JP6446893B2 - エコー抑圧装置、エコー抑圧方法及びエコー抑圧用コンピュータプログラム - Google Patents

エコー抑圧装置、エコー抑圧方法及びエコー抑圧用コンピュータプログラム Download PDF

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Description

本発明は、例えば、エコーを抑圧するエコー抑圧装置、エコー抑圧方法及びエコー抑圧用コンピュータプログラムに関する。
音声の入出力が可能な装置が有するスピーカから発した音が、エコーとして、その装置が有するマイクロホンから入力されることがある。このようなエコーは、入力される音声信号の品質を低下させ、集音対象となる音声が聞き取り難くなるおそれがある。そこで、エコーを抑圧する技術が提案されている（例えば、特許文献１及び２を参照）。
例えば、特許文献１に開示されたエコー消去装置は、受信信号から生成した疑似エコー信号を送信信号から差し引いてエコー消去を行う適応フィルタと、適応フィルタでエコー消去された残差信号に対して損失を付加する可変アッテネータを有する。さらにこのエコー消去装置は、ダブルトークか否かの判定結果に基づいて可変アッテネータの損失量を制御するアッテネータ制御器を有する。
また、特許文献２に開示されたエコー処理装置は、受信時利得を直接信号に適用し、エコー発生システムの中で送信された入力信号を生成し、送信時利得をエコー発生システムから出た出力信号に適用して復帰信号を生成する。そしてこのエコー処理装置は、直接信号または入力信号と出力信号との間に存在する音響結合の特徴をなしている結合変数を基準にして、受信時利得及び送信時利得を計算する。
国際公開第２００７／０８３３４９号 特表２００５−５３１９５６号公報
何れの特許文献に開示された従来の技術も、スピーカから再生される音声信号を参照して、スピーカから再生された音声がマイクロホンで集音されることで得られるエコーを表す入力音声信号を抑圧するフィルタを計算する。そしてこれらの技術は、入力音声信号にそのフィルタを適用して得られた信号に対して、さらに別のフィルタを適用することで、エコーを抑圧している。
しかしながら、マイクロホンとスピーカの設置環境による制約などにより、マイクロホンとスピーカとが近接して配置されることがある。特に、車載のハンズフリーホンでは、集音対象となる音声を発するドライバの口よりも、スピーカの方がマイクロホンに近いことがある。このような場合、スピーカから発し、マイクロホンにエコーとして集音される音声の音圧が非常に高くなり、スピーカまたはマイクロホンといったデバイスの特性により、入力音声信号が歪むことがある。そのため、上記のようなエコー抑圧の技術では、エコーが十分に抑圧されないことがあった。そのため、従来の技術では、例えば、欧州またはロシアのeCallシステム（ロシアでの名称はERA-GLONASS）に関連する標準規格、例えば、ロシアで用いられているGOST-Rで規定された、エコー抑圧の基準が満たされないおそれがあった。
そこで本明細書は、エコーを表す音声信号に歪みが生じるほどその音声信号が大きい場合でも、エコーを十分に抑圧できるエコー抑圧装置を提供することを目的とする。
一つの実施形態によれば、エコー抑圧装置が提供される。このエコー抑圧装置は、音声出力部により再生された再生音声信号を音声入力部が集音することにより生成されたエコーを表すエコー信号を抑圧することで補正音声信号を生成する抑圧部と、再生音声信号の強度変化に対してエコー信号の強度が非線形に変化するエコー信号の歪の度合いに応じて補正音声信号を減衰させるゲインを求める歪抑圧ゲイン決定部と、ゲインに応じて補正音声信号を抑圧する歪補正部とを有する。
本発明の目的及び利点は、請求項において特に指摘されたエレメント及び組み合わせにより実現され、かつ達成される。
上記の一般的な記述及び下記の詳細な記述の何れも、例示的かつ説明的なものであり、請求項のように、本発明を限定するものではないことを理解されたい。
本明細書に開示されたエコー抑圧装置は、エコーを表す音声信号に歪みが生じるほどその音声信号が大きい場合でも、エコーを十分に抑圧できる。
マイクロホンにより集音される音声の音圧と、マイクロホンにより生成される音声信号の電圧との関係の一例を示す図である。 第１の実施形態によるエコー抑圧装置が実装された通信装置の概略構成図である。 第１の実施形態によるエコー抑圧装置の概略構成図である。 参照信号のパワーと閾値との関係を示す図である。 相互相関値の絶対値とゲインの関係を示す図である。 歪抑圧ゲイン決定部及び歪補正部を利用しない場合における、エコー信号の抑圧結果と、歪抑圧ゲイン決定部及び歪補正部を利用した場合における、エコー信号の抑圧結果とを示す図である。 エコー抑圧処理の動作フローチャートである。 第２の実施形態によるエコー抑圧装置が実装された通信装置の概略構成図である。 第２の実施形態によるエコー抑圧装置の概略構成図である。 変形例による、参照信号のパワーとゲインの関係を示す図である。 各実施形態またはその変形例によるエコー抑圧装置の各部の機能を実現するコンピュータプログラムが動作することにより、エコー抑圧装置として動作するコンピュータの構成図である。
以下、図を参照しつつ、エコー抑圧装置について説明する。最初に、スピーカまたはマイクロホンといった、音声の入出力に関連するデバイスに起因する、マイクロホンにより生成される音声信号の歪みについて説明する。
