JP6279172B2 - エコーキャンセラ装置及び通話装置 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロフォンで検出された音響信号に含まれる音響エコー成分を低減するエコーキャンセル技術に関し、特に、適応フィルタを用いてその音響エコー成分を低減するエコーキャンセル技術に関する。

各々がマイクロフォン及びスピーカを有する２台の通話装置間で双方向通話が行われる場合、一方の通話装置のマイクロフォンで採取された音（たとえば、送話者音声または背景雑音）は、電気通信網を通して相手方の通話装置に伝送された後に、その相手方の通話装置のスピーカで再生される。しかしながら、その再生音が当該スピーカから直接的または間接的にマイクロフォンに回り込んで採取されると、その再生音が発信元の通話装置に送り戻される。このようにして発信元の通話装置に送り戻される再生音は、「音響エコー」と呼ばれている。

音響エコーを抑制するデバイスとしては、適応フィルタを用いたエコーキャンセラが広く使用されている。この種のエコーキャンセラでは、適応フィルタは、スピーカからマイクロフォンに至る音響エコーの伝達経路（以下「エコー経路」ともいう。）の特性を逐次推定すなわち学習して、擬似エコー信号（「エコーレプリカ」とも呼ばれる。）を生成する。そして、発信元の通話装置へ伝送される送話信号からその擬似エコー信号を除去することにより、当該送話信号に含まれる音響エコー成分を低減することができる。したがって、適応フィルタの性能がエコーキャンセラのエコー消去性能を決定するということができる。

このような適応フィルタによるエコー経路特性の学習を阻害する要因としては、マイクロフォンで検出された音響信号への外乱信号の混入が考えられる。適応フィルタにとっては、音響エコーに混入する近端話者音声または背景雑音は、外乱信号であり、エコー経路特性の学習の妨げとなる。特にマイクロフォンに近端話者音声と音響エコーとが混入するダブルトーク（同時通話）状態は、エコー経路特性の学習を阻害する要因として問題となる。

前述のダブルトークに起因する問題に対しては、適応フィルタと、ダブルトーク発生の有無を判定するダブルトーク検出回路とを備えたエコーキャンセラが知られている。この種のエコーキャンセラは、たとえば、下記の非特許文献１に開示されている。非特許文献１に開示されている音響エコーキャンセラは、エコー消去量を検出パラメータとして監視し、当該エコー消去量が所定量以上となったときにダブルトークが発生したと判定して適応フィルタ係数の更新を休止させるダブルトーク検出回路を備えたものである。

また、外乱信号に対するエコー経路特性の学習のロバスト性（頑健性）を向上させるために、２種類のフィルタを備えたエコーキャンセラも知られている。この種のエコーキャンセラは、たとえば、下記の非特許文献２に開示されている。非特許文献２に開示されているエコーキャンセラは、エコー経路特性の学習を行うバックグラウンド（ＢＧ）フィルタと、このＢＧフィルタの学習結果がある程度の時間をかけて反映されるフォアグラウンド（ＦＧ）フィルタとを備えており、エコー消去にはＦＧフィルタが使用される。

なお、特許文献１（特開平６−３３８８２７号公報）には、２種類のフィルタとダブルトーク検出回路とを備えたエコーキャンセラが開示されている。

特開平６−３３８８２７号公報（たとえば、図１及び段落００１４〜００２０）

藤井健作，大賀寿郎，"エコー経路変動検出を併用するダブルトーク検出法,"信学論(A), vol. J78-A, no.3, pp. 314-322, March 1995. K. Ochiai, T. Araseki, and T. Ogihara,"Echo canceller with two echo path models,"IEEE Transactions on Communications, vol. COM-25, no. 6, pp. 589-595, June 1977.

上記ダブルトーク検出回路を備えた従来のエコーキャンセラでは、そのダブルトーク発生回路の誤判定により適応フィルタが誤学習すれば、エコー消去量が極端に低下することがある。また、上記２種類のフィルタを備えた従来のエコーキャンセラでは、ダブルトークに起因して２種類のフィルタがともに誤学習を起こした場合に、外乱信号に対するロバスト性を維持することができないことがある。よって、上記した従来のエコーキャンセラでは、ダブルトークが発生する環境下で安定したエコー消去性能が得られるとは限らない。

上記に鑑みて本発明の目的は、ダブルトークが発生する環境下で安定したエコー消去性能を維持することができるエコーキャンセラ装置及び通話装置を提供する点にある。

本発明の第１の態様によるエコーキャンセラ装置は、入力された受話信号の系列に対してフィルタ係数群を用いたフィルタ演算を実行するとともに、集音部から入力された送話信号に応じて適応的に前記フィルタ係数群の更新を行う適応フィルタ部と、前記適応フィルタ部で用いられた現在及び過去の複数のフィルタ係数群を取得し、当該複数のフィルタ係数群をそれぞれ用いたフィルタ演算を前記受話信号の系列に対して実行することにより複数の疑似エコー信号を算出する疑似エコー算出部と、前記送話信号と前記複数の疑似エコー信号とに基づき、当該複数の疑似エコー信号にそれぞれ対応する複数のエコー消去量評価値を算出する評価値算出部と、前記複数のエコー消去量評価値に基づいて、前記複数の疑似エコー信号の中から一の疑似エコー信号を推定エコー成分として選択する疑似エコー選択部と、前記推定エコー成分と前記送話信号との差分を示す残差信号を出力する信号出力部とを備えることを特徴とする。

