JP5844502B2 - 小型ハンズフリー音声通信システムに適用するエコーキャンセル装置及び方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明による小型ハンズフリー音声通信システムに適用するエコーキャンセル装置及び方法に用いられた受話器及び送話器位置の模式図である。図2は、本発明による小型ハンズフリー音声通信システムに適用するエコーキャンセル装置及び方法に用いられた小型ハンズフリー音声通信システムの使用模式図である。図3は、本発明による小型ハンズフリー音声通信システムに適用するエコーキャンセル装置及び方法に用いられた車両用小型ハンズフリー音声通信システムの使用模式図である。利用者にとって、利用者から送話器(例えばマイクロホン)までの距離がほとんど相等であり、つまり、各送話器で受信された利用者から発した近端音声信号がほぼ同じである。ただし、受話器(例えばスピーカー)からいうと、受話器から各送話器までの距離が不等であり、もし、受話器がメイン送話器(第一送話器)との距離がD1で、補助送話器(第二送話器)との距離がD2である場合、D1>D2であると、二つの送話器に受信された受話器から発したエコーの間には電力差があるが、二つの送話器で受信された利用者から発した近端音声がほとんど同じであるため、電力関係の差異によって音声とエコーとが区別でき、音声とエコーとを分離する目的が達成される。本発明は、この電力の差異を利用して、音声とエコーとの分離を行う。本実施形態において、D1>=2D2であり、例えばD1=13cm、D2=4cmであり、この際、D1とD2との明らかな違いにより、二つの送話器で受信された受話器から発したエコーの間の電力差異が明らかであり、効果がよりよい。
が大体に求められる場合、フィルタリングキャンセルの方式によって以下の数3のようにd1′を得る。(なお、以下の文中において、上記アレイフィルタの伝達関数をハットhと適宜略称する。)
となり、式(7)の条件を満たすことができる。こうして、アレイフィルタリングでエコーを除去するとともに音声を減衰しないことが保証される。
ここで、i∈[1,M]がサブバンド番号で、fが周波数で、kがサブバンド内における周波数サンプリングポイントで、E1(k)が、第一の適応周波数ドメイン信号の周波数サンプリングポイントにおける振幅で、E2(k)が第二の適応周波数ドメイン信号の周波数サンプリングポイントにおける振幅である。
ここで、ハットhがアレイフィルタの伝送関数で、d1がメイン送話器信号で、d2が補助送話器信号で、E[.]が期待値演算符号で、*が畳み込み演算符号である。
ここで、fが周波数で、E1が第一の適応周波数ドメイン信号の振幅で、E2が第二の適応周波数ドメイン信号の振幅で、pFが周波数ドメイン音声確率信号で、TSが補助送話器信号とメイン送話器信号とにおける近端音声信号の平均振幅比値で、TEが補助送話器信号とメイン送話器信号とにおける非線形エコー成分信号の平均振幅比値であり、ここで、TE>TS>1である。
ここで、i∈[1,M]がサブバンド番号で、fが周波数で、kがサブバンド内における周波数サンプリングポイントで、E1(k)が第一の適応周波数ドメイン信号の周波数サンプリングポイントにおける振幅で、E2(k)が第二の適応周波数ドメイン信号の周波数サンプリングポイントにおける振幅である。
ここで、pFが周波数ドメイン音声確率信号であり、AgがpFに関連する整合因子で、pFの増加につれて低下してしまい、例えば、
を取ってもよい。
(一)本発明の技術方案によって、音声確率推定を用いて、エコー整合と組み合わせると、エコーを低減すると同時に近端音声に対する損傷を軽減することができ、二重性能が向上する。
(二)送話器が複数個存在する小型ハンズフリー音声通信システムについても、受話器に一番遠い送話器及び一番近い送話器のみを用いれば、本発明の技術方案が実現でき、実施しやすいものである。
(三)本発明の技術方案を用いるのは、音声の位相を弁別する必要がないため、送話器の位相の一致性に厳しい要求がなく、音響学設計に対する限定も少なく、製品の設計に便利である。
