JP4705554B2 - Echo canceling apparatus, method thereof, program thereof, and recording medium thereof - Google Patents

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Description

この発明は、例えば、TV会議や音声会議などハンズフリー通信のエコーキャンセル装置、回線エコーキャンセル装置などのエコーキャンセル装置、その方法、そのプログラム、およびその記録媒体に関する。   The present invention relates to an echo canceling device such as an echo canceling device for hands-free communication such as a TV conference or an audio conference, a line echo canceling device, a method thereof, a program thereof, and a recording medium thereof.

エコーが伝達する未知の系をディジタルフィルタでモデル化し、受話信号と収音信号を用いてエコーの伝達系を推定する基本的な技術として適応フィルタを用いるものがある。適応フィルタによりエコー伝達系を推定する際にエコー伝達系の推定精度を大きく劣化させる要因として収音信号に含まれる雑音が挙げられる。特に、音響および回線エコーキャンセル装置等で同時通話あるいはダブルトークと呼ばれるエコーへの話者からの送話音声の混入は、混入するまで持っていたディジタルフィルタの推定精度を大きく低下させ、エコーキャンセル装置等がエコー伝達を推定するため、何らかの対策が必要となる。以下、適応フィルタを用いた従来のエコーキャンセル装置、その従来のダブルトーク対策について説明する。   There is one that uses an adaptive filter as a basic technique for modeling an unknown system to which an echo is transmitted using a digital filter and estimating an echo transmission system using a received signal and a collected sound signal. Noise included in the collected sound signal is a factor that greatly degrades the estimation accuracy of the echo transmission system when the echo transmission system is estimated by the adaptive filter. In particular, the mixing of the transmitted voice from the speaker into the echo called double talk or simultaneous speech in the acoustic and line echo canceling device greatly reduces the estimation accuracy of the digital filter that had been included until the mixing, and the echo canceling device Therefore, some countermeasure is required. Hereinafter, a conventional echo canceling apparatus using an adaptive filter and a conventional countermeasure against double talk will be described.

図1に従来のエコーキャンセラの機能構成例を示す。図1において、受話信号をx(k)、エコー推定信号をy(k)、収音信号をd(k)、誤差信号をe(k)、適応フィルタの係数からなるベクトルをh(k)とし、kは離散的時刻を表す。
図示しない遠端話者からの音声信号が、受話信号x(k)として、エコーキャンセラ10を通じて再生手段4に入力される。エコーキャンセラ10は推定信号生成部11と、フィルタ係数更新部12と、減算部13と、適応フィルタ係数レジスタ14と、により構成されており、受話信号x(k)はフィルタ係数更新部12と推定信号生成部11とに入力される。
FIG. 1 shows a functional configuration example of a conventional echo canceller. In FIG. 1, the received signal is x (k), the echo estimation signal is y (k), the collected sound signal is d (k), the error signal is e (k), and the vector composed of the coefficients of the adaptive filter is h (k). And k represents a discrete time.
A voice signal from a far-end speaker (not shown) is input to the reproducing means 4 through the echo canceller 10 as a received signal x (k). The echo canceller 10 includes an estimated signal generation unit 11, a filter coefficient update unit 12, a subtraction unit 13, and an adaptive filter coefficient register 14, and the received signal x (k) is estimated with the filter coefficient update unit 12. Input to the signal generator 11.

推定信号生成部11で、受話信号x(k)を適応フィルタ係数レジスタ14よりの適応フィルタ係数h(k)でフィルタ処理することでエコー推定信号y(k)を生成する。エコー推定信号y(k)を生成する手段は様々であるが、一時刻分のエコー推定信号y(k)を生成する場合には、受話信号x(k)から成るベクトルと適応フィルタ係数のベクトルh(k)の内積により生成し、つまりy(k)は、以下の式(1)で表すことができる。
y(k)=[x(k−L+1)、x(k−L+2),...,x(k)]h(k)
式(1)
The estimated signal generator 11 generates an echo estimated signal y (k) by filtering the received signal x (k) with the adaptive filter coefficient h (k) from the adaptive filter coefficient register 14. There are various means for generating the echo estimation signal y (k), but when generating the echo estimation signal y (k) for one time, a vector composed of the received signal x (k) and a vector of adaptive filter coefficients It is generated by the inner product of h (k), that is, y (k) can be expressed by the following equation (1).
y (k) = [x (k−L + 1), x (k−L + 2),. . . , X (k)] h (k)
Formula (1)

ただし、Lは推定信号生成部11を構成する適応フィルタの係数の数(タップ数)を表す。一般の適応フィルタにおいて、複数の時刻分の推定信号を生成する場合には、演算量低減のために周波数領域で行うことが多いが、その詳細は非特許文献1に記載されている。減算部13では、収音手段6で収音された収音信号d(k)からエコー推定信号y(k)を減算して誤差信号e(k)求める。つまり、減算部13で、以下の式(2)を計算する。
e(k)=d(k)−y(k) 式(2)
However, L represents the number (the number of taps) of the coefficient of the adaptive filter which comprises the estimated signal production | generation part 11. FIG. In a general adaptive filter, when an estimation signal for a plurality of times is generated, it is often performed in the frequency domain in order to reduce the amount of calculation, but details thereof are described in Non-Patent Document 1. The subtractor 13 subtracts the echo estimation signal y (k) from the collected sound signal d (k) collected by the sound collecting means 6 to obtain an error signal e (k). That is, the subtraction unit 13 calculates the following expression (2).
e (k) = d (k) −y (k) Equation (2)

フィルタ係数更新部12では誤差信号e(k)と受話信号x(k)から適応アルゴリズムにより適応フィルタ係数修正量Δhを求める。そして、適応フィルタ係数修正量Δhに修正量を調節するステップサイズμを乗算して、1時刻前の適応フィルタ係数h(k−1)に加算することで、適応フィルタ係数レジスタ14内の適応フィルタ係数を更新する。つまり、このフィルタ係数の更新は、以下の式(3)で表すことができる。
h(k)=h(k−1)+μΔh(k) 式(3)
The filter coefficient updating unit 12 obtains an adaptive filter coefficient correction amount Δh from the error signal e (k) and the received signal x (k) by an adaptive algorithm. Then, the adaptive filter coefficient correction amount Δh is multiplied by the step size μ for adjusting the correction amount, and added to the adaptive filter coefficient h (k−1) one time before, so that the adaptive filter in the adaptive filter coefficient register 14 is obtained. Update the coefficient. That is, the update of the filter coefficient can be expressed by the following equation (3).
h (k) = h (k−1) + μΔh (k) Equation (3)

適応フィルタ係数修正量Δhは、適応アルゴリズムにより誤差信号e(k)のパワーが減少するように求められる。なお、代表的な適応アルゴリズムとしては、時間領域で処理する最小二乗(LMS:Least-Mean-Squares)法、学習同定(NLMS:Normalized LMS)法、逐次最小二乗(RLS:Recursive-Least-Square)法が良く知られている。減算部13で収音信号d(k)からエコー推定信号y(k)が除去され、送話信号として、受話信号x(k)の送信側に送信される。   The adaptive filter coefficient correction amount Δh is obtained by an adaptive algorithm so that the power of the error signal e (k) is reduced. In addition, as a typical adaptive algorithm, the least square (LMS: Least-Mean-Squares) method processed in a time domain, the learning identification (NLMS: Normalized LMS) method, and a recursive least square (RLS) are used. The law is well known. The echo estimation signal y (k) is removed from the collected sound signal d (k) by the subtracting unit 13 and transmitted to the transmission side of the reception signal x (k) as a transmission signal.

<ダブルトーク対策手段>
従来のダブルトーク対策手段としてフィルタ二重化による手段を一例として説明する。これは、Foreground/Background(以下FG/BGと称する)とも呼ばれるものである。
図2に従来のFG/BG方式を用いて構成されたFG/BGエコーキャンセラ20の機能構成例を示す。図1と同一の機能構成部分には同一参照番号を付けて重複説明を省略する。このことは以下の説明においても同様である。
FG/BGエコーキャンセラ20では、まず、BGフィルタ係数更新部22で、反響路(再生手段4から収音手段6へのエコー経路)24のインパルス応答を推定し、その推定値hb(k)を適応フィルタ係数レジスタ27に適応フィルタ係数hb(k)として転送する。
<Measures against double talk>
As an example of conventional double-talk countermeasures, means using a duplex filter will be described. This is also called Foreground / Background (hereinafter referred to as FG / BG).
FIG. 2 shows a functional configuration example of the FG / BG echo canceller 20 configured using the conventional FG / BG method. The same functional components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. The same applies to the following description.
In the FG / BG echo canceller 20, first, the BG filter coefficient update unit 22 estimates the impulse response of the echo path (echo path from the reproduction means 4 to the sound collection means 6) 24, and the estimated value hb (k) is obtained. The data is transferred to the adaptive filter coefficient register 27 as an adaptive filter coefficient hb (k).

BG推定信号生成部26で、受話信号x(k)を適応フィルタ係数hb(k)で上記と同様のフィルタ処理をして、BG推定信号yb(k)を生成する。適応フィルタ係数hb(k)は適応フィルタ係数レジスタ27に格納されている。
減算部28において、収音手段6から収音された収音信号d(k)からBG推定信号yb(k)を減算して、BG誤差信号eb(k)が生成される。反響路24のインパルス応答の推定が良好に行われていれば、再生手段4よりの収音手段6に収音された反響信号と推定信号yb(k)はほぼ等しいものとなる。
The BG estimation signal generation unit 26 performs the same filtering process on the received signal x (k) with the adaptive filter coefficient hb (k) to generate the BG estimation signal yb (k). The adaptive filter coefficient hb (k) is stored in the adaptive filter coefficient register 27.
In the subtracting unit 28, the BG estimation signal yb (k) is subtracted from the collected sound signal d (k) collected from the sound collecting means 6 to generate a BG error signal eb (k). If the impulse response of the reverberation path 24 is estimated satisfactorily, the reverberation signal collected by the sound collection means 6 from the reproduction means 4 and the estimated signal yb (k) are substantially equal.

一方、FG推定信号生成部30で、受話信号x(k)をFGフィルタ係数hf(k)でフィルタ処理して、FG推定信号yf(k)を生成する。FGフィルタ係数はFGフィルタ係数レジスタ29に格納されている。そして、減算部31で、収音信号d(k)からFG推定信号yf(k)を減算して、FG誤差信号ef(k)が生成される。
BG推定信号生成部26の特性が真の反響路24の特性に近ければ(詳細は以下で述べる)、適応フィルタ係数レジスタ27中の適応フィルタ係数hb(k)をFGフィルタ係数レジスタ29に転送し、FGフィルタ係数hf(k)をその適応フィルタ係数hb(k)に更新する。
On the other hand, the FG estimation signal generation unit 30 filters the received signal x (k) with the FG filter coefficient hf (k) to generate the FG estimation signal yf (k). The FG filter coefficient is stored in the FG filter coefficient register 29. Then, the subtraction unit 31 subtracts the FG estimation signal yf (k) from the collected sound signal d (k) to generate an FG error signal ef (k).
If the characteristics of the BG estimation signal generator 26 are close to those of the true echo path 24 (details will be described below), the adaptive filter coefficient hb (k) in the adaptive filter coefficient register 27 is transferred to the FG filter coefficient register 29. , The FG filter coefficient hf (k) is updated to the adaptive filter coefficient hb (k).

また、BG誤差信号eb(k)とFG誤差信号ef(k)とが誤差比較部38に入力される。受話信号x(k)のパワーが所定値以上であり、かつダブルトークでない状態において、誤差比較部38で、BG誤差信号eb(k)のパワーPeb(k)がFG誤差信号ef(k)のパワーPef(k)よりも小さいと判断された場合、適応フィルタ係数hb(k)は、FGフィルタ係数hf(k)と比べて、実際の反響路24のインパルス応答h(k)をより良く模擬していると考えられる。この場合、適応フィルタ係数hb(k)をFG推定信号生成部37に転送してFGフィルタ係数hf(k)を更新する。
ここでパワーとは信号の時間積分値であり、離散化された信号を扱う場合には、例えばPx(k)=Σx2 (k−i)(Σはi=0からn−1まで)のように計算される。ここでnは積分時間を表す。
Further, the BG error signal eb (k) and the FG error signal ef (k) are input to the error comparison unit 38. In a state where the power of the received signal x (k) is equal to or higher than a predetermined value and is not double talk, the power Peb (k) of the BG error signal eb (k) is equal to the FG error signal ef (k) in the error comparison unit 38 If it is determined that the power Pef (k) is smaller, the adaptive filter coefficient hb (k) better simulates the impulse response h (k) of the actual echo path 24 than the FG filter coefficient hf (k). it seems to do. In this case, the adaptive filter coefficient hb (k) is transferred to the FG estimation signal generation unit 37 to update the FG filter coefficient hf (k).
Here, the power is a time integration value of the signal. When a discretized signal is handled, for example, Px (k) = Σx 2 (ki) (Σ is i = 0 to n−1). Is calculated as follows. Here, n represents integration time.

