JPH06338829A - 通信システム内の反響除去方法と装置 - Google Patents

通信システム内の反響除去方法と装置

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JPH06338829A
JPH06338829A JP6136630A JP13663094A JPH06338829A JP H06338829 A JPH06338829 A JP H06338829A JP 6136630 A JP6136630 A JP 6136630A JP 13663094 A JP13663094 A JP 13663094A JP H06338829 A JPH06338829 A JP H06338829A
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signal
far
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JP6136630A
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English (en)
Inventor
Egbert Ammicht
アミット エバート
James C H Thi
チ フ ティ ジェイムス
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AT&T Corp
Original Assignee
American Telephone and Telegraph Co Inc
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04M—TELEPHONIC COMMUNICATION
    • H04M9/00—Arrangements for interconnection not involving centralised switching
    • H04M9/08—Two-way loud-speaking telephone systems with means for conditioning the signal, e.g. for suppressing echoes for one or both directions of traffic
    • H04M9/082—Two-way loud-speaking telephone systems with means for conditioning the signal, e.g. for suppressing echoes for one or both directions of traffic using echo cancellers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B3/00—Line transmission systems
    • H04B3/02—Details
    • H04B3/20—Reducing echo effects or singing; Opening or closing transmitting path; Conditioning for transmission in one direction or the other
    • H04B3/23—Reducing echo effects or singing; Opening or closing transmitting path; Conditioning for transmission in one direction or the other using a replica of transmitted signal in the time domain, e.g. echo cancellers
    • H04B3/234—Reducing echo effects or singing; Opening or closing transmitting path; Conditioning for transmission in one direction or the other using a replica of transmitted signal in the time domain, e.g. echo cancellers using double talk detection

Abstract

(57)【要約】 【目的】 受信信号の再送信を抑制する反響消去装置を
含む近位置と少なくとも１箇所の遠位置を相互接続する
例えば電話通信システムの信号プロセッサを提供する。 【構成】 反響消去装置の作動は近位置が送信ないし受
信しているのかおよび遠位置が送信ないし受信している
のかどうかに従って制御する。信号プロセッサにはダブ
ルトークを検出し、ダブルトークを許容するようにアイ
ドルの検出に対応して反響消去装置を制御する手段を含
める。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、複数の離れた位置を結
ぶそれぞれスピーカーフォンなどを装備した通信システ
ムに関し、特に受信位置から送信位置へ音響信号が再送
信されるのを阻止する反響消去方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１は近い会議室１と遠い会議室２を結
ぶ２方向通信システムの単純化した概略図である（「近
い」「遠い」という用語は単に便宜的に採用したもので
ある。更に簡潔にするため、以下に明示する説明のほと
んどは近い会議室で行う信号処理活動とそれに関連した
装置に限定する。遠い会議室及び関連装置でも全く類似
の活動が一般に行われるということが理解されよう）。
各々の会議室には例えばマイクロフォン30.1、30.2とス