本発明の第２の態様によるエコーキャンセラ装置は、入力された受話信号の系列に対してフィルタ係数群を用いたフィルタ演算を実行するとともに、集音部から入力された送話信号に応じて適応的に前記フィルタ係数群の更新を行う適応フィルタ部と、前記適応フィルタ部で用いられた現在及び過去の複数のフィルタ係数群を取得し、当該複数のフィルタ係数群をそれぞれ用いたフィルタ演算を前記受話信号の系列に対して実行することにより複数の疑似エコー信号を算出する疑似エコー算出部と、前記送話信号と前記複数の疑似エコー信号とに基づき、当該複数の疑似エコー信号にそれぞれ対応する複数のエコー消去量評価値を算出する評価値算出部と、前記複数のエコー消去量評価値に基づいて、前記複数のフィルタ係数群の中から新フィルタ係数群を選択するフィルタ選択部と、前記受話信号の系列に対して前記新フィルタ係数群を用いたフィルタ演算を実行することにより推定エコー成分を生成するフォアグラウンドフィルタと、前記送話信号から前記推定エコー成分を差し引いて残差信号を生成する減算器とを備えることを特徴とする。

本発明の第３の態様による通話装置は、相手方通話装置との間で通信回線網を介した通信を行う通信機能部と、前記第１または第２の態様によるエコーキャンセラ装置とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、たとえ適応フィルタ部において誤学習が起きても、この誤学習を修正して良好なエコー消去性能を維持することができる。

本発明に係る実施の形態１に係る通話システムの概略構成を示す図である。 実施の形態１のエコーキャンセラの概略構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係るエコー消去量評価値の例を示すグラフである。 実施の形態１に係るエコーキャンセル処理の手順の例を示すフローチャートである。 実施の形態１のエコーキャンセラのハードウェア構成例を示す図である。 実施の形態１のエコーキャンセラの他のハードウェア構成例を示す図である。 本発明に係る実施の形態２のエコーキャンセラの概略構成を示すブロック図である。 実施の形態２に係るエコーキャンセル処理の手順の例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しつつ、本発明に係る種々の実施の形態について詳細に説明する。なお、図面全体において同一符号を付された構成要素は、同一構成及び同一機能を有するものとする。

実施の形態１．
図１は、本発明に係る実施の形態１のエコーキャンセラ１０を有する２台の通話装置１Ａ，１Ｂを含む通話システムの概略構成を示す図である。図１に示されるように、２台の通話装置１Ａ，１Ｂは、通信回線網ＮＷを介して相互に接続されており、同一構成を有する。通話装置１Ａ，１Ｂの各々は、マイクロフォンを含む集音部ＭＫと、音響波である再生音を出力するスピーカＳＰとにそれぞれ接続され、相手方通話装置との間で通信を行う通信機能部１１と、相手方通話装置に伝送される送話信号中の音響エコー成分を低減するエコーキャンセラ１０とを備えている。集音部ＭＫがスピーカＳＰと音響的に結合する場合、すなわち、スピーカＳＰから出力された音響波が、空気、液体または固体などの媒体を伝達して集音部ＭＫに回り込んで検出される場合、集音部ＭＫはその音響波を音響エコーとして検出し得る。通信回線網ＮＷとしては、たとえば、電話回線網、移動体通信網もしくはインターネットなどの広域通信網、またはＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などの小規模通信網が挙げられる。

図２は、実施の形態１のエコーキャンセラ１０の概略構成を示すブロック図である。図２に示されるように、エコーキャンセラ１０は、集音部ＭＫから入力された音検出信号をサンプリングして送話信号ｙ（ｎ）を出力する信号入力部Ｓ_ｉｎと、音響エコー成分が低減された送話信号である残差信号ｅ（ｎ）を通信機能部１１に出力する回線側信号出力部Ｓ_ｏｕｔと、通信機能部１１で受信された受話信号ｘ（ｎ）が入力される回線側信号入力部Ｒ_ｉｎと、受話信号ｘ（ｎ）をスピーカＳＰに出力する信号出力部Ｒ_ｏｕｔとを備えている。ここで、送話信号ｙ（ｎ），受話信号ｘ（ｎ）及び残差信号ｅ（ｎ）はいずれも時間離散信号であり、ｎは、離散的なサンプリング時刻Ｔ_ｎを特定する整数である。

また、エコーキャンセラ１０は、入力された受話信号ｘ（ｎ）の系列（以下「受話信号列」ともいう。）に対して時間領域のフィルタ係数群ｗ（ｎ）を用いたフィルタ演算を実行する適応フィルタ部２０を備えている。この適応フィルタ部２０は、ＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）法またはＮＬＭＳ（Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）法などの公知の適応アルゴリズムに従い、送話信号ｙ（ｎ）に応じてフィルタ係数群ｗ（ｎ）を適応的に更新する機能をも有する。

適応フィルタ部２０は、図２に示されるように、受話信号列とフィルタ係数群ｗ（ｎ）との畳み込み演算を実行する適応フィルタ２１と、この適応フィルタ２１のフィルタ出力ｄ（ｎ）を送話信号ｙ（ｎ）から差し引いて誤差信号δ（ｎ）を生成する減算器２２と、この誤差信号δ（ｎ）に応じて適応的にフィルタ係数群ｗ（ｎ）の更新を行う適応アルゴリズム部（ＡＡＬ）２３とを備えて構成されている。

受話信号列Ｘ（ｎ）は、次式（１）のＮ次元ベクトルで表現することができる。

ここで、Ｎは、３以上の整数であり、記号Ｔは、１行Ｎ列の横ベクトルをＮ行１列の縦ベクトルに変換させる転置を表す記号である。畳み込み演算で使用されるフィルタ係数群ｗ（ｎ）は、次式（２）のＮ次元ベクトルで表現することができる。

