JPH07303073A - ノイズ低減回路およびこの回路を用いたエコーキャンセラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 近端音声信号にノイズが含まれている場合で
あってもそのノイズを低減することができ、かつ、エコ
ーを十分に打ち消すことができるようにすること。 【構成】 双方向無通話状態検出回路１１は、遠端話者
および近端話者とがともの通話状態にない場合を検出す
る。ノイズ推定回路１２は、遠端話者および近端話者と
がともに通話状態でない場合において、近端音声入力Ｓ
ｉｎに含まれるノイズの周波数特性を推定する。ノイズ
軽減回路１３は、推定されたノイズを差し引くような周
波数特性に設定され、近端音声入力Ｓｉｎに含まれるノ
イズを低減する。遠端音声入力とノイズが低減された近
端音声入力とに基づいてエコーキャンセルが行なわれる
ので、ハイブリッド回路２におけるエコーが十分に打ち
消されることとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、移動通信網や長距離電
話回線網等に用いられるノイズ低減回路およびこの回路
を用いたエコーキャンセラに関する。

【０００２】

【従来の技術】海底ケーブルあるいは通信衛星などを経
由する長距離電話回線では、一般に両端に接続される加
入者線は２線式であり、中間の長距離伝送部分は信号増
幅などのために４線式となっている。同様に、移動電話
（又は、セルラーホーン（ｃｅｌｌｕｌａｒ ｐｈｏｎ
ｅ））を用いた移動通信網では、固定側アナログ電話の
加入者線は２線式であり、移動電話の端末から交換機等
に至る部分は４線式となっている。この場合、２線と４
線との接続部分には、４線／２線の変換を行なうための
ハイブリッド回路が設けられている。このハイブリッド
回路は、２線式回線のインピーダンスと整合するように
設計されるが、常に良好な整合を得ることは困難である
ため、ハイブリッド回路の４線入力側へ到来した受信信
号が４線出力側へ漏洩し、いわゆるエコーが発生する。
かかるエコーは、通話者の音声より低レベルで、なおか
つ、一定時間遅延して通話者に到達するため、通話障害
が生ずる。このようなエコーによる通話障害は、信号伝
搬時間が長くなるに従って顕著になる。特に、移動電話
による移動通信の場合は、交換機等までの無線通信区間
において各種の処理を行なうため信号の遅延量が多く、
エコーによる通話障害が特に問題となる。

【０００３】上記エコーを阻止する装置としてエコーサ
プレッサやエコーキャンセラがある。図３は、移動通信
網に用いられるエコーキャンセラの概略構成を示す。こ
こに示されるエコーキャンセラ１は、ハイブリッド回路
２の前段に設けられている。この図では、通常のアナロ
グ電話の加入者を近端話者といい、移動電話などの加入
者を遠端話者という。また、エコーキャンセラ１に入力
される遠端音声信号をＲｉｎ、エコーキャンセラ１から
出力される遠端音声信号をＲｏｕｔ、また、エコーキャ
ンセラ１に入力される近端音声信号をＳｉｎ、エコーキ
ャンセラ１から出力される近端音声信号をＳｏｕｔで示
す。

【０００４】図３に示すエコーキャンセラ１は、エコー
パス推定／疑似エコー生成回路３、制御装置４、加算器
５および非線形処理回路６より構成される。ここで、エ
コーパス推定／疑似エコー生成回路３は、遠端音声入力
Ｒｉｎと近端音声入力Ｓｉｎとに基づいて、ハイブリッ
ド回路２の応答特性を検出し、もって、エコーパス（す
なわち、エコーが伝搬する線路）を推定する。次に、そ
の推定結果と遠端音声入力Ｒｉｎとの畳み込み演算によ
って、予想されるハイブリッド回路２からのエコー（す
なわち、疑似エコー）を生成する。加算器５において、
この疑似エコーが近端音声入力Ｒｉｎから減算され、も
って、エコーが打ち消される。上記エコーパス推定方法
としては、適応アルゴリズムの中で比較的演算量が少な
く、良好な収束特性をもつ学習同定法が用いられる。

【０００５】この学習ができるための条件として、以下
のものが必要とされる。 Ａ．エコーが近端音声入力Ｓｉｎとして返ってくるだけ
のレベルの遠端音声出力Ｒｏｕｔが存在すること、換言
すれば、遠端話者が通話状態にあること。 Ｂ．近端音声入力Ｓｉｎがエコーのみから構成されてい
ること、換言すれば、近端話者が通話状態にないこと。

