JP4403491B2 - エコーキャンセラ、エコーキャンセル方法及びエコーキャンセルプログラム - Google Patents

Description

本発明はエコーキャンセラ、エコーキャンセル方法及びエコーキャンセルプログラムに関し、例えばテレビ会議システムやハンズフリーホンに適用して好適なものである。

テレビ会議システムやハンズフリーホン等のハンズフリー通話システムにおいては、双方向の音声伝送を行うために、同一の部屋にマイクロホンとスピーカとが配置される。このため参加者の声は、マイクロホンから伝送路を通り、通話相手側のスピーカからマイクロホンへと回り込み、再び伝送路を通って帰ってくる。この音響結合によって、帰ってくる音声には時間の遅れが生じ、エコーとなって感知される。

かかる音響結合によるエコーを抑圧するためのエコーキャンセラとして、スピーカから送出される音声信号とマイクロホンで集音した音声信号とを比較して、適応的にエコー抑圧を行う適応フィルタを用いたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

すなわち図３に示すように、エコーキャンセラ１の適応フィルタ２は、通話相手側から回線を介して送信されて来た受話信号Ｓ１と、マイクロホン５を介して集音した送話信号Ｓ２とを入力する。この送話信号Ｓ２には、話者の音声と、受話信号Ｓ１がスピーカ４を介して出力されマイクロホン５に回り込んだエコー成分と、周辺雑音とが記録されている。

適応フィルタ２の疑似エコー演算部３は、受話信号Ｓ１と送話信号Ｓ２とに基づいてスピーカ４からマイクロホン５へのエコー経路を推定し、当該推定結果と受話信号Ｓ１とに基づいて、上述したエコー成分を推定した疑似エコー信号Ｓ３を生成する。

そして適応フィルタ２は、減算器６によって送話信号Ｓ２から疑似エコー信号Ｓ３を減算することにより、送話信号Ｓ２に含まれるエコー成分を除去してエコー除去送話信号Ｓ４を生成する。このとき疑似エコー演算部３は、エコー成分除去後のエコー除去送話信号Ｓ４に基づいてエコー残差を検出し、当該エコー残差が小さくなるように学習を行うことにより、より適切な疑似エコー信号Ｓ３を生成するようになされている。
特許第２８６１８８８号公報

ここで、上述した適応フィルタ２は、周辺雑音の影響や音声信号レベルの変動、疑似エコー演算部３の学習が不完全である等の原因によって、エコーを完全には除去できない場合がある。

このため、適応フィルタ２の後段にエコー抑圧部を設け、通話状態（ダブルトークかシングルトークかなど）に応じてエコー除去送話信号Ｓ４の信号レベルを低下させることによりエコーを抑圧することが提案されているものの、処理負荷が大きく、また条件によって誤判定が起きたり、不連続な抑圧によって不自然な音量変化が生じることがあるという問題があった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、簡易な構成で、低負荷かつ自然にエコーを抑圧し得るエコーキャンセラ、エコーキャンセル方法及びエコーキャンセルプログラムを提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明においては、通話相手側から送信された受話信号がスピーカを介して受話音声として出力されマイクロホンに回り込むことにより発生するエコー成分を除去するためのエコーキャンセラであって、マイクロホンによって集音されたエコー成分及び話者の音声からなる送話信号から、受話信号と送話信号とを用いてエコー成分を生成した擬似エコー信号を減算することにより送話信号に含まれるエコー成分を除去したエコー除去送話信号を生成するエコー除去送話信号生成手段と、送話信号の絶対値の移動平均値を求めることにより送話信号レベル[ｄＢ]を算出する送話信号レベル算出手段と、エコー除去送話信号の絶対値の移動平均値を求めることによりエコー除去送話信号レベル[ｄＢ]を算出するエコー除去送話信号レベル算出手段と、送話信号レベル[ｄＢ]からエコー除去送話信号レベル[ｄＢ]を減算することによりエコー除去量[ｄＢ]を算出するエコー除去量算出手段と、エコー除去量[ｄＢ]に対してエコー効果と音量の揺れとに基づいてゼロ以上の任意の値で適宜設定される抑圧係数を乗算することによりエコー抑圧量[ｄＢ]を算出するエコー抑制量算出手段と、エコー抑圧量[ｄＢ]に基づいて、エコー抑圧送話信号を生成するエコー抑圧送話信号生成手段とを設けた。

