JP5712350B2 - 拡声通話装置 - Google Patents

Description

本発明は、住宅や事務所等で用いられる拡声通話装置に関するものである。

従来より、通話時にハンドセットを持つ必要がなく、通話端末から離れた通話者に対して相手側の通話端末から伝送されてくる音声信号をスピーカによって拡声出力し、かつ、上記通話者の発する音声をマイクロホンにより集音して相手側通話端末へ伝送することで拡声通話（ハンズフリー通話）を実現する拡声通話装置が提供されている。このような拡声通話装置では、マイクロホンとスピーカの音響結合により形成される音響帰還経路によって不快なエコー（音響エコー）が聞こえてしまう場合があり、あるいは、上記帰還経路などにより任意の周波数成分における一巡利得が１倍を超えるような閉ループが通話系に形成されると当該周波数にてハウリングが生じてしまう場合があるので、上述のような不快なエコー及びハウリングの発生を防止するためにエコーキャンセラ並びに音声スイッチを備えている。

音声スイッチは、通話状態（送話状態、受話状態）を常時推定し、推定結果に基づき適切な配分で送話側及び受話側の信号経路に対して損失を挿入するものである。また、エコーキャンセラは、帰還経路のインパルス応答を適応的に同定して帰還経路への入力信号から帰還経路の擬似エコー成分を推定する適応フィルタと、適応フィルタで推定された擬似エコー成分を帰還経路からの出力信号より減算する減算器とで構成されるものである。ここで、エコーキャンセラの適応フィルタが帰還経路のインパルス応答を同定するのに通常数秒の学習時間を要するため、通話開始直後からの数秒間にはエコーキャンセラによるエコーの抑圧効果が十分に期待できず、通話系に閉ループが形成された状態にあり、不快なエコーやハウリングが生じる虞がある。

そこで本出願人は、通話開始直後における不快なエコーやハウリングの抑制を可能とした拡声通話装置を既に提案している（特許文献１参照）。

この従来例では、通話開始直後のエコーキャンセラが収束していない状態においては、音声スイッチが信号経路に挿入する損失の総量（総損失量）を十分に大きい初期値に固定する固定モードで動作することで不快なエコーやハウリングを抑制し、エコーキャンセラが十分に収束した状態においては、音声スイッチが総損失量を随時更新する更新モードで動作することで双方向（全二重）の同時通話を実現している。

特開２００２−３５９５８０号公報

ところで、拡声通話装置同士の通信がＩＰ通信等のデジタル通信の場合、パケット処理やジッタ防止のための通信バッファ処理に起因して音声データ伝送に遅延時間が発生することがある。一般に拡声通話装置間の音声データ伝送が遅延してしまう場合、伝送遅延時間が大きくなるにつれて通話時の話者のエコー許容限界値が劣化し、少ない量のエコーでも不快なエコーと感じてしまうことがわかっている。

固定モードの初期値を従来のアナログ通信の場合よりも大きく設定すれば、この不快なエコーを防ぐことは可能である。しかしながら、エコー許容限界値の劣化が数十デシベルに及ぶ場合もあり、この場合は更新モードで動作してもエコーキャンセラの抑圧量が不足して双方向（全二重）通話が実現できずに片方向（半二重）通話になってしまう。その結果、周囲騒音のレベルが高い場合に音声スイッチが送話側もしくは受話側に倒れ続けてしまい、相手側からの音声が通じないという片倒れ現象が発生するという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、相手側の通話装置との間で伝送する音声に伝送遅延が生じる場合でも双方向（全二重）の同時通話が実現できる拡声通話装置を提供することにある。

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、マイクロホン及びスピーカと、相手側の通話端末から送られてくる受話信号をスピーカに伝送する受話側信号経路並びにマイクロホンで集音された送話信号を伝送して相手側の通話端末へ送る送話側信号経路に損失を挿入することで通話状態を受話及び送話に切り換える音声スイッチと、マイクロホンとスピーカの音響結合によって生じる音響エコーを抑制するエコーキャンセラと、ダブルトークを検出するダブルトーク検出手段とを備え、音声スイッチは、送話側の信号経路に損失を挿入する送話側損失挿入手段と、受話側の信号経路に損失を挿入する受話側損失挿入手段と、送話側及び受話側の損失挿入手段から挿入する損失量を制御する挿入損失量制御手段とを具備し、挿入損失量制御手段は、受話側損失挿入手段の出力点から音響エコー経路を介して送話側損失挿入手段の入力点へ帰還する経路の音響帰還利得を推定し、音響帰還利得の推定値に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和を算出する総損失量算出部と、送話信号及び受話信号を監視して通話状態を推定し、この推定結果と総損失量算出部の算出値に応じて送話側損失挿入手段及び受話側損失挿入手段の各挿入損失量の配分を決定する挿入損失量分配処理部とからなり、総損失量算出部は、各帰還利得の推定値に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和を算出して適応更新する更新モード、並びに総損失量を所定の初期値に固定する固定モードの２つの動作モードを有し、相手側通話端末との通話開始からエコーキャンセラが充分に収束するまでの期間には固定モードで動作するとともに、エコーキャンセラが充分収束した後の期間には更新モードで動作してなる拡声通話装置において、音声スイッチ又はダブルトーク検出手段と連動して送話側信号経路に所定の減衰量を挿入して残留エコーを減衰するエコーサプレッサを備え、エコーサプレッサは、挿入損失量分配処理部が受話状態と推定している場合においては前記所定の減衰量を送話側信号経路に挿入し、挿入損失量分配処理部が受話状態と推定していない場合においては送話側信号経路に減衰量を挿入しないことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、相手側の通話装置との間で伝送する音声に伝送遅延が生じる場合においても、当該伝送遅延に起因して送話側信号経路に発生する残留エコーをエコーサプレッサによって減衰させることができ、その結果、双方向（全二重）の同時通話が実現できる。また、近端側話者が発した音声が誤って減衰されてしまうことによる音声の抑揚を生じさせることなく、通話時の不快なエコーのみを減衰させることが可能であり、その結果、快適な通話環境を提供することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、エコーサプレッサは、ダブルトーク検出手段がダブルトークを検出している場合は送話側信号経路に減衰量を挿入せず、ダブルトーク検出手段がダブルトークを検出しておらず且つ挿入損失量分配処理部が受話状態と推定している場合にのみ、送話側信号経路に前記所定の減衰量を挿入することを特徴とする。

