JP4928918B2 - Signal processing apparatus using adaptive filter - Google Patents

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Description

本発明は、適応フィルタを用いた信号処理装置に係り、特に音声認識装置やテレビ会議装置などで音声入力のためにマイクロホンアレイを用いて妨害雑音を抑圧し目的信号の音声を抽出するマイクロホンアレイ処理装置に適した信号処理装置に関する。   The present invention relates to a signal processing apparatus using an adaptive filter, and in particular, a microphone array process for extracting a target signal voice by suppressing interference noise using a microphone array for voice input in a voice recognition apparatus, a video conference apparatus, or the like. The present invention relates to a signal processing apparatus suitable for the apparatus.

配列された複数のマイクロホンからなるマイクロホンアレイを用い、このマイクロホンアレイの出力信号を処理することにより、雑音を抑圧して目的音源からの目的信号のみを抽出するマイクロホンアレイ処理装置は、音声認識装置やテレビ会議装置などにおける音声入力を目的として開発が進められている。中でも、少ない数のマイクロホンで大きな雑音抑圧効果が得られる適応ビームフォーマを利用したマイクロホンアレイ処理装置については、例えば文献1:電子情報通信学会編「音響システムとデジタル処理」、文献2:Heykin:“Adaptive Filter Theory (Plentice Hall)”に述べられているように、一般化サイドローブキャンセラ、フロスト型ビームフォーマおよび参照信号法など、種々の方法が知られている。   A microphone array processing apparatus that extracts a target signal from a target sound source by suppressing a noise by using a microphone array composed of a plurality of arranged microphones and processing an output signal of the microphone array is a speech recognition apparatus or Development is underway for the purpose of voice input in video conferencing equipment. Among them, for a microphone array processing apparatus using an adaptive beamformer that can obtain a large noise suppression effect with a small number of microphones, for example, Reference 1: “Electronic System and Digital Processing” edited by IEICE, Reference 2: Heykin: “ As described in “Adaptive Filter Theory (Plentice Hall)”, various methods such as a generalized sidelobe canceller, a frosted beam former, and a reference signal method are known.

適応ビームフォーマ処理は、基本的には妨害雑音の到来方向に死角を有する指向性ビームを形成したフィルタにより妨害雑音を抑圧する処理である。この適応ビームフォーマ処理では、目的信号が入力した際に目的信号の一部が除去されて歪んだり、目的信号と妨害雑音が同時に入力した際に目的信号が歪んだりするという問題を避けるため、目的信号が入力した際に適応速度を小さくすることが行われている。一般には、適応ビームフォーマの出力信号パワーが大きい場合に、目的信号が入力したものとみなして適応を停止する処理が行われる。ところが、出力信号パワーは目的信号が入力した場合だけでなく、妨害雑音などの状況が変化した場合にも増大するため、このように出力信号パワーが大きいときに完全に適応を停止することには問題がある。   The adaptive beamformer processing is basically processing for suppressing interference noise using a filter in which a directional beam having a blind spot in the arrival direction of interference noise is formed. In this adaptive beamformer processing, in order to avoid the problem that the target signal is partly removed and distorted when the target signal is input, or the target signal is distorted when the target signal and interference noise are input simultaneously, The adaptation speed is reduced when a signal is input. In general, when the output signal power of the adaptive beamformer is large, processing for stopping the adaptation is performed assuming that the target signal is input. However, the output signal power increases not only when the target signal is input, but also when conditions such as interference noise change, so in order to stop adaptation completely when the output signal power is large in this way. There's a problem.

一方、文献3: Julie E.Greenburg et.al.:“Evaluation of an adaptive beamforming method for hearing aids ”,pp.1662-1676,Jarnul of Acous.Soc.of Am.91(3),1992 に開示されている補聴器用のマイクロホンアレイでは、適応フィルタの適応アルゴリズムとして一般的なNLMS(Normalized Least Mean Square)法によるフィルタ更新演算の式(1)を改良し、式(2)のように参照信号パワーと出力信号パワーの和に基づいて適応速度を正規化することにより、出力信号パワーの増大時に適応を完全に停止せず、目的信号の歪みを抑えるようにしている。   On the other hand, it is disclosed in Reference 3: Julie E. Greenburg et.al .: “Evaluation of an adaptive beamforming method for hearing aids”, pp.1662-1676, Jarnul of Acous. Soc. Of Am. 91 (3), 1992. In the microphone array for hearing aids, the filter update calculation formula (1) based on the NLMS (Normalized Least Mean Square) method is improved as an adaptive algorithm of the adaptive filter, and the reference signal power and By normalizing the adaptation speed based on the sum of output signal powers, adaptation is not completely stopped when the output signal power is increased, and distortion of the target signal is suppressed.

n+1 =W−2μe/P (1)
n+1 =W−2μe/(P+P) (2)
ここで、nは時刻、Wはフィルタ係数、μはステップサイズ、e(=d−W )は誤差信号、dは希望応答、Xは参照信号xの最新のサンプルから過去のサンプルをフィルタのタップ点数分だけ並べてベクトルとした参照信号ベクトル、Pは参照信号パワー、Pは出力信号パワーである。参照信号xは、一般に妨害雑音と目的信号の一部および背景雑音が重畳した信号となっている。式(1)(2)のいずれの場合も、適応フィルタの適応速度は右辺第2項の大きさで決まる。
W n + 1 = W n −2 μe n X n / P r (1)
W n + 1 = W n -2μe n X n / (P r + P o) (2)
Here, n is the time, W n is the filter coefficient, mu is a step size, e n (= d n -W n T X n) is the error signal, d n is desired response, the latest of X n is the reference signal x A reference signal vector in which past samples are arranged as many as the number of tap points of the filter as a vector, Pr is the reference signal power, and Po is the output signal power. The reference signal x is generally a signal in which interference noise, a part of the target signal, and background noise are superimposed. In both cases of equations (1) and (2), the adaptive speed of the adaptive filter is determined by the magnitude of the second term on the right side.

図14に、従来の適応フィルタの構成を示す。この適応フィルタは、参照信号xにフィルタ演算を施すフィルタ部101と、希望応答dからフィルタ部101の出力信号yを減算する減算器102と、フィルタ部101のフィルタ係数について式(1)または(2)に示した更新演算を行うフィルタ更新部103からなっている。   FIG. 14 shows the configuration of a conventional adaptive filter. This adaptive filter includes a filter unit 101 that performs a filter operation on the reference signal x, a subtracter 102 that subtracts the output signal y of the filter unit 101 from the desired response d, and a filter coefficient of the filter unit 101 using the formula (1) or ( The filter update unit 103 performs the update calculation shown in 2).

通常のNLMS法や、文献3に記載の改良されたNLMS法においては、妨害雑音も目的信号も存在しない状況では、参照信号パワーPが非常に小さくなることから、式(1)(2)より理解されるように適応速度が非常に大きくなるため、適応フィルタが背景雑音に適応してしまうという問題がある。背景雑音に対して適応が進んだ場合、フィルタ係数は本来除去したい信号を除去するのに適したフィルタ係数から遠ざかってしまう。すなわち、妨害雑音が例えば音声のような非定常な信号である場合には、妨害雑音パワーの小さい部分でフィルタ係数が本来の値から遠ざかり、妨害雑音パワーの大きい部分でフィルタ係数が収束するという動作の繰り返しとなり、この繰り返しの過程でフィルタ係数の収束までの間、高いレベルの妨害雑音が出力されてしまう。 In the normal NLMS method and the improved NLMS method described in Document 3, the reference signal power Pr becomes very small in the situation where neither interference noise nor a target signal exists, so that the equations (1) and (2) As can be understood, since the adaptation speed becomes very large, there is a problem that the adaptive filter adapts to background noise. When the adaptation progresses with respect to background noise, the filter coefficient moves away from the filter coefficient suitable for removing the signal that is originally desired to be removed. That is, when the interference noise is a non-stationary signal such as voice, the filter coefficient is moved away from the original value in a portion where the interference noise power is small, and the filter coefficient is converged in a portion where the interference noise power is large. In this repetition process, a high level of interference noise is output until the filter coefficient converges.

この問題に対し、例えばエコーキャンセラでは参照信号のレベルに基づいて適応を制御している。すなわち、参照信号レベルがしきい値以下の場合には適応を停止し、参照信号レベルがしきい値より大きい場合にのみ適応を行うことによって、雑音の影響を低減している。しかし、適応ビームフォーマでは、上述したように妨害雑音と目的信号の一部および背景雑音が重畳したものが参照信号となっているため、単に参照信号レベルが大きいときだけ適応するようにした場合、しきい値レベル以下の妨害雑音があるときはこれを除去できないことになる。   For this problem, for example, an echo canceller controls adaptation based on the level of the reference signal. In other words, adaptation is stopped when the reference signal level is equal to or lower than the threshold value, and adaptation is performed only when the reference signal level is higher than the threshold value, thereby reducing the influence of noise. However, in the adaptive beamformer, as described above, since the interference signal, a part of the target signal and the background noise are superimposed as the reference signal, as described above, when it is adapted only when the reference signal level is large, If there is interference noise below the threshold level, it cannot be removed.

上述したように、適応フィルタにおいて目的信号の入力時に目的信号が歪むという現象を抑えるために、出力信号パワーが大きいときに適応を停止する処理を行う従来の方法では、目的信号が入力した場合だけでなく状況が変化した場合にも出力パワーが増大して適応を停止してしまうため、正しい適応動作を行うことができないという問題がある。   As described above, in order to suppress the phenomenon that the target signal is distorted when the target signal is input in the adaptive filter, the conventional method for performing the process of stopping the adaptation when the output signal power is large is used only when the target signal is input. In addition, when the situation changes, the output power increases and the adaptation stops, so that there is a problem that a correct adaptive operation cannot be performed.