この結果、送話信号レベルからエコー除去送話信号レベルを減算することにより算出したエコー除去量に対して、エコー効果と音量の揺れとに基づいてゼロ以上の任意の値で適宜設定される抑圧係数を乗算したエコー抑制量によりエコー除去量が大きい場合にはエコー抑制量を大きく、エコー除去量が小さい場合にはエコー抑制量を小さくなるようにエコーを抑制できるので、エコーの量に応じた適応的かつ自然なエコー抑制を行なうことができる。

上述のように本発明によれば、通話相手側から送信された受話信号がスピーカを介して受話音声として出力されマイクロホンに回り込むことにより発生するエコー成分を除去するためのエコーキャンセラであって、マイクロホンによって集音された上記エコー成分及び話者の音声からなる送話信号から、受話信号と送話信号とを用いてエコー成分を生成した擬似エコー信号を減算することにより送話信号に含まれるエコー成分を除去したエコー除去送話信号を生成するエコー除去送話信号生成手段と、送話信号の絶対値の移動平均値を求めることにより送話信号レベル[ｄＢ]を算出する送話信号レベル算出手段と、エコー除去送話信号の絶対値の移動平均値を求めることによりエコー除去送話信号レベル[ｄＢ]を算出するエコー除去送話信号レベル算出手段と、送話信号レベル[ｄＢ]からエコー除去送話信号レベル[ｄＢ]を減算することによりエコー除去量[ｄＢ]を算出するエコー除去量算出手段と、エコー除去量[ｄＢ]に対してエコー効果と音量の揺れとに基づいてゼロ以上の任意の値で適宜設定される抑圧係数を乗算することによりエコー抑圧量[ｄＢ]を算出するエコー抑制量算出手段と、エコー抑圧量[ｄＢ]に基づいて、エコー抑圧送話信号を生成するエコー抑圧送話信号生成手段とを設けたことにより、送話信号レベルからエコー除去送話信号レベルを減算することにより算出したエコー除去量に対して、エコー除去量に応じて決められる抑圧係数を乗算したエコー抑制量によりエコー除去量が大きい場合にはエコー抑制量を大きく、エコー除去量が小さい場合にはエコー抑制量を小さくなるようにエコーを抑制できるので、エコーの量に応じた適応的かつ自然なエコー抑制を行なうことができ、かくして簡易な構成で、エコーの量に応じた適応的かつ自然なエコー抑圧を行い得るエコーキャンセラを実現することができる。

以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。

図３との対応部分に同一符号を付して示す図１において、１０は全体として本発明によるエコーキャンセラを示し、適応フィルタ２の後段にエコーサプレッサ１１が設けられている以外は、図従１に示すエコーキャンセラ１と同一である。

適応フィルタ２の疑似エコー演算部３は、受話信号Ｓ１と送話信号Ｓ２とに基づいてスピーカ４からマイクロホン５へのエコー経路を推定し、当該推定結果と受話信号Ｓ１とに基づいて、受話信号Ｓ１に含まれるエコー成分を推定した疑似エコー信号Ｓ３を生成する。

そして適応フィルタ２は、減算器６によって送話信号Ｓ２から疑似エコー信号Ｓ３を減算することにより、送話信号Ｓ２に含まれるエコー成分を除去してエコー除去送話信号Ｓ４を生成し、これを本願発明の特徴であるエコーサプレッサ１１に供給する。

