JPH0480569B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 所与の伝送路を入力信号が伝送された結果と
しての基準信号を適応的に疑似する推定値を入力
信号から生成する適応フイルタであつて、 該入力信号に応答して、その伝達関数特性に従
つて形成される基準信号の推定値を発生する信号
処理回路（例えば１０１）および該基準信号の推
定値と該基準信号との間の差に基づく誤差信号を
発生する回路（例えば１１０）とからなり、 該信号処理回路の伝達関数特性は該誤差信号に
よつて調整されて、該基準信号の推定値が該基準
信号を疑似するようにしている適応フイルタにお
いて、 該入力信号に応答して、該入力信号のエネルギ
ー分布が周波数帯域の一部、もしくは幾つかの部
分に局在しているかどうかを検出し、そして局在
化していることを検出したときには、該誤差信号
による該信号処理回路の伝達関数の調整を禁止す
る手段を含むことを特徴とする適応フイルタ。

２ 請求の範囲第１項に記載の適応フイルタにお
いて、該検出手段は入力信号の第１の所定の特性
の値と入力信号の第２の所定の特性の値とを比較
し、 該第１と第２の所定の特性の値との間に一定の
関係が存在するとき、該伝達関数の調整を禁止す
るための制御信号を発生している比較器を含むこ
とを特徴とする適応フイルタ。

３ 請求の範囲第２項に記載の適応フイルタにお
いて、 該第１と第２の値とがそれぞれ入力信号の周波
数成分の最大と最小値であることを特徴とする適
応フイルタ。

明細書 本発明は所望の出力信号を発生するために所定
の条件に従う伝達関数特性を発生するための入力
信号を供給されるのに適した信号処理回路と、処
理手段の調整を制御するために誤差信号を発する
ための組合せ回路とを含み、信号処理回路は誤差
信号に応動して条件に従つて伝達関数を更新する
ような適応型フイルタに関する。

発明の背景 適応型フイルタは所望の出力信号を発生するた
めに所定の条件に従つて、それに供給される信号
に作用する。典型的にはフイルタは誤差信号に応
動して伝達関数特性を更新することを含むアルゴ
リズムに従つて伝達関数（インパルス応答特性）
を発生する。このようにして、フイルタの特性は
最適化されて所望の結果を生ずることになる。し
かし供給される信号にある種のエネルギーが含ま
れているときには、適応フイルタは最適フイルタ
とはずれて来る傾向があることがわかつている。
詳しく述べれば、例えば、供給される信号が例え
ば単一周波トーン、多周波トーンなどのように問
題となる周波数帯域の一部にそのエネルギーが局
在化してしまつているすなわち部分帯域エネルギ
ーを有しているときには、伝達関数特性がずれて
ゆき、フイルタに望ましくない条件を生ずる。デ
イジタル適応フイルタにおいては、部分帯域エネ
ルギーが受信されたときに伝達関数（インパルス
応答）が決定され、インパルス応答特性の表示を
記憶するレジスタは、オーバフローして、フイル
タがリセツトされ、適応プロセスがくりかえして
行なわれるような傾向がある。このような状態は
望ましくなく、避けるべきである。

エコーキヤンセラにおいては、適応フイルタは
エコー路の推定値を発生するのに使用され、これ
は誤差信号に応動して更新される。通常エコーは
通信システムにおける４線−２線接続点の結合の
不完全によつて生ずる。２線式設備のインピーダ
ンス整合の不完全によつて典型的に生ずるエコー
によつて、入来信号が出力路を通して入来信号源
に部分的に反射されることになる。

適応フイルタの伝達関数（インパルス応答）特
性を調整して反射された信号、すなわちエコーの
推定値を発生し、これを出力信号から減算するこ
とによつて、エコーを軽減するために自己適応型
エコーキヤンセラが用いられる。フイルタのイン
パルス応答特性、従つてエコーの推定値は出信号
に応動して更新され、相殺されるべきエコーをよ
り高精度に近似することになる。従来は近端の音
声信号が伝送されているとき、あるいは遠端から
大きなエネルギーが受信されていないときには、
エコーの推定値の更新は禁止される。しかし、何
かの意味のある遠方からのエネルギーが受信され
たときには、これが音声でも、雑音でも、単一周
波トーンでも、多周波トーンでもあるいは他のも
のであつてもエコーの推定値の更新が許されるこ
とになる。