適応フィルタ２１は、次式（３）に従って受話信号列Ｘ（ｎ）とフィルタ係数群ｗ（ｎ）との畳み込み演算を実行することでフィルタ出力ｄ（ｎ）を算出することができる。

また、減算器２２は、次式に示されるように、送話信号ｙ（ｎ）からフィルタ出力ｄ（ｎ）を差し引くことで誤差信号δ（ｎ）を算出する。

適応アルゴリズム部２３は、この誤差信号δ（ｎ）の大きさが予め決められた条件下で最小になるようにフィルタ係数群ｗ（ｎ）を逐次修正する。学習同定法とも呼ばれている公知のＮＬＭＳ法を採用する場合、適応アルゴリズム部２３は、次式（５）に従って新たなフィルタ係数群ｗ（ｎ＋１）を導出することができる。

ここで、μ（ｎ−１）は、サンプリング時刻Ｔ_ｎ−１での係数であり、たとえば、次式（６）で与えられる。

ここで、αは、フィルタ係数群の更新量を調整するためのステップサイズであり、βは、式（６）の中辺の分母が零になることを防止する微少な数である。また、Ｎは、適応フィルタ２１のフィルタ長と一致し、σ_ｘは、受話信号の分散である。更に、Ｎσ_ｘは、受話信号列Ｘ（ｎ−１）のノルムの２乗||Ｘ（ｎ−１）||^２（＝｛Ｘ（ｎ−１）｝^Ｔ・Ｘ（ｎ−１））で近似することができる。

そして、適応アルゴリズム部２３は、新たなフィルタ係数群ｗ（ｎ＋１）で適応フィルタ２１における現在のフィルタ係数群ｗ（ｎ）を置き換えることでフィルタ係数群ｗ（ｎ）を更新する。フィルタ係数群ｗ（ｎ）は、スピーカＳＰから集音部ＭＫに至るエコー経路特性の推定量を表しているため、フィルタ係数群ｗ（ｎ）を逐次更新することは、そのエコー経路特性の逐次推定すなわちそのエコー経路特性の学習を行うことを意味する。なお、適応アルゴリズムは、ＬＭＳ法及びＮＬＭＳ法に限定されるものではない。たとえば、アフィン射影法またはＲＬＳ（Ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅ）法などの他の適応アルゴリズムで動作するように適応フィルタ部２０の構成が適宜変更されてもよい。また、本実施の形態の適応フィルタ部２０は、時間領域で適応的なフィルタ演算を実行しつつ時間領域のフィルタ係数群ｗ（ｎ）を逐次更新する機能を有するが、これに限定されるものでもない。適応フィルタ部２０に代えて、周波数領域で適応的なフィルタ演算を実行しつつ周波数領域のフィルタ係数群を逐次更新する適応フィルタ構成が使用されてもよい。

次に、図２を参照すると、エコーキャンセラ１０は、上記適応フィルタ部２０の学習を安定化させ、且つ推定エコー成分ｄ^（ｐ）（ｎ）を算出するエコー推定部３０を備えている。このエコー推定部３０は、フィルタ係数バッファ３１、疑似エコー算出部３２、疑似エコーバッファ３３、評価値算出部３４及びバッファ制御部３５を含んで構成される。

フィルタ係数バッファ３１は、適応フィルタ２１におけるフィルタ係数群の更新が行われる度に、適応フィルタ２１から供給を受けた更新後のフィルタ係数群を一時的に記憶する。またフィルタ係数バッファ３１は、適応フィルタ部２０で使用された現在及び過去の一定個数のフィルタ係数群ｗ^（１）（ｎ），ｗ^（２）（ｎ），…，ｗ^（Ｍ）（ｎ）（Ｍは３以上の整数）を一時的に記憶する。なお、本明細書において「現在」とは、最新のサンプリング時刻を意味し、「過去」とは、この最新のサンプリング時刻よりも以前のサンプリング時刻を意味するものとする。

フィルタ係数バッファ３１に記憶される現在及び過去のフィルタ係数群ｗ^（１）（ｎ），ｗ^（２）（ｎ），…，ｗ^（Ｍ）（ｎ）と、適応フィルタ部２０で使用されたフィルタ係数群との間の関係は、たとえば、次式（７）に示される通りである。

すなわち、フィルタ係数バッファ３１に記憶されるｋ番目のフィルタ係数群ｗ^（ｋ）（ｎ）は、サンプリング時刻Ｔ_{ｎ−ｋ＋１}でのフィルタ係数群ｗ（ｎ−ｋ＋１）となる。フィルタ係数バッファ３１は、適応フィルタ部２０から最新のフィルタ係数ｗ（ｎ＋１）の供給を受けると、次式（８）に示されるように、記憶済みのフィルタ係数群の中から最も古い時刻のフィルタ係数群を削除し、フィルタ係数群を更新する。

なお、上式（７）に示したように、フィルタ係数バッファ３１に記憶される現在及び過去のフィルタ係数群ｗ（ｎ），ｗ（ｎ−１）のサンプリング時刻Ｔ_ｎ，Ｔ_ｎ−１が連続していることが好ましいが、これに限定されるものではない。連続しないサンプリング時刻での現在及び過去のフィルタ係数群がフィルタ係数バッファ３１に記憶されて利用されてもよい。

次に、疑似エコー算出部３２は、フィルタ係数バッファ３１から読み出されたフィルタ係数群ｗ^（１）（ｎ）〜ｗ^（Ｍ）（ｎ）をそれぞれ用いたフィルタ演算を受話信号列Ｘ（ｎ）に対してＭ回実行することによりＭ個の疑似エコー信号ｄ^（１）（ｎ）〜ｄ^（Ｍ）（ｎ）を算出する。ｋ番目の疑似エコー信号ｄ^（ｋ）（ｎ）は、次式（９）に従い、ｋ番目のフィルタ係数群ｗ^（ｋ）（ｎ）を用いた畳み込み演算により算出される。