除去量算出手段としての、エコーサプレッサ１１の抑圧量計算部１２は、図２（Ａ）に示す送話信号Ｓ２の絶対値の移動平均値を求め、このレベルを送話信号レベルｍＬ[dB]（図２（Ｂ））とする。同様に抑圧量計算部１２は、図２（Ｃ）に示すエコー除去送話信号Ｓ４の絶対値の移動平均値を求め、このレベルをエコー除去送話信号レベルｅＬ[dB]（図２（Ｄ））とする。

そして抑圧量計算部１２は、送話信号レベルｍＬからエコー除去送話信号レベルｅＬを減算することにより、適応フィルタ２によるエコー除去量ｄＬ[dB]（図２（Ｅ）を算出する。

このとき抑圧量計算部１２は、送話信号Ｓ２及びエコー除去送話信号Ｓ４それぞれの信号レベルとして、信号の絶対値の移動平均値を用いる。適応フィルタ２によるエコー除去量ｄＬは次式で求められる。

ｄＬ[dB]＝ｍＬ[dB]−ｅＬ[dB] ……（１）

さらに抑圧量算出手段としての抑圧量計算部１２は、次式に基づいてエコー抑圧量ｓＬを算出し、これを後段の抑圧部１４に供給する。ここで、抑圧係数ｘは０以上の任意の値である。

ｓＬ[dB]＝ｄＬ[dB]×ｘ （ｘ≧０） ……（２）

一方、エコーサプレッサ１１の遅延部１３は、適応フィルタ２から供給されたエコー除去送話信号Ｓ４に対し、抑圧量計算部１２におけるエコー抑圧量ｓＬ算出の際の移動平均時間の半分だけ遅延を施すことにより、エコー除去送話信号Ｓ４と、これに対応するエコー抑圧量ｓＬとのタイミングを合致させる。そして抑圧部１４は、エコー除去送話信号Ｓ４に対してエコー抑圧量ｓＬだけ抑圧することにより残留エコーを更に低減し、これをエコー抑圧送話信号Ｓ５として通話相手側に送出する。

送話信号Ｓ２に対するエコーキャンセラ１０全体としてのエコー除去量は、ｄＬ＋ｓＬ＝ｄＬ（１＋ｘ）となる。抑圧係数ｘを大きくすると、エコーキャンセラ１０全体のエコー除去量が増大して除去効果が向上するが、この反面、音量の揺れが大きくなり、不自然な音声になる。このため、エコー除去効果と音量の揺れとに基づいて、抑圧係数ｘを適宜設定すればよい。

以上の構成において、エコーサプレッサ１１の抑圧量計算部１２は、マイクロホン５で集音した送話信号Ｓ２と、適応フィルタ２から出力されるエコー除去後のエコー除去送話信号Ｓ４とに基づいて、当該適応フィルタ２におけるエコー除去量ｄＬを算出し、さらに当該エコー除去量ｄＬに抑圧係数ｘを乗算してエコー抑圧量ｓＬを算出する。

そして抑圧部１４は、エコー除去送話信号Ｓ４に対してエコー抑圧量ｓＬだけ抑圧を行い、エコー抑圧送話信号Ｓ５として通話相手側に送出する。

かくしてエコーサプレッサ１１は、適応フィルタ２によるエコー除去量ｄＬが大きい場合（エコーが大きい状態）はエコー抑圧量ｓＬを大きく、エコー除去量ｄＬが小さい場合（エコーが小さい状態）はエコー抑圧量ｓＬを小さく制御することにより、エコーの量に応じた適応的かつ自然なエコー抑圧を行う。

上述したようにエコー除去量ｄＬは、通話状態に応じて随時変化していく。例えば、通話相手が話していない状態では、受話信号Ｓ１の信号レベルは「０」に近くなるため、適応フィルタ２によるエコー除去量ｄＬもほぼ「０」となる。このため、エコー除去送話信号Ｓ４（話者の音声が大半を占めている）はほとんど抑圧されることがなく、音量の揺れはほとんど生じない。