図１は、マイクロホンにより集音される音声の音圧と、マイクロホンにより生成される音声信号の電圧との関係の一例を示す図である。図１において、横軸は音圧を表し、縦軸時は電圧を表す。そしてグラフ１００は、音圧と音声信号の電圧との関係を表す。グラフ１００に示されるように、音圧が、比較的低い範囲１０１に含まれる場合には、音圧の上昇に伴って音声信号の電圧も線形に上昇する。一方、音圧が、比較的高い範囲１０２に含まれる場合には、例えば、マイクロホンが有する、音圧を電圧に変換するための振動板の動作範囲の制約により、音圧が上昇するほど、音声信号の電圧の上昇は緩やかとなる。そしてある音圧以上では電圧は一定値で飽和する。そのため、範囲１０２では、音圧の変化に対する、出力される音声信号の電圧の強度変化の関係は非線形となる。同様に、スピーカ、及び、マイクロホンまたはスピーカに接続される増幅器についても、入力される信号の強度変化に対して出力される信号の強度変化の関係も、非線形となることがある。そのため、再生音声信号の強度変化に対して、その再生音声信号がスピーカにより再生された音声をマイクロホンで集音して得られる、エコーを表す入力音声信号の強度変化が非線形となる歪がその入力音声信号に生じることがある。なお、このような歪を、以下では、便宜上、非線形歪と呼ぶ。
そこでこのエコー抑圧装置は、再生音声信号と、その再生音声信号がスピーカにより再生された音声をマイクロホンで集音して得られる、エコーを表す入力音声信号とから、その入力音声信号に生じた非線形歪に応じたゲインを求める。そしてこのエコー抑圧装置は、そのゲインに応じてその入力音声信号を抑圧する。これにより、このエコー抑圧装置は、音声の入出力に関連するデバイスに起因する非線形歪が入力音声信号に生じる場合でも、エコーを十分に抑圧する。
図２は、第１の実施形態によるエコー抑圧装置が実装された通信装置の概略構成図である。通信装置１は、例えば、車載のハンズフリーホン、あるいは、携帯電話機である。図２に示されるように、通信装置１は、制御部２と、通信部３と、マイクロホン４と、アナログ／デジタル変換器５と、エコー抑圧装置６と、デジタル／アナログ変換器７と、スピーカ８と、記憶部９とを有する。
このうち、制御部２、通信部３及びエコー抑圧装置６は、それぞれ別個の回路として形成される。あるいはこれらの各部は、その各部に対応する回路が集積された一つの集積回路として通信装置１に実装されてもよい。さらに、これらの各部は、通信装置１が有するプロセッサ上で実行されるコンピュータプログラムにより実現される、機能モジュールであってもよい。
制御部２は、少なくとも一つのプロセッサと、不揮発性のメモリ及び揮発性のメモリと、その周辺回路とを有する。制御部２は、キーパッドなどの操作部（図示せず）を介した操作により通話が開始されると、通信装置１と、基地局といった他の通信装置（図示せず）との間における、無線接続、切断などの呼制御処理を通信装置１が準拠する通信規格に従って実行する。そして制御部２は、その呼制御処理の結果に応じて、通信部３に対して音声通話の開始または終了を指示する。さらに、制御部２は、通信部３を介して他の通信装置から受信した信号に含まれる符号化された音声信号またはオーディオ信号を取り出し、その音声信号またはオーディオ信号を復号する。そして制御部２は、復号した音声信号またはオーディオ信号を、再生音声信号としてエコー抑圧装置６及びデジタル／アナログ変換器７へ出力する。
また制御部２は、マイクロホン４を介して入力された入力音声信号を符号化し、その符号化された入力音声信号を含む送信信号を生成する。そして制御部２は、その送信信号を通信部３へ渡す。なお、音声信号に対する符号化方式としては、例えば、Third Generation Partnership Project(3GPP)により標準化されたAdaptive Multi-Rate-NarrowBand(AMR-NB)方式、またはAdaptive Multi-Rate-WideBand(AMR-WB)方式などが用いられる。
あるいは、制御部２は、操作部を介したユーザの操作に応じて、記憶部９に記憶されている符号化されたオーディオ信号を読み出し、そのオーディオ信号を復号してもよい。そして制御部２は、復号されたオーディオ信号を、再生音声信号としてエコー抑圧装置６へ出力してもよい。この場合、オーディオ信号に対する符号化方式としては、例えば、Moving Picture Experts Group (MPEG)において規格が制定されたMPEG-4 Advanced Audio Coding (MPEG-4 AAC)あるいはHigh-Efficiency AAC (HE-AAC)方式などが用いられる。
通信部３は、他の通信装置との間で無線通信する。そして通信部３は、他の通信装置から無線信号を受信して、その無線信号をベースバンド周波数を持つ受信信号に変換する。そして通信部３は、受信信号に対して分離及び復調などの受信処理を行った後、その受信信号を制御部２へ渡す。また通信部３は、制御部２から受け取った送信信号に対して変調及び多重化などの送信処理を行った後、その送信信号を無線周波数を持つ搬送波に重畳して他の通信装置へ送信する。
マイクロホン４は、音声入力部の一例であり、通信装置１の周囲の音声を集音し、その音声の音圧に応じたアナログの入力音声信号を生成する。マイクロホン４にて集音される音声には、例えば、ユーザの口といった集音対象となる音源からマイクロホン４に達する音声だけでなく、スピーカ８から出力され、エコーとなる再生音声も含まれることがある。そしてマイクロホン４は、そのアナログの入力音声信号をアナログ／デジタル変換器５へ出力する。
