JP4324036B2 - Echo cancellation device - Google Patents
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Description
本発明は、スピーカとマイクロホンを用いて通話を行うハンズフリー通話等の通信機器に利用され、受話音声と送話音声との間で発生するエコーを消去するエコーキャンセル装置に関する。 The present invention relates to an echo canceling apparatus that is used in a communication device such as a hands-free call that makes a call using a speaker and a microphone, and that eliminates an echo generated between a received voice and a transmitted voice.
従来のエコーキャンセル装置としては、エコーを消去する2つの適応フィルタにより構成され、エコーパスで生成されるエコー信号と適応フィルタで生成される擬似エコー信号との誤差である誤差信号のみを用いて適応フィルタのステップサイズを算出し、このステップサイズに基づいて適応フィルタのフィルタ係数を求めるものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 As a conventional echo canceling device, an adaptive filter is composed of two adaptive filters that cancel echoes, and uses only an error signal that is an error between an echo signal generated by an echo path and a pseudo echo signal generated by an adaptive filter. Is known, and a filter coefficient of an adaptive filter is obtained based on the step size (see, for example, Patent Document 1).
以下、従来のエコーキャンセル装置について図面を用いて説明する。図14は、従来のエコーキャンセル装置のブロック図を表し、図15は、従来のエコーキャンセル装置のステップサイズ演算部のブロック図を表す。また、以下の説明では、例えば受信入力信号x(k)のM次元列ベクトルをxM(k)と示す。ここで、kは離散的時間を表す変数である。 A conventional echo canceling device will be described below with reference to the drawings. FIG. 14 is a block diagram of a conventional echo canceling apparatus, and FIG. 15 is a block diagram of a step size calculation unit of the conventional echo canceling apparatus. In the following description, for example, an M-dimensional column vector of the received input signal x (k) is denoted as x M (k). Here, k is a variable representing discrete time.
従来のエコーキャンセル装置のブロック図を図14に示す。 A block diagram of a conventional echo canceling apparatus is shown in FIG.
受信入力端子1412に一定のサンプリング間隔で入力された受信入力信号x(k)は、D/A変換器1414を経由してスピーカ1416から出力されるとともに、第1の適応フィルタ1402、第2の適応フィルタ1406、第1の係数更新部1404、第2の係数更新部1411に送信される。
The reception input signal x (k) input to the
第1の適応フィルタ1402は、一般的にFIR(Finite Impulse Response)フィルタで構成されており、受信入力信号x(k)と第1のフィルタ係数w1(k)とを式(1)に示すように畳み込み、第1の擬似エコー信号yh1(k)を生成する。なお、M1は第1の適応フィルタ1402のタップ数である。また、上付きの添え字Tは転置を表す。
The first
第1の減算器1403は、送信入力信号d(k)から第1の擬似エコー信号yh1(k)を減算し、式(2)によって第1の誤差信号e1(k)を生成する。
The
ステップサイズ演算部1410は、第1の誤差信号e1(k)および第2の誤差信号e2(k)に基づいてステップサイズμ2(k)を算出する。
The
第1の誤差信号平均値算出部1501は、第1の誤差信号e1(k)に基づいて、式(6)によって第1の誤差信号平均値σe1 2(k)を算出する。なお、Kは平均値を算出するためのサンプル数である。
First error
第1の比較器1506は、第1の誤差信号平均値σe1’2(k)がMサンプル遅延された第1の誤差信号平均値σe1’2(k−M)以上であるか否かを判定し、第1の誤差信号平均値σe1’2(k)がMサンプル遅延された第1の誤差信号平均値σe1’2(k−M)以上である場合には1を、第1の誤差信号平均値σe1’2(k)がMサンプル遅延された第1の誤差信号平均値σe1’2(k−M)を超えないときは0をANDゲート1508に出力する。
The
乗算器1512は、Mサンプル遅延された第1の誤差信号平均値σe1’2(k−M)に0.5を乗算する。 The multiplier 1512 multiplies the first error signal average value σ e1 ′ 2 (k−M) delayed by M samples by 0.5.
減算器1513は、第1の誤差信号平均値σe1’2(k)から乗算器1512の出力である0.5×σe1’2(k−M)を減算し、式(7)によってノイズ平均値σn’2(k)を算出する。
The
ノイズ平均値選択スイッチ1515は、第3の比較器1514によって出力された値が1の場合は接点aを選択し、0の場合は接点bを選択する。また、ノイズ平均値選択スイッチ1515が接点aを選択した場合には式(9)で算出したノイズ平均値σn’2(k)を、接点bを選択した場合には0をノイズ平均値σn’2(k)としてローパスフィルタ1502に出力する。
The noise average
ローパスフィルタ1502は、ノイズ平均値σn’2(k)に基づいて、式(8)によって平滑化されたノイズ平均値σna’2(k)を算出する。なお、パラメータαは0から1までの値である。
The
除算器1505は、減算器1504の出力を第2の誤差信号平均値σe2’2(k)で除算し、式(10)によってμ2’(k)を算出する。
The
ANDゲート1508は、第1の比較器1506および第2の比較器1511から出力される値が共に1のときは1を、どちらか一方の値が0の場合は0をステップサイズ選択スイッチ1509に出力する。
The
ステップサイズ選択スイッチ1509は、ANDゲート1508から出力される値が1の場合は接点bを選択し、0の場合は接点aを選択する。また、ステップサイズ選択スイッチ1509が、接点bを選択した場合には1を、接点aを選択した場合には除算器1505によって算出されたμ2’(k)をステップサイズμ2(k)として第2の係数更新部1411に出力する。
The step
第2の係数更新部1411は、受信入力信号x(k)、第2の誤差信号e2(k)およびステップサイズμ2(k)に基づいて、第1の係数更新部1404と同様、学習同定法の係数更新式に従い、式(11)によって第2のフィルタ係数の更新を行う。
Similar to the first
しかしながら、従来のエコーキャンセル装置では、近端話者の相手話者(以下「遠端話者」という)の音声があるか否かに関わらず、近端話者発声時には送信入力信号d(k)の振幅の変動が激しいため、第1の誤差信号平均値σe1’2(k)がMサンプル遅延された第1の誤差信号平均値σe1’2(k−M)以上になり、かつ第2の誤差信号平均値σe2’2(k)が第1の誤差信号平均値σe1’2(k)以上になる場合があった。この場合には、ステップサイズ選択スイッチ1509によってステップサイズμ2(k)が1に設定され、速い速度で係数更新を行ってしまうため、第2のフィルタ係数w2(k)が乱れてエコー信号y(k)と第2の擬似エコー信号yh2(k)との誤差が大きくなり、近端話者音声の音質劣化や遠端話者にエコーが伝わるという問題があった。
However, in the conventional echo canceling device, the transmission input signal d (k) is used when the near-end speaker is uttered regardless of whether or not there is a voice of the partner speaker of the near-end speaker (hereinafter referred to as “far-end speaker”). ) Of the first error signal average value σ e1 ′ 2 (k) is equal to or greater than the first error signal average value σ e1 ′ 2 (k−M) delayed by M samples, and In some cases, the second error signal average value σ e2 ′ 2 (k) is greater than or equal to the first error signal average value σ e1 ′ 2 (k). In this case, since the step
また、ステップサイズ選択スイッチ1509によってステップサイズμ2(k)がμ2’(k)に設定されたときであっても、近端話者発声時においてノイズが少ない場合には、ノイズ平均値σn’2(k)が小さくなり、ノイズ平均値σn’2(k)が第2の誤差信号平均値σe2’2(k)に比べて微小であることによりμ2’(k)は1に近い値となり、速い速度で係数更新を行ってしまうため、第2のフィルタ係数w2(k)が乱れてエコー信号y(k)と第2の擬似エコー信号yh2(k)との誤差が大きくなり、近端話者音声の音質劣化や遠端話者にエコーが伝わるという問題があった。
Further, even when the step size μ2 (k) is set to μ2 ′ (k) by the step
本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、エコーパス変動による音声信号の変化に速く追従することができ、近端話者発声時には、近端話者音声の音質劣化を確実に防止し、かつエコーの消去を行うことができるエコーキャンセル装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the conventional problem, and can quickly follow the change of the voice signal due to the echo path fluctuation, and reliably degrade the sound quality of the near-end speaker voice when speaking the near-end speaker. An object of the present invention is to provide an echo canceling apparatus capable of preventing and canceling echo.
