JP4591102B2 - エコーキャンセラおよびそれを用いたハンズフリー電話とエコーキャンセル方法 - Google Patents

Description

本発明は、変化する伝達特性のなかで、エコーキャンセラが未知の伝達特性を学習しながらキャンセル動作を続けるエコーキャンセラに関するものである。

エコーキャンセラにとって、学習すべきタイミングを決定することは重要である。例えば音響エコーキャンセラでは、遠端話者が発声しているシングルトーク状態で、近端話者が発声するいわゆるダブルトーク状態になったときに、検出器が検出するための時間を必要とする問題点がある。

これに対して、遅延を入れて検出器の検出時間を補償するという方法もあるが、通話に遅延を生ずる問題点が新たに発生する。

そのために、検出結果を２値ではなく、連続値をもつようにして、急激な変化をなくすようにし、安定したエコーキャンセラとする方法があった。

特許文献１では、シングルトーク状態とダブルトーク状態の判定を、連続値で表現するために、回線エコーキャンセラにおいて、遠端話者からの信号、遠端話者からの信号を回線エコーキャンセルした信号、近端話者の信号のそれぞれについてのパワーを計算し、遠端話者からの信号、遠端話者からの信号を回線エコーキャンセルした信号からエコー消去量、およびその変化量の５つの値に基づいて、メンバシップ関数を用意し、学習係数を連続値として得るようにファジー制御するようにしたものである。

特許文献２では、所定の確率密度関数を用いて、エコーキャンセラのそれぞれの信号から、連続値を得るようにしたものである。
特開平１１−１７５８８号公報 特開２００２−５７６０６号公報

連続値を得るために、それぞれファジー制御のメンバシップ関数、確率密度関数を得なければならないが、メンバシップ関数、確率密度関数では、決定しなければならない定数が多いため、実装することが難しいという問題がある。

この課題を解決するために、本発明は実際の信号との対応が強い信号に基づいて、ダブルトークを検出する結果を連続的に出力できる方法を提供することを目的とする。

本発明は、エコーキャンセラにおいて、エコーが含まれる推定対象の信号とエコーを推定した信号の位相を求める位相のパラメータにより、収束途中でありエコーキャンセラの学習を継続するか、あるいはダブルトークの状態でエコーキャンセラの学習を停止するかを連続的な値で制御するものである。

位相という見ることのできる物理的な波形に基づいてパラメータを決めることができるため、パラメータを決めやすいという作用がある。そのために、変化する伝達特性に対応するパラメータを設定しなければならないエコーキャンセラにおいては、設計時に把握しやすいパラメータは、様々な環境でも使用できるエコーキャンセラを設計しやすいという効果をもたらす。その結果、エコーキャンセラが未知の伝達特性を学習しながらキャンセル動作をし続ける応用においても、信頼性の高い安定した動作をするエコーキャンセラを提供できる。

本発明の実施の形態においては、入力されるエコー信号について、フィルタ係数の修正値を演算し、演算された修正値に基づいて、エコー信号から未知の伝達特性を模擬した擬似エコー信号を差し引くエコーキャンセラであって、エコー信号と擬似エコー信号との符号の同異に基づいてフィルタ係数の修正値を制御し、フィルタ係数を修正する修正値制御部と、修正値制御部により修正されたフィルタ係数に基づいて、擬似エコー信号を生成し、エコー信号から生成したエコー信号を差し引いて、送信信号を出力するキャンセル部と、を備えるという構成を有する。

これにより、収束途中でありエコーキャンセラの学習を継続するか、あるいはダブルトークの状態でエコーキャンセラの学習を停止するかを符号情報を基にして簡易な方法で判断することができ、エコーキャンセラが未知の伝達特性を学習しながらキャンセル動作をし続ける応用においても、信頼性の高い安定した動作をするエコーキャンセラを提供できる。

また、修正値制御部は、エコー信号と擬似エコー信号の相互相関関数のピーク位置の時間差とピーク位置の相関関数の値に基づいて、フィルタ係数の修正値を制御し、フィルタ係数を修正するようにしてもよい。

これにより、精度良く位相情報という連続的な値を得ることができる。

本発明の次の実施の形態においては、
エコーキャンセラは、音響エコーキャンセラであって、
音響エコーキャンセラは、
受話信号が入力される受話信号入力部と、
受話信号を出力する受話信号出力部と、
エコー信号が入力される送話信号入力部と、
送話信号が出力される送話信号出力部と、
受話信号入力部と受話信号出力部との間に介在する第一の分岐部と、
送話信号入力部と送話信号出力部との間に介在する第二の分岐部とを備え、
修正値制御部は、第一の分岐部と第二の分岐部との間に設けられ、
音響エコーキャンセラは、更に、エコー信号と擬似エコー信号との位相に基づいて、入力される受話信号を減衰させる、受話信号入力部と第一の分岐部との間に設けられた第一の減衰部と、
を備えるという構成を有する。

これにより、信頼性の高い安定した動作をする音響エコーキャンセラを提供できる。

本発明のさらに次の実施の形態においては、
エコーキャンセラは、音響エコーキャンセラであって、
音響エコーキャンセラは、
受話信号が入力される受話信号入力部と、
受話信号を出力する受話信号出力部と、
エコー信号が入力される送話信号入力部と、
送話信号が出力される送話信号出力部と、
受話信号入力部と受話信号出力部との間に介在する第一の分岐部と、
送話信号入力部と送話信号出力部との間に介在する第二の分岐部と、
修正値制御部は、第一の分岐部と第二の分岐部との間に設けられ、
音響エコーキャンセラは、更に、エコー信号と擬似エコー信号との位相に基づいて、入力される受話信号を減衰させる、送話信号出力部と第二の分岐部との間に設けられた第二の減衰部と、
を備えるという構成を有する。

