JP5161157B2

JP5161157B2 - 周波数領域エコー除去装置、周波数領域エコー除去方法、プログラム

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Publication number: JP5161157B2
Application number: JP2009141913A
Authority: JP
Inventors: 朗中川; 陽一羽田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2009-06-15
Filing date: 2009-06-15
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2029-06-15
Also published as: JP2010288174A

Description

本発明は、拡声通信会議などで使用され、音響信号中のエコーを除去するエコー除去技術に関する。

＜明細書等における記号についての注意＞
一般的な慣例に従い、可能な限り、ベクトルを太字で表記し、スカラーを斜字体で表記することにする。しかし、制度的制約を受けて、ベクトルとスカラーを共に同じ記号で表記している部分がある。このような場合、当該記号がベクトルを意図する場合にベクトルという文言を付すことで、これとスカラーを意図する場合とを区別する。行列についても同様である。

＜背景技術＞
図４は、従来の音響エコー除去装置（以下、エコーキャンセラという。）の要所を示す機能ブロック図である。

受話部１から送られてくる受話信号x(k)（ただしkは時刻を表す。）はスピーカ２で再生される。スピーカ２で再生された音は、反響路３を通り、マイクロホン４で収音される。マイクロホン４で収音されたエコー信号d(k)はエコー除去され、このエコー除去処理で得られた残留信号e(k)が送話部５へ至る。適応フィルタ適用部６は、フィルタ係数ベクトルw(k)を用いて、受話信号x(k)を入力として、擬似エコー信号y(k)を生成する。擬似エコー信号y(k)は、フィルタ係数ベクトルw(k)と受話信号ベクトルx(k)を用いて式（１）で計算される。ここでTは転置を表す。w_j(k)(j=1,…,L)は適応フィルタの各係数である（下記式（３）参照）。

減算部７は、マイクロホン４の出力であるエコー信号d(k)から擬似エコー信号y(k)を差し引き、残留信号e(k)を生成する。適応フィルタ推定部８は、残留信号e(k)と、受話信号x(k)を入力して、フィルタ係数ベクトルw(k)を逐次推定する。適応フィルタ推定部８が推定したフィルタ係数ベクトルw(k)は、適応フィルタ適用部６へ逐次コピーされる。適応フィルタ推定部８のフィルタ係数ベクトルw(k)は、式（２）に従って逐次更新される。ここで、μは更新量を制御するためのパラメータであり、Ｌは適応フィルタのフィルタ長である。

時刻ｋにおける更新ベクトルΔw(k)は適応アルゴリズムによって異なり、それに伴って更新ベクトルを制御するパラメータμも異なる。例えば学習同定法だと、式（５）のように表される。この場合、０＜μ＜２である。

適応フィルタ適用部６で模擬される擬似反響路が反響路３に等しくなるまでの時間が短ければ短いほど、通話相手へエコーが返る時間が短くなる。この時間を短くするため、これらが等しくなるまでの更新の収束速度を速くする研究が多くなされている。その中で、反響路３の特性を式（２）に取り入れて収束速度を速くするＥＳアルゴリズムが知られている。

図５は、ＥＳアルゴリズムを用いるエコーキャンセラの要所を示す機能ブロック図である。図４に示す構成要素と共通の構成要素には、同じ参照番号を付している。
ＥＳアルゴリズムを用いる構成は、減衰係数α_iを与える減衰係数保持部９を具備している。ＥＳアルゴリズムによる更新則は式（８）で表される。ここで、diag[…]はベクトルの各要素を対角要素に持つ対角行列を表し、T_Rは残響時間を表し、T_Sはサンプリング周期を表す。反響路のインパルス応答は、指数減衰することが知られており、この特性を取り入れることにより、収束速度を速くしている（非特許文献１参照）。

一方、各信号を周波数領域信号に変換して、周波数領域でエコーを消去する周波数領域エコーキャンセラも知られている（非特許文献２参照）。

図６は、周波数領域エコーキャンセラの要所を示す機能ブロック図である。図４に示す構成要素と共通の構成要素には、同じ参照番号を付している。ここでは、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）とＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）を用いた処理を例示する。なお、この例では、時間領域の線形畳み込み演算をＦＦＴにおける巡回畳み込み演算で実現するために、５０％オーバーラップのオーバーラップ保存法を用いている（これらの技術事項については、例えば、非特許文献３参照）。また、ＦＦＴを用いるため、Ｌが２のべき乗の値２^m（ｍ：正整数）と等しい場合に最も効率良く演算できる。

