JPH07273599A - 適応フィルタの設計方法及びそれを利用した通話機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 適応フィルタを利用してハウリング・エコー
キャンセルを行うハンズフリーな電話機における、適応
フィルタの設計方法であり、速くかつ精度良く設計する
方法を提供する。 【構成】 エコーとして戻ってきた通話音（人声）を使
用し、フィルタ係数を所定の減衰係数μに応じたステッ
プ幅で更新して適応的に設計するものである。通話され
た人声から、信号の相関度を求める（ステップ１０
２）。相関度の低い信号部分（周期性のない摩擦性子
音）では、減衰係数μを大きな値として設計する（同１
０４〜１０６）。相関度の高い信号部分（周期性のある
母音）では、減衰係数μを小さな値として設計する（ス
テップ１０７，１０８，１０６）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【０００１】

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、ハンズフリーな通話系
において、ハウリング防止，エコーキャンセルを行う適
応フィルタの設計方法、及びそれを利用した通話機器
（電話機）に関するものである。

【０００３】

【０００２】

【０００４】

【従来の技術】

（技術的背景）ＴＶ会議やＴＶ電話の普及により、ハン
ズフリー系すなわち受話器を持たずに設置されたマイク
ロフォンに対して発話し、それをスピーカで再生すると
いう系での通話が行われるようになってきている。これ
は、従来の受話器を使用する方法に比較し自然な形で会
話ができるため、今後より一層普及すると考えられる。

【０００５】

【０００３】しかし、この場合に、例えば両側（本人
Ａ，相手Ｂ）の電話機がハンズフリー系であるとする
と、図３に点線で示すような閉ループＲが形成されエコ
ーやある特定の周波数でのハウリングが発生する可能性
がある。このようなエコー・ハウリングの防止策として
は、ボイススイッチを使用する方法があり、信号レベル
の高い側を通話させもう一方は通話させないようにして
いる。ボイススイッチによれば、エコー・ハウリングを
防止できるが、通話音の語頭語尾が切れたり両側から同
時には通話することはできない。

【０００６】

【０００４】（従来の技術）これを回避する方法とし
て、従来より適応フィルタを用いた音響エコーキャンセ
ラーが検討されている。これは図４に示すように、スピ
ーカＳからマイクＭに入力される信号のインパルス応答
（伝達関数）を求め、それを係数とする適応フィルタ
Ｈ，Ｇを設計し、その結果をマイク入力から引けば、ス
ピーカ出力をキャンセルすることができる。これを用い
れば、ハウリングが防止されると共にエコーがキャンセ
ラされて、上記した方法の数々の難点を解決できる。し
かしながら、図５に適応フィルタの構成を示すが、この
ような適応フィルタの設計には困難な面がある。なお、
Ｄは遅延手段、ａ_n はフィルタ係数を乗じる線形処理手
段である。

【０００７】

【０００５】適応フィルタは対象とする系の伝達関数を
もとに設計されるが、例えば電話の場合、自分の側の系
の伝達関数は、電話機の置き場所を大きく変更しない限
り大きく変化することはないので、予め設計しておくこ
とができる。これに対して、相手側の系はかける相手に
よってその都度変化する。もちろん、図４に示すよう
に、相手側の電話機にも適応フィルタＧが使用されてい
れば問題はないが、実際には全ての電話機に使用されて
いることはなく、したがって相手側での応答もこちら側
でキャンセルする必要が生じる。

【０００８】すなわち、図４において相手側に適応フィ
ルタＧがない場合では、自分の側の系に対応した適応フ
ィルタＨで、ハウリング防止，自分の系を介し相手側で
聞かれるエコーをキャンセルできるが（図３の切断され
たループＥｂ参照）、相手の系を介し自分の側で聞かれ
るエコーはキャンセルされず、自分の声が遅れたエコー
として戻ってくる（図３の切断されていないループＥａ
参照）。

【０００９】

【０００６】そこで、図６に示すように、このようなエ
コーをキャンセルする、しかも電話がつながってから相
手の系に対応した適応フィルタＧを、本人Ａ側で設計す
る必要が生じる。もちろん、一度かけた相手には必要と
する適応フィルタの係数をメモリに入れておく、などの
方法も考えられるが、初めて電話する相手に対してはそ
の都度設計する必要がある。

