JP5038143B2 - エコーキャンセル - Google Patents

Description

本発明は、残留エコーキャンセルに関する。更に詳細には、本発明は遠端信号に応じてマイクロフォン信号におけるエコーをキャンセルする装置及び方法に関する。

エコーキャンセルは、音声を再生し且つ受信する、ハンズフリー（hands-free）型の電話機及び他の装置において利用されている。該装置において生成される遠端信号は、該装置のマイクロフォンにより受信され、エコー音を引き起こす。エコーキャンセル装置は一般に、遠端信号をフィルタリングしエコーキャンセル信号を生成するフィルタユニットを含む。フィルタユニットは一般に、可変フィルタ係数を持つ適応フィルタであり、再生トランスデューサ（ラウドスピーカ）と受信トランスデューサ（マイクロフォン）との間の音響経路をモデリングする。実際には、一般的な適応フィルタは、音響経路のインパルス応答を推定し、該推定されたインパルス応答と遠端信号との畳み込みを決定し、エコーキャンセル信号を生成する。該エコーキャンセル信号は次いで、受信されたマイクロフォン信号から減算され、結果の残余信号が、理想的には近端信号に等しい。

しかしながら実際には、フィルタユニットは音響経路を完璧にモデリングすることはできず、最良の適応フィルタでさえ変化する環境にフィルタ係数を即座に適応させることができない。この理由のため、残余信号を更に処理して残留しているエコーを削除するためのポストプロセッサがしばしば利用される。ポストプロセッサの例は、米国特許US6,546,099（Janse/Philips）において開示されており、ここでその全体が本明細書に組み込まれたものとする。しかしながら、ポストプロセッサでさえ、近端信号を歪ませることなく、マイクロフォン信号から全てのエコーを完全に除去することに、しばしば失敗する。

本発明の目的は、先行技術のこれらの及び他の問題を克服し、改善されたエコーキャンセルを提供するエコーキャンセル装置及び方法を提供することにある。

従って、本発明は、遠端信号に応じてマイクロフォン信号におけるエコーをキャンセルするためのエコーキャンセル装置であって、前記装置は、
前記遠端信号をフィルタリングして第１のエコーキャンセル信号を生成するための、第１の適応フィルタ部と、
遅延された遠端信号をフィルタリングして第２のエコーキャンセル信号を生成するための、第２の適応フィルタ部と、
エコーキャンセル信号を前記マイクロフォン信号と組み合わせて残余信号を生成するための、少なくとも１つの組み合わせユニットと、
前記残余信号から残留エコーを略除去するためのポストプロセッサと、
を有し、前記ポストプロセッサは、前記第１のエコーキャンセル信号と前記第２のエコーキャンセル信号との両方を利用するように構成された装置を提供する。

それぞれ遠端信号及び遠端信号の遅延されたバージョンをフィルタリングするための、第１及び第２のフィルタ部を備えることにより、増加された有効フィルタ長が達成される。第１のフィルタ部によってインパルス応答の第１の部分がモデリングされる一方で、第２のフィルタ部によって第２の部分がモデリングされる。組み合わせられた第１及び第２のフィルタ部はかくして、より長いインパルス応答モデルを提供し、それ故単一のフィルタ部により達成されるものよりも優れたマイクロフォン信号におけるエコーの抑制を提供する。

加えて、２つのフィルタ部は、インパルス応答の２つの別個の部分、即ち直接部分と拡散部分とをモデリングすることが可能である。本発明者は、エコー信号に内在するインパルス応答の直接部分と拡散部分とは異なる特性を持ち、それ故インパルス応答のそれぞれの部分の異なるフィルタ係数更新及び異なる推定に帰着し、別個のエコーキャンセル信号を生成することを認識した。本発明によれば、ポストプロセッサは、これら別個のエコー信号を利用して、改善されたエコー抑制を提供する。

ポストプロセッサのエコー抑制は、マイクロフォン信号をも利用することにより、更に改善され得る。該マイクロフォン信号は、直接にポストプロセッサに供給されても良いし、又はエコーキャンセル信号及び１以上の残余信号から導出されても良い。

第１の実施例においては、前記フィルタ部はそれぞれ、個別の関連するフィルタ更新ユニットを持つフィルタユニットを構成し、遅延された遠端信号を提供するために、前記遠端信号を遅延させるための遅延ユニットが備えられる。遅延ユニットにより導入される遅延は、第２のフィルタ部に、第１のフィルタ部とは異なるインパルス応答の部分を処理させる。遅延の範囲は選択されても良いが、第１のフィルタ部のフィルタ長に略対応する遅延を提供するように遅延ユニットが構成されることが好ましい。フィルタ長と略等しい遅延を提供することにより、２つのフィルタ部はインパルス応答の部分をオーバラップさせることなく略連続して動作し、２つのフィルタが等しい長さを持つとすると有効フィルタ長を２倍にする。該遅延及び第１のフィルタ部の長さが共に、インパルス応答の直接部に略対応することが特に好ましい。このことは、第２のフィルタユニットによってカバーされる信号の部分が、インパルス応答の拡散部分に（少なくとも部分的に）対応することを可能とする。各適応フィルタについて別個のフィルタ係数更新ユニットを備えることにより、各更新ユニット及びそれぞれのフィルタ係数が、インパルス応答の関連する部分の特性に合致させられることができる。