第１ＦＦＴ適用部６１は、２Ｌ個のサンプルを要素として持つ受話信号ベクトルx(k) （式（１３）参照）を時間領域から周波数領域の信号に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）し、周波数領域受話信号行列X(k)を出力する（式（１１）参照）。ＦＦＴを行うためには、時間領域の信号をある程度蓄積しておく必要があるが、周知技術の範疇なので、ここでは図示しない。同様に、第２ＦＦＴ適用部８１１が、残留信号ベクトルe(k)を時間領域から周波数領域の信号に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）し、周波数領域残留信号行列E(k)を出力する（式（１２）参照）。

複素共役変換部８２は、周波数領域受話信号行列X(k)を複素共役に変換し、複素共役周波数領域受話信号行列X^*(k)を出力する。第１乗算部８３は、複素共役周波数領域受話信号行列X^*(k)に周波数領域残留信号行列E(k)を乗算し、拘束前周波数領域適応フィルタ更新係数行列ΔW_u(k)を算出する（式（１４）参照）。

第１ＩＦＦＴ適用部８４は、拘束前周波数領域適応フィルタ更新係数行列ΔW_u(k)を時間領域の信号に高速逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）し、拘束前時間領域適応フィルタ更新係数ベクトルΔw_u(k)を出力する（式（１５）参照）。そして、拘束部８５は、拘束前時間領域適応フィルタ更新係数ベクトルΔw_u(k)に式（１６）による拘束をかけ、拘束付時間領域適応フィルタ更新係数ベクトルΔw_c(k)を出力する。ここで拘束とは、オーバーラップによる廃棄要素を除くＬ個の残余要素を処理対象として取り出し、Ｌ個の廃棄要素を０要素に置換する処理である（例えば非特許文献３参照）。

第３ＦＦＴ適用部８１２は、拘束付時間領域適応フィルタ更新係数ベクトルΔw_c(k)を周波数領域の信号に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）し、拘束付周波数領域適応フィルタ更新係数行列ΔW_c(k)を出力する（式（１７）参照）。

更新部８６は、第３乗算部８６１によって拘束付周波数領域適応フィルタ更新係数行列ΔW_c(k)にパラメータ保持部８９が保持する更新量制御パラメータμを乗じたものと、一時刻前の周波数領域適応フィルタ係数行列W(k-1)とを加算部８６２によって加算して、周波数領域適応フィルタ係数行列W(k)を出力する（式（１８）参照）。一時刻前の周波数領域適応フィルタ係数行列W(k-1)は、遅延器８７を用いて得られる。

第２乗算部６２は、周波数領域適応フィルタ係数行列W(k)を周波数領域受話信号行列X(k)に乗算して、周波数領域擬似エコー信号行列Y(k)を出力する（式（１９）参照）。第２ＩＦＦＴ適用部６３は、周波数領域擬似エコー信号行列Y(k)を時間領域の信号に高速逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）して、時間領域擬似エコー信号ベクトルy(k)を出力する（式（２０）参照）。減算部７は、エコー信号ベクトルd(k) （式（２２）参照）から時間領域擬似エコー信号ベクトルy(k)を減算することで、エコーを除去する（式（２１）参照）。この際、オーバーラップによるＬ個の廃棄要素が０要素に置換される（例えば非特許文献３参照）。エコー除去された時間領域残留信号e(k)は送話部５へ至る。

以上の処理を式で表すと以下の通りとなる。

牧野昭二, "指数重み付けによるエコーキャンセラ用適応アルゴリズム," 音講論集3-6-5, pp. 517-518 (1989. 10) Ferrara E, "fast implementation of LMS adaptive filters," IEEEASSP, Vol. 28, Issue 4, pp. 474-475 (1980) Simon Haykin著、鈴木博他５名訳、「適応フィルタ理論」、株式会社科学技術出版、2001.

このように、従来の周波数領域エコーキャンセラは、適応フィルタ係数の更新を周波数領域で行うため、時間領域の情報である反響路の特性を取り入れることができず、適応フィルタ係数の更新の収束速度を向上させることができない。

