JPH0548547A - エコーキヤンセラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はテレビ音声会議電話や音声会議電話
などで用いられるハンズフリー形の拡声電話機などに装
備されるエコーキャンセラに関するものであり、ダブル
トーク状態の検出をより正確に行えるようにして、ダブ
ルトーク状態時に適応制御を行ってしまったことに基づ
くエコー経路推定の精度の劣化を防止して残留エコーを
減少させることを目的とする 【構成】 直接伝搬経路を経たエコーを消去する第１の
エコーキャンセル部１１であってそのフィルタ係数が直
接伝搬経路に合わせて固定的に設定されたものと、第１
のエコーキャンセル部１１の出力信号を用いてダブルト
ーク状態を検出するダブルトーク検出部１２と、間接伝
搬経路を経たエコーを第１のエコーキャンセル部１１の
出力信号から消去する第２のエコーキャンセル部１３で
あってそのフィルタ係数が適応的に更新され、ダブルト
ーク検出部１２でダブクトーク状態が検出されている間
はその係数更新を停止するものとを具備したものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はテレビ音声会議電話や音
声会議電話などで用いられるハンズフリー形の拡声電話
機などに装備されるエコーキャンセラに関するものであ
る。

【０００２】テレビ音声会議電話システム等で用いられ
る拡声電話機では、スピーカからの出力音が直接に、あ
るいは部屋の壁などで反射して残響となってマイクロホ
ンに回り込むことによってエコーが生じ、このエコーが
快適な通話を妨げる。エコーキャンセラはかかるエコー
を除去するために用いられる。

【０００３】

【従来の技術】ハンズフリー形の拡声電話機に用いられ
るエコーキャンセラの従来例が図７に示される。図７に
おいて、相手側から受信された受信信号Ｒ_inはスピーカ
１から受信音Ｒとして放音される。この受信音Ｒの一部
はエコー経路を経て送信側のマイクロホン２に回り込
み、エコーＥとなって送信信号Ｓ_inに重畳する。この送
信信号Ｓ_inに重畳したエコーＥはエコーキャンセル部６
によって除去されて送信信号Ｓ_out として相手側に送信
される。

【０００４】エコーキャンセル部６はエコー信号Ｅに等
しい大きさの疑似エコーｅを生成し、これを送信信号Ｓ
_inから差し引くことによってエコーＥを消去する回路で
あり、データメモリ６１、フィルタ６２、係数メモリ６
３、係数更新回路６４等で構成される適応フィルタ（Ａ
ＤＦ）からなる。疑似エコーｅは受信信号Ｒ_inをエコー
経路のインパルス応答と等しい特性を持つ適応フィルタ
を通すことによって得られる。適応フィルタはエコー経
路の特性を推定し、フィルタ係数がそれと等しい特性を
持つように適応的に制御されるが、この制御はエコーキ
ャンセラから出力される送信信号Ｓ_out が最小となるよ
うに適応フィルタの係数を更新することによって行われ
る。このような更新を行う適応アルゴリズムとしては例
えば「学習同定法」がある。

【０００５】ところで、このようなエコー経路の推定中
に送話音声Ｖが存在すると、適応フィルタにとっては外
乱となり、推定精度は著しく劣化する。その結果、エコ
ーキャンセラの出力Ｓ_out には消去しきれないエコー、
すなわち残留エコーが含まれる。そこで、かかるダブル
トーク状態においては、これを検出してその間にわたり
エコーキャンセル部６での適応制御すなわち係数更新制
御を停止することにより推定精度の劣化を防止する必要
がある。

【０００６】ダブルトーク検出部５はこのようなダブル
トーク状態を検出するための回路である。このダブルト
ーク検出部５は、受信信号Ｒ_inのレベルＬ_R を算出する
レベル算出回路５１と、送信信号Ｓ_inのレベルＬ_S を算
出するレベル算出回路５２と、レベルＬ_R とレベルＬ_S
のレベル比Ｃ（Ｃ＝Ｌ_S ／Ｌ_R ）を計算するレベル比計
算回路５３と、このレベル比Ｃを所定のしきい値Ｋと比
較してダブルトーク検出信号ＤＴを出力する比較器５４
とで構成される。