また、従来のNLMS法や改善されたNLMS法においては、妨害雑音も目的信号もなく参照信号パワーが小さくなる状況での適応速度が非常に大きくなるため、適応フィルタが背景雑音に対して適応してしまうという問題があり、この問題を避けるためにエコーキャンセラのように参照信号のレベルがしきい値以下の場合には適応を停止し、しきい値より大きい場合にのみ適応を行う方法では、適応ビームフォーマにおいてしきい値レベル以下の妨害雑音があるときはこれを除去できないという問題が発生する。   Further, in the conventional NLMS method and the improved NLMS method, the adaptation speed becomes very large in the situation where there is no interference noise and no target signal and the reference signal power is small. In order to avoid this problem, the adaptation is stopped when the level of the reference signal is below the threshold value, and the adaptation is performed only when the reference signal is larger than the threshold value. When there is interference noise below the threshold level in the adaptive beamformer, there arises a problem that it cannot be removed.

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたもので、目的信号を歪ませたり、背景雑音に対して適応してしまうことなく、確実な適応動作を可能とした適応フィルタを用いた信号処理装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and is an adaptive filter that enables a reliable adaptive operation without distorting a target signal or adapting to background noise. An object of the present invention is to provide a signal processing apparatus using the above.

上記の課題を解決するため、本発明に係る適応フィルタは、出力信号パワーが予め定めたしきい値以下のときには適応フィルタの更新速度を決める係数であるステップサイズが非零のほぼ一定値であり、出力信号パワーがしきい値を越えた場合にはステップサイズが出力信号パワーの増加に対して減少するように適応モードが制御されることを基本的な特徴とし、目的信号の歪み防止と背景雑音への適応防止の両立を可能としている。   In order to solve the above-described problem, the adaptive filter according to the present invention has a non-zero step size, which is a coefficient that determines the update speed of the adaptive filter, when the output signal power is equal to or less than a predetermined threshold value. The basic feature is that the adaptive mode is controlled so that the step size decreases as the output signal power increases when the output signal power exceeds the threshold value. It is possible to prevent adaptation to noise.

すなわち、適応フィルタに目的信号が入力した場合は、出力信号パワーがしきい値より大きくなり、ステップサイズが出力信号パワーの増加に対して減少することで適応速度が小さくなるため、目的信号が歪んでしまうことはない。一方、適応フィルタに妨害雑音のみ入力した場合と背景雑音のみが入力した場合は、出力信号パワーがしきい値以下となり、ステップサイズ固定の適応フィルタとして動作する。この場合、ステップサイズが非零のほぼ一定値であるために、適応速度は入力レベルに比例することになり、レベルの高い妨害雑音に対しては速く適応できると共に、レベルの低い背景雑音に適応してしまうことが防止される。   In other words, when the target signal is input to the adaptive filter, the output signal power becomes larger than the threshold value, and the target speed is distorted because the step size is reduced with respect to the increase in the output signal power. It wo n’t end up. On the other hand, when only the interference noise is input to the adaptive filter and only the background noise is input, the output signal power is equal to or less than the threshold value, and the adaptive filter operates as an adaptive filter with a fixed step size. In this case, since the step size is a non-zero, almost constant value, the adaptation speed is proportional to the input level, so that it can adapt quickly to high level interference noise and to low level background noise. Is prevented.

より具体的には、本発明に係る適応フィルタは、少なくとも1チャネルの参照信号にフィルタ演算を行って1チャネルの信号を出力するフィルタ手段と、希望応答からフィルタ手段の出力信号を差し引いて適応フィルタの出力信号を得る減算手段と、参照信号と減算手段の出力信号に基づいてフィルタ手段を更新するフィルタ更新手段とを有し、フィルタ更新手段において減算手段の出力信号パワーを予め定められたしきい値と比較し、出力信号パワーがしきい値以下のときはフィルタ手段の更新速度を決める係数を非零のほぼ一定値とし、出力信号パワーがしきい値を越えたときは該係数を出力信号パワーの増加に対して減少させることを特徴とする。   More specifically, the adaptive filter according to the present invention includes a filter unit that performs a filter operation on at least one channel reference signal and outputs a one-channel signal, and subtracts the output signal of the filter unit from a desired response. And a filter updating means for updating the filter means based on the reference signal and the output signal of the subtracting means. The filter updating means has a predetermined threshold for the output signal power of the subtracting means. When the output signal power is below the threshold value, the coefficient that determines the update speed of the filter means is set to a non-zero, almost constant value, and when the output signal power exceeds the threshold value, the coefficient is used as the output signal. It is characterized by decreasing with increasing power.

本発明に係る他の適応フィルタは、複数チャネルの入力信号を処理して1チャネルの信号を出力するフィルタ手段と、このフィルタ手段の特性変化範囲に関して予め定めた拘束条件の下で該フィルタ手段を更新するフィルタ更新手段とを有し、フィルタ更新手段においてフィルタ手段の出力信号パワーを予め定められたしきい値と比較し、出力信号パワーがしきい値以下のときはフィルタ手段の更新速度を決める係数を非零のほぼ一定値とし、出力信号パワーがしきい値を越えたときは該係数を出力信号パワーの増加に対して減少させることを特徴とする。   Another adaptive filter according to the present invention includes a filter unit that processes a plurality of channels of input signals and outputs a signal of one channel, and the filter unit is subjected to a predetermined constraint regarding a characteristic change range of the filter unit. A filter update means for updating, and the filter update means compares the output signal power of the filter means with a predetermined threshold value, and determines the update speed of the filter means when the output signal power is below the threshold value. The coefficient is set to a non-zero substantially constant value, and when the output signal power exceeds a threshold value, the coefficient is decreased with respect to the increase of the output signal power.

本発明に係る適応フィルタにおけるフィルタ更新手段は、より具体的には適応フィルタの出力信号パワーを予め定められたしきい値と比較し、出力信号パワーがしきい値以下のときはフィルタ手段の更新速度を決める係数を非零のほぼ一定値とし、出力信号パワーがしきい値を越えたときは該係数を出力信号パワーの増加に対して減少させる制御を行う制御手段と、この制御手段により制御された係数を含む更新演算式に従ってフィルタ手段の更新演算を行う更新演算手段とにより構成される。   More specifically, the filter update means in the adaptive filter according to the present invention compares the output signal power of the adaptive filter with a predetermined threshold value, and updates the filter means when the output signal power is less than or equal to the threshold value. A control means for controlling the speed to be a non-zero, substantially constant value and controlling the coefficient to decrease with respect to an increase in the output signal power when the output signal power exceeds a threshold value, and the control means Update calculation means for performing update calculation of the filter means in accordance with the update calculation formula including the calculated coefficient.

本発明に係る信号処理装置は、上述した適応フィルタの前に複数チャネルの信号から目的信号に関する成分を除去するブロッキングフィルタを配置し、このブロッキングフィルタの出力信号を適応フィルタに参照信号として入力する。   The signal processing apparatus according to the present invention arranges a blocking filter that removes a component related to a target signal from a signal of a plurality of channels before the above-described adaptive filter, and inputs an output signal of this blocking filter to the adaptive filter as a reference signal.

本発明に係る他の信号処理装置は、第1の適応フィルタと、この第1の適応フィルタより適応速度の大きい第2の適応フィルタとを具備し、第1の適応フィルタは第2の適応フィルタの出力信号に基づいてフィルタの更新が制御されることを特徴とする。このようにすると、収束速度がさらに改善される。   Another signal processing apparatus according to the present invention includes a first adaptive filter and a second adaptive filter having a higher adaptive speed than the first adaptive filter, and the first adaptive filter is a second adaptive filter. The update of the filter is controlled based on the output signal. In this way, the convergence speed is further improved.

ここで、第1の適応フィルタにおいては、その出力信号パワーを予め定められたしきい値と比較し、出力信号パワーがしきい値以下のときは適応速度がほぼ一定値となり、出力信号パワーがしきい値を越えたときは第1および第2の適応フィルタの出力信号パワーに応じて適応速度が変化するように、フィルタの更新が制御される。さらに具体的には、第1の適応フィルタはその出力信号パワーを予め定められたしきい値と比較し、出力信号パワーがしきい値以下のときはフィルタの更新速度を決める係数を非零のほぼ一定値とし、出力信号パワーがしきい値を越えたときは該係数を第1および第2の適応フィルタの出力信号パワーの比の増加に対して減少させるようにする。   Here, in the first adaptive filter, the output signal power is compared with a predetermined threshold value. When the output signal power is equal to or lower than the threshold value, the adaptive speed becomes a substantially constant value, and the output signal power is When the threshold value is exceeded, the update of the filter is controlled so that the adaptive speed changes according to the output signal power of the first and second adaptive filters. More specifically, the first adaptive filter compares its output signal power with a predetermined threshold, and when the output signal power is less than or equal to the threshold, a coefficient that determines the update rate of the filter is non-zero. A substantially constant value is set, and when the output signal power exceeds a threshold value, the coefficient is decreased with respect to an increase in the ratio of the output signal powers of the first and second adaptive filters.

本発明によれば目的信号の歪み防止と雑音への適応防止の両立を可能とした適応フィルタを用いた信号処理装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a signal processing device using an adaptive filter that can achieve both prevention of distortion of a target signal and adaptation to noise.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
(第1の実施形態)
図1を参照して、本発明による適応フィルタを適応ノイズキャンセラに適用した場合の実施形態について説明する。この適応フィルタは、参照信号xに対しフィルタ演算を行って出力信号yを得る遅延線タップフィルタにより構成されるフィルタ部11と、希望応答dからフィルタ部11の出力信号yを減算して適応フィルタの出力信号である誤差信号eを得る減算器12と、参照信号xと誤差信号eに基づいてフィルタ部11のフィルタ特性(フィルタ係数)を更新するフィルタ更新部13からなる。以下、フィルタ部11のフィルタ係数を更新する処理を単にフィルタ更新という。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(First embodiment)
With reference to FIG. 1, an embodiment in which the adaptive filter according to the present invention is applied to an adaptive noise canceller will be described. The adaptive filter includes a filter unit 11 configured by a delay line tap filter that performs a filter operation on the reference signal x to obtain an output signal y, and an adaptive filter by subtracting the output signal y of the filter unit 11 from the desired response d. The subtractor 12 that obtains the error signal e that is the output signal of the filter 11 and the filter update unit 13 that updates the filter characteristic (filter coefficient) of the filter unit 11 based on the reference signal x and the error signal e. Hereinafter, the process of updating the filter coefficient of the filter unit 11 is simply referred to as filter update.

