JP5030420B2

JP5030420B2 - 受信オーディオを制限するためのシステム

Info

Publication number: JP5030420B2
Application number: JP2005357794A
Authority: JP
Inventors: ウベシュミットゲルハルト; ハウリックティム; チュークラレンス; ギースブレヒトデーヴィッド
Original assignee: キューエヌエックスソフトウェアシステムズ（ウェイブメイカーズ），インコーポレイテッド
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2005-12-12
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2025-12-12
Also published as: JP2006174456A; CA2529593A1; CN1798217B; US20060126822A1; CN1798217A; JP2012039666A; EP1672803B1; CA2529593C; EP1672803A3; DE602005027304D1; EP1672803A2; US7894598B2; KR20060067881A

Description

本発明は、通信システムにおける改善されたエコーキャンセルを提供する。乗用車中のスピーカーホンまたはハンズフリーの携帯電話機のような多くの通信システムでは、オーディオ信号は、離れた位置から受信され、ラウドスピーカーを介して再生される。逆に、ローカルに作り出された音は、そのラウドスピーカー付近のローカルな環境にある１つ以上のマイクロホンによってピックアップ（ｐｉｃｋｕｐ）される。そのマイクロホン（単数または複数）によって変換されたオーディオ信号は、その通信の反対側の離れた加入者（ｐａｒｔｙ）のために再生されるその離れた位置に戻るように伝送される。典型的には、このラウドスピーカーは、そのマイクロホンの非常に近くに位置する。多くの場合、そのラウドスピーカーからの出力は、マイクロホンによりピックアップされ得、その離れた位置から実際に発せられた音は、その離れた位置に戻って伝送されるオーディオ信号に組み込まれ得る。その結果、その離れた所にいる加入者は、少し遅延した誰かがすでに話した音のエコーを聞き得る。このタイプの音響エコーは、加入者間の通信の質を悪化させる。

エコーキャンセルは、そのマイクロホンがピックアップした信号からそのラウドスピーカー出力を除去するために通信システムにおいて使用される。典型的なエコーキャンセルシステムは、ラウドスピーカーを介してそのラウドスピーカーの出力がどのようなものかを推定するための基準として、ラウドスピーカーを駆動するために使用されるＬｉｎｅ−Ｏｕｔ信号（Ｌｉｎｅ−Ｏｕｔｓｉｇｎａｌ）を使用し、Ｌｉｎｅ−Ｏｕｔ信号はローカル環境を通って伝播する（マイクロホンによってピックアップされ、電気オーディオ信号に戻り変換される）。その後、そのエコー信号推定は、そのマイクロホンピックアップ信号から引かれる。そのマイクロホンで変換される実際のエコー信号のエコー信号推定が整合されるほど、そのエコーキャンセルは正確でかつ完全である。

典型的に、エコーキャンセルは、線形仮定（ｌｉｎｅａｒｐｒｏｐｏｓｉｔｉｏｎ）である。そのラウドスピーカーの出力の変化量は、従来の態様ではマイクロホンのピックアップ信号の影響を受ける。しかし、非線形性がラウドスピーカー内蔵マイクロホン（ＬＥＭ：ｌｏｕｄｓｐｅａｋｅｒ−ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ−ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ）システムが導入されると、複雑なことが起こる。そのラウドスピーカーがそのマイクロホンの非常に近くに位置する場合、またはそのラウドスピーカーにおいて、出力が非常に大きな音量で再生される場合には、エコーキャンセルシステムにおける一般的な問題が存在する。どちらの場合においても、そのマイクロホンにおいて存在する音量は、その通信システムのピックアップ段（ｐｉｃｋ−ｕｐｓｔａｇｅ）の能力を超え得る。そのマイクロホンにおける超過音量は、マイクロホン自体においてかまたはＡ／Ｄゲイン段（Ａ／Ｄｇａｉｎｓｔａｇｅ）のいずれか一方においてクリッピング（ｃｌｉｐｐｉｎｇ）を生じ得る。そのラウドスピーカーの出力がその超過音量によってクリップされる場合、そのエコーキャンセルシステムが、そのマイクロホンで変換されるであろう実際のエコー信号を予想することは不可能となる。このＬＥＭ伝達関数におけるこのような非線形性により、そのマイクロホンピックアップ信号からエコーを効率的に除去することは不可能となる。