疑似エコーバッファ３３は、疑似エコー算出部３２から供給を受けた疑似エコー信号ｄ^（１）（ｎ）〜ｄ^（Ｍ）（ｎ）を一時的に記憶する。図２に示されるように、評価値算出部３４は、疑似エコーバッファ３３から読み出された疑似エコー信号ｄ^（１）（ｎ）〜ｄ^（Ｍ）（ｎ）と現在の送話信号ｙ（ｎ）とに基づき、Ｍ個のエコー消去量評価値ＥＶ_１（ｎ）〜ＥＶ_Ｍ（ｎ）を算出する。具体的には、次式（１０）に示されるように、ｋ番目のエコー消去量評価値ＥＶ_ｋ（ｎ）は、送話信号ｙ（ｎ）とｋ番目の疑似エコー信号ｄ^（ｋ）（ｎ）との差分に対する当該送話信号ｙ（ｎ）の比率の２乗として算出される。

更には、評価値算出部３４は、次式（１１）に示されるようにデシベル表示のエコー消去量評価値ｄＥＶ_ｋ（ｎ）を算出し、このエコー消去量評価値ｄＥＶ_ｋ（ｎ）をバッファ制御部３５に供給する。

バッファ制御部３５は、フィルタ選択部３５ｆと疑似エコー選択部３５ｅとを有している。疑似エコー選択部３５ｅは、評価値算出部３４から供給されたＭ個のエコー消去量評価値ｄＥＶ_１（ｎ）〜ｄＥＶ_Ｍ（ｎ）に基づいて、Ｍ個の疑似エコー信号ｄ^（１）（ｎ）〜ｄ^（Ｍ）（ｎ）の中から最適な一の疑似エコー信号を推定エコー成分ｄ^（ｐ）（ｎ）として選択し、その選択結果を示す制御信号Ｃｅを疑似エコーバッファ３３に供給する。疑似エコーバッファ３３は、この制御信号Ｃｅに応じて推定エコー成分ｄ^（ｐ）（ｎ）を減算器２５に供給する。減算器２５は、送話信号ｙ（ｎ）と推定エコー成分ｄ^（ｐ）（ｎ）とを入力とし、次式（１２）に示されるように、送話信号ｙ（ｎ）から推定エコー成分ｄ^（ｐ）（ｎ）を差し引いて残差信号ｅ（ｎ）を生成する。

この残差信号ｅ（ｎ）は、回線側信号出力部Ｓ_ｏｕｔによって通信機能部１１に出力される。

図３は、デシベル表示のエコー消去量評価値ｄＥＶ_１〜ｄＥＶ_５の例を示すグラフである。疑似エコー選択部３５ｅは、たとえば、エコー消去量評価値ｄＥＶ_１〜ｄＥＶ_５の中から最も高いエコー消去量評価値ｄＥＶ_３に対応する疑似エコー信号を推定エコー成分ｄ^（ｐ）（ｎ）として選択することができる。

一方、フィルタ選択部３５ｆは、Ｍ個のエコー消去量評価値ｄＥＶ_１（ｎ）〜ｄＥＶ_Ｍ（ｎ）に基づいて、フィルタ係数バッファ３１に記憶されているフィルタ係数群ｗ^（ｋ）（ｎ）〜ｗ^（ｋ）（ｎ）の中からフィルタ係数群ｗ^（ｐ）（ｎ）を選択する。フィルタ選択部３５ｆは、たとえば、フィルタ係数群ｗ^（ｋ）（ｎ）〜ｗ^（ｋ）（ｎ）の中から、エコー消去量評価値ｄＥＶ_１（ｎ）〜ｄＥＶ_Ｍ（ｎ）のうち最も高いエコー消去量評価値ｄＥＶ_ｐ（ｎ）に対応するフィルタ係数群ｗ^（ｐ）（ｎ）を新フィルタ係数群として選択することができる。

次いで、フィルタ選択部３５ｆは、その選択結果を示す制御信号Ｃｆをフィルタ係数バッファ３１に供給する。フィルタ係数バッファ３１は、この制御信号Ｃｆに応じて当該新たなフィルタ係数群ｗ^（ｐ）（ｎ）を適応フィルタ２１に供給する。これに応じて、適応フィルタ２１は、現在設定されているフィルタ係数群ｗ（ｎ）を新フィルタ係数群ｗ^（ｐ）（ｎ）で置き換えることでフィルタ係数群ｗ（ｎ）を更新する。よって、適応フィルタ部２０においてエコー経路特性の推定精度が低下してエコー経路特性の誤学習が生じたときでも、正常に学習できていたときの過去のフィルタ係数群でフィルタ係数群ｗ（ｎ）を置き換えることができる。これにより、適応フィルタ部２０によるエコー経路特性の学習の安定化向上という効果が得られる。また、音響エコーに混入する近端話者音声または背景雑音といった外乱信号に対するロバスト性も向上する。

なお、評価値算出部３４がエコー消去量評価値ＥＶ_ｐ（ｎ）を算出する際、減算器２５の出力である残差信号ｅ（ｎ）と同じ信号成分（＝ｙ（ｎ）−ｄ^（ｐ）（ｎ））は既に算出されている。このため、減算器２５の代わりに、評価値算出部３４で算出された信号成分ｙ（ｎ）−ｄ^（ｋ）（ｎ）（ｋ＝１〜Ｍ）を一時的に記憶するバッファメモリを使用してもよい。このバッファメモリは、最も高いエコー消去量評価値ｄＥＶ_ｐ（ｎ）に対応する信号成分ｙ（ｎ）−ｄ^（ｐ）（ｎ）を残差信号ｅ（ｎ）として回線側信号出力部Ｓ_ｏｕｔに供給すればよい。