ここで、フィルタ更新部13が図14に示した従来の適応フィルタと異なっている。すなわち、このフィルタ更新部13は、誤差信号eのパワーによって適応モードを切り換え制御する適応モード制御部14と、この適応モード制御部14によって制御される適応モードに従って実際にフィルタ更新演算を行うフィルタ更新演算部15とにより構成される。フィルタ更新演算の詳細については、後述する。   Here, the filter update unit 13 is different from the conventional adaptive filter shown in FIG. In other words, the filter update unit 13 performs an filter update operation that actually performs a filter update operation according to the adaptive mode controlled by the adaptive mode control unit 14 and the adaptive mode control unit 14 that switches and controls the adaptive mode according to the power of the error signal e. And an arithmetic unit 15. Details of the filter update calculation will be described later.

本実施形態では、適応フィルタの適応アルゴリズムとして最も一般的なLMS(Least Mean Squre)法を例として説明するが、適応速度を制御できるアルゴリズムであれば、射影LMS法でもRLS(Recursive Least Squre )法でも、これら以外のアルゴリズムでもよい。   In the present embodiment, the most common LMS (Least Mean Squre) method will be described as an example of the adaptive algorithm of the adaptive filter. However, if the algorithm can control the adaptive speed, the projection LMS method or the RLS (Recursive Least Squre) method is also used. However, other algorithms may be used.

適応ノイズキャンセラでは、例えば図2に示すようにマイクロホンM1を目的信号源の近傍に置き、このマイクロホンM1の出力信号を希望応答dとし、もう一つのマイクロホンM2を妨害雑音源の近傍に置き、このマイクロホンM2の出力信号を参照信号xとして使用する。この場合、マイクロホンM1には目的信号と背景雑音が入力し、マイクロホンM2には妨害雑音と背景雑音が入力する。マイクロホンM2には目的信号がなるべく入力しないようにマイクロホン配置などの設定を行うが、完全に目的信号が入力しないようにすることは困難である。すなわち、マイクロホンM2には実際には妨害雑音と背景雑音のほか、目的信号の成分も一部入力する。   In the adaptive noise canceller, for example, as shown in FIG. 2, the microphone M1 is placed in the vicinity of the target signal source, the output signal of the microphone M1 is set as the desired response d, and another microphone M2 is placed in the vicinity of the interference noise source. The output signal of M2 is used as the reference signal x. In this case, the target signal and the background noise are input to the microphone M1, and the interference noise and the background noise are input to the microphone M2. The microphone arrangement and the like are set so that the target signal is not input to the microphone M2 as much as possible, but it is difficult to completely prevent the target signal from being input. That is, part of the target signal component is actually input to the microphone M2 in addition to the interference noise and the background noise.

一般に、このような適応ノイズキャンセラでは参照信号xと相関のある成分を希望応答dの中から除去するため、マイクロホンM1,M2間で相関の大きい妨害雑音が除去される。実際には、上述のように参照信号x中に目的信号成分が混入した場合、妨害雑音だけでなく目的信号が除去されて目的信号が歪むことがあるため、目的信号が入力した際に適応を遅くする必要がある。   In general, such an adaptive noise canceller removes a component correlated with the reference signal x from the desired response d, so that interference noise having a large correlation between the microphones M1 and M2 is removed. Actually, when the target signal component is mixed in the reference signal x as described above, not only the interference noise but also the target signal may be removed and the target signal may be distorted. Need to be late.

LMS法による適応フィルタのフィルタ更新演算は、従来では先の式(1)または(2)に基づいて行われるが、本実施形態では適応フィルタの出力信号である誤差信号eのパワー(以下、出力信号パワーという)Pに応じて適応モードを切り換え、次式に基づいてフィルタ更新演算を行う。
=d−W (3)
≦Pのとき
n+1 =W−2μe (4)
>Pのとき
n+1 =W−2μe/P (5)
ここで、Pは予め定められた適応モード切換えのしきい値、Wはフィルタ部11のn回の更新後のフィルタ係数、μはステップサイズ、eは適応フィルタの出力信号(誤差信号)、dは希望応答、Xは参照信号xの最新のサンプルから過去のサンプルをフィルタ部11のタップ点数分だけ並べてベクトルとした参照信号ベクトルである。予め設定される各種定数の値は、例えばフィルタ部11のタップ数を100、ステップサイズμを0.001、しきい値Pを平均出力信号パワーの0.001倍とするが、状況に応じて実験的に決めることが望ましい。
Conventionally, the filter update calculation of the adaptive filter by the LMS method is performed based on the above formula (1) or (2). In this embodiment, the power of the error signal e (hereinafter, output) of the adaptive filter is shown. The adaptive mode is switched according to Po (referred to as signal power), and the filter update calculation is performed based on the following equation.
e n = d n -W n T X n (3)
When P o ≦ P a
W n + 1 = W n -2μe n X n P a (4)
When P o > P a
W n + 1 = W n -2μe n X n P a / P o (5)
Here, P a is a predetermined adaptive mode switching threshold, W n is n times updated filtering coefficient of the filter unit 11, mu is a step size, e n is the output signal (error signal of the adaptive filter ), the d n desired response, X n is a reference signal vector and the past samples from the most recent sample arranged by tapping of the specified number of filter portion 11 vector of the reference signal x. The values of the various constants to be set in advance, for example, 100 the number of taps of the filter unit 11, the step size mu 0.001, but 0.001 times the average output signal power threshold P a, depending on the circumstances It is desirable to decide experimentally.

次に、本実施形態におけるフィルタ更新動作について図3を用いて説明する。図3は、フィルタ更新演算式(2)(4)(5)における更新量を表す右辺第2項において、誤差信号eと参照信号Xの積eに掛かる係数(フィルタ係数の更新速度を決める係数)の大きさの変化を図示したもので、この係数の大きさをステップサイズμと区別して便宜上、実効ステップサイズと呼ぶことにする。図3(a)は、従来の改良されたNLMS法におけるフィルタ更新演算式である式(2)において、しきい値P以下で適応停止を行った場合の実効ステップサイズを参照信号パワーPと出力信号パワーPの和に対して示したものであり、(b)は本実施形態に基づくフィルタ更新演算式(4)(5)の場合の実効ステップサイズを出力信号パワーPに対して示している。 Next, the filter update operation in the present embodiment will be described with reference to FIG. 3, in the second term on the right side representing the update amount of filter update calculation formula (2) (4) (5), applied to the product e n X n of the reference signal X n and the error signal e n coefficients (filter coefficients The change in the magnitude of the coefficient that determines the update speed is shown in the figure, and the magnitude of this coefficient is distinguished from the step size μ and will be referred to as the effective step size for convenience. FIG. 3A shows the effective step size when the adaptive stop is performed at a threshold value Pa or less in the formula (2), which is a filter update calculation formula in the conventional improved NLMS method, and the reference signal power P r. to a have the meanings indicated with respect to the sum of the output signal power P o, (b) the output signal power P o the effective step size when the filter update calculation formula based on the embodiment (4) (5) It shows.

NLMS法では、従来の技術でも述べたように、妨害雑音も目的信号もなく参照信号パワーP、または参照信号パワーPと出力信号パワーPの和が低い場合には、背景雑音に対して適応が進み、フィルタ係数が本来除去したい妨害雑音を除去するための値から遠ざかってしまうことを防ぐために、PまたはP+Pがしきい値P以下になったときに適応を停止している。この場合、図3(a)に示すように実効ステップサイズは0になるので、PまたはP+Pがしきい値P以下となるような妨害雑音に対しては、全く適応できないことになる。 In the NLMS method, as described in the prior art, when there is no interference noise and no target signal, the reference signal power P r or the sum of the reference signal power P r and the output signal power P o is low with respect to the background noise. adaptive Te proceeds, in order to prevent the filter coefficients will be away from the value for removing interference noise to be removed originally stopped adaptation when P r or P r + P o is equal to or less than the threshold value P a is doing. In this case, since 0 is the effective step size as shown in FIG. 3 (a), the P r or P r + P o is for the interfering noise that becomes equal to or smaller than the threshold value P a, not at all adapted become.

これに対し、本実施形態では出力信号パワーPがしきい値P以下の場合は式(4)によりフィルタ更新を行い、出力信号パワーPがしきい値Pより大きい場合は式(5)によりフィルタ更新を行うように適応モードを切り換えている。式(4)はステップサイズ固定のLMS法に基づくフィルタ更新演算式、式(5)はNLMS法に基づくフィルタ更新演算式であり、実効ステップサイズは出力信号パワーPに対して図3(b)に示したように変化する。 In contrast, in the present embodiment, in the filter updated by equation (4) when the output signal power P o is less than or equal to the threshold P a, when the output signal power P o is greater than the threshold value P a is the formula ( The adaptive mode is switched so that the filter is updated according to 5). Equation (4) is a filter updating calculation formula based on the LMS method step size fixed, equation (5) is a filter update calculation formula based on the NLMS method, FIG effective step size for the output signal power P o (b ).

すなわち、本実施形態ではP≦Pの場合は実効ステップサイズは2μ×Pなる非零の一定値であり、P>Pの場合は実効ステップサイズは2μ*P/PとなってPに反比例する。なお、P≦Pの場合の実効ステップサイズは厳密に非零の一定値である必要はなく、ほぼ一定値であればよい。 That is, in the present embodiment, when P o ≦ P a , the effective step size is a non-zero constant value of 2 μ × P a , and when P o > P a , the effective step size is 2 μ * P a / P o. become inversely proportional to P o. Note that the effective step size in the case of P o ≦ P a need not be a strictly non-zero constant value, but may be an almost constant value.