したがって、通信システムにおいてエコーキャンセルを提供する向上したシステムの必要性が存在する。この必要性は、そのラウドスピーカーがマイクロホンに非常に近く配置される通信システムにおいては特に大きい。その通信システムが、そのラウドスピーカー出力をそのマイクロホンに戻るように反射し得る多くの隣接する面が存在する狭い空間（例えば、オフィスまたは乗用車）において配置される場合、この必要性はさらに大きい。向上したエコーキャンセルシステムは、そのマイクロホンにおいてクリッピングに導き、クリッピングが生じ始める出力パワーの閾値以下のレベルにラウドスピーカーを制限するラウドスピーカー出力量を確実に予測し得る。ラウドスピーカー出力を選択的に制限することにより、そのラウドスピーカーのダイナミックレンジが、そのＬＥＭシステムの伝達関数の線形範囲に制限され得る。そのラウドスピーカーの出力信号のクリッピングにより生じる非線形性を持たずに、音響ラウドスピーカーエコーは、そのマイクロホンのピイクアップ信号から効率的に除去され得る。

本発明は、音響エコーキャンセルを向上させる目的として、通信システムにおいて受信されたオーディオ信号を制限するためのシステムを提供する。本発明は、特に、離れた音源から受信されたオーディオ信号を再生するためのラウドスピーカー、ローカルな音を変換するためのマイクロホン、遠隔装置へおよび遠隔装置からオーディオ信号を送信および受信するためのトランシーバを備える通信システムにおける使用によく適応される。

本発明によるシステムは、受信されたオーディオ信号を選択的に制限するように動作して、ラウドスピーカー出力がそのマイクロホンによってピックアップされる場合に、それらの信号がラウドスピーカーからの音出力がそのマイクロホンでクリップされないことを確保するためにラウドスピーカーを介して再生される。マイクロホンにおけるクリッピングは、非線形性をそのラウドスピーカー内蔵のマイクロホンシステムの伝達関数に導入し、この伝達関数は、満足なエコーキャンセルを妨ぐ。ラウドスピーカー出力を、クリッピングを生じないことが知られたレンジ内に維持することにより、従来の方法を使用して効率的なエコーキャンセルが達成され得る。

トランシーバ、ラウドスピーカーおよびマイクロホンに加え、本発明を使用する通信システムは、音響エコーを排除するためにマイクロホンピックアップ信号からそのラウドスピーカー出力を除去するための適合（ａｄａｐｔｉｖｅ）エコーキャンセルフィルタも備え得る。ソフトリミッタ（ｓｏｆｔｌｉｍｉｔｅｒ）は、必要に応じて受信されたオーディオ信号を選択的に制限するために、受信されたオーディオ信号の信号路において提供される。低次の（ｌｏｗｏｒｄｅｒ）無限インパルス応答（ＩＩＲ：ｉｎｆｉｎｉｔｅｉｍｐｕｌｓｅｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタはＬＥＭシステムの伝達関数をモデル化し、基準として受信されたオーディオ信号を使用することにより、受信されたオーディオ信号がそのラウドスピーカーを介して再生される場合に、マイクロホンによってピックアップされるであろうエコー信号が推定される。短時間パワー推定は、エコー信号推定から計算され、ラウドスピーカーを介して再生される場合に、受信されるオーディオ信号がそのマイクロホンにおいてクリッピングを生じるか否かを決定するために使用される。生じる場合には、ソフトリミッタのゲインは調節され、受信されたオーディオ信号を十分に減衰させ、ラウドスピーカー出力はマイクロホンにおいてはクリップされない。

本発明は、通信システムにおいて音響エコーを消去する改善された方法を含む。この改善された方法によれば、音響信号が受信されると、受信された信号にもとづいて短時間パワー推定がなされる。短時間パワー推定は、受信されたオーディオ信号が制限無しでそのラウドスピーカーを介して再生されれば、マイクロホンで受信されるであろう推定されたオーディオパワーに対応する。この短時間パワー推定は、次いで、既知のパワー閾値と比較され、この閾値より大きい値で、この信号はマイクロホンによってクリップされる。短時間パワーがクリッピング閾値を超える場合、受信されたオーディオ信号は制限されて、このラウドスピーカーにより出力され、マイクロホンで受信されたオーディオパワー出力値は、既知のクリッピング閾値より小さい値に下がる。

本発明は、さらに以下の手段を提供する。

（項目１）
スピーカーおよびマイクロホンを備える通信システムにおいて、該スピーカーへの出力信号を制限するためのシステムであって、該システムは、
該出力信号がスピーカーによって再生される場合に、該マイクロホンで受信されるオーディオパワーを推定するためのエコーパワー推定器と、
該マイクロホンで受信される該推定されたオーディオパワーが閾値を超える場合に、該スピーカーへの該出力信号を制限するように適合されたリミッタと、
を備える、システム。