当該第１の実施例においては、前記ポストプロセッサは、第１の組み合わせユニットにより生成された第１の残余信号と、第２の組み合わせユニットにより生成された第２の残余信号との両方を利用するように構成されることが更に好ましく、各前記組み合わせユニットは好ましくはそれぞれのフィルタ部と結合される。即ち、それぞれのエコーキャンセル信号を他の信号（マイクロフォン信号又は残余信号）と組み合わせるための少なくとも２つの組み合わせユニットが備えられ、これら組み合わせユニットにより生成された残余信号は全てエコー抑制のためにポストプロセッサにより利用されても良い。全ての残余信号のような、付加的な信号を利用することにより、ポストプロセッサのエコー抑制が更に改善され得る。

第２の実施例においては、前記フィルタ部は合わせて、前記第１のエコーキャンセル信号と前記第２のエコーキャンセル信号との組み合わせを有する組み合わせられたエコーキャンセル信号を生成するように構成された単一の適応フィルタユニットを構成する。

該実施例においては、第１及び第２のフィルタ部を共に有する（単一の）適応フィルタにより、組み合わせられたエコーキャンセル信号が生成される。これらのフィルタ部は好ましくは、第１のフィルタ部が第２のフィルタ部用の遅延を導入するように連結される。それぞれのフィルタ部の個々のエコーキャンセル信号は、マイクロフォン信号と組み合わせるために単一のエコーキャンセル信号へと組み合わせられるが、ポストプロセッサによる利用のために単独で利用可能でもある。このようにして、単一のフィルタユニットを使用しつつ、２つの別個のエコーキャンセル信号を持つという利点が維持される。

有利にも、本発明の装置は更に、エコー末尾を推定するための末尾推定ユニットを更に有し、ポストプロセッサが該推定されたエコー末尾を利用するように構成される。エコー末尾とは、有限のフィルタ長のため第１又は第２のフィルタ部によっては補償され得ないエコー信号の部分を意味すると理解される。

種々のタイプのポストプロセッサが利用され得る。しかしながら、ポストプロセッサは、スペクトル減算のために構成されていることが好ましい。即ち、ポストプロセッサが周波数スペクトル、特に周波数スペクトルの絶対値を減算し、残余信号中のいずれの残留エコーをも除去する。従って、ポストプロセッサが残余信号のスペクトルを決定するように構成される場合、有利である。

ポストプロセッサのスペクトル減算は、オーバサブトラクション係数（over-subtraction factor）を含んでも良い。これらは、周波数スペクトル（の絶対値）がスペクトル減算の前に乗算される係数である。このようにして、スペクトルが重み付けされることができる。オーバサブトラクション係数は、一般に１より僅かに大きい。

本発明は更に、以上に定義されたエコーキャンセル装置を有する機器を提供する。斯かる機器は、（これらに限定するものではない例として）モバイル（携帯）電話機、固定電話機、又は会議システム用のデリゲート端末により構成されても良い。

本発明はまた、遠端信号に応じてマイクロフォン信号におけるエコーをキャンセルする方法であって、前記方法は、
前記遠端信号をフィルタリングして第１のエコーキャンセル信号を生成するステップと、
遅延された遠端信号をフィルタリングして第２のエコーキャンセル信号を生成するステップと、
エコーキャンセル信号を前記マイクロフォン信号と組み合わせて残余信号を生成するステップと、
残留エコーを略除去するために前記残余信号をポストプロセシングするステップと、
を有し、前記ポストプロセシングするステップは、前記第１のエコーキャンセル信号と前記第２のエコーキャンセル信号との両方を利用するステップを含む方法を提供する。本発明の本方法の更なる実施例は、本発明の説明により明らかとなるであろう。

本発明は更に、以上に定義された方法を実行するためのコンピュータプログラムを提供する。コンピュータプログラム製品が、コンピュータプログラムが記録されるＣＤ又はＤＶＤのようなデータ担体を有しても良い。本コンピュータプログラムは、汎用コンピュータ又は特殊用途向けコンピュータにより実行され得る複数のプログラムステップから成る。

