JP4579301B2

JP4579301B2 - エコー消去装置

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Publication number: JP4579301B2
Application number: JP2007554750A
Authority: JP
Inventors: 敦仁矢野; 郁夫梶山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-01-17
Filing date: 2006-01-17
Publication date: 2010-11-10
Anticipated expiration: 2026-01-17
Also published as: US20090168993A1; US8229107B2; EP1976139A8; EP1976139A4; JPWO2007083349A1; WO2007083349A1; EP1976139B1; EP1976139A1

Description

この発明は、例えば、ハンズフリー通話機器等におけるエコーを消去するエコー消去装置に関するものである。

一般に、ハンズフリー通話機器におけるエコー消去装置は、適応フィルタやエコーサプレッサを用いて構成される。エコーサプレッサは適応フィルタが消し残した残留エコーを抑圧する目的で用いられ、センタクリッパや、可変アッテネータによって実現される。

このうちセンタクリッパは、除去可能な残留エコーの振幅レベルがある範囲に限定される為、残留エコーの振幅レベルが大きい場合には適用できない。一方、可変アッテネータは、残留エコーの振幅レベルが大きい場合でも適用が可能であるが、可変アッテネータを用いる場合には、送信音声の欠損を防ぐ為にダブルトーク判定処理を設け、受信側のシングルトーク状態にのみ送信信号がアッテネートされるように可変アッテネータの損失量を制御する必要がある。

このようなダブルトーク判定法の一例として、例えば特許文献１に記載されている方法がある。この文献に記載の判定法では、受信信号が有音である状態において受信信号と送信信号のレベル差の平均値を求め、これを推定エコーゲインとし、この推定エコーゲインと受信信号レベルから推定エコーレベルを求め、送信信号あるいは適応フィルタの残差信号レベルが推定エコーレベル相当か、それ以下であれば受信側のシングルトークと判定し、それ以上であればダブルトークと判定している。

特許第３３８６３２７号公報

しかしながら、平均的にエコーレベルが送信音声のレベルを上回る環境では、受信側のシングルトークであろうとダブルトークであろうと、送信信号あるいは残差信号のレベルは推定エコーレベルと同レベルかそれ以下となり、判定結果は常に受信側のシングルトークとなってしまう。このため、ダブルトークの検出が正確に行われなくなるという問題があった。

こうした状況は、話者とマイク、スピーカの位置関係において、話者とマイクとの距離が、マイクとスピーカとの距離に対して十分短くない場合や、スピーカから再生される受信音声の音圧レベルが、送信音声の音圧レベルに比べ非常に高い場合などにおいて起こり得る。

この発明は上記の問題を解決する為になされたもので、平均的にエコーレベルが送信音声のレベルを上回るような条件においても、ダブルトーク区間を的確に検知してエコー抑圧処理を行うエコー消去装置を得ることを目的とする。

この発明に係るエコー消去装置は、受信信号と送信信号とが有音であり、かつ、送信信号と適応フィルタでエコー消去された残差信号との差分の所定時間当たりの減少量が予め定めた閾値を越え、同時に、受信信号の変化量が所定の基準以下であった場合、ダブルトークと判定するようにしたものである。

このことによって、平均的にエコーレベルが送信音声のレベルを上回るような条件においても、ダブルトーク区間を的確に検知してエコー抑圧処理を行うことが可能なエコー消去装置を得ることができる。

この発明の実施の形態１によるエコー消去装置を示す構成図である。この発明の実施の形態１によるエコー消去装置における状態判定器の詳細を示す構成図である。この発明の実施の形態１によるエコー消去装置における状態判定動作の説明図である。この発明の実施の形態２によるエコー消去装置における状態判定動作の説明図である。この発明の実施の形態３によるエコー消去装置における状態判定器の詳細を示す構成図である。この発明の実施の形態３によるエコー消去装置における状態判定動作の説明図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための最良の形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるエコー消去装置を示す構成図である。
図示のエコー消去装置は、適応フィルタ１、状態判定器２、アッテネータ制御器３、可変アッテネータ４を備えている。
適応フィルタ１は、受信信号から疑似エコー信号を生成し、その疑似エコー信号を送信信号から差し引いてエコー消去を行う公知の適応フィルタである。状態判定器２は、受信信号と送信信号と適応フィルタ１でエコー消去された残差信号とに基づいて受信側や送信側のシングルトークやダブルトークといった通信状態を判定する判定器である。尚、この状態判定器２の詳細については後述する。

アッテネータ制御器３は、状態判定器２の判定結果に基づいて可変アッテネータ４を制御する制御器である。また、可変アッテネータ４は、アッテネータ制御器３によって制御され、送信信号レベルに任意の損失を付加するためのアッテネータである。

図２は、状態判定器２の詳細を示す構成図である。
状態判定器２は、受信側有無音判定部２０１、送信側有無音判定部２０２、エコー消去量評価部２０３、エコー消去量変動評価部２０４、状態判定部２０５からなる。