（項目２）
上記閾値が、オーディオパワーレベル以上の場合に、上記マイクロホンによって変換されたオーディオ信号がクリップされる該オーディオパワーレベルに対応する、項目１に記載のシステム。

（項目３）
上記エコーパワー推定器が、上記スピーカーから上記マイクロホンへの伝達関数のモデルを備える、項目１に記載のシステム。

（項目４）
上記モデルが、低次の無限インパルス応答フィルタを備える、項目３に記載のシステム。

（項目５）
上記低次の無限インパルスフィルタの係数が、適合エコーキャンセルフィルタから得られる、項目４に記載のシステム。

（項目６）
上記モデルが、複数の適合エコーキャンセルフィルタ係数のそれぞれの平方和をとることによって計算されたスカラー量を含む、項目３に記載のシステム。

（項目７）
上記エコーのパワー推定が、様々な周波数サブバンドにおける上記スピーカーの出力のオーディオのパワーを推定するように適合され、上記リミッタが、該スピーカーの上記出力信号の各々の周波数サブバンドを制限するように適合されている、項目１に記載のシステム。

（項目８）
オーディオ信号を受信および送信するためのトランシーバと、
上記トランシーバによって受信されるオーディオ信号を再生するためのラウドスピーカーと、
該トランシーバによって伝送されるべきオーディオ信号に音を変換するためのマイクロホンと、
受信されたオーディオ信号が該ラウドスピーカーによって再生される場合に、該マイクロホンで受信されることを期待される該オーディオパワーの推定のオーディオパワーを生成するように適合されたパワー推定器回路と、
該オーディオパワー推定値が閾値を超える場合に、該受信されたオーディオ信号を制限するリミッタと
を備える、通信システム。

（項目９）
上記閾値が、上記マイクロホンによって変換されたオーディオ信号がクリップされるオーディオパワーレベルに対応する、項目８に記載の通信システム。

（項目１０）
上記ラウドスピーカー出力をピッキングするマイクロホンの結果である変換されたオーディオ信号部分を除去するために、該マイクロホンによって変換されたオーディオ信号の一部にフィルタをかけるエコーキャンセル回路をさらに備える、項目８に記載の通信システム。

（項目１１）
上記リミッタが、上記マイクロホンを介し上記ラウドスピーカーからのオーディオ伝送特徴が線形のままであるダイナミックレンジへ、該ラウドスピーカー出力を制限するように動作する、項目１０に記載の通信システム。

（項目１２）
上記エコーキャンセル回路が適合フィルタを備える、項目１０に記載の通信システム。

（項目１３）
上記パワー推定回路が、上記エコーキャンセル適合フィルタから得られる係数を有する低次の無限インパルス応答フィルタを備える、項目１２に記載の通信システム。

（項目１４）
上記パワ推定回路が、複数の異なる周波数サブバンドにおける上記マイクロホンで受信されるオーディオパワーを評価するように適合され、上記リミッタが、上記ラウドスピーカーへの出力信号の複数の周波数サブバンドを個々に制限するように適合されている、項目８に記載の通信システム。

（項目１５）
トランシーバと、
該トランシーバによって受信されるオーディオ信号を再生するためのラウドスピーカーと、
該トランシーバによって伝送されるべき伝送オーディオ信号へローカル音を変換するマイクロホンと、
該マイクロホンによって変換されるオーディオ伝送信号を決定するために、該ラウドスピーカーによって再生され、該マイクロホンによってピックアップされる音を有するエコー信号を除去するように構成されるエコーキャンセル回路と、
該エコー信号が該マイクロホンでクリップされないように、該ラウドスピーカーによって再生されるオーディオ信号を制限するように構成される制限回路と
を備える、エコーキャンセリングシステム。

（項目１６）
エコーキャンセル回路が適合フィルタを備える、項目１５に記載のエコーキャンセリングシステム。

（項目１７）
上記ラウドスピーカー、上記マイクロホンおよびこれらが配置される周囲の環境を備える、ラウドスピーカー内蔵のマイクロホンシステムのスペクトルエンベロープのモデルをさらに備える、項目１６に記載のエコーキャンセルシステム。

（項目１８）
上記ラウドスピーカー内蔵のマイクロホンシステムのスペクトルエンベロープのモデルが、上記エコーキャンセル適合フィルタから得られる係数を有する低次の無限インパルス応答フィルタを備える、項目１７に記載のエコーキャンセルシステム。

（項目１９）
上記ラウドスピーカー内蔵のマイクロホンシステムのスペクトルエンベロープのモデルが、上記エコーキャンセル適合フィルタの係数の平方和をとることによって計算されたスカラー値を有する、項目１７に記載のエコーキャンセルシステム。