本発明は更に、添付図面において説明される実施例を参照しながら、以下に更に説明される。

図１に示される先行技術によるエコーキャンセル装置１'は、遠端信号ｘを受信するための入力端子１１、（処理された）残余信号ｒ_ｐを供給するための出力端子１２、適応フィルタ（ＡＦ）１３、フィルタ更新ユニット１５、（任意の）増幅器１７、ポストプロセッサ１８及び組み合わせユニット１９を有する。増幅器１７は第１のトランスデューサ（ラウドスピーカ）２に結合され、組み合わせユニット１９は第２のトランスデューサ（マイクロフォン）３に結合される。

ラウドスピーカ２は、増幅器１７により増幅された遠端信号ｘを再生する。該再生された遠端信号は、マイクロフォン３において、エコーｅとして近端信号ｓと共に出現する。エコーキャンセル装置１'は、マイクロフォン信号ｚからエコーｅを除去することを試みる。

マイクロフォン信号ｚは、適応フィルタにより生成されたエコーキャンセル信号ｙと組み合わせられる。組み合わせユニット１９は一般に、エコーキャンセル信号ｙが供給される、負即ち逆入力（−）を持つ加算器により構成され、前記信号の減算に帰着する。それ故、組み合わせユニット１９により生成された残余信号ｒは、エコーキャンセル信号ｙとマイクロフォン信号ｚとの差分信号：ｒ＝ｚ−ｙとなる。

フィルタ更新ユニット１５は一般に、遠端信号ｘと残余信号ｙとの相関を決定し、該相関が最小化されるように適応フィルタ１３（の係数）を制御する。図１から、エコーキャンセル信号ｙは、遠端信号ｘに基づくものであることが分かる。このことは、図６を参照しながら後により詳細に説明される。

ポストプロセッサ（ＰＰ）１８は、残留しているエコー成分を除去するように残余信号ｒを処理し、処理された残余信号ｒ_ｐを生成する。エコーキャンセル信号ｙ及びマイクロフォン信号ｚは、補助信号としてポストプロセッサ１８に供給される。

この種のエコーキャンセル装置は、米国特許出願公開US2003/0031315（Belt et al./Philips）において開示されており、ここで全体が本明細に組み込まれたものとする。

図１のエコーキャンセル装置は概ね十分に動作するが、十分に動作せず近端信号が歪められる場合がある。その例は、「ハンズフリー」モードで動作する（モバイル）電話機である。該モードにおいては、遠端信号ｘに応答してラウドスピーカ２によって生成されたエコー信号ｅが、該電話機のユーザにより生成される近端（例えば会話）信号ｓよりもかなり大きくなる。適応フィルタ１３も、ポストプロセッサ１８も、信号の歪を起こすことなく斯かるエコー信号を除去することは可能ではない。本発明は、この問題を解決しようとするものである。

単に限定的でない例として図２に示される本発明によるエコーキャンセル装置１は、入力端子１１、出力端子１２、第１の適応フィルタ１３、第２の適応フィルタ１４、第１のフィルタ更新ユニット１５、第２のフィルタ更新ユニット１６、（任意の）増幅器１７、ポストプロセッサ１８、第１の組み合わせユニット１９、第２の組み合わせユニット２０及び遅延ユニット２１を有する。ディジタルの実施例においては、装置１は更に、適切なＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）及びＤ／Ａ（ディジタル／アナログ）変換器（説明の簡潔さのため図示されてはいない）を有するであろうことは、理解されるであろう。

第１の適応フィルタ１３は第１のエコーキャンセル信号ｙ_１を生成し、第１のエコーキャンセル信号ｙ_１は第１の組み合わせユニット１９においてマイクロフォン信号ｚと組み合わせられ、第１の残余信号ｒ_１を生成する。同様に、第２の適応フィルタ１４は第２のエコーキャンセル信号ｙ_２を生成し、第２の組み合わせユニット２０が第２のエコーキャンセル信号ｙ_２を第１の残余信号ｒ_１と組み合わせ、第２の残余信号ｒ_２を生成する。ポストプロセッサ１８は、該第２の残余信号ｒ_２と、エコーキャンセル信号ｙ_１及びｙ_２とを受信し、処理された残余信号ｒ_ｐを生成する。処理された残余信号ｒ_ｐから、エコーが略完全に除去される。

本発明によれば、第２の適応フィルタ１４が、遅延ユニット２１により生成された遅延された遠端信号ｘ_ｄに対して動作し、一方で第１の適応フィルタ１３が、元の遠端信号ｘに対して動作する。結果として、第１の適応フィルタ１３は、エコー信号の下にあるインパルス応答の第１の部分に対応するエコーをキャンセルし、第２の適応フィルタ１４が前記インパルス応答の更なる第２の部分のエコーをキャンセルする。このことは、図９及び１０を参照しながら更に説明されるであろう。

