JPH03174825A - 音声通信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電話回線やバンズ７り一電話機で生じる反響
信号（エコー）を消去するエコーキャンセラを持つた通
信装置に関する。

〔従来の技術〕

宅内の一般電話や自動車電話において、従来のハンドセ
ットを使用せずにマイクロホンとスビーカで通話出来る
ハンズフリー電話装置が普及しつつある。この種の電話
機は、使用者が手でハンドセットを持つことなく通話で
きるため長時間の通話による手の疲れや、ハンドセット
を耳に押し当てることによる耳の痛みを覚えることがな
い。また、便用者は手が開放されるため、手で何かの作
業をしながら通話出来るなどの利点がある。特に、自動
車電話として運転中に使用する場合などにはこのバンズ
７り一通話機能は安全上からも大きな利点をもっている
。

ところで、電話回線は２線と４ＭＡの回線から構成され
、その変換（２線−４線変換）はハイブリッド回路が使
用される。しかしこのハイブリッド回路はインピーダン
スの完全なマツチングが難しいために信号の反射である
反響信号（エコー）が生じる。また、一般に電話機にお
いてマイクロホンとスピーカで通話しようとすると、マ
イクロホンとスピーカ間の音響結合によっても反響信号
（ハウリング）が生じ、先に述べた回線側の２線−４線
変換回路の反響信号とあわせて信号ループが形成される
。この信号ループの利得が１　（ＯｄＢ）を越えるとハ
ウリング現象が起きて通話が事実上不可能となる。した
がって、そのｔｔでは、スピーカのレベルを上げたシマ
イクロホンの感度を上げることができず、実用的な使用
は不可能である。

また、ハウリングに至ずとも、この２ａｌ類の反響信号
はそれぞれの通話者に不快感をあたえ通話に支障が生じ
る。その為、エコーサプレッサやエコーキャンセラなど
を用いて、ハウリングの防止や反響信号の低減を行なう
必要がある。

ハウリング防止対策の一方式であるエコーサプレッサは
、いわゆるボイススイッチ方式を使用している。これは
、２者の通話レベルの大きさを比較し、小さいほうの挿
入損失量を大きくして事実玉串さい方の信号経路を切断
することによって、前述の信号ループの利得が１を越え
ないようにしている。しかし、この方式では通話レベル
の比較に於いてタイムラグが生じ、その結果損失量の切
す替えが遅れて話頭が切れる現象が生じたう、騒音の大
きな使用環境下では、騒音が断続的に入ることによって
、挿入損失量の切す代えが行なわれないブロッキング現
象が生じるなどの欠点がある。

また通話者双方が同時に通話することかで１に危いとい
う原理的な欠点もあう、使用者に不自然な通話をしいる
ことになる。

これに代わる。方式として、近年、半導体の低価格化と
ディジタル信号処理技術の進歩に伴りて、ディジタル信
号処理を用いたエコーキャンセル方式が注目されている
。このエコーキャンセル方式では、前記エコーサプレッ
サの欠点は生ぜず、電話会議システムなよで実用化が進
んでいる。なか、エコーキャンセラの公知例としては、
例えば、特開昭６２−１２５８５７号公報を挙げること
ができる。

次Ｋ、このエコーキャンセ２の原理を説明する。

第３図はエコーキャンセル方式を用いた７１ンスラリ一
電気機能の構成図であって、ここでは、音響エコーキャ
ンセラ６と回線エコーキャンセラ７とを持つ。音響エコ
ーキャンセラ６はマイクロホン１に入力する信号のうち
、スピーカ２から出力され部屋の壁などで反射された信
号のみを消去する。また回線エコーキャンセラ７では、
回線側の反射信号を消去する。したがって、先に述べた
信号ループが形成されずノ・ウリングが防止される。

また、この方式では音声スイッチのように挿入損失を入
れる必要が無いため同時通話が出来、語頭語尾の切断が
無く良好な通話品質が得られる。

次ニ、エコーキャンセラの原理について説明する。なか
、この反響消去回路はディジタル信号で処理されるため
、入力信号として一旦Ａ／Ｄｉ、換器てディジタルデー
タに変換され、出力信号はＤ／Ａｆｆｉ換器でアナログ
信号に再現される。ここでは、特に回線エコーキャンセ
ラ側について述べる。