（項目２０）
上記制限回路が、上記受信されたオーディオ信号内の異なる周波数サブバンドを個々に制限するように適合されている、項目１５に記載のエコーキャンセルシステム。

（項目２１）
受信されたオーディオ信号を再生するラウドスピーカーと、
ローカルオーディオ信号を変換するマイクロホンと、
該ラウドスピーカーによって再生され該マイクロホンによってピックアップされるオーディオ信号に基づくエコー信号を推定し、該ローカルオーディオ信号からの該エコー信号にフィルタをかけるエコーキャンセルフィルタと、
該マイクロホンでクリップが生じるレベル以下に該受信されたオーディオ信号を制限する制限回路と
を備える、エコーキャンセリングシステム。

（項目２２）
上記制限回路が、上記エコーキャンセルフィルタから得られる係数を有する低次の無限インパルス応答フィルタを備える、項目２１に記載のエコーキャンセルシステム。

（項目２３）
上記制限回路が、上記ラウドスピーカーと上記マイクロホンとの間のオーディオ伝達関数のモデルを備える、項目２１に記載のエコーキャンセルシステム。

（項目２４）
上記モデルが、上記エコーキャンセルフィルタの係数から得られるスカラーを備える、項目２３に記載のエコーキャンセルシステム。

（項目２５）
上記制限回路が、上記受信されたオーディオ信号の複数の様々な周波数サブバンドを個々に制限するように適合されている、項目２１に記載のエコーキャンセルシステム。

（項目２６）
ラウドスピーカーおよびマイクロホンを備える通信システムにおいてエコーを消去する方法であって、該方法が、
オーディオ信号を受信することと、
該マイクロホンによってピックアップされるラウドスピーカーからのエコー信号を推定するための基準として上記受信されたオーディオ信号を使用することと、
該ラウドスピーカーおよびマイクロホンの信号伝送特徴、ならびに周辺環境の線形性を維持することを確保するための必要として該受信されたオーディオ信号を制限することと、
該制限された受信オーディオ信号を該ラウドスピーカーを介して再生することと、
該マイクロホンによってピックアップされたオーディオ信号から該推定されたエコー信号にフィルタをかけることと
を包含する、方法。

（項目２７）
上記受信されたオーディオ信号を制限することが、該受信されたオーディオ信号の個々の周波数サブバンドを制限することを含む、項目２６に記載の方法。

（項目２８）
上記マイクロホンからピックアップされたオーディオ信号から推定されたエコー信号にフィルタをかけるステップが、該マイクロホンピックアップ信号から、適合エコーキャンセルフィルタの出力を引くことを含む、項目２６に記載の方法。

（項目２９）
ラウドスピーカーおよびマイクロホンを備える通信システムにおいてエコーを消去する方法であって、該方法が、
オーディオ信号を受信することと、
該受信されたオーディオ信号が該ラウドスピーカーを介して再生された場合に、該マイクロホンで受信されるであろうオーディオのパワーの短時間パワー推定を決定することと、
該短時間パワー推定を、該マイクロホンでクリッピングを生じることが知られた受信されたパワーの閾値と比較することと、
該短時間パワー推定が該受信されたパワーの閾値を超える場合に、該受信されたオーディオ信号を制限すること
を含む、方法。

（項目３０）
上記受信されたオーディオ信号を制限することが、該受信されたオーディオ信号の個々の周波数サブバンドを制限することを含む、項目２９に記載の方法。

（項目３１）
上記マイクロホンによってピックアップされるラウドスピーカーからの上記エコー信号を推定することが、低次の無限インパルス応答に上記受信されたオーディオ信号を与えることを含む、項目２９に記載の方法。

（項目３２）
上記マイクロホンによってピックアップされたオーディオ信号から推定されたエコー信号にフィルタをかけるステップが、マイクロホンピックアップ信号から、適合エコーキャンセルフィルタの出力を引くことを含む、項目２９に記載の方法。

本発明の他のシステム、方法、特徴および利点は、添付図面および詳細な説明を検討するときに当業者に明らかになり得る。すべてのこのような付加的なシステム、方法、特徴および利点が本明細書内にあり、本発明の範囲内であり、添付の特許請求の範囲によって保護されることが意図される。

本発明は、添付の図面および明細書を参照してよりよく理解され得る。図面中の構成要素は、必ずしも同縮尺であることが必要とは限らず、本発明の原理を図示することに以外に誇張されない。さらに、図面中、同じ参照番号は様々な図にわたって対応する部分を示す。