図９は、「ハンズフリー」モードにおけるモバイル（携帯）電話のインパルス応答の例を示す。図１０は、同じ信号のエネルギー減衰曲線（ＥＤＣ）を示す。インパルス応答は、ラウドスピーカ（図２における２）によりディラック（又は「スパイク」）信号が生成されたときにマイクロフォン（図２における３）により受信される信号であり、インパルス応答は装置及びその周囲の音響的な挙動を表すことは、当業者には明らかであろう。

ＥＤＣは、前記信号の残留エネルギーの尺度であり、数学的には以下のように表現され得る。

ここでｈ_ｍは、ｍ番目の信号サンプルの振幅である。図１０において、図９の信号のＥＤＣが時間の関数として示され、時間はサンプル番号（ｎ）により示されている。

図９の信号の振幅Ａは、最初はゼロである。図示される例においては約２０個のサンプルに対応する（時間はサンプル番号ｎにより示される）短い時間の後、該信号の直接部分がマイクロフォンに到達する。該信号の残留エネルギーが急速に減少するため、このことはＥＤＣ曲線における急激な降下を引き起こす。本例においては１００個のサンプルに対応する時間Ｔの後、該信号の拡散反響部分が開始する。このことは、ｎ＝１００とｎ＝８００との間のＥＤＣは略直線であり、その傾きが該装置が配置された部屋の反響時間（しばしば「Ｔ６０」と呼ばれる）に関連する、図１０において示される。ＥＤＣはデシベル（ｄＢ）で表される対数の尺度であるため、図９のインパルス応答信号は、ｔ＝Ｔから（即ちｎ＝１００から）指数関数的に減衰する。

本発明者は、インパルス応答の直接部分（ｔ＝０からｔ＝Ｔまで）と拡散部分（ｔ＝Ｔから）とは、異なる特性を持つことを認識した。それ故、インパルス応答と（増幅された）遠端信号との畳み込みとして記述され得るエコー信号は、インパルス応答の異なる部分に基づく２つ（又はそれ以上）のエコーキャンセル信号を利用してキャンセルされる。ポストプロセッサの動作は、これら異なるエコーキャンセル信号を利用することにより、かなり改善され得る。

図２に戻ると、フィルタ１３及び１４のフィルタ長並びに遅延ユニット２１の遅延は好ましくは、第１のフィルタ１３がインパルス応答の第１の部分即ち直接部分（ｔ＝０からｔ＝Ｔまで）に対応するエコーキャンセル信号ｙ_１を生成し、第２のフィルタ１４がインパルス応答の第２の部分即ち拡散部分（ｔ＝Ｔから）に対応するエコーキャンセル信号ｙ_２を生成するように選択されることが分かる。このことは、図示される例においては、１００個のサンプルに等しい遅延及びフィルタ長の双方により達成され得る。このことは、第１のエコーキャンセル信号ｙ_１に、最初の１００個のサンプルの間のインパルス応答を略完全にキャンセルさせ、その後に続く１００個のサンプルの間、第２のエコーキャンセル信号ｙ_２が同様のことを達成する。

フィルタユニット１３及び１４の動作は、それぞれのフィルタ（係数）更新ユニット１５及び１６により制御される。これらのフィルタ更新ユニット１５及び１６は、それぞれそれ自体知られた手法（例えば遠端信号ｘと第１の残余信号ｒ_１との相関（フィルタ更新ユニット１５）、及び遅延された遠端信号ｘ_ｄと第２の残余信号ｒ_２との相関（フィルタ更新ユニット１６）に基づく手法）を利用して、フィルタユニット１３及び１４の係数を決定する。本発明によれば、第１のエコーキャンセル信号ｙ_１及び第２のエコーキャンセル信号ｙ_２は共に、いずれの残留エコーをも略除去するために（第２の）残余信号ｒ_２を更に処理するため、ポストプロセッサ１８に供給される。本発明のポストプロセッサは好ましくは、残留エコーを除去するためにスペクトル減算を利用する。従って、処理された残余信号ｒ_ｐの周波数スペクトルＲ_ｐの絶対値｜Ｒ_ｐ｜は、
｜Ｒ_ｐ｜＝｜Ｒ_１｜−γ_１ε｜Ｙ_１｜−γ_２｜Ｙ_２｜ （２）
により計算され得る。
ここで、｜Ｒ_１｜、｜Ｙ_１｜及び｜Ｙ_２｜はそれぞれ（第１の）残余信号ｒ_１、第１のエコーキャンセル信号ｙ_１及び第２のエコーキャンセル信号ｙ_２の周波数スペクトルの絶対値（即ち大きさ）であり、γ_１及びγ_２はそれぞれ第１及び第２のオーバサブトラクション係数であり、εは達成される第１の適応フィルタのエコー反射減衰拡張（ＥＲＬＥ、echo return loss enhancement）の推定値である。それ故、積ε｜Ｙ_１｜は、第１の組み合わせユニット１９の後の残余の直接エコー信号の推定値である。（複素）周波数スペクトルＲ_ｐは、絶対値｜Ｒ_ｐ｜と第２の残余値ｒ_２から計算されるスペクトルＲ_２の位相とを利用して決定される。逆フーリエ変換を利用して、処理された残余信号ｒ_ｐが、複素スペクトルＲ_ｐから決定される。