受信側有無音判定部２０１は、受信信号Ｒ（ｋ）に基づいて受信側の信号の有無を判定する機能部である。送信側有無音判定部２０２は、送信信号Ｓ（ｋ）に基づいて送信側の信号の有無を判定する機能部である。エコー消去量評価部２０３は、送信信号Ｓ（ｋ）と残差信号Ｓ’（ｋ）に基づいてエコー消去量を判定する機能部である。エコー消去量変動評価部２０４は、受信信号Ｒ（ｋ）と、エコー消去量評価部２０３の出力ＥＲＬＥ（ｋ）に基づいてエコー消去量の変動量を判定する機能部である。状態判定部２０５は、これら受信側有無音判定部２０１〜エコー消去量変動評価部２０４の判定結果に基づいて、通信状態、即ち、送信側、受信側共に無音か、送信側シングルトークか、受信側シングルトークか、ダブルトークかを判定する機能部である。

次に、このような構成のエコー消去装置の動作について説明する。
エコー消去装置には、受信信号Ｒ（ｋ）、送信信号Ｓ（ｋ）が入力される。ここで、ｋはデジタルで表された時刻であり、エコー消去装置の動作の開始時点から、信号のサンプリング周期と同じ周期で１ずつカウントされるものとする。

適応フィルタ１は、入力された受信信号Ｒ（ｋ）から擬似エコー信号Ｄ（ｋ）を生成し、送信信号Ｓ（ｋ）からＤ（ｋ）を差し引いてエコー消去を行い、残差信号Ｓ’（ｋ）を出力する。状態判定器２は、Ｒ（ｋ），Ｓ（ｋ），Ｓ’（ｋ）から、通話状態が、送信・受信共に無音、送信側のシングルトーク、受信側のシングルトーク、ダブルトークのいずれであるかを判定し、状態判定フラグｆｌｇ（ｋ）を出力する。

アッテネータ制御器３は、ｆｌｇ（ｋ）を元に送信側に付加する損失量を決定し、損失量ｌｏｓｓ（ｋ）を出力する。可変アッテネータ４は、Ｓ’（ｋ）に対し、ｌｏｓｓ（ｋ）に相当する損失を付加し、送信出力信号Ｔ（ｋ）を出力する。

状態判定器２における通信状態の判定は次のように行われる。
受信側有無音判定部２０１はＲ（ｋ）を受け、Ｒ（ｋ）の短時間平均信号レベルＬＲ（ｋ）を算出する。

ここで、Ｌは定数であり、短時間平均を求める為の時間ブロックである。受信側有無音判定部２０１は、ＬＲ（ｋ）が所定の受信側有無音判定閾値ＴＨＲ＿Ｒを上回るか否かによって受信側の有音／無音状態を判定し、判定結果ｆｌｇ＿Ｒ（ｋ）を出力する。即ち、ＬＲ（ｋ）がＴＨＲ＿Ｒを上回る場合は有音判定ｆｌｇ＿Ｒ（ｋ）＝１を出力し、逆に下回る場合は無音判定ｆｌｇ＿Ｒ（ｋ）＝０を出力する。

また、送信側有無音判定部２０２はＳ（ｋ）を受け、Ｓ（ｋ）の短時間平均信号レベルＬＳ（ｋ）を算出する。

更に、送信側有無音判定部２０２は、ＬＳ（ｋ）が所定の送信側有無音判定閾値ＴＨＲ＿Ｓを上回るか否かによって送信側の有音／無音状態を判定し、判定結果ｆｌｇ＿Ｓ（ｋ）を出力する。即ち、ＬＳ（ｋ）がＴＨＲ＿Ｓを上回る場合は有音判定ｆｌｇ＿Ｓ（ｋ）＝１を出力し、逆に下回る場合は無音判定ｆｌｇ＿Ｓ（ｋ）＝０を出力する。

また、エコー消去量評価部２０３は、Ｓ（ｋ），Ｓ’（ｋ）を受け、始めに、Ｓ（ｋ）とＳ’（ｋ）とのレベル差から、適応フィルタ１による見かけのエコー消去量ＥＲＬＥ（ｋ）を以下の式に従って算出する。

即ち、エコー消去量ＥＲＬＥ（ｋ）は、送信信号Ｓ（ｋ）と適応フィルタ１でエコー消去された残差信号Ｓ’（ｋ）とのレベル差で表される。
エコー消去量評価部２０３は、更に、ＥＲＬＥ（ｋ）が所定の閾値ＴＨＲ＿ＥＲＬＥ以下であればエコー消去量が低い状態を示す評価結果ｆｌｇ＿ＥＲＬＥ（ｋ）＝０を出力する。逆に閾値以上であればエコー消去量が高い状態を示す評価結果ｆｌｇ＿ＥＲＬＥ（ｋ）＝１を出力する。尚、この時の閾値ＴＨＲ＿ＥＲＬＥは、外乱によるＥＲＬＥ（ｋ）の僅かな低下でダブルトークを誤検出しない程度に十分低く設定する。

更に、エコー消去量評価部２０３は、エコー消去量変動評価部２０４に対して、算出したＥＲＬＥ（ｋ）を出力する。
エコー消去量変動評価部２０４は、ＥＲＬＥ（ｋ）の変動量ＥＲＬＥ＿ＤＥＦ（ｋ）を以下の式に従って算出する。