そして、発話者の音声が収音手段6に収音された状態では、FG誤差信号ef(k)が受話信号x(k)の送信側に、出力される。なお、FG/BGエコーキャンセラ20の詳細については、特許文献1に記載されている。
このように、FG/BG構成とすることで、ダブルトーク時には適応フィルタ係数hb(k)が乱れ、FGフィルタ係数hf(k)への複製が起きずFGフィルタ係数hf(k)はダブルトーク前の値を保持しているので、FG誤差信号ef(k)にダブルトークによる影響が現れない。
Then, in a state where the voice of the speaker is picked up by the sound pickup means 6, the FG error signal ef (k) is output to the transmission side of the received signal x (k). Details of the FG / BG echo canceller 20 are described in Patent Document 1.
Thus, by adopting the FG / BG configuration, the adaptive filter coefficient hb (k) is disturbed at the time of double talk, and duplication to the FG filter coefficient hf (k) does not occur, and the FG filter coefficient hf (k) is before double talk. Therefore, the influence of double talk does not appear in the FG error signal ef (k).

<差分型FG/BG構成>
さらに、同時通話による適応フィルタ係数hb(k)の乱れがFGフィルタ係数hf(k)に及ぼす影響を小さくし、良好な同時通話性能を保持する手法として、FG誤差信号ef(k)をBG部に入力させることで、適応フィルタ係数hb(k)として、FGフィルタ係数hf(k)の変化分を推定する差分型FG/BGエコーキャンセラがある。
差分型FG/BGエコーキャンセラ45の機能構成例を図3に示す。BG部40はBGフィルタ係数更新部22、BG推定信号生成部26、BG減算部28、適応フィルタ係数レジスタ27、とで構成されている。またFG部50は、FGフィルタ係数レジスタ29、FG推定信号生成部30、FG減算部31とで構成されている。
<Differential FG / BG configuration>
Further, as a technique for reducing the influence of the disturbance of the adaptive filter coefficient hb (k) due to simultaneous calls on the FG filter coefficient hf (k) and maintaining good simultaneous call performance, the FG error signal ef (k) is used as the BG unit. There is a differential FG / BG echo canceller that estimates the amount of change in the FG filter coefficient hf (k) as the adaptive filter coefficient hb (k).
A functional configuration example of the differential FG / BG echo canceller 45 is shown in FIG. The BG unit 40 includes a BG filter coefficient update unit 22, a BG estimation signal generation unit 26, a BG subtraction unit 28, and an adaptive filter coefficient register 27. The FG unit 50 includes an FG filter coefficient register 29, an FG estimation signal generation unit 30, and an FG subtraction unit 31.

BG減算部28では、FG減算部31よりのFG誤差信号ef(k)が誤差比較部38とBG減算部28とに入力される。BG減算部28で、BG推定信号生成部26よりのBG推定信号yb(k)から、FG誤差信号ef(k)を減算することにより、BG誤差信号eb(k)が求められる。eb(k)はBGフィルタ係数更新部22に入力される。誤差比較部38で、BG誤差信号eb(k)のパワーPeb(k)がFG誤差信号ef(k)のパワーPef(k)よりも小さいと判断された場合、FGフィルタ係数更新部52において、適応フィルタ係数レジスタ27中の適応フィルタ係数hb(k)を、FGフィルタ係数レジスタ29中のhf(k)と加算、もしくは重み付け加算して、その加算結果のフィルタ係数を新たなFGフィルタ係数hf(k)として更新する。なお、差分型FG/BGエコーキャンセラの詳細は、特許文献2に記載されている。   In the BG subtraction unit 28, the FG error signal ef (k) from the FG subtraction unit 31 is input to the error comparison unit 38 and the BG subtraction unit 28. The BG subtraction unit 28 subtracts the FG error signal ef (k) from the BG estimation signal yb (k) from the BG estimation signal generation unit 26, thereby obtaining the BG error signal eb (k). eb (k) is input to the BG filter coefficient update unit 22. When the error comparing unit 38 determines that the power Peb (k) of the BG error signal eb (k) is smaller than the power Pef (k) of the FG error signal ef (k), the FG filter coefficient updating unit 52 The adaptive filter coefficient hb (k) in the adaptive filter coefficient register 27 is added or weighted to the hf (k) in the FG filter coefficient register 29, and the resulting filter coefficient is set as a new FG filter coefficient hf ( Update as k). Details of the differential FG / BG echo canceller are described in Patent Document 2.

上記のように、この差分型FG/BGエコーキャンセラ構成は、BG部の適応アルゴリズムとして、適応フィルタ係数hb(k)をFGフィルタ係数hf(k)に反映するまでの間に、少ないエコー消去量さえ得られればよいという特徴がある。
特許3248551号、図7 2836277号 ”Multidelay block frequency domain adaptive filter,” Jia Sien Soo and Khee K. Pang, IEEE Transaction on Acoustics, Speech, and Signal Processing, vol. 38, No. 2, pp. 373-376 (1990.2) ”Frequency−domain and mulirate adaptive filtering,”JohnSynk,IEEE SPmagazin,Jabuary 1992 “Connecting Partitioned Frequency−Domain Filters in Parallel or in Cascade,section I,II,III,”M.Joho and G.S.Moschytz,vol47.pp.685−698(2000.8)
As described above, this differential FG / BG echo canceller configuration has a small echo cancellation amount before the adaptive filter coefficient hb (k) is reflected in the FG filter coefficient hf (k) as the adaptive algorithm of the BG unit. There is a feature that it only needs to be obtained.
Japanese Patent No. 3248551, FIG. No. 2836277 “Multidelay block frequency domain adaptive filter,” Jia Sien Soo and Khee K. Pang, IEEE Transaction on Acoustics, Speech, and Signal Processing, vol. 38, No. 2, pp. 373-376 (1990.2) "Frequency-domain and mulirate adaptive filtering," JohnSynk, IEEE SPmagazin, Jabuary 1992 “Connecting Partitioned Frequency-Domain Filters in Parallel or in Cascade, section I, II, III,” M. Joho and GSMoschytz, vol 47.pp. 685-698 (2000.8)

上記で説明した従来の差分型FG/BG型エコーキャンセラでは、適応フィルタ係数のフィルタ数が多いと、演算量が多いという問題点があった。そこで、上記の演算を時間領域でなく、周波数領域で行うということを考えた。周波数領域で動作するFG/BG型エコーキャンセラの場合、BG部40の適応フィルタ係数hb(k)をFGフィルタ係数hf(k)に加算する際に適応フィルタ係数hb(k)がある拘束条件を満たすように変換した後に加算を行う必要がある。この拘束条件とは、FG部50における周波数領域で行うフィルタ処理の結果が時間領域でフィルタ処理を行った場合の結果と一致させるというものである。   The conventional differential FG / BG echo canceller described above has a problem that the amount of calculation is large when the number of adaptive filter coefficients is large. Therefore, it was considered that the above calculation is performed not in the time domain but in the frequency domain. In the case of the FG / BG type echo canceller operating in the frequency domain, the constraint condition with the adaptive filter coefficient hb (k) is added when the adaptive filter coefficient hb (k) of the BG unit 40 is added to the FG filter coefficient hf (k). It is necessary to perform addition after conversion to satisfy. The constraint condition is that the result of the filter process performed in the frequency domain in the FG unit 50 is made to coincide with the result when the filter process is performed in the time domain.

この拘束条件を満たすための具体的な処理手順としては、周波数領域にある適応フィルタ係数hを時間領域に変換し、その結果の半分以上を0で置き換えた後、再度周波数領域に変換するというものである。このことは、一般的に、適応フィルタにおいて、周波数領域で処理する場合に、適応フィルタ係数を更新する際と同様に考えられ、また、時間領域に変換した適応フィルタ係数のどの要素を0に置き換えるか等の詳細な説明は上記非特許文献1、もしくは、上記非特許文献2に記載されている。なお、FGフィルタ係数が時間領域の値である場合は、再度の周波数領域への変換は不要であり0に置き換えない係数を用いればよい。   As a specific processing procedure for satisfying this constraint condition, the adaptive filter coefficient h in the frequency domain is converted to the time domain, and more than half of the result is replaced with 0, and then converted to the frequency domain again. It is. This is generally considered to be similar to the case of updating the adaptive filter coefficient when processing in the frequency domain in the adaptive filter, and which element of the adaptive filter coefficient converted into the time domain is replaced with 0. The detailed description of these is described in Non-Patent Document 1 or Non-Patent Document 2. When the FG filter coefficient is a value in the time domain, the conversion to the frequency domain is unnecessary and a coefficient that is not replaced with 0 may be used.

しかし、上記のように、BG部40のBG推定信号生成部26を周波数領域で動作させる差分型FG/BG構成の場合、ダブルトークやエコーに重畳したノイズのために適応フィルタ係数hb(k)が大きく乱れた結果、拘束条件を満たす値から大きく外れた状況が継続することが考えられる。この状況では、適応フィルタ係数の個々の要素は、拘束条件を満たさないが、時間的に連続する適応フィルタ係数が互いに拘束条件を満たさない部分を打ち消しあうように、更新され、このためBG誤差信号eb(k)のレベルは小さくなる。そのため、適応フィルタ係数hb(k)をFGフィルタ係数hf(k)に加算する動作が行われるが、この際のフィルタ係数hf(k)の更新はFG誤差信号ef(k)が減少するようには必ずしもならずに、FG誤差信号ef(k)のレベルが時間とともに増加していくという問題が生じるおそれがあると考えられる。また、この問題を解決するためには、周波数領域で処理するBGフィルタ係数更新部22において、適応フィルタ係数hb(k)が拘束条件を満たすためには適応フィルタ係数hb(k)を時間領域に変換しなければならないため演算量が増加するという問題が生じる。   However, as described above, in the case of the differential FG / BG configuration in which the BG estimation signal generation unit 26 of the BG unit 40 is operated in the frequency domain, the adaptive filter coefficient hb (k) due to double talk or noise superimposed on the echo. As a result, the situation of greatly deviating from the value satisfying the constraint condition may continue. In this situation, the individual elements of the adaptive filter coefficients do not satisfy the constraint, but are updated so that the temporally continuous adaptive filter coefficients cancel out portions where they do not satisfy each other, thus the BG error signal. The level of eb (k) decreases. Therefore, an operation of adding the adaptive filter coefficient hb (k) to the FG filter coefficient hf (k) is performed. At this time, the update of the filter coefficient hf (k) is performed so that the FG error signal ef (k) decreases. However, it is considered that there is a possibility that the level of the FG error signal ef (k) increases with time. In order to solve this problem, in the BG filter coefficient updating unit 22 that processes in the frequency domain, the adaptive filter coefficient hb (k) is set in the time domain in order for the adaptive filter coefficient hb (k) to satisfy the constraint condition. A problem arises in that the amount of computation increases because it must be converted.