ＥＲＬＥ係数εは、以下の式により推定され得る。

ここで、｜Ｒ_１｜は（第１の）残余信号ｒ_１の周波数スペクトルの絶対値であり、｜Ｚ｜はマイクロフォン信号ｚの周波数スペクトルの絶対値であり、｜Ｒ_１｜及び｜Ｚ｜は共に近端信号（図２におけるｓ）が存在する（短い）時間に亘って平均化され、従ってマイクロフォン信号はエコー信号のみから成る。それ故、係数εは、エコーが（第１の）適応フィルタにより減衰させられた程度を示す。近端信号が存在しない場合には、残余信号ｒ_１及びそれ故残余信号ｒ_１のスペクトルＲ_１は、理想的にはゼロに等しく、ε＝０である。適応フィルタがエコーキャンセル信号ｙ_１を生成しない場合、残余信号ｒ_１はマイクロフォン信号ｚに等しく、ε＝１である。ＥＲＬＥ係数εはポストプロセッサ１８によって決定されても良いが、ポストプロセッサの外部の別個のユニット（図示されていない）によって決定されても良い。ＥＲＬＥ係数εは典型的には０．２に略等しいが、他の値もまた見出される。

オーバサブトラクション係数γ_１及びγ_２は、式（２）のスペクトル減算におけるそれぞれのスペクトルの重みを決定し、典型的には例えば１．１のように１に比べて僅かに大きいか又は略１に等しい。しかしながら、約０．５から約２．０までの値が利用されても良い。γ_２がγ_１より大きいことが好適である。オーバサブトラクション係数は、エコーキャンセル信号の振幅が一般に「理想的な」値に対して幾分かの差異を持ち、エコー信号を効果的にキャンセルするためには小さ過ぎる場合があるという事実を補償する。

式（２）から、第１のエコーキャンセル信号ｙ_１と第２のエコーキャンセル信号ｙ_２との両方の周波数スペクトルが、ポストプロセッサ１８により利用されることが分かる。加えて、第１の残余信号ｒ_１の周波数スペクトルが、式（２）において利用される。図２は第１の残余信号ｒ_１のポストプロセッサ１８への供給のための直接接続を示しているが、ポストプロセッサは該信号を信号ｒ_２及びｙ_２から導出しても良い。この場合、図３に示すように、前記接続は省略されることができる。

値｜Ｒ_ｐ｜は典型的には、各周波数成分について別個に決定され、それ故周波数に依存する。値｜Ｒ_ｐ｜は更に、
Ｇ＝｜Ｒ_ｐ｜／｜Ｒ_２｜ （４）
によって定義され得る利得係数Ｇを決定するために利用され得る。利得係数Ｇは次いで、残余信号ｒ_２の複素値Ｒ_２を用いて乗算され、処理された残余信号ｒ_ｐのスペクトルＲ_ｐが得られる。即ち、
Ｒ_ｐ＝ＧＲ_２ （５）

（複素）スペクトルＲ_２の元の位相はＲ_ｐを生成するために利用され、更に逆フーリエ変換を利用して、信号ｒ_ｐを生成するために利用される。利得係数Ｇもまた好ましくは周波数に依存することに留意されたい。利得係数は有利にも、信号の歪を低減するために、エコー抑制の量を制限するために利用されても良い。この目的のため、利得係数は最小利得と比較され、該利得係数は１に等しい最小値を持っても良い。

更に、ポストプロセッサ１８は好ましくは、フレーム又はブロック（Ｂ）毎に信号ｚ、ｙ_１、ｙ_２・・・を処理し、複素周波数スペクトルを得るために各ブロックに対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）が実行されることに留意されたい。該複素スペクトルは、良く知られた手法を利用して、大きさ（絶対値）と位相とに分解される。

ポストプロセッサにおいて２つの別個のエコーキャンセル信号（ｙ_１及びｙ_２）を利用することにより、かなり改善されたポストプロセシングが達成され、近端信号を歪ませることなく略完全なエコーキャンセルに帰着する。