本発明のエコーキャンセル装置は、スピーカに出力される前の受信入力信号および第1の係数に基づいて第1の擬似エコー信号を生成する第1の適応フィルタと、マイクロホンに入力された送信入力信号から前記第1の擬似エコー信号を減算することによって第1の誤差信号を生成する第1の減算器と、前記受信入力信号および前記第1の誤差信号に基づいて前記第1の係数を更新する第1の係数更新部と、前記第1の誤差信号に基づいて第1の誤差信号平均値を算出する第1の誤差信号平均値算出部と、前記受信入力信号および第2の係数に基づいて第2の擬似エコー信号を生成する第2の適応フィルタと、前記送信入力信号から前記第2の擬似エコー信号を減算することによって第2の誤差信号を生成する第2の減算器と、前記第2の誤差信号に基づいて第2の誤差信号平均値を算出する第2の誤差信号平均値算出部と、前記第1の誤差信号平均値および前記第2の誤差信号平均値に基づいて重み係数を算出する重み係数算出部と、前記送信入力信号のパワーを算出する送信入力信号パワー算出部と、前記重み係数および前記送信入力信号のパワーに基づいて更新量制御係数を算出する更新量制御係数算出部と、前記受信入力信号、前記第2の誤差信号、および前記更新量制御係数に基づいて前記第2の係数を更新する第2の係数更新部と、を備えた構成を有している。 The echo cancellation apparatus of the present invention includes a first adaptive filter that generates a first pseudo echo signal based on a reception input signal and a first coefficient before being output to a speaker, and a transmission input signal input to a microphone. A first subtracter that generates a first error signal by subtracting the first pseudo echo signal from the first input signal, and updates the first coefficient based on the received input signal and the first error signal. a first coefficient updating unit, a first error signal averaging unit for calculating a first error signal mean value based on said first error signal, based on the received input signal and the second coefficient A second adaptive filter for generating a second pseudo echo signal; a second subtractor for generating a second error signal by subtracting the second pseudo echo signal from the transmission input signal; 2 mistakes Calculating a weighting factor based on the second and the error signal averaging unit, the first error signal average value and the second error signal average value calculating a second error signal mean value based on the signal A weighting factor calculation unit, a transmission input signal power calculation unit that calculates the power of the transmission input signal, an update amount control coefficient calculation unit that calculates an update amount control coefficient based on the weighting factor and the power of the transmission input signal, And a second coefficient update unit that updates the second coefficient based on the received input signal, the second error signal, and the update amount control coefficient.
この構成により、第1の誤差信号平均値および第2の誤差信号平均値に基づいて重み係数が重み係数算出部によって算出され、送信入力信号のパワーが送信入力信号パワー算出部によって算出され、重み係数および送信入力信号のパワーに基づいて更新量制御係数が更新量制御係数算出部によって算出されるため、第1の誤差信号平均値が第2の誤差信号平均値より小さいエコーパス変動時には、エコーパス変動による音声信号の変化に速く追従することができ、また、第1の誤差信号平均値と第2の誤差信号平均値が等しい近端話者発声時には、近端話者音声の音質劣化を確実に防止し、かつエコーの消去を行うことができる。 With this configuration, the weighting factor is calculated by the weighting factor calculation unit based on the first error signal average value and the second error signal average value, the power of the transmission input signal is calculated by the transmission input signal power calculation unit, and the weight since the coefficients and update quantity control coefficient based on the power of the transmission input signal is calculated by the update quantity control coefficient calculation unit, when the first error signal mean value is smaller echo path variation than the second error signal average, echo path change It is possible to quickly follow the change of the voice signal due to the sound, and when the near-end speaker utters the first error signal average value and the second error signal average value are equal, the sound quality degradation of the near-end speaker sound is surely ensured. It is possible to prevent and cancel the echo.
また、本発明のエコーキャンセル装置は、所定のサンプル数毎に前記送信入力信号を順次蓄積する送信入力バッファを備え、前記送信入力バッファが前記サンプル数の前記送信入力信号を蓄積したときに、前記送信入力信号パワー算出部は、前記送信入力バッファに蓄積されている前記送信入力信号のパワーを算出し、前記更新量制御係数算出部は、前記重み係数および前記送信入力信号のパワーに基づいて、前記送信入力バッファに蓄積された各サンプルに対応する送信入力信号毎に前記更新量制御係数を算出することを特徴とする構成を有している。 The echo cancellation apparatus of the present invention includes a transmission input buffer that sequentially accumulates the transmission input signal every predetermined number of samples, and when the transmission input buffer accumulates the transmission input signal of the number of samples, The transmission input signal power calculation unit calculates the power of the transmission input signal accumulated in the transmission input buffer, and the update amount control coefficient calculation unit is based on the weighting factor and the power of the transmission input signal, The update amount control coefficient is calculated for each transmission input signal corresponding to each sample stored in the transmission input buffer.
この構成により、送信入力バッファに蓄積された送信入力信号を用いて送信入力信号のパワーが送信入力信号パワー算出部によって算出され、その送信入力信号のパワーを用いて更新量制御係数が更新量制御係数算出部によって算出されることにより、更新速度を遅くするタイミングを前にすることができるため、近端話者発声時に近端話者音声の音質劣化を確実に防止し、かつエコーの消去を行うことができる。 With this configuration, the transmission input signal power is calculated by the transmission input signal power calculation unit using the transmission input signal stored in the transmission input buffer, and the update amount control coefficient is updated using the transmission input signal power. By calculating by the coefficient calculation unit, it is possible to advance the timing of slowing down the update speed, so it is possible to reliably prevent deterioration of the sound quality of the near-end speaker voice when uttering the near-end speaker and to cancel echo It can be carried out.
さらに、本発明のエコーキャンセル装置は、前記第1の適応フィルタ、前記第2の適応フィルタ、前記第1の係数更新部、および前記第2の係数更新部に入力される前記受信入力信号を前記サンプル数分遅延させる遅延バッファを備えたことを特徴とする構成を有している。 Furthermore, the echo cancellation apparatus of the present invention provides the received input signal input to the first adaptive filter, the second adaptive filter, the first coefficient update unit, and the second coefficient update unit as the input signal. It has a configuration characterized by including a delay buffer that delays by the number of samples.
この構成により、第1の適応フィルタ、第2の適応フィルタ、第1の係数更新部、および第2の係数更新部に受信入力信号が送信される時間と、第1の減算器、第2の減算器、および送信入力信号パワー算出部に送信入力信号が送信入力バッファによって送信される時間との差が削減されることにより、第1の適応フィルタ、第2の適応フィルタ、第1の係数更新部、および第2の係数更新部のタップ数を送信入力バッファに蓄積される送信入力信号のサンプル数分少なくすることができるため、適応時間の短縮及び演算量・メモリ量の削減することができる。 With this configuration, the time when the received input signal is transmitted to the first adaptive filter, the second adaptive filter, the first coefficient updating unit, and the second coefficient updating unit, the first subtractor, the second The first adaptive filter, the second adaptive filter, and the first coefficient update are made possible by reducing a difference from the time when the transmission input signal is transmitted by the transmission input buffer to the subtractor and the transmission input signal power calculation unit. And the number of taps of the second coefficient updating unit can be reduced by the number of samples of the transmission input signal accumulated in the transmission input buffer, so that the adaptation time can be shortened and the amount of computation and memory can be reduced. .