本発明は、通信システムにおける改善されたエコーキャンセルに関する。本発明にしたがって改善されるエコーキャンセルシステムを使用する通信システム１００が図１に示される。通信システム１００は、トランシーバ１０２、ラウドスピーカー１０４、およびマイクロホン１０６を備える。トランシーバ１０２は、遠隔の同じトランシーバ装置へ、および遠隔の同じトランシーバ装置からオーディオ信号を送信および受信するように適応される。トランシーバ１０２が別の遠隔のトランシーバと通信セッション状態である場合、この２つのトランシーバは、トランシーバ１０２と関連付けされるローカルな位置にいる加入者と、その遠隔のトランシーバ１０２に関連付けられる遠隔の加入者との間において双方向通信を提供する。トランシーバ１０２は、例えば、携帯電話機、スピーカーホンベースユニット、またはローカルな加入者および遠隔にいる加入者間の双方向通信を提供するための他の一定の装置であり得る。その遠隔装置から受信されたオーディオ信号は、ラウドスピーカー１０４を介して再生される。マイクロホン１０６によってピックアップされた音は、トランシーバ１０２によってその遠隔装置に戻って伝送されるオーディオ信号へと変換される。このようにして、このローカルなまたは遠隔の加入者は、聴覚的に、通信システム１００を使用して互いに通信し得る。

記載されたように、ラウドスピーカー１０４からの出力がマイクロホン１０６によってピックアップされ、その元々の音源に再伝送される場合には、通信システム１００のような通信システム中にエコーの問題が生じる。その結果、遠隔の加入者によって聞こえるエコーは、２つの加入者によって経験される通信の質の十分なネガティブインパクト（ｎｅｇａｔｉｖｅｉｍｐａｃｔ）を含み得る。

エコーキャンセルフィルタ１０８は、マイクロホン１０６により変換されたオーディオ信号からのラウドスピーカー１０４の出力の効果を除去するように提供される。エコーキャンセルフィルタ１０８は、ラウドスピーカー内蔵のマイクロホン（ＬＥＭ）システムの特徴をモデル化する適合フィルタである。ラウドスピーカー１０４を駆動するのに使用されるＬｉｎｅ−Ｏｕｔ信号１２６を使用して、エコーキャンセルフィルタ１０８は、ＬＥＭシステムのインパルス応答を模倣する。各キャンセルフィルタ１０８は、マイクロホン１０６によって変換されると期待されるオーディオ信号を表すエコー信号推定値１３０を生成する。エコーキャンセルフィルタ１０８は、基準信号およびＬＥＭシステムの既知の特徴にもとづいてエコー信号推定値１３０を生成する。エコー信号推定値１３０は、サミングジャンクション１２０において、マイクロホンがピックアップした実際の信号１２８から引かれる。

理想的には、エコー信号推定値１３０は、マイクロホン１０６によってピックアップされた実際のエコー信号に厳密に整合する。この場合、エコー信号推定値１３０が、マイクロホンがピックアップした信号１２８から引かれる場合、残留誤り信号がゼロとなり、ラウドスピーカーのエコーは、トランシーバ１０２によってその通信の反対側における遠隔トランシーバへ送信される伝送オーディオ信号１２４から完全に排除される。多くの場合、エコー信号推定値１３０は、実際のエコー信号と厳密には整合しない。適合エコーキャンセルフィルタ１０８の係数は、このＬＥＭシステムのエコーキャンセルフィルタのモデルを改善および維持するために、周期的に再計算されなければならない。エコー信号推定値と実際のエコー信号との差は、適合エコーキャンセルフィルタ１０８にフィードバックされ、フィルタ係数の再計算に使用され、このＬＥＭシステムのエコーキャンセルフィルタのモデルを取り出す。いったん、適合エコーキャンセルフィルタの係数はキャリブレーションされると、ラウドスピーカー１０４出力からのエコーは、伝送オーディオ信号１２４から実質的に排除され得る。したがって、伝送オーディオ信号１２４は、遠隔トランシーバにより受信され、遠隔加入者に対して再生される場合、遠隔加入者は、ローカルな加入者からは意向される音のみ聞こえる。エコーのすべてのトレースは、実質的に除去される。