ピーカー40.1、40.2を有するスピーカーフォン設備を装
備する。各々の会議室はまたアナログーディジタル、デ
ィジタルーアナログ変換を行い、局所スピーカーフォン
と電話回線あるいはその外部の他の送信媒体間の電子イ
ンターフェイスを提供する信号プロセッサ50.1、50.2を
有する。
【０００３】例えば会議室２から発してスピーカー40.1
から会議室１に放送する通話はマイクロホン30.1を通し
て再循環して会議室２に再放送できることは長らく知ら
れている。再循環した通話は信号プロセッサと送信媒体
を通った往復に対応した時間遅延の後に会議室２で聞く
ことが出来、その結果はしばしば厄介な反響として認識
される。更に再循環した通話は往復で一致を越える合計
利得を経るならば、「鳴音」と呼ばれる厄介なフィード
バック振動が生成される。実際、それらの問題の認識は
スピーカーフォンの広範囲な使用に先立っており、通常
の送受話器と２方向電話回線間で不完全なインピーダン
ス整合により厄介な回路反響を生成するときに類似の問
題が生じることは長く知られてきた。
【０００４】図１に戻って、マイクロフォン30.1、30.2
に入力する各々の音響信号は、Ｎ1（ｔ）、Ｎ2 （ｔ）
と示すことが出来る。それぞれスピーカー40.2、40.1で
放送する対応する音響信号は、Ｆ2（ｔ），Ｆ1（ｔ）、
と示すことが出来る。従って会議室２から発する近入通
話Ｎ2は会議室１で遠入通話でＦ1として放送される。こ
の遠入通話の反響が会議室１から発した近入通話Ｎ1と
共にマイクロフォン30.1に注入されることがある。この
反響はインパルス応答関数Ｈ1で示す会議室１の音響特
性で変わる。従ってマイクロフォン30.1に注入される合
計音響信号は、Ｎ1＋Ｆ1＊Ｈ1 （ここで記号「＊」は数
学的畳込みを示す）と示すことが出来る。
【０００５】電話技術者はスピーカ40.2から再放送され
るＦ1＊Ｈ1に対応して音響信号の振幅を削減するいくつ
かの手法を使用してきた。「反響阻止」と知られる手法
では、会議室１から会議室２に送信する回線60.1内の利
得は会議室１で遠入通話が検出されると減少し、近入通
話が検出されると増大する。反響阻止は有用であるが、
一部の点で完全に満足出来るものではない。例えば近入
通話の立ち上がりでトリガされた低利得と高利得間の遷
移は即時的なものではない。その結果、近入通話の小さ
いが認識可能な最初の断片がしばしば切り捨てられるこ
とがある。
【０００６】「反響消去」と呼ばれる第２の手法を図２
に付いて説明する。この手法では、総和要素70で、Ｆ1
＊Ｈ1に近似するように人為的に変質した信号をマイク
ロフォン30.1から回線60.1で送信した信号から減算す
る。変質信号はフィルタ80を通して回線60.2からＦ2の
複製を導くことにより作る。フィルタ80はＨ1を近似し
たインパルス応答を有するように設計する。その結果、
マイクロフォン30.1の出力の反響成分は、総和要素を越
えて存在している回線60.1のその部分に残っている信号
から少なくとも部分的に消去される。
【０００７】会議室のインパルス応答Ｈ1は会議室内の
人々や家具の配置やマイクロフォンやスピーカーの相対
的位置、スピーカーフォン装置内の音量設定などの多く
の要因により影響を受けることがある。その結果、フィ
ルタ80にはフィルタインパルス応答を決めるパラメータ
を変化させる機能を含めることが一般に勧められる。図
２に象徴的に示すように、適応型フィルタが実際に作ら
れ、その中でパラメータ制御装置90はフィルタパラメー
タを変化し、帰還回線100に接続した帰還信号に応答し
て該当する測定値を最小にする。この課程はフィルタの
「適応」と呼ばれる（図ではアナログ機能として示して
いるが、適応はしばしばディジタル的に行われることに
留意する）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】特に適応型フィルタを
含む反響消去装置は、電話ネットワークから反響を除去
することに少なくとも部分的に成功している。しかし少
なくとも一部の場合には、近入通話の間隔を正確に限定
できないことでフィルタパラメータが分岐する原因とな
り、その結果、反響消去装置の性能を低下させていた。
即ちフィルタ適応は、遠入通話は存在するが近入通話が
ない間隔中にしか最適パラメーター設定を帰還信号をゼ
ロにする設定として明確に定義できないので、その場合
にしか適切に行われない。しかし少なくとも一部の従来
技術の反響消去装置では、適応課程の一部を近入通話中
に行えるようにしている。これは誤った帰還情報をもた
らし、フィルタパラメータが分岐する原因となる。
【０００９】従って反響阻止装置と反響消去装置の効果
は、純粋の近入通話の間隔及び純粋の遠入通話の間隔な
どの通話間隔を正確に定義できないことから問題となっ
ていた。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は第１の位置、及
び第２の位置とする少なくとも１つの追加位置の間の電
話通信ネットワークに関する。各々の位置には少なくと
も１台のマイクロフォンないしその他の入力トランスデ
ューサと少なくとも１台のスピーカーないしその他の出
力トランスデューサを設置する（以下の説明では、便宜
上、入力及び出力トランスデューサはそれぞれマイクロ
フォン及びスピーカーと想定する）。第１と第２の位置
の各々のマイクロフォンとスピーカーはそれぞれ第１な
いし第２の信号処理システムと電子的に接続する。第１
及び第２の信号処理システムは送信媒体により互いに接
続する。
【００１１】少なくとも第１のシステムに制御装置を含
める。制御装置は第１のマイクロフォンと第２のマイク
ロフォンからディジタル化電気信号を受け取る。現在作
動状態と第１、第２のマイクロフォン信号に対応して、
制御装置はシステムの複数の作動状態の１つを選択す
る。
【００１２】作動状態を選択すると、制御装置は第１と