(四)周波数ドメイン音声確率信号をエコー整合の演算に用いて、周波数スペクトルフィルタリングの強さが近端音声の確率につれて変化するようにして、近端音声確率が高い場合、周波数スペクトルフィルタリングの強さが低下し、近端音声をよりよく保護することができる。
Claims (10)
- 小型ハンズフリー音声通信システムに適用するエコーキャンセル装置であって、前記小型ハンズフリー音声通信システムが、受話器、メイン送話器及び補助送話器を含み、メイン送話器と受話器との間の距離が、補助送話器と受話器との間の距離よりも大きく、当該装置が、構造的に順次に縦続接続されたアレイエコーキャンセルユニット、適応エコーキャンセルユニット及び残留エコーキャンセルユニットを含み、
アレイエコーキャンセルユニットの入力が、メイン送話器信号及び補助送話器信号であり、アレイフィルタリングによってメイン送話器信号における一部の線形エコー成分及び一部の非線形エコー成分を除去して、一つの出力信号を得て、
適応エコーキャンセルユニットの入力信号が、受話器信号、アレイエコーキャンセルユニットの出力信号及び補助送話器信号であり、適応フィルタリングによって、それぞれ、アレイエコーキャンセルユニットの出力信号からメイン送話器信号における残留線形エコー成分を、補助送話器信号から補助送話器信号における線形エコー成分を除去して、第一の適応フィルタリング信号及び第二の適応フィルタリング信号を得て、
残留エコーキャンセルユニットの入力信号が、適応エコーキャンセルユニットから出力された第一の適応フィルタリング信号及び第二の適応フィルタリング信号であり、音声確率推定及びエコー整合によって、メイン送話器信号における残留非線形エコー成分を除去して、エコーキャンセル後の音声信号として一つの出力信号を得て、
前記残留エコーキャンセルユニットが、二つの時間周波数変換モジュール、一つの音声確率推定モジュール、一つの周波数スペクトルフィルタモジュール及び一つの周波数時間変換モジュールを含み、前記二つの時間周波数変換モジュールが、それぞれ、第一の適応フィルタリング信号に対して時間周波数変換を行って第一の適応周波数ドメイン信号を得ること、及び、第二の適応フィルタリング信号に対して時間周波数変換を行って第二の適応周波数ドメイン信号を得ることに用いられ、
前記音声確率推定モジュールが、第一の適応周波数ドメイン信号及び第二の適応周波数ドメイン信号の振幅に応じて周波数ドメイン音声確率推定を行って周波数ドメイン音声確率信号を得るために用いられ、前記周波数ドメイン音声確率信号が、第一の適応周波数ドメイン信号のうち近端音声信号が占める割合を表し、
前記周波数スペクトルフィルタモジュールが、エコー整合器、減算器及び乗算器を含み、エコー整合器が、第一の適応周波数ドメイン信号及び第二の適応周波数ドメイン信号の振幅に応じて第二の適応周波数ドメイン信号に対してエコー整合を行うために用いられ、減算器が、第一の適応周波数ドメイン信号からエコー整合された結果を減算することで非線形エコー成分信号を除去するために用いられ、乗算器が、減算して得られた結果に周波数ドメイン音声確率信号を乗算することでエコー信号を抑制するとともに近端音声信号を保護するために用いられ、
前記周波数時間変換モジュールが、乗算して得られた結果に対して周波数時間変換を行うことで、エコーキャンセルの結果を出力するために用いられることを特徴とする装置。 - 前記アレイエコーキャンセルユニットが、一つのアレイフィルタモジュールを含み、前記アレイフィルタモジュールが、アレイフィルタと減算器とを含み、前記アレイフィルタが、補助送話器信号に対してアレイフィルタリングを行って第二のアレイフィルタリング信号を得るために用いられ、前記減算器が、メイン送話器信号から前記第二のアレイフィルタリング信号を差し引くことで、メイン送話器信号における一部の線形エコー成分及び一部の非線形エコー成分を除去するために用いられ、