【００１０】

【０００７】適応フィルタの設計に関しては２通りの方
法が考えられる。（ａ）設計が終了するまでは通話させ
ない。（ｂ）通話しながら設計していく。（ａ）の場
合、電話が通じてからしばらく待たされることになり、
その時間が実用上問題にならないくらい短ければ（例え
ば１秒以内）よいが、そうでないと使い勝手が悪い。一
方、（ｂ）の場合は適応フィルタの設計で十分にエラー
が小さくなるまで、エコーを発生する可能性があるが、
通話が待たされるということはない。

【００１１】

【０００８】

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図５に示す
適応フィルタの設計においては、対象とする信号が周波
数帯域の成分を全て含む信号、例えばホワイトノイズの
ようなもので設計する方が速く設計でき、上記（ａ）の
場合はそれが可能である。しかし、（ｂ）の場合は、実
際の通話される人声（通話音）で設計しなければならな
いから、そのままでは人声（通話音）、特に母音部分の
相関の強さの影響によって適応フィルタの設計が遅くな
り、設計を速くする方法が望まれる。

【００１３】

【０００９】そこで、本発明は、自然音（通話音、人
声）を使用しつつ、高速かつ精度良く適応フィルタの係
数を設計する方法を提供するものである。

【００１４】

【００１０】

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題を解決
するために、図１及び図２に示すように、入力された信
号を遅延させて、時間的に前後した入力信号にフィルタ
係数を乗じて線形処理し、処理された信号の総和をフィ
ルタ出力とする適応フィルタにおいて、フィルタ出力と
望む信号との差が小さくなるように、フィルタ係数を所
定の減衰係数に応じたステップ幅で更新して適応的に設
計する適応フィルタの設計方法であって、適応フィルタ
の設計に際しては自然音（例えば、通話音、人声）を信
号として使用すると共に、周期性のある信号部分では減
衰係数を小さく、周期性のない信号部分では減衰係数を
大きくしたことを特徴とする適応フィルタの設計方法を
提供するものである。

【００１６】

【００１１】

【００１７】

【作用】上記のように構成された適応フィルタの設計方
法によれば、自然音（通話音）中、周期性のない部分
（例えば、人声の摩擦性子音）で適応フィルタの設計が
重点的に行なわれ、周期性のある部分（例えば、人声の
母音）が適応フィルタの設計からほぼ除外され、適応フ
ィルタの設計のスピードが落される。

【００１８】

【００１２】

【００１９】

【実施例】本発明になる適応フィルタの設計方法及びこ
れを利用した通話機器の一実施例を以下図面と共に詳細
に説明する。図１は適応フィルタの設計方法を示すフロ
ーチャート、図２は適応フィルタの設計方法を説明する
図である。

【００２０】前述したように、本適応フィルタの設計方
法は、自然音を使用しつつ、高速かつ精度良く適応フィ
ルタの係数（図５のに示すフィルタの係数）を設計する
方法である。なお、自然音とは、例えばＭ系列ノイズな
どのように人工的に作成された音を除外するもので、通
話機器（電話機）においては、人声などの通話音を意味
するものである。

【００２１】そして、これを利用した通話機器とは、設
計した適応フィルタにより、相手の系（相手の電話）を
介し自分の側で聞かれるエコーをキャンセルするように
構成された電話機である。そのため、電話がつながって
から、通話音（主として、人声）を使用して相手の系に
対応した適応フィルタ（図６に示す適応フィルタＧ）を
設計する必要が生じるものである。

【００２２】

【００１３】電話で通話を始めると、相手Ｂの系を通過
した通話音（人声）、すなわち、自分が喋ったエコーが
抽出される。

【００２３】そして、通話された人声と記録遅延させた
自己の音声（望む信号、教師信号）とから、基本的には
周知の方法で適応フィルタが設計される。

【００２４】

【００１４】適応フィルタは、図５に示したように、入
力信号を遅延させて、時間的に前後した信号にフィルタ
係数を乗じた線形処理をして、線形処理した信号出力の
総和をフィルタ出力とするものである。その設計とは、
フィルタ出力と望む信号との差が小さくなるように、フ
ィルタ係数を僅かづつ増減更新して求めていくものであ
る。一般に、設計に際しては、減衰係数と呼ばれるμと
いう値が用いられる。μの値は適応フィルタ係数の更新
（のステップ、幅）を決めるもので、適応フィルタの設
計の速度を決めるものである。このμの値が適切でない
と適応フィルタの設計に時間がかかったり、適応フィル
タが不安定になることがある。

