JPH05235808A

JPH05235808A - 適合型エコー・キャンセルの方法及び装置

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Publication number: JPH05235808A
Application number: JP4207789A
Authority: JP
Inventors: Jean Menez; ジーン・メネズ; Michele Rosso; ミッチェル・ロッソ; Paolo Scotton; パオロ・スコットン
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1991-09-06
Filing date: 1992-08-04
Publication date: 1993-09-10
Anticipated expiration: 2012-07-02
Also published as: JP2625613B2; DE69123579T2; EP0530423B1; US5351291A; EP0530423A1; DE69123579D1

Abstract

(57)【要約】【構成】このエコー・キャンセル法では最初に、任意
の個数のエコー・フィルタ係数が用いられる。係数は最
初、高速収束法により順次に再評価される。この操作が
所定回数繰り返された後、係数予測法は、収束率は低い
がより正確な方法に切り替えられる。また適合可能なし
きい値が定義され、再調整されて、しきい値よいりも小
さいフィルタ係数はすべて棄却される。最後にサンプリ
ング時間の境界が、棄却されなかったフィルタ係数を基
に、しきい値を参照して適合可能に定義される。このよ
うにして最終的なエコー・キャンセラ・アルゴリズムが
エコーの変化に適合する（バックトラッキング・アルゴ
リズム）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本明細書において、

【数１】はｈ〜ｉと表現し、

【数２】はｙ〜（ｎ）と表現し、

【数３】はｈ〜ｉ（ｎ＋１）と表現する。また、他の英数文字に
ついても同様に考える。尚、図面においては、元の表現
を用いる。

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、２線／４線変換を含む
電話回線網上のデジタル信号転送に関し、特に、この種
の網に特有のエコー信号をキャンセルする方法及び装置
に関する。

【０００３】

【従来の技術】通信技術分野では、マルチ−メディア・
ネットワークやマルチ−メディア・システムに関心が集
まっている。マルチ−メディア処理とは、通信に関して
いえば、非常に長い距離に及ぶ同じ高速網上で、テキス
ト、画像、および音声を損失なく混在させ配送すること
をいう。これはつまり、３種類の情報をすべてデジタル
符号化信号に効率よく変換し、共通の網に乗せることで
ある。いうまでもなく、適切な網を実現するためには、
その前に解決すべき技術上の問題がある。

【０００４】問題の１つはエコーであり、エコーのキャ
ンセルが解決法になる。すでにエコー・キャンセラが登
場しているが、コストや効率の点で、特にエコーが複数
の場合に、満足のいく水準には達していない。

【０００５】上記の点を明確にするには、基本原理をも
う一度思い起こす必要がある。電話の音声信号は最初
に、少なくとも短距離でアナログ形式により双方向２線
回線を送られる。この回線は次に、２つの片方向回線
（計４線）に分岐する。片方向回線の一方は入力信号
用、もう一方は出力信号用である。信号のアナログ／デ
ジタル（Ａ／Ｄ）変換は、出力音声信号に対して行なわ
れ、高速デジタル網上をさらに遠くへ転送できるように
なる。次に、これに対してデジタル／アナログ（Ｄ／
Ａ）変換は、信号が双方向２線回線を介して宛先の電話
に伝えられる前に受信端で行なう必要がある。したがっ
て２線／４線変換と４線／２線変換を行なわなければな
らない。これは従来、いわゆるハイブリッド・トランス
フォーマによって行なわれている。音声周波数帯域全体
で、ハイブリッド負荷の不整合が避けられないことか
ら、出力音声の各部が送信元の電話のユーザにフィード
バックされる。これらがいわゆるエコーであり、エンド
−ユーザ間の通信を大きく損なうものである。

【０００６】音声経路上のハイブリッド・トランスフォ
ーマが各々、エコーを生成し得、これが状況を悪化させ
ることは明らかである。単純なエコーでさえ、それを追
跡しキャンセルするのは難しい。複数のエコーを扱う
際、あるいはＰＢＸによる環境変化を扱う際に問題がど
れほど複雑になるかは言うまでもない。