この発明によるエコーキャンセル装置は、FG推定信号生成部が受話信号をFGフィルタ係数でフィルタ処理してFG推定信号を求め、FG減算部が収音信号から上記FG推定信号を減算してFG誤差信号を求めるFG部と、
BG推定信号生成部が上記受話信号を適応フィルタ係数でフィルタ処理してBG推定信号を生成し、誤差計算部が上記FG誤差信号から上記BG推定信号を減算してBG誤差信号を求め、BGフィルタ係数更新部が上記BG誤差信号と上記受話信号とを用いて上記BG誤差信号のパワーが減少するように上記適応フィルタ係数を更新するBG部と、
上記適応フィルタ係数を上記FGフィルタ係数に加算し、上記FGフィルタ係数を更新するFGフィルタ係数更新部と、を具備するエコーキャンセル装置において、
上記BG部は周波数領域で処理を行うものであり、
周波数領域の上記適応フィルタ係数を時間領域に変換した場合に、最初の係数或いは半分より1つ後方の係数が0になり、その他はそのままであるような帯域阻止フィルタのフィルタ係数で巡回畳み込みした結果と同一になるように、上記適応フィルタ係数を更新する過程の少なくとも一つにおけるデータに対して、周波数領域処理して更新された適応フィルタ係数として適応フィルタ係数レジスタに格納する部分拘束処理部を具備する。
In the echo canceling apparatus according to the present invention, the FG estimation signal generation unit filters the received signal with the FG filter coefficient to obtain the FG estimation signal, and the FG subtraction unit subtracts the FG estimation signal from the collected sound signal to generate an FG error signal. FG part for
A BG estimation signal generation unit filters the received signal with an adaptive filter coefficient to generate a BG estimation signal, and an error calculation unit subtracts the BG estimation signal from the FG error signal to obtain a BG error signal, and a BG filter A BG unit that updates the adaptive filter coefficient so that a coefficient updating unit reduces the power of the BG error signal using the BG error signal and the received signal;
An echo cancellation apparatus comprising: an FG filter coefficient updating unit that adds the adaptive filter coefficient to the FG filter coefficient and updates the FG filter coefficient;
The BG section performs processing in the frequency domain,
When the adaptive filter coefficient in the frequency domain is converted into the time domain, the result of cyclic convolution with the filter coefficient of the band rejection filter is such that the first coefficient or the coefficient one half behind is 0, and the others remain unchanged A partial constraint processing unit for storing in the adaptive filter coefficient register as an updated adaptive filter coefficient by performing frequency domain processing on the data in at least one of the processes of updating the adaptive filter coefficient To do.

この構成によれば、部分拘束処理部による簡単な処理により、FG誤差信号のレベルがFG適応フィルタ係数の更新とともに増加して行く問題が解決される。また、BG部において適応フィルタの更新処理で拘束条件を満たすための処理を行なわないため、演算量が増加する問題が解決される。   According to this configuration, the problem that the level of the FG error signal increases with the update of the FG adaptive filter coefficient is solved by simple processing by the partial constraint processing unit. In addition, since the processing for satisfying the constraint condition is not performed in the adaptive filter update processing in the BG unit, the problem that the amount of calculation increases is solved.

以下に、この発明を実施するための最良の形態を示す。複数の図面中同一のものには同じ参照符号を付し、説明は繰り返さない。   The best mode for carrying out the present invention will be described below. The same reference numerals are given to the same components in a plurality of drawings, and the description will not be repeated.

後述するUMDF法にこの発明を適用した実施例1のエコーキャンセラ120の機能構成例を図4に示し、その処理の流れを図5に示す。この発明において、少なくとも、BG部は、周波数領域で処理を行うものであり、FG部は、周波数領域、もしくは時間領域で処理を行うことができる。一般的に、時間領域で行う処理は遅延量が少ないが、演算量が多くなる。よって、FG部の処理は、状況に応じて、周波数領域で行うか、時間領域で行うかを使い分けて実施すればよい。
この実施例1では、BGフィルタ係数更新部90は上記したLMS法あるいはNLMS(Normalized LMS)法を周波数領域で実行し、非特許文献1で挙げられているMDF法(MultiDelay block Frequency domain adaptive filter)もしくはUMDF法(Unconstrained MultiDelay block Frequency domain adaptive filter)などを対象とする。
FIG. 4 shows a functional configuration example of the echo canceller 120 of the first embodiment in which the present invention is applied to the UMDF method to be described later, and FIG. 5 shows the processing flow. In this invention, at least the BG unit performs processing in the frequency domain, and the FG unit can perform processing in the frequency domain or the time domain. In general, processing performed in the time domain has a small amount of delay but a large amount of calculation. Therefore, the processing of the FG unit may be performed depending on whether it is performed in the frequency domain or in the time domain.
In the first embodiment, the BG filter coefficient updating unit 90 executes the above-described LMS method or NLMS (Normalized LMS) method in the frequency domain, and the MDF method (MultiDelay block Frequency domain adaptive filter) described in Non-Patent Document 1. Alternatively, the UMDF method (Unconstrained MultiDelay block Frequency domain adaptive filter) is targeted.

ここでは、BG部60内の周波数領域適応フィルタ処理に用いる時間領域の適応フィルタ係数hbを連続するN/2要素(Nは後で説明する)ごとにJ分割し、分割した適応フィルタを周波数領域で更新する演算量の少ない適応アルゴリズムであるUMDF法に基づいて説明する。
なお、受話信号x(k)が複数チャネルある場合についても受話信号x(k)と適応フィルタ係数h(k)の要素がチャネル分増加するだけで以下の全ての事項が適用できるため説明を略する。この実施例1では、FG部70が周波数領域で処理を行う場合を説明する。
Here, the time domain adaptive filter coefficient hb used for the frequency domain adaptive filter processing in the BG unit 60 is divided into J for each continuous N / 2 element (N will be described later), and the divided adaptive filter is divided into the frequency domain. This will be described based on the UMDF method, which is an adaptive algorithm with a small amount of calculation to be updated.
Even when the received signal x (k) has a plurality of channels, the following matters can be applied only by increasing the elements of the received signal x (k) and the adaptive filter coefficient h (k) by the number of channels. To do. In the first embodiment, a case where the FG unit 70 performs processing in the frequency domain will be described.

FG部70の処理
以下、図5を参照して各部の処理を説明する。FG部70では、まず時間領域の受話信号x(k)と収音信号d(k)が新たに得られると(図5、ステップS2)時間領域の受話信号x(k)は再生手段4と、周波数領域変換部62に入力される。周波数領域変換部62で、周知の技術である短時間離散的フーリエ変換などで、例えば、ω1〜ωNまでのN個の周波数に対応するN個の離散周波数領域信号、x(ω1),…,x(ωn),…,x(ωN)に変換される。ただし、受話信号x(k)は一定周期でサンプリングされ、各サンプルがディジタル値に変換されたディジタル信号である。このNは正整数で上記時間領域の適応フィルタ係数hbを分割する時のN/2のNと同一である。
Processing of FG Unit 70 Hereinafter, processing of each unit will be described with reference to FIG. In the FG unit 70, when a time domain received signal x (k) and a sound pickup signal d (k) are newly obtained (FIG. 5, step S2), the time domain received signal x (k) is , And input to the frequency domain converter 62. In the frequency domain transforming unit 62, for example, N discrete frequency domain signals corresponding to N frequencies from ω1 to ωN, x (ω1),. x (ωn),..., x (ωN). However, the received signal x (k) is a digital signal which is sampled at a constant period and each sample is converted into a digital value. This N is a positive integer and is the same as N / 2 of N / 2 when the adaptive filter coefficient hb in the time domain is divided.

周波数領域変換部62は、時間領域の適応フィルタ係数hbをN/2個の要素毎に分割したj番目の分割h(j=0,1,…,j−1)に対応する周波数領域受話信号Xを式(4)により生成する(ステップS4)。以降、周波数領域の信号の符号を大文字で表す。
=F[x(k−j×(N/2)−N+1),x(k−j×(N/2)−N+2),…,x(k−j×(N/2))] T 式(4)
ここでFはフーリエ変換を施すことであり、Nは1フレームのサンプル数であり、(フレームシフトはN/2)、は転置行列を表す。
The frequency domain transforming unit 62 divides the time domain adaptive filter coefficient hb into N / 2 elements for each of N / 2 elements, and the frequency domain reception corresponding to the jth division h j (j = 0, 1,..., J−1). The signal Xj is generated by equation (4) (step S4). Henceforth, the code | symbol of the signal of a frequency domain is represented by capital letters.
X j = F [x (k−j × (N / 2) −N + 1), x (k−j × (N / 2) −N + 2),..., X (k−j × (N / 2))] T formula (4)
Here, F is a Fourier transform, N is the number of samples in one frame (frame shift is N / 2), and T is a transposed matrix.

周波数領域の受話信号Xは、FG部70に入力される。FG部70は、図4に示すように、FGフィルタ係数レジスタ74、FG推定信号生成部76、FG時間領域変換部78、FG減算部31とで構成される。受話信号Xは、FG推定信号生成部76に入力される。
FG推定信号生成部76は、時間領域での受話信号x(k)と適応フィルタ係数h(k)によるフィルタ処理に相当する演算を周波数領域で行う。つまり受話信号XとFGフィルタ係数レジスタ74に記録されている周波数領域適応フィルタ係数Hfとの内積を周波数毎に取ることで周波数領域推定信号Yfを得る。周波数領域推定信号Yfは、式(5)で計算される。
Yf=Σdiag(X)(H) 式(5)
ただし、diag(A)はAの対角行列を表わす。
The frequency domain received signal X j is input to the FG unit 70. As illustrated in FIG. 4, the FG unit 70 includes an FG filter coefficient register 74, an FG estimation signal generation unit 76, an FG time domain conversion unit 78, and an FG subtraction unit 31. The received signal X j is input to the FG estimation signal generator 76.
The FG estimation signal generation unit 76 performs an operation corresponding to the filtering process using the received signal x (k) and the adaptive filter coefficient h (k) in the time domain in the frequency domain. That is, the frequency domain estimation signal Yf is obtained by taking the inner product of the received signal X j and the frequency domain adaptive filter coefficient Hf j recorded in the FG filter coefficient register 74 for each frequency. The frequency domain estimation signal Yf is calculated by Expression (5).
Yf = Σdiag (X j ) (H j ) Equation (5)
Here, diag (A) represents the diagonal matrix of A.

周波数領域推定信号Yfは、時間領域変換部78に入力され公知の技術である短時間離散的フーリエ変換などで時間領域の推定信号yf(k)に変換される(ステップ6)。
yf(k)=[y(k−N/2+1),y(k−N/2+2),…,y(k)]=WF-1Yf
式(6)
ただし、Wは、Wの右からベクトルを乗じた場合に乗じたベクトルの下半分の要素を抜き出すN/2行N列の行列を表わし、F-1は逆フーリエ変換を施すことを表わす。つまり、このFG時間領域変換部78はyfを時間領域信号に変換した後、その変換された時間領域信号中から下半分の要素をN/2行N列だけ取り出す(ステップS6)。
The frequency domain estimation signal Yf is input to the time domain conversion unit 78 and converted into a time domain estimation signal yf (k) by a short-time discrete Fourier transform, which is a known technique (step 6).
yf (k) = [y (k−N / 2 + 1), y (k−N / 2 + 2),..., y (k)] T = WF −1 Yf
Formula (6)
Here, W represents a matrix of N / 2 rows and N columns that extracts the lower half of the multiplied vector when the vector is multiplied from the right of W, and F -1 represents the inverse Fourier transform. That is, the FG time domain conversion unit 78 converts yf into a time domain signal, and then extracts the lower half elements from the converted time domain signal by N / 2 rows and N columns (step S6).

時間領域の推定信号yf(k)の各要素yf(k−i),(i=0,1,…,N/2)は、FG減算部31に入力される。FG減算部31は収音信号d(k−i)から推定信号y(k−i)を減算し誤差信号ef(k−i)を求める(ステップS8)。
ef(k−i)=d(k−i)−yf(k−i),i=0,1,…,N/2−1
式(7)
このFG誤差信号ef(k−i)がエコーキャンセル装置の出力になる。この時間領域のFG誤差信号ef(k−i)は図示しない通信網を通じて、遠端話者のスピーカ、及び、BG部60に入力される。
Each element yf (ki), (i = 0, 1,..., N / 2) of the time domain estimation signal yf (k) is input to the FG subtraction unit 31. The FG subtractor 31 subtracts the estimated signal y (ki) from the collected sound signal d (ki) to obtain an error signal ef (ki) (step S8).
ef (ki) = d (ki) -yf (ki), i = 0, 1,..., N / 2-1
Formula (7)
This FG error signal ef (ki) becomes the output of the echo canceling device. This time domain FG error signal ef (ki) is input to the far-end speaker and the BG unit 60 through a communication network (not shown).