そこで本発明は、適応フィルタ係数の更新が早く収束する周波数領域エコー除去技術を提供することを目的とする。

本発明は、周波数領域エコー除去技術を基本原理として、適応フィルタ係数の更新に推定対象の反響路の特性を取り入れることで、収束速度を高速化する。
つまり、現在の適応フィルタ係数を、１時刻前の適応フィルタ係数と、更新量である適応フィルタ更新係数に更新量制御パラメータμを乗じたものとの加算によって更新し、反響路を経た時間領域受話信号ｘを含む時間領域エコー信号ｄから、当該時間領域受話信号ｘに周波数領域で現在の適応フィルタを適用して得られた時間領域擬似エコー信号ｙを差し引くことで時間領域残留信号ｅを得る周波数領域エコー除去技術であって、次のような処理が行われる。時間領域受話信号ｘがフーリエ変換されて周波数領域受話信号Ｘが求められ、さらに、周波数領域受話信号Ｘが複素共役に変換されて複素共役周波数領域受話信号Ｘ^*が求められる。また、時間領域残留信号ｅがフーリエ変換されて周波数領域残留信号Ｅが求められる。そして、複素共役周波数領域受話信号Ｘ^*に上記周波数領域残留信号Ｅが乗算され、拘束前周波数領域適応フィルタ更新係数ΔＷ_uが求められる。拘束前周波数領域適応フィルタ更新係数ΔＷ_uが逆フーリエ変換されて拘束前時間領域適応フィルタ更新係数Δｗ_uが求められる。拘束前時間領域適応フィルタ更新係数Δｗ_uに反響路の特性を表す減衰係数Ａが乗ぜられると共に拘束をかけられて、拘束付時間領域適応フィルタ更新係数Δｗ^_cが求められる。拘束付時間領域適応フィルタ更新係数Δｗ^_cがフーリエ変換されて拘束付周波数領域適応フィルタ更新係数ΔＷ^_cが求められる。そして、一時刻前の周波数領域適応フィルタ係数Ｗ’と、拘束付周波数領域適応フィルタ更新係数ΔＷ^_cに更新量制御パラメータμを乗じたものとを加算して、周波数領域適応フィルタ係数Ｗが求められる。周波数領域適応フィルタ係数Ｗを周波数領域受話信号Ｘに乗算することで、周波数領域擬似エコー信号Ｙが求められる。周波数領域擬似エコー信号Ｙが逆フーリエ変換されて時間領域擬似エコー信号ｙが求められる。時間領域エコー信号ｄから時間領域擬似エコー信号ｙが減算されて時間領域残留信号ｅが求められる。

ここで、時間領域の線形畳み込み演算を離散フーリエ変換における巡回畳み込み演算で実現するためにオーバーラップ保存法を用い、拘束前時間領域適応フィルタ更新係数Δｗ_uのうちオーバーラップの残余要素に相当する要素に減衰係数Ａを乗じ、拘束前時間領域適応フィルタ更新係数Δｗ_uのうちオーバーラップの廃棄要素に相当する要素を０に置換することで拘束し、時間領域エコー信号ｄから、時間領域擬似エコー信号ｙのうちオーバーラップの残余要素を減算し、残りの廃棄要素を０に置換することで時間領域残留信号ｅを求める、としてもよい。

本発明に拠れば、適応フィルタ更新係数に拘束をかけるために周波数領域信号から時間領域信号に変換した際に、反響路の特性を取り入れる、つまり、反響路の特性を拘束前時間領域適応フィルタ更新係数に与えることで、適応フィルタ係数の更新の収束速度が向上する（適応フィルタ係数の更新が早く収束する）。

実施形態の周波数領域エコーキャンセラの機能構成例を示すブロック図。実施形態の周波数領域エコーキャンセラにおける処理フローを示す図。実施形態の周波数領域エコーキャンセラの計算機シミュレーション結果を示す図。従来の時間領域エコーキャンセラの機能構成例を示すブロック図。ＥＳアルゴリズムを採用した従来の時間領域エコーキャンセラの機能構成例を示すブロック図。従来の周波数領域エコーキャンセラの機能構成例を示すブロック図。

本発明は、周波数領域エコー除去技術を基本原理として、適応フィルタ係数の更新に推定対象の反響路の特性を取り入れることで、収束速度を高速化する。

本発明の実施形態である周波数領域エコーキャンセラ１００（図１参照）では、適応フィルタ更新係数ベクトルに拘束をかけるために周波数領域信号から時間領域信号に変換した際に、反響路の特性を取り入れる、つまり、反響路の特性を拘束前時間領域適応フィルタ更新係数ベクトルΔw_u(k)に与える。具体的には、拘束前時間領域適応フィルタ更新係数ベクトルΔw_u(k)に、式（１６）ではなく式（２３）による拘束をかけ、拘束付時間領域適応フィルタ更新係数ベクトルΔw^_c(k)を出力する。式（２３）に現れるＡは、式（９）のＡに等しい。そして、第３ＦＦＴ適用部８１２は、式（１７）ではなく式（２４）によって、拘束付時間領域適応フィルタ更新係数ベクトルΔw^_c(k)を周波数領域の信号に変換し、拘束付周波数領域適応フィルタ更新係数行列ΔW^_c(k)を出力する。また、更新部８６は、式（１８）ではなく式（２５）によって、拘束付周波数領域適応フィルタ更新係数行列ΔW^_c(k)に更新量制御パラメータμを乗じたものと、一時刻前の周波数領域適応フィルタ係数行列W(k-1)とを加算して、周波数領域適応フィルタ係数行列W(k)を出力する。