第２のマイクロフォン信号の数学的変換を行い、少なく
とも２つの時変統計量の評価をもたらす。それらの統計
量は近入通話が存在するかどうか及び遠入通話が存在す
るかどうかを示しフィルタインパルス応答の良くない適
応とダブルトークの間の区別を行う。これは一般に状態
選択をそのような統計量の１つだけに基づき、少なくと
も一部の場合はダブルトーク状態に特に対応する状態を
持たない従来技術の関連システムに対する進展を示して
いる。２つないしそれ以上の統計量を使用することで、
入力状態のより信頼性があり、より正確な表示がもたら
されることが分かった。
【００１３】本発明の反響消去装置の更なる利点は、マ
イクロフォンやスピーカーの本体の移動や相対的な配置
などの局所的環境のインパルス応答に影響を与える要因
に対して最低限の制約しか課さないということである。
【００１４】例えば以下に説明する例示的なシステムで
は、「送信」（ＴＸ）、「受信」（ＲＸ）、「ダブルト
ーク」（ＤＴ）、アイドルという４つの作動状態があ
る。純粋な近入通話が表示されれば、制御装置はＴＸ状
態を選択する。純粋な遠入通話が表示されれば、ＲＸ状
態を選択する。近入、遠入通話の両方が示されれば、Ｄ
Ｔ状態が選択される。近入、遠入通話とも示されなけれ
ば、アイドル状態を選択する。
【００１５】全般的な説明に戻り、第１のシステムは更
に第２のマイクロフォン信号を第２の位置に送信する前
に処理する反響消去装置を含んでいる。この処理には、
減算反響信号を生成することと減算信号を第１のマイク
ロフォン信号とを合成して第２の位置に送信する結果的
な信号は少なくとも一部は反響がないようにすることが
ある。反響消去装置は適応型フィルタを含んでおり、適
応型フィルタはシステムの全ての可能な状態よりも少な
い１つないし複数の選択状態中だけにしか制御装置によ
り起動されない。（例えば上述の例示システムの適応型
フィルタはＲＸ状態中だけに起動する。）
【００１６】上述したように、制御装置は第１と第２の
マイクロフォン信号を特徴付ける少なくとも２つの統計
量を評価する。Ｅとして示す１つの統計量は、適応型フ
ィルタを用いて行う反響消去装置の効果の測定値とな
る。Ｅは反響消去後に第１のマイクロフォン信号の平均
で割った第１のマイクロフォンへの平均音響入力を指し
ている。ある場合にはＥは特定の副帯域を指し、他の場
合ではＥは全信号帯幅を指すことがある。
【００１７】Ｇとして示す第２の統計量は、スピーカー
から所与の位置のマイクロフォンへの経路の超過エネル
ギーを示す値である。これによりその位置での近及び遠
通話の同時存在をテスト出来、従ってａ）ＲＸ状態中の
良くないフィルタ適応と、ｂ）ダブルトーク存在の間の
区別を行う役割をする。
【００１８】一部の実施例では、第１のシステムに更に
入力信号で遅延を生成する要素を含める。制御装置はこ
の遅延故に、反響消去装置がそれらの信号を受信する前
に受信する。その結果、従来技術のシステムと異なり、
システムの状態を入力信号に対応して調節し、反響消去
装置がそれらの信号を受信する前に適応型フィルタの活
動ないし非活動状態を決定する。この遅延により状態遷
移の立ち上がりのより正確な判定が可能になる。
【００１９】
【実施例】図３に２方向通信ネットワークを概略的に示
す。図に示すように、１つの位置から他の位置に進行す
る各々の信号は、通過する際に少なくとも１つの遅延Δ
ijを経る。ここで（ij）は近から遠位置に進行している
信号では（１、２）に等しく、反対方向に進行している
信号では（２、１）に等しい。信号プロセッサ50.1は損
失率σF1に従ってスピーカー40.1に対する遠入力Ｆ
1（ｔ）を変える。以下に説明するように、制御装置260
は信号プロセッサの状態に従ってこの損失率を変える事
が出来る。信号プロセッサ50.1への近側入力ＳNは上述
のようにＮ1（ｔ）＋σF1Ｆ1＊Ｈ1（ｔ）に等しい。信
号プロセッサ50.1の対応する出力はσN1´(山付)Ｎ
1（ｔ）と示す。σN1という係数は信号プロセッサ50.1
による更なる損失率である。以下に説明するように、制
御装置260は信号プロセッサの状態に従ってこの損失率
を変える事が出来る。
【００２０】信号(山付)Ｎ1（ｔ）は、マイクロフォン3
0.1のディジタル化出力から反響信号に対して人為的に
創出した近似を減算することで創出した近入通話Ｎ
1（ｔ）の近似である。この処理信号をネットワークの
反対側の信号プロセッサ50.2に入力すると、Ｆ
2（ｔ’）と指定される（ここでｔ’＝ｔーΔ12）。信
号プロセッサ50.2は類似の操作を遠位置で行う。従って
ｉ番目の位置では（ｉ＝１，２；Ｊ＝１，２；ｉ≠
Ｊ）、遠端入力Ｆ1は以下により対応する遠端出力(山
付)Ｎjを指す。
【数３】
【００２１】図４は信号プロセッサ50.1などの信号プロ
セッサの部分的な概略ブロック図である。副帯域分析器
200では、遠通話信号はＭ副帯域を含む分析副バンクで
フィルタし、デシメーション率Ｎを有するデシメータで
処理する。従ってｍ番目の副帯域は信号σFＦm、ｍ＝
１、…Ｍを搬送する（添え字ｉ、ｊは便宜上省略す
る）。標本化周波数に等しい帯幅はそれらのＭ副帯域に
よりスパンする。一般的な電話アプリケーションについ
ては、Ｍは一般に32-256の範囲にある。この数は所与の
アプリケーションで、信号帯幅、所望の信号品質、フィ
ルタバンク遅延、許容できる処理負荷により決まる。
【００２２】第２の分析器及びデシメータ組合せ210
は、近通話信号を同一副帯域に分割するのに使用する。
副帯域適応フィルタ230がそれらの副帯域信号から反響
成分を取り除いた後、それらを副帯域合成器220で再合
成して反響消去信号(山付)Ｎ（ｔ）を創出する。
【００２３】信号を副帯域に分解するのにＤＦＴ多相フ
ィルタバンクなどのディジタルフィルタバンクを使用す
ることは従来技術でよく知られている。
【００２４】ｍ番目の副帯域（ｍ＝１．..Ｍ）内で、適