次に、図４を参照しつつ、上記エコーキャンセラ１０の動作例について説明する。図４は、エコーキャンセラ１０により実行されるエコーキャンセル処理の手順の一例を概略的に示すフローチャートである。

図４を参照すると、適応フィルタ部２０は、サンプリング時刻Ｔ_ｎに受話信号列Ｘ（ｎ）が入力されるまで待機している（ステップＳＴ１のＮＯ）。受話信号列Ｘ（ｎ）が入力されると（ステップＳＴ１のＹＥＳ）、適応フィルタ部２０は、上述したフィルタ演算を実行してフィルタ係数群を更新する（ステップＳＴ２）。更新後のフィルタ係数群ｗ（ｎ）は、フィルタ係数バッファ３１に供給される。フィルタ係数バッファ３１は、適応フィルタ２１から更新後のフィルタ係数群ｗ（ｎ）の供給を受けると、自己が記憶しているフィルタ係数群を更新する（ステップＳＴ３）。

次に、疑似エコー算出部３２は、フィルタ係数群の番号ｋを「１」に設定し（ステップＳＴ４）、フィルタ係数バッファ３１から読み出されたｋ番目のフィルタ係数群ｗ^（ｋ）（ｎ）を用いたフィルタ演算を実行して疑似エコー信号ｄ^（ｋ）（ｎ）を生成する（ステップＳＴ５）。この疑似エコー信号ｄ^（ｋ）（ｎ）は、疑似エコーバッファ３３に記憶される。次いで、評価値算出部３４は、その疑似エコー信号ｄ^（ｋ）（ｎ）と現在の送話信号ｙ（ｎ）とに基づき、エコー消去量評価値ｄＥＶ_ｋ（ｎ）を算出する（ステップＳＴ６）。このエコー消去量評価値ｄＥＶ_ｋ（ｎ）は、バッファ制御部３５に供給される。その後、評価値算出部３４は、番号ｋを１だけインクリメントし（ステップＳＴ７）、番号ｋが最大値Ｍ以下である場合には（ステップＳＴ８のＹＥＳ）、処理手順をステップＳＴ５に戻す。

一方、番号ｋが最大値Ｍ以下ではない場合（ステップＳＴ８のＮＯ）、言い換えれば、全ての疑似エコー信号ｄ^（１）（ｎ）〜ｄ^（Ｍ）（ｎ）についてＭ個のエコー消去量評価値ｄＥＶ_１（ｎ）〜ｄＥＶ_Ｍ（ｎ）が算出された場合、処理手順はステップＳＴ９に移行する。なお、図４の例では、Ｍ個のエコー消去量評価値ｄＥＶ_１（ｎ）〜ｄＥＶ_Ｍ（ｎ）はこの順番で算出されている（ステップＳＴ４〜ＳＴ８）が、この代わりに、Ｍ個のエコー消去量評価値ＥＶ_１（ｎ）〜ＥＶ_Ｍ（ｎ）が同時並列に算出されてもよい。

次のステップＳＴ９では、疑似エコー選択部３５ｅは、エコー消去量評価値ｄＥＶ_１（ｎ）〜ｄＥＶ_Ｍ（ｎ）に基づいて、Ｍ個の疑似エコー信号ｄ^（１）（ｎ）〜ｄ^（Ｍ）（ｎ）の中から最適な一の疑似エコー信号を推定エコー成分ｄ^（ｐ）（ｎ）として選択する（ステップＳＴ９）。この選択結果を示す制御信号Ｃｅは、疑似エコーバッファ３３に供給される。

一方、フィルタ選択部３５ｆは、エコー消去量評価値ｄＥＶ_１（ｎ）〜ｄＥＶ_Ｍ（ｎ）に基づいて、フィルタ係数バッファ３１に記憶されているフィルタ係数群ｗ^（ｋ）（ｎ）〜ｗ^（ｋ）（ｎ）の中から新フィルタ係数群ｗ^（ｐ）（ｎ）を選択する（ステップＳＴ１０）。この選択結果を示す制御信号Ｃｆは、フィルタ係数バッファ３１に供給される。

その後、フィルタ係数バッファ３１は、制御信号Ｃｆで指定された新フィルタ係数群ｗ^（ｐ）（ｎ）を適応フィルタ２１に供給することにより、適応フィルタ部２０におけるフィルタ係数群ｗ（ｎ）を新フィルタ係数群ｗ^（ｐ）（ｎ）に置き換える（ステップＳＴ１１）。

一方、疑似エコーバッファ３３は、制御信号Ｃｅで指定された推定エコー成分ｄ^（ｐ）（ｎ）を減算器２５に供給することにより、減算器２５に残差信号ｅ（ｎ）を生成させる（ステップＳＴ１２）。その後、回線側信号出力部Ｓ_ｏｕｔは、残差信号ｅ（ｎ）を通信機能部１１に出力する（ステップＳＴ１３）。

ステップＳＴ１３の後、エコーキャンセル処理が続行される場合（ステップＳＴ１４のＹＥＳ）、処理手順はステップＳＴ１に戻る。一方、エコーキャンセル処理が続行されない場合（ステップＳＴ１４のＮＯ）、エコーキャンセル処理は終了する。

なお、上記ステップＳＴ９，ＳＴ１０，ＳＴ１１，ＳＴ１２はこの順番で処理される必要はない。たとえば、ステップＳＴ９，ＳＴ１０が同時並列に実行されてもよいし、ステップＳＴ１１，ＳＴ１２が同時並列に実行されてもよい。また、ステップＳＴ１０の実行前にステップＳＴ１１が実行されてもよい。

上記エコーキャンセラ１０のハードウェア構成は、たとえば、ワークステーションまたはメインフレームなどの、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）内蔵のコンピュータで実現可能である。あるいは、上記エコーキャンセラ１０のハードウェア構成は、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）またはＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などのＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）により実現されてもよい。