これにより、信頼性の高い安定した動作をする音響エコーキャンセラを提供できる。特に、音響エコーキャンセラが動作しにくいときの送話音声が、相手から返るレベルを減少させることができる。

本発明のさらに次の実施の形態においては、
エコーキャンセラは、回線エコーキャンセラであって、
回線エコーキャンセラは、
受話信号が入力される受話信号入力部と、
受話信号を出力する受話信号出力部と、
エコー信号が入力される送話信号入力部と、
送話信号が出力される送話信号出力部と、
受話信号入力部と受話信号出力部との間に介在する第一の分岐部と、
送話信号入力部と送話信号出力部との間に介在する第二の分岐部と、
修正値制御部は、第一の分岐部と第二の分岐部との間に設けられ、
回線エコーキャンセラは、更に、エコー信号と擬似エコー信号との位相に基づいて、出力される受話信号を減衰させる、受話信号出力部と第一の分岐部との間に設けられた、第三の減衰部と、
を備えるという構成を有する。

これにより、信頼性の高い安定した動作をする回線エコーキャンセラを提供できる。

本発明のさらに次の実施例においては、
エコーキャンセラは、回線エコーキャンセラであって、
回線エコーキャンセラは、
受話信号が入力される受話信号入力部と、
受話信号を出力する受話信号出力部と、
エコー信号が入力される送話信号入力部と、
送話信号が出力される送話信号出力部と、
受話信号入力部と受話信号出力部との間に介在する第一の分岐部と、
送話信号入力部と送話信号出力部との間に介在する第二の分岐部と、
修正値制御部は、第一の分岐部と第二の分岐部との間に設けられ、
回線エコーキャンセラは、更に、エコー信号と擬似エコー信号との位相に基づいて、入力される送話信号を減衰させる、送話信号入力部と第二の分岐部との間に設けられた、第四の減衰部と、
を備えるという構成を有する。

これにより、信頼性の高い安定した動作をする回線エコーキャンセラを提供できる。特に、回線エコーキャンセラが動作しにくいときの受話音声が、自分自身の送話音声として返るレベルを減少させることができる。

本発明のさらに次の実施例においては、エコーキャンセラ、あるいは音響エコーキャンセラ、あるいは回線エコーキャンセラを備えたハンズフリー電話を備えるという構成を有する。

これにより、信頼性の高い安定した音響エコーキャンセル動作、あるいは回線エコーキャンセラをするハンズフリー電話を提供することができる。

本発明のさらに次の実施の形態においては、
エコーが含まれる推定対象の信号とエコーを推定した信号の位相を求める位相のパラメータとにより、収束途中にあるエコーキャンセラの学習を継続するか、あるいはダブルトークの状態でエコーキャンセラの学習を停止するかを連続的な値で制御する方法としている。

この方法により、収束途中でありエコーキャンセラの学習を継続するか、あるいはダブルトークの状態でエコーキャンセラの学習を停止するかを位相情報という連続的な値で判断することができ、エコーキャンセラが未知の伝達特性を学習しながらキャンセル動作をし続ける応用においても、信頼性の高い安定した動作をするエコーキャンセル方法を提供できる。

以下本発明の実施例について図面を用いて説明する。

（実施例１）
［構成］
図１は本発明の実施例１の構成を示すブロック図である。図１の構成のエコーキャンセラで、第一の信号入力部１から入力された第一の信号ｘは、第一の信号出力部２から、未知の伝達特性の系へ出力される。その未知の伝達特性を経た信号ｄを第二の信号入力部３から入力する。ここで、後述する未知の伝達特性に対応する擬似エコーｙを、第二の信号入力部３からの信号ｄから減算部４で差し引いて、第二の信号出力部５から出力する構成となっている。

フィルタ係数の決定方法は次の通りである。ＦＩＲフィルタ構成ではＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）アルゴリズムなどで、ＩＩＲフィルタ構成ではＲＬＳ（Ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅ）アルゴリズムなどの適応フィルタアルゴリズムでフィルタ係数を決定する。また、格子型フィルタに対する適応アルゴリズムもある。

フィルタ係数バッファ６に蓄積されているフィルタ係数と第一の入力信号ｘを蓄積している第一の信号バッファ７とを用いて、フィルタ部８で擬似エコーｙを生成する。第二の信号入力部３の信号ｄから擬似エコーｙを減算する減算部５から出力される誤差信号eと、第一の入力信号ｘから、ＬＭＳアルゴリズムあるいはＲＬＳアルゴリズムなどのフィルタ係数で実現されるフィルタが未知の伝達特性を模擬するように動作する。このアルゴリズムでは、サンプリング毎にフィルタ係数で実現されるフィルタの伝達特性が未知の伝達特性に次第に近づく学習動作をする。

これらの適応フィルタのアルゴリズムには、学習速度を制御するパラメータがある。学習速度を制御するパラメータを学習速度が大きくなるように設定すると、学習速度は大きくなるが収束時の誤差範囲が大きくなり、逆に学習速度が小さくするように設定すると、学習速度は小さくなるが収束時の誤差範囲が小さくなる。

また、エコーキャンセラでは、学習すべきときと学習すべきときでない時がある。例えば、音響エコーキャンセラでは受話信号を第一の信号出力部２から出力していて、第二の信号入力部３には例えば部屋の残響特性などの未知の伝達特性の系を経た信号だけが入っている状態（シングルトーク状態）は学習すべきときである。第二の信号入力部３に、こちら側の話者も話している信号が入っているとき（ダブルトーク状態）は学習すべきときではない。