請求項２の発明によれば、請求項１の発明の作用に加えて、近端側話者が発した音声が誤って減衰されてしまうことによる音声の抑揚を生じさせることなく、通話時の不快なエコーのみを減衰させることが可能であり、その結果、快適な通話環境を提供することができる。また、エコーサプレッサが誤って減衰量を挿入せずに不快な残留エコーを発生させてしまうことがなく、精度よく通話時の不快なエコーのみを減衰させることが可能となる。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、エコーサプレッサは、相手側通話端末との通話開始からエコーキャンセラが充分に収束するまでの期間においては、挿入損失量分配処理部が受話状態と推定している場合にのみ、送話側信号経路に前記所定の減衰量を挿入することを特徴とする。

請求項３の発明によれば、エコーキャンセラが十分に収束するまでの期間にはダブルトーク検出手段がダブルトークを検出できないため、当該期間においては挿入損失量分配処理部が受話状態と推定していれば、エコーサプレッサがダブルトーク検出手段の検出結果を無視して送話側信号経路に前記所定の減衰量を挿入するので、通話開始からエコーキャンセラが十分に収束するまでの期間においても不快な残留エコーを減衰させることができる。

請求項４の発明は、請求項２又は３の発明において、エコーサプレッサは、送話側信号経路に前記所定の減衰量を挿入しているときに挿入損失量分配処理部が受話状態と推定しなくなった場合又はダブルトーク検出手段がダブルトークを検出した場合、送話側信号経路への前記所定の減衰量の挿入を瞬時に停止することを特徴とする。

請求項４の発明によれば、エコーサプレッサによって送話信号が誤って減衰されることによる音声の抑揚が防止できる。

請求項５の発明は、請求項１〜４の何れか１項の発明において、エコーキャンセラは、エコー経路の特性を適応的に同定する適応フィルタと、近端側の信号から適応フィルタの出力を減算する減算器と、ダブルトークを検出する前記ダブルトーク検出手段とを有し、ダブルトーク検出手段によりダブルトークが検出されているときには適応フィルタの係数を更新しないことを特徴とする。

請求項５の発明によれば、エコーキャンセラが有するダブルトーク検出手段を利用することで構成の簡略化並びにコストダウンが図れる。

請求項６の発明は、請求項１〜５の何れか１項の発明において、送話側信号経路において、エコーキャンセラ、音声スイッチ、エコーサプレッサの順序で各々の処理が実行されることを特徴とする。

請求項６の発明によれば、送話側信号経路においてエコーサプレッサが音声スイッチの前段に有る場合と比較して、エコーサプレッサが誤って送話信号を減衰させてしまったときでも音声スイッチにおいて音声が抑揚してしまうことがなく、その結果、快適な通話環境を提供することができる。

請求項７の発明は、請求項１〜６の何れか１項の発明において、エコーサプレッサは、前記総損失量算出部が推定する音響帰還利得に応じて前記減衰量を調整することを特徴とする。

請求項７の発明によれば、近端側話者が発した音声がエコーサプレッサによって誤って減衰された場合においても音声の抑揚を最小限に抑えることができる。

請求項８の発明は、請求項１〜６の何れか１項の発明において、エコーサプレッサは、受話信号の信号レベル平均値に応じて減衰量を調整することを特徴とする。

請求項８の発明によれば、近端側話者が発した音声がエコーサプレッサによって誤って減衰された場合においても音声の抑揚を最小限に抑えることができる。

請求項９の発明は、請求項８の発明において、エコーサプレッサは、受話信号の信号レベルが所定のしきい値未満であるときは送話側信号経路に挿入する減衰量を所定の標準値とし、前記信号レベルがしきい値以上であるときは前記標準値よりも大きい上限値から当該標準値までの範囲内で減衰量を調整することを特徴とする。

請求項９の発明によれば、請求項８の発明と同様の作用を奏する。

請求項１０の発明は、請求項８の発明において、エコーキャンセラは、受話信号の信号レベル平均値を演算する信号レベル平均値演算部と、当該信号レベル平均値を用いてエコー経路の特性を適応的に同定する適応フィルタと、近端側の信号から適応フィルタの出力を減算する減算器とを有し、エコーサプレッサは、信号レベル平均値演算部で演算される信号レベル平均値を利用して減衰量を調整することを特徴とする。