【００２５】

【００１５】ところで、適応フィルタの設計ではホワイ
トノイズのような広帯域で特定の周波数に相関のない信
号の方が適切な設計が可能である。しかし、通話しなが
ら設計していく場合には、ホワイトノイズを使用して適
応フィルタの設計をすることはできず、通話される音
（自己の音声）を使用して適応フィルタの設計をするこ
とるになる。

【００２６】

【００１６】通話音（人音）は母音と子音で構成される
が、母音は特定の基本周波数を持つ倍音構成の信号あ
る。そこで、母音のような倍音構成を持つ信号、すなわ
ち、相関の強い周期性（規則性）のある信号で適応フィ
ルタを設計してしまうと、信号の特定の周波数成分のみ
で適応フィルタの設計が進んでしまう。このため、結果
として望まれる適応フィルタが得られるまで時間がかか
ったり、あるいは不安定な適応フィルタになってしま
う。

【００２７】

【００１７】これに対して、／ｓ／とか／ｚ／とかの摩
擦性子音は、子音のなかでも比較的継続時間が長くまた
広帯域な周波数成分の信号を含んでいる。しかも、摩擦
性子音は、相関の弱い周期性（規則性）のない信号であ
る。そこで、適応フィルタの設計に使用する信号とし
て、相関の弱い信号である摩擦性子音を選択して使用す
るようにし、その結果を、減衰係数μの値に反映させれ
ば、母音が含まれる信号、例えば人声で設計したとして
も悪影響は発生せず、結果としてホワイトノイズで設計
するように、適応フィルタを少ない演算回数で設計でき
ることになる。

【００２８】

【００１８】そこで、本通信機器（電話機）では、以下
のような手順で適応フィルタを設計している。電話がつ
ながってから相手の系に対応した適応フィルタを設計す
る必要が生じる。

【００２９】図１及び図２に示すように、通話が開始さ
れ（ステップ１００）、最初に、相手の系を通過した音
声、すなわち、通話音が抽出される（ステップ１０
１）。この抽出された通話音と自己の音声とから、適応
フィルタが設計される。

【００３０】

【００１９】通話された人声は、所定の時間間隔でサン
プリングされて、例えば周波数展開されて、図２（Ａ）
及び（Ｂ）に示すように、信号の自己相関度の大小が求
められる（ステップ１０２）。そして、図２（Ｃ）に示
すように、相関度の小さい信号部分、すなわち、周期性
のない摩擦性子音などでは、減衰係数μが大きな値とさ
れ、適応フィルタが設計される（ステップ１０３，１０
７，１０８，１０６）。これに対して、相関度の高い信
号部分、すなわち、周期性のある母音などでは、減衰係
数μが小さな値とされ適応フィルタが設計される（ステ
ップ１０３〜１０６）。

【００３１】

【００２０】適応フィルタを設計が進むにつれて、エコ
ーが徐々に減少していき、所定の結果がえられるまで、
適応フィルタを設計が続けられる（ステップ１０９）。

【００３２】原則として、各通話ごとに、ステップ１０
０〜１０９による適応フィルタの設計がなされる。

【００３３】

【００２１】このように適応フィルタを設計すると、子
音の中で摩擦性の子音は比較的継続時間も長く、高帯域
な周波数成分を含んだ信号であるので、減衰係数μを大
きくして、設計のスピードを速めることができ、フィル
タ精度も向上する。すなわち、通話音声から周期性のあ
る音声を除外して、具体的には、母音を除外して摩擦性
子音を検出しその部分で適応フィルタの設計を重点的に
行い、その他の母音などのところでは適応フィルタの設
計のスピードを落とせば、一様なスピードで設計した場
合よりも、速く適切に設計された適応フィルタが得られ
る。