本発明は、学習するとき／しないとき２値の制御を学習速度を制御するパラメータを変化させて、以下の方法による多段階にするものである。このパラメータを第二の信号入力部３の信号ｄとフィルタ部８の出力ｙとに基づいて決めるのが位相検出部９である。位相検出部９の検出結果により、フィルタ係数修正部１０で適応フィルタの学習速度を制御するパラメータを設定し、フィルタ係数で実現されるフィルタの伝達特性が未知の伝達特性に次第に近づくようにフィルタ係数バッファ６のフィルタ係数を修正する。位相検出部９とフィルタ係数修正部１０を合わせて、修正値制御部１００を構成する。

［学習動作の特性］
本発明の構成の根拠を示すために、エコーキャンセラにおける学習動作のシミュレーション実験について説明する。

図２は、ＬＭＳアルゴリズムでのシミュレーション実験のシングルトーク状態の実験のブロック図である。また、図３はダブルトーク状態の実験のブロック図である。

このシミュレーション実験で、サンプリング周波数１６Ｈｚ、周波数１Ｈｚ、振幅１のｓｉｎ波を第一の信号出力部２から出力したものとしている。未知の伝達特性の系を経て、第二の信号入力部３からサンプリング周波数１６Ｈｚ、周波数１Ｈｚ、振幅２のｃｏｓ波が入力されたものとしている。未知の伝達特性によりｓｉｎ波からｃｏｓ波へ変わった場合を想定している。

また、シングルトーク状態として、第二の信号入力部３にｃｏｓ波に重畳して振幅０．０１のホワイトノイズが重畳しているものとしており、ダブルトーク状態として振幅２のホワイトノイズが重畳しているものとしている。

フィルタは（数１）のＦＩＲ構成のものである。

ここで、ｘ（ｔ）時刻ｔでのエコーキャンセラへの入力信号、ｙ（ｔ）は時刻ｔでのフィルタ出力信号、ｈ０、ｈ１はそれぞれフィルタ係数である。なお、初期値としてｈ０、ｈ１をそれぞれ４、−１０としている。

その動作結果の波形を図４と図５に示す。図４は、シングルトーク状態で収束に向かうときの波形を示している。図５は、ダブルトーク状態で収束に向かうときの波形を示している。実線は第二の信号入力部３から入力した信号ｄ、破線はフィルタ出力信号ｙを示している。図４から、修正３５回ぐらいで、まず第二の信号入力部３から入力した信号ｄとフィルタ部からの出力信号ｙの位相が合って、その後、振幅が合うように調整されていることがわかる。図５から、修正６０回ぐらいで、まず第二の信号入力部３から入力した信号ｄとフィルタ出力信号ｙの位相が合って、その後、振幅が合うように調整されていることがわかる。

一般に、ＬＭＳアルゴリズムでは、フィルタ入力（この場合ｘ０とｘ１）の相関行列の固有値の大きい所から収束する性質があると言われている。

その動作結果の係数ｈ０、ｈ１の学習による変化の軌跡を図６、図７に示す。図４は、シングルトーク状態で収束に向かうときの係数ｈ０、ｈ１の学習による変化の軌跡を示している。図５は、ダブルトーク状態で収束に向かうときの係数ｈ０、ｈ１の学習による変化の軌跡を示している。図６から繰返し４０回ぐらいで、まず大きい方の固有値が合って位相が合って、その後、小さい方の固有値が合うように調整されていることがわかる。図７から繰返し６０回ぐらいで、まず大きい方の固有値に対応する部分で位相が合って、その後、小さい方の固有値に対応する部分で位相が合うように調整されていることがわかる。

図４と図５の動作結果の波形の比較と図６、図７の係数ｈ０、ｈ１の学習による変化の軌跡の比較から、位相を検出することによる学習の状況が検出できることがわかる。

［実施例１のフィルタ係数修正の制御］
ＬＭＳアルゴリズムでは、（数２）に従ってフィルタ係数修正部７で、フィルタ係数が修正される。

ここで、ｈ_ｉ（ｔ）は時刻ｔにおける遅延ｉのフィルタ係数、ｘ（ｔ−ｉ）は時刻ｎ−ｉにおける受話信号出力部２から出力される信号、ｅ（ｔ）は時刻ｔにおける誤差信号を表す。また、μは学習速度を制御するパラメータである。

図１の位相検出部８で、このμを第二の信号入力部からの信号ｄとフィルタ部で生成される擬似エコー信号ｙとの位相差により（数３）で示すように、学習を継続するか、あるいはダブルトークの状態で学習を停止するかを多段階に制御するものである。

ここで、ｆは送話信号出力部からの出力信号とフィルタ部で生成される擬似エコー信号との位相差から、μを対応付ける関数であり、数式で決定することも可能であるし、また、位相差をもとにした表でμを対応付けても良い。

さらに、この方法では第一の信号出力部２からのみ信号が出力されているか、第一の信号出力部２からの信号とは別の信号も合わせて第二の信号入力部３に入力されているかを検出するものであるが、さらに第一の信号ｘのパワーなどの第一の信号ｘを検出することにより、第一の信号出力部２からのみ信号が出力されているか、第一の信号出力部２からの信号とは別の信号も合わせて第二の信号入力部３に入力されているか、第一の信号出力部２からのみ信号がなく第二の信号入力部３に信号が入力されているかがわかるようにもできる。

この構成により、収束途中でありエコーキャンセラの学習を継続するか、あるいはダブルトークの状態でエコーキャンセラの学習を停止するかを位相情報という連続的な値で判断することができ、エコーキャンセラが未知の伝達特性を学習しながらキャンセル動作をし続ける応用においても、信頼性の高い安定した動作をするエコーキャンセラを提供できる。

（実施例２）
第二の信号入力部３からの入力信号ｄとフィルタ部で生成される擬似エコー信号ｙとの位相を、それぞれの信号の符号に基づき求める方法を示す。その構成を図８のブロック図に示す。なお、実施例１と同様の構成を有するものについては、同一符号を付し、その説明を援用する。