【０００７】エコー・キャンセラは、両方の片方向回線
上のデジタル信号をモニタする適合型デジタル・フィル
タを使用し、デジタル信号を処理して、エコー・レプリ
カを生成し、実際にエコーの影響を受けた信号からこの
レプリカを除外する。エコー・レプリカを生成するフィ
ルタ（いわゆるエコー・フィルタ）の係数は、フィルタ
を調整するために動的に予測、調整される。係数予測す
る計算負荷はかなり大きく、これが現在の信号プロセッ
サの主な欠点である。

【０００８】所要係数が多くなるとそれだけフィルタが
複雑になる。またエコー・フィルタは、エコー経路のイ
ンパルス応答ｈ（ｔ）を動的に合成するように設計しな
ければならない。フィルタ係数は、このようなインパル
ス応答のサンプルと定義することができる。インパルス
応答が長ければ長いほど、特にインパルス応答の重要部
が長ければ長いほど、考慮すべき係数も多くなる。

【０００９】さらに、特に網環境が変化する場合、係数
の計算は、システム動作に支障のないよう充分速くする
必要がある。これは、少なくとも部分的には、信号プロ
セッサのパワーを大きくすることで可能である。しかし
実際に、効率と複雑さの最適比を得るためには、係数計
算を最適化しなければならない。

【００１０】最適化がなされなければ、計算負荷のため
にエコー・キャンセラ全体のコストが無視できなくなろ
う。

【００１１】上記以外に、エコー経路インパルス応答の
重要部分を追跡する方法あるいはエコー・フィルタ係数
を計算する方法が提案されている。しかし、こうした方
法は、適合性について効率を欠いているか、または適正
な係数値に収束する効率を欠いている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、変化
する網環境に必要に応じて適合するように、動的しきい
値を直接の要件として、最も重要なエコー・フィルタ係
数を追跡、計算する方法を提供することにある。

【００１３】以下、本発明の目的、特徴等について、実
施例を示す図を参照しながら詳述する。

【００１４】

【実施例】図１に単一エコー経路を示す。双方向２線機
構上のスピーカＡからの音声信号は、ハイブリッド・ト
ランスフォーマ（ＨＡ）を介して、信号ｘ_t として、上
の片方向回線を送られる。音声信号は通常、サンプリン
グとデジタル符号化を経てデータ・フローｘ（ｎ）（ｎ
はｎ個目のサンプル）となり、デジタル網を転送され、
スピーカＢに向かう。信号は、ハイブリッド・トランス
フォーマ（ＨＢ）に届く前に、アナログ形式に変換され
る。音声周波数スペクトル全体にインピーダンス負荷の
不整合があるため、ハイブリッド・トランスフォーマＨ
Ｂに届く信号ｘ（ｔ）の１部はスピーカＡの方へフィー
ド・バックされる。これが１次エコーであり、このエコ
ーがスピーカＡにとってどれほど煩わしいかは容易にわ
かる。複数のエコーとなるとさらにひどくなる（図２の
エコー１、エコー２）。

【００１５】図２は、従来のエコー・キャンセラ（エコ
ー・フィルタ）アーキテクチャのブロック図である。こ
のシステムは、信号サンプルｘ（ｎ）（或いは信号ｘ
（ｎ））を受け取るトランスバーサル・デジタル・フィ
ルタ（２０）を含む。デジタル・フィルタ（２０）は適
合型フィルタで、その係数は、信号ｘ（ｎ）と残留信号
ｅ（ｎ）の両方を受け取る、いわゆる係数予測装置（２
２）で計算される。

【００１６】フィルタ（２０）は、予測エコー・レプリ
カ信号ｙ〜（ｎ）を与えるように形成される。

【００１７】理論上は、サブトラクタ（減算機構）（２
４）のｙ（ｎ）からｙ〜（ｎ）をマイナスすればエコー
がキャンセルされる。残りの信号がエラー信号ｅ（ｎ）
である。ここで解決すべき基本的な問題は、エコーが単
数か複数かに係らず、係数予測することにある。