さらに、本発明のエコーキャンセル装置は、前記第2の係数更新部は、前記受信入力信号のパワーを算出する受信入力信号パワー算出部と、前記受信入力信号のパワーに前記更新量制御係数を加えた加算データを出力する加算器とを備え、前記受信入力信号、前記第2の誤差信号、および前記加算データに基づいて学習同定法によって前記第2の係数を更新することを特徴とする構成を有している。 Furthermore, in the echo cancellation apparatus of the present invention, the second coefficient updating unit includes a received input signal power calculating unit that calculates the power of the received input signal, and adds the update amount control coefficient to the power of the received input signal. And an adder for outputting the added data, wherein the second coefficient is updated by a learning identification method based on the received input signal, the second error signal, and the added data. Have.
この構成により、学習同定法(NLMS法)をエコーキャンセル装置に適用するため、少ない演算量かつ安定した動作が実現できる。 With this configuration, since the learning identification method (NLMS method) is applied to the echo cancellation apparatus, a small amount of calculation and stable operation can be realized.
さらに、本発明のエコーキャンセル装置は、前記第2の係数更新部は、所定の次数に基づいて前記受信入力信号の相関性行列を算出する相関性行列算出部と、前記相関性行列の行列式を算出する行列式算出部と、前記行列式に更新量制御係数を加えた加算データを出力する加算器と、前記相関性行列と前記加算データに基づいて前記相関性行列の逆行列を算出する逆行列算出部とを備え、前記受信入力信号、前記第2の誤差信号、および前記逆行列に基づいて射影法によって前記第2の係数を更新することを特徴とする構成を有している。 Furthermore, in the echo cancellation apparatus of the present invention, the second coefficient update unit includes a correlation matrix calculation unit that calculates a correlation matrix of the received input signal based on a predetermined order, and a determinant of the correlation matrix A determinant calculating unit that calculates an adder that outputs addition data obtained by adding an update amount control coefficient to the determinant, and calculating an inverse matrix of the correlation matrix based on the correlation matrix and the addition data. An inverse matrix calculation unit, and updates the second coefficient by a projection method based on the received input signal, the second error signal, and the inverse matrix.
この構成により、(アフィン)射影法をエコーキャンセル装置に適用するため、有色信号に対して優れた収束性能が得られる。 With this configuration, since the (affine) projection method is applied to the echo canceling apparatus, excellent convergence performance can be obtained for the colored signal.
さらに、本発明のエコーキャンセル装置は、前記更新量制御係数は、前記送信入力信号のパワーと前記重み係数と正の定数との積とすることを特徴とする構成を有している。 Furthermore, the echo cancellation apparatus of the present invention has a configuration characterized in that the update amount control coefficient is a product of the power of the transmission input signal, the weight coefficient, and a positive constant.
この構成により、更新量制御係数が送信入力信号のパワーと重み係数と正の定数との積とするため、エコーパス変動時には、収束の速い係数更新を行うことができ、また、近端話者発声時には、送信入力信号のパワーに応じて収束の遅い係数更新を行うことができ、近端話者音声の音質劣化を確実に防止し、かつエコーの消去を行うことができる。 With this configuration, the update amount control coefficient is the product of the power of the transmission input signal, the weighting coefficient, and a positive constant, so that the coefficient can be updated quickly when the echo path fluctuates. In some cases, it is possible to update the coefficient with slow convergence according to the power of the transmission input signal, to reliably prevent deterioration of the sound quality of the near-end speaker voice, and to cancel the echo.
さらに、本発明のエコーキャンセル装置は、前記重み係数は、0から1までの値であることを特徴とする構成を有している。 Furthermore, the echo cancellation apparatus of the present invention has a configuration characterized in that the weighting factor is a value from 0 to 1.
この構成により、エコーパス変動時には、重み係数が0に近い値または0となり、速度の速い係数更新を行うため、エコーパス変動による音声信号の変化に速く追従することができ、また、近端話者発声時には、重み係数が1に近い値または1となり、速度の遅い係数更新を行うため、近端話者音声の音質劣化を確実に防止し、かつエコーの消去を行うことができる。 With this configuration, when the echo path fluctuates, the weighting coefficient is a value close to 0 or 0, and the coefficient is updated at a high speed, so that it is possible to quickly follow the change in the audio signal due to the echo path fluctuation. Sometimes, the weight coefficient becomes a value close to 1 or 1 and the coefficient is updated at a low speed, so that it is possible to reliably prevent deterioration of the sound quality of the near-end speaker voice and to cancel the echo.
さらに、本発明のエコーキャンセル装置は、前記重み係数は、前記第1の誤差信号平均値と前記第2の誤差信号平均値との比の値が入力される増加関数によって出力されることを特徴とする構成を有している。 Furthermore, the echo cancellation apparatus of the present invention is characterized in that the weighting factor is output by an increasing function to which a value of a ratio between the first error signal average value and the second error signal average value is input. The configuration is as follows.
この構成により、エコーパス変動時には、重み係数が0に近い値または0となり、速度の速い係数更新を行うため、エコーパス変動による音声信号の変化に速く追従することができ、また、近端話者発声時には、重み係数が1に近い値または1となり、速度の遅い係数更新を行うため、近端話者音声の音質劣化を確実に防止し、かつエコーの消去を行うことができる。 With this configuration, when the echo path fluctuates, the weighting coefficient is a value close to 0 or 0, and the coefficient is updated at a high speed, so that it is possible to quickly follow the change in the audio signal due to the echo path fluctuation. Sometimes, the weight coefficient becomes a value close to 1 or 1 and the coefficient is updated at a low speed, so that it is possible to reliably prevent deterioration of the sound quality of the near-end speaker voice and to cancel the echo.
さらに、本発明のエコーキャンセル装置は、前記増加関数は、前記第1の誤差信号平均値と前記第2の誤差信号平均値との比のべき乗を出力することを特徴とする構成を有している。 Furthermore, the echo cancellation apparatus of the present invention has a configuration in which the increase function outputs a power of a ratio between the first error signal average value and the second error signal average value. Yes.
この構成により、エコーパス変動時には、重み係数が0に近い値または0となり、速度の速い係数更新を行うため、エコーパス変動による音声信号の変化に速く追従することができ、また、近端話者発声時には、重み係数が1に近い値または1となり、速度の遅い係数更新を行うため、近端話者音声の音質劣化を確実に防止し、かつエコーの消去を行うことができる。 With this configuration, when the echo path fluctuates, the weighting coefficient is a value close to 0 or 0, and the coefficient is updated at a high speed, so that it is possible to quickly follow the change in the audio signal due to the echo path fluctuation. Sometimes, the weight coefficient becomes a value close to 1 or 1 and the coefficient is updated at a low speed, so that it is possible to reliably prevent deterioration of the sound quality of the near-end speaker voice and to cancel the echo.
さらに、本発明のエコーキャンセル装置は、前記重み係数は、前記第1の誤差信号平均値と前記第2の誤差信号平均値との比の大きさに応じて段階的に設定される値とすることを特徴とする構成を有している。 Furthermore, in the echo cancellation apparatus of the present invention, the weighting factor is a value that is set stepwise according to the ratio of the first error signal average value and the second error signal average value. It has the structure characterized by this.
