JP4654777B2

JP4654777B2 - 音響エコーキャンセル装置

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Publication number: JP4654777B2
Application number: JP2005163880A
Authority: JP
Inventors: 賢一谷口
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-06-03
Filing date: 2005-06-03
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2025-06-03
Also published as: JP2006340151A

Description

本発明は、マイクの指向性制御がなされる音響エコーキャンセル装置とそれを用いた電話機および音響エコーキャンセル方法に関するものである。

スピーカホン方式電話等の電話機において、ハウリングやエコーを防止するためにエコーキャンセル技術がある。このエコーキャンセル技術によればスピーカから出力された音声が部屋等の空間を通って、マイクロホンに入力された音声（エコー）から、その空間を擬似的に模擬した伝達関数とスピーカへ出力した音声を畳み込んだ信号を差し引くことにより、あたかもエコーが無いようにできる。

また、マイクの指向性を発話者の方に向け、それ以外の音は収音しないようにして環境騒音が入らないＳ／Ｎ比の良いマイク収音を行うマイクロホンアレー技術がある。

エコーキャンセル技術とマイクロホンアレー技術が同時に成り立つようする技術とし、発話する近端話者のみの音声を収音し、さらにスピーカから再生される遠端話者の音声を収音した音から部屋のエコーを差し引く方法がある。その方法として（非特許文献１）および（非特許文献２）に記載されている従来の技術がある。複数の話者位置を推定して、その中の話者に対し指向性を向け、かつ、エコーキャンセルする方法である。（非特許文献１）ではマイクロホンアレーとエコーキャンセラのフィルタ係数を更新する方法について記載されている。また、（非特許文献２）では、話者の位置を推定する方法について記載されており、（非特許文献１）から引用されている。この従来の技術を、図６を用いて説明する。

図６は、従来の技術における音響エコーキャンセル装置のブロック図である。図６では、遠端話者の音声を出力するスピーカと複数のマイクロホンと遠端話者の音声および複数のマイクロホンの信号を処理する部分のみ抜き出して示している。図６中、遠端話者からの信号の周波数表領域表現はＺ（ω）であり、マイクロホン１からの入力信号の周波数領域表現はＸ₁（ω）であり、マイクロホン２からの入力信号の周波数領域表現はＸ₂（ω）であり、マイクロホンＭからの入力信号の周波数領域表現はＸ_M（ω）である。また、遠端話者からの信号に信号処理をするフィルタの周波数領域表現はＧ（ω）であり、マイクロホン１からの信号に信号処理をするフィルタの周波数領域表現はＨ₁（ω）であり、マイクロホン２からの信号に信号処理をするフィルタの周波数領域表現はＨ₂（ω）であり、マイクロホンＭからの信号に信号処理をするフィルタの周波数領域表現はＨ_M（ω）である。これらのフィルタ出力を加算して近端話者からの送話信号Ｙ（ω）とする。

従来の技術は、話者位置を推定しフィルタ係数を更新する処理と実際に入力信号をフィルタする処理の２つの部分から構成されている。フィルタ係数を更新する部分の動作は次の通りである。フィルタ係数を更新する部分のすべてのフィルタ入力を、（数１）で表現する。

また、すべてのフィルタ処理を（数２）で表現する。

上記のようにすると、近端話者からの送話信号を（数３）のように表すことができる。

上記従来の技術では話者毎の信号の共分散行列Ｒ_S1S2（ω）、残響信号のみの共分散行列Ｒ_EE（ω）、雑音信号のみの共分散行列Ｒ_NN（ω）を求めることで、近端話者に指向性を向け、かつ、遠端話者の音声をスピーカから収音した信号のエコーを取り除くためのフィルタ係数Ｈ（ω）を（数４）で得る。

ここで、話者数をＫとし、Ｃ_S1は各話者の感度拘束の重み、Ｃ_Eはエコーに対する重み、Ｃ_Nは雑音に対する重みである。また、Ａ_S1は話者ｉに対するミキシングの割合を表す。以上のようにして求められた係数を用いてフィルタ処理をする。