図５は、ＤＳＰ、ＡＳＩＣまたはＦＰＧＡなどのＬＳＩを用いて構成されるエコーキャンセラ１０のハードウェア構成例を示すブロック図である。図５の例では、エコーキャンセラ１０は、信号処理回路５０、音響入出力部５１、回線側入出力部５２、記録媒体５３及びバスなどの信号路５４により構成されている。音響入出力部５１は、信号入力部Ｓ_ｉｎ及び信号出力部Ｒ_ｏｕｔの機能を実現するインタフェース回路であり、回線側入出力部５２は、回線側信号出力部Ｓ_ｏｕｔ及び回線側信号入力部Ｒ_ｉｎの機能を実現するインタフェース回路である。適応フィルタ部２０、エコー推定部３０及び減算器２５の機能は、信号処理回路５０及び記録媒体５３で実現することができる。記録媒体５３は、フィルタ係数バッファ３１及び疑似エコーバッファ３３として使用され得る。記録媒体５３としては、たとえば、ＳＤＲＡＭ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ＤＲＡＭ）などの揮発性メモリ、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）またはＳＳＤ（ソリッドステートドライブ）を使用することが可能である。

一方、図６は、コンピュータを用いて構成されるエコーキャンセラ１０のハードウェア構成例を示すブロック図である。図６の例では、エコーキャンセラ１０は、ＣＰＵ６０ｃを内蔵するプロセッサ６０、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）６１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）６２、音響入出力部６３、回線側入出力部６４、記録媒体６５及びバスなどの信号路６６により構成されている。音響入出力部６３は、信号入力部Ｓ_ｉｎ及び信号出力部Ｒ_ｏｕｔの機能を実現するインタフェース回路であり、回線側入出力部６４は、回線側信号出力部Ｓ_ｏｕｔ及び回線側信号入力部Ｒ_ｉｎの機能を実現するインタフェース回路である。適応フィルタ部２０、エコー推定部３０及び減算器２５の機能は、プロセッサ６０及び記録媒体６５で実現することができる。記録媒体６５は、フィルタ係数バッファ３１及び疑似エコーバッファ３３として使用され得る。プロセッサ６０は、ＲＡＭ６１を作業用メモリとして使用し、ＲＯＭ６２から読み出されたコンピュータ・プログラムに従って動作することにより、適応フィルタ部２０、エコー推定部３０及び減算器２５と同様の信号処理を実行することができる。記録媒体６５としては、たとえば、ＳＤＲＡＭなどの揮発性メモリ、ＨＤＤまたはＳＳＤを使用することが可能である。

以上に説明したように実施の形態１のエコーキャンセラ１０は、適応フィルタ部２０においてエコー経路特性の推定精度が劣化してエコー経路特性の誤学習が生じたときでも、疑似エコーバッファ３３に記憶されている疑似エコー信号の中から推定エコー成分ｄ^（ｐ）（ｎ）を選択的に用いて残差信号ｅ（ｎ）を生成することができる。よって、ダブルトークが発生する環境下で安定したエコー消去性能を得ることができる。また、正常に学習できていたときの過去のフィルタ係数群で適応フィルタ部２０におけるフィルタ係数群ｗ（ｎ）を置き換えることもできる。よって、従来技術と比べて、適応フィルタ部２０によるエコー経路特性の学習の安定化が可能となる。また、音響エコーに混入する近端話者音声または背景雑音といった外乱信号に対するロバスト性が向上する。特に、上記番号Ｍをある程度大きい値に設定することで、比較的長時間のダブルトーク状態に対するロバスト性を向上させることができる。

更に、スピーカＳＰ近傍の人の動きなどの環境変化によりエコー経路変動が発生した際、疑似エコーバッファ３３に記憶されている疑似エコー信号の中から推定エコー成分ｄ^（ｐ）（ｎ）を選択的に用いることによりエコー消去量の最大化を図ることができるため、エコー経路変動に対する高速追従性が良好となる。したがって、本実施の形態のエコーキャンセラ１０は、ダブルトークやエコー経路変動が発生する環境下でも、安定したエコー消去性能を維持することができる。

実施の形態２．
次に、本発明に係る実施の形態２について説明する。図７は、実施の形態２のエコーキャンセラ１０Ａの概略構成を示すブロック図である。上記実施の形態１のエコーキャンセラ１０の場合と同様に、このエコーキャンセラ１０Ａと図１に示した通信機能部１１との組み合わせで通話装置を構成し得る。

図７に示されるように、実施の形態２のエコーキャンセラ１０Ａは、上記実施の形態１のエコーキャンセラ１０と同様に、信号入力部Ｓ_ｉｎ、信号出力部Ｒ_ｏｕｔ、回線側信号出力部Ｓ_ｏｕｔ及び回線側信号入力部Ｒ_ｉｎを備えるとともに、適応フィルタ部２０及び減算器２５を備えている。

また、エコーキャンセラ１０Ａは、エコー推定部３０Ａを備えている。このエコー推定部３０Ａは、上記実施の形態１のエコー推定部３０と同様に、フィルタ係数バッファ３１、疑似エコー算出部３２及び評価値算出部３４を有しており、更に、フィルタ選択部３５ｆを含むバッファ制御部３５Ａと、ＦＧ（フォアグラウンド）フィルタ３６とを有する。

ＦＧフィルタ３６は、フィルタ係数群ｗ_ＦＧ（ｎ）を用いたフィルタ演算を受話信号列Ｘ（ｎ）に対して実行することにより、推定エコー成分ｄ_ＦＧ（ｎ）を生成する。具体的には、ＦＧフィルタ３６は、次式（１３）に従って受話信号列Ｘ（ｎ）とフィルタ係数群ｗ_ＦＧ（ｎ）との畳み込み演算を実行することで推定エコー成分ｄ_ＦＧ（ｎ）を生成することができる。