エコー消去量の変動度合いは、ＥＲＬＥ＿ＤＥＦ（ｋ）に対する閾値判定によって評価する。但し、ＥＲＬＥ＿ＤＥＦ（ｋ）は、通常エコー源である受信信号の信号レベルＬＲ（ｔ）が低下すれば必然的に低下するが、この場合のエコー消去量の低下はダブルトークと関係ないものであるから、例外として除外する。従って、エコー消去量変動評価部２０４は、変動の評価の際にＥＲＬＥ＿ＤＥＦ（ｋ）のみではなく、ＬＲ（ｋ）の変動量ＬＲ＿ＤＥＦ（ｋ）も参照する。ＬＲ＿ＤＥＦ（ｋ）は以下の式に従って算出する。

エコー消去量変動評価部２０４は、
ＥＲＬＥ＿ＤＥＦ（ｋ）≦ＴＨＲ＿ＥＲＬＥ＿ＤＥＦ
｜ＬＲ＿ＤＥＦ（ｋ）｜≦ＴＨＲ＿ＬＲ＿ＤＥＦ（６）
が成立すれば、エコー消去量が急峻に変動している状態を示す判定結果ｆｌｇ＿ＳＴ＿ＥＲＬＥ（ｋ）＝０を出力する。それ以外の場合は、エコー消去量が安定している状態を示す判定結果ｆｌｇ＿ＳＴ＿ＥＲＬＥ（ｋ）＝１を出力する。

或いは、ＥＲＬＥ＿ＤＥＦ（ｋ）とＬＲ＿ＤＥＦ（ｋ）との比較によって変動を評価しても良い。例えば、
ＥＲＬＥ＿ＤＥＦ（ｋ）−ＬＲ＿ＤＥＦ（ｋ）≦ＴＨＲ＿ＥＲＬＥ＿ＬＲ（７）が成立する場合、ｆｌｇ＿ＳＴ＿ＥＲＬＥ（ｋ）＝０、それ以外の場合では、ｆｌｇ＿ＳＴ＿ＥＲＬＥ（ｋ）＝１を出力するようにしても良い。また、ＥＲＬＥ＿ＤＥＦ（ｋ）とＬＲ＿ＤＥＦ（ｋ）との差分ではなく、ＥＲＬＥ＿ＤＥＦ（ｋ）／ＬＲ＿ＤＥＦ（ｋ）が、所定の基準値以上であるか否かによって評価してもよい。

次に、状態判定部２０５における状態判定動作を説明する。
状態判定部２０５は、始めに送信・受信双方の有無音判定結果を参照する。双方共に無音である場合、即ち、ｆｌｇ＿Ｓ（ｋ）＝０，ｆｌｇ＿Ｒ（ｋ）＝０であれば、無音を示す状態判定結果ｆｌｇ（ｋ）＝０を出力する。
また、ｆｌｇ＿Ｓ（ｋ）＝１，ｆｌｇ＿Ｒ（ｋ）＝０であれば送信側のシングルトークを示す判定結果ｆｌｇ（ｋ）＝１を、ｆｌｇ＿Ｓ（ｋ）＝０，ｆｌｇ＿Ｒ（ｋ）＝１であれば受信側のシングルトークを示す判定結果ｆｌｇ（ｋ）＝２をそれぞれ出力する。

ｆｌｇ＿Ｓ（ｋ）＝１，ｆｌｇ＿Ｒ（ｋ）＝１である時、ｆｌｇ＿ＥＲＬＥ（ｋ）＝１であり、尚且つ現在の時刻ｋ１と、ｋ１からｋ０＝ｋ１−Ｃ（Ｃ＞０）である時刻ｋ０に対し、ｋ＝ｋ０からｋ＝ｋ１までの間、常にｆｌｇ＿ＳＴ＿ＥＲＬＥ（ｋ）＝１であればｆｌｇ（ｋ）＝２（受信側シングルトーク）を出力する。尚、Ｃは所定の時間長を表す定数とする。

一方、ｆｌｇ＿Ｓ（ｋ）＝１，ｆｌｇ＿Ｒ（ｋ）＝１であって、ｆｌｇ＿ＥＲＬＥ（ｋ）＝０であるか、ｋ＝ｋ０からｋ＝ｋ１までの間に一瞬でもｆｌｇ＿ＳＴ＿ＥＲＬＥ（ｋ）＝０となる瞬間があれば、ｆｌｇ（ｋ）＝３（ダブルトーク）を出力する。

尚、外乱などの影響により判定状態判定器の判定結果が常に変わり、アッテネータ挿入量が不安定となる事を防ぐ為、状態判定にハングオーバータイムを設け、所定の時間同じ判定結果が継続して得られない場合、それ以前の判定結果を継続して出力するようにしても良い。