応フィルタ230と総和要素240は本質的に上述したような
反響消去を行う。副帯域遠入力σFＦmは、重みベクトル
ｈmで示されるモデル副帯域インパルス応答関数Ｈmに組
み込まれる。このベクトルの各々の要素は反響信号の特
定の時間遅延に対応する（これらの要素はしばしば「タ
ップ」と称する）。
【００２５】副帯域適応フィルタは良く知られた方法に
従って平均最小２乗（１ｍｓ）アルゴリズムあるいは代
わりに再帰１ｍｓアルゴリズムを行う。例えば１ｍｓア
ルゴリズムでは、総和要素240で生成された差Ｎmはエラ
ー信号と受け止められる。重みベクトルｈmは、制御装
置260が近通話ＳN（ｔ）はないが遠通話はあると判定し
た期間に、このエラー信号をゼロにするように各々の計
算サイクルで更新する。ｈmの各々の要素を変更する増
分は、エラー信号及びμとして示すステップサイズと比
例する。実施例ではこの増分は信号σFＦmの電力でも正
規化する。そのような正規化増分は以下の式で示すこと
が出来る。
【数４】 ここでｈnとｈn+1は、それぞれ時間ｎ及びｎ＋１での所
与の重みベクトルｈmの所与の要素である。
【００２６】本実施例では、ステップサイズ２μは、０
ないし0.3と0.75内の間にある所定値の２つの可能な値
の１つを取る。しかしステップサイズはフィルタがよく
適応しているときは比較的小さく、適切に対応していな
いときは比較的大きくなるようにオプションの追加値を
容易に含めることができる。
【００２７】実施例では、ステップサイズはとりわけ信
号σmＦmが非常に小さい振幅をもっている場合、ゼロに
設定する（即ち適応は不能にする）。
【００２８】実施例では更に、タップの数は副帯域に従
って変化する。即ち高周波数は低周波数よりも早く減衰
する傾向がある。従ってタップ数は、より多くのタップ
を高周波数の副帯域よりも低周波数に使用するように次
第に減らす。
【００２９】図４に示すように、各々の適応フィルタか
らの各々の出力Ｎmは、合成器220で再合成する前に中央
クリッパ250で変更する。中心クリッパは所定の振幅し
きい値以下にある信号を差別して扱う。そのようにして
比較的弱い、残留反響をフィルタ出力から除去するのに
有用となる。中心クリッピングは通話に歪をもたらすこ
とがあるので、クリッパ250は制御装置260が遠通話はあ
るが近通話はない（即ちシステムがＲＸ状態にある）と
判定したときにのみ起動するようにする（少なくとも一
部の場合には、ダブルトーク中に中心クリップを行うこ
とが有利なこともある）。中心クリッピングにより通話
が歪んで聞こえることがあるので、実施例ではそのよう
なクリッピング歪をマスクするために使用する例えば反
響消去装置の遠出力に位置した追加ノイズ源（図示せ
ず）を含める。
【００３０】例示した中心クリッパからの出力(山付)Ｎ
ocは、所定の（及びおそらく副帯域依存的な）しきい値
γに関して次式で記述することが出来る。
【数５】 この式で、Ｌαはパラメータαを有する単極フィルタを
用いた低域フィルタリングを示す。
【００３１】図４に示すように、信号プロセッサは近入
力300、近出力310、遠入力320、遠出力330を有してい
る。近入力（即ち近端マイクロフォンから）は信号Ｎ＋
σFＦ＊Ｈである。遠入力は遠位置から受信した信号Ｆ
である。近出力（即ち近端スピーカー）はσFＦであ
り、遠出力（即ち遠位置への）は信号σN(山付)Ｎであ
る。
【００３２】制御装置260の目的は通信ネットワークの
作動を記述する特定の統計量を分析し、それらの統計量
に基づいて信号プロセッサにＲＸ，ＴＸ，ＤＴ、アイド
ルの状態の一つを指定し、そしてその状態に従ってμ、
σF、σNを含む作動パラメータの値を指定し、中心クリ
ッピングを使用可能にするかどうかを判定することであ
る。
【００３３】図５は制御装置260の拡大ブロック図であ
る。図５に示すように、制御装置260内には全帯域性能
検出器340、近入ピーク検出器350、遠入ピーク検出器36
0が含まれている。検出器350はネットワークの遠端に送
信する信号の推定信号レベルと推定ノイズレベルｔsを
計算する。同様に検出器360はネットワークの遠端から
受信する信号の推定信号レベルｒsと推定ノイズレベル
ｒnを計算する。
【００３４】それれらの信号とノイズレベルを計算する
本実施例の方法を図６Ａに概略的に図示する。図示する
ように、全帯域データストリームσFＦはｄｃバイアス
を除去するために高域フィルタを受け（６Ａ）、次に離
散信号値Ｘiは絶対値に変換し（６Ｂ）、低域フィルタ
をして高周波ノイズを除去し（６Ｃ）、処理して（６
Ｄ）適切な時間ウィンドウに対して最大値Ｘhiと最低値
Ｘ1oを選択する。一般的なフィルタ６Ｃは数値的な単極
低域フィルタである。一般的な時間ウィンドウは16ｋＨ
ｚの標本化率に付いて16サンプルである（これは１ｋＨ
ｚのデシメートした標本化率に相当する）。この時間ウ
ィンドウは調節可能にし、一般的な人間の通話の包落線
の周波数帯幅よりも短い値に設定する。
【００３５】最大及び最小値の対数を計算する（６
Ｅ）。信号推定（即ちｔsないしｒs）は次に対数最大値
を立ち上がりバイパス化単極フィルタを通過させること
で得て（６Ｆ）、ノイズ推定（即ちｔnないしｒn）を次
に対数最小値を減衰バイアス化単極フィルタを通過させ
ることで得る（６Ｇ）。立ち上がりバイアス化フィルタ
は立ち上がり値に優先的に重みを加える指数平均を計算
し、減衰バイアス化フィルタは立ち下がり値に優先的に
重みを加える指数平均を計算する。この種のフィルタは
例えば1991年４月９日にR.H.アービング他に与えられた
米国特許5,007,046号の欄６、７に記載されている。
【００３６】図５に戻り、制御装置260には更に通話検
出器370が含まれている。以下に詳しく説明するよう
に、この通話検出器は信号及びノイズレベルｒs、ｒn、
ｒs、ｔnに対応してσF、σNの値を設定する。