従って、出力信号パワーPがしきい値P以下の場合の式(4)によるフィルタ更新でも、完全に適応を停止しないので、妨害雑音に適応することができ、しかも式(4)はステップサイズ固定のフィルタ更新であるため、レベルの低い背景雑音に適応してしまうことは少ない。一方、出力信号パワーPがしきい値Pより大きい場合の式(5)によるフィルタ更新では、図3(b)において出力信号パワーPがしきい値P以上の部分に示されるように、実効ステップサイズが出力信号パワーPに反比例し適応が遅くなってくるので、目的信号の歪みを低減できる。 Accordingly, even in the filter update by the formula (4) in the case where the output signal power P o is less than or equal to the threshold P a, it does not stop perfectly adapted, can be adapted to interfere noise, moreover formula (4) Step Since it is a fixed size filter update, it is unlikely to adapt to low-level background noise. On the other hand, the filter update by the formula (5) in the case where the output signal power P o is greater than the threshold P a, so that the output signal power P o in FIG. 3 (b) is shown in more portions threshold P a to, the effective step size is inversely proportional to the output signal power P o adaptation comes late, it is possible to reduce the distortion of the target signal.

次に、図4に示すフローチャートを参照して上述した適応フィルタ処理の流れを説明する。
まず、初期設定でステップサイズμ、適応モード切り換えのしきい値P、フィルタ長Kを設定し、フィルタ係数を例えば全て0、フィルタ更新回数nを0とおく(ステップS11)。
Next, the flow of the adaptive filter process described above will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
First, step size μ, adaptive mode switching threshold value P a , and filter length K are set as initial settings, all filter coefficients are set to 0, and the number of filter updates n is set to 0 (step S11).

次に、参照信号xの複数のサンプルから参照信号ベクトルXを構成した後、
式(3)により適応フィルタ出力信号(誤差信号)eを計算し、この出力信号eのパワーPを計算する。出力信号パワーPの計算は、例えば信号eの最新の値からフィルタ部11のタップ数分までの過去の値の平均値を用いるようにする(ステップS12)。
Next, after constructing the reference signal vector Xn from a plurality of samples of the reference signal x,
An adaptive filter output signal (error signal) e n calculated by Equation (3) to calculate the power P o of the output signal e n. Calculation of the output signal power P o, for example, from the latest value of the signal e n to use a mean value of the past values of up to several minutes taps of the filter section 11 (step S12).

次に、ステップS13において出力信号パワーPとしきい値Pを比較し、P≦Pの場合はステップS14に進み、P>Pの場合はステップS15に進む。ステップS14では、式(4)に従ってフィルタ更新を行い、ステップS16に進む。ステップS15では、式(5)に従ってフィルタ更新を行い、ステップS16に進む。ステップS16では、nをインクリメントし、ステップS12に戻る。そして、以上の処理を入力データの数だけ繰り返す。 Then, by comparing the output signal power P o and the threshold P a in step S13, in the case of P oP a flow proceeds to step S14, in the case of P o> P a flow proceeds to step S15. In step S14, the filter is updated according to equation (4), and the process proceeds to step S16. In step S15, the filter is updated according to the equation (5), and the process proceeds to step S16. In step S16, n is incremented and the process returns to step S12. The above processing is repeated for the number of input data.

このように本実施形態では、出力信号パワーPに応じて適応フィルタの適応モードをステップサイズ固定のLMS法とNLMS法との間で切り換え制御することにより、目的信号の歪み低減と背景雑音への適応防止の両立を図ることができる。 Thus, in this embodiment, the adaptive mode of the adaptive filter in response to the output signal power P o by switching control between the LMS method and NLMS method step size fixed, the distortion reduction and background noise target signal It is possible to achieve both prevention of adaptation.

本実施形態では、P>Pの場合の実効ステップサイズを式(5)に示されるようにμ*P/Pとして出力信号パワーPに反比例するようにしたが、必ずしも正確に反比例するようにする必要はなく、出力信号パワーPの増加に対して減少させるようにすればよい。また、このようにP>Pの場合の実効ステップサイズを出力信号パワーPの増加のみに依存して減少させる代りに、従来技術におけるフィルタ特性の更新演算式である式(2)に示されるように、参照信号パワーPと出力信号パワーPとの和の増加に対して減少させるようにしてもよい。 In the present embodiment, the effective step size in the case of P o > P a is set to μ * P a / P o as shown in the equation (5), but is inversely proportional to the output signal power P o , but it is not necessarily accurate. It is not necessary to make it in inverse proportion, and it is sufficient to decrease the output signal power Po with respect to the increase. In addition, instead of reducing the effective step size in the case of P o > P a only depending on the increase in the output signal power P o , Equation (2), which is a filter characteristic update calculation formula in the prior art, is used. As shown, it may be decreased with respect to an increase in the sum of the reference signal power Pr and the output signal power Po .

(第2の実施形態)
本実施形態では、本発明による適応フィルタを多チャネルに拡張した場合につしいて説明する。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, a case where the adaptive filter according to the present invention is extended to multiple channels will be described.

この適応フィルタは、図5に示すように複数チャネル(Mチャネル)の参照信号xに単位フィルタ部21−1〜21−Mでフィルタ演算を施した後、それらの出力信号の和yを加算器26で求めて出力するフィルタ部21と、希望応答dからフィルタ部21の出力信号yを減算して適応フィルタの出力信号である誤差信号eを得る減算器22と、参照信号xと誤差信号eに基づいてフィルタ部21の特性(フィルタ係数)を更新するフィルタ更新部23からなる。   As shown in FIG. 5, this adaptive filter performs a filter operation on a reference signal x of a plurality of channels (M channels) by unit filter units 21-1 to 21-M, and then adds the sum y of the output signals to an adder. 26, a subtractor 22 that subtracts the output signal y of the filter unit 21 from the desired response d to obtain an error signal e that is an output signal of the adaptive filter, a reference signal x, and an error signal e. The filter update unit 23 updates the characteristic (filter coefficient) of the filter unit 21 based on the above.

フィルタ更新部23は、誤差信号eのパワーに応じて適応モードを切り換え制御する適応モード制御部24と、この適応モード制御部24によって制御される適応モードに従って実際にフィルタ更新演算を行うフィルタ更新演算部25とにより構成される。   The filter update unit 23 includes an adaptive mode control unit 24 that performs switching control of the adaptive mode according to the power of the error signal e, and a filter update calculation that actually performs a filter update calculation according to the adaptive mode controlled by the adaptive mode control unit 24. Part 25.

次に、本実施形態の適応フィルタの動作を説明する。チャネル数をM、1チャネル当たりの単位フィルタ部21−1〜21−Mの各々のタップ数をKとする。適応フィルタの適応アルゴリズムとしては、最も一般的なLMS法を例として説明するが、適応速度を制御できるアルゴリズムならば射影LMS法でもRLS法でも何でもよいことは第1の実施形態と同様である。   Next, the operation of the adaptive filter of this embodiment will be described. The number of channels is M, and the number of taps of each of the unit filter units 21-1 to 21-M per channel is K. As the adaptive algorithm of the adaptive filter, the most general LMS method will be described as an example. However, as long as the algorithm can control the adaptive speed, the projection LMS method or the RLS method may be used, as in the first embodiment.

多チャネルのフィルタ部21は、図6に示すようなタップ付き遅延線とその各タップ出力に係数を乗じる係数乗算器とからなる遅延線タップフィルタをM個並べて単位フィルタ部21−1〜21−Mが構成される。この多チャネルフィルタ部21のフィルタ特性は、mチャネル目の遅延線タップフィルタのk番目の係数wm,k を並べたベクトル
=(w1,1 ,w1,2 ,…,w1,K
…,wM−1,1 ,…,wM−1,K (6)
により表し、参照信号xは図5においてmチャネル目の参照信号の最新のサンプルxm,n からフィルタタップ数分過去までのサンプルを並べた次式により表すことにする。
The multi-channel filter unit 21 includes M unit delay line tap filters each including a delay line with a tap as shown in FIG. 6 and a coefficient multiplier that multiplies each tap output by a coefficient. M is configured. The filter characteristic of the multichannel filter unit 21 is a vector in which k-th coefficients w m, k of the m- th channel delay line tap filter are arranged.
W n = (w 1,1 , w 1,2 ,..., W 1, K ,
..., w M-1,1 , ..., w M-1, K ) T (6)
In FIG. 5, the reference signal x is represented by the following equation in which samples from the latest sample xm , n of the m-th channel reference signal to the number of filter taps are arranged.

=(x1,n ,x1,n−1 ,…,x1,n−K+1
…,xM,n ,xM,n−1 ,…,xM,n−K+1 (7)
フィルタ更新演算は上のW,Xを用いると、式(3)(4)(5)と全く同様に、次式に基づいて行われる。
Xn = (x1 , n , x1 , n-1 ,..., X1 , n-K + 1 ,
..., xM , n , xM , n-1 , ..., xM , n-K + 1 ) T (7)
When the above W n and X n are used, the filter update calculation is performed based on the following expression, just like Expressions (3), (4), and (5).

=d−W (8)
≦Pのとき
n+1 =W−2μe (9)
>Pのとき
n+1 =W−2μe/P (10)
ここで、Pは予め定められた適応モード切換えのしきい値、eは適応フィルタの出力信号(誤差信号)、Pは出力信号パワー、μはステップサイズである。予め設定される各種定数の値は、例えば単位フィルタ部11−1〜11−Mの各々のタップ数を100、ステップサイズμを0.001、しきい値Pを平均出力信号パワーの0.001倍とするが、状況に応じて実験的に決めるのが望ましい。
e n = d n -W n T X n (8)
When P o ≦ P a
W n + 1 = W n -2μe n X n P a (9)
When P o > P a
W n + 1 = W n -2μe n X n P a / P o (10)
Here, P a is a predetermined adaptive mode switching threshold, e n is the output signal (error signal) of the adaptive filter, P o is the output signal power, the μ is the step size. The values of the various constants to be set in advance, for example, the unit filter unit 11-1 to 11-M each number of taps 100, a step size mu 0.001, 0 of the average output signal power threshold P a. Although it is 001 times, it is desirable to determine experimentally according to the situation.

本実施形態においても、第1の実施形態の場合と同様に、適応フィルタの出力信号パワーPにより適応モードをステップサイズ固定のLMSとNLMSとの間で切り換えており、式(9)のステップサイズ固定のLMS法では雑音への適応を防止し、式(10)のNLMS法では目的信号の歪みを低減している。 Also in this embodiment, as in the case of the first embodiment, the adaptive mode is switched between LMS and NLMS with a fixed step size by the output signal power Po of the adaptive filter. The fixed size LMS method prevents adaptation to noise, and the NLMS method of Equation (10) reduces the distortion of the target signal.