アッテネータ制御器３は、状態判定結果ｆｌｇ（ｋ）を受け、ｆｌｇ（ｋ）に応じて、送信回路に必要な損失量ｌｏｓｓ｛ｆｌｇ（ｋ）｝｛ｆｌｇ（ｋ）＝０，１，２，３｝を出力する。
尚、ｌｏｓｓ｛ｆｌｇ（ｋ）｝の値は予め任意に定めるものとするが、一般的には下記のようになる。
ｌｏｓｓ（０）＝ｌｏｓｓ（１）＝Ａ［ｄＢ］
ｌｏｓｓ（２）＝Ｂ［ｄＢ］
ｌｏｓｓ（３）＝Ｃ［ｄＢ］
但し、Ａ≦Ｃ≦Ｂである。

可変アッテネータ４は、ｌｏｓｓ（ｆｌｇ（ｋ））を受け、Ｓ’（ｋ）をｌｏｓｓ（ｆｌｇ（ｋ））［ｄＢ］分だけ減衰させ、送信出力信号Ｔ（ｋ）を出力する。

図３は、平均的にエコーレベルが送信音声レベルを上回る条件において、受信側のシングルトークからダブルトークに状態が変移した時の、ＥＲＬＥ（ｋ）とＥＲＬＥ＿ＤＥＦ（ｋ）の変化と、上述の実施形態におけるｆｌｇ（ｋ）の出力結果の例を示している。

図３において、ダブルトークが発生する瞬間、ＥＲＬＥ（ｋ）は急峻に減少する。これは、残差信号中に送信音声が残される事で、送信信号Ｓ（ｋ）と残差信号Ｓ’（ｋ）との間のレベル差が瞬間的に縮まる為である。しかし、ＥＲＬＥ（ｋ）のみによってダブルトークを判定する場合、図３のような条件ではＥＲＬＥ（ｋ）に対する判定閾値を高めに設定しなくてはならないが、そうすると例えば周囲雑音の影響でＥＲＬＥ（ｋ）が低くなる場合、常にダブルトークと判定されてしまう可能性がある。

しかし、本実施の形態では、送受信の有音無音情報に加え、ダブルトークが発生した瞬間のＥＲＬＥ＿ＤＥＦ（ｋ）の負方向のピークを閾値によって検知し、ダブルトーク判定を行う事によって、図３のｆｌｇ（ｋ）の判定例のように正確にダブルトークを判定している。尚、ｆｌｇ（ｋ）中、網掛け部分がｆｌｇ（ｋ）＝３（ダブルトーク）、それ以外の部分がｆｌｇ（ｋ）＝２（受信側シングルトーク）を示している。

以上のように、実施の形態１のエコー消去装置によれば、受信信号から疑似エコー信号を生成し、疑似エコー信号を送信信号から差し引いてエコー消去を行う適応フィルタと、受信信号と送信信号とが有音であり、かつ、送信信号と適応フィルタでエコー消去された残差信号とのレベル差で表されるエコー消去量の所定時間当たりの減少量が予め定めた閾値を越え、同時に、受信信号の信号レベルの変化量が所定の基準以下であった場合、ダブルトークと判定する状態判定器と、残差信号に対して損失を付加する可変アッテネータと、状態判定器の判定結果に基づいて可変アッテネータの損失量を制御するアッテネータ制御器とを備えたので、送信音声に対してエコー音声のレベルが大きい条件においてもダブルトークの発生を高精度で検出し、適切に可変アッテネータを制御する事ができ、その結果、送信音声の品質を向上させる効果がある。

また、実施の形態１のエコー消去装置によれば、受信信号から疑似エコー信号を生成し、疑似エコー信号を送信信号から差し引いてエコー消去を行う適応フィルタと、受信信号と送信信号とが有音であり、かつ、送信信号と適応フィルタでエコー消去された残差信号とのレベル差で表されるエコー消去量の所定時間当たりの減少量と、受信信号の信号レベルの所定時間当たりの変化量との差が所定の基準を越えているか、または、これら減少量と変化量との比が、減少量と変換量との比に対応して定めた所定の基準を越えていた場合、ダブルトークと判定する状態判定器と、残差信号に対して損失を付加する可変アッテネータと、状態判定器の判定結果に基づいて可変アッテネータの損失量を制御するアッテネータ制御器とを備えたので、同様に送信音声の品質を向上させる効果がある。

また、実施の形態１のエコー消去装置によれば、状態判定器は、受信信号の有音と無音の判定を行う受信側有無音判定部と、送信信号の有音と無音の判定を行う送信側有無音判定部と、送信信号と残差信号とに基づいて、エコー消去量が所定の基準より高いか低いかを判定するエコー消去量評価部と、エコー消去量の所定時間当たりの減少量と、受信信号の信号レベルの所定時間当たりの変化量とに基づいて、エコー消去量の所定時間当たりの減少量が所定の基準より高いか否かを判定するエコー消去量変動評価部と、受信側有無音判定部と送信側有無音判定部の判定結果が共に無音であれば、送信側・受信側共に無音と判定し、送信側有無音判定部の判定結果が有音であり、受信側有無音判定部の判定結果が無音であれば送信側シングルトークと判定し、送信側有無音判定部判定結果が無音であり、受信側有無音判定部の判定結果が有音であれば受信側シングルトークと判定し、受信側有無音判定部および送信側有無音判定部の判定結果が共に有音であり、かつ、エコー消去量評価部の判定結果として、エコー消去量が所定の基準より高く、かつ、エコー消去量変動評価部の判定結果として、エコー消去量の所定時間当たりの減少量が所定の基準より低い場合、受信側シングルトークと判定し、受信側有無音判定部および送信側有無音判定部の判定結果が共に有音であり、かつ、エコー消去量評価部の判定結果として、エコー消去量が所定の基準より低く、かつ、エコー消去量変動評価部の判定結果として、エコー消去量の所定時間当たりの減少量が所定の基準より高い場合、ダブルトークと判定する状態判定部とを備えたので、更に、受信側、送信側の有無音判定や受信側シングルトークや送信側シングルトークも高精度で検出することができる効果がある。