また、話者位置を推定する部分の動作は下記の通りである。Ｍ個のマイクロホンがあり、総数Ｎ個の音源のうちｋ番目音源から音が発せられている場合のｉ番目とｊ番目マイクロホン間の到来時間差をτ_ykとする。また、ｉ番目の推定マイクロホンの位置を（ｘ_i、ｙ_i、ｚ_i）、ｋ番目の推定音源位置を（ｘ_k、ｙ_k、ｚ_k）とすると推定マイクロホン間到来時間差τ_yk（ｐ）は、（数５）で表される。

ただし、ｐは（数６）の３Ｍ＋３Ｎ個の要素を持つベクトルである。

そこで、ある音源とそれぞれのマイクの位置によりマイクの位置の数ｐが得られ、また、さらに別の音源からも同じようにマイクの位置の数ｐが得られる。マイクロホン到来時間差の実測値τ_ykとτ_yk（ｐ）が等しいことを示す（数７）を用いて、座標の分からない部分を解くことで音源の位置が求まる。

ここで、本共分散行列の次数を考えてみる。遠端話者の音声を処理するフィルタを１２８タップ、それぞれのマイクロホン入力の信号を処理するフィルタを１２８タップとし、マイクが３個あった場合を考えるとＸ（ω）は５１２タップとなり、その共分散行列の次数は５１２×５１２の２次元行列となる。この従来の技術では５１２×５１２の次数の共分散行列の逆行列を求めることが必要とされる。
小林和則、他２名、「エコーキャンセラ一体型マイクロホンアレー」、電子情報通信学会論文誌Ａ、社団法人電子情報通信学会、２００４年２月、第Ｊ８７−Ａ巻、第２号、ｐ．１４３−１５１小林和則、他２名、「マイクロホンと音源の位置が未知である場合の位置推定」，電子情報通信学会技術研究報告、社団法人電子情報通信学会、２００２年９月、ＥＡ−２００２−５３号

一般に、リアルタイムでこのように次数の大きい行列の逆行列を求めることは大きな演算量を必要とする。そこで本発明では処理量が少ないエコーキャンセル技術とマイクロホンアレー技術が同時に成り立つようする方法を提供することを目的とする。

本発明の構成として、スピーカと、スピーカから再生された信号を収音する複数のマイクロホンと、第１のフィルタ係数を有する第１の適応フィルタと、第２のフィルタ係数を有する第２の適応フィルタとを備えるとともに、第１の適応フィルタと第２の適応フィルタとは、スピーカと複数のマイクロホンとの間の伝達関数を推定し、推定した伝達関数を経た複数のマイクロホンの信号と複数のマイクロホンで収音した信号との誤差を小さくするように第１のフィルタ係数と第２のフィルタ係数のそれぞれを更新しエコーキャンセル処理する音響エコーキャンセル装置であって、第１の所定の期間で、複数のマイクロホンにより生成される指向性を、予め設定された複数の指向性のなかからそれぞれの指向性による入力信号に基づいて選択する入力方向選択部と、第１の所定の期間に続く第２の所定の期間で、入力方向選択部により選択された指向性をもちいて複数のマイクロホンで収音した信号に対して、第１の適応フィルタで推定した第１の誤差を小さくするように第１のフィルタ係数を更新する第１のエコーキャンセル処理を行う第１の適応フィルタと、第２の所定の期間に続く第３の所定の期間で、更新された第１のフィルタ係数の値を使用して、第２の適応フィルタで推定した第２の誤差を小さくするよう第２のフィルタ係数を更新する第２のエコーキャンセル処理を行うとともに、第２のエコーキャンセル処理された信号を出力する第２の適応フィルタとを有するものである。

発話者へ指向性を向けた収音を行い、次のステップで該指向性からのエコーをキャンセルするために、マイクロホンアレーの制御とエコーキャンセラを同時にしないようにしたため、リアルタイムで行える量まで処理量を減少させることができる。