本実施形態の適応フィルタの処理の流れは第1の実施形態と同様であるので、改めて述べない。   Since the processing flow of the adaptive filter of this embodiment is the same as that of the first embodiment, it will not be described again.

このように本実施形態では、多チャネル入力の適応フィルタにおいて出力信号パワーPに応じて適応フィルタの適応モードをステップサイズ固定のLMS法とNLMS法との間で切り換え制御することにより、目的信号の歪み低減と背景雑音への適応防止の両立を図ることができる。 As described above, in the present embodiment, the adaptive signal of the adaptive filter is switched and controlled between the LMS method and the NLMS method with a fixed step size according to the output signal power Po in the multi-channel input adaptive filter. It is possible to achieve both reduction of distortion and prevention of adaptation to background noise.

本実施形態では、P>Pの場合の実効ステップサイズを式(10)に示されるようにμ*P/Pとして出力信号パワーPに反比例するようにしたが、必ずしも正確に反比例するようにする必要はなく、出力信号パワーPの増加に対して減少させるようにすればよい。また、このようにP>Pの場合の実効ステップサイズを出力信号パワーPの増加のみに依存して減少させる代りに、従来技術におけるフィルタ特性の更新演算式である式(2)に示されるように、参照信号パワーPと出力信号パワーPとの和の増加に対して減少させるようにしてもよい。 In this embodiment, the effective step size in the case of P o > P a is set to μ * P a / P o as shown in the equation (10), but is inversely proportional to the output signal power P o , but it is not necessarily accurate. It is not necessary to make it in inverse proportion, and it is sufficient to decrease the output signal power Po with respect to the increase. In addition, instead of reducing the effective step size in the case of P o > P a only depending on the increase in the output signal power P o , Equation (2), which is a filter characteristic update calculation formula in the prior art, is used. As shown, it may be decreased with respect to an increase in the sum of the reference signal power Pr and the output signal power Po .

(第3の実施形態)
次に、第1または第2の実施形態で述べた適応フィルタを、妨害雑音を抑圧して特定の方向から到来する目的信号のみを抽出する適応ビームフォーマに適用した実施形態について図7を用いて説明する。
(Third embodiment)
Next, an embodiment in which the adaptive filter described in the first or second embodiment is applied to an adaptive beamformer that extracts only a target signal coming from a specific direction while suppressing interference noise will be described with reference to FIG. explain.

図7は、適応ビームフォーマの中でも一般的な一般化サイドローブキャンセル(GSC)と呼ばれる構成を示しており、複数チャネル(Mチャネル)の入力信号sから目的信号を除去してM−1チャネルの信号を出力するブロッキングフィルタ41と、第1または第2の実施形態で説明した適応フィルタ42と、Mチャネルの入力信号sの加算を行う加算器43からなる。   FIG. 7 shows a configuration called generalized sidelobe cancellation (GSC), which is a general example of an adaptive beamformer. The target signal is removed from an input signal s of a plurality of channels (M channels), and the M-1 channel. It comprises a blocking filter 41 that outputs a signal, the adaptive filter 42 described in the first or second embodiment, and an adder 43 that adds an M-channel input signal s.

M=2の場合はM−1=1であるので、適応フィルタ41として第1の実施形態で説明した1チャネル入力の適応フィルタを用い、M>2の場合は適応フィルタ41として第2の実施形態で説明した多チャネル入力の適応フィルタを用いることになる。ここでは、M>2として説明するが、M=2の場合は単にチャネル数を減らして同様の処理を行うだけである。   Since M−1 = 1 when M = 2, the one-channel input adaptive filter described in the first embodiment is used as the adaptive filter 41, and the second implementation is performed as the adaptive filter 41 when M> 2. The multi-channel input adaptive filter described in the embodiment is used. Here, the description will be made assuming that M> 2, but when M = 2, the number of channels is simply reduced and the same processing is simply performed.

GSCは、目的信号を除去するブロッキングフィルタの構成により種々のものがあるが、ここでは最も簡単なGriffith-Jim型GSCを例にとって説明する。本発明の適応フィルタはブロッキングフィルタの方式に依存していないので、このGriffith-Jim型以外のGSCでも適用可能である。   There are various types of GSC depending on the configuration of the blocking filter for removing the target signal. Here, the simplest Griffith-Jim type GSC will be described as an example. Since the adaptive filter of the present invention does not depend on the method of the blocking filter, it can also be applied to GSCs other than this Griffith-Jim type.

Griffith-Jim型GSCのブロッキングフィルタは、図8に示すようにMチャネルの入力信号の隣り合ったチャネル間の差分をとるフィルタであり、全てのチャネルに目的信号が同位相で入力した場合、目的信号が消去された信号がM−1チャネル分出力される。mチャネル目のブロッキングフィルタの出力信号は、時刻をnとし、mチャネル目の入力信号をsm,n として、
m,n =sm+1,n −sm,n
(m=1,…,M−1) (11)
である。
The Griffith-Jim type GSC blocking filter is a filter that takes the difference between adjacent channels of the M channel input signal as shown in FIG. 8, and when the target signal is input to all channels in the same phase, The signal from which the signal has been deleted is output for M-1 channels. The output signal of the mth channel blocking filter is time n, and the mth channel input signal sm , n .
x m, n = s m + 1, n −s m, n
(M = 1,..., M−1) (11)
It is.

このブロッキングフィルタ41の出力信号を第2の実施形態で述べた適応フィルタ42に参照信号xとして入力してフィルタ更新を行う場合、更新演算式は、適応フィルタ42のフィルタ係数をW=(w1,1 ,w1,2 ,…,w1,K ,…,wM−1,1 ,…,wM−1,K 、参照信号ベクトルをX=(x1,n ,x1,n−1 ,…,x1,n−K+1 ,…,xM,n ,xM,n−1 ,…,xM,n−K+1 として、
=ΣxM,n (12)
=y−W (13)
≦Pのとき
n+1 =W−2μe (14)
>Pのとき
n+1 =W−2μe/P (15)
と表わされる。
When the output signal of the blocking filter 41 is input as the reference signal x to the adaptive filter 42 described in the second embodiment and the filter is updated, the update arithmetic expression represents the filter coefficient of the adaptive filter 42 as W n = (w 1 , 1 , w 1 , 2 ,..., W 1, K ,..., W M−1,1 ,..., W M−1, K ) T , and the reference signal vector X n = (x 1, n , x 1, n−1 ,..., X 1, n−K + 1 ,..., XM , n , xM , n−1 , ..., xM , n−K + 1 ) T
y n = Σx M, n (12)
e n = y n -W n T X n (13)
When P o ≦ P a
W n + 1 = W n -2μe n X n P a (14)
When P o > P a
W n + 1 = W n -2μe n X n P a / P o (15)
It is expressed as

このような適応ビームフォーマを例えば前述したマイクロホンアレイ処理装置に適用して、音声を目的信号として抽出する場合、音声の伝播揺らぎや音源が完全な点音源でないことなどの原因により、ブロッキングフィルタ41のみでは目的信号を完全に除去することは困難である。   When such an adaptive beamformer is applied to, for example, the above-described microphone array processing apparatus and speech is extracted as a target signal, only the blocking filter 41 is caused by causes such as voice propagation fluctuations and the sound source not being a complete point sound source. Therefore, it is difficult to completely remove the target signal.

これに対し、第1または第2の実施形態で説明した適応フィルタをブロッキングフィルタ41の後段に適応フィルタ42として配置すれば、この適応フィルタは前述したように目的信号が入力した場合の目的信号の歪み低減と、妨害雑音と目的信号がない場合の適応フィルタの背景雑音への適応防止が可能であるため、より性能を向上できる。   On the other hand, if the adaptive filter described in the first or second embodiment is arranged as the adaptive filter 42 after the blocking filter 41, the adaptive filter can generate the target signal when the target signal is input as described above. Since it is possible to reduce distortion and prevent adaptation noise from being applied to background noise when there is no interference noise and target signal, the performance can be further improved.

すなわち、本実施形態では適応フィルタ42において出力信号パワーPがしきい値P以下の場合は式(14)によりフィルタ更新を行い、出力信号Pがしきい値Pより大きい場合は式(15)によりフィルタ更新を行うように適応モードを切り換える。式(14)はステップサイズ固定のLMS法なので、パワーの低い背景雑音への適応が少なく、また完全に適応を停止しないので、しきい値P以下の妨害雑音に対しては適応ができる。 That is, when the output signal power P o in the adaptive filter 42 in the present embodiment is less than or equal to the threshold P a performs filter updated by equation (14), when the output signal P o is greater than the threshold P a formula The adaptive mode is switched so that the filter is updated by (15). Since equation (14) LMS method of the step size fixed, less adaptation to low background noise of power, also does not stop completely adaptation can adapt for following interference noise threshold P a.

一方、出力信号パワーが大きい場合の式(15)による更新では、ステップサイズが出力信号パワーに反比例するので目的信号の歪みを低減できる。   On the other hand, in the update by Expression (15) when the output signal power is large, the distortion of the target signal can be reduced because the step size is inversely proportional to the output signal power.

次に、図9に示すフローチャートを参照して本実施形態による適応ビームフォーマの処理の流れを説明する。   Next, the flow of processing of the adaptive beamformer according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

まず、初期設定でステップサイズμ、適応モード切り換えのしきい値P、チャネル数M、フィルタ長Kを設定し、フィルタの係数を例えば全て0、フィルタ更新の回数nを0とおく(ステップS21)。 First, step size μ, adaptive mode switching threshold value P a , number of channels M, and filter length K are set as initial settings, for example, all the filter coefficients are set to 0, and the number n of filter updates is set to 0 (step S21). ).

次に、入力チャネル間の差分信号xm,n を式(11)により計算する(ステップS22)。 Next, the difference signal x m, n between the input channels is calculated by the equation (11) (step S22).