アナログ／デジタル変換器５は、マイクロホン４から受け取ったアナログの入力音声信号を所定のサンプリングピッチでサンプリングすることによりデジタル化された入力音声信号を生成する。また、アナログ／デジタル変換器５は、増幅器を有し、アナログの入力音声信号を増幅した後にデジタル化してもよい。
アナログ／デジタル変換器５は、デジタル化された入力音声信号をエコー抑圧装置６へ出力する。なお、以下では、デジタル化された入力音声信号を、単に入力音声信号と呼ぶ。
エコー抑圧装置６は、エコーを表す入力音声信号を抑圧することで、補正音声信号を生成する。そしてエコー抑圧装置６は、補正音声信号を制御部２へ出力する。なお、エコー抑圧装置６の詳細については後述する。
デジタル／アナログ変換器７は、制御部２から受け取った再生音声信号をデジタル−アナログ変換することでアナログ化する。なお、デジタル／アナログ変換器７は、増幅器を有し、その増幅器により、アナログ化された再生音声信号を増幅してもよい。そしてデジタル／アナログ変換器７は、アナログ化された再生音声信号をスピーカ８へ出力する。
スピーカ８は、音声出力部の一例であり、デジタル／アナログ変換器７から受け取った、アナログ化された再生音声信号を再生する。
記憶部９は、例えば、不揮発性の半導体メモリを有し、通信装置１で使用される様々なデータ、例えば、ユーザの個人情報、メールの履歴情報、電話番号、またはオーディオ信号若しくはビデオ信号を記憶する。
以下、エコー抑圧装置６の詳細について説明する。
図３は、第１の実施形態によるエコー抑圧装置６の概略構成図である。エコー抑圧装置６は、抑圧部１０と、歪抑圧ゲイン決定部１３と、歪補正部１４とを有する。
エコー抑圧装置６が有するこれらの各部は、それぞれ、別個の回路としてエコー抑圧装置６に実装されてもよく、あるいはそれらの各部の機能を実現する一つの集積回路であってもよい。
制御部２からスピーカ８へ出力される再生音声信号がスピーカ８により再生され、マイクロホン４により集音されることにより得られた入力音声信号は、再生音声信号に対応するエコーを表す。
そこで以下では、便宜上、制御部２からスピーカ８へ出力される再生音声信号を参照信号と呼ぶ。また、その再生音声信号をスピーカ８により再生した音声をマイクロホン４により集音することで得られた入力音声信号をエコー信号と呼ぶ。
抑圧部１０は、エコー信号を抑圧する。そのために、抑圧部１０は、線形フィルタ部１１及び非線形フィルタ部１２を有する。
線形フィルタ部１１は、線形フィルタを用いてエコー信号を抑圧する。本実施形態では、線形フィルタ部１１は、線形フィルタとして、N次(Nは1以上の整数であり、例えば、16〜128に設定される)の有限インパルス応答(finite impulse response, FIR)型の適応フィルタを利用する。この場合、適応フィルタによる線形フィルタ処理は、次式で表される。
Figure 0006446893
 ここでx(t)は、時刻tにおける参照信号であり、y(t)は、時刻tにおけるエコー信号である。そしてai(i=0,1,...,N-1)は、適応フィルタのフィルタ係数である。また、e(t)は、時刻tにおけるエコー信号の残留成分を表す残留エコー信号である。
また、線形フィルタ部１１は、参照信号とエコー信号とに基づいて、適応フィルタを学習する。適応フィルタの係数は、例えば、次式に従って更新される。
Figure 0006446893
 ここで、ai'(i=0,1,...,N-1)は、更新後のフィルタ係数である。またαは、適応フィルタの更新速度を決めるための収束係数であり、例えば、0.0より大きく、かつ、1未満の値に設定される。
線形フィルタ部１１は、残留エコー信号を非線形フィルタ部１２へ出力する。
非線形フィルタ部１２は、非線形フィルタ処理によって残留エコー信号を抑圧する。本実施形態では、非線形フィルタ部１２は、残留エコー信号のパワーを算出し、そのパワーが所定のパワー閾値未満である場合に残留エコー信号を抑圧する。
非線形フィルタ部１２は、例えば、次式に従って、現時刻tを終端とするフレームに含まれる各時刻の残留エコー信号のパワーの平均値を、現時刻tにおける残留エコー信号のパワーPe(t)として算出する。
Figure 0006446893
 ここでNは、1以上の整数であり、フレーム長を表す。Nは、例えば、16〜1024に設定される。
パワーPe(t)がパワー閾値ThP以上である場合、残留エコー信号e(t)に、エコー成分以外の音声またはマイクロホン周囲の音の成分が含まれると推定される。そこでこの場合、非線形フィルタ部１２は、残留エコー信号e(t)を抑圧しない。すなわち、非線形フィルタ部１２は、残留エコー信号e(t)に乗じるゲインg(t)を1.0に設定する。なお、パワー閾値ThPは、例えば、パワーPe(t)が取り得る最大値（以下、フルスケールと呼ぶ）から50dBを減じた値に設定される。
一方、パワーPe(t)がパワー閾値ThP未満である場合、残留エコー信号e(t)には、エコー成分のみが含まれると推定される。そこでこの場合、非線形フィルタ部１２は、残留エコー信号e(t)がPe(t)のフルスケールから60dBを減じた値となるように、次式に従ってゲインg(t)を算出する。
Figure 0006446893
非線形フィルタ部１２は、残留エコー信号e(t)にゲインg(t)を乗じることで、補正残留エコー信号を算出する。そして非線形フィルタ部１２は、補正残留エコー信号を歪補正部１４へ出力する。なお、補正残留エコー信号は、補正音声信号の一例である。
歪抑圧ゲイン決定部１３は、再生音声信号の強度変化に対してエコー信号の強度が非線形に変化するエコー信号の歪の度合いに応じて補正残留エコー信号を減衰させるゲインを求める。