図１は、周波数領域エコーキャンセラ１００の機能ブロック図である。図５および図６に示す構成要素と共通の構成要素には、同じ参照番号を付している。図２は周波数領域エコーキャンセラ１００処理フローである。ここでは、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）とＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）を用いた処理を例示する。なお、この例では、時間領域の線形畳み込み演算をＦＦＴにおける巡回畳み込み演算で実現するために、５０％オーバーラップのオーバーラップ保存法を用いている（これらの技術事項については、例えば、非特許文献３参照）。また、ＦＦＴを用いるため、Ｌが２のべき乗の値２^m（ｍ：正整数）と等しい場合に最も効率良く演算できる。

・ステップＳ１
第１ＦＦＴ適用部６１は、２Ｌ個のサンプルを要素として持つ時間領域受話信号ベクトルx(k) （式（１３）参照）を時間領域から周波数領域の信号に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）し、周波数領域受話信号行列X(k)を出力する（式（１１）参照）。ＦＦＴを行うためには、時間領域の信号をある程度蓄積しておく必要があるが、周知技術の範疇なので、ここでは図示しない。Ｌは適応フィルタのフィルタ長（タップ数）である。

・ステップＳ２
同様に、第２ＦＦＴ適用部８１１が、時間領域残留信号ベクトルe(k)を時間領域から周波数領域の信号に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）し、周波数領域残留信号行列E(k)を出力する（式（１２）参照）。

・ステップＳ３
複素共役変換部８２は、周波数領域受話信号行列X(k)を複素共役に変換し、複素共役周波数領域受話信号行列X^*(k)を出力する。

・ステップＳ４
第１乗算部８３は、複素共役周波数領域受話信号行列X^*(k)に周波数領域残留信号行列E(k)を乗算し、拘束前周波数領域適応フィルタ更新係数行列ΔW_u(k)を算出する（式（１４）参照）。

・ステップＳ５
第１ＩＦＦＴ適用部８４は、拘束前周波数領域適応フィルタ更新係数行列ΔW_u(k)を時間領域の信号に高速逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）し、拘束前時間領域適応フィルタ更新係数ベクトルΔw_u(k)を出力する（式（１５）参照）。

・ステップＳ６
拘束部８５は、拘束前時間領域適応フィルタ更新係数ベクトルΔw_u(k)に対して、式（２３）による反響路３の特性付与ならびに拘束を行い、拘束付時間領域適応フィルタ更新係数ベクトルΔw^_c(k)を出力する。この際、第４乗算部８５１によって、拘束前時間領域適応フィルタ更新係数ベクトルΔw_u(k)のうちオーバーラップの廃棄要素を除く残余要素に相当する要素の列に、減衰係数保持部９が保持する減衰係数行列Aが乗ぜられることで、適応フィルタ係数の更新に反響路３の特性が取り込まれる。拘束前時間領域適応フィルタ更新係数ベクトルΔw_u(k)のうちオーバーラップの廃棄要素に相当する要素は０要素に置換される。なお、式（２３）による処理では、減衰係数行列Aを乗じる処理（反響路特性付与処理）と拘束処理が一括して行われるが、減衰係数行列Aを乗じる処理（反響路特性付与処理）と拘束処理を個別に行う場合には、その前後関係は問わない。

つまり、減衰係数行列Aを乗じる処理を拘束処理の前に行う場合、まず、第４乗算部８５１によって、拘束前時間領域適応フィルタ更新係数ベクトルΔw_u(k)に減衰係数保持部９が保持する減衰係数行列Aが乗ぜられ、次いで、拘束部８５は、減衰係数行列Aが乗ぜられた拘束前時間領域適応フィルタ更新係数ベクトルAΔw_u(k)のうちオーバーラップによるＬ個の廃棄要素が０要素に置換される。
一方、減衰係数行列Aを乗じる処理を拘束処理の後に行う場合、まず、拘束前時間領域適応フィルタ更新係数ベクトルΔw_u(k)のうちオーバーラップによるＬ個の廃棄要素は０要素に置換される。次いで、第４乗算部８５１が、置換後の拘束前時間領域適応フィルタ更新係数ベクトルΔw_u(k)のうちオーバーラップによる廃棄要素を除くＬ個の残余要素（つまり、０要素に置換された要素以外の要素）の列に、減衰係数保持部９が保持する減衰係数行列Aが乗ぜられる。