受信された遠端からの信号が部分帯域エネルギ
ーを含む期間で、キヤンセラがエコーの推定値を
更新することを許すと、キヤンセラを含む通信回
路に望ましくない条件を生ずることがわかつた。
詳しく述べれば、キヤンセラは自己適応プロセツ
サ、すなわち、適応フイルタを含み、これはエコ
ーを最も良く近似するエコー路の推定値を発生す
るように多数のインパルス応答特性に適応できる
ようになつている。部分帯域エネルギーが受信さ
れているときに処理装置が伝達関数を調整するこ
とを許した場合の問題は、先の発散の他に、到達
したインパルス応答特性は部分帯域エネルギーの
周波数成分に対しては最適化されていても、例え
ば音声帯域のような問題となる残りの周波数成分
に対しては最適でないかもしれないということが
ある。実際に、部分帯域エネルギーの周波数以外
の周波数に調整されたインパルス応答は、例えば
音声やガウス性雑音のように全帯域信号について
調整したときに得られる最適調整値とは大幅に異
ることになる。従つて、部分帯域エネルギー以外
の周波数における通信回線では、低反射損の経路
が生ずる。この低反射損の経路によつて、通信回
路に発振が生ずることもある。このような発振は
非常に望ましくないことで、防がなければならな
い。

発明の要約 遠端の部分帯域エネルギーが入力されている間
にフイルタの伝達関数特性を調整することによつ
て生ずる問題、即ちエコーキヤンセラにおけるフ
イルタの伝達関数特性の発散の問題、低反射損の
問題及び適応フイルタに関する他の問題は、本発
明に従つて、さらに入力信号に応動して部分帯域
エネルギーを検出し、入力信号に部分帯域エネル
ギーが検出されている時間の間は伝達関数の更新
を禁止する制御信号の第１の状態を発生する回路
と、入力信号に応動して問題の周波数帯域にわた
つてそのエネルギーが均等に分布しているところ
の全帯域エネルギーを検出し、入力信号に全帯域
エネルギーが検出されている間は伝達関数特性の
更新を許す制御信号の第２の状態を発生する回路
とを含む適応フイルタによつて解決される。

【図面の簡単な説明】

本発明は以下の添付の図面を参照した一実施例
の詳細な説明によつて完全に理解されるものであ
る。第１図は本発明の一実施例を含むエコーキヤ
ンセラの簡単化されたブロツク図；第２図は第１
図に用いられるエネルギー弁別器の簡単化された
詳細図；第３図は第２図の弁別器に用いられる最
大値検出器の詳細図；第４図は第２図の弁別器と
第３図の最大値検出器の動作を記述するのに有用
なタイミング信号の系列である。

詳細な説明 本発明の一実施例を含むエコーキヤンセラ１０
０が簡単化されたブロツク図の形態で第１図に示
されている。しかしアイイーイーイースペクトル
（IEEE Spectrum）1980年10月号頁34−37の「ベ
ルのエコーキラーチツプ」（“Bell′s Echo−
Killer Chip”）と題する論弁および米国特許
3499999ならびに3500000に示された従来技術のエ
コーキヤンセラとは異り、キヤンセラ100は第１
の伝送路を通して受信された遠端の信号がいわゆ
る部分帯域エネルギーだけを含む信号である場合
には本発明の特徴に従つて、エコー信号の推定値
を発生する適応フイルタの更新を停止するための
エネルギー弁別器１０３を含んでいる。換言すれ
ば、適応フイルタ、従つてエコー信号の推定値は
遠端の信号が意味のある全帯域エネルギーを含む
ときだけに更新される。一般に本発明の一実施例
において、受信信号Ｘ(K)の第１および第２の所定
の特性、例えば問題となる周波数帯域の周波数成
分の最大振幅と最小振幅が比較されて遠端の信号
が部分帯域のエネルギーのものであるかどうかが
判定される。もしそうであれば、適応フイルタの
伝達関数すなわちエコー信号の推定値の更新ある
いは適応は禁止される。これによつて、エコーキ
ヤンセラの適応フイルタの伝達関数を部分帯域信
号に適応させることで問題となる例えば、音声周
波数帯域内の周波数成分の反射損が小さくなるこ
とが防止される。従つて、伝送ネツトワークで生
ずる可能性のある望ましくない発振その他の問題
が防止される。