BG部60の処理
次に、BG部60の動作を説明する。BG部60は、図4に示すように、BGフィルタ係数更新部90、部分拘束処理部67、適応フィルタ係数レジスタ68、BG推定信号生成部64、周波数領域誤差計算部61、係数更新判定部96とで構成されている。
一方、BG部60でも適応フィルタ係数レジスタ68に記録されている適応フィルタ係数HB(以下適応フィルタ係数Hbと称する)と受話信号Xとの内積を周波数毎に取ることで周波数領域推定信号Yb(以下BG推定信号Ybと称する)が求められる(ステップS10)。つまり、BG推定信号生成部64で式(8)によってBG推定信号Ybが計算される。
Yb=Σj(diag(X)Hb) 式(8)
Processing of the BG unit 60 Next, the operation of the BG unit 60 will be described. As shown in FIG. 4, the BG unit 60 includes a BG filter coefficient update unit 90, a partial constraint processing unit 67, an adaptive filter coefficient register 68, a BG estimation signal generation unit 64, a frequency domain error calculation unit 61, and a coefficient update determination unit 96. It consists of and.
On the other hand, in the BG unit 60, the frequency domain estimation signal is obtained by taking the inner product of the adaptive filter coefficient HB j (hereinafter referred to as adaptive filter coefficient Hb j ) recorded in the adaptive filter coefficient register 68 and the received signal X j for each frequency. Yb (hereinafter referred to as BG estimation signal Yb) is obtained (step S10). In other words, the BG estimation signal generation unit 64 calculates the BG estimation signal Yb according to the equation (8).
Yb = Σj (diag (X i ) Hb j ) Equation (8)

FG誤差信号ef(k)は、周波数領域誤差計算部61のBG周波数領域変換部61aに入力され周波数領域FG誤差信号Ef(以下FG誤差信号Efと称する)に変換される。つまり、FG部70からのN/2個の誤差信号ef(k−i),i=0,1,…,N/2−1の前にN/2個の0をつけて式(9)で計算される。
Ef=F[0,0,…,0,ef(k−N/2+1),ef(k−N/2+2),…,ef(k)] 式(9)
The FG error signal ef (k) is input to the BG frequency domain converter 61a of the frequency domain error calculator 61 and converted into a frequency domain FG error signal Ef j (hereinafter referred to as FG error signal Ef j ). That is, N / 2 error signals ef (ki) from the FG unit 70, i = 0, 1,..., N / 2-1 are preceded by N / 2 zeros to obtain the equation (9). Calculated by
Ef j = F [0, 0,..., 0, ef (k−N / 2 + 1), ef (k−N / 2 + 2),..., Ef (k)] T equation (9)

BG推定信号Ybが、周波数領域誤差計算部61のBG減算部61bに入力される。減算部61bでは、FG誤差信号Efの各要素からBG推定信号Ybの対応する要素を減算してBG誤差信号Ebを求める(ステップS12)。つまり式(10)を計算する。
Eb=Ef−GYb 式(10)
ただし、GはWをWの右からベクトルを乗じた場合に乗じたベクトルの下半分の要素を抜き出し、上半分を0にするN行N列の行列としてFW−1そのものかそれを近似する行列である。
The BG estimation signal Yb is input to the BG subtraction unit 61 b of the frequency domain error calculation unit 61. The subtraction unit 61b, obtains the BG error signal Eb j by subtracting the corresponding elements of the BG estimated signal Yb from each element of the FG error signal Ef j (step S12). That is, formula (10) is calculated.
Eb = Ef−GYb Formula (10)
However, G is extracted elements of the lower half of the vectors multiplied when multiplied by a vector W N from right W N, FW N F -1 to or itself upper half as a matrix of N rows and N columns to 0 Is a matrix that approximates

BG誤差信号Ebは、BGフィルタ係数更新部90に入力される。BGフィルタ係数更新部90は、BG誤差信号Ebと受話信号Xとを用いてBG誤差信号Ebのパワーが減少するように、周波数領域の適用フィルタ係数の更新量であるΔHbを求める(ステップS14)。ΔHbの具体的な求め方は後述する。
ここで、上記した課題である時間的に連続する適応フィルタ係数が互いに拘束条件を満たさない部分を打ち消し合うとFG推定誤差が増加する理由について説明する。
The BG error signal Eb is input to the BG filter coefficient update unit 90. The BG filter coefficient update unit 90 obtains ΔHb j that is the update amount of the applied filter coefficient in the frequency domain so that the power of the BG error signal Eb decreases using the BG error signal Eb and the received signal X j (step S14). A specific method for obtaining ΔHb j will be described later.
Here, the reason why the FG estimation error increases when the portions of the adaptive filter coefficients that are temporally continuous, which are the above-described problems, cancel each other out of the constraint conditions will be described.

まず、式(8)と式(6)による周波数領域での畳み込みについて述べる。式(8)に右辺でjに関するものだけを抜き出したものを、式(11)で表わし、
Yb=diag(X)Hb 式(11)
これを式(6)のように時間領域に変換したものを式(12)に表わす。
yb=WF−1Yb 式(12)
ybは、N個の受話信号x(k−j×(N/2)−N+1)、x(k−j×(N/2)−N+2)、‥‥、x(k−j×(N/2))と周波数領域の適応フィルタの第j分割Hbを時間領域に変換したF−1Hbを巡回畳み込みし、その結果の例えば上半分N/2個を抜き出したものになる。この巡回畳み込みの結果ybを分割番号jに関して総和をとると推定信号yb(k)になる。
First, the convolution in the frequency domain according to equations (8) and (6) will be described. What extracted only the thing regarding j on the right side to Formula (8) is represented by Formula (11),
Yb j = diag (X j ) Hb j expression (11)
This converted into the time domain as shown in equation (6) is expressed as equation (12).
yb j = WF −1 Yb j expression (12)
yb j is N received signals x (k−j × (N / 2) −N + 1), x (k−j × (N / 2) −N + 2),..., x (k−j × (N / 2)) and F −1 Hb j obtained by converting the j-th divided Hb j of the adaptive filter in the frequency domain into the time domain is cyclically convolved, and, for example, N / 2 pieces in the upper half are extracted. When the result yb j of this cyclic convolution is summed with respect to the division number j, an estimated signal yb (k) is obtained.

もし、FG側のフィルタ係数がそうであるようにF−1Hbの下半分が0であるとするとybはN−1個の受話信号x(k−j×(N/2)−N+2)、x(k−j×(N/2)−N+3)、‥‥、x(k−j×(N/2))と周波数領域の適応フィルタの第j分割Hbを時間領域に変換したhb(=F−1Hb)とxとが重なる範囲で直線畳み込みをした結果に一致する。 If the lower half of F −1 Hb j is 0 like the filter coefficient on the FG side, yb j is N−1 received signals x (k−j × (N / 2) −N + 2). ), X (k−j × (N / 2) −N + 3),..., X (k−j × (N / 2)) and j-th division Hb j of the frequency domain adaptive filter are converted into the time domain. This coincides with the result of linear convolution in the range where hb j (= F −1 Hb j ) and x overlap.

以上の式(8)と式(12)による周波数領域での畳み込みで注意したいのは、F−1Hbの下半分が0であれば、ybにはx(k−j×(N/2)−N+1)が影響しないが、UMDF法をBG側に用いた場合の適応フィルタ係数がそうであるようにF−1Hbの下半分が0でなければ、ybにはx(k−j×(N/2)−N+1)が影響するということである。 It should be noted in the convolution in the frequency domain according to the above formulas (8) and (12) that if the lower half of F −1 Hb j is 0, yb j has x (k−j × (N / 2) -N + 1) but does not affect, unless the lower half of F -1 Hb j is 0 so the adaptive filter coefficients is the case when using UMDF method BG side, the yb j x (k −j × (N / 2) −N + 1) has an effect.

また、一方でx(k−j×(N/2)−N+1)というデータは、k−j×(N/2)−N+1がk−(j+1)×(N/2)−(N/2)+1と変形できることから分かるようにXj+1を時間領域に変換した受話信号列のN/2番目にも存在する。このため、MDF法においてはXj+1に対応する適応フィルタ係数の分割はHbj+1だけであるのに、UMDF法では隣の分割HbにもXj+1の影響が現れる。そして、適応フィルタの更新において、HbとHbj+1は、式(8)のように分割番号に関して総和をとったYbにおいて分割Hbに現れたXj+1の影響をdiag(Xj+1)Hbj+1が打ち消すように更新される。 On the other hand, in the data x (k−j × (N / 2) −N + 1), k−j × (N / 2) −N + 1 is k− (j + 1) × (N / 2) − (N / 2). ) As can be seen from the fact that it can be transformed to +1, it exists in the N / 2th received signal sequence obtained by converting X j + 1 into the time domain. Therefore, in the MDF method, the division of the adaptive filter coefficient corresponding to X j + 1 is only Hb j + 1, but in the UMDF method, the influence of X j + 1 appears on the adjacent division Hb j . Then, in the update of the adaptive filter, Hb j and Hb j + 1 are expressed as diag (X j + 1 ) Hb j + 1 is the influence of X j + 1 that appears in the division Hb j in Yb obtained by summing up the division numbers as in Expression (8). Updated to negate.

時間領域で見ると、Xj+1の分割Hbへの影響はhbの先頭(つまり最も新しい信号に対応する位置)hj0に現れ、これを打ち消すHj+1の時間領域の係数はhj+1のN/2番目の位置にあるhj+1 N/2に現れる。
ところでBG側の適応フィルタ係数HbをFG側のフィルタHfに転送する際には、Hbを時間領域に変換し、前半部を0として再度周波数領域に変換する拘束条件処理が行なわれる。この拘束条件処理の際に、Xj+1の分割Hbへの影響が現れるhbの先頭は取り除かれるが、それを打ち消していたhj+1 N/2はそのままHfに転送される。こうなると、BG側では式(8)の総和を取る際に打ち消し合っていた値がFG側では打ち消し合わずに誤差として表れ推定誤差が増加することになる。
In the time domain, the influence of X j + 1 on the divided Hb j appears at the beginning of hb j (that is, the position corresponding to the newest signal) h j0, and the coefficient in the time domain of H j + 1 that cancels this is N of h j + 1 / Appears at h j + 1 N / 2 in the second position.
By the way, when the adaptive filter coefficient Hb j on the BG side is transferred to the filter Hf j on the FG side, constraint condition processing is performed in which Hb j is converted to the time domain, and the first half is converted to 0 again. During this constraint processing, the head of hb j that has an effect on the divided Hb j of X j + 1 is removed, but h j + 1 N / 2 that has canceled it is transferred to Hf j as it is. In this case, the values that were canceled when the sum of Expression (8) was calculated on the BG side appear as errors on the FG side and do not cancel each other, and the estimation error increases.

このhj0にXj+1の影響が現れることが原因となる推定誤差の増加を防止するためには、hj0を0にすればよいことが分かる。
データの並び方によっては、hのN/2番目の係数を0にする必要がある。このhの最初の係数を0、若しくはhのN/2番目の係数を0にする処理を部分拘束処理と呼ぶ。この実施例1では、BGフィルタ係数更新部90で更新された適応フィルタ係数HBに対して部分拘束処理を行なう(ステップS16)。
To prevent an increase in the estimated error to this h j0 the influence of X j + 1 appear cause is found to the h j0 may be set to 0.
Depending on how the data is arranged, it is necessary to set the N / 2th coefficient of h j to 0. The first coefficient of h j 0, or an N / 2-th coefficient of h j is called a handle portion constraint processing to zero. In the first embodiment, the partial constraint process is performed on the adaptive filter coefficient HB j updated by the BG filter coefficient update unit 90 (step S16).