この構成により、エコーパス変動時には、重み係数が0に近い値または0となり、速度の速い係数更新を行うため、エコーパス変動による音声信号の変化に速く追従することができ、また、近端話者発声時には、重み係数が1に近い値または1となり、速度の遅い係数更新を行うため、近端話者音声の音質劣化を確実に防止し、かつエコーの消去を行うことができる。 With this configuration, when the echo path fluctuates, the weighting coefficient is a value close to 0 or 0, and the coefficient is updated at a high speed, so that it is possible to quickly follow the change in the audio signal due to the echo path fluctuation. Sometimes, the weight coefficient becomes a value close to 1 or 1 and the coefficient is updated at a low speed, so that it is possible to reliably prevent deterioration of the sound quality of the near-end speaker voice and to cancel the echo.
さらに、本発明のエコーキャンセル装置は、前記第1の係数更新部は、所定のステップサイズを用いて前記第1の係数を更新することを特徴とする構成を有している。 Furthermore, the echo cancellation apparatus of the present invention has a configuration in which the first coefficient updating unit updates the first coefficient using a predetermined step size.
この構成により、第1の係数更新部の収束速度が一定となるため安定した動作が可能となる。 With this configuration, since the convergence speed of the first coefficient update unit is constant, stable operation is possible.
本発明は、エコーパス変動による音声信号の変化に速く追従することができ、近端話者発声時には近端話者音声の音質劣化を防止し、かつエコーの消去を確実に行うことができるという効果を有するエコーキャンセル装置を提供するものである。 The present invention can quickly follow a change in an audio signal due to an echo path fluctuation, prevent deterioration of the sound quality of the near-end speaker voice when uttering a near-end speaker, and reliably cancel echoes. An echo canceling device having the above is provided.
以下、本発明の実施の形態のエコーキャンセル装置について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an echo canceling apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態のエコーキャンセル装置を図1に示す。なお、本発明の実施の形態のエコーキャンセル装置は、例えば、ハンズフリー通話等を行うための通信機器に利用され、受話音声と送話音声との間で発生するエコーを消去するものである。
(First embodiment)
An echo cancellation apparatus according to a first embodiment of the present invention is shown in FIG. The echo canceling apparatus according to the embodiment of the present invention is used, for example, in a communication device for performing a hands-free call or the like, and cancels an echo generated between a received voice and a transmitted voice.
受信入力端子112は、遠端話者から回線などを通じて受信入力信号x(k)を一定のサンプリング間隔で入力するようになっている。受信入力端子112に入力された受信入力信号x(k)は、D/A変換器114を経由してスピーカ116から出力されるとともに、第1の適応フィルタ102、第2の適応フィルタ106、第1の係数更新部104、および第2の係数更新部111に送信される。
The
第1の適応フィルタ102は、FIRフィルタなどで構成されており、スピーカ116に出力される前の受信入力信号および第1の係数に基づいて第1の擬似エコー信号を生成するようになっている。例えば、第1の適応フィルタ102は、受信入力信号x(k)と第1のフィルタ係数w1(k)とを式(12)に示すように畳み込み、第1の擬似エコー信号yh1(h)を生成するようになっている。なお、M1は第1の適応フィルタ102のタップ数である。
The first
第1の減算器103は、マイク117に入力された送信入力信号から第1の擬似エコー信号を減算することによって第1の誤差信号を生成するようになっている。例えば、第1の減算器103は、送信入力信号d(k)から第1の擬似エコー信号yh1(k)を減算し、式(13)によって第1の誤差信号e1(k)を算出するようになっている。
The
なお、第1のステップサイズμ1は1に近い値または1とし、係数更新の速度が速くなるようにしてもよい。また、第1の係数更新部104で用いられる係数更新アルゴリズムとして、ここでは学習同定法と(アフィン)射影法を示したが、係数更新の速度が速い逐次最小二乗法等、他の係数更新アルゴリズムを用いてもよい。
Note that the first step size μ1 may be a value close to 1 or 1 so that the coefficient update speed is increased. In addition, although the learning identification method and the (affine) projection method are shown here as the coefficient update algorithm used in the first
第1の誤差信号平均値算出部105は、第1の誤差信号に基づいて、例えば、式(16)または式(17)によって第1の誤差信号平均値
を算出するようになっている。なお、Lは、第1の誤差信号平均値を算出するためのサンプル数である。
Based on the first error signal, the first error signal average
Is calculated. Note that L is the number of samples for calculating the first error signal average value.
第2の誤差信号平均値算出部108は、第2の誤差信号に基づいて、例えば、上述した式(16)または式(17)よって第2の誤差信号平均値
を算出するようになっている。
Based on the second error signal, the second error signal average
Is calculated.
重み係数算出部109は、第1の誤差信号平均値および第2の誤差信号平均値に基づいて重み係数を算出するようになっている。例えば、重み係数算出部109は、第1の誤差信号平均値
と第2の誤差信号平均値
との比
を用いて重み係数β(k)を算出するようになっている。ここで、図9にエコーパス変動時の第1の誤差信号平均値
および第2の誤差信号平均値
を示し、図10に近端話者発声(ダブルトーク)時の第1の誤差信号平均値
および第2の誤差信号平均値
を示す。図9および図10において細線は第1の誤差信号平均値
を示し、太線は第2の誤差信号平均値
を示す。図9に示したようにエコーパス変動時は、第1の誤差信号平均値
が第2の誤差信号平均値
より小さく、図10に示したように近端話者発声時は、第1の誤差信号平均値
が第2の誤差信号平均値
とほぼ同じ値となる特性を有する。
上述した特性を利用して、重み係数算出部109は、第1の誤差信号平均値
と第2の誤差信号平均値
の比
を入力とした図11(a)に示すような正の傾きを有する一次関数や図11(b)に示すような指数関数等の増加関数f(
)によって重み係数β(k)を算出するようにしてもよい。また、重み係数算出部109は、第1の誤差信号平均値
と第2の誤差信号平均値
の比
をべき乗し、式(20)によって算出するようにしてもよい。
と第2の誤差信号平均値
の比
に応じて段階的な値を出力する図12に示すような関数によって算出するようにしてもよい。ここで、重み係数算出部109をソフトウェアで実現する場合には、図12に示すように、第1の誤差信号平均値
と第2の誤差信号平均値
の比
の範囲に対応して重み係数β(k)を出力するプログラムで実現するようにしてもよい。
なお、図11(a)、図11(b)、および図12のように第1の誤差信号平均値
と第2の誤差信号平均値
の比
の上限を1と設定してもよい。また、式(20)の第1の誤差信号平均値
と第2の誤差信号平均値
の比
についても同様に上限を1と設定してもよい。
送信入力信号大きさ二乗値算出部101は、送信入力信号に基づいて、例えば、式(21)によって送信入力信号大きさ二乗値Pd(k)を算出する。ここで、Lは送信入力信号大きさ二乗値Pd(k)を算出するためのサンプル数である。
The weighting
And second error signal average value
Ratio with
Is used to calculate the weighting coefficient β (k). Here, FIG. 9 shows the first error signal average value when the echo path fluctuates.
And second error signal average value
FIG. 10 shows a first error signal average value in the case of near-end speaker utterance (double talk).
And second error signal average value
Indicates. 9 and 10, the thin line indicates the first error signal average value.
The thick line shows the second error signal average value
Indicates. As shown in FIG. 9, when the echo path fluctuates, the first error signal average value
Is the second error signal average
When the near-end speaker is uttered as shown in FIG.
Is the second error signal average
It has the characteristic which becomes almost the same value.
Using the above-described characteristics, the weight
And second error signal average value
Ratio of
11 as an input, a linear function having a positive slope as shown in FIG. 11A or an increasing function f (such as an exponential function as shown in FIG. 11B).