次に、入力信号の和yを式(12)により計算する(ステップS23)。 Then, the sum y n of the input signal calculated by equation (12) (step S23).

次に、差分信号xm,n から参照信号ベクトルXを構成し、誤差信号eを式(13)により計算する(ステップS24)。 Then, the difference signal x m, constitutes a reference signal vector X n from n, the error signal e n is calculated by the equation (13) (step S24).

次に、誤差信号eのパワーPを計算して、ステップS25でPとしきい値Pを比較し、P≦Pの場合はステップS26に進み、P>Pの場合はステップS27に進む。 Next, calculate the power P o of the error signal e n, comparing the P o and the threshold P a in step S25, in the case of P oP a flow proceeds to step S26, if the P o> P a Advances to step S27.

ステップS26では、式(12)に従ってフィルタを更新し、ステップS28に進む。ステップS27では、式(13)に従ってフィルタを更新し、ステップS28に進む。次にステップS28では、nをインクリメントし、ステップS22に戻る。そして、以上の処理を入力データの数だけ繰り返す。   In step S26, the filter is updated according to equation (12), and the process proceeds to step S28. In step S27, the filter is updated according to equation (13), and the process proceeds to step S28. Next, in step S28, n is incremented and the process returns to step S22. The above processing is repeated for the number of input data.

このように本実施形態では適応ビームフォーマ、特にGSCに本発明の適応フィルタを適用することにより、音声などの非定常な信号が入力する場合の雑音抑圧性能を大幅に向上することが可能となる。   As described above, in this embodiment, by applying the adaptive filter of the present invention to an adaptive beamformer, particularly GSC, it is possible to greatly improve the noise suppression performance when a non-stationary signal such as speech is input. .

本実施形態では、P>Pの場合の実効ステップサイズを式(15)に示されるように、μ*P/Pとして出力信号パワーPに反比例させたが、必ずしも正確に反比例するようにする必要はなく、出力信号パワーPの増加に対して減少させるようにすればよい。また、このようにP>Pの場合の実効ステップサイズを出力信号パワーPの増加のみに依存して減少させる代りに、従来技術におけるフィルタ特性の更新演算式である式(2)に示されるように、参照信号パワーPと出力信号パワーPとの和の増加に対して減少させるようにしてもよい。 In the present embodiment, the effective step size in the case of P o> P a as shown in equation (15), but was inversely proportional to μ * P a / P o as the output signal power P o, necessarily accurately inversely proportional It is not necessary to reduce the output signal power Po . In addition, instead of reducing the effective step size in the case of P o > P a only depending on the increase in the output signal power P o , Equation (2), which is a filter characteristic update calculation formula in the prior art, is used. As shown, it may be decreased with respect to an increase in the sum of the reference signal power Pr and the output signal power Po .

(第4の実施形態)
次に、拘束条件の下でパワーを最小化するフロスト型ビームフォーマに本発明の適応フィルタを適用した場合の実施形態について述べる。
(Fourth embodiment)
Next, an embodiment in which the adaptive filter of the present invention is applied to a frosted beamformer that minimizes power under constraint conditions will be described.

本実施形態のフロスト型ビームフォーマは図10に示す構成であり、複数チャネル(Mチャネル)の入力信号xに単位フィルタ部51−1〜51−Mでフィルタ演算を施した後、それらの出力信号の和yを加算器56で求めて出力するフィルタ部51と、出力信号yに基づいてフィルタ部51の特性(フィルタ係数)を更新するフィルタ更新部53からなる。フィルタ部51は、例えば図6に示した多チャネルの遅延線タップフィルタによって構成される。チャネル数はM、タップ数はKとする。フィルタ更新部53は、適応モード制御部54とフィルタ更新演算部55および拘束条件設定部57からなる。   The frosted beamformer of the present embodiment has the configuration shown in FIG. 10, and after filtering operations are performed on the input signal x of a plurality of channels (M channels) by the unit filter units 51-1 to 51-M, the output signals thereof are output. The filter unit 51 calculates and outputs the sum y by the adder 56, and the filter update unit 53 updates the characteristic (filter coefficient) of the filter unit 51 based on the output signal y. The filter unit 51 is configured by, for example, a multi-channel delay line tap filter shown in FIG. The number of channels is M and the number of taps is K. The filter update unit 53 includes an adaptive mode control unit 54, a filter update calculation unit 55, and a constraint condition setting unit 57.

フィルタ更新部53では、処理に先立って拘束条件設定部55においてフィルタ部51の特性変化範囲を拘束するための拘束条件を設定し、この拘束条件設定部57で設定された条件の下で、入力信号xに基づいてフィルタ更新演算部55でフィルタ部51の更新演算を行う。このフィルタ更新演算の際、出力信号yのパワーに基づき、適応モード制御部54により適応速度の制御を行う。   In the filter update unit 53, a constraint condition for constraining the characteristic change range of the filter unit 51 is set in the constraint condition setting unit 55 prior to processing, and an input is performed under the conditions set by the constraint condition setting unit 57. Based on the signal x, the filter update calculation unit 55 performs update calculation of the filter unit 51. In this filter update calculation, the adaptive mode control unit 54 controls the adaptive speed based on the power of the output signal y.

ここで、フロスト型ビームフォーマの処理に関して説明する。フロスト型ビームフォーマは、例えば、文献4:O.L.Frost,III,“An Algorithm for Linearly Constrained Adaptive Array Processing ”,Proceeding of The IEEE,Vol.60,No.8,pp.926-935(1972) に詳述されているように、LMSアルゴリズムにより次式に従ってフィルタ更新を行う。   Here, the processing of the frost type beam former will be described. The frost type beam former is described in detail in, for example, Reference 4: OLFrost, III, “An Algorithm for Linearly Constrained Adaptive Array Processing”, Proceeding of The IEEE, Vol. 60, No. 8, pp. 926-935 (1972). As described, the filter update is performed according to the following equation using the LMS algorithm.

=W (16)
n+1 =P[W−μy]+F (17)
ここでnは時刻、W=(w1,1 ,w1,2 ,…,w1,K ,…,wM−1,1 ,…,wM−1,K はフィルタ係数、X=(x1,n ,x1,n−1 ,…,x1,n−K+1 ,…,xM,n ,xM,n−1 ,…,xM,n−K+1 は参照信号ベクトル、Pは拘束条件により定まる部分空間への射影行列、Fは該部分空間から拘束条件を満たす空間への平行移動ベクトル、μはステップサイズ、yはフィルタ出力である。
y n = W n T X n (16)
W n + 1 = P [W n -μy n] + F (17)
Where n is the time, W n = (w 1,1 , w 1,2 ,..., W 1, K ,..., W M−1,1 ,..., W M−1, K ) T is the filter coefficient, Xn = (x1 , n , x1 , n-1 , ..., x1 , n-K + 1 , ..., xM , n , xM , n-1 , ..., xM , n-K + 1 ) T is reference signal vector, P is a projection matrix onto the subspace defined by constraint, F is the translation vector from subspace to satisfying the constraint conditions space, mu is a step size, y n is the filter output.

射影行列Pと平行移動ベクトルFは、
P=I−A(AA)−1 (18)
F=A(AA)−1G (19)
により、適応処理の前に求めておく。ここで、AとGはフィルタの拘束条件を定める行列であり、例えば、拘束条件の数をJとし、AはA=[a,a,…,a,…,a]、GはJ/2+1番めのみ値が1で、他の要素は0のベクトルとする。aは例えば、
i=K*(m−1)+(K/2+1)−(J/2+1)+j (20)
(m=1,2,…,M)
で計算される番号iの要素の値が1で、他は0のベクトルを用いる。なお、上式において割り算は切り下げとする。
Projection matrix P and translation vector F are
P = I−A (A T A) −1 A T (18)
F = A (A T A) −1 G (19)
Thus, it is obtained before the adaptive processing. Here, A and G is a matrix that defines the constraint condition of the filter, for example, the number of constraints and J, A is A = [a 1, a 2 , ..., a j, ..., a J], G Is a vector with a value of 1 for the first J / 2 + 1 and 0 for the other elements. a j is, for example,
i = K * (m−1) + (K / 2 + 1) − (J / 2 + 1) + j (20)
(M = 1, 2,..., M)
The value of the element of the number i calculated in (1) is 1, and the others are 0 vectors. In the above formula, division is rounded down.

本実施形態においては、このフロスト型ビームフォーマの更新演算式(16)(17)を変更し、次式に基づいてフィルタ更新を行う。
=W (21)
≦Pのとき
n+1 =P[W−μy]+F (22)
>Pのとき
n+1 =P[W−μy/P]+F (23)
ここで、Pは出力信号yのパワー、Pは予め定めたしきい値である。先の実施形態と同様、出力信号パワーPに応じて適応速度を切り換え制御するようにしており、出力信号パワーPがしきい値以下の場合はステップサイズ固定のLMS法、大きければNLMS法に切り換える。
In the present embodiment, the update calculation formulas (16) and (17) of the frost type beam former are changed, and the filter is updated based on the following formula.
y n = W n T X n (21)
When P o ≦ P a
W n + 1 = P [W n -μy n P a] + F (22)
When P o > P a
W n + 1 = P [W n -μy n P a / P o] + F (23)
Here, P o is the power of the output signal y n, the P a is a predetermined threshold. As in the previous embodiment, LMS method step size fixed case and so as to control switching of the adaptation speed, the output signal power P o is less than or equal to the threshold in response to the output signal power P o, NLMS method greater Switch to.

これによりGSCの場合と同様に、目的信号が入力した場合には式(21)のNLMS法により適応速度を遅くして目的信号の歪みを抑え、目的信号も妨害雑音も入力していない場合には式(21)によるステップサイズ固定のLMS法により、背景雑音への適応を少なくしている。   Thus, as in the case of GSC, when the target signal is input, the adaptive speed is slowed down by the NLMS method of Equation (21) to suppress distortion of the target signal, and the target signal and interference noise are not input. Is less adapted to background noise by the LMS method with a fixed step size according to equation (21).