式（２）におけるように第１の残余信号ｒ_１を利用する代わりに、ポストプロセッサは、処理された残余信号ｒ_ｐを以下の式を利用して決定するために、マイクロフォン信号ｚを利用しても良い。
｜Ｒ_ｐ｜＝｜Ｚ｜−γ_１｜Ｙ_１｜−γ_２｜Ｙ_２｜ （６）
ここで｜Ｚ｜は、マイクロフォン信号ｚのスペクトルＺの絶対値である。このことは図３において模式的に示されており、図３ではｒ_１をポストプロセッサに供給する接続が省略されている。図２の実施例におけるように、値｜Ｒ_ｐ｜が、式（４）におけるように利得係数Ｇを計算するために利用されても良い。式（６）はＥＲＬＥ係数εを必要としないことに留意されたい。

図４の装置１の例は、図３の装置１と同一の構成要素を含む。加えて、末尾推定ユニット２２がポストプロセッサ１８に結合される。該末尾推定ユニット２２は、信号の「末尾」、即ち制限されたフィルタ長のために第１及び第２のフィルタによってはエコー補償され得ない前記信号の部分の推定を提供する。

図９を参照して、第１のフィルタが好ましくはＴ（与えられた例においては１００個のサンプル）に対応する長さを持ち、一方で第２のフィルタと遅延とが同一の長さを持つことが、以上に説明された。以上に議論された例においては、このことはインパルス応答の最初の２００個のサンプルにおけるエコーのみが、フィルタによって補償される（図１０により示されるように、エコー補償は約−３０ｄＢとなる）ことを意味する。末尾推定ユニット２２は、該「末尾」を推定することにより、前記信号の残りの部分（即ち、２００サンプルからの部分）におけるエコー成分をキャンセルする。出力（処理された残余）信号ｒ_ｐの周波数スペクトル（の絶対値）はこのとき、
｜Ｒ_ｐ｜＝｜Ｚ｜−γ_１｜Ｙ_１｜−γ_２｜Ｙ_２｜−γ_３｜Ｙ_３｜ （７）
により決定され得る。ここでγ_３は、末尾スペクトルＹ_３の絶対値｜Ｙ_３｜のオーバサブトラクション係数である。γ_１及びγ_２の場合と同様に、オーバサブトラクション係数γ_３は、１より僅かに大きいか又は１に略等しく、γ_３＞γ_２＞γ_１である。理解されるように、式（７）は、末尾推定を含む追加された末尾の項を除けば、式（６）と殆ど同一である。末尾スペクトルＹ_３は、
｜Ｙ_３｜＝α｜Ｙ_３｜_−１＋｜Ｙ_２Ｂ｜_−１ （８）
のように推定され得る。ここで添え字「−１」は前のブロック又はフレームを示し、αは当該装置が配置された部屋の反響時間（当業者によってしばしば「Ｔ６０時間」と呼ばれる）に関連する係数であり、αは一般に１より小さい。加えて、Ｙ_２Ｂは、第２のフィルタ１４の最後のＢ個の係数を、遅延された遠端信号ｘ_ｄと畳み込み積分することにより得られる信号のスペクトルである。即ち、

ここでｌ０＝Ｎ_２−Ｂ、ｌ１＝Ｎ_２−１であり、ブロックサイズＢは、８０に略等しい数であり、ｈ_２（ｌ）は第２のフィルタ１４の係数である。このことは、図６及び７を参照しながら、後に更に詳細に説明される。

図４の末尾推定ユニット２２は、図２及び５の実施例に追加されても良いことに留意されたい。

図５の実施例は、単一の適応フィルタ１３'及び関連するフィルタ更新ユニット１５を有する。図５の適応フィルタ１３'は、図２乃至４のエコーキャンセル信号ｙ_１及びｙ_２の組み合わせから成るエコーキャンセル信号ｙを生成する。エコーキャンセル信号ｙの第１の部分はｙ_１から成り、第２の部分はｙ_２に等しい。一般に（必須ではない）、２つの部分は等しい長さを持ち、この場合、第１のエコーキャンセル信号ｙ_１は、合成エコーキャンセル信号ｙの前半を構成し、第２のエコーキャンセル信号ｙ_２が後半を形成する。残余信号ｒ、第１のエコーキャンセル信号ｙ_１及び第２のエコーキャンセル信号ｙ_２は、処理された残余信号ｒ_ｐを生成するためにポストプロセッサ１８に供給される。図５に示される実施例においては、マイクロフォン信号ｚもまたポストプロセッサ１８に供給される。これらの信号の処理は、以上に示された式に従って実行されても良い。