部分拘束処理
0番目の係数hj0を0にし、他の係数はそのままに保つ部分拘束処理部67を実現する帯域阻止フィルタBの係数は、B=[1−1/N,−1/N,…,−1/N]である。ここで−1/Nの係数は(N−1)個である。この帯域阻止フィルタBとBG部60の適応フィルタ係数Hbを巡回畳み込みする演算は例えば次のようにして行なえばよい。図6aに示すようにBG部の適応フィルタ係数Hbの各要素の平均値をH平均値算出部671aで求め、その平均値AHをBG部60の適応フィルタ係数Hbの各要素Hbjiから減じる。つまり係数算出部672aで式(13)に示す演算を行う。
j,i=Hj,i−Σi(Hj,i)/N,i=0,1,2,…,N−1
式(13)
この部分拘束処理は、このように大きな演算量を必要としない。
The coefficients of the band rejection filter B that realizes the partial constraint processing unit 67 that sets the 0th coefficient h j0 of the partial constraint processing 0 and keeps other coefficients as follows are B = [1-1 / N, −1 / N, ..., -1 / N]. Here, the coefficient of -1 / N is (N-1). The operation for cyclically convolving the band elimination filter B and the adaptive filter coefficient Hb j of the BG unit 60 may be performed as follows, for example. As shown in FIG. 6a, the average value of each element of the adaptive filter coefficient Hb j of the BG unit is obtained by the H j average value calculating part 671a, and the average value AH j is obtained by each element Hb of the adaptive filter coefficient Hb j of the BG part 60. subtract from ji . That is, the calculation shown in Formula (13) is performed by the coefficient calculation unit 672a.
H j, i = H j, i −Σi (H j, i ) / N, i = 0, 1, 2,..., N−1
Formula (13)
This partial constraint processing does not require such a large amount of calculation.

また、hのN/2番目の係数を0にする部分拘束処理部67を実現する帯域阻止フィルタBのフィルタ係数は、B=[1−1/N,1/N,−1/N,1/N,−1/N,…,1/N]である。この係数の個数はN個である。この帯域阻止フィルタBとBG部の適応フィルタ係数Hを巡回畳み込みする演算は例えば次のようにして行なえばよい。図6bに示すようにBG部の適応フィルタ係数Hの偶数番目と奇数番目の係数の差の平均値をH平均値算出部671bで式(14)に示すように求め、その平均値HtmpをBG部の適応フィルタ係数Hbから減じるか加算する。つまり係数算出部672bで式(15)、または式(16)を計算すればよい。
Htmp=Σi((Hj,2×i)−(Hj,2×i+1))/N,i=0,1,2,…,N/2-1
式(14)
j,i=Hj,i−Htmp,i=0,2,4,…,N-2 式(15)
j,i=Hj,i−Htmp,i=1,3,5,…,N-1 式(16)
Further, the filter coefficients of the band rejection filter B that realizes the partial constraint processing unit 67 for setting the N / 2th coefficient of h j to 0 are B = [1-1 / N, 1 / N, −1 / N, 1 / N, -1 / N, ..., 1 / N]. The number of coefficients is N. Calculation of circular convolution of the adaptive filter coefficients H j of the band rejection filter B and BG unit may be performed, for example, as follows. Determined as shown in equation (14) the average value of the difference between the even-numbered and odd-numbered coefficients of the adaptive filter coefficients H j of the BG portion at H j average value calculating section 671b as shown in Figure 6b, the average value Htmp Is subtracted from or added to the adaptive filter coefficient Hb j of the BG part. That is, equation (15) or equation (16) may be calculated by the coefficient calculation unit 672b.
Htmp = Σi ((H j, 2 × i ) − (H j, 2 × i + 1 )) / N, i = 0, 1, 2,..., N / 2-1
Formula (14)
H j, i = H j, i −Htmp, i = 0, 2, 4,..., N-2 equation (15)
H j, i = H j, i −Htmp, i = 1, 3, 5,..., N−1 Expression (16)

部分拘束処理として式(13)と、式(15)又は式(16)の何れを用いるかは、上記周波数領域誤差計算部61のBG周波数領域変換部61aがef(k)を周波数領域の信号に変換する際の処理方法による。古いデータ側を0として周波数領域に変換した場合は、時間領域に変換した適応フィルタ係数hの半分より1つ後方の係数を0とする。
その反対にBG周波数領域変換部61aが新しいデータ側を0とした場合、上記周波数領域適応フィルタ係数を時間領域に変換した最初の係数を0とする。部分拘束処理された適応フィルタ係数Hb’は、適応フィルタ係数レジスタ68に上書きされる。
Whether the expression (13), the expression (15), or the expression (16) is used as the partial constraint processing depends on whether the BG frequency domain conversion unit 61a of the frequency domain error calculation unit 61 uses ef (k) as a frequency domain signal. Depending on the processing method when converting to. When the old data side is converted to the frequency domain with 0, the coefficient one backward from the half of the adaptive filter coefficient h j converted to the time domain is set to 0.
On the other hand, when the BG frequency domain transform unit 61a sets the new data side to 0, the first coefficient obtained by converting the frequency domain adaptive filter coefficient to the time domain is set to 0. The adaptive filter coefficient Hb j ′ subjected to the partial constraint processing is overwritten in the adaptive filter coefficient register 68.

FGフィルタ係数更新処理
次に、FGフィルタ係数更新部72の具体的構成例を図7に示して説明する。FGフィルタ係数更新部72は適応フィルタ係数HbをFGフィルタ係数Hfに加算し、FGフィルタ係数Hfを更新する(ステップS18)。また、周波数領域で、適応フィルタ係数HbをFGフィルタ係数Hfに加算する際に、後述する拘束条件を満たしていなければならない。図7に示すように、この実施例では、FGフィルタ係数更新部72は時間領域変換手段802、半分0化手段804、周波数領域変換手段806、加算手段808により構成されている。なお、係数更新判定部96により、FGフィルタ係数の更新を行う旨の判定がされなかった周波数ωnの要素には0を詰めて、FGフィルタ係数更新部72のFGフィルタ係数更新処理は作動する。
FG Filter Coefficient Update Processing Next, a specific configuration example of the FG filter coefficient update unit 72 will be described with reference to FIG. The FG filter coefficient updating unit 72 adds the adaptive filter coefficient Hb j to the FG filter coefficient Hf j , and updates the FG filter coefficient Hf j (step S18). In addition, when the adaptive filter coefficient Hb j is added to the FG filter coefficient Hf j in the frequency domain, a constraint condition described later must be satisfied. As shown in FIG. 7, in this embodiment, the FG filter coefficient updating unit 72 includes a time domain conversion unit 802, a half-zeroing unit 804, a frequency domain conversion unit 806, and an addition unit 808. Note that the FG filter coefficient update process of the FG filter coefficient update unit 72 is activated by filling the elements of the frequency ωn that have not been determined to update the FG filter coefficient by the coefficient update determination unit 96 with zeros.

適応フィルタ係数レジスタ68に記録された適応フィルタ係数Hb’は、時間領域変換手段802で、時間領域の適応フィルタ係数hb(k)に変換される。
適応フィルタ係数hb(k)は半分0化手段804に入力され、半分0化手段804で、適応フィルタ係数hb(k)の要素の半分以上を0にする。時間領域に変換した適応フィルタ係数のどの要素を0に置き換えるかは、上記非特許文献1もしくは上記参考文献に記載されている。適応フィルタ係数hb(k)の要素の半分以上を0にされた適応フィルタ係数hb(k)’は、周波数領域変換手段806に入力され、再び、周波数領域に変換され、適応フィルタ係数Hb”が求められる。周波数領域の適応フィルタ係数Hb”とFGフィルタ係数レジスタ701に格納されているFGフィルタ係数Hfとが加算手段808に入力される。
The adaptive filter coefficient Hb j ′ recorded in the adaptive filter coefficient register 68 is converted into an adaptive filter coefficient hb (k) in the time domain by the time domain conversion means 802.
The adaptive filter coefficient hb (k) is input to the half-zeroing means 804, and the half-zeroing means 804 sets zero or more of the elements of the adaptive filter coefficient hb (k) to zero. Which element of the adaptive filter coefficient converted to the time domain is replaced with 0 is described in Non-Patent Document 1 or Reference. The adaptive filter coefficient hb (k) ′ in which more than half of the elements of the adaptive filter coefficient hb (k) are set to 0 is input to the frequency domain transforming unit 806 and converted again into the frequency domain, and the adaptive filter coefficient Hb j ″ The frequency domain adaptive filter coefficient Hb j ″ and the FG filter coefficient Hf j stored in the FG filter coefficient register 701 are input to the adding means 808.

加算手段808で、Hfの各要素とHb”の対応要素とが加算され、FGフィルタ係数Hfが求められる。新たに求められたFGフィルタ係数HfがFGフィルタ係数レジスタ74に格納され、FGフィルタ係数は更新される。このようにして、FG部70、BG部60の処理は繰り返される。
次に、適応フィルタ係数hbよりも長い時間かけて全ての分割Jについて拘束を行うPFDLMS法(Partitioned Frequency Domain Least Mean Square)に基づいて説明する。
In addition means 808, are added to the corresponding elements of each element and Hb j "of Hf j, FG filter coefficient Hf j are determined. Newly determined FG filter coefficient Hf j are stored in the FG filter coefficient register 74 The FG filter coefficients are updated in this manner, and the processes of the FG unit 70 and the BG unit 60 are repeated.
Next, a description will be given based on the PFDLMS method (Partitioned Frequency Domain Least Mean Square) that constrains all the divided Js over a longer time than the adaptive filter coefficient hb.

図8は、実施例1にPFDLMS法を適用した例を示す。図8では、この発明の要部である部分拘束処理部67を省略し、その部分を図10に示す。
PFDLMS法では、演算量を減らす目的で適応フィルタ係数HBの学習が進んだ分割jに対応する適応フィルタ係数HBのみに拘束条件処理を課す拘束条件処理指令を出力する。その選択は、FG誤差信号EfとBG誤差信号Ebが入力される選択的拘束条件適用部66が行う。その選択の判断は、FG誤差信号Efの周波数ωnのパワーPEfωnからBG誤差信号Ebの周波数ωnのパワーPEfωnを減算した値が、ある閾値αより大きければ、つまり、式(17)を満たしているか否かで行う。
FIG. 8 shows an example in which the PFDLMS method is applied to the first embodiment. In FIG. 8, the partial constraint processing unit 67, which is a main part of the present invention, is omitted, and the part is shown in FIG.
In the PFDLMS method, for the purpose of reducing the amount of calculation, a constraint condition processing command that imposes constraint condition processing only on the adaptive filter coefficient HB j corresponding to the division j where learning of the adaptive filter coefficient HB j has advanced is output. The selection is performed by the selective constraint condition application unit 66 to which the FG error signal Ef j and the BG error signal Eb j are input. The selection is determined when the value obtained by subtracting the power PEf ωn of the frequency ωn of the BG error signal Eb j from the power PEf ωn of the frequency ωn of the FG error signal Ef j is larger than a certain threshold value α, that is, Expression (17) Depending on whether or not

PEfωn−PEbωn≧α 式(17)
パワーの差がある程度大きければ、選択的拘束条件適用部66は適応フィルタ係数HBの学習が進んだと判断し、その分割jに対応する適応フィルタ係数HBに拘束を課すように拘束条件処理指令を出力する。
拘束条件処理指令が入力される選択部80は、その選択された分割jに対応する適応フィルタ係数HBを拘束条件適用部69に出力する。
また選択の判断は、BG推定信号生成部64よりのBG推定信号Ybの周波数ωnのパワーPYbωnと、BG誤差信号Ebの周波数ωnのパワーPEbωnと、を用いて行ってもよい。この場合は、PYbωnからPEbωnを減算した値が、閾値βより大きければ学習が進んだと判断できる。つまり式(18)を満たしていれば、上記と同様に、その分割jに対応する適応フィルタ係数HBに拘束を課すように拘束条件処理指令を出力する。
PEf ωn− PEb ωn ≧ α Formula (17)
If the power difference is large to some extent, the selective constraint condition application unit 66 determines that learning of the adaptive filter coefficient HB j has progressed, and the constraint condition processing is performed so as to impose a constraint on the adaptive filter coefficient HB j corresponding to the division j. Outputs a command.
The selection unit 80 to which the constraint condition processing command is input outputs the adaptive filter coefficient HB j corresponding to the selected division j to the constraint condition application unit 69.
The selection judgment, the power PYB .omega.n frequency .omega.n of BG estimated signal Yb than BG estimation signal generation unit 64, and the power PEb .omega.n frequency .omega.n of BG error signal Eb j, it may be performed using. In this case, the value obtained by subtracting the PEb .omega.n from PYB .omega.n is, it can be determined that the progress in learning greater than the threshold value beta. That is, if Expression (18) is satisfied, a constraint condition processing command is output so as to impose a constraint on the adaptive filter coefficient HB j corresponding to the division j, as described above.