【０００７】このダブルトーク検出部５はダブルトーク
状態の検出のために以下のような方法を用いている。受
信信号Ｒ_inのレベルＬ_R と送信信号Ｓ_inのレベルＬ_S と
をレベル算出回路５１、５２で求めて、さらにレベル比
計算回路５３でそのレベル比Ｃ（＝Ｌ_S ／Ｌ_R ）を得
る。ここで、送話音声Ｖが存在しない場合には送信信号
Ｓ_inのレベルＬ_S は受信信号Ｒ_inのエコー経路の利得Ｇ
によって決まり、 Ｌ_S ＝Ｌ_R ×Ｇ ・・・（１） となる。一方、送話音声Ｖが存在する場合にはその分だ
け送信信号Ｓ_inのレベルＬ_S が高くなるので、 Ｌ_S ＞Ｌ_R ×Ｇ ・・・（２） となる。そこで、レベル比Ｃとエコー経路の利得Ｇに相
当するしきい値Ｋとを比較し、 Ｃ＞Ｋ ・・・（３） であればダブルトーク状態と判断し、適応フィルタの係
数更新を停止する制御を行っている

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来のダブルトークの
検出方法では、送話音声Ｖのレベルに比べてエコーＥの
レベルが大きい場合には、送話音声Ｖの有無に対するレ
ベル比Ｃの変化が小さくなるので、式（３）により送話
音声の有無を判断することが難しくなり、送話音声Ｖが
あってもダブルトーク検出されなかったり、あるいは検
出が遅れたりし、その結果、エコー経路推定の精度が劣
化して残留エコーが増大してしまうという問題があっ
た。

【０００９】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、ダブルトーク状態
の検出をより正確に行えるようにすることにあり、それ
によりダブルトーク状態時に適応制御を行ってしまった
ことに基づくエコー経路推定の精度の劣化を防止して残
留エコーを減少させるものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】図１は本発明に係る原理
説明図である。本発明に係るエコーキャンセラは、一つ
の形態として、直接伝搬経路を経たエコーを消去する第
１のエコーキャンセル部１１であってそのフィルタ係数
が直接伝搬経路に合わせて固定的に設定されたものと、
第１のエコーキャンセル部１１の出力信号を用いてダブ
ルトーク状態を検出するダブルトーク検出部１２と、間
接伝搬経路を経たエコーを第１のエコーキャンセル部１
１の出力信号から消去する第２のエコーキャンセル部１
３であってそのフィルタ係数が適応的に更新され、ダブ
ルトーク検出部１２でダブクトーク状態が検出されてい
る間はその係数更新を停止するものとを具備したもので
ある。

【００１１】また本発明に係るエコーキャンセラは、他
の形態として、上述のエコーキャンセラにおいて、第１
のエコーキャンセル部１１が、フィルタ係数が固定的で
あることに換えて、直接伝搬経路の緩やかな特性変動に
適応する係数更新を行うように構成されたものである。

【００１２】また本発明に係るエコーキャンセラは、ま
た他の形態として、上述の後者のエコーキャンセラにお
いて、第１のエコーキャンセル部１１が、ダブルトーク
検出部１２でダブルトーク状態が検出されている間は係
数更新を停止するように構成されたものである。

【００１３】

【作用】拡声電話機にエコーキャンセラを適用した場合
を例にして説明すると、拡声電話機でのスピーカ・マイ
クロホン間の音響結合の要因は図２に示されるように直
接音と残響音に大別される。ここで直接音はスピーカか
ら出た音が拡声電話機のきょう体や空間を伝わる直接的
な伝搬経路を経てマイクロホンに達する音である。また
残響音はスピーカから出た音が拡声電話機の置かれた部
屋の壁、床、天井等で反射した間接的な伝搬経路を経て
マイクロホンに戻ってくる音である。

【００１４】この直接音と残響音とを比較すると、次の
ような性質がある。 （１）直接音はスピーカとマイクロホンの音響的特性、
スピーカ・マイクロホン間の距離、および電話機きょう
体の音響的特性によって決まるものであり、部屋の寸法
や壁の材質、拡声電話機が置かれている位置などの周囲
環境と関係がなく、その伝搬経路の特性はほぼ固定的と
考えることができる。これに対して残響音はこれら周囲
環境の影響を受け、その伝搬経路特性は周囲環境の変化
に応じて変わるものであり、このため時間的な変動が大
きい。 （２）直接音はスピーカからマイクロホンへ至近距離で
到達する音であるため余り減衰しないが、残響音は空間
を伝搬する経路が長いことや反射を含んでいるため減衰
が大きい。このため、直接音と残響音の大きさを比較す
ると、残響音に対して直接音が遙かに大きい。

【００１５】一般のエコーキャンセラは直接音によるエ
コー経路の特性（インパルス応答）Ｇ_d と残響音による
エコー経路の特性（インパルス応答）Ｇ_r の和Ｇを一つ
のエコー経路特性（インパルス応答）としてとらえ、こ
れに対してエコー消去の処理を行っているものである。