【０００６】一方、遠端話者が無通話状態のとき、並び
に、遠端話者と近端話者とが同時通話の状態（この状態
をダブルトークという。）では、エコーパス推定の誤学
習を招く恐れがあるため、学習機能をＯＦＦにする必要
がある。

【０００７】ところで、伝送回線ではデジタル信号の伝
送が行われ、かかるデジタル信号の処理を行なうエコー
キャンセラ１とアナログ回線への変換を行なうハイブリ
ッド回路２との間ではＤ／Ａ変換（一般には、μ−ＬＡ
Ｗ変換）が行われる。このため、遠端音声出力Ｒｏｕｔ
と近端音声入力Ｓｉｎとの間では非線形特性の関係が成
立することとなり、エコーパス推定／疑似エコー生成回
路３等による線形演算のみでは完全なエコーキャンセル
を行なうことができない。このため、キャンセルしきれ
ないエコー成分が発生してしまう。かかるエコー成分
（「残留エコー」という。）を消去するため、非線形処
理回路６が設けられている。この非線形処理回路６は、
非線形スイッチング操作を行なう。すなわち、近端音声
出力Ｓｏｕｔがエコーのみによって構成されている場
合、すなわち遠端話者だけが通話状態にある場合（この
場合を「遠端話者シングルトーク」という。）には、近
端音声出力Ｓｏｕｔの伝送を阻止するようスイッチング
操作を行なうか、或いは、近端音声出力Ｓｏｕｔを疑似
雑音に置き換えるような操作を行なう。

【０００８】制御装置４は、エコーパス推定／疑似エコ
ー生成回路３および非線形処理回路６の制御を行なう。
すなわち、遠端者の無通話状態の検出、或いは、ダブル
トークの検出を行ない、エコーパス推定の学習機能のＯ
Ｎ／ＯＦＦ制御を行なうとともに、遠端話者シングルト
ークの検出を行い、非線形処理回路６のスイッチング操
作の制御を行なう。この際、遠端話者あるいは近端話者
の通話状態は、遠端音声入力Ｒｉｎあるいは近端音声入
力Ｓｉｎの電力をそれぞれ比較することにより検出され
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、２線式回線
側はアナログ回線であるため、回線ノイズが発生しやす
い。このため、かかる回線ノイズが発生している場合
や、近端話者側で周辺環境でノイズが発生しているよう
な場合では、近端話者が通話状態になくても、近端音声
入力Ｓｉｎには、エコー以外の回線ノイズや周辺ノイズ
等までもが含まれてしまうことになる。

【００１０】上述したように、エコーパスの推定におい
ては、近端話者が無通話状態であって、近端音声入力Ｓ
ｉｎにエコーのみが含まれていることが前提であるか
ら、近端音声入力Ｓｉｎに、回線ノイズや周辺ノイズ等
が含まれているような場合では、生成される疑似エコー
がその回線ノイズや周辺ノイズ等を模擬できず、このた
めのノイズ等を十分で除去できない、またはエコーを十
分に打ち消すことができない、という欠点があった。

【００１１】この発明は、上述した事情に鑑みなされた
もので、２線式回線側に回線ノイズが発生している場合
や、近端話者の周辺環境でノイズが発生している場合で
あっても、そのノイズを低減することができ、かつ、エ
コーを十分に打ち消すことができるノイズ低減回路およ
びこの回路を用いたエコーキャンセラを提供することを
目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載の発明にあっては、４線路を通じて
送られる音声と２線路を通じて送られる音声との間の伝
送を行なう電話回線網に設けられるノイズ低減回路であ
って、４線路側の音声に対応する第１の音声信号と２線
路側の音声に対応する第２の音声信号との各々から、前
記４線路および前記２線路を通じて送られる各音声がと
もに無通話状態であることを検出する無通話状態検出手
段と、前記無通話状態検出手段により検出された無通話
状態における、第２の音声信号のノイズ成分を推定する
ノイズ推定手段と、前記ノイズ推定手段で推定されたノ
イズ成分にしたがって、前記第２の音声信号のノイズを
打ち消して低減させるノイズ低減手段とを具備すること
を特徴としている。

【００１３】また、請求項２に記載の発明にあっては、
請求項１に記載の発明において、前記第１の音声信号お
よび前記ノイズ低減手段の出力信号の各々から、前記４
線路および前記２線路同士の変換を行なうハイブリッド
回路の応答特性を推定する推定手段と、この推定結果と
前記ノイズ低減手段の出力信号との演算によって、前記
ハイブリッド回路によるエコーを疑似的に生成する疑似
エコー生成手段と、前記ノイズ低減手段の出力信号から
前記疑似エコー生成手段の出力信号を減算する減算手段
とを備えることを特徴としている。