これは、適用フィルタ係数Hbの学習が十分に進むと、BG推定信号Ybは、FG誤差信号Efに近い値になることによる。
PYbωn−PEbωn≧β 式(18)
拘束条件とは、周波数領域で行うフィルタ処理の結果を、時間領域でフィルタ処理した場合の結果と一致させるものである。この拘束条件を満たすための具体的な処理手順としては、図9に示すように周波数領域にある適応フィルタ係数Hbを時間領域変換手段691で時間領域に変換し、その結果の半分を半分0化手段692で0に置き換えた後に、周波数領域変換手段693で再度周波数領域に変換するというものであり、式(19)で計算される。
Hb’=FW’F−1Hb 式(19)
ただし、W’はW’の右からベクトルを乗じた場合に乗じたベクトルの上半分の要素を抜き出すN行N列の行列を表わす。
この拘束条件処理がなされた適用フィルタ係数Hb、つまり収束した適用フィルタ係数Hbは、適用フィルタ係数レジスタ68に入力され、適用フィルタ係数が更新される。
This is because if the learning of the applied filter coefficient Hb j sufficiently proceeds, the BG estimation signal Yb becomes a value close to the FG error signal Ef j .
PYb ωn− PEb ωn ≧ β Formula (18)
The constraint condition is to match the result of the filter process performed in the frequency domain with the result of the filter process performed in the time domain. As a specific processing procedure for satisfying this constraint condition, as shown in FIG. 9, the adaptive filter coefficient Hb j in the frequency domain is converted into the time domain by the time domain conversion means 691, and half of the result is reduced to half 0. After the value is replaced with 0 by the converting means 692, it is converted again to the frequency domain by the frequency domain converting means 693, which is calculated by the equation (19).
Hb j ′ = FW′F −1 Hb j formula (19)
Here, W ′ represents an N-row N-column matrix that extracts the upper half of the multiplied vector when the vector is multiplied from the right of W ′.
The applied filter coefficient Hb j subjected to the constraint condition processing, that is, the converged applied filter coefficient Hb j is input to the applied filter coefficient register 68, and the applied filter coefficient is updated.

PFDLMS法においては、選択部80で非選択となった非選択周波数領域適応フィルタ係数H、または適応フィルタ係数Hbの初期値が0として、適応フィルタ係数Hbに加算あるいは上書きする適応フィルタ係数Hbの更新量ΔHbのどちらか、又は双方に部分拘束処理を課してもよい。
ここで周波数領域の適用フィルタ係数の更新量であるΔHbの求め方を述べる。ΔHbの計算方法はNLMS法を周波数領域で行なう場合を例とした。受話信号Xは、BGフィルタ係数更新部90内の乗算部904とパワー計算部902に入力される。パワー計算部902では、受話信号Xのパワー、つまり以下の式(20)が計算される。
Σdiag(X)diag(conj(X)) 式(20)
ただしconj(A)はA内のスカラーあるいはベクトル、行列の個々の要素に対して複素共役をとることを示す。
また、BG減算部94で求められた周波数領域のBG誤差信号Ebは乗算部904に入力される。
In the PFDLMS method, the initial value of the non-selected frequency domain adaptive filter coefficient H to b j or the adaptive filter coefficient Hb j that is not selected by the selection unit 80 is set to 0, and the adaptive filter coefficient Hb j is added or overwritten. Partial constraint processing may be imposed on either or both of the update amounts ΔHb j of the filter coefficient Hb j .
Here, how to obtain ΔHb j which is the update amount of the applied filter coefficient in the frequency domain will be described. The calculation method of ΔHb j is an example in which the NLMS method is performed in the frequency domain. The received signal X j is input to the multiplication unit 904 and the power calculation unit 902 in the BG filter coefficient update unit 90. The power calculator 902 calculates the power of the received signal Xj , that is, the following equation (20).
Σdiag (X j ) diag (conj (X j )) Equation (20)
However, conj (A) indicates that a complex conjugate is taken for each element of a scalar, vector, or matrix in A.
Further, the BG error signal Eb j in the frequency domain obtained by the BG subtraction unit 94 is input to the multiplication unit 904.

乗算部904では、受話信号Xと、誤差信号Ebが乗算され、つまり、以下の式(21)が計算される。
diag( conj(X))Eb 式(21)
乗算部904の結果であるdiag( conj(X))Ebと、パワー計算部902の結果であるΣdiag(X)diag(conj(X))とが、除算部906に入力され、以下の式(22)が計算され、周波数領域の適応フィルタ係数の更新量であるΔHbが求められる。
ΔHb=(Σ(diag(X)diag(conj(X)))−1diag(conj(X))Eb 式(22)
Multiplier 904 multiplies received signal X j and error signal Eb j , that is, the following equation (21) is calculated.
diag (conj (X j )) Eb j expression (21)
Results and diag (conj (X j)) Eb j is a multiplier 904, a Σdiag the result of the power calculation unit 902 (X j) diag (conj (X j)) , but is input to the division unit 906, The following equation (22) is calculated, and ΔHb j which is the update amount of the adaptive filter coefficient in the frequency domain is obtained.
ΔHb j = (Σ (diag (X j ) diag (conj (X j ))) − 1 diag (conj (X j )) Eb j equation (22)

この更新量ΔHbに対して部分拘束処理を課す部分拘束処理部672を、除算部906と乗算部908との間に設けてもよい。その場合、上記した式(13)乃至式(16)の演算は、それぞれ式(13)が式(23)に、以下式(26)まで順番に対応する。
ΔHbj,i=ΔHbj,i−Σi(ΔHbj,i)/N 式(23)
ΔHbtmp=Σi(ΔHbj,2×i−ΔHbj,2×i+1)/N,i
=0,1,2,..…,N/2−1 式(24)
ΔHbj,i=ΔHbj,i−ΔHbtmp,i=0,2,4,…,N−2
式(25)
ΔHbj,i=ΔHbj,i−ΔHbtmp,i=1,3,5,…,N−1
式(26)
ΔHbは乗算部908に入力される。
A partial constraint processing unit 672 that imposes a partial constraint process on the update amount ΔHb j may be provided between the division unit 906 and the multiplication unit 908. In that case, in the calculations of the above-described equations (13) to (16), equation (13) corresponds to equation (23) and equation (26) below in order.
ΔHb j, i = ΔHb j, i −Σi (ΔHb j, i ) / N Equation (23)
ΔHbtmp = Σi (ΔHb j, 2 × i −ΔHb j, 2 × i + 1 ) / N, i
= 0, 1, 2,..., N / 2-1 Equation (24)
ΔHb j, i = ΔHb j, i −ΔHbtmp, i = 0, 2, 4,..., N−2
Formula (25)
ΔHb j, i = ΔHb j, i −ΔHbtmp, i = 1, 3, 5,..., N−1
Formula (26)
ΔHb j is input to the multiplier 908.

人手により、もしくは、図示しない制御部により、ステップサイズ選択部909において、周波数帯域のステップサイズSが選択される。ここで、Sは各周波数帯域のステップサイズを対角要素に持つ行列を意味する。選択されたステップサイズSは乗算部908に入力される。乗算部908では、ステップサイズSとΔHbとが乗算される、つまり以下の式(27)が計算される。
SΔHb 式(27)
この結果が加算部910に入力される。加算部910では、適応フィルタ係数レジスタ912に格納されているHbj-1がSΔHbに加算される。つまり、以下の式(28)が計算され、その結果により、前回の適応フィルタ係数Hbj-1が更新される。
Hb=Hbj-1+SΔHb 式(28)
つまり式(20)〜(22)と式(24)と(25)又は(26)と、以下の式(29)で、周波数領域の適応フィルタ係数は更新される(ステップS6)。
Hb=Hbj-1+S(Σ(diag(X))diag(conj(X))))−1diag(conj(X))Eb 式(29)
The step size selection unit 909 selects the step size S of the frequency band manually or by a control unit (not shown). Here, S means a matrix having the step size of each frequency band as a diagonal element. The selected step size S is input to the multiplication unit 908. Multiplier 908 multiplies step size S by ΔHb j , that is, the following equation (27) is calculated.
SΔHb j equation (27)
This result is input to the adding unit 910. Adder 910 adds Hb j−1 stored in adaptive filter coefficient register 912 to SΔHb j . That is, the following equation (28) is calculated, and the previous adaptive filter coefficient Hb j-1 is updated based on the result.
Hb j = Hb j−1 + SΔHb j Expression (28)
That is, the adaptive filter coefficients in the frequency domain are updated by the equations (20) to (22), the equations (24), (25), (26), and the following equation (29) (step S6).
Hb j = Hb j−1 + S (Σ (diag (X j )) diag (conj (X j )))) − 1 diag (conj (X j )) Eb j equation (29)

加算部910で更新された適応フィルタ係数Hbは、選択的拘束条件適用部66において、上記説明したように学習が進んだと判断された分割jに対してのみ拘束条件処理が課せられる。
そして、上記拘束条件処理指令を受けていない非選択周波数領域適応フィルタ係数Hが選択部80によってが部分拘束処理部671に供給されて、部分拘束処理が行なわれる。この場合の非選択周波数領域適応フィルタ係数Hに対する処理を式(30)乃至式(33)に示す。
j,i=Hj,i−Σi(Hj,i)/N 式(30)
btmp=Σi(Hj,2×i−Hj,2×i+1)/N,i
=0,1,2,…,N/2−1 式(31)
j,i=Hj,i−Hbtmp,i=0,2,4,…,N−2
式(32)
j,i=Hj,i−Hbtmp,i=1,3,5,…,N−1
式(33)
The adaptive filter coefficient Hb j updated by the adding unit 910 is subjected to constraint condition processing only for the division j determined by the selective constraint condition application unit 66 that learning has progressed as described above.
Then, the non-selected frequency domain adaptive filter coefficients H to b j that have not received the constraint condition processing command are supplied to the partial constraint processing unit 671 by the selection unit 80, and the partial constraint process is performed. The processing for the non-selected frequency domain adaptive filter coefficients H to b j in this case is shown in equations (30) to (33).
H ~ b j, i = H ~ b j, i -Σi (H ~ b j, i) / N formula (30)
H ~ btmp = Σi (H ~ b j, 2 × i -H ~ b j, 2 × i + 1) / N, i
= 0, 1, 2, ..., N / 2-1 Formula (31)
H to bj , i = H to bj , i− H to btmp, i = 0, 2, 4,..., N−2
Formula (32)
H to bj , i = H to bj , i− H to btmp, i = 1, 3, 5,..., N−1
Formula (33)

以上説明した周波数領域適応フィルタHb、周波数領域適応フィルタ係数Hの更新量ΔHb、非選択周波数領域適応フィルタHは適応フィルタ係数を更新する過程で得られるものであり、その何れに部分拘束を課してもよい。また複数に課してもよい。
図8に示すようにそれぞれのフィルタ係数に対して部分拘束処理部を設け、部分拘束を課さないときは、各部分拘束処理部を構成する帯域阻止フィルタのフィルタ係数をB=[1,0,0,…,0]にすればよい。
The frequency domain adaptive filter Hb j , the update amount ΔHb j of the frequency domain adaptive filter coefficient H, and the non-selected frequency domain adaptive filters H to b j described above are obtained in the process of updating the adaptive filter coefficient. Partial constraints may be imposed. It may be imposed on a plurality.
As shown in FIG. 8, when a partial constraint processing unit is provided for each filter coefficient and no partial constraint is imposed, the filter coefficients of the band rejection filters constituting each partial constraint processing unit are set to B = [1, 0, 0, ..., 0].