この点について記載される通信システム１００のエコーキャンセル特徴は、ＬＥＭシステムのエコー応答路の伝達関数が線形性を維持する限り、効果的である。しかし、マイクロホンに到達するラウドスピーカー出力が、マイクロホンが処理するには大きすぎる場合、マイクロホン１０６によって受信されるエコー信号はクリップされ得る。マイクロホン１０６におけるクリッピングから生じる非線形性により、エコーキャンセルフィルタ１０８が、マイクロホンピックアップ信号１２８に実際に含まれるエコー信号を予測することが不可能となる。この場合、エコーキャンセルフィルタ１０８が、ラウドスピーカーのエコー信号であろう信号をもはや予測し得ないので、エコーキャンセルフィルタ１０８は、マイクロホンピックアップ信号１２８からラウドスピーカーのエコーを効率的に除去し得ない。このＬＥＭシステムの伝達関数における非線形性の直接的な結果は、エコーがオーディオ伝送信号１２４にクリープバックし得るということである。

通信システム１００は、マイクロホン１０６においてクリッピングを生じない既知のレベルにラウドスピーカー１０４の出力を制限することによってこの問題を解決する。ソフトリミッタ１１８は、受信されたオーディオ信号１２２の信号路に配置され、Ｌｉｎｅ−Ｏｕｔ信号１２６のダイナミックレンジを制限し、ラウドスピーカー１０４からの音量を制御する。ソフトリミッタ１１８は、低次の無限インパルス応答（ＩＩＲ）フィルタ１１２の出力によって制御される。低次のＩＩＲフィルタ１１２は、ＬＥＭシステムのゲインおよびスペクトルエンベロープをモデル化をする。以下に説明するように、低次のＩＩＲフィルタ１１２の係数は、エコーキャンセルフィルタ１０８から得られる。処理時間およびリソースを節約するために、そのＬＥＭシステムのＩＩＲフィルタのスペクトルモデルは、このＬＥＭシステムの真の周波数応答の一定の表現である必要がある。例えば、図２は、適合エコーキャンセルフィルタ（例えば、適合エコーキャンセルフィルタ１０８）によって計測されるＬＥＭシステムの周波数応答と、低次の無限インパルス応答フィルタ（例えば、ＩＩＲフィルタ１１２）によって生成される同ＬＥＭシステムのスペクトルエンベロープの低次（Ｎ＝１０）モデルの比較を示す。ここで見られるように、第１の曲線２００は、鋭いピークと急勾配を特徴とする。このＬＥＭシステムの周波数応答をモデル化する詳細なレベルが、ラウドスピーカーのエコーをマイクロホンピックアップ信号から正確にそして確実に除去するために必要である。第２の曲線２０２は、その細かい周波数応答曲線２００よりずっと滑らかであるが、それにもかかわらず、細かい周波数応答曲線２００と概して同じ形状を維持する。この粗い（ｃｏａｓｅｒ）モデルは、ラウドスピーカー出力を制限する目的としてマイクロホン１０６に到達するラウドスピーカー出力のパワーを推定するには十分である。

図１に戻ると、低次のＩＩＲフィルタ１１２は、エコーキャンセルフィルタ１０８のように、マイクロホン１０６によってピックアップされるだろうラウドスピーカー出力の推定値を表すラウドスピーカー出力の推定信号１３２を出力する。もちろん、ＬＥＭシステムのＩＩＲフィルタのモデルは、正確性についてはエコーキャンセルフィルタ１０８モデルより劣るので、ラウドスピーカー出力推定値１３２は、適合エコーキャンセルフィルタ１０８によって出力されたエコー信号推定値１３０よりずっと粗いエコー信号の推定値である。

ソフトリミッタ１１８は、短時間パワー推定段１１４およびゲイン演算段１１６を備える。低次のＩＩＲフィルタ１１２から出力されるラウドスピーカー推定値１３２は、第１に短時間パワー推定段１１４に与えられる。短時間パワー推定段１１４は、ラウドスピーカー出力推定値１３２の短時間のパワーを計算する。短時間のパワー推定段１１４は、ラウドスピーカー出力推定値１３２を平方し、平滑化のために、この平方した推定値を１次のＩＩＲフィルタに与える。生じる信号は、十分に正確なラウドスピーカー１０４の出力パワーの推定値を提供し、この推定値はマイクロホン１０６で受信される。図３は、ちょうど図示されるように計算された短時間のパワー推定値２０４と、マイクロホン１０６で受信される対応する実際の短時間パワー２０６との比較を示す。ここで見られるように、この２つの曲線は非常に近接して整合しており、ラウドスピーカー出力の短時間パワー推定値を生成するための説明された方法の信頼性を確実にしている。

信頼のある短時間パワー推定値があれば、その推定されたラウドスピーカーの出力信号が、このマイクロホン段のクリッピング閾値を超えるか否かを決定することが可能であり、その場合、量による（ｂｙｗｈａｔａｍｏｕｎｔ）。短時間パワー推定値およびクリッピング閾値との関係に基づいて、マイクロホンにおいてクリップされないであろうレベルにラウドスピーカー出力を制限することが必要な減衰が決定される。ゲイン演算段１１６は、マイクロホン１０６においてクリップされるだろうという心配もなく、ラウドスピーカー１０４を介してオーディオ信号が再生され得る前に、ソフトリミッタ１１８によって受信されたオーディオ信号１２２に与えられなければならない信号のゲインを計算する。