上記課題を解決するため、第１の発明は、スピーカと、スピーカから再生された信号を収音する複数のマイクロホンと、第１のフィルタ係数を有する第１の適応フィルタと、第２のフィルタ係数を有する第２の適応フィルタとを備えるとともに、第１の適応フィルタと第２の適応フィルタとは、スピーカと複数のマイクロホンとの間の伝達関数を推定し、推定した伝達関数を経た複数のマイクロホンの信号と複数のマイクロホンで収音した信号との誤差を小さくするように第１のフィルタ係数と第２のフィルタ係数のそれぞれを更新しエコーキャンセル処理する音響エコーキャンセル装置であって、第１の所定の期間で、複数のマイクロホンにより生成される指向性を、予め設定された複数の指向性のなかからそれぞれの指向性による入力信号に基づいて選択する入力方向選択部と、第１の所定の期間に続く第２の所定の期間で、入力方向選択部により選択された指向性をもちいて複数のマイクロホンで収音した信号に対して、第１の適応フィルタで推定した第１の誤差を小さくするように第１のフィルタ係数を更新する第１のエコーキャンセル処理を行う第１の適応フィルタと、第２の所定の期間に続く第３の所定の期間で、更新された第１のフィルタ係数の値を使用して、第２の適応フィルタで推定した第２の誤差を小さくするよう第２のフィルタ係数を更新する第２のエコーキャンセル処理を行うとともに、第２のエコーキャンセル処理された信号を出力する第２の適応フィルタとを有するものである。

この構成によれば、音声がマイクロホンに入力される入力方向を選択し、その選択された入力方向に対して収音された音声でエコーキャンセルすることにより、それぞれの処理を別々に実行することができ、演算量の少ない音響エコーキャンセル装置を提供できる。

上記課題を解決するため、第２の発明は、第１の所定の期間と第２の所定の期間と第３の所定の期間は同じ期間の所定のフレームとするものである。

上記課題を解決するため、第３の発明は、入力方向選択部は、１番強い指向性の信号のパワーと２番目に強い指向性の信号のパワーと環境雑音のパワーとをもちいて指向性を選択するものであって、１番強い指向性の信号のパワーが２番目に強い指向性の信号のパワーより大きく、かつ１番強い指向性の信号のパワーが環境雑音のパワーより大きい指向性を選択するものである。

上記課題を解決するため、第４の発明は、複数の指向性それぞれに対応して第２の適応フィルタのフィルタ係数を記憶する適応フィルタ係数記憶部を備え、第２の適応フィルタは、第２の適応フィルタのフィルタ係数を入力方向選択部で選択している指向性に対応させて適応フィルタ係数記憶部に記憶し、その後、入力方向選択部が記憶させたフィルタ係数に対応する指向性を選択したとき、第１の適応フィルタは適応フィルタ係数記憶部に記憶したフィルタ係数を読み出し、第１の適応フィルタのフィルタ係数の初期値としてエコーキャンセル処理するものである。

（実施の形態１）
以下、本発明に係る実施の形態１における音響エコーキャンセル装置の構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態１における音響エコーキャンセル装置１２７のブロック図である。

図１において、１０１は、遠端話者から受信した通話信号を再生するスピーカである。図１ではデジタル処理された遠端話者から受信した通話信号をアナログ信号に変換するＡＤ変換器およびスピーカを駆動するためのパワーアンプは省略している。１０２−１から１０２−ｎは、スピーカ１０１で再生した遠端話者の通話信号と近端話者の音声信号を収音するマイクロホンである。同様に、マイクロホンで収音した信号をＤＡ変換するためのＤＡ変換器は省略している。

１１５は、マイクロホン１０２−１から１０２−ｎの組で実現される複数の指向性パラメータの組を、指向性パターンとして予め記憶する、指向性パターン記憶部である。こ指向性パラメータは、マイクロホン１０２−１から１０２−ｎからのそれぞれの入力に対して重み付け演算後加算することにより、所定の指向性を実現するマイクロホンアレー技術で生成される。

１０５は、マイクロホン１０２−１から１０２−ｎから入力した音声信号を、指向性パターン記憶部１１５で記憶している複数の指向性パラメータの組のうち１つを設定して、複数の出力から近端話者の発声している向きに対応する指向性パラメータを選択する、指向性計算処理部である。また、指向性計算処理部１０５は、近端話者の発声している向きに対応する選択するタイミング、および指向性パラメータをコピーするタイミングを設定する。