図１に関して説明したように、マイクロホンなどの音声の入出力に関連するデバイスの特性により、参照信号が大きいと、エコー信号に非線形歪が生じる。また、エコー信号に非線形歪が生じると、エコー信号の波形と参照信号の波形間の相違が大きくなる。
そこで本実施形態では、歪抑圧ゲイン決定部１３は、参照信号のパワーと、参照信号とエコー信号間の相互相関値の絶対値とを、エコー信号に生じた非線形歪を表す指標として利用する。
歪抑圧ゲイン決定部１３は、例えば、次式に従って、現時刻tを終端とするフレームに含まれる各時刻の参照信号x(t)のパワーの平均値を、現時刻tにおける参照信号x(t)のパワーPx(t)として算出する。
Figure 0006446893
 ここでNは、1以上の整数であり、フレーム長を表す。Nは、例えば、16〜1024に設定される。
また、歪抑圧ゲイン決定部１３は、次式に従って、参照信号とエコー信号間の相互相関値C(t)を算出する。
Figure 0006446893
歪抑圧ゲイン決定部１３は、参照信号のパワーPx(t)に基づいて、ゲインg(t)を1よりも小さい値に設定する相互相関値の絶対値|C(t)|の上限の閾値βを設定する。
図４は、参照信号のパワーPx(t)とゲインg(t)を1よりも小さい値に設定する相互相関値の絶対値|C(t)|の閾値βの関係を示す図である。図４において、横軸はパワーPx(t)を表し、縦軸は閾値βを表す。そしてグラフ４００は、パワーPx(t)と閾値βの関係を表す。グラフ４００に示されるように、パワーPx(t)が所定値α以上となる場合、閾値βは1.0に設定される。一方、パワーPx(t)が所定値α’未満となる場合、閾値βは0.0に設定される。そしてパワーPx(t)が所定値α’以上、かつ、α未満である場合、パワーPx(t)が大きくなるにつれて、閾値βも線形に単調増加する。なお、所定値αは、例えば、パワーPx(t)のフルスケールから6dBを減じた値に設定される。また所定値α’は、例えば、パワーPx(t)のフルスケールから12dBを減じた値に設定される。
図５は、相互相関値の絶対値|C(t)|とゲインg(t)の関係を示す図である。図５において、横軸は相互相関値の絶対値|C(t)|を表し、縦軸はゲインg(t)を表す。そしてグラフ５００は、相互相関値の絶対値|C(t)|とゲインg(t)の関係を表す。グラフ５００に示されるように、相互相関値の絶対値|C(t)|が上限の閾値β以上となる場合には、ゲインg(t)は1.0に設定される。すなわち、補正残留エコー信号は抑圧されない。一方、相互相関値の絶対値|C(t)|が下限の閾値β’未満となる場合、ゲインg(t)は、その下限値γに設定される。そして相互相関値の絶対値|C(t)|が下限の閾値β’以上、かつ、上限の閾値β未満である場合、相互相関値の絶対値|C(t)|が大きくなるにつれて、ゲインg(t)も線形に単調増加する。なお、下限の閾値β’は、例えば、β/2に設定される。またゲインg(t)の下限値γは、例えば、0.01〜0.1に設定される。
図４及び図５に示されるように、参照信号x(t)のパワーが大きいほど、閾値βが大きくなるので、参照信号x(t)のパワーが大きいほど、かつ、相互相関値の絶対値|C(t)|が小さいほど、ゲインg(t)は小さくなる。
グラフ４００に示される、パワーPx(t)と閾値βの関係を表すテーブルまたは式は、例えば、歪抑圧ゲイン決定部１３が有するメモリに予め記憶される。また、閾値βと相互相関値の絶対値|C(t)|の関係を表すパラメータも歪抑圧ゲイン決定部１３が有するメモリに予め記憶される。そして歪抑圧ゲイン決定部１３は、そのテーブルまたは式を参照して、パワーPx(t)に対応する閾値βを決定する。さらに、歪抑圧ゲイン決定部１３は、決定した閾値βと相互相関値の絶対値|C(t)|に基づいて、グラフ５００に示される関係を表すパラメータに従って、ゲインg(t)を決定する。
なお、変形例によれば、歪抑圧ゲイン決定部１３は、相互相関値の絶対値|C(t)|が小さくなるほど、ゲインg(t)を1よりも小さくするパワーPx(t)の下限の閾値が小さくなるように、その閾値を決定してもよい。そして歪抑圧ゲイン決定部１３は、決定された閾値よりもパワーPx(t)が大きく、かつ、パワーPx(t)とその閾値の差が大きくなるほど小さくなるように、ゲインg(t)を決定してもよい。
歪抑圧ゲイン決定部１３は、ゲインg(t)を歪補正部１４へ出力する。
歪補正部１４は、歪抑圧ゲイン決定部１３から受け取ったゲインg(t)を補正残留エコー信号に乗じることで、出力音声信号を得る。これにより、エコー信号に非線形歪が生じている場合でも、エコー信号は十分に抑圧される。そのため、エコー抑圧装置６は、GOST-Rで規定されるエコー抑圧の条件の一つである、レベルが非常に高いエコー信号を50dB以上抑圧するという条件を満たすことができる。
図６は、歪抑圧ゲイン決定部及び歪補正部を利用しない場合における、エコー信号の抑圧結果と、歪抑圧ゲイン決定部及び歪補正部を利用した場合における、エコー信号の抑圧結果とを示す図である。図６に示される各グラフにおいて、横軸は時間を表し、縦軸は音声信号の振幅を表す。グラフ６０１は、参照信号を表し、グラフ６０２は、エコー信号を表す。グラフ６０３は、歪抑圧ゲイン決定部及び歪補正部を利用しない場合における、出力音声信号を表す。そしてグラフ６０４は、歪抑圧ゲイン決定部及び歪補正部を利用した場合における、出力音声信号を表す。
グラフ６０３に示されるように、歪抑圧ゲイン決定部及び歪補正部を利用しない場合、出力音声信号においてエコーは十分に抑圧されず、出力音声信号の振幅がある程度の大きさを保っていることが分かる。これに対して、グラフ６０４に示されるように、歪抑圧ゲイン決定部及び歪補正部を利用した場合、出力音声信号の振幅はほぼ0となっており、エコーが十分に抑圧されていることが分かる。
