JP4348924B2

JP4348924B2 - エコーキャンセラ装置及びそれに用いるエコーキャンセラ方法

Info

Publication number: JP4348924B2
Application number: JP2002289328A
Authority: JP
Inventors: 唯介丸山
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2002-10-02
Filing date: 2002-10-02
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2022-10-02
Also published as: JP2004128825A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエコーキャンセラ装置及びそれに用いるエコーキャンセラ方法に関し、特にＭ系列信号によるインパルス応答推定機能を有したエコーキャンセラ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エコーキャンセラ装置においては、疑似エコー生成部において音声復号化処理後の受信信号に対して畳み込み演算を行い、疑似エコー信号を生成している。疑似エコー生成部はフィルタであり、エコー経路の推定インパルス応答のタップ係数を有している。
【０００３】
疑似エコー生成部で生成された疑似エコー信号はディジタル信号に変換された送信信号から減算器で減算される。ここで、疑似エコー生成部におけるタップ係数は減算器の出力のモニタ結果に応じて逐次更新され、その更新方法としては、例えば学習同定法等のアルゴリズムが用いられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
上記のエコーキャンセラ装置では、エコー経路の推定が重要な機構ではあるが、受信信号がない場合や低い信号レベルの場合、戻ってくるエコーも小さくなり、推定精度が劣化する。このため、これまでは受信信号レベルが一定レベル以下の場合、エコー経路のインパルス応答更新を停止するのが一般的である。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−３２４２３４号公報（第１，２頁、図４）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のエコーキャンセラ装置では、エコー経路の特性が様々な理由によって変動している場合が多い。例えば、音響用エコーキャンセラのようなスピーカとマイクとの音響結合の場合には、温度の変化／反射物の移動等によって大きく変化し、これらはスピーカへの音声の有無に関係なく変化する。
【０００７】
また、電話回線用のエコーキャンセラ装置では、回線接続の当初は当然特性が不明であり、接続後すぐに音声が流れるとは限らない。このような環境で受信レベルが低い時に、インパルス応答の更新停止を実施すると、エコー消去の劣化につながる。
【０００８】
尚、上記の特許文献１では、通話開始前に内蔵のアナウンス信号や白色ノイズを流してインパルス応答を推定しているが（第３〜７頁、図１及び図３）、受話側に「しばらくお待ち下さい」等の不要な音声や白色ノイズによる不要な信号音が流れることとなり、受話側に不快感を生じさせることとなる。また、上記の特許文献１では、通話の途中で送信側及び受信側双方の音声がとぎれた場合にはインパルス応答の更新停止が実施されることとなる。
【０００９】
そこで、本発明の目的は上記の問題点を解消し、受信信号レベルの低い、インパルス応答の推定が困難な場合にもエコー経路を推定することができるエコーキャンセラ装置及びそれに用いるエコーキャンセラ方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によるエコーキャンセラ装置は、受信信号の一部が送信入力信号に戻ってくることを防ぐためにエコー経路のインパルス応答の推定を行い、そのインパルス応答の推定結果から生成された疑似エコー信号を送信入力信号から減算して送信出力信号を出力するエコーキャンセラ装置であって、