【００３７】制御装置260は更にダブルトーク検出器380
を含んでいる。ダブルトーク検出器の目的は、ＲＸとＤ
Ｔ状態間で決定を行うことである。この決定は一部には
以下の式で定義されるＥaとして示す統計値に従って行
う。
【数６】 ここで分子は副帯域の近入力を指し、分母は副帯域ａの
適応フィルタ385の出力を指している。適応フィルタ385
は単一副帯域、即ち副帯域ａで作動する補助適応フィル
タである。この副帯域はフィルタ230のＭ副帯域の１つ
と同一で、人間の通話で（通話関連アプリケーションに
付いて）非常によく表れる750Ｈｚ周辺のスペクトル領
域に対応する。補助フィルタ385は主適応フィルタバン
クとは異なり、本実施例によれば信号プロセッサの全て
の状態で連続的に適応する。
【００３８】実際、Ｅaは反響消去用の適応フィルタの
効果を測定する。この意味でＥaは当業者に反響反射減
衰量強化（ＥＲＬＥ）として知られる統計量を指してい
る。ＥＲＬＥは近通話がない状態で適応フィルタにより
出力される残留信号内のエネルギーに対する反響内のエ
ネルギーの割合の対数である。この数は反響を効率的に
除去したときは大きくなり、反響除去が不十分（そして
反響と残留信号が従って匹敵する大きさ）である場合は
ゼロ（そして負の値を取ることがある）に向かう傾向が
ある。しかしＥＲＬＥとは異なり、統計値Ｅcは直接測
定可能な物理量から計算することができる。
【００３９】信号プロセッサの作動中のＥaの挙動を図
７に付いて説明する。近通話がない状態で、ＥaはＥＲ
ＬＥとほぼ同一の挙動を持つ。従ってその値は７Ａの図
の部分に示すように適応が良好な期間は相対的に高くな
る。それとは対照的に、７Ｂの部分で示すように適応が
低い期間中は、その値は相対的に低くなる。７Ｃの部分
は適応が行われる遷移期間を示す。即ち適応フィルタは
会議室の音響特性を学んでいる。
【００４０】対照的に近通話の立ち上がりによりＥaは
突然ゼロに向かって低下する。この場合、上記の式の分
子と分母はよく適応したフィルタであっても匹敵するよ
うになるからである。Ｅa曲線の結果的なクリフを図で
７Ｄとする。
【００４１】従ってＥaの相対的に高い値は、システム
は送信ではなく受信でよく適応していることを示す。逆
に相対的に低い値はａ）システムはうまく適応していな
い、ないしｂ）遠入力がない、ｃ）近通話がないのいず
れかであることを示している。適応は状態ａであること
が望ましく、状態ｂ，ｃではないので、少なくとも１回
の統計テストを行ってＥaが低いときにそれらの様々な
可能性間で区別をする必要がある。図５に戻り、このＤ
Ｔ指示子と称する更なるテストはダブルトーク検出器38
0により与えられる。
【００４２】ＤＴ指示子は、例えばスピーカーフォンの
環境内の所与の副帯域での音響利得ないし損失を記述す
るしばしば「損失推定」と称する量に関係する。特に損
失推定量の平方は、遠入力内のエネルギー（所与の副帯
域及び適切な時間ウィンドウで平均化）に対する反響内
のエネルギーの割合である。しかし損失推定値とは異な
り、ＤＴ指示子はここで、近通話がないときにのみ直接
測定可能な反響σF（Ｆa＊Ｈa）よりも直接測定可能な
量である補助チャネル近入力Ｎa＋σF（Ｆa＊Ｈa）に関
して定義する。有用なＤＴ指示子はいくつかの異なる方
法で詳しく説明することが出来る。
【００４３】本実施例のＤＴ指示子Ｇを構築する第１の
ステップは、適切な時間ウィンドウに対する近入力の最
大値及び同一時間ウィンドウに対する遠入力の最大値を
取り、それらの量の割合を取ることである（最大及び最
小値に関して定義される基準は、例えば平均値よりも人
間の通話の急速に変化する特性によりよく対応すること
が分かった）。結果は次式で定義される中間値(山付)Ｌ
aとなる。
【数７】
【００４４】近通話がない場合、(山付)Ｌaは会議室内
の利得の測定値であることに留意する必要がある（利得
が一致以下の場合、会議室はしばしば「損失」を有する
という）。近通話がある場合には、(山付)Ｌaは一般に
室内の利得よりも大きくなる。遠通話が存在するときに
近通話が存在する場合を除去する(山付)Ｌaのゲート化
平均を取ることで、室内のスピーカーとマイクロフォン
間の利得ないし損失の推定を構築することが可能で、従
ってそれら２つの間の相対的な変位やスピーカーの音量
制限での調節をもたらすことが可能である。そのような
ゲート化平均はＬaと示し、次式で定義する。
【数８】 ここでε1はＥaが所定のしきい値ＴEを越えた場合に１
となり、そうでなければ０となり、Ｎ＝Σεiおよび総
和は適切な時間ウィンドウに対して取る（スピーカーフ
ォンアプリケーションでのＮの一般的な値は約4000であ
る）。従ってＥaはこの平均を計算する場合、ゲートを
制御する近通話検出器として使用する。
【００４５】近通話が存在すれば、(山付)Ｌaを定義す
る量の分子には近通話信号の寄与が含まれるので、(山
付)Ｌaは一般にＬaよりも大きくなる。
【００４６】Ｇを定義するのに必要な更なる統計量は以
下の式で定義される量(山付)Ｌaである。
【数９】
【００４７】近通話が存在しているならば、(山付)Ｌa
は一般にＬaよりも大きくなることが分かった。従って
本実施例のＤＴ指示子Ｇは次式で定義する。（所定のし
きい値ＴGに関して）。
【００４８】
【数１０】
【００４９】スピーカーフォンの状態マシンモデルは以
前に上記の米国特許5,007,046号に記載されている。そ
の中で記述されているスピーカーフォンの状態はＲＸ，
ＴＸ、アイドルである。状態間の遷移はｒs／ｒnが所定
のしきい値Θ1を超過するかどうか、ｔs／ｔnが所定の
しきい値Θ2を超過するかどうか、およびｔs／ｔe（こ
こでｔsは予期残響レベル）が所定のしきい値を超過す
るかどうかに従って判定する。それらのテストの最初の
２つは本発明の表１でＴＲ，ＴＴとする。各々は対応す
る条件が満たされるときには論理値１を持ち、そうでな
ければ論理値０をもつ。