これに対して、通話相手のみが話しているシングルトーク状態では、送話信号Ｓ２に占めるエコー成分の割合が高くなるため、適応フィルタ２によるエコー除去量ｄＬは大きくなる。この場合エコーサプレッサ１１は、エコー除去送話信号Ｓ４に対しｓＬ＝ｄＬ×ｘだけ抑圧を行うことにより、適応フィルタ２で除去しきれなかった残留エコーをさらに抑圧することができる。

また、双方が話しているダブルトーク状態では、送話信号Ｓ２に占める話者の音声の割合が高くなるためエコー除去量Ｅｄは小さくなり、音量の揺れは小さくなる。さらに、この音量の小さな揺れは話者の音声にマスクされるため、実際上通話相手には感知されない。

以上の構成によれば、適応フィルタ２によってエコー除去されたエコー除去送話信号Ｓ４に対し、当該適応フィルタ２によるエコー除去量ｄＬに応じたエコー抑圧量ｓＬで更に抑圧をかけることにより、簡易な構成で、低負荷かつ自然にエコーを抑圧することができる。

なお上述の実施の形態においては、送話信号Ｓ２及びエコー除去送話信号Ｓ４の移動平均値を用いてエコー除去量ｄＬを算出したが、本発明はこれに限らず、送話信号Ｓ２及びエコー除去送話信号Ｓ４のピーク値等、他の様々な値を用いてエコー除去量ｄＬを算出してもよい。そして、エコー除去量ｄＬの算出方法によっては遅延部１３は不要となることもある。

さらに上述の実施の形態においては、ハードウェア構成によってエコーを除去するエコーキャンセラ１０に本発明を適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、上述した適応フィルタ処理、エコー除去量算出処理、エコー抑圧量算出処理及び抑圧処理を行うエコーキャンセルプログラムを、例えばパーソナルコンピュータ等の情報処理装置にインストールし、当該情報処理装置によってエコーを除去するようにしてもよい。

この場合、エコーキャンセルプログラムを情報処理装置にインストールして実行可能な状態にするためのプログラム格納媒体としては、例えばフレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc-Read Only Memory ）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等のパッケージメディアのみならず、これらのプログラムが一時的もしくは永続的に格納される半導体メモリや磁気ディスク等で実現してもよい。

また、プログラム格納媒体にこれらのプログラムを格納する手段として、ローカルエリアネットワークやインターネット、ディジタル衛星放送等の有線及び無線通信媒体を利用してもよく、ルータやモデム等の各種通信インターフェースを介して格納するようにしてもよい。

本発明は、テレビ会議システムやハンズフリーホン等のハンズフリー通話システムに適用できる。

本発明によるエコーキャンセラの構成を示すブロック図である。 エコー除去量算出の説明に供する略線図である。 従来のエコーキャンセラの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１、１０……エコーキャンセラ、２……適応フィルタ、３……疑似エコー演算部、４……スピーカ、５……マイクロホン、６……減算器、１１……エコーサプレッサ、１２……抑圧量計算部、１３……遅延部、１４……抑圧部。

Claims (3)