【００３４】

【００２２】したがって、ハンズフリー系の通話におい
て、（ハウリングと）エコーをキャンセルするための適
応フィルタを速く、精度良く設計することが可能にな
る。

【００３５】

【００２３】なお、本実施例では、摩擦性子音を例とし
たが、相関度の低い信号部分、すなわち周期性のない音
声を利用すれば良く、さらには、母音などの相関度の高
い信号部分、すなわち周期性のある音声を除外すれば良
いものである。

【００３６】

【００２４】また、電話機において、相手の系（相手の
電話）を介し自分の側で聞かれるエコーをキャンセルす
る場合について説明した。しかし、本発明は、自然音
（例えば、人声）を使用して適応フィルタを設計する場
合に、一般的に利用できるものである。

【００３７】

【００２５】

【００３８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明になる適応
フィルタの設計方法によれば、適応フィルタを速く、精
度良く設計することが可能になる。したがって、ハンズ
フリー系の通話機器などで、エコーキャンセル処理する
適応フィルタを容易に設計でき、高品質な通話環境を提
供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる適応フィルタの設計方法を示すフ
ローチャートである。

【図２】適応フィルタの設計方法を説明する図である。

【図３】ハンズフリー系の通信機器（電話）のエコー・
ハウリングを説明する図である。

【図４】適応フィルタを用いた音響エコーキャンセラー
を有する通信機器（電話機）を説明する図である。

【図５】適応フィルタの一例を説明する図である。

【図６】自己のエコーをキャンセルする適応フィルタを
有する通信機器（電話）を説明する図である。

【符号の説明】

１０２ 通話された人声（通話音）から信号の相関度が
求めるステップ １０５ 周期性がなく、減衰係数μを大きな値とするス
テップ １０６ 減衰係数μで適応フィルタを設計するステップ １０８ 周期性があり、減衰係数μを小さな値とするス
テップ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力された信号を遅延させて、時間的に前
   後した入力信号にフィルタ係数を乗じて線形処理し、処
   理された信号の総和をフィルタ出力とする適応フィルタ
   において、フィルタ出力と望む信号との差が小さくなる
   ように、フィルタ係数を所定の減衰係数に応じたステッ
   プ幅で更新して適応的に設計する適応フィルタの設計方
   法であって、 適応フィルタの設計に際しては、自然音を信号として使
   用すると共に、 周期性のある信号部分では減衰係数を小さく、周期性の
   ない信号部分では減衰係数を大きくしたことを特徴とす
   る適応フィルタの設計方法。
2. 【請求項２】入力された信号を遅延させて、時間的に前
   後した入力信号にフィルタ係数を乗じて線形処理し、処
   理された信号の総和をフィルタ出力とする適応フィルタ
   において、フィルタ出力と望む信号との差が小さくなる
   ように、フィルタ係数を適応的に設計する適応フィルタ
   の設計方法であって、 適応フィルタの設計に際しては、自然音を信号として使
   用すると共に、 周期性のある信号部分を除外し、周期性のない信号部分
   で設計するようにしたことを特徴とする適応フィルタの
   設計方法。
3. 【請求項３】周期性のある信号部分は人声の母音であ
   り、周期性のない信号部分は人声の摩擦性子音であるこ
   とを特徴とする請求項１または請求項２に記載の適応フ
   ィルタの設計方法。
4. 【請求項４】信号の自己相関を求めて、周期性の有無を
   判別するようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項
   ３に記載の適応フィルタの設計方法。
5. 【請求項５】入力された信号を遅延させて、時間的に前
   後した入力信号にフィルタ係数を乗じて線形処理し、処
   理された信号の総和をフィルタ出力とする適応フィルタ
   を有し、フィルタ出力と望む信号との差が小さくなるよ
   うに、フィルタ係数を所定の減衰係数に応じたステップ
   幅で更新して適応的に設計し、設計した適応フィルタで
   少なくともエコーキャンセル処理する通信機器におい
   て、 適応フィルタの設計に際しては、通話音を信号として使
   用すると共に、 周期性のある信号部分では減衰係数を小さく、周期性の
   ない信号部分では減衰係数を大きくして設計するように
   したことを特徴とする通信機器。