疑似雑音を発生するＭ系列発生器と、前記Ｍ系列発生器から発生した疑似雑音を受信信号に付加する加算器と、前記Ｍ系列発生器から発生した疑似雑音と送信入力信号との相関を求める信号相関検出器と、前記信号相関検出器で求めた前記疑似雑音と送信入力信号との相関及び前記送信出力信号のいずれかを用いて周期的に受信側出力から送信側入力までのエコー経路のインパルス応答を推定するインパルス応答推定回路と、前記受信信号及び前記送信入力信号の低い状態を検出するレベル検出器とを備え、
前記インパルス応答推定回路は、前記レベル検出器において前記受信信号及び送信入力信号がともに一定レベル以上であることが検出された時に前記送信出力信号を用いて前記エコー経路のインパルス応答を推定し、前記レベル検出器において前記受信信号及び送信入力信号がともに一定レベル以下であることが検出された時に前記信号相関検出器で求めた前記疑似雑音と前記送信入力信号との相関を用いて前記エコー経路のインパルス応答を推定している。
【００１３】
本発明によるエコーキャンセラ方法は、受信信号の一部が送信入力信号に戻ってくることを防ぐためにエコー経路のインパルス応答の推定を行い、そのインパルス応答の推定結果から生成された疑似エコー信号を送信入力信号から減算して送信出力信号を出力するエコーキャンセラ方法であって、
疑似雑音を発生するＭ系列発生器から発生した疑似雑音を受信信号に付加するステップと、前記Ｍ系列発生器から発生した疑似雑音と前記送信入力信号との相関を求めるステップと、前記疑似雑音と前記送信入力信号との相関及び前記送信出力信号のいずれかを用いて周期的に受信側出力から送信側入力までのエコー経路のインパルス応答を推定するステップと、前記受信信号及び前記送信入力信号の低い状態を検出するステップとを備え、
前記エコー経路のインパルス応答を計算するステップは、前記受信信号及び送信入力信号がともに一定レベル以上であることが検出された時に前記送信出力信号を用いて前記エコー経路のインパルス応答を推定し、前記受信信号及び送信入力信号がともに一定レベル以下であることが検出された時に前記疑似雑音と前記送信入力信号との相関を用いて前記エコー経路のインパルス応答を推定している。
【００１４】
すなわち、本発明のエコーキャンセラ装置は、受信信号［音声信号がのっていない受信信号（背景ノイズだけの受信信号）］に微少なＭ系列雑音を加え、送受信信号がない場合（送受信信号に音声信号がのっていない場合）に、Ｍ系列雑音との相関によってインパルス応答を推定している。
【００１５】
より具体的に説明すると、本発明のエコーキャンセラ装置では、受信信号の一部が送信信号に戻ってくることを防ぐエコーキャンセラ装置において、Ｍ系列発生器から発生した疑似雑音を受信信号に付加して送出するとともに、送信入力信号とＭ系列信号との相関を求めて、周期的に受信出力から送信入力までのエコー経路のインパルス応答を計算している。
【００１６】
これによって、本発明のエコーキャンセラ装置では、従来のエコーキャンセラで推定することができなかった受信信号レベルの低い信号に対しても、インパルス応答の推定が可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施例によるエコーキャンセラ装置の構成を示すブロック図である。図１において、本発明の一実施例によるエコーキャンセラ装置はレベル検出器１と、信号相関検出器２と、畳み込み計算器３と、インパルス応答推定部４と、引き算回路５と、加算器６と、Ｍ系列発生器７とから構成されている。
【００１８】