反射信号の消去原理は、音響エコーキャンセラも同一で
ある。

筐ず、通話相手からの信号である受話信号は送話信号の
反響信号のみであるとする。

マイクロホン１から出力される送話信号は、Ａ／Ｄｉ換
器４によりて、ディジタル信号に変換されたのち音響エ
コーキャンセラ６によって、スビ−力２からの反響信号
を消去され、回線エコーキャンセラ７に入力される。こ
の送話信号は、Ｄ／Ａ変換器１０１に通してアナログ信
号に再生され回線に送出されるとともに、ｎ個のメモリ
から構成されるＸレジスタ１２に入力される。Ｘレジス
タ１２では１サンプルのデータを蓄えることに順次隣の
メモリへ移動し最後の位置にあったデータは捨てられる
。これによ、９ｎ個のメモリには常にｎサンプルの受Ｏ
Ｎ信号（ｘ（ｔ））　〜ｘ　（ｔ　−ｎ　＋　１））の
データが蓄えられている。

タップ係数レジスタ１３はＸレジスタ１２と同数のｎ個
のメモリから構成され、推定する反響路のインパルス応
答の近似であるタップ係数（ｈａ（１）〜ｈニーｔ（ｔ
）ｏｎ：タップ数）が格納される。

畳込み演算器１４では、タップ係数レジスタ１５とＸレ
ジスタ１２のデータを入力として畳込み演算を行なう。

すなわち によって、疑似反響信号ｙ　（ｔ）を算出する。減算器
１５では受話信号からこの疑似反響信号を減算すること
によって反射信号を消去する。すなわち、受話信号をｙ
　（ｔ）とするこの減算結果は反響路の推定誤差であう
、これを残差信号ｅ　（ｔ）と呼び、と表わせる。この
残差信号ｅ（ｔ）は修正量算出器１６に入力されるとと
もに音響エコーキャンセラ６に送られる。

エコーキャンセラはとの残差信号・（１）がＯに近づく
ようなアルゴリズムで先のタップ係数を修正する。この
アルゴリズムの例としてはＬＭＳ法（リースト・ミーン
・スクエア法、Ｌｅａｓｔ　ＭｅａｎＳｑｕａｒｅ　Ｍ
ｓｔｈｏｄ　）、或いは学習同定法といツｆｔ、周知の
アルゴリズムがある。これはｅ　（ｔ）とｘ　（ｔ）を
もとに次々とタップ係数に修正を加え、これを新たなタ
ップ係数として与える方式である。これを式で表わすと
、以下のようになる。

タップ係数の修正量をΔｈ　１（ｔ）とするとり、　（
ｔ、＋１　）＝ｈ、（ｔ）＋Δｈ　、　（ｔ）　　　　
・・・・・・（３）Δｈ　１（ｔ）＝Ｇ−ｘ　（ｔ　　
ｉ　）　・ｅ（ｔｌ　　　”・＝・（４）ここで、Ｇは
修正係数であシ、ＬＭＳ法では、定数、学習同定法では
、 で与えられる値である。

これらの演算を、修正量算出器１６と加算器１７を用い
て行なう。修正量算出器１６ではとのΔｈ、（ｔｌを次
々と算出し、タップ係数レジスタ９から読み出した対応
するデータとを加算器１７において加算し、再びタップ
係数レジスタ１５のしかるべき場所に格納される。

ところで、このタップ係数の推定動作は、受話信号が送
話信号の反響信号のみの場合だけ行Ｚう。

送話信号の反響信号以外の音がある場合、たとえば遠端
話者の声の信号などがある場合には、その信号のために
、タップ係数の推定が不正確になる。

このため、その期間はタップ係数の更新ｔ−禁止する。

その手段の一例として受話信号と送話信号の信号レベル
を比較して受話信号の電力が反射信号の電力より一定量
大なるとき反響信号以外の音が存在すると判断し、修正
量算出器１６の出力データを０とし、すなわちタップ係
数更新動作を一時中止する。そのため、これ迄に推定し
たタップ係数によって疑似反響信号を生成して、受話信
号から反響信号のみを消去する。これによって、送話信
号の反響信号以外の受話信号がある場合でも安定して回
転側のエコーキャンセル動作を行なうことができる。