請求項１０の発明によれば、エコーキャンセラが有する信号レベル平均値演算部を利用することで構成の簡略化並びにコストダウンが図れる。

本発明によれば、相手側の通話装置との間で伝送する音声に伝送遅延が生じる場合でも双方向（全二重）の同時通話が実現できる。

本発明の実施形態１を示すブロック図である。 同上における音声スイッチの動作を説明するためのフローチャートである。 同上におけるエコーサプレッサの動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施形態２を示すブロック図である。 同上におけるエコーサプレッサの動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施形態３を示すブロック図である。 同上におけるエコーサプレッサの動作を説明するためのフローチャートである。 同上におけるエコーサプレッサの動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施形態４を示すブロック図である。 同上におけるエコーサプレッサの動作を説明するためのフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

（実施形態１）
本実施形態の拡声通話装置は、図１に示すようにマイクロホン１及びスピーカ２と、相手側の通話端末から送られてくる受話信号をスピーカ２に伝送する受話側信号経路（図１における下側の信号経路）並びにマイクロホン１で集音された送話信号を伝送して相手側の通話端末へ送る送話側信号経路（図１における上側の信号経路）に損失を挿入することで通話状態を受話及び送話に切り換える音声スイッチ１０と、マイクロホン１とスピーカ２の音響結合によって生じる音響エコーを抑制するエコーキャンセラ２０と、マイクロホン１の出力信号（送話信号）を増幅するマイクロホンアンプＧ１と、スピーカ２の入力信号（受話信号）を増幅するスピーカアンプＧ２と、送話側信号経路におけるエコーキャンセラ２０と音声スイッチ１０との間に挿入された送話音量調整用増幅器Ｇ３と、送話側信号経路に所定の減衰量を挿入して残留エコーを減衰するエコーサプレッサ３０とを備えている。

エコーキャンセラ２０は適応フィルタ２１と減算器２２からなる従来周知の構成を有し、スピーカ２−マイクロホン１間の音響結合により形成される帰還経路（音響エコー経路）Ｈacのインパルス応答を適応フィルタ２１により適応的に同定し、参照信号（スピーカアンプＧ２への入力信号）から推定したエコー成分（音響エコー）を減算器２２によりマイクロホンアンプＧ１の出力信号から減算することで音響エコーを抑制するものである。

音声スイッチ１０は、送話側信号経路に損失を挿入する送話側減衰器１１と、受話側信号経路に損失を挿入する受話側減衰器１２と、送話側及び受話側の各減衰器１１，１２から挿入する損失量を制御する挿入損失量制御部１３とを具備する。挿入損失量制御部１３は、受話側減衰器１２の出力点Ｒoutから音響エコー経路Ｈacを介して送話側減衰器１１の入力点Ｔinへ帰還する経路（以下、「音響帰還経路」という）の音響帰還利得αを推定し、音響帰還利得αの推定値α’に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和（送話側減衰器１１の挿入損失量と受話側減衰器１２の挿入損失量の和）を算出する総損失量算出部１４と、送話信号及び受話信号を監視して通話状態を推定し、この推定結果と総損失量算出部１４の算出値に応じて送話側減衰器１１及び受話側減衰器１２の各挿入損失量の配分を決定する挿入損失量分配処理部１５とからなる。なお、エコーキャンセラ２０並びに音声スイッチ１０は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）のハードウェアをエコーキャンセラ用並びに音声スイッチ用のソフトウェア（プログラム）で制御することによって実現されている。従って、以下の説明における音声スイッチ１０並びにエコーキャンセラ２０の入出力信号（送話信号並びに受話信号）は、図示しないＡ／Ｄ変換器によって所定のサンプリング周期でサンプリングされ且つ量子化されている。

総損失量算出部１４では、整流平滑器や低域通過フィルタ等を用いて送話側減衰器１１の入力信号の短時間における時間平均パワーを推定し、同じく整流平滑器や低域通過フィルタ等を用いて受話側減衰器１２の出力信号の短時間における時間平均パワーを推定し、音響帰還経路Ｈacにて想定される最大遅延時間において受話側減衰器１２の出力信号の時間平均パワーの推定値を求め、この推定値で送話側減衰器１１の入力信号の時間平均パワーの推定値を除算した値を音響帰還利得αの推定値α’とする。そして、総損失量算出部１４は音響帰還利得αの推定値α’から所望の利得余裕ＭＧを得るために必要な総損失量Ｌｔを算出し、その値Ｌｔを挿入損失量分配処理部１５に出力する。

挿入損失量分配処理部１５では、送話側減衰器１１の入出力信号及び受話側減衰器１２の入出力信号を監視し、これら信号のパワーレベルの大小関係並びに音声信号の有無などの情報から通話状態（受話状態、送話状態等）を判定するとともに、判定された通話状態に応じた割合で総損失量Ｌｔを送話側減衰器１１と受話側減衰器１２に分配するように各減衰器１１、１２の挿入損失量を調整する。

ところで本実施形態における総損失量算出部１４は、上述のように音響帰還利得αの推定値α’に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和を算出して適応更新する更新モード、並びに総損失量を所定の初期値に固定する固定モードの２つの動作モードを有し、相手側の通話端末との通話開始からエコーキャンセラ２０が充分に収束するまでの期間には固定モードで動作するとともにエコーキャンセラ２０が充分に収束した後の期間には更新モードで動作する。すなわち、総損失量算出部１４では音響帰還利得αの推定値α’が通話開始から所定時間（数百ミリ秒）以上継続して所定の閾値ε（例えば、通話開始時における推定値α’に対して１０ｄＢ〜１５ｄＢ小さい値）を下回った時点でエコーキャンセラ２０が充分に収束したものとみなし、上記時点以前には総損失量を初期値に固定する固定モードで動作し、上記時点以降には推定値α’に基づいて総損失量を適応更新する更新モードに動作モードを切り換える。なお、固定モードにおける総損失量の初期値は更新モードにおいて随時更新される総損失量よりも充分に大きな値に設定される。