図５のフィルタ１３'の構成が、図６及び７を参照しながら説明される。図６は、図２乃至４によるディジタルフィルタ部１３及び１４並びに遅延ユニット２１を模式的に示す。第１のフィルタ部１３は、それぞれが関連するフィルタ係数ユニット４１_０乃至４１_ｌに結合された、幾つかのフィルタセル４０_０乃至４０_ｌを有する。これらユニット４０_ｉ（ｉ＝０・・・ｌ）のフィルタ係数は、フィルタ更新ユニット１５により決定される。第１のフィルタセル４０_０は、後続するセル（図６及び７の右側）によりシフトされた、遠端信号ｘのサンプルを受信する。各フィルタセル４０_ｉのサンプル値は、それぞれの係数ユニット４１_ｉのフィルタ係数によって乗算され、重み付けされたサンプル値を生成する。合計ユニット４２は、フィルタ１３の全ての重み付けされた値を合計し、第１のエコーキャンセル信号ｙ_１を生成する。重み付けされたサンプル値の反復的な加算が、信号ｘとフィルタ係数との畳み込みになることに留意されたい。

同様に、フィルタ部１４は幾つかのフィルタセル４０_ｌ＋１乃至４０_ｍ及び関連するフィルタ係数ユニット４１_ｌ＋１乃至４１_ｍを持ち、該フィルタ係数ユニット４１_ｌ＋１乃至４１_ｍが重み付けされたサンプル値を生成し、該重み付けされたサンプル値が合計ユニット４３によって合計され、第２のエコーキャンセル信号ｙ_２を生成する。これらのエコーキャンセル信号ｙ_１及びｙ_２は加算器４４において加算され、組み合わせられたエコーキャンセル信号ｙを生成しても良い。

データブロックＢの長さは一般に、フィルタ部の長さ以下であり、それによりサンプルのブロック全体が同時にフィルタリングされることを可能とする。ブロック長Ｂは、上述の式（９）において利用される。フィルタ長がブロック長Ｂに等しい場合は、信号ｙ_２Ｂは信号ｙ_２に等しいことが分かる。ブロック長Ｂがフィルタ長よりも短い場合は、式（９）の信号ｙ_２Ｂを生成するために、別個の合計ユニット４３'（図示されていない）が利用されても良い。

第２のフィルタ部１４は、遅延ユニット２１から遅延された信号サンプルを受信する。遅延ユニット２１により導入された遅延は、第１のフィルタ部１３のフィルタユニット４０_ｉにより引き起こされる遅延に略等しく、それによりフィルタ部１３及び１４がサンプルの連続するセットを処理することが好ましい。

図７の組み合わせられたフィルタユニット１３'もまた、第１のフィルタ部１３及び第２のフィルタ部１４を有する。しかしながら、これらのフィルタ部は分離されておらず、連結されている。サンプルは、第１のフィルタ部１３の最後のフィルタセル４０_ｌから、第２のフィルタ部１４の最初のフィルタセル４０_ｌ＋１へとシフトされる。各フィルタ部は、それぞれのエコーキャンセル信号ｙ_１及びｙ_２を生成するための、専用の合計ユニット４２及び４３を持つ。加算器４４は、これらの個々のエコーキャンセル信号を、組み合わせられたエコーキャンセル信号ｙへと組み合わせる。

図７の実施例においては、遅延ユニット２１は必要とされないことに留意されたい。代わりに、第１のフィルタ部１３が、第２のフィルタ部１４のための適切な遅延を提供する。該遅延は、第１のフィルタ部１３のフィルタ長と正確に対応する。

本発明のエコーキャンセル装置は、例えばモバイル（携帯）電話機といった消費者向け装置のような、他の種々の装置に組み込まれても良い。本発明のエコーキャンセル装置を内蔵した電話機の例８０が、図８に示される。電話機８０は、とりわけ「ハンズフリー」モードにおいて、改善されたエコーキャンセル及び低減された信号の歪により利益を得る。

本発明の好適な実施例は、マイクロフォン信号におけるエコーをキャンセルするためのエコーキャンセル装置であって、前記装置は、
−第１のエコーキャンセル信号を生成するための第１の適応フィルタと、
−前記第１のエコーキャンセル信号と前記マイクロフォン信号とを組み合わせて第１の残余信号を生成するための第１の組み合わせ装置と、
−第２のエコーキャンセル信号を生成するための第２の適応フィルタと、
−前記第１の残余信号と前記第２のエコーキャンセル信号とを組み合わせて第２の残余信号を生成するための第２の組み合わせユニットと、
−前記第２の残余信号における残留エコーを抑制するためのポストプロセッサと、
を有し、前記第１の適応フィルタ及び前記第２の適応フィルタは、エコーインパルス応答の第１の部分及びエコーインパルス応答の第２の部分をキャンセルするように構成された装置として、要約され得る。

上述したように、２つの適応フィルタは、２つの連結された部分を持つ単一の適応フィルタにより置き換えられても良いことが示された。ここで各部分は、同一の利益を得るために、個々のエコーキャンセル信号を生成する。