簡単に述べるならば、キヤンセラ１００は適応
的な信号処理装置、すなわち、出側の信号路の信
号の変化を自動的に追尾する自己適応的な閉ルー
プ誤差制御システムを持つ適応フイルタを含んで
いる。より詳しく述べるならば、キヤンセラ１０
０はエコーの線形近似すなわちエコーの推定値を
合成するための適応トランスバーサルフイルタ装
置を含むエコー推定器１０１を用いている。

この目的のために、遠端の入来信号Ｘ(K)は通常
は第１の伝送路、例えば１０２を通してエコーキ
ヤンセラ１００の第１の入力エネルギー弁別器１
０３の入力および音声検出器１０４の第１の入力
に与えられる。遠端の信号Ｘ(K)は例えば、デイジ
タル的にサンプルされた音声信号であり、Ｋはサ
ンプリング間隔を示す整数である。遠端の信号Ｘ
(K)はまた、例えば図示していないデイジタルアナ
ログ変換器のようなある種の変換器を通して、ハ
イブリツド１０６の第１の入力に供給される。リ
ード１０５からハイブリツド１０６への入力信号
を両方向性の経路１０７を通して近端の加入者に
供給することが通常必要となることである。しか
し平衡インピーダンス１０８が両方向性の経路１
０７のインピーダンスに正確に整合していないこ
とによつて生ずるハイブリツド１０６のインピー
ダンス不整合によつて、ハイブリツドの入力信号
の一部は出力リード１０９にも現われ、遠端の信
号源にエコーとして現われる。このエコーが適応
フイルタで作り出す推定の基準となる信号であ
る。エコーはハイブリツド１０６の出力からリー
ド１０９を通してキヤンセラ１００の第２の入力
に供給され、その中で音声検出器１０４の第２の
入力と組合せ回路網１１０の第１の入力とに供給
される。リード１０９はまた変換装置、例えば、
図示していないアナログ・デイジタル変換器を含
んでいてもよい。組合せ回路網１１０に対する第
２の入力はエコー推定器１０１によつて発生され
るエコーの信号推定値である。エコーの推定値は
リード１１１を通して、エコー推定器１０１の出
力から組合せ回路網１１０の第２の入力に与えら
れる。組合せ回路網１１０はエコーの推定値と望
ましくないエコーを含むハイブリツド１０９から
の出力の間の代数的な差に対応する誤差信号Ｅ(K)
を発生する。誤差信号Ｅ(K)は第２の伝送路、例え
ば、リード１１２を通して遠端の信号源と制御で
きるスイツチングゲート１１３に供給される。ゲ
ート１１３はANDゲート１１４からの出力によ
つて付勢されるか禁止されるかが制御される。
ANDゲート１１４の出力の第１の状態、例えば、
論理１はゲート１１４を付勢して誤差信号Ｅ(K)を
推定器１０１に供給し、一方ANDゲート１１４
からの第２の状態、例えば論理０はゲート１１４
を禁止して誤差信号Ｅ(K)を推定器１０１に与えな
いようにする。エコー推定器１０１は誤差信号Ｅ
(K)がゼロに減少されるよう従来の閉ループエラー
制御手法によつて自動的に収束し、その結果エコ
ーキヤンセラ１００は更新される。