前記適応エコーキャンセルユニットが、二つの適応フィルタモジュールを含み、前記二つの適応フィルタモジュールが、それぞれ、補助送話器信号に対して適応フィルタリングを行って第二の適応フィルタリング信号を得ることにより、補助送話器信号における線形エコー成分を除去すること、及び、メイン送話器信号から第二のアレイフィルタリング信号を差し引いた信号に対して適応フィルタリングを行って第一の適応フィルタリング信号を得ることにより、メイン送話器信号における残留線形エコー成分を除去すること、に用いられることを特徴とする請求項1に記載の装置。 - D1>2D2且つD1−D2>6cmであり、
(ここで、D1がメイン送話器と受話器との間の距離であり、D2が補助送話器と受話器との間の距離である)
アレイフィルタの伝送関数が以下の式によって
(ここで、
がアレイフィルタの伝送関数で、d1がメイン送話器信号で、d2が補助送話器信号で、E[.]が期待値演算符号で、*が畳み込み演算符号である)
確定されることを特徴とする請求項2に記載の装置。 - 前記音声確率推定モジュールが、下記の式によって
(ここで、fが周波数で、E1が第一の適応周波数ドメイン信号の振幅で、E2が第二の適応周波数ドメイン信号の振幅で、pFが周波数ドメイン音声確率信号で、TSが補助送話器信号とメイン送話器信号とにおける近端音声信号の平均振幅比値で、TEが補助送話器信号とメイン送話器信号とにおける非線形エコー成分信号の平均振幅比値であり、ここで、TE>TS>1である)
周波数ドメイン音声確率信号を算出するために用いられることを特徴とする請求項2に記載の装置。 - 前記エコー整合器が、全周波数をM個のサブバンドに分けて、サブバンドの境界をB1〜BM+1として、各サブバンド内に下記の計算を行うために用いられ、
整合関数Hmを算出し、
(ここで、i∈[1,M]がサブバンド番号で、fが周波数で、kがサブバンド内における周波数サンプリングポイントで、E1(k)が第一の適応周波数ドメイン信号の周波数サンプリングポイントにおける振幅で、E2(k)が第二の適応周波数ドメイン信号の周波数サンプリングポイントにおける振幅である)
第二の適応周波数ドメイン信号E2に整合関数Hmを乗算して、且つ、因子Agと乗算して振幅整合を行って、整合エコーYmが得られ、
減算器が、第一の適応周波数ドメイン信号から整合エコーYmを減算して、乗算器が減算して得られた結果に周波数ドメイン音声確率信号を乗算すると、
(ここで、pFが周波数ドメイン音声確率信号であり、AgがpFに関連する整合因子であり、pFの増加につれて低下する)
になることを特徴とする請求項2に記載の装置。 - 小型ハンズフリー音声通信システムに適用するエコーキャンセル方法であって、前記小型ハンズフリー音声通信システムが、受話器、メイン送話器及び補助送話器を含み、メイン送話器と受話器との間の距離が、補助送話器と受話器との間の距離よりも大きく、当該方法が、
メイン送話器信号及び補助送話器信号をアレイエコーキャンセルユニットに入力してアレイフィルタリングを行って、メイン送話器信号における一部の線形エコー成分及び一部の非線形エコー成分を除去して、一つの出力信号を得ることと、
受話器信号、アレイエコーキャンセルユニットの出力信号及び補助送話器信号を適応エコーキャンセルユニットに入力して適応フィルタリングを行って、それぞれ、アレイエコーキャンセルユニットの出力信号からメイン送話器信号における残留線形エコー成分を、補助送話器信号から補助送話器信号における線形エコー成分を除去して、第一の適応フィルタリング信号及び第二の適応フィルタリング信号を得ることと、
適応エコーキャンセルユニットから出力された第一の適応フィルタリング信号及び第二の適応フィルタリング信号を残留エコーキャンセルユニットに入力し、音声確率推定及びエコー整合によって、メイン送話器信号における残留非線形エコー成分を除去して、エコーキャンセル後の音声信号として一つの出力信号を得ることであって、第一の適応フィルタリング信号及び第二の適応フィルタリング信号に対してそれぞれ時間周波数変換を行って第一の適応周波数ドメイン信号及び第二の適応周波数ドメイン信号を得ることと、第一の適応周波数ドメイン信号及び第二の適応周波数ドメイン信号の振幅に応じて、音声確率推定を行って、第一の適応周波数ドメイン信号のうち近端音声信号が占める割合を表す周波数ドメイン音声確率信号を得ることと、第一の適応周波数ドメイン信号及び第二の適応周波数ドメイン信号の振幅に応じて、第二の適応周波数ドメイン信号に対してエコー整合を行って整合エコーを得て、第一の適応周波数ドメイン信号から整合エコーを減算することで非線形エコー成分信号を除去して、且つ減算して得られた結果に周波数ドメイン音声確率信号を乗算することでエコー信号を抑制するとともに近端音声信号を保護することと、乗算して得られた結果に対して周波数時間変換を行うことで、エコーキャンセルされた結果を出力することと、を含むことを特徴とする方法。 - 前記のアレイフィルタリングを行うことは、補助送話器信号に対してアレイフィルタリングを行って第二のアレイフィルタリング信号を得て、メイン送話器信号から第二のアレイフィルタリング信号を差し引くことで、メイン送話器信号における一部の線形エコー成分及び一部の非線形エコー成分を除去することを含み、
前記の適応フィルタリングを行うことは、補助送話器信号に対して適応フィルタリングを行うことで補助送話器信号における線形エコー成分を除去して第二の適応フィルタリング信号を得ることと、メイン送話器信号から第二のアレイフィルタリング信号を差し引いた信号に対して適応フィルタリングを行うことにより、メイン送話器信号における残留線形エコー成分を除去して第一の適応フィルタリング信号を得ること、とを含むことを特徴とする請求項6に記載の方法。 - D1>2D2且つD1−D2>6cmであり、
(ここで、D1がメイン送話器と受話器との間の距離で、D2が補助送話器と受話器との間の距離である)
前記の補助送話器信号に対してアレイフィルタリングを行って第二のアレイフィルタリング信号を得ることは、下記の式によって
(ここで、
がアレイフィルタの伝送関数で、d1がメイン送話器信号で、d2が補助送話器信号で、E[.]が期待値演算符号で、*が畳み込み演算符号である)
アレイフィルタの伝送関数を確定することと、
伝送関数
が用いられたアレイフィルタによって、補助送話器信号に対してアレイフィルタリングを行うことと、を含むことを特徴とする請求項7に記載の方法。 - 前記の第一の適応周波数ドメイン信号及び第二の適応周波数ドメイン信号の振幅に応じて音声確率推定を行って周波数ドメイン音声確率信号を得ることは、
下記の式によって
(ここで、fが周波数で、E1が第一の適応周波数ドメイン信号の振幅で、E2が第二の適応周波数ドメイン信号の振幅で、pFが周波数ドメイン音声確率信号で、TSが補助送話器信号とメイン送話器信号とにおける近端音声信号の平均振幅比値で、TEが補助送話器信号とメイン送話器信号とにおける非線形エコー成分信号の平均振幅比値であり、ここで、TE>TS>1である)
周波数ドメイン音声確率信号を算出することを含むことを特徴とする請求項7に記載の方法。 - 前記の第一の適応周波数ドメイン信号及び第二の適応周波数ドメイン信号の振幅に応じて、第二の適応周波数ドメイン信号に対してエコー整合を行うことは、
全周波数をM個のサブバンドに分けて、サブバンドの境界をB1〜BM+1として、各サブバンド内に第一の適応周波数ドメイン信号E1及び第二の適応周波数ドメイン信号E2に対してエネルギーを求め、エネルギーの間で除算を行って且つ開平演算を行い、整合関数Hm
(ここで、i∈[1,M]がサブバンド番号で、fが周波数で、kがサブバンド内における周波数サンプリングポイントで、E1(k)が第一の適応周波数ドメイン信号の周波数サンプリングポイントにおける振幅で、E2(k)が第二の適応周波数ドメイン信号の周波数サンプリングポイントにおける振幅である)
を得ることと、
第二の適応周波数ドメイン信号E2に整合関数Hmを乗算し、且つ、因子Agと乗算して振幅整合を行って、整合エコーYm
を得ることと、を含み、
前記の第一の適応周波数ドメイン信号から整合エコーYmを減算して、減算して得られた結果に周波数ドメイン音声確率信号を乗算することは、
(ここで、pFが周波数ドメイン音声確率信号であり、AgがpFに関連する整合因子であり、pFの増加につれて低下する)
になることを特徴とする請求項7に記載の方法。
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