実施の形態２．
上述した実施の形態１では、適応フィルタによるエコー消去量の変動量からダブルトークの立ち上がりを検知し、立ち上がり時点から所定の時間ダブルトーク判定を継続する事によってダブルトーク区間の検出を行っているが、この実施の形態２のエコー消去装置では、エコー消去量の変動状態からダブルトークの立ち上がりと立ち下がりを検知してダブルトーク区間を検出する。

実施の形態２のエコー消去装置の図面上の構成は実施の形態１と同一であるため、実施の形態１の図１，２を援用して説明する。
実施の形態２では、状態判定器２のエコー消去量変動評価部２０４と状態判定部２０５の構成が実施の形態１と異なっている。即ち、エコー消去量変動評価部２０４は、エコー消去量の所定時間当たりの減少量を判定すると共に、所定時間当たりの増大量を判定するよう構成されている。また、状態判定部２０５は、エコー消去量変動評価部２０４によるエコー消去量の急激な減少という判定結果によりダブルトークの始点を判定すると共に、エコー消去量の急激な増大という判定結果により、ダブルトークの終点を判定するよう構成されている。これ以外の構成は実施の形態１と同様であるため、ここでの説明は省略する。

次に、実施の形態２の動作について説明する。尚、エコー消去量変動評価部２０４による変動量の評価と状態判定部２０５による状態判定以外の動作は実施の形態１と同様であるため、このような実施の形態１とは異なる点について重点的に説明する。

エコー消去量変動評価部２０４は、ＥＲＬＥ（ｋ）を受け、ＥＲＬＥ＿ＤＥＦ（ｋ）を算出する。また、ＬＲ（ｋ）からＬＲ＿ＤＥＦ（ｋ）を算出する。これらの算出処理は実施の形態１と同じである。エコー消去量変動評価部２０４は更にＥＲＬＥ＿ＤＥＦ（ｋ），ＬＲ＿ＤＥＦ（ｋ）に対して閾値判定を行う。即ち、減少方向側の閾値であるＴＨＲ＿ＥＲＬＥ＿ＤＥＦ＿Ｌに対し、
ＥＲＬＥ＿ＤＥＦ（ｋ）≦ＴＨＲ＿ＥＲＬＥ＿ＤＥＦ＿Ｌ
｜ＬＲ＿ＤＥＦ（ｋ）｜≦ＴＨＲ＿ＬＲ＿ＤＥＦ（８）
が成立する場合、エコー消去量が急峻に減少している事を示す評価結果ｆｌｇ＿ＳＴ＿ＥＲＬＥ（ｋ）＝−１を出力する。

また、増大方向側の閾値であるＴＨＲ＿ＥＲＬＥ＿ＤＥＦ＿Ｈに対し、
ＥＲＬＥ＿ＤＥＦ（ｋ）≧ＴＨＲ＿ＥＲＬＥ＿ＤＥＦ＿Ｈ
｜ＬＲ＿ＤＥＦ（ｋ）｜≦ＴＨＲ＿ＬＲ＿ＤＥＦ（９）
が成立する場合は、エコー消去量が急速に増大している事を示す評価結果ｆｌｇ＿ＳＴ＿ＥＲＬＥ（ｋ）＝１を出力する。これ以外ではエコー消去量が安定している事を示す評価結果ｆｌｇ＿ＳＴ＿ＥＲＬＥ（ｋ）＝０を出力する。

状態判定部２０５において、ダブルトークの判定に関する動作以外は実施の形態１と同様であるため、これらの説明は省略する。
状態判定部２０５は、ｆｌｇ＿Ｒ（ｋ）＝１，ｆｌｇ＿Ｓ（ｋ）＝１，ｆｌｇ＿ＥＲＬＥ（ｋ）＝１である時、ｆｌｇ＿ＳＴ＿ＥＲＬＥ（ｋ）＝０である間は、ｆｌｇ（ｋ）＝２（受信側のシングルトーク）を出力するが、エコー消去量の急峻な減少を示すｆｌｇ＿ＳＴ＿ＥＲＬＥ（ｋ）＝−１を受けると、次にエコー消去量の急峻な上昇を示すｆｌｇ＿ＳＴ＿ＥＲＬＥ（ｋ）＝１を受けるまでの間、ｆｌｇ＿Ｒ（ｋ）＝１，ｆｌｇ＿Ｓ（ｋ）＝１，ｆｌｇ＿ＥＲＬＥ（ｋ）＝１の状態が持続する限り、ｆｌｇ（ｋ）＝３（ダブルトーク）を出力する。ｆｌｇ＿ＳＴ＿ＥＲＬＥ（ｋ）＝１を受けた後は、再びｆｌｇ（ｋ）＝２（受信側のシングルトーク）を出力する