ソフトリミッタ１１８は、ゲイン演算段１１６によって決定される、受信されたオーディオ信号１２２を減衰する。このソフトリミッタ出力は、Ｌｉｎｅ−Ｏｕｔ信号１２６をラウドスピーカー１０４に供給し、基準信号をエコーキャンセルフィルタ１０８に供給する。したがって、ラウドスピーカー１０４の出力は、マイクロホン１０６においてクリッピングを生じないであろうレベルに制限される。このＬＥＭシステムの伝達関数は線形のままであり、オーディオ伝送信号１２４がトランシーバ１０２によって遠隔の装置に送信される前に、音響エコーはオーディオ伝送信号１２４から効率的に除去される。

上述のように、低次のＩＩＲフィルタ１１２の係数は、適合エコーキャンセルフィルタ１０８から得られ得る。これは、図１中の係数演算段１１０により表される。低次のＩＩＲフィルタ１１２の構造は図４中に示される。ＩＩＲフィルタ１１２は、インバースの予測誤りフィルタの構造を有する。このフィルタ係数は、フィルタの安定性を保証するためにＬｅｖｉｎｓｏｎ−Ｄｕｒｂｉｎ帰納アルゴリズムを使用して演算され得る。

このフィルタ係数の演算することは、適合エコーキャンセルフィルタ１０８によって生成されるエコーキャンセルベクトルｈ（ｎ）のフィルタ係数のラグ（ｌａｇ）ｉでの自己相関関数ｒ_ｉ（ｎ）の演算から始まる。時間領域の場合には、エコーキャンセルは以下となる。

係数ｒ_１（ｎ）は、線形方程式系を解くことによって低次のフィルタ係数へ変換される。

ここで、この式は、Ｌｅｖｉｎｓｏｎ−Ｄｕｒｂｉｎ帰納アルゴリズムを使用して解かれ得る。

このエコーキャンセルが、分析および統合フィルタバンクを使用してサブバンドにおいて達成される場合、係数ｒ_１（ｎ）の演算は、エコーキャンセルフィルタ１０８の各サブバンドにおけるすべての係数の平方値の和を演算することから始まる。この作動の結果は、非負の成分を有するベクトルである。このベクトルは、ｃａｎＩＤＦＴを介して時間領域に変換される。実数の成分により、回転因子（ｔｗｉｄｄｌｅｆａｃｔｏｒ）のコサインの項のみが演算される必要がある。さらに言えば、第１のＭ（Ｍ＝ＩＩＲフィルタのフィルタ次数）のビン（ｂｉｎ）は演算される必要がある。その後、時間領域のエコーキャンセルフィルタの場合と同じ演算が達成される。

計算数を減らす必要がある実施のために、ＩＩＲフィルタ係数を計算するための代替的な方法が考えられ得る。ｘ（ｎ）に対して与えられた入力基準信号ｙ（ｎ）のラウドスピーカー出力推定値１３２の計算のための低次のＩＩＲフィルタ係数を計算する代わりに、ＩＩＲフィルタは、スカラ値と取り替えられ得る。例えば、そのスカラは、エコーキャンセルフィルタ１０８におけるフィルタ係数すべての平方和であり得る。

別の代替方法では、個々の周波数帯域に対する上述の全帯域の実施を広げることが可能である。このアプローチにより、臨界のクリッピング閾値以上であるこれらの周波数のみを制限することが可能である。この配置において、ソフトリミッタ１１８の構造は、図１に示すように残る。但し、マルチバンドの変数において、各低次のサブバンド（例えば、精神音響的に動機付けされた臨界のサブバンド（ｐｓｙｃｈｏ−ａｃｏｕｓｔｉｃａｌｌｙｍｏｔｉｖａｔｅｄｃｒｉｔｉｃａｌｓｕｂ−ｂａｎｄ））に対して構成される独立のリミッタが存在することを除く。各臨界のバンドでは、ＬＥＭシステムは、臨界バンドに属するすべてのサブバンドのエコーキャンセルフィルタ係数の平方和であるスカラにより表される。

さらに大きい周波数分解能を達成するために、独立のリミッタが、基準信号の周波数サブバンド分析において演算されるすべてのサブバンドに対して実施され得る。ＬＥＭサブバンドは、そのバンドにおけるエコーキャンセルフィルタ係数の平方和であるスカラである。