１０６は、指向性計算処理部１０５で選択された指向性パラメータを用いて、選択された指向性パラメータに対応する指向性を持つよう演算して、その指向性による収音を行う。第１の指向性演算部である。１０７は、第１の指向性演算部１０６で用いた指向性パラメータを用いて、選択された指向性パラメータに対応する指向性を持つよう演算して、その指向性による収音を行う。第２の指向性演算部である。

１１０は、スピーカ出力信号をリファレンス信号として、第１の加算器１１１と共に動作して、第１の指向性演算部１０６指向性演算された信号をエコーキャンセルする、第１の適応フィルタである。１１２は、スピーカ出力信号をリファレンス信号として、第２の加算器１１３と共に動作して、第２の指向性演算部１０７で指向性演算された信号をエコーキャンセルする、第２の適応フィルタである。

なお、指向性計算処理部１０５は、「入力方向選択部」及び「入力方向選択制御部」として機能する。第１の指向性演算部１０６、及び第２の指向性演算部１０７は、「音声収音部」として機能する。第１の適応フィルタ１１０及び第１の加算器１１１と、第２の適応フィルタ１１２及び第２の加算器１１３とは、それぞれ、「エコーキャンセル処理部」として機能する。これら、指向性計算処理部１０５、第１の指向性演算部１０６、第２の指向性演算部１０７、第１の適応フィルタ１１０、第１の加算器１１１、第２の適応フィルタ１１２、及び第２の加算器１１３は、所定のプログラムを実行することで、ＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）やＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）などの、ＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）で構成される。

次に、上記のハンズフリー電話機を使用した指向性探索処理とエコーキャンセル処理の動作について説明する。図２は、本発明の実施の形態１における指向性探索処理とエコーキャンセル処理の一例を示すタイミングチャートである。

図２において、遠端話者から受信し、スピーカ１０１で再生した通話信号および近端話者の音声信号を、図２中上方の「音声データ」のように時間的にフレーム分割されている。

まず、処理の概要を説明する。指向性計算処理部１０５はフレーム分割に対応してマイクロホン１０２−１から１０２−ｎで収音した信号を用いて、各フレームの発話者へ指向性を向けるための指向性探索処理をする。指向性探索処理の方法は後述する。

実際に発話者へ指向性を向けた信号を収音する処理は、第１の指向性演算部１０６と第２の指向性演算部１０７で行う。近端話者の発声している向きに対応する指向性パラメータを用いて、第１の指向性演算部１０６と第２の指向性演算部１０７で、連続した発話者へ指向性を向けた信号を収音する処理を行う。フレームの切れ目において第１の指向性演算部１０６から第２の指向性演算部１０７へ指向性パラメータをコピーすることにより、連続した処理を行う。

第１の指向性演算部１０６と第２の指向性演算部１０７から出力される連続した同じ指向性パラメータを用いて求められた指向性で収音したマイクロホン１０２−１から１０２−ｎの入力を用いて、エコーキャンセル処理をそれぞれ第１の適応フィルタ１１０と第２の適応フィルタ１１２で行う。

連続した同じ指向性パラメータを用いて求められた指向性で収音したマイクロホン１０２−１から１０２−ｎの入力のうち前半の信号は、エコーキャンセルのための適応フィルタを指向性の変化に追従させるために使用し、連続した同じ指向性パラメータを用いて求められた指向性で収音したマイク入力のうち後半の信号を遠端話者への送話信号として使用する。連続した同じ指向性パラメータを用いて求められた指向性で収音したマイク入力のうち前半と後半を別の目的で使用するために第１の適応フィルタ１１０から第２の適応フィルタ１１２へフィルタ係数のコピーが行われる。