【００１６】これに対し、本発明に係るエコーキャンセ
ラは、直接音によるエコーと残響音によるエコーとをそ
れぞれ別々のエコーキャンセル部で消去するようにする
ことで、ダブルトーク状態の検出を容易にするものであ
る。すなわち第１のエコーキャンセル部１１でまず直接
音のエコー成分を除去する。すると、残りのエコーすな
わち残響音のエコー成分は直接音エコー除去前のエコー
全体よりもそのレベルが遙かに小さくなる。ダブルトー
ク検出部１２は、直接音のエコー成分が除去された後の
信号を用いてダブルトーク状態を検出することになる
が、残響音エコー成分はレベルが小さいことからその検
出は正確に行えるようになる。

【００１７】第２のエコーキャンセル部１３は第１のエ
コーキャンセル部１１から出力される信号から残響音エ
コー成分を消去する。この際、ダブルトーク検出部１２
でダブルトーク状態が検出された時にはその間、フィル
タ係数の更新を停止する。

【００１８】また本発明に係る２番目の形態のエコーキ
ャンセラでは、第１のエコーキャンセル部１１は直接伝
搬経路の緩やかな特性変動を補償するようにフィルタ係
数を更新する。これにより直接伝搬経路の経年変化等に
よりエコー消去特性が劣化することを防止している。

【００１９】さらに本発明に係る３番目の形態のエコー
キャンセラでは、第１のエコーキャンセル部１１のフィ
ルタ係数の更新を、ダブルトーク状態時には停止するよ
うにしており、これによりダブルトークによって係数更
新が妨害を受けて特性劣化を起こすことを防いでいる。

【００２０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。なお、以下に説明する各図を通じて同じ回路要素
には同じ参照番号を付するものとする。

【００２１】図３には本発明の一実施例としてのエコー
キャンセラが示される。図３において、１は受信信号Ｒ
_inを受信音Ｒに電気／音響変換するスピーカであり、２
は受信音ＲのエコーＥと送話音声Ｖを送信信号Ｓ_inに音
響／電気変換するマイクロホンである。スピーカ１から
の受信音Ｒの一部は直接音と残響音のエコー経路をそれ
ぞれ経てマイクロホン２にエコーＥとして入力される。
したがってエコーＥは直接音によるエコー成分Ｅ_d と残
響音によるエコー成分Ｅ_r とからなるものと考えること
ができる。

【００２２】３はマイクロホン２から入力された送信信
号Ｓ_inから直接音エコー成分Ｅ_d を消去する直接音用エ
コーキャンセル部、４は直接音用エコーキャンセル部３
の出力信号Ｓ_out1から残響音エコー成分Ｅ_r を消去する
残響音用エコーキャンセル部、５は直接音用エコーキャ
ンセル部３の出力信号と受信信号Ｒ_inとに基づいてダブ
ルトーク状態を検出するダブルトーク検出部である。

【００２３】直接音用エコーキャンセル部３は受信信号
Ｒ_inを取り込むデータメモリ３１、受信信号Ｒ_inを通す
ことで直接音エコー成分Ｅ_d の疑似エコーｅ_d を生成す
るフィルタ３２、フィルタ３２に設定するフィルタ係数
を保持する係数メモリ３３、マイクロホン１から入力さ
れた送信信号Ｓ_inからフィルタ３２の疑似エコーｅ_d を
減じることでエコー成分Ｅ_d を消去する減算器３０等を
含み構成される。この直接音用エコーキャンセル部３は
直接音のエコー成分Ｅ_d を消去するためのものであり、
直接音の伝搬特性はほぼ固定的と考えることができるか
ら、その係数メモリ３３の内容はインパルス応答Ｇ_d に
相当するものが固定的なデータとして格納されている。

【００２４】ダブルトーク検出部５は従来の技術の項で
説明したと同じように、レベル算出回路５１と５２、レ
ベル比計算回路５３、比較器５４を含み構成され、比較
器５４から出力されたダブルトーク検出信号ＤＴは残響
音用エコーキャンセル部４に入力される。