・ステップＳ７
第３ＦＦＴ適用部８１２は、拘束付時間領域適応フィルタ更新係数ベクトルΔw^_c(k)を周波数領域の信号に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）し、拘束付周波数領域適応フィルタ更新係数行列ΔW^_c(k)を出力する（式（２４）参照）。

・ステップＳ８
更新部８６は、第３乗算部８６１によって拘束付周波数領域適応フィルタ更新係数行列ΔW^_c(k)にパラメータ保持部８９が保持する更新量制御パラメータμを乗じたものと、一時刻前の周波数領域適応フィルタ係数行列W(k-1)とを加算部８６２によって加算して、周波数領域適応フィルタ係数行列W(k)を出力する（式（２５）参照）。一時刻前の周波数領域適応フィルタ係数行列W(k-1)は、遅延器８７を用いて得られる。

・ステップＳ９
第２乗算部６２は、周波数領域適応フィルタ係数行列W(k)を周波数領域受話信号行列X(k)に乗算して、周波数領域擬似エコー信号行列Y(k)を出力する（式（１９）参照）。

・ステップＳ１０
第２ＩＦＦＴ適用部６３は、周波数領域擬似エコー信号行列Y(k)を時間領域の信号に変換して、時間領域擬似エコー信号ベクトルy(k)を出力する（式（２０）参照）。

・ステップＳ１１
減算部７は、２Ｌ個のサンプルを要素として持つ時間領域エコー信号ベクトルd(k) （式（２２）参照）から時間領域擬似エコー信号ベクトルy(k)を減算することで、エコーを除去する（式（２１）参照）。この際、オーバーラップによるＬ個の廃棄要素が０要素に置換される（例えば非特許文献３参照）。式（２１）では、時間領域エコー信号ベクトルd(k)のＬ個の残余要素から、時間領域擬似エコー信号ベクトルy(k)のＬ個の残余要素を要素単位で減算し、Ｌ個の廃棄要素０と合わせて時間領域残留信号e(k)を得ることを示しているが、２Ｌ個の要素を持つ時間領域エコー信号ベクトルd(k)から２Ｌ個の要素を持つ時間領域擬似エコー信号ベクトルy(k)を減算し、そのＬ個の残余要素にＬ個の廃棄要素０を合わせて時間領域残留信号e(k)を得てもよい。エコー除去された時間領域残留信号e(k)は送話部５へ至る。

この実施形態ではＦＦＴとＩＦＦＴを用いた処理を例示したが、これに限定されず、例えば、通常の離散フーリエ変換と離散逆フーリエ変換を用いた処理を行ってもよい。また、オーバーラップ保存法のオーバーラップ度も５０％に限定されず、これを任意の値に定めることが許される。ＦＦＴとＩＦＦＴを用いる処理である場合、一般的に、適応フィルタのタップ数Ｌが２のべき乗の値２^m（ｍ：正整数）と等しい場合に最も効率良く演算できるが、Ｌ≠２^mの場合であっても、例えば時間領域から周波数領域に時間領域信号を高速フーリエ変換する際に、不足する要素数だけゼロパディング（zero padding）すればよい。

上述の実施形態では、受話信号は、相手方のマイクロホンで収音された音響アナログ信号に対して適宜に周知のサンプリング処理や量子化処理が施されたディジタル信号（時間領域）であり、必要に応じてＡ／Ｄ変換などを実行するための構成要素（手段）は、いずれも周知技術によって達成されるから、説明および図示を略した。残留信号は、ディジタル信号（時間領域）であり、相手方への送信に際して必要に応じてＤ／Ａ変換などが実行されるが、このための構成要素（手段）は、いずれも周知技術によって達成されるから、説明および図示を略した。

なお、本発明は、話者２名による双方方向音声通信に限定されるものではなく、例えば音声会議やテレビ会議などのように、双方に複数名が存在する環境下における双方方向音声通信でもよい。また、マイクロホンで受音する音は、人の話し声などの音声に限定されず、楽音、雑音など一切の音を含む。

本発明の周波数領域エコー除去装置は、いわゆるコンピュータによって実現されることに限定されず、例えば、処理主体となりえるＤＳＰ（Digital Signal Processor）あるいはＣＰＵ（Central Processing Unit）、処理を実行するためのプログラムを保存したメモリなどの記憶装置、マイクロホン、スピーカなどを備えたハンズフリー通話装置として実現することも可能であり、また好適でもある。