また、実施例1の変形例として、FG部のFG減算部31で周波数領域の信号同士の差を求める方法も考えられる。FG部70中に図4中に破線で示すようにFG時間領域変換部78の後段にFG周波数領域変換部705を設けて、上記拘束条件を満たすようにして、その出力であるFG推定信号YfをFG減算部31に入力する。時間領域の収音信号d(k)を周波数領域に変換してFG減算部31に入力するFG周波数領域変換部708(図4中に破線で示している)を設ける。FG減算部31で、周波数領域の収音信号Dの各要素からFG推定信号Yfの対応要素を減算して、周波数領域のFG誤差信号Efが求められる。このFG誤差信号Efは図4中には破線で示すように、BG部60内のBG減算部61bと選択的拘束条件適用部66に入力される。この場合、BG周波数領域変換部61aは省略される。FG誤差信号Efが周波数領域の信号であるので、FG誤差信号Efを時間領域に変換する時間領域変換部710(図4中に破線で示している)を設けて時間領域のFG誤差信号ef(k)を通信網に出力する。 As a modification of the first embodiment, a method of obtaining a difference between signals in the frequency domain by the FG subtraction unit 31 of the FG unit is also conceivable. As shown by a broken line in FIG. 4, an FG frequency domain conversion unit 705 is provided in the subsequent stage of the FG time domain conversion unit 78 in the FG unit 70 so as to satisfy the constraint condition, and an FG estimation signal Yf as an output thereof is provided. Is input to the FG subtraction unit 31. An FG frequency domain conversion unit 708 (shown by a broken line in FIG. 4) is provided for converting the time domain sound pickup signal d (k) into the frequency domain and inputting it to the FG subtraction unit 31. The FG subtraction unit 31 subtracts the corresponding element of the FG estimation signal Yf from each element of the frequency domain sound pickup signal D j to obtain the frequency domain FG error signal Ef j . The FG error signal Ef j is input to the BG subtraction unit 61b and the selective constraint condition application unit 66 in the BG unit 60, as indicated by a broken line in FIG. In this case, the BG frequency domain converter 61a is omitted. Since the FG error signal Ef j is a frequency domain signal, a time domain conversion unit 710 (indicated by a broken line in FIG. 4) for converting the FG error signal Ef j to the time domain is provided to provide an FG error signal in the time domain. ef (k) is output to the communication network.

この実施例2では、FG部70中のFG推定信号生成部76が時間領域で処理を行う。また、図4において時間領域処理を行うことを同一番号にダッシュ「’」を付け、かつ括弧書きで示す。FG部70中のFG時間領域変換部78は設けられない。
この場合、受話信号x(k)は周波数領域変換部62に入力されずに、図4に破線で示すように、FG推定信号生成部76’に直接入力される。また、FGフィルタ係数レジスタ74’には、時間領域のFGフィルタ係数hf(k)が、格納されている。FG推定信号生成部76’では、上記式(1)において、h(k)をhf(k)に置き換えた式の左辺により、FG推定信号yf(k)が求められる。
In the second embodiment, the FG estimation signal generation unit 76 in the FG unit 70 performs processing in the time domain. Further, in FIG. 4, performing time domain processing is indicated by parentheses with a dash “′” added to the same number. The FG time domain conversion unit 78 in the FG unit 70 is not provided.
In this case, the received signal x (k) is not input to the frequency domain conversion unit 62 but is directly input to the FG estimation signal generation unit 76 ′ as indicated by a broken line in FIG. The FG filter coefficient register 74 ′ stores the FG filter coefficient hf (k) in the time domain. In the FG estimation signal generation unit 76 ′, the FG estimation signal yf (k) is obtained from the left side of the equation in which h (k) is replaced with hf (k) in the above equation (1).

また、この実施例2では、図7に示すようにFGフィルタ係数更新部72は、時間領域変換手段802と、加算手段808’と、で構成されている。
BG部60中の適応フィルタ係数レジスタ68に周波数領域で格納されているHb’は、時間領域変換手段802に入力され、時間領域の適応フィルタ係数hb(k)’に変換され、0に置き換える処理が行われることなく、加算手段808’に入力される。加算手段808’において、hf(k)とhb(k)とが加算される。加算された値hf(k)がFGフィルタ係数レジスタ74’に格納され、FGフィルタ係数は更新される。
In the second embodiment, as shown in FIG. 7, the FG filter coefficient updating unit 72 includes a time domain conversion unit 802 and an addition unit 808 ′.
Hb j ′ stored in the frequency domain in the adaptive filter coefficient register 68 in the BG unit 60 is input to the time domain conversion means 802, converted into time domain adaptive filter coefficient hb (k) ′, and replaced with 0. The data is input to the adding means 808 ′ without being processed. In the adding means 808 ′, hf (k) and hb (k) are added. The added value hf (k) is stored in the FG filter coefficient register 74 ′, and the FG filter coefficient is updated.

シミュレーション結果
図11にこの発明の部分拘束処理を行った差分型FG/BGエコーキャンセル装置と従来法とを比較した結果を示す。図11の横軸は、動作開始後の時間(秒)であり、縦軸は係数誤差をdBで表す。
係数誤差とは、伝達系とBG部フィルタ係数hの差を表す量であり、伝達系をhと表すと係数誤差CはC=‖h−h/‖hにより定義される。
Simulation Results FIG. 11 shows a result of comparison between the differential FG / BG echo canceling apparatus that has performed the partial constraint processing of the present invention and the conventional method. The horizontal axis in FIG. 11 represents the time (seconds) after the start of the operation, and the vertical axis represents the coefficient error in dB.
Definition The factor error is an amount representing the difference between the transmission system and the BG portion filter coefficients h, factor error C when the transmission system is expressed as h 0 by C = ‖h-h 0 || 2 / ‖h 0 || 2 Is done.

シミュレーション条件
「FG部70のFFT点数:256、BG部60のFFT点数:512、FG部70の時間領域の適応フィルタ係数を周波数領域に変換した一つの周波数帯域当たりのフィルタ長:12、受話信号:男性音声、収音信号:受話信号+女性音声+背景雑音、伝達系の変化:動作開始後約3秒で伝達系の正負を反転することで系の変化を模擬」
例えば動作開始後約3秒後にマイクロホン(収音手段6)の位置をずらす等の伝達系を変化させたのち、約7秒で係数誤差が収束を開始する。動作開始後20秒の係数誤差は、この発明の方が従来法よりも2〜3dB程度よいことが分かる。
Simulation condition “Number of FFT points of FG unit 70: 256, number of FFT points of BG unit 60: 512, filter length per frequency band converted from time domain adaptive filter coefficient of FG unit 70 to frequency domain: 12, received signal : Male voice, sound collection signal: Received signal + female voice + background noise, change in transmission system: Simulate the system change by reversing the positive and negative of the transmission system approximately 3 seconds after the operation starts.
For example, after changing the transmission system such as shifting the position of the microphone (sound collecting means 6) about 3 seconds after the operation starts, the coefficient error starts to converge in about 7 seconds. It can be seen that the coefficient error of 20 seconds after the start of operation is about 2-3 dB better with the present invention than with the conventional method.

以上の各実施形態の他、本発明であるエコーキャンセル装置は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。また、エコーキャンセル装置において説明した処理は、記載の順に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されるとしてもよい。
また、この発明のエコーキャンセル装置における処理をコンピュータによって実現する場合、エコーキャンセル装置が有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述される。そして、このプログラムをコンピュータで実行することにより、エコーキャンセル装置における処理機能がコンピュータ上で実現される。
In addition to the above embodiments, the echo canceling apparatus according to the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention. Further, the processes described in the echo canceling apparatus are not only executed in time series in the order described, but may be executed in parallel or individually as required by the processing capability of the apparatus that executes the processes or as necessary. .
Further, when the processing in the echo cancellation apparatus of the present invention is realized by a computer, the processing contents of the functions that the echo cancellation apparatus should have are described by a program. Then, by executing this program on the computer, the processing function in the echo canceling apparatus is realized on the computer.

この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等どのようなものでもよい。具体的には、例えば、磁気記録装置として、ハードディスク装置、フレキシブルディスク、磁気テープ等を、光ディスクとして、DVD(DigitalVersatileDisc)、DVD−RAM(RandomAccessMemory)、CD−ROM(CompactDiscReadOnlyMemory)、CD−R(Recordable)/RW(ReWritable)等を、光磁気記録媒体として、MO(Magneto−Opticaldisc)等を、半導体メモリとしてEEP−ROM(Electronically Erasable and ProgrammableRead Only Memory)等を用いることができる。
また、このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したDVD、CD−ROM等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させる構成としてもよい。
The program describing the processing contents can be recorded on a computer-readable recording medium. As the computer-readable recording medium, any recording medium such as a magnetic recording device, an optical disk, a magneto-optical recording medium, and a semiconductor memory may be used. Specifically, for example, as a magnetic recording device, a hard disk device, a flexible disk, a magnetic tape, or the like, and an optical disk such as a DVD (Digital Versatile Disc), a DVD-RAM (Random Access Memory), a CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory), a CD-R (Recordable). ) / RW (ReWritable), etc., magneto-optical recording medium, MO (Magneto-Optical disc), etc., semiconductor memory, EEP-ROM (Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory), etc. can be used.
The program is distributed by selling, transferring, or lending a portable recording medium such as a DVD or CD-ROM in which the program is recorded. Furthermore, the program may be distributed by storing the program in a storage device of the server computer and transferring the program from the server computer to another computer via a network.

このようなプログラムを実行するコンピュータは、例えば、まず、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、一旦、自己の記憶装置に格納する。そして、処理の実行時、このコンピュータは、自己の記録媒体に格納されたプログラムを読み取り、読み取ったプログラムに従った処理を実行する。また、このプログラムの別の実行形態として、コンピュータが可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することとしてもよく、さらに、このコンピュータにサーバコンピュータからプログラムが転送されるたびに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。また、サーバコンピュータから、このコンピュータへのプログラムの転送は行わず、その実行指示と結果取得のみによって処理機能を実現する、いわゆるASP(ApplicationServiceProvider)型のサービスによって、上述の処理を実行する構成としてもよい。なお、本形態におけるプログラムには、電子計算機による処理の用に供する情報であってプログラムに準ずるもの(コンピュータに対する直接の指令ではないがコンピュータの処理を規定する性質を有するデータ等)を含むものとする。   A computer that executes such a program first stores, for example, a program recorded on a portable recording medium or a program transferred from a server computer in its own storage device. When executing the process, the computer reads a program stored in its own recording medium and executes a process according to the read program. As another execution form of the program, the computer may directly read the program from a portable recording medium and execute processing according to the program, and the program is transferred from the server computer to the computer. Each time, the processing according to the received program may be executed sequentially. Further, the above-described processing may be executed by a so-called ASP (Application Service Provider) type service that realizes a processing function only by an execution instruction and result acquisition without transferring a program from the server computer to the computer. Good. Note that the program in this embodiment includes information that is used for processing by an electronic computer and that conforms to the program (data that is not a direct command to the computer but has a property that defines the processing of the computer).

また、この形態では、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させることにより、エコーキャンセル装置を構成することとしたが、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェア的に実現することとしてもよい。   In this embodiment, the echo canceling apparatus is configured by executing a predetermined program on a computer. However, at least a part of these processing contents may be realized by hardware.

従来技術のエコーキャンセラ10の機能構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the function structural example of the echo canceller 10 of a prior art. 従来技術のFG/BG構成のエコーキャンセラ20の機能構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the function structural example of the echo canceller 20 of the FG / BG structure of a prior art. 従来技術の差分型FG/BG構成のエコーキャンセラ45の機能構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the function structural example of the echo canceller 45 of a difference type FG / BG structure of a prior art. この発明の実施例1のエコーキャンセラ120の機能構成例を示すブロック図。1 is a block diagram showing a functional configuration example of an echo canceller 120 according to Embodiment 1 of the present invention. 実施例1の処理の流れを示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating a flow of processing according to the first embodiment. 図6aは0番目の係数hを0にする部分拘束処理部の機能構成例を示すブロック図、図6bはN/2番目の係数hを0にする部分拘束処理部の機能構成例を示すブロック図である。6A is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of a partial constraint processing unit that sets the 0th coefficient h j to 0, and FIG. 6B illustrates an example of a functional configuration of a partial constraint processing unit that sets the N / 2th coefficient h j to 0. FIG. FGフィルタ係数更新部72の機能構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the function structural example of the FG filter coefficient update part 72. FIG. 実施例1にPFDLMS法を適用した機能構成例を示すブロック図。1 is a block diagram illustrating a functional configuration example in which a PFDLMS method is applied to Embodiment 1. FIG. 実施例1の拘束条件適用部69の機能構成例を示すブロック図。FIG. 3 is a block diagram illustrating a functional configuration example of a constraint condition application unit 69 according to the first embodiment. 図8のBGフィルタ係数更新部90と部分拘束処理部67についての機能構成例を示すブロック図。FIG. 9 is a block diagram illustrating a functional configuration example of the BG filter coefficient update unit 90 and the partial constraint processing unit 67 in FIG. 8. 係数誤差についてのシミュレーション結果を示す図。The figure which shows the simulation result about a coefficient error.