以上のようにして、発話者へ指向性を向けた信号を収音し、その指向性で収音された信号から指向性の変化に追従したエコーキャンセルされた信号が得られる。

次に、実施の形態１における指向性計算処理部１０５について、詳細に説明する。

まず、指向性計算処理部１０５における指向性探索処理の方法は次の通りである。フレーム１区間のマイク入力に対し、ハンズフリー電話機の周囲のどの方向で発話者が発声しているか検出するために、図３に示すように、あらかじめ水平３６０度を８等分し、単一では４５度をカバーしている指向性のパラメータを８組用意する。図３は、本発明の実施の形態１における指向性のパラメータの説明図である。この場合、マイクロホン１０２−１から１０２−ｎも、水平３６０度を８等分した形に設けられている。このパラメータは指向性パターン記憶部１１５に予め記憶させて置いたものである。それぞれのパラメータを（数８）のようにする。

ここで、ｆ₀₀が０度の時のマイクロホン１０２−１に対する指向性パラメータ、ｆ₀₁が０度の時のマイクロホン１０２−２に対する指向性パラメータ、ｆ_0nが０度の時のマイクロホン１０２−ｎに対する指向性パラメータ、ｆ₁₀が４５度の時のマイクロホン１０２−１に対する指向性パラメータ、ｆ₁₁が４５度の時のマイクロホン１０２−２に対する指向性パラメータ、ｆ_1nが４５度の時のマイクロホン１０２−ｎに対する指向性パラメータ、・・・（中略）・・・、ｆ₇₀が３１５度の時のマイクロホン１０２−１に対する指向性パラメータ、ｆ₇₁が３１５度の時のマイクロホン１０２−２に対する指向性パラメータ、ｆ_7nが３１５度の時のマイクロホン１０２−ｎに対する指向性パラメータを表す。なお、指向性パラメータの決定方法として、例えば、電子情報通信学会応用音響研究会ＥＡ８８−６５「他方向同時収音装置」で示されているような方法で求めることができる。

あるいは、実際の筐体の影響を考慮するために、実際の筐体にマイクロホンを取り付けて、例えば筐体の周囲を１０度きざみにスピーカ１０１を移動させて白色雑音等の信号を出力し、各マイクロホンの指向性による感度を考慮した信号をリファレンス信号とし、実際に複数のマイクロホンから入力される信号に対して適応的フィルタの係数を掛けたものの和がリファレンス信号と同じになるように、適応フィルタ技術を用いて決定することもできる。

この８組それぞれの角度からの収音した信号を１フレーム内で順次計算する。そのなかで１番強い収音信号の角度のパワーｐ₁と、２番強い収音信号の角度のパワーｐ₂および遠端話者から受信した通話信号を再生していないときの環境雑音の各角度の平均パワーｐ_THを求める。（数９）の条件が成立したときに１番目の話者が発生したと判定し、その方向に指向性を向ける。

ここで、αとβは定数である。このようにして選択された向きのマイクロホン１０２−１から１０２−ｎに対する指向性パラメータを指向性計算処理部１０５から第１の指向性演算部１０６へ出力する（図２のステップ１、指向性探索処理）。

次に、第１の指向性演算部１０６では、指向性を求めた次のフレームのフレーム区間２において、マイクロホン１０２−１から１０２−ｎの各入力に指向性計算処理部１０５で選択した各マイクロホンに対する指向性パラメータを用いて処理し、発話者へ向けた指向性の収音を行う（図２のステップ２）。

この際、（フレーム区間１の信号ではなく）フレーム区間２の信号を用いて、遠端話者からの受信信号をリファレンス信号として第１の適応フィルタ１１０が第１の加算器１１１と組になって第１の加算器１１１の出力誤差が小さくなるように適応フィルタ処理を行い、エコーキャンセル処理を行う。ここで、エコーキャンセルアルゴリズムとして、正規化ＬＭＳ（ＬｅａｓｔＭｅａｎＳｑｕａｒｅ）アルゴリズムやＲＬＳ（ＲｅｓｕｒｓｉｖｅＬｅａｓｔＳｑｕａｒｅ）アルゴリズムなどを用いることができる（図２のステップ２、エコーキャンセル処理）。