例えばコンピュータによって周波数領域エコー除去装置を実現する場合であれば、実施形態に係わる周波数領域エコー除去装置１００は、キーボードなどが接続可能な入力部、液晶ディスプレイなどが接続可能な出力部〔これらは、ハンズフリー通話装置の場合には必ずしも必要ではない。〕、周波数領域エコー除去装置１００の外部に通信可能な通信装置（例えばモデム）が接続可能な通信部、ＤＳＰ〔ＣＰＵでも良い。またキャッシュメモリなどを備えていてもよい。〕、メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）やハードディスクである外部記憶装置並びにこれらの入力部、出力部、通信部、ＤＳＰ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、外部記憶装置間のデータのやり取りが可能なように接続するバスなどを備えている。また必要に応じて、周波数領域エコー除去装置１００に、ＣＤ−ＲＯＭなどの記憶媒体を読み書きできる装置（ドライブ）などを設けるとしてもよい。

さらに周波数領域エコー除去装置１００には、例えば音声、音楽、雑音などの音を受音する音響信号収音手段（マイクロホン）を接続可能であって、マイクロホンによって得られたアナログ信号の入力を受ける信号入力部、および、受話信号を音として出力する音響出力装置（スピーカ）を接続可能であって、スピーカに入力される信号（受話信号をＤ／Ａ変換したもの）を出力するための信号出力部を設ける〔ハンズフリー通話装置の場合には、マイクロホンおよびスピーカが必要的に備わることが多い。〕。信号入力部にはマイクロホンが接続され、信号出力部にはスピーカが接続される。

周波数領域エコー除去装置１００の外部記憶装置には、エコー除去のためのプログラムおよびこのプログラムの処理において必要となるデータ（例えば減衰係数α_iなど）などが記憶されている〔外部記憶装置の無いハンズフリー通話装置の場合には、例えばプログラムを読み出し専用記憶装置であるＲＯＭに記憶させておけばよい。〕。また、これらのプログラムの処理によって得られるデータなどは、ＲＡＭなどに適宜に記憶される。

具体的には、外部記憶装置には、時間領域受話信号ｘを周波数領域受話信号Ｘにフーリエ変換するためのプログラムと、周波数領域受話信号Ｘを複素共役に変換し、複素共役周波数領域受話信号Ｘ^*を求めるためのプログラムと、時間領域残留信号ｅを周波数領域残留信号Ｅにフーリエ変換するためのプログラムと、複素共役周波数領域受話信号Ｘ^*に周波数領域残留信号Ｅを乗算し、拘束前周波数領域適応フィルタ更新係数ΔＷ_uを求めるためのプログラムと、拘束前周波数領域適応フィルタ更新係数ΔＷ_uを拘束前時間領域適応フィルタ更新係数Δｗ_uに逆フーリエ変換するためのプログラムと、拘束前時間領域適応フィルタ更新係数Δｗ_uに反響路の特性を表す減衰係数Ａを乗じ、さらに拘束をかけて、拘束付時間領域適応フィルタ更新係数Δｗ^_cを求めるためのプログラムと、拘束付時間領域適応フィルタ更新係数Δｗ^_cを拘束付周波数領域適応フィルタ更新係数ΔＷ^_cにフーリエ変換するためのプログラムと、一時刻前の周波数領域適応フィルタ係数Ｗ’と、拘束付周波数領域適応フィルタ更新係数ΔＷ^_cに更新量制御パラメータμを乗じたものとを加算して、周波数領域適応フィルタ係数Ｗを求めるためのプログラムと、周波数領域適応フィルタ係数Ｗを周波数領域受話信号Ｘに乗算して、周波数領域擬似エコー信号Ｙを求めるためのプログラムと、周波数領域擬似エコー信号Ｙを時間領域擬似エコー信号ｙに逆フーリエ変換するためのプログラムと、時間領域エコー信号ｄから時間領域擬似エコー信号ｙを減算して時間領域残留信号ｅを求めるためのプログラムが記憶されている。その他、これらのプログラムに基づく処理を制御するための制御プログラムも適宜に保存しておく。

実施形態に係る周波数領域エコー除去装置１００では、外部記憶装置〔あるいはＲＯＭなど〕に記憶された各プログラムとこの各プログラムの処理に必要なデータが必要に応じてＲＡＭに読み込まれて、ＤＳＰで解釈実行・処理される。その結果、ＤＳＰが所定の機能（第１フーリエ変換適用部、複素共役変換部、第２フーリエ変換適用部、第１乗算部、第１逆フーリエ変換適用部、拘束部、第３フーリエ変換適用部、加算部、第２乗算部、第２逆フーリエ変換適用部、減算部）を実現することで、エコー除去が実現される。

本発明である周波数領域エコー除去装置・方法は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。また、上記周波数領域エコー除去装置・方法において説明した処理は、記載の順に従って時系列に実行される趣旨ではなく、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されるとしてもよい。