レベル検出器１は受信信号及び送信入力信号の低い状態（音声信号のない状態）を検出する。信号相関検出器２は送信入力信号ｙ（ｉ）とＭ系列信号ｓｍ（ｉ）との相関によって周期的にエコー経路のインパルス応答を求める。
【００１９】
畳み込み計算器３はエコーキャンセラの基本構成である受信信号ｘ（ｉ）から疑似エコーの生成を行う。インパルス応答推定部４は畳み込み計算器３で必要なインパルス応答Ｈ（ｉ）を送信出力信号ｅ（ｉ）から求める。
【００２０】
引き算回路５は送信入力信号ｙ（ｉ）から疑似エコー信号を除き、送信出力信号ｅ（ｉ）とする。加算器６はＭ系列発生器７の発生したＭ系列信号ｓｍ（ｉ）を受信信号ｘ（ｉ）に加え、新たな受信信号ｘｍ（ｉ）とする。Ｍ系列発生器７はＭ系列信号を発生する。
【００２１】
Ｍ系列発生器７では信号サンプル毎にＭ系列を駆動して、０／１を発生させ、０／１によって信号レベル、＋Δ／−Δの信号を送出する。Δの大きさは受信信号の無通話時ノイズレベル以下に設定するため、受信側では無信号時ノイズ以下の付加信号のため、この信号を背景ノイズ以外としては識別することができず、本来の信号を伝達することを阻害することはない。
【００２２】
信号相関検出器２ではＭ系列の周期毎に送信入力信号と１サンプル時間づつ遅れたＭ系列信号とで相関をとることによって、同期したＭ系列信号成分だけが取り出される。これはインパルス信号に対する応答（インパルス応答）をまず、インパルス信号をＭ系列で符号拡散した後に、受信側で逆拡散して、インパルス応答を得るのと同等の機能となる。
【００２３】
信号相関検出器２で求まったインパルス応答ＨＭ（ｉ）及びレベル検出器１で見つけた送受信号ｘ（ｉ），ｙ（ｉ）のレベルが共に一定値以下の小さな信号の状態の場合には、それらの状態がインパルス応答推定回路４に伝えられる。
【００２４】
インパルス応答推定回路４はＬＭＳ（ＬｅａｓｔＭｅａｎＳｑｕａｒｅ）（学習的）アルゴリズムによって求まったインパルス応答と、信号相関検出器２によって得られたインパルス応答ＨＭ（ｉ）とをレベル検出器１の検出結果に応じて選択あるいは加重平均して求めたインパルス応答をＨ（ｉ）として畳み込み計算器３に出力する。
【００２５】
図２は本発明の一実施例によるエコーキャンセラ装置におけるインパルス応答推定処理を示すフローチャートである。これら図１及び図２を参照して本発明の一実施例によるエコーキャンセラ装置の動作について説明する。
【００２６】
まず、以下の説明で用いる記号及び図１に示す各信号の説明を簡単に行う。ＭはＭ系列の最大周期、Ｎはインパルス応答の次数、ｘ（ｉ）は時刻ｉでの受信信号、ｈ（ｊ）は時刻位置ｊのインパルス応答、ｙ（ｉ）は時刻ｉでの送信入力信号、ｈｍ（ｊ）は時刻位置ｊの相関によるインパルス応答、ｅ（ｉ）は時刻ｉでの送信出力信号、ｙｓ（ｉ）は時刻ｉの疑似エコー信号、ｘｍ（ｉ）は時刻ｉでの受信送出信号、ｓｍ（ｋ）は時刻ｋ（＝ｉｍｏｄＭ）のＭ系列ノイズ、ｇ（ｊ）は時刻位置ｊでの真のインパルス応答をそれぞれ示している。
【００２７】
また、各信号をベクトル的に扱う場合には各文字を大文字で表し、Ｘ（ｉ）＝［ｘ（ｉ），ｘ（ｉ−１），ｘ（ｉ−２），・・・，ｘ（ｉ−Ｎ−１）］と記述する。
【００２８】
まず、受信送出信号ｘｍ（ｉ）は、加算器６でＭ系列発生器７の信号と加算され、
ｘｍ（ｉ）＝ｘ（ｉ）＋ｓｍ（ｋ）・・・（１）
という式で求められる（図２ステップＳ１）。
【００２９】
畳み込み計算器３では受信送出信号ベクトルＸＭ（ｉ）とインパルス応答ベクトルＨ（ｉ）とから疑似エコー信号ｙｓ（ｉ）が、
ｙｓ（ｉ）＝＜Ｈ（ｉ）・ＸＭ（ｉ）＞・・・（２）
という式で求められる（図２ステップＳ３）。尚、＜・＞はベクトルの内積を求める計算である。
【００３０】
送信出力信号ｅ（ｉ）は、引き算回路５で送信入力信号ｙ（ｉ）から疑似エコー信号ｙｓ（ｉ）が除かれ、
ｅ（ｉ）＝ｙ（ｉ）−ｙｓ（ｉ）・・・（３）
となる（図２ステップＳ４）。
【００３１】
従来のエコーキャンセラ装置では、インパルス応答推定回路でインパルス応答Ｈｏ（ｉ）を、