図８は、図１の位相検出部８を符号判定部９と短時間積分部１０で実現したものである。

この実施例では位相差をしめす値をｖで表す。ｖの計算式を（数４）に示す。

このｖを２０４８点の移動平均を取った値をｖ＿ｍｅａｎとする。

ここで、第一の信号ｘと第二の信号入力部３の入力信号ｙと誤差信号ｅとｖ＿ｍｅａｎを実際の音声信号で動作させたときの値を示したグラフを図９と図１０に示す。図９（ａ）はシングルトーク状態の第一の信号ｘ，図９（ｂ）は第二の信号入力部３の信号ｙ、図９（ｃ）は誤差信号ｅ、図９（ｄ）はｖ＿ｍｅａｎを示し縦軸がそれぞれの値で、横軸は時間である。また、図１０はダブルトーク状態における同様なグラフである。

図９において、第一の信号ｙが未知の伝達特性を経て第二の信号入力部の信号ｄとして入力されている。エラー信号ｅは学習に必要な時間で減少し、この場合約０．７秒後に収束している例である。ｖ＿ｍｅａｎの値は収束するにつれて誤差が段段少なくなるため減少していく。なお、図９（ｄ）、図１０（ｄ）において０．０から０．５ｓｅｃまでｖ＿ｍｅａｎが０になっているのは、平均のためのデータがそろうまでは、ｖ＿ｍｅａｎの値が算出できないためである。

図１０では第一の信号ｙが未知の伝達特性を経て第二の信号入力部の信号ｄとして入力されている。さらに、信号ｄに別の音声が重畳した例である。ただし、この例では時刻０の時点でフィルタ係数の学習を停止している。図９（ｄ）と図１０（ｄ）の縦軸スケールが異なっていることに注意すれば、ｖ＿ｍｅａｎの値は変動はしているが、遠端発話状態のｖ＿ｍｅａｎよりダブルトーク状態の方がはるかに大きな値で変動していることがわかる。このことを利用して、（数５）に示すように学習を継続するか、あるいはダブルトークの状態で学習を停止するかを多段階に制御するものである。

ここで、ｇは送話信号出力部からの出力信号とフィルタ部で生成される擬似エコー信号とから得られるｖ＿ｍｅａｎから、μを対応付ける関数であり、数式で決定することも可能であるし、また、位相差をもとにした表でμを対応付けても良い。

この構成により、符号情報を基にして簡易な方法で位相情報という連続的な値を得ることができる。

（実施例３）
第二の信号入力部３からの入力信号ｄとフィルタ部で生成される擬似エコー信号ｙとの位相を、それぞれの信号の相互相関による位相差と相関値に基づき求める方法を示す。その構成を図１１のブロック図に示す。なお、実施例１と同様の構成を有するものについては、同一符号を付し、その説明を援用する。

［構成］
実施例３では、位相検出部３を、第二の信号入力部３の信号ｄとフィルタ部７の主鶴力信号ｙの相互相関関数のピーク位置の時間差とピーク位置の相関関数の値に基づいて、前記フィルタ係数の修正値を制御するものである。

相互相関計算部１２で、第二の信号入力部３の信号ｄとフィルタ部７の主鶴力信号ｙの相互相関関数を求める。ピーク位置遅延検出部１３で相互相関関数が最大となる時間遅延と相互相関関数が最大となる時間遅延の相互相関関数の値を求める。

位相決定部１４では、相互相関関数の最大値と遅延に基づいて、位相差を決定する。

相互相関関数Φ（ｉ）の計算式を（数６）に、正規化した場合の相互相関関数Φ（ｉ）の計算式を（数７）示す。

ここで、ｉは相互の関数の遅延を示すものである。このグラフを、
（１）学習初期時のシングルトーク状態の相互相関関数
（２）収束時のシングルトーク状態相互相関関数
（３）学習初期時のシングルトーク状態の相互相関関数
（４）収束時のダブルトーク状態の相互相関関数
について、図１２と図１３に示す。

このグラフから、シングルトーク状態の初期では、相互相関関数が最大となる位置の遅延が１であるのに対し、収束したときには、所望信号ｄとフィルタ出力信号ｙは同位相になり遅延がなくなることがわかる。また、ダブルトーク状態では、相互相関関数が最大値もシングルトーク状態に比べて悪いことがわかる。

なお、このシミュレーションは正弦波で行っているが、実際にいろいろな周波数が含まれる音声波形ではシングルトーク状態とダブルトーク状態では顕著に最大値に違いが見られる。このことを利用して、相互相関関数が最大となる位置の遅延に基づいて（数８）のようにしてμを決定する。

ここで、ｈは相互相関関数の最大値Φｍａｘを遅延τｍａｘから、μを決定する関数であり、数式で決定することも可能であるし、また、相互相関関数の最大値Φｍａｘと遅延τｍａｘとに基づいた表でμを対応付けても良い。

（実施例４）
図１４（ａ）は実施例１のエコーキャンセラを音響エコーキャンセラとして用いて、さらに、送話あるいは受話の音量を位相に基づいて制御した例である。実施例１と同様の構成を有するものについては、同一符号を付し、その説明を援用する。

第一の信号入力部１を、相手からの信号を受信する受話信号入力部１５としている。第一の信号出力部２を、相手からの信号をスピーカから出力する受話信号出力部１６としている。第二の信号入力部３を、マイクロホンからの送話信号を入力する送話信号入力部１７としている。第二の信号出力部５を送話信号出力部１８としている。

実施例４の音響エコーキャンセラでは、受話信号入力部１５と受話信号出力部１６の間の第一の分岐部と、送話信号入力部１７と送話信号出力部１８の間の第二の分岐部との間に位相検出部９とフィルタ係数修正部１０から構成される修正値制御部１００を設け、さらに位相検出部９の位相に基づいて減衰量を決定する第一の減衰制御部１９によって制御される、受話信号入力部１５と第一の分岐部の間に第一の減衰部２０を設けた構成となっている。