) May be used to calculate the weighting coefficient β (k). In addition, the weight
And second error signal average value
Ratio of
May be raised to a power and calculated by equation (20).
And second error signal average value
Ratio of
It may be calculated by a function as shown in FIG. Here, when the weight
And second error signal average value
Ratio of
It may be realized by a program that outputs the weighting coefficient β (k) corresponding to the range of.
Note that the first error signal average value as shown in FIGS. 11 (a), 11 (b), and 12 is used.
And second error signal average value
Ratio of
May be set to 1. Also, the first error signal average value of the equation (20)
And second error signal average value
Ratio of
Similarly, the upper limit may be set to 1.
The transmission input signal magnitude square
更新量制御係数算出部110は、重み係数および送信入力信号のパワーに基づいて更新量制御係数を算出するようになっている。例えば、更新量制御係数算出部110は、送信入力信号大きさ二乗値Pd(k)と重み係数β(k)との積に、近端話者発声時の係数更新速度を制御する定数C(≧1)を乗算し、式(22−1)によって更新量制御係数δ1(k)を、または送信入力信号大きさ二乗値の二乗値Pd2(k)と重み係数β(k)との積に、近端話者発声時の係数更新速度を制御する定数C(≧1)を乗算し、式(22−2)によって更新量制御係数δ2(k)を算出するようになっている。
The update amount control
ここで、学習同定法を用いた場合の第2の係数更新部111のブロック図を図7に示す。
Here, FIG. 7 shows a block diagram of the second
受信信号バッファ701は、第2の適応フィルタ106のタップ数M2分の受信入力信号x(k)を蓄積するようになっている。
The
受信入力信号パワー算出部702は、受信入力信号のパワーを算出するようになっている。例えば、受信入力信号パワー算出部702は、受信信号バッファ701に蓄積されている受信入力信号xM2(k)を用い、式(23)によって受信入力信号パワーPx(k)を算出するようになっている。
The received input signal
第2の係数更新演算部704は、受信入力信号、第2の誤差信号、加算データに基づいて学習同定法によって第2の係数を更新するようになっている。例えば、受信入力信号x(k)、第2の誤差信号e2(k)、および加算器703が出力した加算データに基づいて、学習同定法に用いられる式(24)によって第2の適応フィルタ係数w2(k)を更新するようになっている。
The second coefficient
受信信号バッファ801は、(M2+P−1)分の受信入力信号x(k)を蓄積する。
The
相関性行列算出部802は、所定の次数に基づいて受信入力信号の相関性行列を算出するようになっている。例えば、相関性行列算出部802は、式(25)に示す相関性行列A22(k)を算出するようになっている。
The correlation
行列式算出部803は、相関性行列A22(k)の行列式det(k)を算出するようになっている。
The
加算器804は、行列式det(k)に更新量制御係数δ2(k)を加えた加算データを出力するようになっている。
The
逆行列算出部805は、相関性行列と加算器804が出力した加算データに基づいて相関性行列の逆行列を算出するようになっている。例えば、逆行列算出部805は、相関性行列A22(k)と加算器804が出力した加算データと用い、式(27)によって変則逆行列A22’−1を算出するようになっている。また、逆行列算出部805は、ガウス消去法やLU分解等、行列式を算出しないで逆行列A22 −1を算出する場合は、式(28)によって変則逆行列A22’−1を算出するようになっている。
The inverse
以上のように構成されたエコーキャンセル装置について、図2を用いてその動作を説明する。ここで、第2の係数更新部111で用いる係数更新のアルゴリズムは学習同定法とする。また、図2に示す動作はサンプル単位に行う。
The operation of the echo canceling device configured as described above will be described with reference to FIG. Here, the coefficient updating algorithm used in the second
まず、送信入力信号d(k)に基づいて送信入力信号大きさ二乗値Pd(k)が送信入力信号大きさ二乗値算出部101によって算出される(ステップS201)。次に、受信入力信号x(k)と第1のフィルタ係数w1(k)とが畳み込まれ、第1の擬似エコー信号yh1(k)が第1の適応フィルタ102によって生成される(ステップS202)。第1の適応フィルタ102によって生成された第1の擬似エコー信号yh1(k)が送信入力信号d(k)から第1の減算器103によって減算され、第1の誤差信号e1(k)が算出される(ステップS203)。第1の減算器103によって算出された第1の誤差信号e1(k)、受信入力信号x(k)、および第1のステップサイズμ1に基づいて第1の適応フィルタ係数w1(k)が第1の係数更新部104によって更新される(ステップS204)。第1の誤差信号e1(k)に基づいて第1の誤差信号平均値
が第1の誤差信号平均値算出部105によって算出される(ステップS205)。
First, the transmission input signal magnitude square value Pd (k) is calculated by the transmission input signal magnitude square
Is calculated by the first error signal average value calculator 105 (step S205).
次に、受信入力信号x(k)と第2のフィルタ係数w2(k)とが畳み込まれ、第2の擬似エコー信号yh2(k)が第2の適応フィルタ106によって生成される(ステップS206)。第2の適応フィルタ106によって生成された第2の擬似エコー信号yh2(k)が送信入力信号d(k)から第2の減算器107によって減算され、第2の誤差信号e2(k)が算出される(ステップS207)。第2の減算器107によって算出された第2の誤差信号e2(k)に基づいて第2の誤差信号平均値
が第2の誤差信号平均値算出部108によって算出される(ステップS208)。次に、第1の誤差信号平均値
および第2の誤差信号平均値
の比
に基づいて重み係数算出部109によって重み係数β(k)が算出される(ステップS209)。重み係数算出部109によって算出された重み係数β(k)と送信入力信号大きさ二乗値Pd(k)との積に、近端話者発声時の係数更新速度を制御する定数であるC(≧1)が更新量制御係数算出部110によって乗算され、更新量制御係数δ1(k)が算出される(ステップS210)。更新量制御係数算出部110によって算出された更新量制御係数δ1(k)、受信入力信号x(k)、および第2の誤差信号e2(k)に基づいて第2の適応フィルタ係数w2(k)が第2の係数更新部111によって更新される(ステップS211)。
Next, the received input signal x (k) and the second filter coefficient w2 (k) are convoluted, and the second pseudo echo signal yh2 (k) is generated by the second adaptive filter 106 (step S206). ). The second pseudo echo signal yh2 (k) generated by the second
Is calculated by the second error signal average value calculator 108 (step S208). Next, the first error signal average value
And second error signal average value
Ratio of
Based on the above, the weighting
以上のように本発明の第1の実施の形態のエコーキャンセル装置によれば、第1の誤差信号平均値
および第2の誤差信号平均値
に基づいて重み係数β(k)を算出する重み係数算出部109と、送信入力信号大きさ二乗値Pd(k)を算出する送信入力信号大きさ二乗値算出部101と、重み係数β(k)と送信入力信号大きさ二乗値Pd(k)と定数Cとの積である更新量制御係数δ1(k)、または重み係数β(k)と送信入力信号大きさ二乗値の二乗値Pd2(k)と定数Cとの積である更新量制御係数δ2(k)を算出する更新量制御係数算出部110を設けることにより、エコーパス変動時は、重み係数β(k)は0に近い値または0となり、送信入力信号大きさ二乗値Pd(k)の値に関わらず更新制御係数δ1(k)および更新制御係数δ2(k)は0に近い値となるため、式(24)のステップサイズが1とほぼ等しくなり、速度の速い係数更新が行われる。
As described above, according to the echo cancellation apparatus of the first embodiment of the present invention, the first error signal average value
And second error signal average value
, A weighting
また、近端話者発声(ダブルトーク)時は、重み係数β(k)は1に近い値または1となり、δ1(k)≒C・Pd(k)となるため、学習同定法を例にとるとPd(k)≒Px(k)と仮定した場合、更新式は式(30)となるため、これを一般的な学習同定法の式(14)と比較すると1/(1+C)がステップサイズに相当し、例えばC=20とした場合、ステップサイズは約0.05となり、近端話者の音声に影響の少ない速度の遅い係数更新が行われる。 In the case of near-end speaker utterance (double talk), the weighting coefficient β (k) is a value close to 1 or 1, and δ 1 (k) ≈C · Pd (k). Assuming that Pd (k) ≈Px (k), the update formula is the formula (30). Compared with the formula (14) of a general learning identification method, 1 / (1 + C) is This corresponds to the step size. For example, when C = 20, the step size is about 0.05, and the slow coefficient update with little influence on the voice of the near-end speaker is performed.