減算器２５は、送話信号ｙ（ｎ）から推定エコー成分ｄ_ＦＧ ^（ｐ）（ｎ）を差し引いて残差信号ｅ（ｎ）を生成する。この残差信号ｅ（ｎ）は、回線側信号出力部Ｓ_ｏｕｔによって通信機能部１１に出力される。

次に、図８を参照しつつ、上記エコーキャンセラ１０Ａの動作例について説明する。図８は、エコーキャンセラ１０Ａにより実行されるエコーキャンセル処理の手順の一例を概略的に示すフローチャートである。図８のステップＳＴ１〜ＳＴ１１の処理内容は、上記実施の形態１に係る図３のステップＳＴ１〜ＳＴ１１の処理内容と同じであるので、それらの処理内容の説明を省略する。

ステップＳＴ２０では、ＦＧフィルタ３６は、フィルタ係数バッファ３１から取得した新フィルタ係数群ｗ^（ｐ）（ｎ）を用いたフィルタ演算を実行することで推定エコー成分ｄ_ＦＧ（ｎ）を生成する（ステップＳＴ２０）。具体的には、ＦＧフィルタ３６は、新フィルタ係数群ｗ^（ｐ）（ｎ）の供給を受けると、自己のフィルタ係数群ｗ_ＦＧ（ｎ−１）を新フィルタ係数群ｗ^（ｐ）（ｎ）で置き換えることで、旧フィルタ係数群ｗ_ＦＧ（ｎ−１）をフィルタ係数群ｗ_ＦＧ（ｎ）（＝ｗ^（ｐ）（ｎ））に更新する。そして、ＦＧフィルタ３６は、更新後のフィルタ係数群ｗ_ＦＧ（ｎ）と受話信号列Ｘ（ｎ）との畳み込み演算を実行することで推定エコー成分ｄ_ＦＧ ^（ｐ）（ｎ）を生成することができる。

あるいは、ＦＧフィルタ３６は、当該ＦＧフィルタ３６で用いられた旧フィルタ係数群ｗ_ＦＧ（ｎ−１）と当該新たなフィルタ係数群ｗ^（ｐ）（ｎ）との線形結合により合成フィルタ係数群を生成し、旧フィルタ係数群ｗ_ＦＧ ^（ｐ）（ｎ−１）を合成フィルタ係数群ｗ^（ｐ）（ｎ）で置き換えてもよい。そして、ＦＧフィルタ３６は、この合成フィルタ係数群ｗ_ＦＧ（ｎ）を用いたフィルタ演算により推定エコー成分ｄ_ＦＧ ^（ｐ）（ｎ）を生成してよい。今、新たなフィルタ係数群ｗ^（ｐ）（ｎ）に重み付ける重み係数をγとするとき、次式（１４）により、合成フィルタ係数群ｗ_ＦＧ（ｎ）を算出することができる。

ここで、重み係数γは、忘却係数と呼ばれる。忘却係数γは、零近傍の値に設定されることが好ましく、たとえば、零より大きく且つ０．１未満の範囲内にあることが望ましい。このような合成フィルタ係数群の使用により、適応フィルタ部２０のフィルタ係数群がある程度の時間をかけてＦＧフィルタ３６に反映されるので、ダブルトークに対するロバスト性（頑健性）の向上が可能となる。

上記ステップＳＴ２０の後は、減算器２５は、送話信号ｙ（ｎ）から推定エコー成分ｄ_ＦＧ ^（ｐ）（ｎ）を差し引いて残差信号ｅ（ｎ）を生成し（ステップＳＴ２１）、回線側信号出力部Ｓ_ｏｕｔは、その残差信号ｅ（ｎ）を通信機能部１１に出力する（ステップＳＴ２２）。

その後、エコーキャンセル処理が続行される場合（ステップＳＴ２３のＹＥＳ）、処理手順はステップＳＴ１に戻る。一方、エコーキャンセル処理が続行されない場合（ステップＳＴ２３のＮＯ）、エコーキャンセル処理は終了する。

なお、本実施の形態のエコーキャンセラ１０Ａのハードウェア構成は、たとえば、ワークステーションまたはメインフレームなどのＣＰＵ内蔵のコンピュータで実現可能である。あるいは、エコーキャンセラ１０Ａのハードウェア構成は、ＤＳＰ、ＡＳＩＣまたはＦＰＧＡなどのＬＳＩにより実現されてもよい。実施の形態１の場合と同様に、エコーキャンセラ１０Ａのハードウェア構成を、図５または図６に示した構成で実現することも可能である。

以上に説明したように実施の形態２のエコーキャンセラ１０Ａでは、適応フィルタ部２０で用いられた現在及び過去のフィルタ係数群ｗ^（１）（ｎ）〜ｗ^（Ｍ）（ｎ）の中から最適なフィルタ係数群ｗ^（ｐ）（ｎ）が選択され、このフィルタ係数群ｗ^（ｐ）（ｎ）がＦＧフィルタ３６のフィルタ係数群ｗ_ＦＧ（ｎ）に反映される。ＦＧフィルタ３６は、このフィルタ係数群ｗ_ＦＧ（ｎ）を用いて推定エコー成分ｄ_ＦＧ ^（ｐ）（ｎ）を生成する。また、正常に学習できていたときの過去のフィルタ係数群で適応フィルタ部２０におけるフィルタ係数群ｗ（ｎ）を置き換えることもできる。よって、従来技術と比べて、外乱信号に対するロバスト性の向上が可能である。したがって、安定したエコー消去性能を得ることができる。