【００５０】この３状態モデルは、ダブルトークを許容
しないので完全に満足できるものではない。即ち通話検
出アルゴリズムに従って話していない側（即ち遠端ない
し近端）かたの入力に大きなスイッチ損失を加える。信
号プロセッサを付随するスイッチ損失でＴＸないしＲＸ
状態を強制的に選択させることで、このモデルは通常の
会話を妨害し、送話者が依然通話している間に先の受話
者が割り込むことになる。
【００５１】この問題を解決するため、Ｇを第３のテス
トとして、ＴEを第４のテストとして加える。ＴEはＥa
が所定のしきい値Θ3以下であれば論理値１となり、そ
うでなければ論理値０となる。
【００５２】表１は遷移をＴR，ＴT，ＴE，Ｇのテスト
で判定する例示的な状態マシンを示したものである。表
に示すマシンは本発明の信号プロセッサに潜在的に適用
可能な現在望ましい少なくともいくつかの代替マシンの
１つである。パラメータσF、σN、μ、ＣＣの値は信号
プロセッサの状態に従って設定する（中心クリッピング
指示子は、中心クリッピングが使用可能時は１に設定
し、不能の時は０に設定する）。マシン状態とそれらの
パラメータの値の間の望ましい関係を表２に掲載する。
従って例えばＲＸ状態では、適応と中心クリッピングの
両方が使用可能となり、スイッチ損失σNRXは遠端に送
信される信号に加える。
【００５３】σNRXの値は図５の全帯域性能検出器340が
判定する。要約すると、ＥＲＬＥに類似の統計量ＥσN
を、全帯域遠入力Ｆと全帯域遠出力Ｎから計算する。
【数１１】 ここでＬαは前述したようにディジタル、低域フィルタ
リングを示す。大まかに述べると、ＥσNは遠端から受
け取ったエネルギーが遠端から送られたエネルギーより
もはるかに大きいときは大きな値を取り、そうでないと
きは小さい値を取る。ＥσNの値が大きいことは信号プ
ルセッサは送信ではなく受信していることを意味するの
で、ＥσNが高いときはσNの比較的高い値を加えるのが
一般に適している。
【００５４】σNRXの値を設定する本実施例の方法で
は、最低値σminと最大値σmaxを選択する。しきい値Ｅ
1o以下のＥσNの値に付いてはσNRX＝σminであり、し
きい値Ｅh i＞Ｅ1o以上のＥσNの値の付いてはσNRX＝σ
miaxである。ＥσNの中間値に付いては、σNRXは最小及
び最大値の最大値の間で連続的に変化する。図８は例示
的にＥ1o＜ＥσN＜Ｅhiに付いてｌｏｇσNRXとｌｏｇＥ
σNの間の線形依存性を示している。
【００５５】表１に示すように、適応はＲＸ状態を除く
全ての状態で使用不能になっている。また少なくとも一
部の場合は、ＤＴ状態で中心クリッッピングを使用可能
にすることが望ましいが、ＲＸを除く全ての状態で中心
クリッピングを使用不能にすることが望まれる。アイド
ル状態では、予定された減衰なしに両方向に送信が可能
になる。従ってアイドル状態ではσF、σNの両方とも1.
0に設定される。ＤＴ状態では、両方向送信は可能にな
るが、適度の量の損失を両方向に等しく加える。従って
ＤＴ状態でのσF、σNの両方の例示的な設定は0.7であ
る（これに関してσFを連続的に変化させることは適応
フィルタにかなりの負担をかけることになるので望まし
くないということに留意する）。
【００５６】図５に戻り、回線300上に近入力信号は、
副帯域分析器210に行く前に鳴音検出器（図示せず）で
感知される。鳴音が検出されると、σNは短期的に０に
設定して帰還ループを中断する。本実施例では、鳴音が
検出されるとき、適応フィルタのタップもリセットす
る。
【００５７】上述したように、統計量ＥaとＧは連続的
に走行する補助適応フィルタを使用して導出する。たと
えばダブルトークの休止後の最初のわずかな瞬間、この
フィルタは適応は依然として良くないが、正常に進展し
ているという初期の学習段階を経る。そのような初期学
習段階中、重みベクトルが完全適応に近付く前に、信号
プロセッサは誤ってＤＴ状態を宣言することがある。こ
れは信号プロセッサを必要以上に長くＤＴ状態にとどめ
る作用がある。
【００５８】それらの誤ったＤＴ宣言期間を削減するた
め、補助副帯域に対応するフィルタ230の１つからよく
適応した重みベクトルの要素をコピーすることが時に応
じて可能である。即ち全帯域フィルタバンクのフィルタ
230はダブルトーク中、適応しない。その結果、それら
のフィルタの各々はダブルトークの休止で、高い確率で
完全適応に近い重みベクトルを保留する。
【００５９】このコピーは、１）信号プロセッサは現在
ＤＴ状態にある、２）ＥＲＬＥに関連した統計値は所定
のしきい値を超過する、という２つの条件が満たされた
ときに望ましく実行できる。第２の条件に対してテスト
するために使用することが望ましい統計量は、上記のよ
うに遠端に送信する信号に加えるスイッチ損失を判定す
るために使用する全帯域統計量ＥσNである。代わりに
副帯域統計値Ｅcを使用することもできる。この統計量
は上述のＥaと同様に、補助副帯域に対応するフィルタ
バンクの副帯域cを用いて評価する。
【００６０】しかしこのコピー手順を頻繁に繰り返しす
ぎると、そのような適応が必要な時に補助フィルターの
適応を妨害することになることに留意する。従って例え
ばコピーを特定の間隔だけで可能にするカウンタを含め
ることが望ましい。
【００６１】このコピー手順により誤ったＤＴ宣言の頻
度を少なくし、ＤＴ状態の平均持続時間を減少し、スイ
ッチ損失の設定を向上できると思われる。
【００６２】信号プロセッサがＤＴ状態の時に加える状
態遷移論理に第５番目のテストＴcを加えた。Ｔcはコピ
ーの上記のしきい値条件が満たされるときは論理値１を
持ち、その他は論理値は０となる。
【００６３】ＤＴ状態の検出に関連した第２の潜在的な
問題は、ＤＴ状態を（部分的に）トリガするＥaのしき
い値は一般にダブルトークが実際に始まった後に短期に
記録されることから生じる。その結果、フィルタ230の