音響エコー信号は、受話信号出力部１６経由でスピーカから音響空間に出力され、送話信号入力部１７経由でマイクロホンから入力した信号として発生する。

音響エコーがキャンセルするように動作する条件は、受話信号入力部１５からのみ信号が入力されているときである。そのために、第一の減衰部２０の機能は、位相検出部９において位相が合っていることを検出したときに、第一の減衰器２０の減衰量を小さくすることにより受話信号を受話信号出力部１６からそのまま出力するものである。また、送話信号入力部１７を経由してマイクロホンから受話信号があり、位相検出部９において位相が合っていないことを検出したときに、第一の減衰器２０の減衰量を大きくすることにより受話信号を受話信号出力部１６からの出力を小さくするものである。

受話信号入力部１５からのみ信号が入力されているときは、位相検出部９が検出する位相差が小さいので、第一の減衰器２０の減衰量は小さく、受話信号出力部１６を経由してスピーカから受話信号が出力される。

さらに、第一の減衰制御部１９の詳細な構成を図１４（ｂ）に示す。

短時間積分部３１は、位相検出部９の出力を処理中の時刻から過去にさかのぼった所定期間の移動平均値を計算する。また、長時間積分部３２は、位相検出部９の出力を処理中の時刻から過去にさかのぼった短時間積分部３１の所定期間より長い所定期間の移動平均値を計算する。比較部３３は、長時間積分部３２で出力される使用されている環境の環境雑音を考慮した位相情報と、短時間積分部で出力される現在の信号の位相情報とを比較することにより連続的な減衰量を設定するものである。

受話信号入力部１５からの信号とともに、送話信号入力部１７を経由したマイクロホンからの送話信号が入力されているときは、位相検出部９の位相差が大きくなり、位相に基づいた減衰量で受話信号出力部１６を経由してスピーカから受話信号が出力され、かつ、音響エコーキャンセラの学習が進みにくくなるように制御される。

再び、受話信号入力部１５からのみ信号が入力されるようになると、減衰された受話信号が受話信号出力部１６を経由してスピーカから出力され、位相検出部９が検出する位相差が小さくなるため、第一の減衰器２０の減衰量は小さく、受話信号出力部１６を経由してスピーカから受話信号が出力される。

このような構成により、受話信号入力部１５からのみ信号が入力されているときではない音響エコーキャンセラが動作しにくいときの受話音声をスピーカから出力することを防ぐことができる。特に、音響エコーキャンセラが動作しにくいときの送話音声が、相手から返ってくるときのレベルを減少させることができる。その結果、聞きやすい受話信号を生成する音響エコーキャンセラを提供することができる効果がある。

（実施例５）
図１５は実施例１のエコーキャンセラを音響エコーキャンセラとして用いて、さらに、送話あるいは受話の音量を位相に基づいて制御した例である。実施例１と同様の構成を有するものについては、同一符号を付し、その説明を援用する。

第一の信号入力部１を、相手からの信号を受信する受話信号入力部１５としている。第一の信号出力部２を、相手からの信号をスピーカから出力する受話信号出力部１６としている。第二の信号入力部３を、マイクロホンからの送話信号を入力する送話信号入力部１７としている。第二の信号出力部５を送話信号出力部１８としている。

実施例５の音響エコーキャンセラでは、受話信号入力部１５と受話信号出力部１６の間の第一の分岐部と、送話信号入力部１７と送話信号出力部１８の間の第二の分岐部との間に位相検出部９とフィルタ係数修正部１０から構成される修正値制御部１００を設け、さらに位相検出部９の位相に基づいて減衰量を決定する第二の減衰制御部２１によって制御される、送話信号出力部１８と第二の分岐部の間に第二の減衰部２２を設けた構成となっている。

音響エコー信号は、受話信号出力部１６経由でスピーカから音響空間に出力され、送話信号入力部１７経由でマイクロホンから入力した信号として発生する。

音響エコーがキャンセルするように動作する条件は、受話信号入力部１５からのみ信号が入力されているときである。そのために、第二の減衰部２２の機能は、位相検出部９において位相が合っていることを検出したときに、第二の減衰器２２の減衰量を小さくすることにより送話信号を送話信号出力部１８からそのまま出力するものである。また、送話信号入力部１７を経由してマイクロホンから受話信号があり、位相検出部９において位相が合っていないことを検出したときに、第二の減衰器２２の減衰量を大きくすることにより送話信号を送話信号出力部１８からの出力を小さくするものである。

第二の減衰制御部２１の詳細な構成は、実施例４の第一の減衰制御部１９と同じものでもよい。

受話信号入力部１５からのみ信号が入力されているときは、位相検出部９が検出する位相差が小さいので、第二の減衰器２２の減衰量は小さく、送話信号出力部１８を経由して送話信号が出力される。

受話信号入力部１５からの信号とともに、送話信号入力部１７を経由したマイクロホンからの送話信号が入力されているときは、位相検出部９の位相差が大きくなり、位相に基づいた減衰量で受話信号出力部１６を経由してスピーカから受話信号が出力され、かつ、音響エコーキャンセラの学習が進みにくくなるように制御される。

再び、受話信号入力部１５からのみ信号が入力されるようになると、減衰された受話信号が受話信号出力部１６を経由してスピーカから出力され、位相検出部９が検出する位相差が小さくなるため、第二の減衰器２２の減衰量は小さく、送話信号出力部１８を経由して送話信号が出力される。

このような構成により、受話信号入力部１５からのみ信号が入力されているときではない音響エコーキャンセラが動作しにくいときの送話受話音声を送信することを防ぐことができる。その結果、聞きやすい送話信号を生成する音響エコーキャンセラを提供することができる効果がある。