また、第2の適応フィルタ係数w2(k)を算出する際に、学習同定法(NLMS法)を適用するため、少ない演算量かつ安定した動作が実現できる。 In addition, since the learning identification method (NLMS method) is applied when calculating the second adaptive filter coefficient w2 (k), a small amount of calculation and stable operation can be realized.
さらに、第2の適応フィルタ係数w2(k)を算出する際に、(アフィン)射影法を適用するため、有色信号に対して優れた収束性能が得られる。 Furthermore, since the (affine) projection method is applied when calculating the second adaptive filter coefficient w2 (k), excellent convergence performance can be obtained for the colored signal.
さらに、エコーパス変動時には、重み係数が0に近い値または0となり、速度の速い係数更新を行うため、エコーパス変動による音声信号の変化に速く追従することができ、また、近端話者発声時には、重み係数が1に近い値または1となり、速度の遅い係数更新を行うため、近端話者音声の音質劣化を確実に防止し、かつエコーの消去を行うことができる。 Further, when the echo path changes, the weighting coefficient is close to 0 or 0, and the coefficient update is performed at a high speed, so that it is possible to quickly follow the change in the voice signal due to the echo path fluctuation. Since the weight coefficient is a value close to 1 or 1 and the coefficient is updated at a low speed, the sound quality deterioration of the near-end speaker voice can be surely prevented and the echo can be eliminated.
さらに、第1の係数更新部の収束速度が一定となるため安定した動作が可能となる。 Furthermore, since the convergence speed of the first coefficient update unit is constant, stable operation is possible.
(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施の形態のエコーキャンセル装置を図3に示す。
(Second Embodiment)
Next, an echo canceling apparatus according to the second embodiment of the present invention is shown in FIG.
なお、本発明の第2の実施の形態に係るエコーキャンセル装置を構成する構成要素のうち、本発明の第1の実施の形態に係るエコーキャンセル装置を構成する構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、それぞれの説明を省略する。また、本発明の第2の実施の形態に係るエコーキャンセル装置の主要な演算部を主要演算部301とする。
Of the components constituting the echo cancellation apparatus according to the second embodiment of the present invention, the same components as those constituting the echo cancellation apparatus according to the first embodiment of the present invention are included. The same code | symbol is attached | subjected and each description is abbreviate | omitted. Further, a main calculation unit of the echo cancellation apparatus according to the second embodiment of the present invention is referred to as a
受信入力バッファ302は、所定のサンプル数Lの受信入力信号x(k)を蓄積するようになっている。
The
送信入力バッファ303は、所定のサンプル数L毎に送信入力信号d(k)を順次蓄積するようになっている。
The
送信入力信号大きさ二乗値算出部304は、送信入力バッファ303が所定のサンプル数Lの送信入力信号d(k)を順次蓄積したときに、送信入力バッファ303に蓄積されている所定のサンプル数Lの送信入力信号d(k)に基づいて送信入力信号大きさ二乗値Pd(k)を算出するようになっている。なお、送信入力信号大きさ二乗値算出部304は、送信入力バッファ303が所定のサンプル数Lの送信入力信号d(k)を順次蓄積したときに、送信入力バッファ303に蓄積されている所定のサンプル数Lの送信入力信号d(k)に基づいて、式(21)によって送信入力信号大きさ二乗値Pd(k)を算出するようになっていてもよい。
The transmission input signal magnitude square
更新量制御係数算出部305は、送信入力バッファ303に蓄積されている送信入力信号d(k)に基づいた送信入力信号大きさ二乗値Pd(k)を用いて、送信入力バッファ303に蓄積された各サンプルに対応する送信入力信号d(k)に応じて更新量制御係数δ’(k)を算出するようになっている。
The update amount control
以上のように構成されたエコーキャンセル装置について、図4を用いてその動作を説明する。 About the echo cancellation apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement is demonstrated using FIG.
まず、受信入力信号x(k)が受信入力バッファ302によって蓄積されるとともに、送信入力信号d(k)が送信入力バッファ303によって蓄積される(ステップS401)。受信入力バッファ302によって蓄積された受信入力信号x(k)が所定のサンプル数Lとなり、かつ送信入力バッファ303によって蓄積された送信入力信号d(k)が所定のサンプル数Lとなったか否かが判定される(ステップS402)。判定された結果、受信入力バッファ302によって蓄積された受信入力信号x(k)が所定のサンプル数Lとなり、かつ送信入力バッファ303によって蓄積された送信入力信号d(k)が所定のサンプル数Lとなった場合には、送信入力バッファ303に蓄積されている所定のサンプル数Lの送信入力信号d(k)に基づいて送信入力信号大きさ二乗値Pd(k)が算出される(ステップS403)。判定された結果、受信入力バッファ302によって蓄積された受信入力信号x(k)が所定のサンプル数Lに満たない場合、または送信入力バッファ303によって蓄積された送信入力信号d(k)が所定のサンプル数Lに満たない場合にはステップS401に戻る。
First, the reception input signal x (k) is accumulated in the
以降、本発明の第1の実施の形態と同様のステップS202からステップS211までの動作を行う。なお、ステップS202からステップS211までの動作は、本発明の第1の実施の形態と同じ符号を用い、説明は省略する。次に、ステップS202からステップS211までの動作がサンプル数L回行われたか否かが判定される(ステップS404)。ステップS202からステップS211までの動作がサンプル数L回行われたと判定された場合にはステップS401に戻り、ステップS202からステップS211までの処理がサンプル数L回行われていないと判定された場合には、ステップS202に戻る。 Thereafter, the same operations from step S202 to step S211 as in the first embodiment of the present invention are performed. In addition, the operation | movement from step S202 to step S211 uses the same code | symbol as the 1st Embodiment of this invention, and abbreviate | omits description. Next, it is determined whether or not the operations from step S202 to step S211 have been performed L times for the number of samples (step S404). When it is determined that the operation from step S202 to step S211 has been performed L times for the number of samples, the process returns to step S401, and when it is determined that the processing from step S202 to step S211 has not been performed L times for the number of samples. Returns to step S202.