【００２５】残響音用エコーキャンセル部４は受信信号
Ｒ_inを取り込むデータメモリ４１、受信信号Ｒ_inを通す
ことで残響音エコー成分Ｅ_r の疑似エコーｅ_r を生成す
るフィルタ４２、フィルタ４２に設定するフィルタ係数
を保持する係数メモリ４３、直接音用エコーキャンセル
部３から出力された送信信号Ｓ_out1からフィルタ４２の
疑似エコーｅ_r を減じることでエコー成分Ｅ_r を消去す
る減算器４０、減算器４０から出力された送信信号Ｓ
_out2に基づいて係数メモリ４３の内容を更新する係数更
新回路４４等を含み構成され、係数更新回路４４はダブ
ルトーク検出部５からダブルトーク状態を検出した時に
出力されるダブルトーク検出信号ＤＴを受信した時には
その間にわたって更新制御動作を停止するようになって
いる。この残響音用エコーキャンセル部４は直接音用エ
コーキャンセル部３により消去し切れなかった残りのエ
コー成分すなわち残響音エコー成分Ｅ_r を消去するため
のものであり、その構成としては従来のエコーキャンセ
ル部６と同等の構成を持つが、その係数メモリ４３の内
容は係数更新が進むに従って残響音のインパルス応答Ｇ
_r に収束する。

【００２６】この実施例装置の動作を以下に説明する。
マイクロホン１にエコーＥが入力されると、まず直接音
用エコーキャンセル部３によりこのエコーＥのうちから
直接音エコー成分Ｅ_d が消去される。これにより直接音
用エコーキャンセル部３から出力される送信信号Ｓ_out1
はエコーとしては残響音エコー成分Ｅ_r のみを含むこと
になる。この残響音エコー成分Ｅ_r は前述したように全
体としてのエコーＥよりもそのレベルが遙かに小さい。

【００２７】ダブルトーク検出部５はこの直接音用エコ
ーキャンセル部３から出力された送信信号Ｓ_out1（すな
わち送話音声Ｖがない時には残響音エコー成分Ｅ_r ）と
受信信号Ｒ_inとのレベル比Ｃをレベル比計算回路５３で
求めて，このレベル比Ｃを用いて前掲の式（３）、すな
わちＣ＞Ｋか否か、に基づいてダブルトーク状態を検出
する。この場合、従来はレベル比Ｃとして送信信号Ｓ_in
（すなわち送話音声Ｖがない時には全体としてのエコー
Ｅ）と受信信号Ｒ_inの比を求めていたため送話音声Ｖの
レベルに比べてエコーＥのレベルが大きい場合には送話
音声Ｖの有無に対するレベル比Ｃの変化が少ないためダ
ブルトーク状態の判断が難しかったが、上述の実施例装
置では送話音声Ｖがない時には全体としてのエコーＥに
換えて残響音エコー成分Ｅ_r に基づいて上述のレベル比
Ｃを求めており、この残響音エコー成分Ｅ_r は全体とし
てのエコーＥよりもそのレベルが遙かに小さくなってい
るので、送話音声Ｖの有無に対するレベル比Ｃの変化が
大きくなり、よって式（３）に基づくダブルトーク状態
の判定が正確かつ迅速に行える。

【００２８】残響音用エコーキャンセル部４は直接音用
エコーキャンセル部３から出力された送信信号Ｓ_out1に
ついて残響音エコー成分Ｅ_r の消去を行い、残響音エコ
ー成分Ｅ_r を消去した送信信号Ｓ_out2を出力する。この
際のフィルタの係数更新は係数メモリ４３の内容が係数
更新が進むに従って残響音のインパルス応答Ｇ_r に収束
するように行われる。

【００２９】この残響音用エコーキャンセル部４はダブ
ルトーク検出部５でダブルトーク状態が検出されると、
そのダブルトーク状態の間は係数更新回路４４の動作が
停止される。これによりダブルトークの状態において
も、送話音声Ｖの影響でエコー経路の推定の精度が劣化
することが防止され、良好なエコー消去特性を維持する
ことが可能となる。

【００３０】本発明の実施に当たっては種々の変形形態
が可能である。図４にはかかる変形例としての本発明の
他の実施例のエコーキャンセラが示される。この実施例
のエコーキャンセラが前述の図３の実施例のエコーキャ
ンセラと相違する点は直接音用エコーキャンセル部３の
構成が異なっていることであり、この図４の実施例の直
接音用エコーキャンセル部３’は減算器３０から出力さ
れる直接音エコー成分Ｅ_d 消去後の送信信号Ｓ_out1に基
づいて係数メモリ３４のフィルタ係数を更新する係数更
新回路３５を備えており、この係数更新回路３５により
係数メモリ３４の内容をごく少量ずつ更新するように構
成したものである。

【００３１】このように構成したのは、直接音用エコー
キャンセル部は直接音エコー成分Ｅ_d を消去するための
ものであるが、この直接音エコー成分Ｅ_d のインパルス
応答Ｇ_d 自身も経年変化等による電話機きょう体の物理
的変化などで僅かながら変化するため直接音に対するエ
コー消去特性が次第に劣化することが考えられるので、
係数メモリ３４の内容をインパルス応答Ｇ_d の変化に対
応して少量ずつ更新することでそのエコー消去特性の劣
化を防止するものである。