一部の不適切な適応が生じることがある。しかし反響消
去段階（即ちフィルタ230での通話信号の処理とその後
に続く処理ステップ）を状態判定に関して遅延させれ
ば、この間隔を削減ないし除去することが可能で、フィ
ルタ230の適応を向上できる。
【００６４】そのような遅延は実際に少なくとも特定の
応用で許容できる。そのような１つの応用はテレビ電話
会議で、その中で実質的な遅延はリップ同期化のために
送信信号に負荷している。この合計遅延の一部を上述の
ように先行状態検出に使用することが出来る。
【００６５】図４に戻り、先行状態判定のための遅延50
0が、副帯域分析器と先行する適応フィルタ230に続いて
示されている。しかし（制御装置260に含まれる）状態
判定はその遅延を受けない。また図にはいわゆる「非因
果的」遅延510が示されている。フィルタ230への近入力
回線上のこの遅延は適応フィルタ・アルゴリズムの性能
を向上するために含まれている。この機能は従来技術で
よく知られており、ここで詳細に説明する必要はない。
【００６６】図９は鳴音検出のための例示的なアルゴリ
ズムを概略的に示したものである。この図の個々のブロ
ックはよく知られた手順（ここでは詳細に説明しない）
を示している。要するにこのアルゴリズムは鳴音を増大
する発信と特徴付けている。従って鳴音は、１）信号が
連発した十分な数のサンプルに対して相対的に大きい、
及び２）信号は振動する、ならば宣言される（図のブロ
ック400）。第１の条件が満たされるかどうかを判定す
るため、ピーク検出器410からの最適出力を比較器430で
所定のしきい値に対して比較する。所定数の後続サイク
ルに付いてしきい値を超過すれば、その条件は満たされ
る。第２の条件が満たされるかどうかを判定するため、
比較器430は所与の時間間隔内で信号が所定の電圧レベ
ルを連続して交差する回数を数え、そのカウントは最初
のものと等しい持続時間の第２の時間間隔で繰り返す。
２つのカウントが類似であれば、その条件は満たされる
ことになる。
【００６７】図10は20秒の時間間隔にかけて記録された
例示的な通話波形を示したオシログラムであり、マイク
ロフォンで受信する遠入力、近入力、反響を示す。図か
ら明らかなように、最初のほぼ６秒では遠入力だけしか
ない。６秒から約13秒では両側で活動的になる。13秒か
ら20秒では局所的な通話しかない。
【００６８】図11は本発明に従って製作した例示的な信
号プロセッサの状態と様々な作動パラメータを示したグ
ラフである。それらの値の進展は、図10の通話信号に対
する信号プロセッサの応答を示している。曲線11Ａは統
計値Ｅaを示し、曲線11Ｂは適応フィルタのタップの状
態を示し、曲線11ＣはＤＴ指示子Ｇを示し、曲線11Ｄは
適応ステップサイズμを示している。曲線11Ｅは信号プ
ロセッサの状態を示し、基底線11Ｆからのレベルの増大
はそれぞれＴＸ、ＲＸ、ＤＴ状態を示している。
【００６９】最初に適応フィルタの全てのタップをゼロ
に設定する。曲線11Ａの立ち上がり初期部分は、適応が
生じている学習段階を示している。同曲線の約6.6秒で
の急激な低下は、ダブルトークの立ち上がりを記してい
る。その地点以降に近通話がないので、曲線はその後低
い値に留まる。
【００７０】曲線11Ｂは適応フィルタ内のエネルギーを
示している（即ち少なくとも１つの代表的な副帯域重み
ベクトル内の重みの２乗の和）。その曲線は、フィルタ
の全ての重みはゼロに初期化するのでゼロで始まる。学
習段階が進展すると共に曲線は上昇する。フィルタが完
全に適応すると、曲線は横ばい状態になる。ダブルトー
ク中の適応の誤った可能化により、約9.6秒でジャンプ
が生じる。
【００７１】曲線11Ｃは近通話があるとき、即ち約6,4
から20秒まではいつでも論理的に高い値を理想的に持っ
ている。６秒後にはともかく予期される低から高への遷
移が見られる。しかし近通話の立ち上がり前のいくらか
の短い期間にかけて、高くなるのが見られる。しかしＧ
はともかくノイズ的であるが、Ｅaと結び付けたときは
信頼できる近通話指示子となることに留意する。
【００７２】曲線11Ｄは適応が起こっているときはいつ
でも高く、従って曲線11ＥがＲＸ状態に対応する値を取
るときはいつでも高くなる。
【００７３】信号プロセッサは短期間の無音に基づいて
あるいは非常に短い持続時間の他の状態に基づいて、誤
った状態遷移を行うことがあることに留意する。そのよ
うな誤り遷移を抑制するため、遷移が頻繁に生じすぎる
のを防ぐラッチを含めることが望ましい。例えば１つの
潜在的に有用なラッチにより所定の残存時間にかけて遷
移を防ぐことが出来る。
【表１】
【表２】
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の２方向通信システムの単純化した概
略図である。
【図２】従来技術の反響消去装置の単純化した概略図で
ある。
【図３】本発明の１実施例の通信ネットワークを例示し
た単純化した概略図である。
【図４】本発明の１実施例の信号プロセッサの部分的な
概略ブロック図である。
【図５】図４の信号プロセッサの制御部分の拡大ブロッ
ク図である。
【図６】図４の信号プロセッサ内で信号、ノイズレベル
を計算する手順の概略的なブロック図である。
【図７】本発明の信号プロセッサで評価する（ここでＥ
aとして示す）統計量の一般的な挙動の例示的なグラフ
である。
【図８】本発明の１実施例によるスイッチ損失σN RXの
例示的な連続的変数設定を示すグラフである。
【図９】本発明の１実施例による例示的な鳴音検出手順
の概略的なブロック図である。
【図１０】本発明の信号プロセッサで処理する例示的な
通話波形を示すオシログラムで、遠入波形、近入波形、
反響波形を示す。
【図１１】図10の波形に対応して例示的な信号プロセッ