本発明の第2の実施の形態では、送信入力バッファ303に蓄積された所定のサンプル数Lの送信入力信号d(k)を用いて送信入力信号大きさ二乗値Pd(k)が算出されるため、本発明の第2の実施の形態で算出される送信大きさ二乗値Pd(k)は、本発明の第1の実施の形態で算出される送信大きさ二乗値Pd(k)よりも前のサンプルで算出される。
In the second embodiment of the present invention, a transmission input signal magnitude square value Pd (k) is calculated using a predetermined number L of transmission input signals d (k) accumulated in the
ここで、図13に近端話者発声時の送信入力信号大きさ二乗値Pd(k)を示す。なお、図13において点線は本発明の第1の実施の形態で算出された送信入力信号大きさ二乗値Pd(k)を示し、実線は本発明の第2の実施の形態で算出された送信入力信号大きさ二乗値Pd(k)を示す。例えば、サンプル102×103では、本発明の第2の実施の形態で算出される送信入力信号大きさ二乗値Pd(k)は、本発明の第1の実施の形態で算出される送信入力信号大きさ二乗値Pd(k)よりも前のサンプルで算出されていることがわかる。
Here, FIG. 13 shows the transmission input signal magnitude square value Pd (k) when the near-end speaker utters. In FIG. 13, the dotted line indicates the transmission input signal magnitude square value Pd (k) calculated in the first embodiment of the present invention, and the solid line indicates the transmission calculated in the second embodiment of the present invention. The input signal magnitude square value Pd (k) is shown. For example, in the
このような本発明の第2の実施の形態のエコーキャンセル装置によれば、近端話者発声時に本発明の第1の実施の形態で第2の適応フィルタ係数w2(k)の更新速度を遅くするタイミングより前に第2の適応フィルタ係数w2(k)の更新速度を遅くすることができるため、近端話者音声の音質劣化を確実に防止し、かつエコーの消去を行うことができる。 According to the echo cancellation apparatus of the second embodiment of the present invention, the update speed of the second adaptive filter coefficient w2 (k) is increased in the first embodiment of the present invention when the near-end speaker is uttered. Since the update speed of the second adaptive filter coefficient w2 (k) can be slowed before the slowing timing, it is possible to reliably prevent the sound quality deterioration of the near-end speaker voice and to cancel the echo. .
(第3の実施の形態)
次に、本発明の第3の実施の形態のエコーキャンセル装置を図5に示す。
(Third embodiment)
Next, an echo canceling apparatus according to a third embodiment of the present invention is shown in FIG.
なお、本発明の第3の実施の形態に係るエコーキャンセル装置を構成する構成要素のうち、本発明の第2の実施の形態に係るエコーキャンセル装置を構成する構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、それぞれの説明を省略する。 Of the components constituting the echo cancellation apparatus according to the third embodiment of the present invention, the same constituent elements as those constituting the echo cancellation apparatus according to the second embodiment of the present invention are included. The same code | symbol is attached | subjected and each description is abbreviate | omitted.
遅延バッファ501は、受信入力バッファ302から送信される受信入力信号x(k)を送信入力バッファ303に蓄積される所定のサンプル数L分遅延させるようになっている。
The
以上のように構成されたエコーキャンセル装置について、図6を用いてその動作を説明する。なお、ステップS401からステップS403まで、並びにステップS202からステップS404までの動作は、本発明の第2の実施の形態と同じ符号を用い、説明は省略する。 About the echo cancellation apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement is demonstrated using FIG. The operations from step S401 to step S403 and from step S202 to step S404 are denoted by the same reference numerals as those in the second embodiment of the present invention, and the description thereof is omitted.
受信入力バッファ302から送信された受信入力信号x(k)が遅延バッファ501によって受信され、受信入力信号x(k)が主要演算部301に送信されることを遅延バッファ501によってサンプル数L分遅延される(S601)。次に、S202からS211までの動作が行われ、ステップS202からステップS211までの動作がサンプル数L回行われたか否かが判定される(ステップS404)。ステップS202からステップS211までの動作がサンプル数L回行われたと判定された場合にはステップS401に戻り、ステップS202からステップS211までの処理がサンプル数L回行われていないと判定された場合には、ステップS601に戻る。
The received input signal x (k) transmitted from the received
このような本発明の第3の実施の形態のエコーキャンセル装置によれば、第1の適応フィルタ102、第2の適応フィルタ106、第1の係数更新部104、および第2の係数更新部111のタップ数を送信入力バッファ303に蓄積される送信入力信号x(k)のサンプル数L分少なくすることができるため、適応時間の短縮及び演算量・メモリ量を削減することができる。
According to the echo cancellation apparatus of the third embodiment of the present invention, the first
以上のように、本発明に係るエコーキャンセル装置は、エコーパス変動による音声信号の変化に速く追従することができ、近端話者発声時には近端話者音声の音質劣化を確実に防止し、かつエコーの消去を行うことができるという効果を有し、スピーカとマイクロホンを用いて通話を行うハンズフリー通話等の通信機器に利用され、受話音声と送話音声との間で発生するエコーを消去するエコーキャンセル装置等として有用である。 As described above, the echo canceling apparatus according to the present invention can quickly follow the change in the voice signal due to the echo path fluctuation, reliably prevent the deterioration of the sound quality of the near-end speaker voice during the near-end speaker utterance, and It has the effect of being able to cancel echoes, and is used in communication devices such as hands-free calls that make calls using speakers and microphones, and cancels echoes that occur between received and transmitted voices. It is useful as an echo cancellation device.
101 送信入力信号大きさ二乗値算出部
102 第1の適応フィルタ
103 第1の減算器
104 第1の係数更新部
105 第1の誤差信号平均値算出部
106 第2の適応フィルタ
107 第2の減算器
108 第2の誤差信号平均値算出部
109 重み係数算出部
110 更新量制御係数算出部
111 第2の係数更新部
112 受信入力端子
113 送信出力端子
114 D/A変換器
115 A/D変換器
116 スピーカ
117 マイク
118 エコーパス
301 主要演算部
302 受信入力バッファ
303 送信入力バッファ
304 送信入力信号大きさ二乗値算出部
305 更新量制御係数算出部
501 遅延バッファ
701 受信信号バッファ
702 受信入力信号パワー算出部
703 加算器
704 第2の係数更新演算部
801 受信信号バッファ
802 相関性行列算出部
803 行列式算出部
804 加算器
805 逆行列算出部
806 第2の係数更新演算部
1402 第1の適応フィルタ
1403 第1の減算器
1404 第1の係数更新部
1406 第2の適応フィルタ
1407 第2の減算器
1410 ステップサイズ演算部
1411 第2の係数更新部
1412 受信入力端子
1413 送信出力端子
1414 D/A変換器
1415 A/D変換器
1416 スピーカ
1417 マイク
1418 エコーパス
1501 第1の誤差信号平均値算出部
1502 ローパスフィルタ
1502a 遅延器
1502b 乗算器
1502c 乗算器
1502d 加算器
1503 第2の誤差信号平均値算出部
1504 減算器
1505 除算器
1506 第1の比較器
1507 遅延バッファ
1508 ANDゲート
1509 ステップサイズ選択スイッチ
1510 ステップサイズ格納器
1511 第2の比較器
1512 乗算器
1513 減算器
1514 第3の比較器
1515 ノイズ平均値選択スイッチ
101 transmission input signal magnitude square value calculation unit 102 first adaptive filter 103 first subtractor 104 first coefficient update unit 105 first error signal average value calculation unit 106 second adaptive filter 107 second subtraction 108 Second error signal average value calculation unit 109 Weight coefficient calculation unit 110 Update amount control coefficient calculation unit 111 Second coefficient update unit 112 Reception input terminal 113 Transmission output terminal 114 D / A converter 115 A / D converter 116 Speaker 117 Microphone 118 Echo path 301 Main calculation unit 302 Reception input buffer 303 Transmission input buffer 304 Transmission input signal magnitude square value calculation unit 305 Update amount control coefficient calculation unit 501 Delay buffer 701 Reception signal buffer 702 Reception input signal power calculation unit 703 Adder 704 Second coefficient update calculation unit 801 reception Signal buffer 802 Correlation matrix calculation unit 803 Determinant calculation unit 804 Adder 805 Inverse matrix calculation unit 806 Second coefficient update calculation unit 1402 First adaptive filter 1403 First subtractor 1404 First coefficient update unit 1406 First 2 adaptive filter 1407 second subtractor 1410 step size calculation unit 1411 second coefficient update unit 1412 reception input terminal 1413 transmission output terminal 1414 D / A converter 1415 A / D converter 1416 speaker 1417 microphone 1418 echo path 1501 first 1 error signal average value calculation unit 1502 low-pass filter 1502a delay unit 1502b multiplier 1502c multiplier 1502d adder 1503 second error signal average value calculation unit 1504 subtractor 1505 divider 1506 first comparator 1507 delay buffer 1508 the AND gate 1509 step size selection switch 1510 step size storing unit 1511 second comparator 1512 multiplier 1513 subtracter 1514 third comparator 1515 noise average value selector switch