次に、図11を参照して本実施形態の処理の流れを説明する。
まず、初期設定でステップサイズμ、適応モード切り換えしきい値P、チャネル数M、フィルタ長Kを設定し、フィルタの値を例えば全て0、フィルタ更新の回数nを0とおく(ステップS31)。
Next, the processing flow of this embodiment will be described with reference to FIG.
First, the step size by default mu, adaptive mode switching threshold P a, and set the number of channels M, the filter length K, all the values of the filter, for example, 0, placing the number n of the filter update with 0 (step S31) .

次に、拘束条件を定める行列A,Gを構成し、式(18)(19)により行列P,Fを求める(ステップS32)。   Next, the matrices A and G that define the constraint conditions are constructed, and the matrices P and F are obtained by the equations (18) and (19) (step S32).

次に、参照信号ベクトルXを構成し、フィルタ出力yを式(21)により計算する(ステップS33)。 Then configure the reference signal vector X n, the filter output y n is calculated by the equation (21) (step S33).

次に、フィルタ出力信号yのパワーPを計算して、ステップS34でPとしきい値Pとを比較し、P≦Pの場合はステップS35に進み、P>Pの場合はステップS36に進む。 Next, calculate the power P o of the filter output signal y n, comparing the P o and the threshold P a in step S34, in the case of P oP a flow proceeds to step S35, P o> P a In this case, the process proceeds to step S36.

ステップS35では、式(22)に従ってフィルタを更新し、ステップS37に進む。ステップS36では、式(23)に従ってフィルタを更新し、ステップS37に進む。次にステップS37では、nをインクリメントし、ステップS33に戻る。そして、以上の処理を入力データの数だけ繰り返す。   In step S35, the filter is updated according to equation (22), and the process proceeds to step S37. In step S36, the filter is updated according to equation (23), and the process proceeds to step S37. In step S37, n is incremented and the process returns to step S33. The above processing is repeated for the number of input data.

以上に述べたように、フロスト型ビームフォーマに本発明の適応フィルタを適用することにより、音声などの非定常な信号を入力する場合の雑音抑圧性能を大幅に向上することが可能となった。   As described above, by applying the adaptive filter of the present invention to the frosted beamformer, it is possible to greatly improve the noise suppression performance when an unsteady signal such as speech is input.

(第5の実施形態)
次に、第5の実施形態として、本発明による適応フィルタを第1の適応フィルタとし、これと適応速度がより大きい第2の適応フィルタを組み合わせて、第2の適応フィルタの出力信号を利用して第1の適応フィルタの適応速度を制御することにより、第1の適応フィルタの性能をさらに向上させた信号処理装置の実施形態について説明する。これは第1〜第4の実施形態で説明した本発明の適応フィルタの収束速度をさらに改善するものであり、特に定常的な信号が妨害雑音となっている場合のノイズキャンセラやビームフォーマにおいて、目的信号の歪みの低減と収束速度向上を両立することができる。
(Fifth embodiment)
Next, as a fifth embodiment, the adaptive filter according to the present invention is used as a first adaptive filter, and this is combined with a second adaptive filter having a higher adaptive speed, and the output signal of the second adaptive filter is used. An embodiment of a signal processing apparatus in which the performance of the first adaptive filter is further improved by controlling the adaptive speed of the first adaptive filter will be described. This further improves the convergence speed of the adaptive filter of the present invention described in the first to fourth embodiments, and in particular, in a noise canceller or beamformer when a stationary signal is interference noise. It is possible to achieve both reduction in signal distortion and improvement in convergence speed.

図12に、本実施形態による信号処理装置の構成を示す。この信号処理装置は第1の適応フィルタ1と第2の適応フィルタ2により構成され、両者に同じ入力信号が与えられる。   FIG. 12 shows the configuration of the signal processing apparatus according to the present embodiment. This signal processing apparatus is composed of a first adaptive filter 1 and a second adaptive filter 2, and the same input signal is given to both.

第1の適応フィルタ1は第1〜第4の実施形態のいずれかの適応フィルタと同じ構成であり、参照信号xに対してフィルタ演算を行って出力信号y1を得るフィルタ部11−1と、希望応答dからフィルタ部11−1の出力信号を減算して誤差信号e1を得る減算器12−1と、参照信号xと誤差信号e1に基づいてフィルタ部11−1のフィルタ係数を更新する適応モード制御部14−1およびフィルタ更新演算部15−1とからなる。この第1の適応フィルタ1の出力信号が信号処理装置の出力となる。   The first adaptive filter 1 has the same configuration as the adaptive filter of any of the first to fourth embodiments, and performs a filter operation on the reference signal x to obtain an output signal y1, A subtractor 12-1 that subtracts the output signal of the filter unit 11-1 from the desired response d to obtain an error signal e1, and an adaptation that updates the filter coefficient of the filter unit 11-1 based on the reference signal x and the error signal e1. It comprises a mode control unit 14-1 and a filter update calculation unit 15-1. The output signal of the first adaptive filter 1 becomes the output of the signal processing device.

第2の適応フィルタ2は、一般的なNLMSアルゴリズムによる適応フィルタの構成であり、参照信号xに対してフィルタ演算を行って出力信号y2を得るフィルタ部11−2と、希望応答dからフィルタ部11−2の出力信号y2を減算して誤差信号e2を得る減算器12−2と、参照信号xと誤差信号eに基づいてフィルタ更新の演算を行うフィルタ更新演算部15−2とからなる。   The second adaptive filter 2 has a configuration of an adaptive filter based on a general NLMS algorithm, and performs a filter operation on the reference signal x to obtain an output signal y2, and a filter unit from the desired response d. The subtractor 12-2 obtains an error signal e2 by subtracting the output signal y2 of 11-2, and a filter update calculation unit 15-2 that performs a filter update calculation based on the reference signal x and the error signal e.

ここで、第2の適応フィルタ2は第1の適応フィルタ1よりも適応速度が高く設定されており、第2の適応フィルタ2の出力信号パワーに基づき、適応モード制御部14−1において第1の適応フィルタ1の適応速度を制御するようにする。適応速度は、例えばステップサイズの値を大きくしたり、フィルタのタップ数を少なくすることにより大きい値に設定できる。全体の処理は、時刻をn、第1の適応フィルタ1のフィルタ係数をW1、第2の適応フィルタ2のフィルタ係数をW2とおき、次式により行う。   Here, the adaptive speed of the second adaptive filter 2 is set higher than that of the first adaptive filter 1, and the adaptive mode control unit 14-1 performs the first adaptation based on the output signal power of the second adaptive filter 2. The adaptive speed of the adaptive filter 1 is controlled. The adaptation speed can be set to a larger value, for example, by increasing the step size value or decreasing the number of filter taps. The entire processing is performed by the following equation, where time is n, the filter coefficient of the first adaptive filter 1 is W1, and the filter coefficient of the second adaptive filter 2 is W2.

e1=d−W1 (24)
e2=d−W2 (25)
W2n+1 =W2−2μe2/P (26)
P1≦Pのとき
W1n+1 =W1−2μe1 (27)
P1>Pのとき
W1n+1 =W1−2μe1
/P1*(P1/P2)α (28)
ここで、e1,e2はそれぞれ適応フィルタ1,2の出力信号、Pは参照信号パワー、dは希望応答、μ,μはそれぞれ適応フィルタ1,2のステップサイズである。μの値はP*μよりも大きい値とし、例えば、P*μ=0.000003、μ=0.2とする。式(28)におけるαは、適応速度の加速係数であり、例えば、1.5とする。
e1 n = d n -W1 n T X n (24)
e2 n = d n -W2 n T X n (25)
W2 n + 1 = W2 n -2μ 2 e2 n X n / P r (26)
When P1 oP a
W1 n + 1 = W1 n -2μ 1 e1 n X n P a (27)
When P1 o > P a
W1 n + 1 = W1 n -2μ 1 e1 n X n P a
/ P1 o * (P1 o / P2 o ) α (28)
Here, e1 n, e2 n output signals of the adaptive filters 1, P r is the reference signal power, d is desired response, μ 1, μ 2 are each the step size of the adaptive filters 1. The value of μ 2 is larger than P a * μ 1 , for example, P a * μ 1 = 0.000003 and μ 2 = 0.2. Α in the equation (28) is an acceleration coefficient of the adaptive speed, and is set to 1.5, for example.

式(26)の適応フィルタ2の処理は一般的なNLMS法におけるフィルタ更新演算式であり、ステップサイズμを適応フィルタ1のステップサイズμよりも大きくしているため適応が速い。従って、第2の適応フィルタ2では目的信号の歪みが大きいが、素早く妨害雑音を除去することができる。 The process of the adaptive filter 2 in Expression (26) is a filter update calculation expression in a general NLMS method, and the adaptation is fast because the step size μ 2 is larger than the step size μ 1 of the adaptive filter 1. Therefore, in the second adaptive filter 2, although the distortion of the target signal is large, the interference noise can be quickly removed.

一方、第1の適応フィルタ1は逆に適応速度を比較的遅くしているため、妨害雑音が入力した場合、初期収束する前の時点で除去されずに出力された妨害雑音のパワーによって適応速度が遅くなる。   On the other hand, since the adaptive speed of the first adaptive filter 1 is relatively slow, when the interference noise is input, the adaptive speed is determined by the power of the interference noise that is output without being removed before the initial convergence. Becomes slower.

そこで、式(28)に示すように、第1の適応フィルタ1と第2の適応フィルタ2の出力信号パワーの比P1/P2に応じて、第1の適応フィルタ1のフィルタ更新の際の変化を大きくするようにする。妨害雑音が入力した際、収束が速い第2の適応フィルタ2の出力信号パワーP2は、第1の適応フィルタ1の出力信号パワーP1よりも小さいので、パワー比P1/P2は1より大きくなり、第1の低既往フィルタ1の適応が速くなる。一方、目的信号が入力した場合、パワー比P1/P2は1に近い値となるため、第1の適応フィルタ1の適応速度は遅いままであり、入力信号の歪み低減は保持される。 Therefore, as shown in Expression (28), when the filter of the first adaptive filter 1 is updated according to the ratio P1 o / P2 o of the output signal power of the first adaptive filter 1 and the second adaptive filter 2. Try to increase the change of. When interference noise is input, the output signal power P2 o of the second adaptive filter 2 that converges quickly is smaller than the output signal power P1 o of the first adaptive filter 1, so the power ratio P1 o / P2 o is 1. It becomes larger and the adaptation of the first low past filter 1 becomes faster. On the other hand, when the target signal is input, the power ratio P1 o / P2 o becomes a value close to 1, so that the adaptive speed of the first adaptive filter 1 remains low, and the distortion reduction of the input signal is maintained.