サの状態と様々な作動パラメータを描いたグラフであ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エバート アミット アメリカ合衆国 07828、ニュージャージ ー、バッド レイク、ケネディー ドライ ブ、14 (72)発明者 ジェイムス チ フ ティ アメリカ合衆国 20877、メリーランド、 モントメリー、ライドアウト コート、１

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 近位置から遠距離に送信する通信信号を
    処理する方法で、 ａ） 受信信号及び送信する信号の存在ないし欠如によ
    り複数作動状態の１つを宣言するステップと、 ｂ） 宣言された作動状態に対応して、少なくとも１つ
    の信号周波数帯域で近位置の遷移特性を記述するデータ
    を取得するように適応フィルタを作動するステップと、 ｃ） 前記データに対応して、受信信号を処理して推定
    反響信号を生成するステップと、 ｄ） 推定反響信号を送信する信号から減算するステッ
    プとからなり、 ｅ） 前記ステップ（ａ）は受信信号が送信する信号と
    同時に存在する「ダブルトーク」と呼ばれる状態を検出
    することを含み、 ｆ） 前記ステップ（ａ）は、更にダブルトークが検出
    されたときに、ＤＴ状態と称する対応する作動状態を宣
    言するステップを含み、 ｇ） ＤＴ状態中、適応フィルタは前記遷移特性を記述
    した新しいデータを取得することは許されず、 ｈ） ＤＴ状態中、両方向通信が可能とされることを特
    徴とする通信システム内の反響除去方法。
  2. 【請求項２】 ステップ（ｅ）は、 ｉ） 送信する信号が予期される反響信号よりも多くの
    エネルギーを含んでいるかどうかを示す統計量Ｇを評価
    し、 ｊ） 反響信号はステップ（ｄ）中に効果的に除去され
    ているかどうかを示す統計量Ｅを評価し、 ｋ） 統計量ＧとＥの両方が、所定の条件を満たすとき
    にのみＤＴ状態を宣言することを特徴とする請求項１の
    方法。
  3. 【請求項３】 更に送信する信号の各々のセグメントを
    ステップ（ｂ）の入力として使用する前に、ステップ
    （ａ）の入力として使用するように前記信号を遅延する
    ステップをさらに有する請求項１の方法。
  4. 【請求項４】 統計量ＥとＧは、前記信号周波数帯域
    よりも小さくその中に含まれる副帯域内で受信信号及び
    送信信号の複製に対して評価されることを特徴とする請
    求項２の方法。
  5. 【請求項５】 実質的な受信信号はあるが実質的な送
    信信号はないときにＲＸ状態と称する前記作動状態の１
    つが宣言され、 前記方法は更に遷移係数σNに付いて１以下の値を判定
    し、ＲＸ状態中、σNを送信信号に負荷するスッテプか
    らなり、 σNの値を判定するステップは、ＥσNとして示す全信号
    周波数帯域を示し、ステップ（ｄ）中に反響信号は効果
    的に除去されたかどうかを示す統計量を評価し、少なく
    ともσNの特定値に対してＥσNの値に従ってσNを連続
    的に変化することを特徴とする請求項１の方法。
  6. 【請求項６】 統計量ＥとＧを評価するステップは、送
    信する信号の副帯域複製を適応的にフィルタすることを
    特徴とする請求項４の方法。
  7. 【請求項７】 受信信号をＦとして示し、送信信号を適
    応フィルタリング前にＳとして示し、送信信号を適応フ
    ィルタリングの後Ｔとして示すと、Ｇを評価するステッ
    プは、 ａ） 以下のように定義される統計量(山付)Ｌ´aを評
    価し、 【数１】 （ここで最大値は適切な時間ウィンドウに対して取る） ｂ） 以下のように定義される統計量(山付)Ｌaを評価
    し、 【数２】 （ここで最大値は適切な時間ウィンドウに対して取る） ｃ） Ｅが所定のしきい値を超過したときに生じる(山
    付)Ｌaの値のみを数える(山付)Ｌaのゲート化平均とし
    て定義される統計量Ｌaを評価し、 ｄ） (山付)Ｌ´a＞ＴGＬa（ここでＴGは所定のしきい
    値）ならばＧ＝１を設定し、 ｅ） さもなくばＧ＝０を設定することを特徴とする請
    求項６の方法。
  8. 【請求項８】 近位置から遠位置へ送信する通信信号を
    処理する装置で、 ａ） 近位置から近入力と称する信号入力を受信する近
    入力手段と、 ｂ） 遠位置から遠入力と称する信号入力を受信する遠
    入力手段と、 ｃ） 近位置に近出力と称する出力を送り出す近出力手
    段と、 ｄ） 近入力を処理した後に遠位置に対する出力（遠出
    力と称する）として送信する遠出力手段と、 ｅ） 少なくとも１つの信号周波数帯域で近位置の遷移
    特性を記述するデータを取得し、前記データに従って推
    定反響信号が生成されるように遠入力を処理し、近入力
    が遠出力として送信される前に前記反響信号を近入力か
    ら減算する適応フィルタと、 ｆ） 近入力と遠入力の存在ないし欠如により複数作動
    状態の１つを選択する手段と、 ｇ） 選択された作動状態に対応して適応フィルタが前
    記データを取得する許可を与えるないし否定する手段と
    からなり、 ｈ） 状態選択手段は近入力と遠入力の同時の存在を検
    出し、そのような同時の存在が検出されたときはＤＴ状
    態と称する特殊な状態を選択する手段を含み、 ｉ） 状態対応的な許可手段はＤＴ状態が選択されたと
    きは前記許可を否定するようにし、 ｊ） 近入力手段、遠出力手段、遠入力手段、遠出力手
    段はすべて、ＤＴ状態が選択されたときは同時に作動す
    るようにしたことを特徴とする通信システム内の反響除
    去装置。
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