而して、通話開始直後のエコーキャンセラ２０が充分に収束していない状態においては、固定モードで動作する総損失量算出部１４によって充分に大きな値に設定される初期値の総損失量が閉ループに挿入されるため、不快なエコー（音響エコー）やハウリングの発生を抑制して安定した半二重通話を実現することができる。また、通話開始から時間が経過してエコーキャンセラ２０が充分に収束した状態においては、総損失量算出部１４の動作モードが固定モードから更新モードに切り換わって閉ループに挿入する総損失量が初期値よりも充分に低い値に減少するため、双方向の同時通話が実現できるものである。

ここで、更新モードにおける総損失量算出部１４の具体的な動作を図２のフローチャートを参照して説明する。

総損失量算出部１４は、固定モードから更新モードに移行した時点（ｔ＝ｔ１）から所定のサンプリング周期で音響帰還利得αの推定処理を実行してその推定値α’（ｎ）を算出し（ステップ１）、この推定値α’（ｎ）と利得余裕ＭＧとから、閉ループの利得余裕をＭＧ［ｄＢ］に保つために必要とされる総損失量所望値Ｌｒ（ｎ）を下式により算出する（ステップ２）。

Ｌｒ（ｎ）＝２０log | α’（ｎ）｜＋ＭＧ［ｄＢ］
なお、α’（ｎ），Ｌｒ（ｎ）はそれぞれ更新モード移行時点からｎ回目のサンプリングによって算出された音響帰還利得αの推定値α’並びに総損失量所望値を示す。さらに、総損失量算出部１４は上式から算出したｎ回目の総損失量所望値Ｌｒ（ｎ）と、前回（ｎ−１回目）の総損失量Ｌｔ（ｎ−１）、すなわち前回の処理で決定されて実際に挿入された総損失量に対して今回算出した総損失量所望値Ｌｒ（ｎ）が大きい場合、前回の総損失量Ｌｔ（ｎ−１）に微少な増加量Δｉ［ｄＢ］を加算した値を今回の総損失量Ｌｔ（ｎ）＝Ｌｔ（ｎ−１）＋Δｉとし（ステップ３、ステップ４）、前回の総損失量Ｌｔ（ｎ−１）に対して今回算出した総損失量所望値Ｌｒ（ｎ）が小さい場合、前回の総損失量Ｌｔ（ｎ−１）から微少な減少量Δｄ［ｄＢ］を減算した値を今回の総損失量Ｌｔ（ｎ）＝Ｌｔ（ｎ−１）−Δｄとする（ステップ５、ステップ６）。

このように総損失量算出部１４による総損失量の増減をΔｉまたはΔｄの微少な値に抑えることにより、相手側の通話端末との通話開始直後のようにエコーキャンセラ２０が収束に向かって活発に係数（フィルタ係数）を更新しているために音響帰還利得αの変化が激しい状態においても、聴感上の違和感をなくすことができる。

ここで、従来技術で説明したように拡声通話装置同士の通信がＩＰ通信等のデジタル通信の場合、パケット処理やジッタ防止のための通信バッファ処理に起因して音声データ伝送に遅延時間が発生することがある。一般に拡声通話装置間の音声データ伝送が遅延してしまう場合、伝送遅延時間が大きくなるにつれて通話時の話者のエコー許容限界値が劣化し、少ない量のエコーでも不快なエコーと感じてしまうことがわかっている。そして、固定モードの初期値を従来のアナログ通信の場合よりも大きく設定すれば、この不快なエコーを防ぐことは可能である。しかしながら、エコー許容限界値の劣化が数十デシベルに及ぶ場合もあり、この場合は更新モードで動作してもエコーキャンセラの抑圧量が不足して双方向（全二重）通話が実現できずに片方向（半二重）通話になってしまう。その結果、周囲騒音のレベルが高い場合に音声スイッチ１０が送話側もしくは受話側に倒れ続けてしまい、相手側からの音声が通じないという片倒れ現象が発生するという問題があった。

そこで本実施形態においては、送話側信号経路のエコーキャンセラ２０及び音声スイッチ１０の後段に、残留エコー（エコーキャンセラ２０で抑圧できなかった音響エコー。以下同じ。）を減衰させるエコーサプレッサ３０を追加している。エコーサプレッサ３０は残留エコーを効果的に減衰する一方で、送出すべき音声信号（送話信号）は減衰させない必要がある。

本実施形態におけるエコーサプレッサ３０は音声スイッチ１０と連動して送話側信号経路へ減衰量を挿入しており、具体的には、図３のフローチャートに示すように動作する。すなわち、エコーサプレッサ３０は音声スイッチ１０の状態（挿入損失量分配処理部１５による通話状態＜受話状態又は送話状態＞の推定結果）を常に監視し（ステップ１）、音声スイッチ１０が受話状態である場合は送話側信号経路に送出すべき音声信号は無いとみなし、入力信号に所定の減衰係数を掛ける（乗算する）ことで入力信号を減衰させて出力する（ステップ２）。一方、音声スイッチ１０が受話状態でない場合、エコーサプレッサ３０は消去すべき残留エコーが無いかまたは送出すべき音声信号（送話信号）があると判断し、入力信号に減衰係数を掛けないことで入力信号を減衰せずにそのままのレベルで出力する（ステップ３）。