【００１８】ダブル・エコーのインパルス応答を図３に
示す。主な問題は、重要な（振幅方向の）係数を、それ
を計算する元になるインパルス応答の真の波形がわから
ない状態において求めなければならないことにある。

【００１９】本発明の方法では、重要でない係数値から
重要な係数値を区別するしきい値の計算と、相関限度
（図３のダブル・エコーではＦｉｒｓｔ、Ｌｅｆｔ、Ｒ
ｉｇｈｔ、Ｌａｓｔを参照）の設定の両方が動的に行な
われる。

【００２０】相関限度を永続的に調整することにより、
多くの処理負荷が節約され、したがって、いわゆるフラ
ット・ディレイ判定法などこれまでの方法を大きく改良
することができる（1985.10.30申請の欧州特許第８５４
３００３８１号明細書を参照）。

【００２１】スピーカＢがアクティブでない場合、プロ
セス全体をまとめると図４の流れ図のようになる。

【００２２】係数しきい値（Thrshld）はゼロに初期化
され、いわゆる相対サンプリング時間限度または係数境
界パラメータが各々次の値に初期化される。

【００２３】Ｆｉｒｓｔ＝０Ｌａｓｔ＝Ｄ、（Ｄは予じめ定義された最大数）Ｌｅｆｔ＝Ｄ／２Ｒｉｇｈｔ＝Ｌｅｆｔ＋１

【００２４】換言すれば、元のトランスバーサル・フィ
ルタはゼロからＤまでの間をすべてカバーすることにな
る。

【００２５】トランスバーサル・フィルタは、以前に定
義された任意の係数群によって動作するように設定さ
れ、予測エコー・レプリカｙ〜（ｎ）を与える。これよ
りエラーｅ（ｎ）が導かれる。前の係数ｈ〜（ｎ）の代
わりに新しい係数群が予測（計算）され、新しい予測係
数ｈ〜（ｎ＋１）が得られる。これらの操作はサンプリ
ング回数だけ、所定数Ｔ（Ｔ＝１０００など）まで繰り
返される。Ｔ＝１０００になると、境界計算が行なわ
れ、これにしきい値計算が続く。このプロセス全体は、
新たに算定されたパラメータＴｈｒｓｈｌｄ、Ｆｉｒｓ
ｔ、Ｌａｓｔ、Ｌｅｆｔ、Ｒｉｇｈｔで再開できる。こ
れらの限度外のフィルタ係数は棄却される。

【００２６】ここに本発明のフレキシビリティ（柔軟
性）をみることができる。これにより係数の個数それ自
体も動的に再定義できる。

【００２７】図５は、トランスバーサル・フィルタ動作
の流れ図である。従来のように、次式、

【００２８】｛ｈ〜_i（ｎ）、ｉ＝０．．．Ｄ−１｝をフィルタ係数群の時間ｎに於ける予測とすると、次式
が得られる。

【００２９】｛ｈ_i、ｉ＝０、Ｄ−１｝

【００３０】ここで、エコー・レプリカ予測（ｙ
〜(_n)）を与えるトランスバーサル・フィルタリングは
次式による。

【００３１】

【００３２】上記の操作は、初め、初期係数群（すでに
等価器で用いられている手法）で、後には本発明で後述
する係数予測操作から定義された係数群で実行される。
しかし、ここでわかるように、上記の場合はＦｉｒｓｔ
とＬｅｆｔ及びＲｉｇｈｔとＬａｓｔの間に位置する係
数しか考慮されない。これについても後述する。ここ
に、式（１）を実現する図５の流れ図を２つの基本ステ
ップ（５０）、（５２）に分けた理由がある。

【００３３】最後に予測されたエコー・レプリカｙ〜
（ｎ）は各々、エコーに影響された（或いは汚染され
た）信号ｙ（ｎ）から除外され、予測エラー信号ｅ
（ｎ）が生成される。

【００３４】図６は、本発明の係数予測ステップ（図４
参照）を実行する流れ図である。この係数予測では、一
般には個別に適用されるこれまでの方法、勾配法とサイ
ン法が組み合わせられる。