また、上記周波数領域エコー除去装置における処理機能をコンピュータによって実現する場合、周波数領域エコー除去装置が有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述される。そして、このプログラムをコンピュータで実行することにより、上記周波数領域エコー除去装置における処理機能がコンピュータ上で実現される。

この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等どのようなものでもよい。具体的には、例えば、磁気記録装置として、ハードディスク装置、フレキシブルディスク、磁気テープ等を、光ディスクとして、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＤＶＤ−ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ（Recordable）／ＲＷ（ReWritable）等を、光磁気記録媒体として、ＭＯ（Magneto-Optical disc）等を、半導体メモリとしてＥＥＰ−ＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable-Read Only Memory）等を用いることができる。

また、このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させる構成としてもよい。

このようなプログラムを実行するコンピュータは、例えば、まず、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、一旦、自己の記憶装置に格納する。そして、処理の実行時、このコンピュータは、自己の記録媒体に格納されたプログラムを読み取り、読み取ったプログラムに従った処理を実行する。また、このプログラムの別の実行形態として、コンピュータが可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することとしてもよく、さらに、このコンピュータにサーバコンピュータからプログラムが転送されるたびに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。また、サーバコンピュータから、このコンピュータへのプログラムの転送は行わず、その実行指示と結果取得のみによって処理機能を実現する、いわゆるＡＳＰ（Application Service Provider）型のサービスによって、上述の処理を実行する構成としてもよい。なお、本形態におけるプログラムには、電子計算機による処理の用に供する情報であってプログラムに準ずるもの（コンピュータに対する直接の指令ではないがコンピュータの処理を規定する性質を有するデータ等）を含むものとする。

また、この形態では、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させることにより、周波数領域エコー除去装置を構成することとしたが、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェア的に実現することとしてもよい。

図３に、従来の周波数領域エコーキャンセラのエコー除去特性と、本発明による実施形態の周波数領域エコーキャンセラ１００のエコー除去特性を示す。横軸は時間（秒）、縦軸は相対パワー（dB）を表している。測定開始後１秒で、反響路が変わり、その時点からの収束速度を比較している。従来法では、誤差の相対パワーが35dBになるまで約３秒かかっているが、周波数領域エコーキャンセラ１００は約２秒で同程度になっており、収束速度が1.5倍になっていることが分かる。