而して本実施形態によれば、相手側の通話装置との間で伝送する音声に伝送遅延が生じる場合においても、当該伝送遅延に起因して送話側信号経路に発生する残留エコーをエコーサプレッサ３０によって減衰させることができ、その結果、双方向（全二重）の同時通話が実現できる。ここで、音声スイッチ１０が受話状態でない場合、例えば、送話状態である場合にエコーサプレッサ３０が送話側信号経路に減衰量を挿入してしまうと、近端側話者（本実施形態の拡声通話装置で通話する話者）の発した音声が誤って減衰されてしまうことにより、相手側の通話端末から聞こえる近端側話者の音声が大きくなったり、小さくなったりする音声の抑揚が生じてしまう虞がある。しかしながら本実施形態では、音声スイッチ１０が受話状態であるときにエコーサプレッサ３０が送話側信号経路に減衰量を挿入し、音声スイッチ１０が受話状態でないときにはエコーサプレッサ３０が送話側信号経路に減衰量を挿入しないので、上述のような音声の抑揚を生じさせることなく、通話時の不快なエコー（残留エコー）のみを減衰させることが可能である。

尚、送話側信号経路においてエコーサプレッサ３０が音声スイッチ１０の前段に有る場合、エコーサプレッサ３０が誤って送話信号を減衰させてしまったときに音声スイッチ１０において音声が抑揚してしまう虞があるが、本実施形態では、送話側信号経路において、エコーキャンセラ２０、音声スイッチ１０、エコーサプレッサ３０の順序で各々の処理が実行されるので、エコーサプレッサ３０が誤って送話信号を減衰させてしまったときでも音声スイッチ１０において音声が抑揚してしまうことがなく、その結果、快適な通話環境を提供することができる。

ところで、本出願人は送話側信号経路における音声スイッチの後段に損失を挿入するアッテネータを設けた拡声通話装置を既に提案している（特開２００３−３２４３７１号公報参照）。しかしながら、この従来装置におけるアッテネータは送話信号の瞬時パワー推定値が所定時間以上継続してしきい値以下となった時にのみ、送話側信号経路に所定量の損失を挿入するものであるため、前記しきい値以上の大音量のエコーがあるとアッテネータから損失が挿入されずに不快なエコーが聞こえてしまう場合や、近端側話者が発する音声がしきい値以下であるときに当該音声信号に誤って損失を挿入して減衰させてしまうという場合があった。これに対して本発明の拡声通話装置では、上述のように音声スイッチ１０と連動してエコーサプレッサ３０が減衰量を挿入しているため、上述のような不具合が生じないものである。

（実施形態２）
本実施形態のブロック図を図４に示す。但し、本実施形態の拡声通話装置は、エコーサプレッサ３０がエコーキャンセラ２０と連動して送話側信号経路に減衰量を挿入する点に特徴があり、それ以外の基本構成は実施形態１と共通である。故に、実施形態１と共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態におけるエコーキャンセラ２０は、適応フィルタ２１及び減算器２２に加えてダブルトーク検出処理部２３を備えている。ダブルトーク検出処理部２３は、適応フィルタ２１の収束を劣化させるレベルの信号がマイクロホンアンプＧ１の出力信号に含まれているか否かにより、近端側話者と遠端側話者（相手側の通話端末で通話する話者）がほぼ同時に話す状態、すなわちダブルトークを検出するものである。適応フィルタ２１では、ダブルトーク検出処理部２３によりダブルトークが検出された場合、フィルタ係数の発散を防止するためにフィルタ係数を更新せずにそれ以前の値に固定する。

次に、図５のフローチャートを参照して本実施形態におけるエコーサプレッサ３０の動作を説明する。エコーサプレッサ３０はエコーキャンセラ２０のダブルトーク検出処理部２３の状態を常に監視し（ステップ１）、ダブルトーク検出処理部２３が非ダブルトーク状態と判定している場合は、消去すべき残留エコーが有るかまたは送話側信号経路に送出すべき音声信号は無いと判定し、入力信号に所定の減衰係数を掛けることで入力信号を減衰させて出力する（ステップ２）。ダブルトーク検出処理部２３がダブルトーク状態と判定している場合、エコーサプレッサ３０は送出すべき音声信号があると判断し、入力信号に減衰係数を掛けないことで入力信号を減衰せずにそのままのレベルで出力する（ステップ３）。

而して本実施形態によれば、実施形態１と同様に相手側の通話装置との間で伝送する音声に伝送遅延が生じる場合においても、当該伝送遅延に起因して送話側信号経路に発生する残留エコーをエコーサプレッサ３０によって減衰させることができ、その結果、双方向（全二重）の同時通話が実現できる。また、本実施形態におけるエコーサプレッサ３０はダブルトーク検出処理部２３がダブルトークを検出している場合は送話側信号経路に減衰量を挿入せず、ダブルトーク検出処理部２３がダブルトークを検出していない場合に送話側信号経路に減衰量を挿入するので、近端側話者が発した音声が誤って減衰されてしまうことによる音声の抑揚を生じさせることなく、通話時の不快なエコーのみを減衰させることが可能であり、その結果、快適な通話環境を提供することができる。また、本実施形態ではエコーキャンセラ２０が有するダブルトーク検出手段（ダブルトーク検出処理部２３）を利用しているので、別途ダブルトーク検出手段を設ける場合と比較して、構成の簡略化（ＤＳＰで実行するプログラム量の削減やＤＳＰの低スペック化あるいはプログラムを記憶するためのＲＯＭの容量削減）並びにコストダウンが図れるという利点がある。