米国特許4129753に示されているように、従来
ゲート１１３は遠方からの意味のあるエネルギー
が存在しないとき、近端の音声が存在するとき、
あるいは誤差信号Ｅ(K)と遠端の信号Ｘ(K)の間に所
定の関係があり状態信号が近端の音声信号が存在
することを示すときには、誤差信号Ｅ(K)が推定器
１０１に供給されるのを禁止するように制御され
た。前述したように、遠端の信号Ｘ(K)は音声、雑
音あるいは多数の個々のトーン、多周波トーンあ
るいは同種のものを含んでいる。従つて、従来技
術の装置では、遠端からの意味のあるエネルギー
が検出されなかつたとき、あるいは近端の通話が
検出されたときだけＥ(K)が禁止される。これに対
して、信号Ｘ(K)に意味のある遠端のエネルギーが
検出されている時間の間は推定器１０１に対して
誤差信号Ｅ(K)が供給される。このエネルギーは部
分帯域エネルギー、すなわち単一周波トーン、多
周波トーンその他のものであつて良い。従つて、
部分帯域エネルギーだけが受信されているような
時間の間にも推定器１０１は適応し、調整される
ようになつている。前述したように、このような
調整によつて望ましくない結果が生ずる。詳しく
述べれば、部分帯域信号の周波数成分に対して推
定器１０１が調整される伝達関数特性は、問題と
なる周波数帯域内の他の周波数成分に対して、小
さい反射損しか生じないようなことがある。これ
によつて、通信回線に望ましくない発振が生ずる
可能性もある。本発明の特徴に従えば、部分帯域
エネルギーが存在するとともに推定器１０１が調
整されることによつて生ずる望ましくない発振そ
の他の問題は、遠端の信号Ｘ(K)が部分帯域エネル
ギーしか持たないか、全帯域エネルギーを持つか
を弁別するエネルギー弁別器１０３を用いること
によつて防止される。Ｘ(K)が全帯域エネルギー、
例えば音声か雑音でないと判定されると、換言す
れば、もしＸ(K)が部分帯域エネルギー、例えば単
一周波トーンあるいは多周波トーンのようなもの
であれば、弁別器１０３はANDゲート１１４を
禁止する出力を発生する。ANDゲート１１４は
次にゲート１１３が推定器１０１に対してＥ(K)を
供給するのを禁止する制御信号を発生する。詳し
く述べれば、ANDゲート１１４からの制御信号
の第１の状態、例えば論理１はゲート１１３を付
勢し、一方制御信号の第２の状態、例えば論理０
はゲート１１３を禁止する。従つて、部分帯域エ
ネルギーが存在する間は推定器１０１によつて発
生されるエコーの推定値すなわちインパルス応答
特性は一定のままであつて、望ましくない調整が
避けられる。

推定器１０１はナイキスト間隔に対応するタツ
プで所望の遅延を実現するいわゆるタツプ付き遅
延線路を含んでいる。従つて、対応するタツプで
は入来した遠端信号Ｘ(K)の遅延されたレプリカ信
号Ｘ（Ｋ−１）乃至Ｘ（Ｋ−Ｎ）が発生される。
各々のタツプ位置における信号すなわちＸ（Ｋ−
Ｉ）乃至Ｘ（Ｋ−Ｎ）とＸ(K)は誤差信号Ｅ(K)に応
動して調整される。より詳しく述べれば、それぞ
れ調整回路網１１６−Ｏ乃至１１６−Ｎの内の対
応するものを経由してＥ(K)に応動して信号Ｘ(K)乃
至Ｘ（Ｋ−Ｎ）は個々に重み付けされる。調整回
路網１１６−Ｏ乃至１１６−Ｎの各々は掛算器１
１７および１１８とフイードバツクループ１１９
を含んでいる。フイードバツク路１１９は、当業
者には周知であり、前述した参考文献に明らかな
方法で、タツプの重みを所望の値に調整する。調
整回路網１１６−Ｏ乃至１１６−ＮからのＸ(K)の
重み付けられたレプリカ信号は、加算回路網１２
０によつて加算され、相殺されるべきエコーを近
似するエコー推定信号を発生する。エコー推定値
はリード１１１を経由して組合せ回路網１１０の
第２の入力に供給される。

第２図は本発明のひとつの特徴に従つて、受信
された信号Ｘ(K)のエネルギーが部分帯域である
か、全帯域であるかを判定するのに使用されるエ
ネルギー弁別器１０３の一実施例の簡単化された
ブロツク図を示している。この例では本発明の範
囲を限定するものではないが、問題となる周波数
帯域は約300Hzから400Hzの電話音声周波数帯域と
なつている。全帯域エネルギーは、例えば、音
声、ガウス性雑音その他の全帯域にわたつて周波
数成分を持つ信号である。部分帯域エネルギー
は、例えば単一周波トーン、多周波トーンその他
の問題となる周波数帯域中の比較的狭い周波数部
分に周波数成分を持つ信号である。