Claims (11)
マイクロホンに入力された送信入力信号から前記第1の擬似エコー信号を減算することによって第1の誤差信号を生成する第1の減算器と、
前記受信入力信号および前記第1の誤差信号に基づいて前記第1の係数を更新する第1の係数更新部と、
前記第1の誤差信号に基づいて第1の誤差信号平均値を算出する第1の誤差信号平均値算出部と、
前記受信入力信号および第2の係数に基づいて第2の擬似エコー信号を生成する第2の適応フィルタと、
前記送信入力信号から前記第2の擬似エコー信号を減算することによって第2の誤差信号を生成する第2の減算器と、
前記第2の誤差信号に基づいて第2の誤差信号平均値を算出する第2の誤差信号平均値算出部と、
前記第1の誤差信号平均値および前記第2の誤差信号平均値に基づいて重み係数を算出する重み係数算出部と、
前記送信入力信号のパワーを算出する送信入力信号パワー算出部と、
前記重み係数および前記送信入力信号のパワーに基づいて更新量制御係数を算出する更新量制御係数算出部と、
前記受信入力信号、前記第2の誤差信号、および前記更新量制御係数に基づいて前記第2の係数を更新する第2の係数更新部と、
を備えたことを特徴とするエコーキャンセル装置。 A first adaptive filter that generates a first pseudo echo signal based on a received input signal and a first coefficient before being output to a speaker;
A first subtractor that generates a first error signal by subtracting the first pseudo echo signal from a transmission input signal input to a microphone;
A first coefficient updating unit that updates the first coefficient based on the received input signal and the first error signal;
A first error signal averaging unit for calculating a first error signal mean value based on said first error signal,
A second adaptive filter for generating a second pseudo echo signal based on the received input signal and a second coefficient;
A second subtractor that generates a second error signal by subtracting the second pseudo echo signal from the transmission input signal;
A second error signal averaging unit for calculating a second error signal mean value based on said second error signal,
A weighting factor calculator that calculates a weighting factor based on the first error signal average value and the second error signal average value;
A transmission input signal power calculation unit for calculating the power of the transmission input signal;
An update amount control coefficient calculation unit for calculating an update amount control coefficient based on the weighting factor and the power of the transmission input signal;
A second coefficient updating unit that updates the second coefficient based on the received input signal, the second error signal, and the update amount control coefficient;
An echo canceling device comprising:
所定のサンプル数毎に前記送信入力信号を順次蓄積する送信入力バッファを備え、
前記送信入力バッファが前記サンプル数の前記送信入力信号を蓄積したときに、
前記送信入力信号パワー算出部は、前記送信入力バッファに蓄積されている前記送信入力信号のパワーを算出し、
前記更新量制御係数算出部は、前記重み係数および前記送信入力信号のパワーに基づいて、前記送信入力バッファに蓄積された各サンプルに対応する送信入力信号毎に前記更新量制御係数を算出することを特徴とする請求項1に記載のエコーキャンセル装置。 The echo canceling device is
A transmission input buffer for sequentially storing the transmission input signal for each predetermined number of samples;
When the transmission input buffer stores the number of samples of the transmission input signal,
The transmission input signal power calculation unit calculates the power of the transmission input signal accumulated in the transmission input buffer,
The update amount control coefficient calculation unit calculates the update amount control coefficient for each transmission input signal corresponding to each sample stored in the transmission input buffer based on the weighting factor and the power of the transmission input signal. The echo canceling apparatus according to claim 1.
前記受信入力信号のパワーを算出する受信入力信号パワー算出部と、
前記受信入力信号のパワーに前記更新量制御係数を加えた加算データを出力する加算器とを備え、
前記受信入力信号、前記第2の誤差信号、および前記加算データに基づいて学習同定法によって前記第2の係数を更新することを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れかに記載のエコーキャンセル装置。 The second coefficient update unit includes:
A received input signal power calculating unit for calculating the power of the received input signal;
An adder that outputs addition data obtained by adding the update amount control coefficient to the power of the received input signal;
4. The echo according to claim 1, wherein the second coefficient is updated by a learning identification method based on the received input signal, the second error signal, and the added data. 5. Cancel device.
所定の次数に基づいて前記受信入力信号の相関性行列を算出する相関性行列算出部と、
前記相関性行列の行列式を算出する行列式算出部と、
前記行列式に更新量制御係数を加えた加算データを出力する加算器と、
前記相関性行列と前記加算データに基づいて前記相関性行列の逆行列を算出する逆行列算出部とを備え、
前記受信入力信号、前記第2の誤差信号、および前記逆行列に基づいて射影法によって前記第2の係数を更新することを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れかに記載のエコーキャンセル装置。 The second coefficient update unit includes:
A correlation matrix calculating unit for calculating a correlation matrix of the received input signal based on a predetermined order;
A determinant calculating unit for calculating a determinant of the correlation matrix;
An adder that outputs addition data obtained by adding an update amount control coefficient to the determinant;
An inverse matrix calculator that calculates an inverse matrix of the correlation matrix based on the correlation matrix and the addition data;
4. The echo cancellation according to claim 1, wherein the second coefficient is updated by a projection method based on the received input signal, the second error signal, and the inverse matrix. 5. apparatus.
前記送信入力信号のパワーと前記重み係数と正の定数との積とすることを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れかに記載のエコーキャンセル装置。 The update amount control coefficient is:
The echo cancellation apparatus according to claim 1, wherein the echo cancellation apparatus is a product of the power of the transmission input signal, the weighting factor, and a positive constant.
0から1までの値であることを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れかに記載のエコーキャンセル装置。 The weighting factor is
The echo cancellation apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the echo cancellation apparatus has a value from 0 to 1.
前記第1の誤差信号平均値と前記第2の誤差信号平均値との比の値が入力される増加関数によって出力されることを特徴とする請求項7に記載のエコーキャンセル装置。 The weighting factor is
8. The echo canceling apparatus according to claim 7, wherein a value of a ratio between the first error signal average value and the second error signal average value is output by an increasing function that is input.
前記第1の誤差信号平均値と前記第2の誤差信号平均値との比のべき乗を出力することを特徴とする請求項8に記載のエコーキャンセル装置。 The increase function is
9. The echo cancellation apparatus according to claim 8, wherein a power of a ratio between the first error signal average value and the second error signal average value is output.
前記第1の誤差信号平均値と前記第2の誤差信号平均値との比の大きさに応じて段階的に設定される値とすることを特徴とする請求項7に記載のエコーキャンセル装置。 The weighting factor is
8. The echo canceling apparatus according to claim 7, wherein the echo canceling apparatus is a value set in a stepwise manner in accordance with a magnitude of a ratio between the first error signal average value and the second error signal average value.
所定のステップサイズを用いて前記第1の係数を更新することを特徴とする請求項1乃至請求項10の何れかに記載のエコーキャンセル装置。 The first coefficient update unit includes:
The echo cancellation apparatus according to claim 1, wherein the first coefficient is updated using a predetermined step size.
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