（実施形態３）
本実施形態のブロック図を図６に示す。但し、本実施形態の拡声通話装置は、エコーサプレッサ３０が音声スイッチ１０並びにエコーキャンセラ２０の双方と連動して送話側信号経路に減衰量を挿入する点に特徴があり、それ以外の基本構成は実施形態１及び２と共通である。故に、実施形態１及び２と共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

図７のフローチャートを参照して本実施形態におけるエコーサプレッサ３０の動作を説明する。エコーサプレッサ３０は、音声スイッチ１０の状態を常に監視し（ステップ１）、音声スイッチ１０が受話状態であれば、エコーキャンセラ２０のダブルトーク検出処理部２３がダブルトークを検出しているか否かを判断し（ステップ２）、ダブルトーク検出処理部２３がダブルトークを検出していなければ、消去すべき残留エコーが有るかまたは送話側信号経路に送出すべき音声信号は無いと判定し、入力信号に所定の減衰係数を掛けることで入力信号を減衰させて出力する（ステップ３）。一方、音声スイッチ１０が受話状態でない場合、若しくは音声スイッチ１０が受話状態であってもダブルトーク検出処理部２３がダブルトークを検出している場合、エコーサプレッサ３０は残留エコーがないかまたは送出すべき音声信号があると判断し、入力信号に減衰係数を掛けないことで入力信号を減衰せずにそのままのレベルで出力する（ステップ４）。

而して本実施形態によれば、近端側話者が発した音声が誤って減衰されてしまうことによる音声の抑揚を生じさせることなく、また、エコーサプレッサ３０が誤って減衰量を挿入せずに不快な残留エコーを発生させてしまうことがなく、通話時の不快なエコーのみを減衰させることが可能であり、その結果、快適な通話環境を提供することができる。

ここで、総損失量算出部１４が推定する音響帰還利得αの推定値α’に応じて、エコーサプレッサ３０が送話側信号経路に挿入する減衰量を調整するようにしても構わない。以下、エコーサプレッサ３０が送話側信号経路に挿入する減衰量を調整する場合の動作について、図８のフローチャートを参照して説明する。

エコーサプレッサ３０は、音声スイッチ１０の状態を常に監視し（ステップ１）、音声スイッチ１０が受話状態であれば、エコーキャンセラ２０のダブルトーク検出処理部２３がダブルトークを検出しているか否かを判断し（ステップ２）、音声スイッチ１０が受話状態でない場合、若しくは音声スイッチ１０が受話状態であってもダブルトーク検出処理部２３がダブルトークを検出している場合、残留エコーがないかまたは送出すべき音声信号があると判断して入力信号を減衰せずにそのままのレベルで出力する（ステップ７）。

一方、音声スイッチ１０が受話状態であり且つダブルトーク検出処理部２３がダブルトークを検出していない場合、エコーサプレッサ３０は入力信号に掛ける（乗算する）減衰係数を標準値SUP_MINに設定する（ステップ３）。また、音声スイッチ１０の総損失量算出部１４が推定した音響帰還利得αの推定値α’及び総損失量Ｌｔ（ｎ）の和が所定のしきい値ＴＨ以上の場合（ステップ４）、エコーサプレッサ３０は減衰係数を標準値SUP_MINよりも大きい上限値SUP_MAXに設定する（ステップ５）。さらに、音声スイッチ１０の総損失量算出部１４が推定した音響帰還利得αの推定値α’及び総損失量Ｌｔ（ｎ）の和がしきい値ＴＨ未満の場合（ステップ４）、エコーサプレッサ３０は減衰係数を標準値SUP_MINのままとする。最後に、エコーサプレッサ３０は設定した減衰係数（標準値SUP_MIN又は上限値SUP_MAX）を入力信号に掛けることで入力信号を減衰させて出力する（ステップ６）。

このようにすれば、近端側話者が発した音声がエコーサプレッサ３０によって誤って減衰された場合においても音声の抑揚を最小限に抑えることができる。

ところで、高いレベルの周囲騒音が定常的に存在する場合、通話開始直後においてはエコーキャンセラ２０の適応フィルタ２１におけるフィルタ係数の更新が相当な時間に亘って停止して十分に収束せず、そのためにダブルトーク検出処理部２３がダブルトークを正しく検出することができない。したがって、上述のように音声スイッチ１０が受話状態であり且つダブルトーク検出処理部２３がダブルトークを検出していないという条件が満たされず、通話開始直後にエコーサプレッサ３０が入力信号を減衰せずにそのままのレベルで出力してしまうために不快な残留エコーを発生させてしまう虞がある。

そこで、相手側通話端末との通話開始からエコーキャンセラ２０が充分に収束するまでの期間においては、挿入損失量分配処理部１５が受話状態と推定している場合にのみ、エコーサプレッサ３０が送話側信号経路に所定の減衰量を挿入すれば、通話開始からエコーキャンセラ２０が十分に収束するまでの期間においても不快な残留エコーを減衰させて快適な拡声通話環境が提供できる。