【００３５】勾配法では、次式により、前の予測値ｈ_i
を用いて、与えられたフィルタ係数ｈ_iをサンプリング
時間ｎ＋１で予測でき、

【００３６】ｈ〜_i（ｎ＋１）＝ｈ〜_i（ｎ）＋μ．ｘ（ｎ−ｉ）．ｅ（ｎ）これらの操作をフィルタ係数群すべてについて繰り返す
ことができる。

【００３７】ここでμは、収束率を定義する定数であ
る。

【００３８】サイン法では、次式によりフィルタ係数の
計算を実行できる。

【００３９】ｈ〜ｉ(ｎ＋１)＝ｈ〜ｉ(ｎ)＋γ．Ｓｉｇｎ[ｅ(ｎ)．ｘ(ｎ−ｉ)] （２）

【００４０】ここでγは定数であり、式のＳｉｇｎ
［Ｘ］はＸのサインを表わす。

【００４１】上記からわかるように、勾配法は普通、プ
ロセスの信号／ノイズ比（Ｓ／Ｎ）を考慮する限り、初
めは急激に変化し、低いＳ／Ｎへ急激に飽和する。

【００４２】一方、サイン法はゆっくり立ち上がるが、
高いＳ／Ｎ比になる。

【００４３】図６の流れ図に示した方法は、上記両方の
方法を組み合わせて、両方の特性をフルに活用してい
る。初めは、サンプリング回数ｎの所定数Ｎ（１０，０
００など）まで勾配法（ステップ６２、６４参照）であ
り、次にサイン法に切り替わる（ステップ６６、６８参
照）。

【００４４】上記の方法の組み合わせではまた、変化す
るハイブリッド条件や網条件に対して永続的な調整が可
能になる。さらに、係数変化が、与えられたしきい値よ
りも大きくなる場合、係数予測プロセス全体が勾配法に
戻る。

【００４５】境界の重要パラメータ（Ｆｉｒｓｔ、Ｌｅ
ｆｔ、Ｒｉｇｈｔ、Ｌａｓｔ）は、既定の時間間隔Ｔ
（Ｔ＝ｎ．１０００など）が経過するごとに再定義され
る。これは、図７の流れ図で実現される。境界は、係数
の大きさに対してしきい値を要件とした適合法により追
跡、調整される。しきい値もまた、後述するように適合
可能に設定され永続的に調整される。ただし、しきい値
が設定されているとすると、境界のトラッキングは、最
初にＦｉｒｓｔとＬａｓｔの境界、次にＬｅｆｔとＲｉ
ｇｈｔの境界、のように実行される。

【００４６】最初、計算インデクスｉがＦｉｒｓｔの最
終値に等しくセットされ、係数の大きさｈ〜_iが、しき
い値（Thrshld）と比較される。ｈ〜_i が、しきい値よ
りも低い限り、インデクスｉは１だけ増分され、ｈ〜_i
がゼロにセットされてプロセスが継続する。このテスト
がマイナスになる（ｈ〜_i＞Thrshld）とすぐに新しいＦ
ｉｒｓｔ値がｉ−１に等しくセットされ（アルゴリズム
のバックトラッキングを可能にする）、ポインタとして
格納される（７０参照）。

【００４７】次にプロセスはｉ＝Ｌａｓｔ（先に算定さ
れたＬａｓｔ値）でスタートし、ｉは、ｈ〜_i が、しき
い値よりも小さいままであれば減分される。このテスト
がマイナスになった場合は、Ｌａｓｔがｉ−１にセット
される（７２参照）。これはアルゴリズムのバックトラ
ッキングを可能にするためである。

【００４８】Ｌｅｆｔ（７４参照）とＲｉｇｈｔ（７６
参照）の設定についても同様のプロセスが用いられる。

【００４９】図８は、係数しきい値を計算する流れ図で
ある。これは次式による。

【００５０】

【００５１】ここで０＜α≦１であり、｜ｈ〜_i（ｎ）
｜はｈ〜_i（ｎ）の大きさ（またはａｂｓ）を表わす。

【００５２】他の方法も使用できる。例えばＦｉｒｓｔ
とＬｅｆｔの間に１つ、ＲｉｇｈｔとＬａｓｔの間に１
つ、各々異なる、しきい値を使用する。すなわち２次エ
コーが一般には１次エコーよりも小さいという事実を考
慮する。