次に、図13を参照して本実施形態の処理の流れを説明する。
まず、初期設定でステップサイズμ,μ、適応モード切り換えのしきい値P、適応速度の加速係数α、フィルタ長Kを設定し、フィルタ係数の値を例えば全て0、時刻nを0とおく(ステップS41)。
Next, the processing flow of this embodiment will be described with reference to FIG.
First, the step size mu 1 by default, mu 2, the threshold P a of the adaptive mode switching, the acceleration factor of the adaptive rate alpha, set the filter length K, all the values of the filter coefficients, for example, 0, the time n 0 (Step S41).

次に、参照信号xから参照信号ベクトルXを構成して、誤差信号e1,e2を式(24)(25)により計算し、さらに誤差信号e1,e2のパワーP1,P2を計算する(ステップS42)。 Next, a reference signal vector X n is constructed from the reference signal x n , the error signals e1 n and e2 n are calculated by the equations (24) and (25), and the powers P1 o and e2 n of the error signals e1 n and e2 n are calculated. P2 o is calculated (step S42).

次に、参照信号ベクトルXから参照信号パワーPを求め、式(26)に従い、適応フィルタ2の更新を行う(ステップS43)。 Next, the reference signal power Pr is obtained from the reference signal vector Xn , and the adaptive filter 2 is updated according to the equation (26) (step S43).

次に、ステップS44において誤差信号e1のパワーP1としきい値Pを比較し、P1≦Pの場合はステップS45に進み、P1>Pの場合はステップS46に進む。 Next, compare the power P1 o and the threshold P a of the error signal e1 n at step S44, in the case of P1 oP a flow proceeds to step S45, in the case of P1 o> P a flow proceeds to step S46.

ステップS45では、式(27)に従ってフィルタを更新し、ステップS47に進む。ステップS46では、式(28)に従ってフィルタを更新し、ステップS47に進む。ステップS47では、nをインクリメントし、ステップS42に戻る。そして、以上の処理を入力データの数だけ繰り返す。   In step S45, the filter is updated according to equation (27), and the process proceeds to step S47. In step S46, the filter is updated according to equation (28), and the process proceeds to step S47. In step S47, n is incremented and the process returns to step S42. The above processing is repeated for the number of input data.

このように本実施形態では、出力信号パワーに基づいて適応速度を切換え制御するようにした本発明の適応フィルタを第1の適応フィルタ1として用い、これより適応速度を速くした第2の適応フィルタ2の出力信号に応じて第1の適応フィルタ1の適応速度を変化させることにより、目的信号の歪みを低減したまま収束速度を向上させることが可能となる。   As described above, in the present embodiment, the adaptive filter according to the present invention, in which the adaptive speed is switched and controlled based on the output signal power, is used as the first adaptive filter 1, and the second adaptive filter in which the adaptive speed is faster than this. By changing the adaptive speed of the first adaptive filter 1 in accordance with the output signal of 2, the convergence speed can be improved while reducing the distortion of the target signal.

これにより、適応ノイズキャンセラや適応ビームフォーマにおいて、特に定常的な妨害雑音が入力した場合の妨害雑音抑圧性能を大幅に向上させることができる。本実施形態における適応ビームフォーマは、第3の実施形態で述べたGSC型、第4の実施形態で述べたフロスト型いずれにも適用可能である。   Thereby, in the adaptive noise canceller and the adaptive beamformer, it is possible to greatly improve the interference noise suppression performance particularly when stationary interference noise is input. The adaptive beamformer in this embodiment can be applied to both the GSC type described in the third embodiment and the frost type described in the fourth embodiment.

なお、本実施形態では参照信号が1チャネルの場合について述べたが、第2の実施形態と同様に複数チャネルの参照信号を扱うように構成することも可能である。   In the present embodiment, the case where the reference signal is one channel has been described. However, it is also possible to configure to handle a plurality of channels of reference signals as in the second embodiment.

本発明の第1の実施形態に係る適応フィルタの構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the adaptive filter which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 適応ノイズキャンセラの原理を説明するための図Diagram for explaining the principle of adaptive noise canceller 本発明と従来のフィルタ更新動作を比較して説明するための図The figure for comparing and explaining the present invention and the conventional filter update operation 第1の実施形態における適応フィルタ処理の流れを示すフローチャートThe flowchart which shows the flow of the adaptive filter process in 1st Embodiment. 本発明の第2の実施形態に係る多チャネル化した適応フィルタの構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the adaptive filter made multi-channel based on the 2nd Embodiment of this invention 第2の実施形態における多チャネルフィルタ部の説明図Explanatory drawing of the multi-channel filter part in 2nd Embodiment 本発明の第3の実施形態に係る信号処理装置である適応ビームフォーマの構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the adaptive beamformer which is the signal processing apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 第3の実施形態で用いるブロッキングフィルタの一例の構成を示す図The figure which shows the structure of an example of the blocking filter used by 3rd Embodiment. 第3の実施形態における処理の流れを示すフローチャートThe flowchart which shows the flow of the process in 3rd Embodiment. 本発明の第4の実施形態に係る信号処理装置であるフロスト型ビームフォーマの構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the frost type | mold beam former which is a signal processing apparatus concerning the 4th Embodiment of this invention. 第4の実施形態における処理の流れを示すフローチャートThe flowchart which shows the flow of the process in 4th Embodiment. 本発明の第5の実施形態に係る信号処理装置の構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the signal processing apparatus which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 第5の実施形態における処理の流れを示すフローチャートThe flowchart which shows the flow of the process in 5th Embodiment. 従来の適応フィルタの構成を示すブロック図Block diagram showing the configuration of a conventional adaptive filter

符号の説明Explanation of symbols

1…第1の適応フィルタ
2…第2の適応フィルタ
11,11−1,11−2…フィルタ部
12,12−1,12−2…減算器
13…フィルタ更新部
14,14−1…適応モード制御部
15,15−1,15−2…フィルタ更新演算部
21…フィルタ部
21−1〜21−M…単位フィルタ部
22…減算器
23…フィルタ更新部
24…適応モード制御部
25…フィルタ更新演算部
26…加算器
41…ブロッキングフィルタ
42…適応フィルタ
51…フィルタ部
51−1〜51−M…単位フィルタ部
52…減算器
53…フィルタ更新部
54…適応モード制御部
55…フィルタ更新演算部
56…加算器
57…拘束条件設定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st adaptive filter 2 ... 2nd adaptive filter 11, 11-1, 11-2 ... Filter part 12, 12-1, 12-2 ... Subtractor 13 ... Filter update part 14, 14-1 ... Adaptive Mode control unit 15, 15-1, 15-2 ... Filter update calculation unit 21 ... Filter unit 21-1 to 21-M ... Unit filter unit 22 ... Subtractor 23 ... Filter update unit 24 ... Adaptive mode control unit 25 ... Filter Update calculation unit 26 ... adder 41 ... blocking filter 42 ... adaptive filter 51 ... filter unit 51-1 to 51-M ... unit filter unit 52 ... subtractor 53 ... filter update unit 54 ... adaptive mode control unit 55 ... filter update calculation 56: Adder 57: Restriction condition setting unit

Claims (1)

参照信号に対してフィルタ演算を行って第1の出力信号を得る第1のフィルタ部と、希望応答から前記第1の出力信号を減算して第1の誤差信号を得る第1の減算器と、第1の実効ステップサイズ、前記参照信号及び前記第1の誤差信号に基づいて前記第1のフィルタ部のフィルタ係数を更新する第1のフィルタ更新演算部と、前記第1の実効ステップサイズを制御する適応モード制御部とを含む第1の適応フィルタと、
前記参照信号に対してフィルタ演算を行って第2の出力信号を得る第2のフィルタ部と、前記希望応答から前記第2の出力信号を減算して第2の誤差信号を得る第2の減算器と、第2の実効ステップサイズ、前記参照信号及び前記第2の誤差信号に基づいて前記第2のフィルタ部のフィルタ係数を更新する第2のフィルタ更新演算部とを含む第2の適応フィルタとを具備し、
前記第2の適応フィルタは、前記第1の適応フィルタよりも適応速度が高く設定されており、
前記適応モード制御部が、前記第1の誤差信号の第1のパワー及び前記第2の誤差信号の第2のパワーを計算し、前記第1のパワーを予め定められた閾値と比較し、前記第1のパワーが前記閾値以下のときは前記第1の実効ステップサイズが非零の一定値となるように制御し、前記第1のパワーが前記閾値を超えたときは前記第1の実効ステップサイズが前記第2のパワーに対する前記第1のパワーの比が大きくなるに従って大きくなる値となるように制御することを特徴とする信号処理装置。
A first filter unit that performs a filter operation on the reference signal to obtain a first output signal; a first subtractor that subtracts the first output signal from a desired response to obtain a first error signal; A first filter update calculation unit that updates a filter coefficient of the first filter unit based on the first effective step size, the reference signal, and the first error signal, and the first effective step size . A first adaptive filter including an adaptive mode control unit for controlling;
A second filter unit that performs a filter operation on the reference signal to obtain a second output signal; and a second subtraction that subtracts the second output signal from the desired response to obtain a second error signal. And a second adaptive filter comprising a second effective step size, a second filter update operation unit that updates a filter coefficient of the second filter unit based on the reference signal and the second error signal And
The second adaptive filter is set to have a higher adaptive speed than the first adaptive filter,
The adaptive mode control unit calculates a first power of the first error signal and a second power of the second error signal, compares the first power with a predetermined threshold, and When the first power is less than or equal to the threshold value, the first effective step size is controlled to be a non-zero constant value, and when the first power exceeds the threshold value, the first effective step size is controlled. A signal processing device, wherein the size is controlled to become a value that increases as a ratio of the first power to the second power increases .
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