次のフレーム区間３では、第１の指向性演算部１０６から第２の指向性演算部１０７へ各マイクロホンに対する指向性パラメータをコピーし、マイクロホン１０２−１から１０２−ｎの各入力に指向性演算部１０６で求めた各マイクロホンに対する指向性パラメータを用いて処理し、発話者へ向けた指向性で収音を行う（図２のステップ３）。

更に、（フレーム区間１の信号ではなく）フレーム区間３の信号を用いて、遠端話者からの受信信号をリファレンス信号として第２の適応フィルタ１１２が第２の加算器１１３と組になって第２の加算器１１３の出力誤差が小さくなるように適応処理を行い、エコーキャンセル処理を行う（図２のステップ３、エコーキャンセル処理）。

次いで、上述したステップ２におけるエコーキャンセル処理と並行して、指向性計算処理部１０５では、フレーム２区間のマイク入力に対し、ハンズフリー電話機１００の周囲のどの方向で発話者が発声しているか検出し、各マイクロホンに対する指向性パラメータを指向性計算処理部１０５から第１の指向性演算部１０６へ出力する（図２のステップ４、指向性探索処理）。

また、上述したステップ３におけるエコーキャンセル処理と並行して、第１の指向性演算部１０６では、ステップ４で指向性を求めた次のフレームのフレーム区間３において、マイクロホン１０２−１から１０２−ｎからの各入力に指向性演算部１０５で求めた各マイクロホンに対する指向性パラメータを用いて処理し、発話者へ向けた指向性の収音を行う（図２のステップ５）。

この際、（フレーム区間２の信号ではなく）フレーム区間３の信号を用いて、遠端話者からの受信信号をリファレンス信号として第２の適応フィルタ１１２が第２の加算器１１３と組になって第２の加算器１１３の出力誤差が小さくなるように適応処理を行い、エコーキャンセル処理を行う（図２のステップ５、エコーキャンセル処理）。

次のフレーム区間４では、第１の指向性演算部１０６から第２の指向性演算部１０７へ各マイクロホンに対する指向性パラメータをコピーし、マイクロホン１０２−１から１０２−ｎの各入力に指向性演算部１０６で求めた各マイクロホンに対する指向性パラメータを用いて処理し、発話者へ向けた指向性の収音を行う（図２のステップ６）。

更に、（フレーム区間２の信号ではなく）フレーム区間４の信号を用いて、遠端話者からの受信信号をリファレンス信号として第２の適応フィルタ１１２が第２の加算器１１３と組になって第２の加算器１１３の出力誤差が小さくなるように適応処理を行い、エコーキャンセル処理を行う（図２のステップ６、エコーキャンセル処理）。

以上のように、指向性探索処理と指向特性処理とエコーキャンセル処理を順次行うことにより、発話者に指向性を向け、かつ、エコーキャンセル処理を同時に行うことができる。

本実施の形態１では、指向性パターンが８種類の場合を示したが、さらに発話者のみの音声を収音しようとする場合には、狭い指向性パターンを用いて数を増やして実施することも可能である。また、逆に演算量を減らす場合には広い指向性パターンを用いて数を減らして実施することも可能である。

また、連続してエコーキャンセル処理する区間を２フレームとし、後半のエコーキャンセル処理をした音声を遠端話者へ出力するようにしたが、さらにエコーキャンセル処理の学習が進んで、エコーの消えた信号を遠端話者に送信する場合には、指向性演算部と適応フィルタと加算器を増やすことにより対応できる。

（実施の形態２）
実施の形態２について、図４に沿って説明する。図４は、本発明の実施の形態２における音響エコーキャンセル装置のブロック図である。実施の形態２におけるステップ２およびステップ５で第１の適応フィルタ１１０および第２の適応フィルタ１１２でのエコーキャンセル処理を行う際に、エコーキャンセル処理の収束を早くするために、適応フィルタの係数を記憶する。

なお、第１の適応フィルタ１１０、及び第２の適応フィルタ１１２は、「適応フィルタ係数演算部」、「適応フィルタ係数格納部」、及び「適応フィルタ係数検出部」として機能する。適応フィルタ係数記憶部１１４は、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）やＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）などの「メモリ」として機能する。