【００５３】当業者は、ここで説明した流れ図から、エ
コー・キャンセルを実現する（マイクロ）プログラムを
容易に作成できよう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の単一エコー経路の図である。

【図２】本発明のエコー・キャンセラを含む網のブロッ
ク図である。

【図３】本発明のダブル・エコーを示す図である。

【図４】本発明のエコー・キャンセルを実現する流れ図
である。

【図５】本発明のエコー・キャンセルを実現する流れ図
である。

【図６】本発明のエコー・キャンセルを実現する流れ図
である。

【図７】本発明のエコー・キャンセルを実現する流れ図
である。

【図８】本発明のエコー・キャンセルを実現する流れ図
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ミッチェル・ロッソフランス国ニース、コルニチェ・フレウリィーレス・アンガリス、アベニュー 50番地 (72)発明者パオロ・スコットンフランス国ベンス、ケミン・デ・サン・コロンヴェ 1561番地

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】係数が適合可能に生成されるデジタル・フ
ィルタを用いて、エコー・レプリカｙ〜（ｎ）を合成
し、エコーに影響された戻り信号ｙ（ｎ）から該レプリ
カｙ〜（ｎ）を減じて、最小エラー信号ｅ（ｎ）を求め
ることによって、周期的にサンプリングされる（周期
Ｔ）入力信号ｘ（ｎ）に対するエコーを伝送網からキャ
ンセルする適合型デジタル・エコー・キャンセル法であ
って、ａ）係数しきい値を既定の初期値にセットするステップ
と、ｂ）係数の境界が定義される初期相対サンプリング回数
をセットするステップと、ｃ）エコー・フィルタを従来の設定である初期係数に初
期設定するステップと、ｄ）上記初期設定されたフィルタに基づいてエコー・レ
プリカを生成し、エコーの影響を受けた上記戻り信号か
ら該エコー・レプリカを除外して、その時点での、エラ
ー信号ｅ（ｎ）を求めるステップと、ｅ）新しい予測係数群を導くステップと、ｆ）所定回数の周期Ｔの間、上記ステップｄ）、ｅ）を
繰り返すステップと、ｇ）上記所定回数の周期を経た後、上記係数しきい値を
基に係数境界を再定義し、該しきい値の範囲外にあるフ
ィルタ係数を除外することによって、新しい係数群を定
義するステップと、ｈ）上記更新された係数群を基に新しい係数しきい値を
計算し、ステップｄ）ないしｈ）を繰り返すステップと
を含む、デジタル・エコー・キャンセル法。
【請求項２】係数境界を再定義するステップに、上記係数しきい値に対する予測された各係数の大きさ
を、該予測された係数が上記係数しきい値よりも大きく
なるまで検査し、その後、境界定義のため先に予測され
た係数までバックトラッキングするステップが含むこと
を特徴とする請求項１記載のデジタル・エコー・キャン
セル法。
【請求項３】新しい予測係数群を導くステップが、上記
再定義された係数境界内の係数についてのみ実行され
る、請求項１、請求項２記載のデジタル・エコー・キャ
ンセル法。
【請求項４】新しい予測係数群を導くステップに、高速収束法を用いて一連の予測フィルタ係数ｈ〜_i を生
成するプロセスを、所定回数繰返すステップと、より正確な係数生成法に切り替えるステップとが含むこ
とを請求項３記載のデジタル・エコー・キャンセル法。
【請求項５】上記初期係数境界を再定義するステップ