従つて、受信された信号Ｘ(K)はその中の周波数
成分を表わす信号を得るために帯域フイルタ２０
１−Ｏ乃至２０１−Ｎに供給される。もしＸ(K)が
例えば、μ法則のサンプルを表わすデイジタル信
号であれば、図示していないμ法則対線形変換器
がフイルタ２０１−Ｏ乃至２０１−Ｎの前に使用
される。この例では、フイルタは問題となる音声
周波数帯域をカバーするべきものである。特定の
実施例においては、用いられるフイルタの数は
16、すなわちＮ＝15であり、これは1969年マグロ
−ヒル（McGraw−Hill）社刊ベルナードゴール
ド，チヤールズ エム．ラダー（Bernard
Gold，Charles M.Rader）著のデイジタル信号
処理（Digital Processing of Signal）に述べら
れたデイジタル型のフイルタであることが望まし
い。実際に高速フーリエ交換（FFT）の手法を
用いてデイジタル帯域フイルタは実現される。フ
イルタからの出力２０１−Ｏ乃至２０１−Ｎはそ
れぞれ整流器２０２−Ｏ乃至２０２−Ｎに供給さ
れる。デイジタルシステムにおいては、整流は符
号化された振幅サンプルに関連する符号ビツトを
落すことによつて実現される。整流器２０２−Ｏ
乃至２０２−Ｎからの整流された出力は平均回路
２０３−Ｏ乃至２０３−Ｎに供給される。平均化
回路２０３の各々はそれに与えられた信号サンプ
ル短時間流動（ランニング）平均を発生する。平
均化回路２０３の各々は整流炉波された成分を与
えるものであつて、例えば256ミリ秒程度の時定
数を持つ低域フイルタである。しかし、信号サン
プルの流動平均を発生する種々の他の装置・手法
がこれに使用できる。１つの手法は信号サンプル
の指数マツプ過去値（EMP）を得る方法である。
EMP平均はプロセスの最近の過去のふるまいを
問題とするような制御で特に有用である。EMP
平均の一形態はアイ アール イー 自動制御会
報（IRE Transactims in Automatic
Control）、Vol.AC−５ 1960年１月号頁11−17
に述べられている。EMP平均ではサンプルの系
列は最近のサンプルに昔のサンプルより大きい重
みをかけることによつて決定され、重みの相対値
は例えば幾何比となつている。EMPを使用した
デイジタル平均回路の例は、米国特許4028496に
述べられている。