Claims (10)

受話信号をFGフィルタ係数でフィルタ処理して、FG推定信号を求めるFG推定信号生成部と、
収音信号から上記FG推定信号を減算して、FG誤差信号を求めるFG減算部と、を備えるFG部と、
上記受話信号を適応フィルタ係数でフィルタ処理して、BG推定信号を生成するBG推定信号生成部と、
上記FG誤差信号から上記BG推定信号を減算して、BG誤差信号を求める誤差計算部と、
上記BG誤差信号と上記受話信号とを用いて、上記BG誤差信号のパワーが減少するように上記適応フィルタ係数を更新するBGフィルタ係数更新部と、を備えるBG部と、
上記適応フィルタ係数を上記FGフィルタ係数に加算し、上記FGフィルタ係数を更新するFGフィルタ係数更新部と、を具備するエコーキャンセル装置において、
上記BG部は周波数領域で処理を行うものであり、
周波数領域の上記適応フィルタ係数を時間領域に変換した場合に、最初の係数或いは半分より1つ後方の係数が0になり、その他はそのままであるような帯域阻止フィルタのフィルタ係数で巡回畳み込みした結果と同一になるように、上記適応フィルタ係数を更新する過程の少なくとも一つにおけるデータに対して、周波数領域処理して更新された適応フィルタ係数として適応フィルタ係数レジスタに格納する部分拘束処理部を具備することを特徴とするエコーキャンセル装置。
An FG estimation signal generation unit that obtains an FG estimation signal by filtering the received signal with an FG filter coefficient;
An FG subtracting unit that subtracts the FG estimation signal from the collected sound signal to obtain an FG error signal;
A BG estimation signal generator for filtering the received signal with an adaptive filter coefficient to generate a BG estimation signal;
An error calculator that subtracts the BG estimation signal from the FG error signal to obtain a BG error signal;
A BG unit comprising: a BG filter coefficient updating unit that updates the adaptive filter coefficient so that the power of the BG error signal decreases using the BG error signal and the received signal;
An echo cancellation apparatus comprising: an FG filter coefficient updating unit that adds the adaptive filter coefficient to the FG filter coefficient and updates the FG filter coefficient;
The BG section performs processing in the frequency domain,
When the adaptive filter coefficient in the frequency domain is converted into the time domain, the result of cyclic convolution with the filter coefficient of the band rejection filter is such that the first coefficient or the coefficient one half behind is 0, and the others remain unchanged A partial constraint processing unit for storing in the adaptive filter coefficient register as an updated adaptive filter coefficient by performing frequency domain processing on the data in at least one of the processes of updating the adaptive filter coefficient An echo canceling device characterized by:
請求項1に記載のエコーキャンセル装置において、
上記BG部は、上記FG誤差信号と、
上記BG誤差信号又は上記BG推定信号とから収束した周波数領域適応フィルタ係数を選択して拘束条件指令を出力する選択的拘束条件適用部と、
上記拘束条件処理指令を受けた選択された周波数領域適応フィルタ係数に対して拘束条件処理を行なう拘束条件適用部と、
を備え、
上記部分拘束処理部における少なくとも一つにおけるデータは、上記拘束条件処理指令を受けていない非選択周波数領域適応フィルタ係数であることを特徴とするエコーキャンセル装置。
The echo cancellation apparatus according to claim 1,
The BG unit includes the FG error signal,
A selective constraint application unit that selects a frequency domain adaptive filter coefficient converged from the BG error signal or the BG estimation signal and outputs a constraint command;
A constraint condition application unit that performs constraint condition processing on the selected frequency domain adaptive filter coefficient that has received the constraint condition processing command;
With
The echo cancellation apparatus according to claim 1, wherein the data in at least one of the partial constraint processing units is a non-selected frequency domain adaptive filter coefficient that has not received the constraint condition processing command.
請求項1に記載のエコーキャンセル装置において、
上記BGフィルタ係数更新部は、上記BG誤差信号と上記受話信号とを用いて更新量を求める更新量計算部と、
上記更新量と前回の適応フィルタ係数とを加算して適応フィルタ係数を更新する加算部と、を備え、
上記部分拘束処理部における上記少なくとも一つにおけるデータは、上記更新量であることを特徴とするエコーキャンセル装置。
The echo cancellation apparatus according to claim 1,
The BG filter coefficient update unit includes an update amount calculation unit that obtains an update amount using the BG error signal and the received signal,
An addition unit that updates the adaptive filter coefficient by adding the update amount and the previous adaptive filter coefficient,
The echo cancellation apparatus according to claim 1, wherein the data in the at least one of the partial constraint processing units is the update amount.
請求項1乃至3の何れかに記載のエコーキャンセル装置において、
上記部分拘束処理部は、周波数領域の適応フィルタ係数の平均値を求める平均値計算部と、
上記平均値を上記適応フィルタ係数のそれぞれから減算して上記更新適応フィルタ係数を求める係数計算部と、を具備し、
若しくは、上記適応フィルタ係数の偶数番目と奇数番目のそれぞれを、上記誤差の平均値に対し減算又は加算を行なって上記更新適応フィルタ係数を求める係数計算部と、を備えることを特徴とするエコーキャンセル装置。
In the echo cancellation apparatus in any one of Claims 1 thru | or 3,
The partial constraint processing unit includes an average value calculation unit for obtaining an average value of adaptive filter coefficients in the frequency domain,
A coefficient calculation unit for subtracting the average value from each of the adaptive filter coefficients to obtain the updated adaptive filter coefficient,
Alternatively, an echo canceling unit comprising: a coefficient calculation unit that subtracts or adds each of the even-numbered and odd-numbered adaptive filter coefficients to the average value of the errors to obtain the updated adaptive filter coefficient apparatus.
請求項1乃至4の何れかに記載のエコーキャンセル装置において、
上記BG部の誤差計算部は、データ数の半分の0を付加して上記時間領域のFG誤差信号を周波数領域の信号に変換するFG誤差周波数領域変換部を備え、
上記部分拘束処理部は、上記FG誤差周波数領域変換部が古いデータ側に0を付加して変換処理を行なうものであれば、
上記周波数領域適応フィルタ係数を時間領域に変換した場合に半分より1つ後方の係数が0になる周波数領域処理を行なうものであり、
上記FG誤差周波数領域誤差計算部が新しいデータ側を0とした場合、上記周波数領域適応フィルタ係数を時間領域に変換した最初の係数を0とするものであることを特徴とするエコーキャンセル装置。
In the echo cancellation apparatus in any one of Claims 1 thru | or 4,
The error calculation unit of the BG unit includes an FG error frequency domain conversion unit that converts the time domain FG error signal into a frequency domain signal by adding 0 which is half the number of data.
If the FG error frequency domain conversion unit performs the conversion process by adding 0 to the old data side,
When the frequency domain adaptive filter coefficient is converted to the time domain, frequency domain processing is performed in which the coefficient one backward from the half becomes 0,
An echo canceling apparatus, wherein the first coefficient obtained by converting the frequency domain adaptive filter coefficient to the time domain is set to 0 when the FG error frequency domain error calculation unit sets the new data side to 0.
FG推定信号生成部が、受話信号をFGフィルタ係数でフィルタ処理して、FG推定信号を求める過程と、
FG部が、収音信号から上記FG推定信号を減算して、FG誤差信号を求める過程と、
BG推定信号生成部が、上記受話信号を適応フィルタ係数でフィルタ処理して、BG推定信号を生成する過程と、
誤差計算部が、上記FG誤差信号から上記BG推定信号を減算して、BG誤差信号を求める過程と、
BGフィルタ係数更新部が、上記BG誤差信号と上記受話信号とを用いて、上記BG誤差信号のパワーが減少するように上記適応フィルタ係数を更新する過程と、
FGフィルタ係数更新部が、上記適応フィルタ係数を上記FGフィルタ係数に加算し、上記FGフィルタ係数を更新する過程と、から成るエコーキャンセル方法において、
上記BG部は周波数領域で処理を行うものであり、周波数領域の上記適応フィルタ係数を時間領域に変換した場合に、最初の係数或いは半分より1つ後方の係数が0になり、その他はそのままであるような帯域阻止フィルタのフィルタ係数で巡回畳み込みした結果と同一になるように、上記適応フィルタ係数を更新する過程の少なくとも一つにおけるデータに対して、周波数領域処理して更新された適応フィルタ係数として適応フィルタ係数レジスタに格納する過程を、含むことを特徴とするエコーキャンセル方法。
A process in which an FG estimation signal generation unit filters an incoming signal with an FG filter coefficient to obtain an FG estimation signal;
An FG unit subtracting the FG estimation signal from the collected sound signal to obtain an FG error signal;
A process in which a BG estimation signal generation unit filters the received signal with an adaptive filter coefficient to generate a BG estimation signal;
An error calculating unit subtracting the BG estimation signal from the FG error signal to obtain a BG error signal;
A process in which a BG filter coefficient update unit uses the BG error signal and the received signal to update the adaptive filter coefficient so that the power of the BG error signal decreases;
An echo canceling method comprising: a step of adding an adaptive filter coefficient to the FG filter coefficient and updating the FG filter coefficient;
The BG section performs processing in the frequency domain. When the adaptive filter coefficient in the frequency domain is converted into the time domain, the first coefficient or the coefficient one half behind is zero, and the others remain as they are. The adaptive filter coefficient updated by frequency domain processing on the data in at least one of the processes of updating the adaptive filter coefficient so as to be the same as the result of cyclic convolution with the filter coefficient of a certain band rejection filter An echo canceling method comprising the step of storing in an adaptive filter coefficient register as:
請求項6に記載のエコーキャンセル方法において、
上記FG誤差信号と、上記BG誤差信号又は上記BG推定信号とから収束した周波数領域適応フィルタ係数を選択して拘束条件指令を出力する過程と、
上記周波数領域適応フィルタ係数を更新する過程の少なくとも一つにおけるデータは、上記拘束条件処理指令を受けていない非選択周波数領域適応フィルタ係数である周波数領域適応フィルタ係数であることを特徴とするエコーキャンセル方法。
The echo cancellation method according to claim 6,
Selecting a frequency domain adaptive filter coefficient converged from the FG error signal and the BG error signal or the BG estimation signal and outputting a constraint condition command;
Echo cancellation characterized in that the data in at least one of the steps of updating the frequency domain adaptive filter coefficient is a frequency domain adaptive filter coefficient that is a non-selected frequency domain adaptive filter coefficient that has not received the constraint processing command Method.
請求項6に記載のエコーキャンセル方法において、
上記BG誤差信号を求める過程が、データ数の半分の0を付加して上記時間領域のFG誤差信号を周波数領域の信号に変換する過程を備え、
上記FG誤差信号を周波数領域の信号に変換する過程が古いデータ側に0を付加して変換処理を行なうものであれば、
上記周波数領域適応フィルタ係数を時間領域に変換した場合に半分より1つ後方の係数が0になる周波数領域処理過程を行なうものであり、
上記FG誤差信号を周波数領域の信号に変換する過程が新しいデータ側を0とした場合、上記周波数領域適応フィルタ係数を時間領域に変換した最初の係数を0とする周波数領域処理過程を含むことを特徴とするエコーキャンセル方法。
The echo cancellation method according to claim 6,
The step of obtaining the BG error signal comprises a step of converting the time domain FG error signal into a frequency domain signal by adding 0 of half the number of data.
If the process of converting the FG error signal to a signal in the frequency domain is performed by adding 0 to the old data side,
When the frequency domain adaptive filter coefficient is converted to the time domain, a frequency domain processing process is performed in which the coefficient one backward from half is 0,
When the process of converting the FG error signal into a frequency domain signal includes a new data side of 0, the process includes a frequency domain processing process of setting the first coefficient obtained by converting the frequency domain adaptive filter coefficient to the time domain as 0. Echo canceling method characterized.
請求項1乃至5の何れかに記載した各装置としてコンピュータを機能させるための装置プログラム。   6. An apparatus program for causing a computer to function as each apparatus according to claim 1. 請求項9に記載した何れかのプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。   A computer-readable recording medium on which any one of the programs according to claim 9 is recorded.
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