【００１４】

【作用】請求項１に記載の発明によれば、４線路側の音
声に対応する第１の音声信号と２線路側の音声に対応す
る第２の音声信号との各々から、４線路および２線路を
通じて送られる各音声がともに無通話状態であることが
検出されるとともに、この無通話状態における第２の音
声信号のノイズ成分が推定される。さらに、第２の音声
信号のノイズが、推定されたノイズ成分にしたがって打
ち消されて低減される。

【００１５】請求項２に記載の発明によれば、ハイブリ
ッド回路におけるエコーは、第１の音声信号とノイズが
低減された第２の音声信号とから推定されて、疑似的な
エコーが生成される。すなわち、エコーキャンセルは、
第２の音声信号でのノイズが低減された状態で行なわれ
る。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例に
ついて説明する。図１は、この実施例であるエコーキャ
ンセラ１０の構成を示すブロック図である。この図に示
すエコーキャンセラ１０が図３に示した従来のエコーキ
ャンセラ１の構成と相違している箇所は、双方向無通話
状態検出回路１１、ノイズ特性推定回路１２、およびノ
イズ軽減回路１３から成るノイズ低減回路２０を備えて
いる点である。以下、この点について詳述する。

【００１７】双方向無通話状態検出回路１１は、遠端音
声入力Ｒｉｎと近端音声入力Ｓｉｎとを比較して、例え
ば両者の電力がともにしきい値以下であるような場合
に、遠端話者と近端話者とがともに無通話状態である、
と検出する。両者がともに無通話状態である場合におい
て近端音声入力Ｓｉｎには、２線式回線側によるノイズ
だけが含まれることになる。逆に言えば、双方向無通話
状態検出回路１１は、近端音声入力Ｓｉｎにノイズのみ
が含まれている状態を検出するのである。ノイズ特性推
定回路１２は、双方向無通話状態検出回路１１により両
者がともに無通話状態と検出した場合において、近端音
声入力Ｓｉｎのノイズの周波数特性を推定してノイズ推
定結果Ｎを出力する。

【００１８】ノイズ軽減回路１３は、推定されたノイズ
を差し引くような周波数特性に設定されて、近端音声入
力Ｓｉｎに含まれるノイズを軽減する。周波数特性の設
定に際しては、ノイズ特性推定回路１２によるノイズ推
定結果Ｎが参照される。なお、ノイズ特性推定回路１２
におけるノイズの推定は、遠端話者と近端話者とがとも
に無通話である場合にのみ行なったが、このノイズ軽減
回路１３でのノイズ軽減は、遠端話者と近端話者との通
話状態にかかわらず、常に行なわれる。これは、２線式
回線側で発生するノイズが、遠端話者および近端話者の
通話状態にかかわらず常に一様で発生しているという前
提に基づいている。

【００１９】かかる実施例によれば、まず、２線式回線
側に起因するノイズがノイズ低減回路２０で低減され
る。この際、ノイズ推定は、ノイズ特性推定回路１２に
より、遠端話者と近端話者とが無通話状態である場合に
おいて行なわれるから、純粋にノイズ成分だけが推定さ
れる。次に、ノイズの低減は、推定されたノイズ成分を
打ち消す特性に設定されたノイズ軽減回路１３により行
なわれる。そして、エコーキャンセルは、遠端音声入力
Ｒｉｎとノイズが低減された近端音声入力Ｓｉｎとに基
づいて行なわれるから、２線式回線に起因するノイズの
影響を受けることがなくなる。

【００２０】なお、この実施例におけるノイズ特性推定
回路１２では、ノイズの周波数特性を推定したが、本願
はこれにとらわれない。要は、ノイズの性質を示すもの
であれば何でも良い。例えば、近端音声入力Ｓｉｎにお
ける自己相関や、ＡＲモデル等の統計量を推定しても良
い。この場合、ノイズ軽減回路１３は、この統計量か
ら、近端音声入力Ｓｉｎのノイズを打ち消すような動作
を行なうのであるが、ノイズ特性推定回路１２において
ＡＲモデルを採用しているのであれば、ノイズ軽減回路
１３にカルマンフィルタを採用して、いわゆるαパラメ
ータで特性を制御するようにしても良い。