図７は、エコー抑圧装置６により実行されるエコー抑圧処理の動作フローチャートである。
線形フィルタ部１１は、線形フィルタを用いてエコー信号を抑圧して、残留エコー信号を生成する（ステップＳ１０１）。非線形フィルタ部１２は、残留エコー信号に対して非線形フィルタを適用して、残留エコー信号をさらに抑圧するように、残留エコー信号を補正する（ステップＳ１０２）。
また、歪抑圧ゲイン決定部１３は、エコー信号の非線形歪を表す指標の一つとして、参照信号のパワーPx(t)を算出する（ステップＳ１０３）。さらに、歪抑圧ゲイン決定部１３は、エコー信号の非線形歪を表す他の指標の一つとして、参照信号とエコー信号間の相互相関値の絶対値|C(t)|を算出する（ステップＳ１０４）。そして歪抑圧ゲイン決定部１３は、参照信号のパワーPx(t)と相互相関値の絶対値|C(t)|に基づいて推定されるエコー信号の非線形歪が大きいほど小さくなるようにゲインg(t)を設定する（ステップＳ１０５）。
歪補正部１４は、ゲインg(t)を補正残留エコー信号に乗じて、補正残留エコー信号に残留しているエコー成分をさらに抑圧して、出力音声信号とする（ステップＳ１０６）。そして歪補正部１４は、出力音声信号を制御部２へ出力する。
以上に説明してきたように、このエコー抑圧装置は、参照信号のパワーと、参照信号とエコー信号間の相互相関値の絶対値とを、それぞれ、エコー信号の非線形歪を表す指標として求める。そしてこのエコー抑圧装置は、参照信号のパワーと、参照信号とエコー信号間の相互相関値の絶対値とに基づいて推定されるエコー信号の非線形歪が大きいほど、よりエコー信号を抑圧する。そのため、このエコー抑圧装置は、エコー信号に非線形歪が生じていても、エコー信号を十分に抑圧できる。
次に、第２の実施形態によるエコー抑圧装置について説明する。第２の実施形態によるエコー抑圧装置は、設置位置が互いに異なる複数のマイクロホンを用いて集音されたエコー信号を利用する。
図８は、第２の実施形態によるエコー抑圧装置が実装された通信装置の概略構成図である。通信装置２１は、制御部２と、通信部３と、二つのマイクロホン４−１、４−２と、二つのアナログ／デジタル変換器５−１、５−２と、エコー抑圧装置６１と、デジタル／アナログ変換器７と、スピーカ８と、記憶部９とを有する。
第２の実施形態による通信装置２１を第１の実施形態による通信装置１と比較すると、マイクロホン及びアナログ／デジタル変換器の数と、エコー抑圧装置６１により実行される処理が異なる。そこで以下では、マイクロホン及びアナログ／デジタル変換器と、エコー抑圧装置６１について説明する。通信装置２１のその他の構成要素については、通信装置１の対応する構成要素の説明を参照されたい。
マイクロホン４−１、４−２は、それぞれ、音声入力部の一例であり、互いに異なる位置に配置される。そしてマイクロホン４−１が周囲の音声を集音することにより生成したアナログの入力音声信号はアナログ／デジタル変換器５−１に入力される。同様に、マイクロホン４−２が周囲の音声を集音することにより生成したアナログの入力音声信号はアナログ／デジタル変換器５−２に入力される。
アナログ／デジタル変換器５−１は、マイクロホン４−１から受け取ったアナログの入力音声信号を所定のサンプリングピッチでサンプリングすることによりデジタル化された入力音声信号を生成する。同様に、アナログ／デジタル変換器５−２は、マイクロホン４−２から受け取ったアナログの入力音声信号を所定のサンプリングピッチでサンプリングすることによりデジタル化された入力音声信号を生成する。
なお、以下では、説明の便宜上、スピーカ８により再生された再生音声信号をマイクロホン４−１が集音することで生成され、アナログ／デジタル変換器５−１によりデジタル化された入力音声信号を第１のエコー信号と呼ぶ。また、スピーカ８により再生された再生音声信号をマイクロホン４−２が集音することで生成され、アナログ／デジタル変換器５−２によりデジタル化された入力音声信号を第２のエコー信号と呼ぶ。
アナログ／デジタル変換器５−１は、第１のエコー信号をエコー抑圧装置６１へ出力する。同様に、アナログ／デジタル変換器５−２は、第２のエコー信号をエコー抑圧装置６１へ出力する。
図９は、第２の実施形態によるエコー抑圧装置６１の概略構成図である。エコー抑圧装置６は、抑圧部３０と、歪抑圧ゲイン決定部１３と、歪補正部１４とを有する。そして抑圧部３０は、同期部３１と、減算部３２と、非線形フィルタ部１２とを有する。
エコー抑圧装置６１が有するこれらの各部は、それぞれ、別個の回路としてエコー抑圧装置６１に実装されてもよく、あるいはそれらの各部の機能を実現する一つの集積回路であってもよい。第２の実施形態によるエコー抑圧装置６１は、第１の実施形態によるエコー抑圧装置６と比較して、抑圧部３０が、線形フィルタ部１１の代わりに同期部３１及び減算部３２を有する点で異なる。そこで以下では、同期部３１及び減算部３２及び関連部分について説明する。エコー抑圧装置６１のその他の構成要素については、エコー抑圧装置６の対応する構成要素の説明を参照されたい。