（実施例６）
図１６は実施例１のエコーキャンセラを回線エコーキャンセラとして用いて、さらに、送話あるいは受話の音量を位相に基づいて制御した例である。実施例１と同様の構成を有するものについては、同一符号を付し、その説明を援用する。

第一の信号入力部１を、回線へ送信するための信号を受信する送話信号入力部１７としている。第一の信号出力部２を、回線へ送信するための信号を出力する送話信号出力部１８としている。第二の信号入力部３を、回線からの信号を受信する受話信号入力部１５としている。第二の信号出力部５を受話信号出力部１６としている。

実施例６の回線エコーキャンセラでは、送話信号入力部１７と送話信号出力部１８の間の第一の分岐部と、受話信号入力部１５と受話信号出力部１６の間の第二の分岐部との間に位相検出部９とフィルタ係数修正部１０から構成される修正値制御部１００を設け、さらに位相検出部９の位相に基づいて減衰量を決定する第三の減衰制御部２３によって制御される、受話信号出力部１６と第二の分岐部の間に第三の減衰部２４を設けた構成となっている。

回線エコー信号は、送話信号出力部１８経由でハイブリッド回路に出力され、受話信号入力部１５経由でハイブリッド回路入力した信号として発生する。

回線エコーがキャンセルするように動作する条件は、送話信号入力部１７からのみ信号が入力されているときである。そのために、第三の減衰部２４の機能は、位相検出部９において位相が合っていることを検出したときに、第三の減衰器２４の減衰量を小さくすることにより受話信号を受話信号出力部１６からそのまま出力するものである。また、受話信号入力部１５を経由して受話信号があり、位相検出部９において位相が合っていないことを検出したときに、第三の減衰器２４の減衰量を大きくすることにより受話信号を受話信号出力部１６からの出力を小さくするものである。

第三の減衰制御部２３の詳細な構成は、実施例４の第一の減衰制御部１９と同じものでもよい。

送話信号入力部１７からのみ信号が入力されているときは、位相検出部９が検出する位相差が小さいので、第三の減衰器２４の減衰量は小さく、受話信号出力部１６を経由して受話信号が出力される。

送話信号入力部１７からの信号とともに、受話信号入力部１５を経由した受話信号が入力されているときは、位相検出部９の位相差が大きくなり、位相に基づいた減衰量で受話信号出力部１６を経由して受話信号が出力され、かつ、回線エコーキャンセラの学習が進みにくくなるように制御される。

再び、送話信号入力部１７からのみ信号が入力されるようになると、減衰された受話信号が受話信号出力部１６から出力され、位相検出部９が検出する位相差が小さくなるため、第三の減衰器２４の減衰量は小さく、受話信号出力部１６を経由して受話信号が出力される。

このような構成により、送話信号入力部１７からのみ信号が入力されているときではない回線エコーキャンセラが動作しにくいときの受話音声を出力することを防ぐことができる。その結果、聞きやすい受話信号を生成する回線エコーキャンセラを提供することができる効果がある。

（実施例７）
図１７は実施例１のエコーキャンセラを回線エコーキャンセラとして用いて、さらに、送話あるいは受話の音量を位相に基づいて制御した例である。実施例１と同様の構成を有するものについては、同一符号を付し、その説明を援用する。

第一の信号入力部１を、回線へ送信するための信号を受信する送話信号入力部１７としている。第一の信号出力部２を、回線へ送信するための信号を出力する送話信号出力部１８としている。第二の信号入力部３を、回線からの信号を受信する受話信号入力部１５としている。第二の信号出力部５を受話信号出力部１６としている。

実施例７の回線エコーキャンセラでは、送話信号入力部１７と送話信号出力部１８の間の第一の分岐部と、受話信号入力部１５と受話信号出力部１６の間の第二の分岐部との間に位相検出部９とフィルタ係数修正部１０から構成される修正値制御部１００を設け、さらに位相検出部９の位相に基づいて減衰量を決定する第四の減衰制御部２５によって制御される、送話信号入力部１７と第一の分岐部の間に第四の減衰部２６を設けた構成となっている。

回線エコー信号は、送話信号出力部１８経由でハイブリッド回路に出力され、受話信号入力部１５経由でハイブリッド回路入力した信号として発生する。

回線エコーがキャンセルするように動作する条件は、送話信号入力部１７からのみ信号が入力されているときである。そのために、第四の減衰部２６の機能は、位相検出部９において位相が合っていることを検出したときに、第四の減衰器２６の減衰量を小さくすることにより送話信号を送話信号入力部１７からそのまま出力するものである。また、受話信号入力部１５を経由して受話信号があり、位相検出部９において位相が合っていないことを検出したときに、第四の減衰器２６の減衰量を大きくすることにより送話信号を送話信号入力部１７からの入力を小さくするものである。

第四の減衰制御部２３の詳細な構成は、実施例４の第一の減衰制御部１９と同じものでもよい。

送話信号入力部１７からのみ信号が入力されているときは、位相検出部９が検出する位相差が小さいので、第四の減衰器２６の減衰量は小さく、送話信号出力部１８を経由して受話信号が出力される。

送話信号入力部１７からの信号とともに、受話信号入力部１５を経由した受話信号が入力されているときは、位相検出部９の位相差が大きくなり、位相に基づいた減衰量で送話信号入力部１６を経由して送話信号が入力され、かつ、回線エコーキャンセラの学習が進みにくくなるように制御される。

再び、送話信号入力部１７からのみ信号が入力されるようになると、減衰された送話信号が送話信号入力部１７から入力され、位相検出部９が検出する位相差が小さくなるため、第四の減衰器２６の減衰量は小さく、送話信号出力部１８を経由して送話信号が出力される。