【００２１】また、上述したノイズ低減回路２０は、図
２に示すように、その入力が制御装置４と同段であっ
て、その出力が加算器５に対し前段である位置に挿入
されたが、本願は、この位置にとらわれない。たとえ
ば、図２に示すように、ノイズ低減回路２０を、その出
力が制御装置４に対し前段である位置、あるいは、そ
の入力が加算器５に対して後段である（その出力が非線
形処理回路６に対して前段あるいは同段である）位置
に挿入しても良い。挿入位置は、次のような主要観点を
として適宜選択される。すなわち、この観点とは、この
実施例の位置のようにノイズを低減した近端音声入力
Ｓｉｎでエコーキャンセルを行なうか、位置のように
ノイズを低減した信号でダブルトークの検出をも行なう
か、あるいは位置のようにエコーをある程度キャンセ
ルしてからノイズを除去するか、である。

【００２２】この場合、位置や、位置の構成におけ
る非線形処理回路６に、ノイズ軽減回路と同等の機能を
付加することも可能である。付加されたノイズ軽減機能
は、２線式回線側の送話信号が無いときを判定し、この
ときにノイズ軽減動作を行なう機能を合わせ持つ。

【００２３】くわえて、制御装置４におけるダブルトー
ク検出と、双方向無通話状態検出回路１１における無通
話状態の検出とは、ともに遠端音声信号と近端音声信号
との電力比較によって行なわれるので、これらをまとめ
て融合して行なうようにすると、回路規模の面から見る
と都合が良い。この場合、ダブルトークの検出や、エコ
ーパス推定の学習機能のＯＮ／ＯＦＦ制御を、遠端音声
信号と近端音声信号とともに、推定されたノイズの電力
をも参照して行なっても良い。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したこの発明によれば、次のよ
うな効果がある。

【００２５】４線路側の音声に対応する第１の音声信号
と２線路側の音声に対応する第２の音声信号との各々か
ら、４線路および２線路を通じて送られる各音声がとも
に無通話状態であることが検出されるとともに、この無
通話状態における第２の音声信号のノイズの成分が推定
される。さらに、第２の音声信号のノイズが、推定され
たノイズ成分にしたがって打ち消されて低減される。し
たがって、第２の音声信号でのノイズが除去することが
可能となる（請求項１）。

【００２６】ハイブリッド回路におけるエコーは、第１
の音声信号とノイズが低減された第２の音声信号とから
推定されて、疑似的なエコーが生成される。すなわち、
エコーキャンセルは、第２の音声信号でのノイズが低減
された状態で行なわれる。したがって、エコーキャンセ
ルを十分に行なうことが可能となる（請求項２）。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明による実施例の構成を示すブロック
図である。

【図２】 同実施例の変形構成を示すブロック図であ
る。

【図３】 従来のエコーキャンセラの構成を示すブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１，１０……エコーキャンセラ ２……ハイブリッド回路 ３……エコーパス推定／疑似エコー生成回路（推定手
段、疑似エコー生成手段） ４……加算器（減算手段） １１……双方向無通話状態検出回路（無通話状態検出手
段） １２……ノイズ推定回路（ノイズ推定手段） １３……ノイズ軽減回路（ノイズ軽減手段） ２０……ノイズ低減回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ４線路を通じて送られる音声と２線路を
   通じて送られる音声との間の伝送を行なう電話回線網に
   設けられるノイズ低減回路であって、 ４線路側の音声に対応する第１の音声信号と２線路側の
   音声に対応する第２の音声信号との各々から、前記４線
   路および前記２線路を通じて送られる各音声がともに無
   通話状態であることを検出する無通話状態検出手段と、 前記無通話状態検出手段により検出された無通話状態に
   おける、第２の音声信号のノイズ成分を推定するノイズ
   推定手段と、 前記ノイズ推定手段で推定されたノイズ成分にしたがっ
   て、前記第２の音声信号のノイズを打ち消して低減させ
   るノイズ低減手段とを具備することを特徴とするノイズ
   低減回路。
2. 【請求項２】 前記第１の音声信号および前記ノイズ低
   減手段の出力信号の各々から、前記４線路および前記２
   線路同士の変換を行なうハイブリッド回路の応答特性を
   推定する推定手段と、 この推定結果と前記ノイズ低減手段の出力信号との演算
   によって、前記ハイブリッド回路によるエコーを疑似的
   に生成する疑似エコー生成手段と、 前記ノイズ低減手段の出力信号から前記疑似エコー生成
   手段の出力信号を減算する減算手段とを備えることを特
   徴とする請求項１記載のノイズ低減回路を用いたエコー
   キャンセラ。