EMP−Ｏ乃至EMP−Ｎはマルチプレクサ
（TDM）２０４を経由して周知の方法で多重化
され、直列信号Ｘ（KT）を形成する。この例で
は、Ｘ（KT）はEMP−Ｏ〜EMP−Ｎの直列の系
列である。次にＸ（KT）は最大検出器２０５と
最小検出器２０６に供給され、ここで最大
（MAX）と最小（MIN）のEMPサンプルが検出
される。第２図の検出器２０５および２０６を動
作するためのタイミング信号STARTとCLK（第
４図）は周知の方法でタイミング信号発生器によ
つて発生される。MAX EMPを表わす信号は比
較器２０８および２０９の第１の入力に与えら
れ、一方MIN EMPを表わす信号は比較器２０
９の第２の入力に与えられる。所定のスレシヨル
ド（TH）を表わす信号が比較器２０８の第２の
入力に供給される。スレシヨルドTHは意味のあ
る遠端のエネルギーの存在を示すように選択され
た所定の値である。この例ではTH＝−35dBで
ある。比較器２０８はMAX EMPがTHより大
であるときに論理１を表わす第１の状態出力を発
生する。これは意味のある遠端のエネルギーが受
信されていることを示す。比較器２０８からの出
力はANDゲート２１０の第１の入力に供給され
る。比較器２０９はMAX EMPとMIN EMPが
所定の関係にあり、従つて部分帯域エネルギーが
受信されていることを判定するのに用いられる。
これは本発明の範囲を限定するものではないが、
一例としてもしMAX EMPとMIN EMPの比が
10より大であれば、信号Ｘ(K)のエネルギーは全帯
域ではなく部分帯域であるとされる。部分帯域エ
ネルギーの場合には、周波数成分は問題となる周
波数帯域のひとつあるいはそれ以上の限定された
狭い周波数帯域の部分にあり、そのためMAX
EMPとMIN EMPの比が大になることから、こ
のようにすればよいのである。これに対して、全
帯域エネルギーが受信されているときには、全周
波数帯域に周波数成分が存在し、MAX EMPと
MIN EMP比は小さくなる。従つて、MAX
EMPが10MIN EMPより大であるときには、比
較器２０９は低レベルの状態信号を発生する。比
較器２０９の出力はANDゲート２１０の第２の
入力に供給される。従つて、比較器２０９が低レ
ベルの状態信号を発生したときには、ANDゲー
ト２１０は禁止され、出力は低状態となる。
MAX EMPが5MIN EMP以下であるときには
比較器２０９は高レベルの状態信号を発生する。
従つてMAX EMPがTHを越え、10MIN EMP
以下であるときにはANDゲート２１０は付勢さ
れて第４図の信号ENDによつて調べられたとき
に高レベル状態の信号を発生する。ANDゲート
２１０はタイミング信号発生器２０７から供給さ
れる信号ENDによつて周期的に調べられる。第
４図に示すように、マルチプレクサ２０４からの
（Ｎ＋１）個のサンプルを含む各周期Ｔの終りで
信号ENDが発生され、ANDゲート２１０が調べ
られる。この例ではＴ＝125μ secでＮ＝15であ
る。

第３図は最大検出器２０５に用いられる一構成
のブロツク図の形態での詳細を示している。当業
者には周知のように同様の適切に変型した装置を
最小検出器２０６として使用することができる。
従つて時分割多重化されたEMPサンプルＸ（KT）
がセレクタ３０１の第１の入力、すなわち入力Ｂ
と比較器３０２の第１の入力とに与えられる。検
出器２０５すなわちラツチ３０４からの出力
MAX EMPはセレクタ３０１の第２の入力、す
なわち入力Ａと比較器３０２の第２の入力とに与
えられる。Ｘ（KT）の現在与えられている信号
サンプルがMAX EMPより大であれば、比較器
３０２は高レベルの出力を生ずる。比較器３０２
の出力はセレクタ３０１のＢ選択入力に供給され
る。従つてセレクタ３０１は比較器３０２からの
高レベル信号がこれを付勢して、入力Ｂの信号サ
ンプルをセレクタ３０３に供給するようにすると
き以外は入力Ａのサンプルをセレクタ３０３の入
力Ｂに供給するように動作する。セレクタ３０３
は検出器２０５を初期化するために用いられる。
この目的のために、０を表わす信号サンプルが入
力Ａに与えられ、一方セレクタ３０１からの出力
は入力Ｂに与えられる。セレクタ３０３は通常は
入力Ｂ上の信号サンプルをラツチ３０４に供給す
る。セレクタ３０３は信号STARTによつて付勢
されて第４図に示した各周期Ｔのはじめで、０出
力を生ずる。次に検出器２０５はMAX EMP信
号を判定するためにＸ（KT）の信号サンプルを
比較するように動作する。MAX EMPサンプル
はラツチ３０４に記憶され、これは第４図に示す
ように信号CLKを通してＬ（KT）の各サンプル
ごとに更新される。もしラツチ３０４の中の現在
のMAX EMPのサンプルがＸ（KT）のサンプル
より大であれば、MAX EMPサンプルは再び記
憶され、Ｘ（KT）の次のサンプルと比較される。
もしＸ（KT）の現在供給されているサンプルが
現在記憶されているMAX EMPサンプルより大
であれば、現在供給されているＸ（KT）のサン
プルが新らしく記憶されるMAX EMPのサンプ
ルとなる。このプロセスはＸ（KT）の各サンプ
ルごとに繰返され、周期Ｔの終りで、MAX
EMPが検出器２０５の出力となる。