適応フィルタ係数記憶部１１４において、指向性パターン記憶部１１５の各指向性パラメータの組Ｆ₀からＦ₇に対応させて適応フィルタの係数を記憶する。該当する指向性のパラメータが選択された場合に、対応する適応フィルタ係数記憶部１１４から読み出したフィルタ係数を、初期値としてエコーキャンセル処理を行う。ステップ３およびステップ６で、第１の適応フィルタ１１０から第２の指向性演算部１０６から第２の指向性演算部１０７へ各マイクに対するパラメータをコピーし、継続して第２の適応フィルタ１１２でエコーキャンセル処理を行う。この後、次に該当する角度が選択された場合に備えて、該当する適応フィルタ係数記憶部１１４に学習し終わった係数を書き戻す。以上により、指向性の選択角度が変わっても早い収束を実現するエコーキャンセル処理を提供できる。

（実施の形態３）
以下、本発明に係る実施の形態３におけるハンズフリー電話機について図５を参照しながら説明する。図５は、本発明の実施の形態３におけるにハンズフリー電話機１００の外観斜視図である。ハンズフリー電話機１００は、互いに離れた場所から複数人が通話することが出来、例えば会議などに使用される、いわゆる「会議電話」である。

図５において、筐体１２８内の実施の形態１または実施の形態２の音響エコーキャンセル装置１２７における遠端話者からの受話信号が、回線信号入力端子１２９に電気的に接続されている。また、同様に音響エコーキャンセル装置１２７の遠端話者への送話信号が、回線信号出力端子１３０に電気的に接続されている。

筐体１２８内には、スピーカ１０１と、マイクロホン１０２−１からマイクロホン１０２−４とが固定され、音響エコーキャンセル装置１２７の遠端話者からの受話信号がスピーカ１０１に電気的に接続されている。また、音響エコーキャンセル装置１２７にマイクロホン１０２−１から１０２−４が電気的に接続されている。隣り合う２つマイクロホンは、１つの側面を介して隣り合う各側面に取り付けられている。即ち、隣り合う２つマイクロホンは、筐体１２８を中心として、９０度の角度を介している。筐体１２８の上面には、１つのスピーカ１０１が設けられている。

実施の形態３では、回線信号入力端子１２９からの音声が再生できるよう筐体１２７の上面に向けてスピーカ１０１が設置されている。また、筐体１２８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１０２−１からマイクロホン１０２−４を設置している。ここで４個のマイクロホンの組により指向性パターンを作るものである。

また、回線信号入力端子１２９からの信号は、音響エコーキャンセル装置１２７の遠端話者からの受信信号として、スピーカ１０１から音声が出力されることで、ハンズフリー電話機１００の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１２８内のスピーカ１０１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１２８周辺から発生する音波を合わせてマイクロホン１０２−１からマイクロホン１０２−４を介して収音される。

音響エコーキャンセル装置１２７は、スピーカ１０１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１０２−１からマイクロホン１０２−４で収音した信号から除去する。そのため、筐体１２８周辺から発生する音波のみを音響エコーキャンセル装置１２７の遠端話者への送話信号として回線信号出力端子１３０へ出力する。これにより、筐体１２８周辺の人の音声のみを回線信号出力端子１３０へ出力することができ、ハンズフリー電話機１００が実現できる。なお、マイクロホンの数を４個で説明しているが、この数に限るものではない。

この実施の形態３の音響エコーキャンセル装置を用いた構成により、発話者の変化に追従するようにマイクロホンを制御し、安定した、かつエコー消去量が大きく会話のしやすいハンズフリー電話機を提供することができる。

このような信号処理のよる話者への指向性を向け、かつ、音響キャンセルを行う実装形態を採用したので、複数の指向性からの入力のパワーの比較による指向性パターンの選択と該当する指向性からの信号による音響エコーキャンセルを行うだけなので処理量が少なく、かつ、音響エコーキャンセル処理ができる。従って、安価な処理能力の小さい処理装置でも実現できる効果がある。