1. 通話相手側から送信された受話信号がスピーカを介して受話音声として出力されマイクロホンに回り込むことにより発生するエコー成分を除去するためのエコーキャンセラであって、
   上記マイクロホンによって集音された上記エコー成分及び話者の音声からなる送話信号から、上記受話信号と上記送話信号とを用いて上記エコー成分を生成した擬似エコー信号を減算することにより上記送話信号に含まれる上記エコー成分を除去したエコー除去送話信号を生成するエコー除去送話信号生成手段と、
   上記送話信号の絶対値の移動平均値を求めることにより送話信号レベル[ｄＢ]を算出する送話信号レベル算出手段と、
   上記エコー除去送話信号の絶対値の移動平均値を求めることによりエコー除去送話信号レベル[ｄＢ]を算出するエコー除去送話信号レベル算出手段と、
   上記送話信号レベル[ｄＢ]から上記エコー除去送話信号レベル[ｄＢ]を減算することによりエコー除去量[ｄＢ]を算出するエコー除去量算出手段と、
   上記エコー除去量[ｄＢ]に対してエコー効果と音量の揺れとに基づいてゼロ以上の任意の値で適宜設定される抑圧係数を乗算することによりエコー抑圧量[ｄＢ]を算出するエコー抑制量算出手段と、
   上記エコー抑圧量[ｄＢ]に基づいて、エコー抑圧送話信号を生成するエコー抑圧送話信号生成手段と
   を具えるエコーキャンセラ。
2. 通話相手側から送信された受話信号がスピーカを介して受話音声として出力されマイクロホンに回り込むことにより発生するエコー成分を除去するためエコーキャンセル方法であって、
   上記マイクロホンによって集音された上記エコー成分及び話者の音声からなる送話信号から、上記受話信号と上記送話信号とを用いて上記エコー成分を生成した擬似エコー信号を減算することにより上記送話信号に含まれる上記エコー成分を除去したエコー除去送話信号を生成するエコー除去送話信号生成ステップと、
   上記送話信号の絶対値の移動平均値を求めることにより送話信号レベル[ｄＢ]を算出する送話信号レベル算出ステップと、
   上記エコー除去送話信号の絶対値の移動平均値を求めることによりエコー除去送話信号レベル[ｄＢ]を算出するエコー除去送話信号レベル算出ステップと、
   上記送話信号レベル[ｄＢ]から上記エコー除去送話信号レベル[ｄＢ]を減算することによりエコー除去量[ｄＢ]を算出するエコー除去量算出ステップと、
   上記エコー除去量[ｄＢ]に対してエコー効果と音量の揺れとに基づいてゼロ以上の任意の値で適宜設定される抑圧係数を乗算することによりエコー抑圧量[ｄＢ]を算出するエコー抑制量算出ステップと、
   上記エコー抑圧量[ｄＢ]に基づいて、エコー抑圧送話信号を生成するエコー抑圧送話信号生成ステップと
   を具えるエコーキャンセル方法。
3. 通話相手側から送信された受話信号がスピーカを介して受話音声として出力されマイクロホンに回り込むことにより発生するエコー成分を除去するためのエコーキャンセルプログラムであって、
   上記マイクロホンによって集音された上記エコー成分及び話者の音声からなる送話信号から、上記受話信号と上記送話信号とを用いて上記エコー成分を生成した擬似エコー信号を減算することにより上記送話信号に含まれる上記エコー成分を除去したエコー除去送話信号を生成するエコー除去送話信号生成ステップと、
   上記送話信号の絶対値の移動平均値を求めることにより送話信号レベル[ｄＢ]を算出する送話信号レベル算出ステップと、
   上記エコー除去送話信号の絶対値の移動平均値を求めることによりエコー除去送話信号レベル[ｄＢ]を算出するエコー除去送話信号レベル算出ステップと、
   上記送話信号レベル[ｄＢ]から上記エコー除去送話信号レベル[ｄＢ]を減算することによりエコー除去量[ｄＢ]を算出するエコー除去量算出ステップと、
   上記エコー除去量[ｄＢ]に対してエコー効果と音量の揺れとに基づいてゼロ以上の任意の値で適宜設定される抑圧係数を乗算することによりエコー抑圧量[ｄＢ]を算出するエコー抑制量算出ステップと、上記エコー抑圧量[ｄＢ]に基づいて、エコー抑圧送話信号を生成するエコー抑圧送話信号生成ステップと
   をエコーキャンセル装置に実行させるエコーキャンセルプログラム。

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