という式で推定している（図２ステップＳ５）。
【００３２】
しかしながら、この方法では、受信送出信号ベクトルＸＭ（ｉ）の信号レベルが低い場合に精度が落ち、正しいインパルス応答Ｈｏ（ｉ）の推定には障害となるため、受信レベルの低い場合にインパルス応答Ｈｏ（ｉ）の推定を停止している［上記（４）式の右辺第２項をゼロとする］。
【００３３】
ここで、本実施例ではさらに加算されたＭ系列信号から、信号相関検出器２によってエコー経路のインパルス応答ＨＭ（ｉ）が求められる（図２ステップＳ２）。例えば、インパルス応答ＨＭのｋ番目の信号は、

という式で求められる。受信信号Ｘ（ｉ）はＭ系列信号とは相関が無く、（６）式によってほとんどゼロとなる。
【００３４】
一方、受信信号に付加したＭ系列信号とは相関があり、時間遅れのない項のみが残り、インパルス応答のｋ番目の信号が判明する。この信号相関検出器２から求められたインパルス応答ＨＭ（ｉ）はインパルス応答推定回路４に送られ、従来のＬＭＳアルゴリズム［（１）−（４）］で求められるインパルス応答Ｈｏ（ｉ）とを送受信信号の有無によって、

と切替えてインパルス応答Ｈ（ｉ）として推定する（図２ステップＳ６〜Ｓ８）。尚、上記の処理動作は、一般に、システムとして時変系が想定されるため、再び最初のステップＳ１に戻り、繰り返し実行される（図２ステップＳ１〜Ｓ８）。
【００３５】
このように、本実施例では、従来、停止していた受信信号レベルの低い時のインパルス応答の推定動作を、受信信号レベルの低い場合もＭ系列ノイズを付加することによって、受話側に不要な音声や白色ノイズによる不要な信号音を流すことなく、インパルス応答の推定動作を続けることができるので、エコー経路が変動するような系でもエコー消去量が劣化せずにすむ。
【００３６】
これによって、送信側と受信側との回線の確立後に、あるいは会話の途中で音声がとぎれた場合の音声送信の再開時に、音声に重畳されるエコーを小さく抑えることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、受信信号の一部が送信信号に戻ってくることを防ぐためにインパルス応答の推定を行うエコーキャンセラ装置において、受信信号に微少なＭ系列雑音を加え、送信信号とＭ系列雑音との相関を求め、受信信号及び送信信号に音声信号を含んでいない時に送信信号とＭ系列雑音との相関を基にインパルス応答を推定することによって、受信信号レベルの低い、インパルス応答の推定が困難な場合にもエコー経路を推定することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるエコーキャンセラ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施例によるエコーキャンセラ装置におけるインパルス応答推定処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１レベル検出器
２信号相関検出器
３畳み込み計算器
４インパルス応答推定部
５引き算回路
６加算器
７Ｍ系列発生器

Claims

受信信号の一部が送信入力信号に戻ってくることを防ぐためにエコー経路のインパルス応答の推定を行い、そのインパルス応答の推定結果から生成された疑似エコー信号を送信入力信号から減算して送信出力信号を出力するエコーキャンセラ装置であって、
疑似雑音を発生するＭ系列発生器と、前記Ｍ系列発生器から発生した疑似雑音を受信信号に付加する加算器と、前記Ｍ系列発生器から発生した疑似雑音と送信入力信号との相関を求める信号相関検出器と、前記信号相関検出器で求めた前記疑似雑音と送信入力信号との相関及び前記送信出力信号のいずれかを用いて周期的に受信側出力から送信側入力までのエコー経路のインパルス応答を推定するインパルス応答推定回路と、前記受信信号及び前記送信入力信号の低い状態を検出するレベル検出器とを有し、
前記インパルス応答推定回路は、前記レベル検出器において前記受信信号及び送信入力信号がともに一定レベル以上であることが検出された時に前記送信出力信号を用いて前記エコー経路のインパルス応答を推定し、前記レベル検出器において前記受信信号及び送信入力信号がともに一定レベル以下であることが検出された時に前記信号相関検出器で求めた前記疑似雑音と前記送信入力信号との相関を用いて前記エコー経路のインパルス応答を推定することを特徴とするエコーキャンセラ装置。
前記信号相関検出器は、Ｍ系列の周期毎に前記送信入力信号と１サンプル時間づつ遅れたＭ系列信号とで相関をとることで、同期したＭ系列信号成分だけを取り出すことを特徴とする請求項１記載のエコーキャンセラ装置。
受信信号の一部が送信入力信号に戻ってくることを防ぐためにエコー経路のインパルス応答の推定を行い、そのインパルス応答の推定結果から生成された疑似エコー信号を送信入力信号から減算して送信出力信号を出力するエコーキャンセラ方法であって、
疑似雑音を発生するＭ系列発生器から発生した疑似雑音を受信信号に付加するステップと、前記Ｍ系列発生器から発生した疑似雑音と前記送信入力信号との相関を求めるステップと、前記疑似雑音と前記送信入力信号との相関及び前記送信出力信号のいずれかを用いて周期的に受信側出力から送信側入力までのエコー経路のインパルス応答を推定するステップと、前記受信信号及び前記送信入力信号の低い状態を検出するステップとを有し、
前記エコー経路のインパルス応答を計算するステップは、前記受信信号及び送信入力信号がともに一定レベル以上であることが検出された時に前記送信出力信号を用いて前記エコー経路のインパルス応答を推定し、前記受信信号及び送信入力信号がともに一定レベル以下であることが検出された時に前記疑似雑音と前記送信入力信号との相関を用いて前記エコー経路のインパルス応答を推定することを特徴とするエコーキャンセラ方法。
前記疑似雑音と前記送信入力信号との相関を求めるステップは、Ｍ系列の周期毎に前記送信入力信号と１サンプル時間づつ遅れたＭ系列信号とで相関をとることで、同期したＭ系列信号成分だけを取り出すことを特徴とする請求項３記載のエコーキャンセラ方法。