本発明の実施の形態１における音響エコーキャンセル装置のブロック図本発明の実施の形態１における指向性探索処理とエコーキャンセル処理の一例を示すタイミングチャート本発明の実施の形態１における指向性のパラメータの説明図本発明の実施の形態２における音響エコーキャンセル装置のブロック図本発明の実施の形態３におけるにハンズフリー電話機の外観斜視図従来の技術における音響エコーキャンセル装置のブロック図

符号の説明

１００ハンズフリー電話機
１０１スピーカ
１０２−１、１０２−２、・・・、１０２−ｎマイクロホン
１０５入力方向選択部、入力方向選択制御部（指向性計算処理部）
１０６音声収音部（第１の指向性演算部）
１０７音声収音部（第２の指向性演算部）
１１０エコーキャンセル処理部、適応フィルタ係数演算部、適応フィルタ係数格納部、適応フィルタ係数検出部（第１の適応フィルタ）
１１１エコーキャンセル処理部（第１の加算器）
１１２エコーキャンセル処理部、適応フィルタ係数演算部、適応フィルタ係数格納部、適応フィルタ係数検出部（第２の適応フィルタ）
１１３エコーキャンセル処理部（第２の加算器）
１１４メモリ（適応フィルタ係数記憶部）
１２７音響エコーキャンセル装置

Claims

スピーカと、前記スピーカから再生された信号を収音する複数のマイクロホンと、第１のフィルタ係数を有する第１の適応フィルタと、第２のフィルタ係数を有する第２の適応フィルタとを備えるとともに、前記第１の適応フィルタと前記第２の適応フィルタとは、前記スピーカと前記複数のマイクロホンとの間の伝達関数を推定し、推定した伝達関数を経た前記複数のマイクロホンの信号と前記複数のマイクロホンで収音した信号との誤差を小さくするように前記第１のフィルタ係数と前記第２のフィルタ係数のそれぞれを更新しエコーキャンセル処理する音響エコーキャンセル装置であって、
第１の所定の期間で、前記複数のマイクロホンにより生成される指向性を、予め設定された複数の指向性のなかからそれぞれの指向性による入力信号に基づいて選択する入力方向選択部と、
前記第１の所定の期間に続く第２の所定の期間で、前記入力方向選択部により選択された指向性をもちいて前記複数のマイクロホンで収音した信号に対して、前記第１の適応フィルタで推定した第１の誤差を小さくするように前記第１のフィルタ係数を更新する第１のエコーキャンセル処理を行う第１の適応フィルタと、
前記第２の所定の期間に続く第３の所定の期間で、更新された前記第１のフィルタ係数の値を使用して、前記第２の適応フィルタで推定した第２の誤差を小さくするよう前記第２のフィルタ係数を更新する第２のエコーキャンセル処理を行うとともに、前記第２のエコーキャンセル処理された信号を出力する第２の適応フィルタとを有する音響エコーキャンセル装置。
前記第１の所定の期間と前記第２の所定の期間と前記第３の所定の期間は同じ期間の所定のフレームとすることを特徴とする請求項１記載の音響エコーキャンセル装置。
前記入力方向選択部は、１番強い指向性の信号のパワーと２番目に強い指向性の信号のパワーと環境雑音のパワーとをもちいて前記指向性を選択するものであって、前記１番強い指向性の信号のパワーが２番目に強い指向性の信号のパワーより大きく、かつ前記１番強い指向性の信号のパワーが前記環境雑音のパワーより大きい指向性を選択することを特徴とする請求項１あるいは２記載の音響エコーキャンセル装置。
前記複数の指向性それぞれに対応して第２の適応フィルタのフィルタ係数を記憶する適応フィルタ係数記憶部を備え、
前記第２の適応フィルタは、前記第２の適応フィルタのフィルタ係数を前記入力方向選択部で選択している指向性に対応させて前記適応フィルタ係数記憶部に記憶し、その後、前記入力方向選択部が記憶させたフィルタ係数に対応する指向性を選択したとき、前記第１の適応フィルタは前記適応フィルタ係数記憶部に記憶したフィルタ係数を読み出し、前記第１の適応フィルタのフィルタ係数の初期値としてエコーキャンセル処理する請求項１から３いずれか１項記載の音響エコーキャンセル装置。