に、ａ）初めに４つの境界を次のようにセットするステップ
と、Ｆｉｒｓｔ境界＝ゼロＬａｓｔ境界＝Ｄ、既定の最大数Ｌｅｆｔ境界＝Ｄ／２Ｒｉｇｈｔ境界＝（Ｄ／２）＋１ｂ）現在のしきい値について、現在のフィルタ係数値を
基に、上記境界を周期的に再定義するステップとを含む
請求項１記載のデジタル・エコー・キャンセル法。
【請求項６】係数境界を再定義する上記ステップに、ａ）計算インデクスｉをＦｉｒｓｔ境界の最後の値と等
しくなるようにセットするステップと、ｂ）最後に予測された係数値ｈ〜_i の大きさを現在のし
きい値と比較するステップと、ｃ）上記ｈ〜_iが上記現在のしきい値よりも小さい限り
該ｈ〜_iをセットするステップと、ｄ）ｉを増分してステップｂ、ｃを繰り返すステップ
と、ｅ）ｈ〜_i が上記現在のしきい値よりも大きくなった時
にＦｉｒｓｔ境界をｉに等しくセットするステップと、ｆ）ｉをＬａｓｔ境界の最後の値に等しくセットするス
テップと、ｇ）ｈ〜_i を現在のしきい値と比較し、上記現在のしき
い値よりも小さい場合にはゼロにセットし、ｈ〜_i が該
しきい値よりも大きくなるまでｉを減分して、Ｌａｓｔ
境界をｉに等しくセットするステップと、ｈ）Ｌｅｆｔ＝Ｆｉｒｓｔ＋（Ｌａｓｔ−Ｆｉｒｓｔ）
／２及びＲｉｇｈｔ＝Ｌｅｆｔ＋１をセットするステッ
プと、ｉ）Ｌｅｆｔ境界についてステップｆ、ｇを繰り返すス
テップと、ｊ）Ｒｉｇｈｔ境界についてステップａないしｅを繰り
返すステップとが含むことを特徴とする請求項６記載の
デジタル・エコー・キャンセル法。
【請求項７】上記新しいしきい値係数値の計算が次式に
従って行なわれる、請求項６記載のデジタル・エコー・
キャンセル法。、ここで０＜α≦１であり、｜ｈ〜_i｜は係数ｈ〜_i（ｎ）
の大きさである。
【請求項８】上記新しいしきい値係数値の計算ステップ
に、 −係数のエネルギを計算するステップと、 −上記しきい値を上記エネルギに比例するようにセット
するステップとが含むことを特徴とする請求項６記載の
デジタル・エコー・キャンセル法。
【請求項９】係数が適合可能に生成されるデジタル・フ
ィルタを用いて、エコー・レプリカｙ〜（ｎ）を合成
し、エコーに影響された戻り信号ｙ（ｎ）から該レプリ
カを除外して、最小エラー信号ｅ（ｎ）＝ｙ（ｎ）．ｙ
〜（ｎ）を導くことによって、周期的にサンプリングさ
れる（周期Ｔ）入力信号ｘ（ｎ）に対するエコーを伝送
網からキャンセルするエコー・キャンセル装置であっ
て、ａ）フィルタ係数の初期値をセットする手段と、ｂ）係数しきい値（Thrshld）を第１既定値にセットす
る手段と、ｃ）次式を用いて、サンプリング時間（ｎ＋１）の間一
連の予測フィルタ係数ｈ〜_iを生成する手段と、ｈ〜_i（ｎ＋１）＝ｈ〜_i（ｎ）＋ｍ．ｘ（ｎ−ｉ）．ｅ（ｎ）ここでｉ＝０ないしＤ−１のとき、Ｄは所定限度、μは
所定収束定数である。ｄ）第１既定数のサンプリング周期の間、上記係数の生
成を実行する手段と、ｅ）上記第１既定数のサンプリング周期で、最後に計算
された係数群を比較し、上記係数しきい値よりも小さい
係数を棄却する手段と、ｆ）少なくとも１つのフィルタ係数群の値を基に上記係
数しきい値を再調整する手段と、ｇ）第２既定数のサンプリング・レートまでステップｃ
ないしｆを繰り返す手段と、ｈ）上記フィルタ係数生成操作を次式に切り替える手段
とを含む、エコー・キャンセラ装置。ｈ〜_i(ｎ＋１)＝ｈ〜_i(ｎ)＋ｑ．Ｓｉｇｎ[ｅ(ｎ)]．Ｓｉｇｎ[ｘ(ｎ−ｉ)] ここでｉ＝０ないしＤ−１のとき、γは定数である。