以上が、エコーキャンセ２の基本的な原理である。なか
、第１図に示した９は疑似反響信号生成器と呼びＸレジ
スタ１２、タップ係数レジスタ１３、畳み込み演算器１
４、修正量算出器１６ならびに加算器１７から構成され
る。

また、一般にエコーキャンセラは消去する反響信号の向
きによって、回線からの反射を打ち消す回線エコーキャ
ンセラとスピーカとマイクロホンとの音響結合による反
響信号を内消す音響エコーキャンセラとがある。これら
をもとに設けた方が、次に挙げる２つの理由からシステ
ムの安定性と性能向上を図ることができる。

第１に、音響エコーキャンセラは、部屋のインパルスレ
スポンスが部屋内部の人の動きなどによって刻々と変化
するため、常時タップ係数の推定をおこなう必要があシ
、収束する１での間にシステムが不安定に念ってハウリ
ングや不快なエコーを生じる場合がある。それに対して
１回線エコーキャンセラは、回線が接続されたあとでは
、特性の変動が少なく一度収束すると安定性が高い。

したがって、回線エコーキャンセラを設け、信号ループ
利得を下げてかくことによって、音響エコーキャンセラ
の減衰量が低下した場合でも不安定になることを防止す
る効果がある。

第２に、音響側の反響は遠側の話者にとって耳障シなも
のであるが、回線側の反響信号は近端話者にとって耳障
シである。ハンドセット通話の場合には、ハンドセット
で話者の耳を覆うために、むしろ故意に＠音を作って話
者の越えを受話音に混合する万が自然であるが、ハンズ
フリー通話の場合には、近端話者にとってスピーカから
自分の声が聞こえてくるために不自然である。そのため
、近端と遠端双方の前者に不快なエコー感を感じさせな
いようにするためには音響エコーキャンセラと回線エコ
ーキャンセラをともに設ける必要がある。

ところで、ディジタル伝送方式の自動車電話などでは、
周波数の有効利用の点から、音声符号器を使用して聴感
上の信号品位をあｌ）劣化しない程度に音声信号の伝送
レートを下げることが行なわれる。

つｔυ、移動器側では送話信号は音声符号器を経て回線
に送出され、受信した受話信号は音声復号器でもとの音
声信号に復元される。−万、基地局側では移動器から送
られてくる送話信号は移動器と同一の音声復号器をもち
いて音声信号に復元され、従来の電話回線網に接続され
る。受話信号は基地局側で音声符号化をほどこされ、移
動機に送信される。したがって、通話相手側が従来のア
ナログ電話であれば、遠端話者の加入者線路の両端にあ
る２線４線の変換回路における信号反射が起こる。この
ため、回線側の反響信号に対する問題点はアナログ方式
の自動車電話とまったく同一である。

Ｃ本発明が解決しようとする課題〕 ところが、この音声符号器と音声復号器を用いると、聴
感上の劣化はあｔｎおこらｉ〈ても音声信号自体は波形
が変化してしまう。すなわち、正確にはもとの音声信号
には再現できない。したがって、この音声符号化伝送を
使用した音声通信装置において、回線側から反射してく
る反響信号は、音声の符号化と復号化を２回線す返して
もどってくるため、もとの信号と比べて信号品質が劣化
している。−万、上記の回線側のエコーキャンセラで作
シたす疑似反響信号は音声符号器と音声復号器を経てい
□いために信号の劣化は起こらない。

そのため、この疑似反響信号を使用してエコーキャンセ
ラ動作を行なうと、反響信号とエコーキャンセラで作シ
出した疑似反響信号が異なったものとなるため減衰量の
劣化が生じるという問題がある。

本発明の目的は、上記の問題を解消し、正確な疑似反響
信号を作す出してエコーキャンセラの減衰量劣化を防い
だ音声通信装置を提供とすることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、従来の回線エコーキャンセラの構成手段に
加えて、回線に送出する符号データを作成する第１の音
声符号器と同一の第２．第３の音声符号器、並びに回線
から受信した符号データを音声信号に復元する第１の復
号器と同一の第２゜第３の音声復号器を設けることによ
って達成される。