本発明の様々な実施形態が記述された一方、本発明の範囲内において、さらに多くの実施形態および実施が可能であることが当業者に明らかである。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびその均等物を考慮する場合のみ制限される。

改善されたエコーキャンセルの受容されたオーディオリミッタを使用する通信システムのブロック図である。ラウドスピーカー内蔵のマイクロホンシステムの周波数応答、および無限インパルス応答フィルタのラウドスピーカー内蔵のマイクロホンシステムの低次のスペクトルモデルを含むチャートである。無限インパルス応答フィルタからのラウドスピーカー出力パワー推定およびそのマイクロホンで記録された対応するラウドスピーカー出力の実際の短時間パワーを含むチャートである。本発明の一実施形態において使用される無限インパルス応答フィルタの構造を示す。

符号の説明

１００通信システム
１０２トランシーバ
１０４ラウドスピーカー
１０６マイクロホン
１０８エコーキャンセルフィルタ
１１６ゲイン演算段
１１８ソフトリミッタ
１２２オーディオ信号
１２４伝送オーディオ信号
１２６Ｌｉｎｅ−Ｏｕｔ信号
１３０エコー信号推定値

Claims

スピーカーおよびマイクロホンを備える通信システムにおいて、該スピーカーへの出力信号を制限するためのシステムであって、
該システムは、
該出力信号がスピーカーによって再生される場合に、該マイクロホンで受信されるオーディオパワーを推定するためのエコーパワー推定器と、
該マイクロホンで受信される該推定されたオーディオパワーが閾値を超える場合に、該スピーカーへの該出力信号を制限するように適合されたリミッタと、
を備える、システム。
前記閾値が、オーディオパワーレベルに対応し、該オーディオパワーレベルよりも上のレベルで、前記マイクロホンによって変換されたオーディオ信号がクリップされる、請求項１に記載のシステム。
前記エコーパワー推定器が、前記スピーカーから前記マイクロホンへの伝達関数のモデルを備える、請求項１に記載のシステム。
前記モデルが、低次の無限インパルス応答フィルタを備える、請求項３に記載のシステム。
前記低次の無限インパルスフィルタの係数が、適合エコーキャンセルフィルタから得られる、請求項４に記載のシステム。
前記モデルが、複数の適合エコーキャンセルフィルタ係数のそれぞれの平方和をとることによって計算されたスカラー量を含む、請求項３に記載のシステム。
前記エコーのパワー推定が、様々な周波数サブバンドにおける前記スピーカーの出力のオーディオのパワーを推定するように適合され、前記リミッタが、該スピーカーへの前記出力信号の各々の周波数サブバンドを制限するように適合されている、請求項１に記載のシステム。
オーディオ信号を受信および送信するためのトランシーバと、
前記トランシーバによって受信されるオーディオ信号を再生するためのラウドスピーカーと、
該トランシーバによって伝送されるべきオーディオ信号に音を変換するためのマイクロホンと、
受信されたオーディオ信号が該ラウドスピーカーによって再生される場合に、該マイクロホンで受信されることを期待される該オーディオパワーの推定のオーディオパワーを生成するように適合されたパワー推定器回路と、
該オーディオパワー推定値が閾値を超える場合に、該受信されたオーディオ信号を制限するリミッタと
を備える、通信システム。
前記閾値が、前記マイクロホンによって変換されたオーディオ信号がクリップされるオーディオパワーレベルに対応する、請求項８に記載の通信システム。
前記ラウドスピーカー出力をピッキングするマイクロホンの結果である変換されたオーディオ信号部分を除去するために、該マイクロホンによって変換されたオーディオ信号の一部にフィルタをかけるエコーキャンセル回路をさらに備える、請求項８に記載の通信システム。
前記リミッタが、前記マイクロホンを介し前記ラウドスピーカーからのオーディオ伝送特徴が線形のままであるダイナミックレンジへ、該ラウドスピーカー出力を制限するように動作する、請求項１０に記載の通信システム。
前記エコーキャンセル回路が適合フィルタを備える、請求項１０に記載の通信システム。
前記パワー推定回路が、前記エコーキャンセル適合フィルタから得られる係数を有する低次の無限インパルス応答フィルタを備える、請求項１２に記載の通信システム。
前記パワー推定回路が、複数の異なる周波数サブバンドにおける前記マイクロホンで受信されるオーディオパワーを推定するように適合され、前記リミッタが、前記ラウドスピーカーへの出力信号の複数の周波数サブバンドを個々に制限するように適合されている、請求項８に記載の通信システム。