また、通話開始直後のように総損失量算出部１４が固定モードで動作しているときに近端側及び遠端側から同時に異なる音声が入力されると、音声スイッチ１０が受話状態と送話状態に交互に切り換わることにより、エコーサプレッサ３０が誤動作して送話信号の信号レベルが大きく変動する、つまり、送話音声が抑揚してしまう虞がある。

そこで、送話側信号経路に所定の減衰量を挿入しているときに挿入損失量分配処理部１５が受話状態と推定しなくなった場合又はダブルトーク検出処理部２３がダブルトークを検出した場合、エコーサプレッサ３０が送話側信号経路への所定の減衰量の挿入を瞬時に停止すれば、送話信号が誤って減衰されることによる音声の抑揚が防止できて快適な拡声通話環境ができる。

（実施形態４）
本実施形態のブロック図を図９に示す。但し、本実施形態の拡声通話装置は、エコーサプレッサ３０が受話信号の信号レベル平均値を利用して減衰量を調整する点に特徴があり、それ以外の基本構成は実施形態３と共通である。故に、実施形態３と共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

ここで、適応フィルタ２１は音響エコー経路Ｈacのインパルス応答を適応的に同定し、遠端側の入力信号（スピーカアンプＧ２へ入力する受話信号）ｙ（ｎ）からエコー成分（音響エコー）ｇ（ｎ）を推定しているのであるが、このエコー成分ｇ（ｎ）を推定するために、次式によってフィルタ係数ｈ_p（ｎ）を再帰的に更新している。但し、添え字のｐはタップ番号、ｎはサンプル時間、Ｋはステップゲイン、Ｆ（ｎ）は係数更新関数である。

ｈ_p（ｎ＋１）＝ｈ_p（ｎ）＋Ｋ・Ｆ（Ｅｙ（ｎ））
また、Ｅｙ（ｎ）は入力信号（受話信号）ｙ（ｎ）の信号レベル平均値であって、適応フィルタ２１が具備する信号レベル平均値演算部２４において、次式によって求められる。但し、SPANは入力信号ｙ（ｎ）の絶対値abs[y(n)]を加算する周期である。

そして、エコー成分（の推定値）ｇ（ｎ）は次式によって求められる。

そして、本実施形態におけるエコーサプレッサ３０は、エコーキャンセラ２０の適応フィルタ２１が具備している信号レベル平均値演算部２４から受話信号の信号レベル平均値Ｅｙ（ｎ）を取得している。

次に、図１０のフローチャートを参照してエコーサプレッサ３０の動作を詳細に説明する。

エコーサプレッサ３０は、音声スイッチ１０の状態を常に監視し（ステップ１）、音声スイッチ１０が受話状態であれば、エコーキャンセラ２０のダブルトーク検出処理部２３がダブルトークを検出しているか否かを判断し（ステップ２）、音声スイッチ１０が受話状態でない場合、若しくは音声スイッチ１０が受話状態であってもダブルトーク検出処理部２３がダブルトークを検出している場合、残留エコーがないかまたは送出すべき音声信号があると判断して入力信号を減衰せずにそのままのレベルで出力する（ステップ８）。

一方、音声スイッチ１０が受話状態であり且つダブルトーク検出処理部２３がダブルトークを検出していない場合、エコーサプレッサ３０が入力信号に掛ける減衰係数は、信号レベル平均値算出処理部２４の算出値RS_AVE(n)（＝Ｅｙ（ｎ））に依存しており、所定の閾値THに対して、RS_AVE(n)＞THならば、
減衰係数＝SUP＿MAX×RS_AVE(n)／RS_AVEmax・・・（１）
とし、RS_AVE(n)≦THならば、
減衰係数＝SUP＿MAX×RS_AVE(n)／RS_AVEmax〜SUP_MIN・・・（２）
という判定条件により決定される。なお、SUP_MAX、SUP_MINはそれぞれ大声相当（例えば、音圧○○ｄＢ以上）及び標準音量（例えば、音圧○○〜○○ｄＢ）相当の信号レベルを抑圧するために必要な減衰係数であり、RS_AVEmaxは大声相当の信号レベル平均値RS_AVE(n)である。上記（２）の判定条件については、サンプリング周期毎に（２）の判定条件を満たし続ける限りは、所定の遷移係数を乗ずることにより、減衰係数はSUP＿MAX×RS_AVE(n)／RS_AVEmax→SUP_MINと徐々に小さくなるように変化し、SUP_MINが減衰係数の下限値として設定される。

具体的には、まずエコーサプレッサ３０は減衰係数としてSUP_MINが設定されているかどうかを判定する（ステップ３）。もし減衰係数としてSUP_MINが設定されていなければ、エコーサプレッサ３０は減衰係数に遷移係数を乗じて新たな減衰係数を設定し（ステップ４）、すでにSUP_MINが設定されていれば、これは下限値であるので減衰係数としてSUP_MINを用いる。次に、信号レベル平均値RS_AVE(n)が上記（１）の条件を満たす場合（ステップ５）、エコーサプレッサ３０は減衰係数としてSUP＿MAX×RS_AVE(n)／RS_AVEmaxを設定し（ステップ６）、上記（１）の条件を満たさない場合は減衰係数を変更せず、以前のステップで設定したものを用いる。最後に、エコーサプレッサ３０は設定した減衰係数を入力信号に掛けることで入力信号を減衰させて出力する（ステップ７）。