本発明は、エコーキャンセル装置が有利にも、それぞれが音響的インパルス応答の異なる部分に対して動作し、それぞれが個別のエコーキャンセル信号を生成する、２つのフィルタを有し得るという洞察に基づく。本発明は、２以上の個別のエコーキャンセル信号が有利にも、残余信号から残留エコーを除去するためにポストプロセッサにより利用され得るという更なる洞察から、利益を得る。

本明細書において利用されるいずれの用語も、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではないことに留意されたい。特に、「有する（comprise及びcomprising）」なる語は、明示的に言及されていないいずれの要素をも除外することを意味するものではない。単一の（回路）要素は、複数の（回路）要素又はその同等物により代用されても良い。

本発明は以上に説明された実施例に限定されるものではなく、添付する請求項において定義される本発明の範囲から逸脱することなく多くの変更及び追加が為され得ることは、当業者には理解されるであろう。

先行技術によるエコーキャンセル装置を模式的に示す。 本発明によるエコーキャンセル装置の第１の実施例を模式的に示す。 本発明によるエコーキャンセル装置の第２の実施例を模式的に示す。 本発明によるエコーキャンセル装置の第３の実施例を模式的に示す。 本発明によるエコーキャンセル装置の第４の実施例を模式的に示す。 本発明によるフィルタ部の第１の構成を模式的に示す。 本発明によるフィルタ部の第２の構成を模式的に示す。 本発明による装置を内蔵するモバイル（携帯）電話機を模式的に示す。 モバイル（携帯）電話の一般的なインパルス応答を模式的に示す。 図９のインパルス応答に対応するエネルギー減衰曲線を模式的に示す。

Claims (12)

1. 遠端信号に応じてマイクロフォン信号におけるエコーをキャンセルするためのエコーキャンセル装置であって、前記装置は、
   前記遠端信号をフィルタリングして第１のエコーキャンセル信号を生成するための、第１の適応フィルタ部と、
   遅延された遠端信号をフィルタリングして第２のエコーキャンセル信号を生成するための、第２の適応フィルタ部と、
   前記第１及び第２のエコーキャンセル信号を前記マイクロフォン信号と組み合わせて残余信号を生成するための、少なくとも１つの組み合わせユニットと、
   前記残余信号又は前記マイクロフォン信号から前記第１及び第２のエコーキャンセル信号をスペクトル減算するように構成されたポストプロセッサと、
   を有する装置。
2. 前記フィルタ部はそれぞれ、個別の関連するフィルタ更新ユニットを持つフィルタユニットを構成し、前記第２の適応フィルタ部には前記遠端信号を遅延させるための遅延ユニットが備えられた、請求項１に記載の装置。
3. 前記遅延ユニットは、前記第１のフィルタ部のフィルタ長に略対応する遅延を提供するように構成された、請求項２に記載の装置。
4. 前記ポストプロセッサは、第１の組み合わせユニットにより生成された第１の残余信号と、第２の組み合わせユニットにより生成された第２の残余信号との両方を利用するように構成され、各前記組み合わせユニットは好ましくはそれぞれのフィルタ部と結合される、請求項２に記載の装置。
5. 前記マイクロフォン信号のエコー末尾を推定するための末尾推定ユニットを更に有し、前記ポストプロセッサは前記推定されたエコー末尾を更にスペクトル減算するように構成された、請求項１に記載の装置。
6. 前記組み合わせユニットは、前記第１のエコーキャンセル信号と前記第２のエコーキャンセル信号とを加算して生成したエコーキャンセル信号と、前記マイクロフォン信号と、を組み合わせて前記残余信号を生成するためのものであり、
   前記フィルタ部は合わせて、前記第１のエコーキャンセル信号と前記第２のエコーキャンセル信号とを加算することによりエコーキャンセル信号を生成するように構成された単一の適応フィルタユニットを構成する、請求項１に記載の装置。
7. 前記スペクトル減算はオーバサブトラクション係数を用いて行われる、請求項１に記載の装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載のエコーキャンセル装置を有するオーディオシステム。
9. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載のエコーキャンセル装置を有するモバイル電話装置。
10. 遠端信号に応じてマイクロフォン信号におけるエコーをキャンセルする方法であって、前記方法は、
    前記遠端信号をフィルタリングして第１のエコーキャンセル信号を生成するステップと、
    遅延された遠端信号をフィルタリングして第２のエコーキャンセル信号を生成するステップと、
    前記第１及び第２のエコーキャンセル信号を前記マイクロフォン信号と組み合わせて残余信号を生成するステップと、
    前記残余信号又は前記マイクロフォン信号から前記第１及び第２のエコーキャンセル信号をスペクトル減算するステップを含む方法。
11. 前記マイクロフォン信号の末尾を推定するステップを更に有し、前記ポストプロセシングするステップは前記推定された信号末尾を更にスペクトル減算するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 請求項１０又は１１のいずれか一項に記載の方法を実行するためのコンピュータプログラム。

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