〔作用〕

疑似反響信号生成器の入力信号は第２の音声符号器並び
に第２の音声復号器によって、符号と復号を順次繰シ返
された信号とし、また、疑似反響信号の出力信号は＄５
の音声符号器と第３の音声復号器に入力され、符号と復
号を順次繰ジ返すことによってよシ実際の反響信号に近
い疑似反響信号を生成する。

これによって、音声符号器と音声復号器を持つた音声通
信装置にエコーキャンセラ設ける場合、回線側の反響信
号の減衰量劣化を防止することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。まず
、本実施例のエコーキャンセ゛うの構成について説明す
る。

第１図は本発明による音声通信装置の第１の実施例を説
明するブロック図であって、１は話者の音声ｔ−電気信
号に変換するマイクロホン、２は受話者信号を音に再生
するスピーカ、６は音響エコーキャンセラ、７は回線エ
コーキャンセラである。

このうち、回線エコーキャンセラ７は、２組の音声符号
器９（第２の音声符号器）及び１２と（第３の音声符号
器）と音声復号器１０（第２の音声復号器）及び１５（
第３の音声復号器）と疑似反響信号生成器とで＃ｌ或さ
れる。

これらの第２．第３０音声符号器９．１２は回線に送出
する送話信号を符号化する音声符号器１４（第１の音声
符号器）と同一機能を有するものであシ、″また第２．
第３の音声復号器１０１５は、回線から送られてくる受
話信号を音声信号に復元する音声符号器１５（ｔｓｌの
音声復号器）と同一機能に有するものである。同図にお
ける音声符号器１４と音声復号器１５は回線側に接続さ
れるるか、ディジタル伝送方式の自動車電話の場合は、
移動機の信号処理（２）路（図示せず）に接続される。

次に、第１図の動作を順を１？りて、説明する。

マイクロホン１から入力された送話信号は＾／Ｄ変換器
４によってディジタル信号に変換される。

例えば、１５ビツトのＩ’ＣＭＣ）ように信号の波形の
大きさをそのｔま表わすディジタル信号に変換する。そ
の後、Ａ／ＤＫ換器４の出力信号はｔＷエコーキャンセ
ラ６へ入力される。音響エコーキャンセラ６では、スピ
ーカ２から送出されてマイクロホン１に回シ込んでくる
受話信号の反響成分を消去する。送話信号は次に、回線
エコーキャンセラ７に入力される。回線エコーキャンセ
ラ７では、入力信号ｔ−音声符号器９に入力すると共に
、音声符号器１４に入力してＰＣＭ信号から符号化デー
タに変換して回線側に送出する。

音声符号器９は、入力信号に音声符号器１４から回線側
に送出される符号化データと同様の処理を施して符号化
し、符号化データとして音声復号器１０に与える。音声
復号器１０は、この符号化データを再びＰＣＭ信号に復
元する。このＰＣＭ信号は疑似反響信号生成器１１に入
力され、ここで、疑似反響信号が生成される。疑似反響
信号生成器１１では、先に説明した方法によって疑似反
響信号が生成される。生成された疑似反響信号は、音声
符号器１２に入力されて符号化データに符号化され、再
び音声復号器１３によりてＰＣｌｌ［信号に復元されて
減算器８に入力される。

−万、受話信号は、符号化データとして回線側よシ受信
され、音声復号器１５によって、ＰＣＭ信号に複合化さ
れて減算器８に入力される。この減算器８では、受話信
号から先の疑似反響信号を減算する。すなわち、反響信
号は消去される。その結果は、疑似反響信号生成器１１
に入力され、タップ係数の更新動作に使用されるととも
に、音響エコーキャンセラに入力される。その後、受話
信号は、Ｄ　／　Ａ　ｉ換器５によってアナログ信号に
変換され、増幅器５において適宜な大きさに増幅後、ス
ピーカ２から受話音として再生される。

ここで、音声符号器１４における音声符号化の演算単位
としては、１フレームを例えば２ｏ＠８とし、この１フ
レームごとに符号化の演算を行なう。例えば、入力デー
タとして、サンプリング周波数ａ　ｘ　Ｈｚ　ｓ量子化
ビット数１ｓビットでは、１６０サンプルのＰＣＭ信号
を１フレームとして区切り、この１６０サンプルで符号
化演算を行なう。符号化の出力データとしては２６０ビ
ツトの符号化データを出力する。こうして、次々と、フ
レームごとに、２６０ビツトのデータを出力し、回線側
の装置に伝送する。その結果、この場合出力される符号
化データの伝送レートは１５　ｋｂｐｓ　、！：なる。