同期部３１は、第１のエコー信号と第２のエコー信号とを同期させる。そのために、同期部３１は、第１のエコー信号と参照信号間の相互相関値を、参照信号に対する第１のエコー信号の遅延時間を変えながら算出し、その相互相関値が最大となる遅延時間を第１の遅延時間として特定する。同様に、同期部３１は、第２のエコー信号と参照信号間の相互相関値を、参照信号に対する第２のエコー信号の遅延時間を変えながら算出し、その相互相関値が最大となる遅延時間を第２の遅延時間として特定する。そして同期部３１は、例えば、第１のエコー信号を第２の遅延時間だけ遅延させる。同様に、同期部３１は、第２のエコー信号を第１の遅延時間だけ遅延させる。これにより、第１のエコー信号と第２のエコー信号の参照信号からの遅延は、何れも第１の遅延時間と第２の遅延時間の和となり、同期部３１は、第１のエコー信号と第２のエコー信号とを、参照信号に対して同期させることができる。
同期部３１は、同期された第１のエコー信号と第２のエコー信号を減算部３２へ出力する。
減算部３２は、同期された第１のエコー信号と第２のエコー信号間の差を残差信号として算出する。この残差信号は、第１のエコー信号と第２のエコー信号の何れにも非線形歪が生じていなければ、非常に小さな値となる。一方、第１のエコー信号と第２のエコー信号の何れかに非線形歪が生じていれば、残差信号は、ある程度のパワーを持つ。
減算部３２は、残差信号を非線形フィルタ部１２へ出力する。
非線形フィルタ部１２は、残差信号に対して、第１の実施形態による非線形フィルタ部１２の処理と同様の処理を行って、残差信号に含まれるエコー成分を抑圧して、補正残差信号を算出する。そして非線形フィルタ部１２は、補正残差信号を歪補正部１４へ出力する。なお、補正残差信号は、補正音声信号の一例である。
歪抑圧ゲイン決定部１３は、第１の実施形態による歪抑圧ゲイン決定部１３と同様に、第１のエコー信号または第２のエコー信号に非線形歪が生じている可能性が高いほど、小さくなるようにゲインを算出する。そのために、歪抑圧ゲイン決定部１３は、第１の実施形態による歪抑圧ゲイン決定部１３と同様に、参照信号のパワーと、参照信号と第１のエコー信号または第２のエコー信号間の相互相関値の絶対値に基づいてゲインを決定する。なお、本実施形態では、歪抑圧ゲイン決定部１３は、相互相関値の絶対値の算出に、第１のエコー信号及び第２のエコー信号のうちの何れを利用してもよい。
第２の実施形態によれば、エコー抑圧装置は、複数のマイクロホンのそれぞれで生成されたエコー信号同士の差を利用するので、エコー信号をより十分に抑圧できる。
他の変形例によれば、歪抑圧ゲイン決定部１３は、エコー信号の非線形歪の度合いを推定するための指標として、参照信号のパワーだけを利用してもよい。
図１０は、変形例による、参照信号のパワーPx(t)とゲインg(t)の関係を示す図である。図１０において、横軸はパワーPx(t)を表し、縦軸はゲインg(t)を表す。そしてグラフ１０００は、パワーPx(t)とゲインg(t)の関係を表す。グラフ１０００に示されるように、パワーPx(t)が閾値β未満となる場合には、ゲインg(t)は1.0に設定される。すなわち、補正残留エコー信号は抑圧されない。一方、パワーPx(t)が上限閾値β’以上となる場合、ゲインg(t)は、その下限値γに設定される。そしてパワーPx(t)が閾値β以上、かつ、上限閾値β’未満である場合、パワーPx(t)が大きくなるにつれて、ゲインg(t)も線形に単調減少する。なお、この場合、閾値βは、マイクロホンまたはスピーカといった、音声の入出力に関連するデバイスが非線形性を示すパワーの下限値とすることができる。また、上限閾値β’は、例えば、2βに設定される。またゲインg(t)の下限値γは、例えば、0.01〜0.1に設定される。
さらに他の変形例によれば、非線形フィルタ部１２は省略されてもよい。この場合、歪補正部１４が、残留エコー信号または残差信号に対して歪抑圧ゲイン決定部１３で算出されたゲインを乗じてもよい。あるいは、歪補正部１４は、歪抑圧ゲイン決定部１３で算出されたゲインと、非線形フィルタ部１２による処理と同様の処理を行って求められたゲインとを乗じて得られる値を、補正残留エコー信号または補正残差信号に乗じるゲインとして用いてもよい。
さらに他の変形例によれば、歪抑圧ゲイン決定部１３は、ゲインを、補正残留エコー信号または補正残差信号を時間周波数変換して得られる周波数信号の振幅成分を減衰させる係数として求めてもよい。この場合には、歪補正部１４は、補正残留エコー信号または補正残差信号をフレーム単位で時間周波数変換して周波数信号を求め、その周波数信号の振幅成分にゲインを乗じて周波数信号を補正する。その後、歪補正部１４は、補正された周波数信号を周波数時間変換することで、出力音声信号を得る。
なお、上記の各実施形態またはその変形例によるエコー抑圧装置は、各種のオーディオ機器、またはパーソナルコンピュータなど、マイクロホン及びスピーカと接続可能な様々な装置に実装可能である。
上記の各実施形態またはその変形例によるエコー抑圧装置の各部が有する各機能をコンピュータに実現させるコンピュータプログラムは、磁気記録媒体あるいは光記録媒体といった、コンピュータによって読み取り可能な媒体に記録された形で提供されてもよい。
図１１は、上記の実施形態またはその変形例によるエコー抑圧装置の各部の機能を実現するコンピュータプログラムが動作することにより、エコー抑圧装置として動作するコンピュータの構成図である。
コンピュータ１００は、ユーザインターフェース部１０１と、オーディオインターフェース部１０２と、通信インターフェース部１０３と、記憶部１０４と、記憶媒体アクセス装置１０５と、プロセッサ１０６とを有する。プロセッサ１０６は、ユーザインターフェース部１０１、オーディオインターフェース部１０２、通信インターフェース部１０３、記憶部１０４及び記憶媒体アクセス装置１０５と、例えば、バスを介して接続される。