【００３２】図５には本発明のまた他の実施例としての
エコーキャンセラが示される。この実施例は図４の実施
例のエコーキャンセラを更に改良したもので、ダブルト
ーク検出部５でダブルトーク状態が検出された時には直
接音用エコーキャンセル部３”の係数更新回路３６によ
る係数更新が停止されるよう機能を追加したものであ
る。これにより直接音用エコーキャンセル部３”はダブ
ルトークによって係数更新の精度が劣化することがなく
なり、より精度良く係数メモリ３４の更新を行えるよう
になる。

【００３３】図６には本発明の更に他の実施例としての
エコーキャンセラが示される。この実施例のエコーキャ
ンセラは図４の実施例のエコーキャンセラをベースにし
てそのハードウェア規模を削減するよう改良したもので
ある。すなわち、図６の実施例では、残響音用エコーキ
ャンセル部４のデータメモリ４１を直接音用エコーキャ
ンセル部３”’のデータメモリとしても共用することで
図４の実施例におけるデータメモリ３１を無くしてお
り、それによりハードウェア規模の削減を図っている。

【００３４】また更に他の実施例として、上述の各実施
例において、直接音用エコーキャンセル部の係数メモリ
の内容と残響音用エコーキャンセル部の係数メモリの内
容を加算して残響音用エコーキャンセル部４のフィルタ
係数値として用いることにより、残響音用エコーキャン
セル部４の係数メモリ４３に必要な語長を短くしてハー
ドウェア規模を削減することもできる。

【００３５】なお上述の各実施例においては適応アルゴ
リズムとして学習同定法の他、アフィン投射法を用いる
こともできる。

【００３６】また上述の各実施例では、本発明のエコー
キャンセラをハンズフリー形の電話機に用いるものとし
て説明を行ったが、本発明はこれに限られるものではな
く、エコー経路が直接経路と間接経路で構成されてその
レベル比が大であるようなシステムに、本発明のエコー
キャンセラは一般的に適用可能である。

【００３７】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、ダブルトーク状態の検出がより正確に行えるように
なる。これによりダブルトーク状態時に適応制御を行っ
てしまったことに基づくエコー経路推定の精度の劣化が
防止でき、よって残留エコーを減少させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る原理説明図である。

【図２】本発明に係る原理説明のための拡声電話機のエ
コー経路を説明する図である。

【図３】本発明の一実施例としてのエコーキャンセラを
示すブロック図である。

【図４】本発明の他の実施例としてのエコーキャンセラ
を示すブロック図である。

【図５】本発明のまた他の実施例としてのエコーキャン
セラを示すブロック図である。

【図６】本発明の更に他の実施例としてのエコーキャン
セラを示すブロック図である。

【図７】従来例としてのエコーキャンセラを示すブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１ スピーカ ２ マイクロホン ３、３’、３”、３”’ 直接音用エコーキャンセル部 ４ 残響音用エコーキャンセル部 ５ ダブルトーク検出部 ６ エコーキャンセル部 ３１、４１、６１ データメモリ ３２、４２、６２ フィルタ ３３、３４、４３、６３ 係数メモリ ３５、３６、４４、６４ 係数更新回路 ５１、５２ レベル算出回路 ５３ レベル比計算回路 ５４ 比較器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 栗原 秀明 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 天野 文雄 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直接伝搬経路を経たエコーを消去する第
   １のエコーキャンセル部（１１）であってそのフィルタ
   係数が該直接伝搬経路に合わせて固定的に設定されたも
   のと、 該第１のエコーキャンセル部の出力信号を用いてダブル
   トーク状態を検出するダブルトーク検出部（１２）と間
   接伝搬経路を経たエコーを該第１のエコーキャンセル部
   の出力信号から消去する第２のエコーキャンセル部（１
   ３）であってそのフィルタ係数が適応的に更新され、該
   ダブルトーク検出部でダブクトーク状態が検出されてい
   る間はその係数更新を停止するものとを具備したエコー
   キャンセラ。
2. 【請求項２】 上記第１のエコーキャンセル部は、フィ
   ルタ係数が固定的であることに換えて、直接伝搬経路の
   緩やかな特性変動に適応する係数更新を行うように構成
   された請求項１記載のエコーキャンセラ。
3. 【請求項３】 上記第１のエコーキャンセル部は、上記
   ダブルトーク検出部でダブルトーク状態が検出されてい
   る間は係数更新を停止するように構成された請求項２記
   載のエコーキャンセラ。