また、ｆｌｇ＿Ｒ（ｋ）＝１，ｆｌｇ＿Ｓ（ｋ）＝１，ｆｌｇ＿ＥＲＬＥ（ｋ）＝０である時は、ｆｌｇ（ｋ）＝３を出力する。

図４は、実施の形態２によるｆｌｇ（ｋ）の出力結果の一例を示している。
図面から明らかなように、エコー消去量の急峻な減少と上昇を検知し、その間の時間区間をダブルトークとして判定する事によって、精度よくダブルトークを検出している。尚、図４のｆｌｇ（ｋ）においても、網掛け部分がｆｌｇ（ｋ）＝３（ダブルトーク）、それ以外の部分がｆｌｇ（ｋ）＝２（受信側シングルトーク）を示している。

以上のように、実施の形態２のエコー消去装置によれば、状態判定器は、ダブルトークと判定した後、エコー消去量の所定時間当たりの増大量が予め定めた閾値を越えた場合、または、受信信号あるいは送信信号が無音状態に変化した場合、当該時点迄の間をダブルトークの期間と判定するようにしたので、的確にダブルトークを検出できるという効果がある。

実施の形態３．
実施の形態１のエコー消去装置は、ダブルトーク状態の判定において、適応フィルタによるエコー消去量の変動の大きさを判定条件の一つとしているが、この実施の形態３のエコー消去装置では、更に送信・受信信号間の相互相関を判定条件に加える。

一般に、適応フィルタによる見かけのエコー消去量の減少は、エコーの伝播経路の時間変化によっても起こり得る。このような場合、エコー消去量とその変動量のみの監視では、ダブルトークの立ち上がりとエコー伝播経路の変化とを区別する事ができない場合がある。しかし、エコー消去量が急峻に変動した時、受信信号Ｒ（ｋ）と、残差信号Ｓ’（ｋ）との相関を調べる事によって、ダブルトークとエコー伝播経路の変化とを区別する事ができる。

図５は、実施の形態３における状態判定器２ａの内部構成を示したブロック図である。
実施の形態３の状態判定器２ａは、受信側有無音判定部２０１、送信側有無音判定部２０２、エコー消去量評価部２０３、エコー消去量変動評価部２０４、状態判定部２０５ａおよび相関分析部２０６を備えている。ここで、相関分析部２０６は、送信信号と受信信号との間の相互相関を分析し、相互相関関数の絶対値の最大を求める機能を有している。また、状態判定部２０５ａは、受信側有無音判定部２０１〜相関分析部２０６の判定結果に基づいて状態判定を行うものある。即ち、状態判定部２０５ａは、送信信号と受信信号とが共に有音で、かつ、エコー消去量の所定時間当たりの減少量が所定の閾値以下であり、かつ、相関分析部２０６で求めた相互相関関数の絶対値の最大値が所定の基準よりも高い場合は、エコー消去量変動評価部２０４の判定結果にかかわらず、受信側のシングルトークと判定するよう構成されている。
これ以外の構成は、実施の形態１または実施の形態２と同様であるため、ここでの説明は省略する。

次に、実施の形態３の動作について説明する。
相関分析部２０６は、受信信号Ｒ（ｋ），残差信号Ｓ（ｋ）を受け、始めにＲ（ｋ）とＳ’（ｋ）の相互相関関数の最大値ＣＯＲ＿ＭＡＸ（ｋ）を求める。

図６は、受信信号と送信信号との相互相関の分析結果の一例を示す説明図である。
図６に示す状態は、ダブルトークの後、エコー伝播経路の変化が発生した場合を示している。ＥＲＬＥ（ｋ）は、ダブルトーク区間とエコー伝播経路の発生した瞬間の双方で不安定となっているが、ＣＯＲ＿ＭＡＸ（ｋ）はダブルトーク区間では安定しており、エコー経路の変化が起きた瞬間にのみ急峻な立ち上がりを見せている。この立ち上がりを検出することにより、ダブルトークとエコーの伝播経路の変化の区別が可能となる。

よって相関分析部２０６は、相互相関関数に対応した所定の閾値ＴＨＲ＿ＣＯＲとの比較で、
ＣＯＲ＿ＭＡＸ（ｋ）≧ＴＨＲ＿ＣＯＲ（１１）
が成立する場合、送信信号と受信信号の相関性が高い事を示す判定結果ｆｌｇ＿ＣＯＲ（ｋ）＝１を出力する。そうでなければ相関性が低い事を示す判定結果ｆｌｇ＿ＣＯＲ（ｋ）＝０を出力する。

尚、実際に演算プロセッサ上で相関関数の計算を行う場合は多大な演算時間を要する。そこで、演算時間を削減するために、予め相関値の絶対値が最大となるような時間差τの範囲を推定し、その周辺に限定して相関関数を計算するよう効率化を行っても良い。