而して本実施形態によれば、近端側話者が発した音声がエコーサプレッサ３０によって誤って減衰された場合においても音声の抑揚を最小限に抑えることができる。しかも、本実施形態では信号レベル平均値RS_AVE(n)を演算するに当たって、エコーキャンセラ２０が有する信号レベル平均値演算部２４を利用しているので、別途信号レベル平均値演算出手段を設ける場合と比較して、構成の簡略化（ＤＳＰで実行するプログラム量の削減やＤＳＰの低スペック化あるいはプログラムを記憶するためのＲＯＭの容量削減）並びにコストダウンが図れるという利点がある。

１ マイクロホン
２ スピーカ
１０ 音声スイッチ
１１ 送信側減衰器
１２ 受信側減衰器
１３ 挿入損失量制御部
１４ 総損失量算出部
１５ 挿入損失量分配処理部
２０ エコーキャンセラ
２１ 適応フィルタ
２２ 減算器
３０ エコーサプレッサ

Claims (10)

1. マイクロホン及びスピーカと、相手側の通話端末から送られてくる受話信号をスピーカに伝送する受話側信号経路並びにマイクロホンで集音された送話信号を伝送して相手側の通話端末へ送る送話側信号経路に損失を挿入することで通話状態を受話及び送話に切り換える音声スイッチと、マイクロホンとスピーカの音響結合によって生じる音響エコーを抑制するエコーキャンセラと、ダブルトークを検出するダブルトーク検出手段とを備え、
   音声スイッチは、送話側の信号経路に損失を挿入する送話側損失挿入手段と、受話側の信号経路に損失を挿入する受話側損失挿入手段と、送話側及び受話側の損失挿入手段から挿入する損失量を制御する挿入損失量制御手段とを具備し、
   挿入損失量制御手段は、受話側損失挿入手段の出力点から音響エコー経路を介して送話側損失挿入手段の入力点へ帰還する経路の音響帰還利得を推定し、音響帰還利得の推定値に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和を算出する総損失量算出部と、送話信号及び受話信号を監視して通話状態を推定し、この推定結果と総損失量算出部の算出値に応じて送話側損失挿入手段及び受話側損失挿入手段の各挿入損失量の配分を決定する挿入損失量分配処理部とからなり、
   総損失量算出部は、各帰還利得の推定値に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和を算出して適応更新する更新モード、並びに総損失量を所定の初期値に固定する固定モードの２つの動作モードを有し、相手側通話端末との通話開始からエコーキャンセラが充分に収束するまでの期間には固定モードで動作するとともに、エコーキャンセラが充分収束した後の期間には更新モードで動作してなる拡声通話装置において、
   音声スイッチ又はダブルトーク検出手段と連動して送話側信号経路に所定の減衰量を挿入して残留エコーを減衰するエコーサプレッサを備え、
   エコーサプレッサは、挿入損失量分配処理部が受話状態と推定している場合においては前記所定の減衰量を送話側信号経路に挿入し、挿入損失量分配処理部が受話状態と推定していない場合においては送話側信号経路に減衰量を挿入しないことを特徴とする拡声通話装置。
2. エコーサプレッサは、ダブルトーク検出手段がダブルトークを検出している場合は送話側信号経路に減衰量を挿入せず、ダブルトーク検出手段がダブルトークを検出しておらず且つ挿入損失量分配処理部が受話状態と推定している場合にのみ、送話側信号経路に前記所定の減衰量を挿入することを特徴とする請求項１記載の拡声通話装置。
3. エコーサプレッサは、相手側通話端末との通話開始からエコーキャンセラが充分に収束するまでの期間においては、挿入損失量分配処理部が受話状態と推定している場合にのみ、送話側信号経路に前記所定の減衰量を挿入することを特徴とする請求項２記載の拡声通話装置。
4. エコーサプレッサは、送話側信号経路に前記所定の減衰量を挿入しているときに挿入損失量分配処理部が受話状態と推定しなくなった場合又はダブルトーク検出手段がダブルトークを検出した場合、送話側信号経路への前記所定の減衰量の挿入を瞬時に停止することを特徴とする請求項２又は３記載の拡声通話装置。
5. エコーサキャンセラは、エコー経路の特性を適応的に同定する適応フィルタと、近端側の信号から適応フィルタの出力を減算する減算器と、ダブルトークを検出する前記ダブルトーク検出手段とを有し、ダブルトーク検出手段によりダブルトークが検出されているときには適応フィルタの係数を更新しないことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の拡声通話装置。
6. 送話側信号経路において、エコーキャンセラ、音声スイッチ、エコーサプレッサの順序で各々の処理が実行されることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の拡声通話装置。
7. エコーサプレッサは、前記総損失量算出部が推定する音響帰還利得に応じて前記減衰量を調整することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の拡声通話装置。
8. エコーサプレッサは、受話信号の信号レベル平均値に応じて減衰量を調整することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の拡声通話装置。
9. エコーサプレッサは、受話信号の信号レベルが所定のしきい値未満であるときは送話側信号経路に挿入する減衰量を所定の標準値とし、前記信号レベルがしきい値以上であるときは前記標準値よりも大きい上限値から当該標準値までの範囲内で減衰量を調整することを特徴とする請求項８記載の拡声通話装置。
10. エコーキャンセラは、受話信号の信号レベル平均値を演算する信号レベル平均値演算部と、当該信号レベル平均値を用いてエコー経路の特性を適応的に同定する適応フィルタと、近端側の信号から適応フィルタの出力を減算する減算器とを有し、エコーサプレッサは、信号レベル平均値演算部で演算される信号レベル平均値を利用して減衰量を調整することを特徴とする請求項８記載の拡声通話装置。