このような構成により、送話信号入力部１７からのみ信号が入力されているときではない回線エコーキャンセラが動作しにくいときの受話音声を出力することを防ぐことができる。特に、回線エコーキャンセラが動作しにくいときの受話音声が、自分自身の送話音声としてから返るレベルを減少させることができる。その結果、聞きやすい受話信号を生成する回線エコーキャンセラを提供することができる効果がある。

（実施例８）
以下、本発明の実施例８におけるハンズフリー電話について図面を参照しながら説明する。

図１８において、音響エコーキャンセラ２７は、実施例１から３のエコーキャンセラを音響エコーキャンセラとして筐体２８内で用いたもの、あるいは実施例４から５の音響エコーキャンセラを筐体２８内で用いたものである。

図１８において、回線入力端子２９が実施例１から３のエコーキャンセラの第一の信号入力部１に接続され、第二の信号出力部５が回線出力端子３０に接続されている。あるいは、回線入力端子２９が実施例４から５の音響エコーキャンセラの受話信号入力部１５に接続され、回線出力端子３０が送話信号出力部１８に電気的に接続されている。

筐体２８の内部にスピーカ２５とマイクロホン２６−１から２６−４が固定され、実施例１から３のエコーキャンセラの第一の信号出力部２にスピーカ２５が電気的に接続されている。あるいは、実施例４から５の音響エコーキャンセラの受話信号出力部１６にスピーカ２５が電気的に接続されている。

また、実施例１から３のエコーキャンセラの第二の信号入力部３にマイクロホン２６−１から２６−４が電気的に接続されている。あるいは、実施例４から５の音響エコーキャンセラの送話信号入力部１７にマイクロホン２６−１から２６−４が電気的に接続されている。

この実施例では、回線入力端子２９から音声が再生できるよう筐体２７の上面に向けてスピーカ２５が設置されている。また、筐体２８の周囲全体の話者の音声を収音するために４個のマイクロホン２６−１から２６−４を水平方向の嗜好性となるように設置している。

また、回線信号入力端子２９からの信号は、音響エコーキャンセラの第一の信号入力部１あるいは受話信号入力部１５に接続され、スピーカ２５から音声が出力されることで、ハンズフリー電話周辺にいる人に回線からの音声を聞かせることができる。

筐体２８内のスピーカ２５から出力された音声の音波は、設置してある部屋の残響が付加された音波となって、筐体２８周辺から発生する音波を合わせてマイクロホン２６−１から２６−４で収音され、実施例１から３のエコーキャンセラの第二の信号入力部３に入力される。あるいは、実施例４から５の音響エコーキャンセラの送話信号入力部１７に入力される。

音響エコーキャンセラ２７は、スピーカ２５から出力され、部屋の残響が付加された成分をマイクロホン２６−１から２６−４で収音した信号から除去する。そのため、筐体２８周辺から発生する音波のみを実施例１から３のエコーキャンセラの第二の信号出力部５あるいは実施例４から５の音響エコーキャンセラの送話信号出力部１８に接続された回線信号出力端子３０へ出力する。これにより、筐体２８周辺の人の音声のみを回線信号出力端子３０へ出力することができ、ハンズフリー電話が実現できる。

この実施例８を用いた構成により、信頼性の高い安定した動作をするハンズフリー電話を提供することができる。

本発明のエコーキャンセラは、信頼性の高い安定した動作をするという効果を有し、未知の伝達特性をキャンセルしながらキャンセル動作をする音響エコーキャンセラあるい回線エコーキャンセラを実現するためのＤＳＰプログラムあるいはハードウェアとして、またそれを用いたハンズフリー電話として有用である。

本発明の実施例１におけるエコーキャンセラのブロック図 本発明の実施例１におけるシミュレーション実験のシングルトーク状態の実験のブロック図 本発明の実施例１におけるシミュレーション実験のダブルトーク状態の実験のブロック図 本発明の実施例１におけるシミュレーション実験のシングルトーク状態の実験の動作の波形のグラフ 本発明の実施例１におけるシミュレーション実験のダブルトーク状態の実験の動作の波形のグラフ 本発明の実施例１におけるシミュレーション実験のシングルトーク状態の実験の動作のフィルタ係数の軌跡のグラフ 本発明の実施例１におけるシミュレーション実験のダブルトーク状態の実験の動作のフィルタ係数の軌跡のグラフ 本発明の実施例２におけるエコーキャンセラのブロック図 （ａ）は第一の信号ｘ（シングルトーク状態）の波形のグラフ、（ｂ）は第二の信号入力部３の信号ｄ（シングルトーク状態）の波形のグラフ、（ｃ）は誤差信号ｅ（シングルトーク状態）の波形のグラフ、（ｄ）はｖ＿ｍｅａｎ（シングルトーク状態）の波形のグラフ （ａ）は第一の信号ｘ（ダブルトーク状態）の波形のグラフ、（ｂ）は第二の信号入力部３の信号ｄ（ダブルトーク状態）の波形のグラフ、（ｃ）は誤差信号ｅ（ダブルトーク状態）の波形のグラフ、（ｄ）はｖ＿ｍｅａｎ（ダブルトーク状態）の波形のグラフ 本発明の実施例３におけるエコーキャンセラのブロック図 （ａ）は所望信号ｄとフィルタ出力信号ｙの相互相関関数（初期のシングルトーク状態）のグラフ、（ｂ）は所望信号ｄとフィルタ出力信号ｙの相互相関関数（収束後のシングルトーク状態）のグラフ （ａ）は所望信号ｄとフィルタ出力信号ｙの相互相関関数（初期のダブルトーク状態）のグラフ、（ｂ）は所望信号ｄとフィルタ出力信号ｙの相互相関関数（収束後のダブルトーク状態）のグラフ （ａ）は本発明の実施例４におけるエコーキャンセラのブロック図、（ｂ）は第一の減衰制御部の詳細な構成のブロック図 本発明の実施例５におけるエコーキャンセラのブロック図 本発明の実施例６におけるエコーキャンセラのブロック図 本発明の実施例７におけるエコーキャンセラのブロック図 本発明の実施例８におけるハンズフリー電話の斜視図