これには，適応フィルタ係数列Ａ（ｋ）＝［ａ（０，ｋ），ａ（１，ｋ），…，ａ（Ｍ，ｋ）］を利用する方法が考えられる。ここで、受信側のシングルトークの時のＲ（ｋ）とＳ（ｋ）の関係は以下の式で表される。

但し、ｈ（ｋ，ｍ）（ｍ＝０，１，…）はデジタル表現されたエコー伝播経路のインパルス応答であり、また、ｖ（ｋ）はＲ（ｋ）とは完全に無相関な外来雑音であるとする。

すると、Ｒ（ｋ）とＳ（ｋ）の相互相関関数φ_RS（τ，ｋ）は、

となり、エコー経路のインパルス応答特性ｈ（ｋ，ｍ）とＲ（ｋ）の自己相関関数φ_RR（ｋ，τ）との畳み込みとなる。φ_RR（ｋ，τ）は、Ｒ（ｋ）が一般的な音声信号であれば、τ＝０で最大値をとり、｜τ｜の増大方向に従って減衰する凸状の関数となる。またｈ（ｋ，ｍ）は、ｍ＜０ではｈ（ｋ，ｍ）＝０であり、ｍ＞０では、ｍ＝０に近いあるｍにて最大値をとり、ｍの増大方向に従って減衰する特性を持つ。これは、エコーの残響が時間の経過に従って減衰するためである。Ａ（ｋ）がエコーの伝播経路を十分同定しているとした場合、｜ａ（ｋ，ｎ）｜が最大値を取るｎ＝ｌに対して、｜ｈ（ｋ，ｍ）｜は、ｍ＝ｌの付近で最大値をとる。

よって、Ａ（ｋ）の要素｜ａ（ｎ，ｋ）｜がｎ＝ｌの時に最大になるとした時、Ｒ（ｋ）とＳ’（ｋ）の相関関数の絶対値｜φ_RS（ｋ，τ）｜は、τ＝ｌ±αの限られた範囲で最大値が得られる可能性が高い。

これを利用して、フィルタ係数列Ａ（ｋ）の要素｜ａ（ｋ，ｎ）｜が最大となるｎ＝ｌを見つけ、τ＝ｌ±αの限定された範囲で相互相関の計算を行い、その最大の絶対値をＣＯＲ＿ＭＡＸ（ｋ）とする。ここでαは任意に定める定数とする。このようにする事でＣＯＲ＿ＭＡＸ（ｋ）を求める際に必要な演算量を軽減させる事ができる。

尚、ｌはエコーが最も大きなレベルで受信回線から送信回線に回り込む時の応答時間に相当している。この応答時間ｌはマイク・スピーカ周辺の物の動きによってエコーの伝播経路の変化が発生した際でもほぼ安定している。なぜならば、エコーの伝播経路の長さの変化に対して、音速は十分な速さを持っており、応答時間にそれほど大きな変化が現れない為である。

この場合、相関分析部２０６は、適応フィルタ１の適応化係数Ａ（ｋ）を入力として受け、｜ａ（ｋ，ｎ）｜が最大となるｎ＝ｌを求める。そしてτ＝ｌ±αの範囲でＣＯＲ＿ＭＡＸ（ｋ）を以下の式で求める。

状態判定部２０５ａは、送信・受信信号が有音状態であり、かつ、エコー消去量が低く、エコー消去量の変動が大きいと判断される状態、即ち、ｆｌｇ＿Ｒ（ｋ）＝１，ｆｌｇ＿Ｓ（ｋ）＝１，ｆｌｇ＿ＥＲＬＥ（ｋ）＝０，ｆｌｇ＿ＳＴ＿ＥＲＬＥ（ｋ）＝０である時、ｆｌｇ＿ＣＯＲ（ｋ）＝０であれば、実施の形態１のエコー消去装置と同様にダブルトークと判断し、ｆｌｇ（ｋ）＝３を出力するが、ｆｌｇ＿ＣＯＲ（ｋ）＝１であれば受信側のシングルトークと判断し、ｆｌｇ（ｋ）＝２を出力する。

以上のように、実施の形態３のエコー消去装置によれば、状態判定器は、送信信号と受信信号との間の相互相関を分析し、相互相関関数の絶対値の最大を求める相関分析部を備え、送信信号と受信信号とが共に有音で、かつ、エコー消去量の所定時間当たりの減少量が所定の閾値以下であり、かつ、相関分析部で求めた相互相関関数の絶対値の最大値が所定の基準よりも高い場合、エコー消去量の所定時間当たりの減少量と、受信信号の変化量とにかかわらず、受信側のシングルトークと判定するようにしたので、エコー消去量が急峻に低下した際、ダブルトークが原因であるか、エコー経路の変化が原因であるかを区別し、適切に可変アッテネータを制御する事ができ、その結果、エコーを効果的に抑制できるという効果がある。