ユーザインターフェース部１０１は、例えば、キーボードとマウスなどの入力装置と、液晶ディスプレイといった表示装置とを有する。または、ユーザインターフェース部１０１は、タッチパネルディスプレイといった、入力装置と表示装置とが一体化された装置を有してもよい。そしてユーザインターフェース部１０１は、例えば、ユーザの操作に応じて、エコー抑圧処理を開始させる操作信号をプロセッサ１０６へ出力する。
オーディオインターフェース部１０２は、コンピュータ１００を、マイクロホン及びスピーカ（図示せず）と接続するためのインターフェース回路を有する。そしてオーディオインターフェース部１０２は、プロセッサ１０６から受け取った、再生音声信号をスピーカへ出力する。あるいは、オーディオインターフェース部１０２は、マイクロホンから受け取った入力音声信号をプロセッサ１０６へ渡す。
通信インターフェース部１０３は、イーサネット（登録商標）などの通信規格に従った通信ネットワークに接続するための通信インターフェース及びその制御回路を有する。そして通信インターフェース部１０３は、通信ネットワークに接続された他の機器から、再生音声信号を含むパケットを取得し、プロセッサ１０６へ渡す。また通信インターフェース部１０３は、プロセッサ１０６から受け取った、エコーが抑圧された音声信号を含むパケットを通信ネットワークを介して他の機器へ出力してもよい。
記憶部１０４は、例えば、読み書き可能な半導体メモリと読み出し専用の半導体メモリとを有する。そして記憶部１０４は、プロセッサ１０６上で実行される、音声処理を実行するためのコンピュータプログラム、及び音声処理で利用される様々なデータを記憶する。
記憶媒体アクセス装置１０５は、例えば、磁気ディスク、半導体メモリカード及び光記憶媒体といった記憶媒体１０７にアクセスする装置である。記憶媒体アクセス装置１０５は、例えば、記憶媒体１０７に記憶された、プロセッサ１０６上で実行されるエコー抑圧用のコンピュータプログラムを読み込み、プロセッサ１０６に渡す。
プロセッサ１０６は、上記の各実施形態の何れかまたは変形例によるエコー抑圧用コンピュータプログラムを実行することにより、マイクロホンから受け取ったエコー信号を抑圧する。そしてプロセッサ１０６は、抑圧されたエコー信号を通信インターフェース部１０３へ出力する。
ここに挙げられた全ての例及び特定の用語は、読者が、本発明及び当該技術の促進に対する本発明者により寄与された概念を理解することを助ける、教示的な目的において意図されたものであり、本発明の優位性及び劣等性を示すことに関する、本明細書の如何なる例の構成、そのような特定の挙げられた例及び条件に限定しないように解釈されるべきものである。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、本発明の精神及び範囲から外れることなく、様々な変更、置換及び修正をこれに加えることが可能であることを理解されたい。
以上説明した実施形態及びその変形例に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
音声出力部により再生された再生音声信号を音声入力部が集音することにより生成されたエコーを表すエコー信号を抑圧することで補正音声信号を生成する抑圧部と、
前記再生音声信号の強度変化に対して前記エコー信号の強度が非線形に変化する、前記エコー信号の歪の度合いに応じて前記補正音声信号を減衰させるゲインを求める歪抑圧ゲイン決定部と、
前記ゲインに応じて前記補正音声信号を抑圧する歪補正部と、
を有するエコー抑圧装置。
（付記２）
前記歪抑圧ゲイン決定部は、前記再生音声信号のパワーと、前記再生音声信号と前記エコー信号間の相関値とを前記歪の度合いを表す指標として算出し、前記再生音声信号のパワーと前記相関値に応じて前記ゲインを決定する、付記１に記載のエコー抑圧装置。
（付記３）
前記歪抑圧ゲイン決定部は、前記再生音声信号のパワーが大きいほど、かつ、前記相関値の絶対値が小さいほど、前記補正音声信号の減衰度合いが大きくなるように前記ゲインを決定する、付記２に記載のエコー抑圧装置。
（付記４）
前記歪抑圧ゲイン決定部は、前記再生音声信号のパワーが大きいほど、前記補正音声信号を減衰させる前記相関値の絶対値の上限値を高く設定し、前記相関値の絶対値が前記上限値よりも小さく、かつ、前記上限値と前記相関値の絶対値の差が大きくなるほど前記補正音声信号の減衰度合いが大きくなるように前記ゲインを決定する、付記３に記載のエコー抑圧装置。
（付記５）
前記歪抑圧ゲイン決定部は、前記再生音声信号のパワーを前記歪の度合いを表す指標として算出し、前記パワーに応じて前記ゲインを決定する、付記１に記載のエコー抑圧装置。
（付記６）
前記歪抑圧ゲイン決定部は、前記パワーが所定の閾値よりも大きく、かつ、前記パワーと前記所定の閾値の差が大きくなるほど前記補正音声信号の減衰度合いが大きくなるように前記ゲインを決定する、付記５に記載のエコー抑圧装置。
（付記７）
前記抑圧部は、前記音声出力部により再生された前記再生音声信号を、前記音声入力部と異なる位置に配置された第２の音声入力部が集音することにより生成された第２のエコー信号と前記エコー信号とを同期させ、かつ、同期された前記第２のエコー信号と前記エコー信号間の差に応じて前記補正音声信号を求める、付記１〜６の何れかに記載のエコー抑圧装置。
（付記８）
音声出力部により再生された再生音声信号を音声入力部が集音することにより生成されたエコーを表すエコー信号を抑圧することで補正音声信号を生成し、
前記再生音声信号の強度変化に対して前記エコー信号の強度が非線形に変化する、前記エコー信号の歪の度合いに応じて前記補正音声信号を減衰させるゲインを求め、
前記ゲインに応じて前記補正音声信号を抑圧する、
