圧装置を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態のエコー抑圧装置を示すブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施形態のエコー抑圧装置のマイク１０２1〜１０２Mとスピーカ１０１の配置を示す図である。
【図４】本発明のエコー抑圧効果を示す図である。
【図５】従来のエコー抑圧装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０１ スピーカ
１０２1〜１０２M マイク
１０３1〜１０３M ミキシング部
１０４11〜１０４MM ゲイン
１０５1〜１０５M 加算器
２０１1〜２０１M Ａ／Ｄ変換部
２０２1〜２０２M ディジタルミキシング部
２０３11〜２０３MM ゲイン
２０４1〜２０４M 加算器
４０１1〜４０１M 移相器
４０２ 加算器
Claims (7)
- エコー抑圧方法であって、
受話音声を拡声手段で再生する拡声段階と、
前記拡声手段と一体的に配置された複数の収音手段で収音する収音段階と、
前記複数の収音手段と同数のミキシング手段それぞれで、前記複数の収音手段の各々で収音された収音信号それぞれにゲインを乗じ加算した信号を出力するミキシング段階とを有し、
前記各ミキシング手段のゲインは、前記収音信号の位相を保つ条件と前記出力信号中に含まれる前記拡声段階で再生された音声信号成分を抑圧する条件とを満たす最小二乗解であるエコー抑圧方法。 - エコー抑圧方法であって、
受話音声を拡声手段で再生する拡声段階と、
前記拡声手段と一体的に配置された複数の収音手段で収音する収音段階と、
前記複数の収音手段と同数のミキシング手段それぞれで、前記複数の収音手段の各々で収音された収音信号それぞれにゲインを乗じ加算した信号を出力するミキシング段階と、
前記複数のミキシング手段の各出力をアナログ信号からディジタル信号へ変換するＡ／Ｄ変換段階と、
前記収音手段と同数のディジタルミキシング手段の各々で、前記複数のＡ／Ｄ変換段階の各出力にゲインを乗じ加算した信号を出力するミキシング段階とを有し、
前記各ミキシング手段のゲインは、前記収音信号の位相を保つ条件と前記出力信号中に含まれる前記拡声段階で再生された音声信号成分を抑圧する条件とを満たす最小二乗解であり、
ｋ番目のミキシング手段におけるｉ番目の収音手段で収音された信号に与えるゲインをａ ki とし、これらを行列としたものを、
前記各ディジタルミキシング手段のゲインは、前記Ａの逆行列により決定されているエコー抑圧方法。 - 前記各収音手段は前記拡声手段から等距離に配置されている請求項１または請求項２に記載のエコー抑圧方法。
- エコー抑圧装置であって、
受話音声を再生する拡声手段と、
前記拡声手段と一体的に配置された複数の収音手段と、
前記複数の収音手段の各々で収音された収音信号それぞれにゲインを乗じ加算した信号を出力する、前記複数の収音手段と同数のミキシング手段とを有し、
前記各ミキシング手段のゲインは、前記収音信号の位相を保つ条件と前記出力信号中に含まれる前記拡声手段で再生された音声信号成分を抑圧する条件とを満たす最小二乗解であるエコー抑圧装置。 - エコー抑圧装置であって、
受話音声を再生する拡声手段と、
前記拡声手段と一体的に配置された複数の収音手段と、
前記複数の収音手段の各々で収音された収音信号それぞれにゲインを乗じ加算した信号を出力する、前記複数の収音手段と同数のミキシング手段と、
前記複数のミキシング手段の各出力をアナログ信号からディジタル信号へ変換するＡ／Ｄ変換手段と、
前記複数のＡ／Ｄ変換手段の各出力にゲインを乗じ加算した信号を出力する、前記複数の収音手段と同数のディジタルミキシング手段とを有し、
前記各ミキシング手段のゲインは、前記収音信号の位相を保つ条件と前記出力信号中に含まれる前記拡声手段で再生された音声信号成分を抑圧する条件とを満たす最小二乗解であり、
ｋ番目のミキシング手段におけるｉ番目の収音手段で収音された信号に与えるゲインをａ ki とし、これらを行列としたものを、
前記各ディジタルミキシング手段のゲインは、前記Ａの逆行列により決定されているエコー抑圧装置。 - 前記各収音手段は前記拡声手段から等距離に配置されている請求項４または請求項５に記載のエコー抑圧装置。
- 請求項１から３のいずれかに記載のエコー抑圧方法をコンピュータに実行させるためのエコー抑圧プログラム。
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