また、実施の形態３のエコー消去装置によれば、相関分析部は、適応フィルタの係数列において、係数値の絶対値が最大となる係数を探索し、相互相関関数の計算は、探索した係数の、適応フィルタ係数列上の順位に対応した時間差付近に限定して計算を行い、その中で絶対値の最大値を探索するようにしたので、エコー処理に要する演算装置の演算負荷を低減できるという効果がある。

以上のように、この発明に係るエコー消去装置は、エコー消去量の所定時間当たりの減少量に基づいてダブルトークを判定する構成に関するものであり、例えば、ハンズフリー通信機器等に用いるのに適している。

Claims

受信信号から疑似エコー信号を生成し、当該疑似エコー信号を送信信号から差し引いてエコー消去を行う適応フィルタと、
前記受信信号と前記送信信号とが有音であり、かつ、現在の時刻から所定時間過去の時刻までの期間に、当該送信信号と前記適応フィルタでエコー消去された残差信号とのレベル差で表されるエコー消去量の所定時間当たりの減少量が予め定めた閾値を越え、同時に、前記受信信号の信号レベルの変化量が所定の基準以下となる状態が存在した場合、ダブルトークと判定する状態判定器と、
前記残差信号に対して損失を付加する可変アッテネータと、
前記状態判定器の判定結果に基づいて前記可変アッテネータの損失量を制御するアッテネータ制御器とを備えたエコー消去装置。
受信信号から疑似エコー信号を生成し、当該疑似エコー信号を送信信号から差し引いてエコー消去を行う適応フィルタと、
前記受信信号と前記送信信号とが有音であり、かつ、現在の時刻から所定時間過去の時刻までの期間に、当該送信信号と前記適応フィルタでエコー消去された残差信号とのレベル差で表されるエコー消去量の所定時間当たりの減少量と、前記受信信号の信号レベルの所定時間当たりの変化量との差が所定の基準を越えているか、または、これら減少量と変化量との比が、当該減少量と変換量との比に対応して定めた所定の基準を越えた状態が存在した場合、ダブルトークと判定する状態判定器と、
前記残差信号に対して損失を付加する可変アッテネータと、
前記状態判定器の判定結果に基づいて前記可変アッテネータの損失量を制御するアッテネータ制御器とを備えたエコー消去装置。
状態判定器は、
受信信号の有音と無音の判定を行う受信側有無音判定部と、
送信信号の有音と無音の判定を行う送信側有無音判定部と、
前記送信信号と残差信号とに基づいて、エコー消去量が所定の基準より高いか低いかを判定するエコー消去量評価部と、
前記エコー消去量の所定時間当たりの減少量と、前記受信信号の信号レベルの所定時間当たりの変化量とに基づいて、エコー消去量の所定時間当たりの減少量が所定の基準より高いか否かを判定するエコー消去量変動評価部と、
前記受信側有無音判定部と前記送信側有無音判定部の判定結果が共に無音であれば、送信側・受信側共に無音と判定し、前記送信側有無音判定部の判定結果が有音であり、前記受信側有無音判定部の判定結果が無音であれば送信側シングルトークと判定し、前記送信側有無音判定部判定結果が無音であり、前記受信側有無音判定部の判定結果が有音であれば受信側シングルトークと判定し、前記受信側有無音判定部および送信側有無音判定部の判定結果が共に有音であり、かつ、前記エコー消去量評価部の判定結果として、エコー消去量が所定の基準より高く、かつ、エコー消去量変動評価部の判定結果として、エコー消去量の所定時間当たりの減少量が所定の基準より低い場合、受信側シングルトークと判定し、前記受信側有無音判定部および送信側有無音判定部の判定結果が共に有音であり、かつ、前記エコー消去量評価部の判定結果として、エコー消去量が所定の基準より低く、かつ、エコー消去量変動評価部の判定結果として、エコー消去量の所定時間当たりの減少量が所定の基準より高い場合、ダブルトークと判定する状態判定部とを備えたことを特徴とする請求項１記載のエコー消去装置。
状態判定器は、
ダブルトークと判定した後、エコー消去量の所定時間当たりの増大量が予め定めた閾値を越えた場合、または、受信信号あるいは送信信号が無音状態に変化した場合、当該時点迄の間をダブルトークの期間と判定することを特徴とする請求項１記載のエコー消去装置。
状態判定器は、
送信信号と受信信号との間の相互相関を分析し、相互相関関数の絶対値の最大を求める相関分析部を備え、
前記送信信号と前記受信信号とが共に有音で、かつ、エコー消去量の所定時間当たりの減少量が所定の閾値以下であり、かつ、前記相関分析部で求めた相互相関関数の絶対値の最大値が所定の基準よりも高い場合、前記エコー消去量の所定時間当たりの減少量と、受信信号の変化量とにかかわらず、受信側のシングルトークと判定することを特徴とする請求項１記載のエコー消去装置。
相関分析部は、
適応フィルタの係数列において、係数値の絶対値が最大となる係数を探索し、相互相関関数の計算は、前記探索した係数の、適応フィルタ係数列上の順位に対応した時間差付近に限定して計算を行い、その中で絶対値の最大値を探索することを特徴とする請求項５記載のエコー消去装置。