符号の説明

４ 減算部
６ フィルタ係数バッファ
７ 第一の信号バッファ
８ フィルタ部
９ 位相検出部
８ 誤差計算処理部
９ フィルタ係数更新部
１０ 符号判定部
１１ 短時間積分部
１２ 相互相関計算部
１３ ピーク位置遅延検出部
１４ 位相決定部
１５ 第一の減衰制御部
１６ 第一の減衰部
１７ 第二の減衰制御部
１８ 第二の減衰部
１９ 第三の減衰制御部
２０ 第三の減衰部
２１ 第四の減衰制御部
２２ 第四の減衰部
２５ スピーカ
２６−１ マイクロホン
２６−２ マイクロホン
２６−３ マイクロホン
２６−４ マイクロホン
２７ 音響エコーキャンセラ
２８ 筐体
２９ 回線信号入力端子
３０ 回線信号出力端子

Claims (7)

1. 入力されるエコー信号について、フィルタ係数の修正値を演算し、演算された修正値に基づいて、前記エコー信号から未知の伝達特性を模擬した擬似エコー信号を差し引くエコーキャンセラであって、
   前記エコー信号と前記擬似エコー信号との符号の同異に基づいて前記フィルタ係数の修正値を制御し、前記フィルタ係数を修正する修正値制御部と、
   前記修正値制御部により修正されたフィルタ係数に基づいて、前記擬似エコー信号を生成し、前記エコー信号から生成したエコー信号を差し引いて、送信信号を出力するキャンセル部と、
   を備えたエコーキャンセラ。
2. 入力されるエコー信号について、フィルタ係数の修正値を演算し、演算された修正値に基づいて、前記エコー信号から未知の伝達特性を模擬した擬似エコー信号を差し引くエコーキャンセラであって、
   前記エコー信号と前記擬似エコー信号の相互相関関数の最大値の遅延に基づいて前記フィルタ係数の修正値を制御し、前記フィルタ係数を修正する修正値制御部と、
   前記修正値制御部により修正されたフィルタ係数に基づいて、前記擬似エコー信号を生成し、前記エコー信号から生成したエコー信号を差し引いて、送信信号を出力するキャンセル部と、
   を備えたエコーキャンセラ。
3. 送話信号に混在して入力されるエコー信号について、フィルタ係数の修正値を演算し、演算された修正値に基づいてエコー信号から未知の伝達特性を模擬した擬似エコー信号を差し引く音響エコーキャンセラであって、
   受話信号が入力される受話信号入力部と、
   前記受話信号を出力する受話信号出力部と、
   送話信号またはエコー信号が入力される送話信号入力部と、
   前記送話信号が出力される送話信号出力部と、
   前記受話信号入力部と前記受話信号出力部との間に介在する第一の分岐部と、
   前記送話信号入力部と前記送話信号出力部との間に介在する第二の分岐部と、
   前記第一の分岐部と前記第二の分岐部との間に設けられる修正値制御部と、
   前記修正値制御部により修正されたフィルタ係数に基づいて、擬似エコー信号を生成し、前記エコー信号から生成したエコー信号を差し引いて送信信号を出力するキャンセル部とを備え、
   前記修正値制御部は、前記エコー信号と前記擬似エコー信号との符号の同異を判定する符号判定部と、前記エコー信号と前記擬似エコー信号の符号が異なる度に両信号の差分を積算するとともに平均値を算出する短時間積分部を備え、前記平均値に基づいて前記フィルタ係数を修正することを特徴とする
   音響エコーキャンセラ。
4. 送話信号に混在して入力されるエコー信号について、フィルタ係数の修正値を演算し、演算された修正値に基づいてエコー信号から未知の伝達特性を模擬した擬似エコー信号を差し引く音響エコーキャンセラであって、
   受話信号が入力される受話信号入力部と、
   前記受話信号を出力する受話信号出力部と、
   送話信号またはエコー信号が入力される送話信号入力部と、
   前記送話信号が出力される送話信号出力部と、
   前記受話信号入力部と前記受話信号出力部との間に介在する第一の分岐部と、
   前記送話信号入力部と前記送話信号出力部との間に介在する第二の分岐部と、
   前記第一の分岐部と前記第二の分岐部との間に設けられる修正値制御部と、
   前記修正値制御部により修正されたフィルタ係数に基づいて、擬似エコー信号を生成し、前記エコー信号から生成したエコー信号を差し引いて送信信号を出力するキャンセル部とを備え、
   前記修正値制御部は、前記エコー信号と前記擬似エコー信号の相互相関関数を求める相互相関計算部と、該相互相関関数が最大値となる点の遅延を求めるピーク位置遅延検出部と、相互相関関数の最大値の遅延に基づいて位相差を決定する位相決定部を備え、前記位相差に基づいて前記フィルタ係数の修正値を制御することを特徴とする
   音響エコーキャンセラ。
5. 請求項１または２記載のエコーキャンセラを備えたハンズフリー電話。
6. 請求項３または４記載の音響エコーキャンセラを備えたハンズフリー電話。
7. エコーが含まれる推定対象の信号とエコーを推定した信号の符号の同異に基づいて前記フィルタ係数の修正値を制御し、該符号が同じである頻度が多く収束途中にあるエコーキャンセラの学習を継続するか、あるいは該符号が異なる頻度が多くダブルトークの状態と見なされる場合にエコーキャンセラの学習を停止するかを連続的な値で制御するようにしたエコーキャンセル方法。

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