−万、受信された、符号化データは、音声復号器１４に
おいて、２６０ビツトごとに、１６０サンプルのＰＣＭ
信号に復元される。この時、生成する疑似反響信号を実
際の反響信号にょシ近いものとするために、第１図で示
した音声符号器１４と音声符号器９０入力信号のフレー
ムのと）万は同一とする。すなわち符号化する１６０サ
ンプルは同一のものとする。

第２図は本発明による音声通信装置の第２の実施例を説
明するブロック図であって、この実施例は第１図の音声
符号器９を使用せず、音声符号器１４の出力データを音
声復号器１０の入力データとすることによっても同一の
効果が得られ、音声符号器ｔ−１つ減らすことができる
。

また、第１図において、５つの音声符号器９゜１２およ
び１４と３つの音声復号器１０．１５＆よび１５をそれ
ぞれ１個とし、時分割処理によってそれぞれ２個の音声
符号器の動作と５個の音声復号器の動作をさせる構成と
すること、もてきる。

その場合、処理速度の向上は要求されるが、回路Ｓ或は
簡略化できる。オた、音声符号器と音声復号器をたとえ
ば、１個のＬＳＩで構成してもかまわない。

いずれにしても、回線エコーキャンセラの疑似反響信号
の生成において、従来の疑似反響信号生成器の入力信号
と出力信号にそれぞれ、回線に送出する音声符号化方式
と同一の音声符号化と復号化を繰シ返す処理を行なうこ
とはすべて、本発明の技術的範囲に合資れる。また、音
声符号化の方式、符号化のレートはいかなるものであっ
てもかまわない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、音声符号器と音
声復号器を持った音声通信装置にエコーキャンセラ方式
でハンズフリー通話機能を設ける場合、回線側の疑似反
響信号の生ｇを正確に推定することができ、回線エコー
キャンセラにおける反響信号の減衰量の低下を防止する
という優れた機能の音声通信装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による音声通信装置の第１の時を説明す
るブロック図、第２Ｕ！Ａは本発明による音声通信装置
の第２の実施例を説明するブロック図、＃ｇ３図は従来
の回線エコーキャンセラと音響エコー−＋ヤンセラを使
用したブロック図である。 ６・・・・・・・・・音響エコーキャンセラ、７・・・
・・・・・・回線エコーキャンセラ、８・・・・・・・
・−減算６．９　ｓ　１２　ｅ１４・・・・・・・・・
音声符号器、１０．１！Ｓ、１５・・・・・・・・・音
声復号器、１１・・・・・・・・・疑似反響信号生成器
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１の音声符号器と第１の音声復号器と、上記第１
   の音声符号器と同一構成の第２、第３の音声符号器と前
   記第１の音声復号器と同一構成の第２、第３の音声復号
   器と、疑似反響信号生成器と、減算器とから構成される
   エコーキャンセラを持つた音声通信装置において、前記
   疑似反響信号生成器の入力信号を送話信号が前記第２の
   音声符号器と第２の音声復号器を経た信号としさらに、
   前記疑似反響信号生成器の出力信号を前記第３の音声符
   号器と第３の音声復号器に順次入力し、その出力信号を
   前記減算器において受話信号から減算することによって
   、反響信号を消去することを特徴とする反響消去機能と
   音声符号化伝送機能を持った音声通信装置。 ２、請求項１において、前記第１の音声符号器と第２の
   音声符号器の音声符号化におけるフレームを同一とした
   ことを特徴とする反響消去機能と音声符号化伝送機能を
   持った音声通信装置。 ３、請求項１において、前記第２の音声復号器の入力信
   号を前記第１の音声符号器の出力信号としたことを特徴
   とする反響消去機能と音声符号化伝送機能を持った音声
   通信装置。 ４、請求項１において、前記第１、第２および第３の音
   声符号器と、前記第１、第２および第３の音声復号器を
   それぞれ１つとして時分割処理によってそれぞれ３つの
   信号を生成することを特徴とする反響消去機能と音声符
   号化伝送機能を持った音声通信装置。