以上、図面を参照して本発明に係る種々の実施の形態について述べたが、これら実施の形態は本発明の例示であり、これら実施の形態以外の様々な形態を採用することもできる。たとえば、説明の便宜上、実施の形態１，２のフィルタ係数バッファ３１は、３個以上のフィルタ係数群ｗ^（１）（ｎ）〜ｗ^（Ｍ）（ｎ）を記憶するように構成されているが、これに限定されず、２個のフィルタ係数群ｗ^（１）（ｎ），ｗ^（２）（ｎ）を記憶するように構成されてもよい。この場合、評価値算出部３４は、２個のエコー消去量評価値ｄＥＶ_１（ｎ），ｄＥＶ_２（ｎ）を算出することとなる。

なお、本発明の範囲内において、上記実施の形態１，２の自由な組み合わせ、各実施の形態の任意の構成要素の変形、または各実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

本発明に係るエコーキャンセラ装置及び通話装置は、たとえば、固定電話機、拡声機能付き携帯電話機、ハンズフリー通話システム及びテレビ電話会議システムに使用され得る。

１Ａ，１Ｂ 通話装置、１０，１０Ａ エコーキャンセラ、１１ 通信機能部、２０ 適応フィルタ部、２１ 適応フィルタ、２２ 減算器、２３ 適応アルゴリズム部（ＡＡＬ）、２５ 減算器、３０，３０Ａ エコー推定部、３１ フィルタ係数バッファ、３２ 疑似エコー算出部、３３ 疑似エコーバッファ、３４ 評価値算出部、３５，３５Ａ バッファ制御部、３５ｅ 疑似エコー選択部、３５ｆ フィルタ選択部、３６ ＦＧ（フォアグラウンド）フィルタ、５０ 信号処理回路、５１ 音響入出力部、５２ 回線側入出力部、５３ 記録媒体、５４ 信号路、６０ プロセッサ、６０ｃ ＣＰＵ、６１ ＲＡＭ、６２ ＲＯＭ、６３ 音響入出力部、６４ 回線側入出力部、６５ 記録媒体、６６ 信号路、ＭＫ 集音部、ＳＰ スピーカ、Ｓ_ｉｎ 信号入力部、Ｓ_ｏｕｔ 回線側信号出力部、Ｒ_ｏｕｔ 信号出力部、Ｒ_ｉｎ 回線側信号入力部。

Claims (8)

1. 入力された受話信号の系列に対してフィルタ係数群を用いたフィルタ演算を実行するとともに、集音部から入力された送話信号に応じて適応的に前記フィルタ係数群の更新を行う適応フィルタ部と、
   前記適応フィルタ部で用いられた現在及び過去の複数のフィルタ係数群を取得し、当該複数のフィルタ係数群をそれぞれ用いたフィルタ演算を前記受話信号の系列に対して実行することにより複数の疑似エコー信号を算出する疑似エコー算出部と、
   前記送話信号と前記複数の疑似エコー信号とに基づき、当該複数の疑似エコー信号にそれぞれ対応する複数のエコー消去量評価値を算出する評価値算出部と、
   前記複数のエコー消去量評価値に基づいて、前記複数の疑似エコー信号の中から一の疑似エコー信号を推定エコー成分として選択する疑似エコー選択部と、
   前記推定エコー成分と前記送話信号との差分を示す残差信号を出力する信号出力部と
   を備えることを特徴とするエコーキャンセラ装置。
2. 請求項１記載のエコーキャンセラ装置であって、前記複数のエコー消去量評価値に基づいて、前記複数のフィルタ係数群の中から一のフィルタ係数群を新フィルタ係数群として選択するフィルタ選択部を更に備え、
   前記フィルタ選択部は、前記新フィルタ係数群で前記適応フィルタ部におけるフィルタ係数群の値を置き換えることを特徴とするエコーキャンセラ装置。
3. 請求項２記載のエコーキャンセラ装置であって、前記複数のフィルタ係数群を一時的に記憶するフィルタ係数バッファを更に備え、
   前記フィルタ係数バッファは、前記フィルタ選択部による制御を受けて前記新フィルタ係数群を前記適応フィルタ部に供給することを特徴とするエコーキャンセラ装置。
4. 請求項１記載のエコーキャンセラ装置であって、前記評価値算出部は、前記送話信号と前記疑似エコー信号との差分に対する当該送話信号の比率の２乗を前記エコー消去量評価値として算出することを特徴とするエコーキャンセラ装置。
5. 請求項１記載のエコーキャンセラ装置であって、前記複数のエコー消去量評価値は、前記集音部から入力された現在の送話信号に基づいて算出されることを特徴とするエコーキャンセラ装置。
6. 請求項１記載のエコーキャンセラ装置であって、
   前記複数の疑似エコー信号を一時的に記憶する疑似エコーバッファと、
   前記送話信号の供給を受ける減算器とを更に備え、
   前記疑似エコーバッファは、前記疑似エコー選択部による制御を受けて前記推定エコー成分を出力し、
   前記減算器は、前記疑似エコーバッファから出力された当該推定エコー成分を前記送話信号から差し引いて前記残差信号を生成することを特徴とするエコーキャンセラ装置。
7. 請求項１記載のエコーキャンセラ装置であって、前記適応フィルタ部は、学習同定法による適応アルゴリズムを用いて前記更新を行うことを特徴とするエコーキャンセラ装置。
8. 相手方通話装置との間で電気通信網を介して通信を行う通信機能部と、
   前記通信機能部から入力された受話信号列を音響波に変換して放射するスピーカ及び集音部に接続された請求項１記載のエコーキャンセラ装置とを備え、
   前記エコーキャンセラ装置は、前記受話信号列を用いて、前記集音部から入力された送話信号中の音響エコー成分を低減させることを特徴とする通話装置。

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