ことを含むエコー抑圧方法。
（付記９）
音声出力部により再生された再生音声信号を音声入力部が集音することにより生成されたエコーを表すエコー信号を抑圧することで補正音声信号を生成し、
前記再生音声信号の強度変化に対して前記エコー信号の強度が非線形に変化する、前記エコー信号の歪の度合いに応じて前記補正音声信号を減衰させるゲインを求め、
前記ゲインに応じて前記補正音声信号を抑圧する、
ことをコンピュータに実行させるエコー抑圧用コンピュータプログラム。
１、２１ 通信装置
２ 制御部
３ 通信部
４、４−１、４−２ マイクロホン
５、５−１、５−２ アナログ／デジタル変換器
６、６１ エコー抑圧装置
７ デジタル／アナログ変換器
８ スピーカ
９ 記憶部
１０、３０ 抑圧部
１１ 線形フィルタ部
１２ 非線形フィルタ部
１３ 歪抑圧ゲイン決定部
１４ 歪補正部
３１ 同期部
３２ 減算部
１００ コンピュータ
１０１ ユーザインターフェース部
１０２ オーディオインターフェース部
１０３ 通信インターフェース部
１０４ 記憶部
１０５ 記憶媒体アクセス装置
１０６ プロセッサ
１０７ 記憶媒体

Claims (8)

  1. 音声出力部により再生された再生音声信号を音声入力部が集音することにより生成されたエコーを表すエコー信号を抑圧することで補正音声信号を生成する抑圧部と、
    前記再生音声信号の強度変化に対して前記エコー信号の強度が非線形に変化する、前記エコー信号の歪の度合いに応じて前記補正音声信号を減衰させるゲインを求める歪抑圧ゲイン決定部と、
    前記ゲインに応じて前記補正音声信号を抑圧する歪補正部と、
    を有し、
    前記歪抑圧ゲイン決定部は、前記再生音声信号のパワーを前記歪の度合いを表す指標として算出し、前記パワーに応じて前記ゲインを決定するエコー抑圧装置。
  2. 前記歪抑圧ゲイン決定部は、前記パワーが所定の閾値よりも大きく、かつ、前記パワーと前記所定の閾値の差が大きくなるほど前記補正音声信号の減衰度合いが大きくなるように前記ゲインを決定する、請求項１に記載のエコー抑圧装置。
  3. 音声出力部により再生された再生音声信号を音声入力部が集音することにより生成されたエコーを表すエコー信号を抑圧することで補正音声信号を生成する抑圧部と、
    前記再生音声信号の強度変化に対して前記エコー信号の強度が非線形に変化する、前記エコー信号の歪の度合いに応じて前記補正音声信号を減衰させるゲインを求める歪抑圧ゲイン決定部と、
    前記ゲインに応じて前記補正音声信号を抑圧する歪補正部と、
    を有し、
    前記歪抑圧ゲイン決定部は、前記再生音声信号のパワーと、前記再生音声信号と前記エコー信号間の相関値とを前記歪の度合いを表す指標として算出し、前記再生音声信号のパワーと前記相関値に応じて前記ゲインを決定するエコー抑圧装置。
  4. 前記歪抑圧ゲイン決定部は、前記再生音声信号のパワーが大きいほど、かつ、前記相関値の絶対値が小さいほど、前記補正音声信号の減衰度合いが大きくなるように前記ゲインを決定する、請求項３に記載のエコー抑圧装置。
  5. 音声出力部により再生された再生音声信号を音声入力部が集音することにより生成されたエコーを表すエコー信号を抑圧することで補正音声信号を生成する抑圧部と、
    前記再生音声信号の強度変化に対して前記エコー信号の強度が非線形に変化する、前記エコー信号の歪の度合いに応じて前記補正音声信号を減衰させるゲインを求める歪抑圧ゲイン決定部と、
    前記ゲインに応じて前記補正音声信号を抑圧する歪補正部と、
    を有し、
    前記抑圧部は、前記音声出力部により再生された前記再生音声信号を、前記音声入力部と異なる位置に配置された第２の音声入力部が集音することにより生成された第２のエコー信号と前記エコー信号とを同期させ、かつ、同期された前記第２のエコー信号と前記エコー信号間の差に応じて前記補正音声信号を求めるエコー抑圧装置。
  6. 前記歪抑圧ゲイン決定部は、前記エコー信号の前記歪の度合いが大きくなるほど、前記補正音声信号を減衰させるように前記ゲインを決定する、請求項１〜５の何れか一項に記載のエコー抑圧装置。
  7. 音声出力部により再生された再生音声信号を音声入力部が集音することにより生成されたエコーを表すエコー信号を抑圧することで補正音声信号を生成し、
    前記再生音声信号の強度変化に対して前記エコー信号の強度が非線形に変化する、前記エコー信号の歪の度合いに応じて前記補正音声信号を減衰させるゲインを求め、
    前記ゲインに応じて前記補正音声信号を抑圧する、
    ことを含み、
    前記ゲインを求めることは、前記再生音声信号のパワーを前記歪の度合いを表す指標として算出し、前記パワーに応じて前記ゲインを決定することを含む、
    エコー抑圧方法。
  8. 音声出力部により再生された再生音声信号を音声入力部が集音することにより生成されたエコーを表すエコー信号を抑圧することで補正音声信号を生成し、
    前記再生音声信号の強度変化に対して前記エコー信号の強度が非線形に変化する、前記エコー信号の歪の度合いに応じて前記補正音声信号を減衰させるゲインを求め、
    前記ゲインに応じて前記補正音声信号を抑圧する、
    ことをコンピュータに実行させ、
    前記ゲインを求めることは、前記再生音声信号のパワーを前記歪の度合いを表す指標として算出し、前記パワーに応じて前記ゲインを決定することを含む、
    エコー抑圧用コンピュータプログラム。
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