Claims

現在の適応フィルタ係数を、１時刻前の適応フィルタ係数と、更新量である適応フィルタ更新係数に更新量制御パラメータμを乗じたものとの加算によって更新し、反響路を経た時間領域受話信号ｘを含む時間領域エコー信号ｄから、当該時間領域受話信号ｘに周波数領域で現在の上記適応フィルタを適用して得られた時間領域擬似エコー信号ｙを差し引くことで時間領域残留信号ｅを得る周波数領域エコー除去装置であって、
上記時間領域受話信号ｘをフーリエ変換して周波数領域受話信号Ｘを求める第１フーリエ変換適用部と、
上記周波数領域受話信号Ｘを複素共役に変換し、複素共役周波数領域受話信号Ｘ^*を求める複素共役変換部と、
上記時間領域残留信号ｅをフーリエ変換して周波数領域残留信号Ｅを求める第２フーリエ変換適用部と、
上記複素共役周波数領域受話信号Ｘ^*に上記周波数領域残留信号Ｅを乗算し、拘束前周波数領域適応フィルタ更新係数ΔＷ_uを求める第１乗算部と、
上記拘束前周波数領域適応フィルタ更新係数ΔＷ_uを逆フーリエ変換して拘束前時間領域適応フィルタ更新係数Δｗ_uを求める第１逆フーリエ変換適用部と、
上記拘束前時間領域適応フィルタ更新係数Δｗ_uに対して、上記反響路の特性を表す減衰係数Ａを乗じると共に拘束をかけて、拘束付時間領域適応フィルタ更新係数Δｗ^_cを求める拘束部と、
上記拘束付時間領域適応フィルタ更新係数Δｗ^_cをフーリエ変換して拘束付周波数領域適応フィルタ更新係数ΔＷ^_cを求める第３フーリエ変換適用部と、
一時刻前の周波数領域適応フィルタ係数Ｗ’と、上記拘束付周波数領域適応フィルタ更新係数ΔＷ^_cに更新量制御パラメータμを乗じたものとを加算して、周波数領域適応フィルタ係数Ｗを求める更新部と、
上記周波数領域適応フィルタ係数Ｗを上記周波数領域受話信号Ｘに乗算して、周波数領域擬似エコー信号Ｙを求める第２乗算部と、
上記周波数領域擬似エコー信号Ｙを逆フーリエ変換して上記時間領域擬似エコー信号ｙを求める第２逆フーリエ変換適用部と、
上記時間領域エコー信号ｄから上記時間領域擬似エコー信号ｙを減算して上記時間領域残留信号ｅを求める減算部と
を含む周波数領域エコー除去装置。
請求項１に記載の周波数領域エコー除去装置において、
時間領域の線形畳み込み演算を離散フーリエ変換における巡回畳み込み演算で実現するためにオーバーラップ保存法を用い、
上記拘束部は、
上記拘束前時間領域適応フィルタ更新係数Δｗ_uのうちオーバーラップの残余要素に相当する要素に上記減衰係数Ａを乗じ、上記拘束前時間領域適応フィルタ更新係数Δｗ_uのうちオーバーラップの廃棄要素に相当する要素を０に置換することで拘束し、
上記減算部は、
上記時間領域エコー信号ｄから、上記時間領域擬似エコー信号ｙのうちオーバーラップの残余要素を減算し、残りの廃棄要素を０に置換することで上記時間領域残留信号ｅを求める
ことを特徴とする周波数領域エコー除去装置。
現在の適応フィルタ係数を、１時刻前の適応フィルタ係数と、更新量である適応フィルタ更新係数に更新量制御パラメータμを乗じたものとの加算によって更新し、反響路を経た時間領域受話信号ｘを含む時間領域エコー信号ｄから、当該時間領域受話信号ｘに周波数領域で現在の上記適応フィルタを適用して得られた時間領域擬似エコー信号ｙを差し引くことで時間領域残留信号ｅを得る周波数領域エコー除去方法であって、
上記時間領域受話信号ｘをフーリエ変換して周波数領域受話信号Ｘを求める第１フーリエ変換適用ステップと、
上記周波数領域受話信号Ｘを複素共役に変換し、複素共役周波数領域受話信号Ｘ^*を求める複素共役変換ステップと、
上記時間領域残留信号ｅをフーリエ変換して周波数領域残留信号Ｅを求める第２フーリエ変換適用ステップと、
上記複素共役周波数領域受話信号Ｘ^*に上記周波数領域残留信号Ｅを乗算し、拘束前周波数領域適応フィルタ更新係数ΔＷ_uを求める第１乗算ステップと、
上記拘束前周波数領域適応フィルタ更新係数ΔＷ_uを逆フーリエ変換して拘束前時間領域適応フィルタ更新係数Δｗ_uを求める第１逆フーリエ変換適用ステップと、
上記拘束前時間領域適応フィルタ更新係数Δｗ_uに対して、上記反響路の特性を表す減衰係数Ａを乗じると共に拘束をかけて、拘束付時間領域適応フィルタ更新係数Δｗ^_cを求める拘束ステップと、
上記拘束付時間領域適応フィルタ更新係数Δｗ^_cをフーリエ変換して拘束付周波数領域適応フィルタ更新係数ΔＷ^_cを求める第３フーリエ変換適用ステップと、
一時刻前の周波数領域適応フィルタ係数Ｗ’と、上記拘束付周波数領域適応フィルタ更新係数ΔＷ^_cに更新量制御パラメータμを乗じたものとを加算して、周波数領域適応フィルタ係数Ｗを求める更新ステップと、
上記周波数領域適応フィルタ係数Ｗを上記周波数領域受話信号Ｘに乗算して、周波数領域擬似エコー信号Ｙを求める第２乗算ステップと、
上記周波数領域擬似エコー信号Ｙを逆フーリエ変換して上記時間領域擬似エコー信号ｙを求める第２逆フーリエ変換適用ステップと、
上記時間領域エコー信号ｄから上記時間領域擬似エコー信号ｙを減算して上記時間領域残留信号ｅを求める減算ステップと
を有する周波数領域エコー除去方法。
請求項３に記載の周波数領域エコー除去方法において、
時間領域の線形畳み込み演算を離散フーリエ変換における巡回畳み込み演算で実現するためにオーバーラップ保存法を用い、
上記拘束ステップでは、
上記拘束前時間領域適応フィルタ更新係数Δｗ_uのうちオーバーラップの残余要素に相当する要素に上記減衰係数Ａを乗じ、上記拘束前時間領域適応フィルタ更新係数Δｗ_uのうちオーバーラップの廃棄要素に相当する要素を０に置換することで拘束し、
上記減算ステップでは、
上記時間領域エコー信号ｄから、上記時間領域擬似エコー信号ｙのうちオーバーラップの残余要素を減算し、残りの廃棄要素を０に置換することで上記時間領域残留信号ｅを求める
ことを特徴とする周波数領域エコー除去方法。
コンピュータを請求項１または請求項２に記載された周波数領域エコー除去装置として機能させるためのプログラム。