JPH0766756A - 音響エコーキャンセラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】音声会議装置、ＴＶ会議装置で発生する音響エ
コーを抑制することを目的とする。 【構成】適応デジタルフィルタを有する擬似エコー信号
生成手段１１と、残差エコーを算出するための減算手段
１２と、遠端側から伝送された送話信号特定帯域信号を
除去する帯域除去フィルタ１４と、近端側の音声を含む
音響エコー信号の特定の帯域の信号を抽出するための帯
域通過フィルタ１５と、ダブルトーク状態検出手段１６
とから構成され、音響エコー信号の特定帯域信号の電力
を算出し、電力の変化に応じてダブルトーク状態を検出
するためにダブルトーク状態検出直後であってもタップ
係数更新手段の誤動作による特性の劣化や、不快なノイ
ズ発生の問題を生じない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、音声会議装置、ＴＶ会
議装置に使用し、音響エコーを抑制する音響エコーキャ
ンセラに関する。

【０００２】

【従来の技術】音声会議装置や、ＴＶ会議装置におい
て、拡声音声を利用したときに、スピーカとマイクロホ
ンの音響的な結合によって生じる音響エコーによって会
話の明瞭度が著しく阻害されるため、音響エコーを消去
するために音響エコーキャンセラが用いられる。

【０００３】音響エコーキャンセラの原理を図６を用い
て説明する。

【０００４】遠端話者（相手側の話し手）の音声は、後
述する処理を経てＤ／Ａ変換器によってアナログ信号に
変換され、スピーカから音声として発せられる。

【０００５】近端話者( 自分側の話し手) の音声は、マ
イクロホンで捕捉され音声信号としてＡ／Ｄ変換器でデ
ジタル信号に変換され、後述する処理を経て遠端話者に
送信される。

【０００６】図６では遠端話者への音声信号の送信はＩ
ＳＤＮ（統合サービスデジタル網) を用いたデジタル信
号による伝送を想定しているが、通常のアナログ回線に
よる伝送も可能である。

【０００７】適応デジタルフィルタ（以下、ＡＤＦ）
は、遠端側から受信した音声信号x(k)に基づいて擬似エ
コー信号y ’(k) を生成し、減算器は、この擬似エコー
信号を音響エコー信号を伴った近端側の音声信号y(k)か
ら減算し、残留エコー信号e(k)を生成する。

【０００８】

【数１】

【０００９】ＡＤＦは通常ＦＩＲフィルタで構成される
が、各タップ係数は一般には式（３）に示す学習同定法
によって残留エコー信号e(k) が最小と成るよう逐次修
正される。 k 時間におけるＡＤＦの各タップ係数をhi
(k) i = 0; 1; . .;.N 1 とすると、y ’(k) は、

【００１０】

【数２】

【００１１】となり、学習同定法による係数更新の式は

【００１２】

【数３】

【００１３】となる。ここに、αは学習係数であり、一
般に0 < α <= 1 の値が設定される。近端話者が無音の
時は係数の更新は正しく行われるが、近端話者が音声を
発したとき( 以下この状態をダブルトーク状態と呼び、
遠端和者の音声のみの場合をシングルトーク状態と呼
ぶ) は、誤差信号e(k)が増加したように見え、係数の学
習が正しく行われず、音響エコーが消去できなくなり音
声品質を著しく損ねてしまう。

【００１４】そこで、ダブルトーク状態を検出し係数の
学習を停止させる工夫が、例えば、特開平４−１２７７
２１によって提案されている。

【００１５】特開平４−１２７７２１記載の音響エコー
キャンセラ装置にはＡＤＦの前段タップ係数の２乗和と
後段タップ係数の２乗和から、前段の残差信号と後段の
残差信号に等価な値を算出し、それぞれの大きさの比較
と変化の状態からダブルトーク状態の検出を行い、係数
の更新を制御する方法が提案されている。

【００１６】前記従来例では、主として、残差信号の変
化に基づいてダブルトーク状態の検出が行われるため、
ダブルトーク状態の発生からダブルトーク状態の検出ま
でに検出に要する時間だけ遅延が生じ、係数の更新にお
いて誤動作を生じ、不快な雑音が生じる恐れが有った。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術はダブル
トーク状態の検出に、残留エコー信号を用いるため、ダ
ブルトークを検出し、係数の更新を停止が指示されるま
でに、係数の更新が誤った方向に進んでしまうという問
題があった。

【００１８】本発明の目的はこの問題点に鑑みてなされ
たもので、遠端側からの入力音声を狭帯域の帯域除去フ
ィルタを通して特定の帯域の信号を除去し、スピーカよ
り出力するため、遠端側の音声によって生成される音響
エコー信号も、前記帯域除去フィルタによって除去され
た音声が含まれておらず、近端側の音声には、帯域除去
フィルタの帯域の信号も含まれているため、この帯域の
信号を取り出すことにより、マイクロホンから捕捉した
音声信号が近端側の音声によるものか、遠端側の音声に
起因する音響エコー信号かを区別することができるた
め、シングルトーク状態とダブルトーク状態を正しく判
定でき、その結果、係数の更新が誤った方向に進むこと
を防止できる音響エコーキャンセラ装置を提供すること
にある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、これらの課題
を解決するためのものであり、受話信号入力端子と、受
話信号出力端子と、送話信号入力端子と、送話信号出力
端子と、前記受話信号出力端子から反響経路を介して前
記送話信号入力端子に廻り込む受話信号のエコー成分を
含む送話信号から複数個のタップを有する適応デジタル
フィルタを有する擬似エコー信号生成手段から生成され
る擬似エコー成分を差分して残差エコーを求める減算回
路と、前記タップ係数を送話信号および残差信号に応じ
て残差信号を零に収束させるためにタップ係数を変化さ
せるためのタップ係数更新手段と、送話信号の特定の帯
域の信号を除去するための帯域除去フィルタと、音響エ
コー信号の特定の帯域の信号を抽出するための帯域通過
フィルタと、音響エコー信号の特定の帯域の信号の電力
を算出し、電力の変化に応じてダブルトーク状態を検出
するためのダブルトーク状態検出手段とから構成され、
前記ダブルトーク状態検出手段によってダブルトーク状
態が検出されたときには前記タップ係数更新手段の更新
処理を停止させる音響エコーキャンセラを提供する。

【００２０】また、送話信号の周波数特性を分析するた
めの周波数特性分析手段と、少なくとも２組以上の帯域
除去フィルタおよび帯域通過フィルタとを有し、前記送
話信号の周波数成分のうち、電力の小さい周波数帯域で
動作するように帯域除去フィルタが選択されるとともに
前記選択された帯域除去フィルタに相関する帯域通過フ
ィルタが選択される請求項１記載の音響エコーキャンセ
ラを提供する。

【００２１】さらに、送話信号の周波数特性を分析する
ための第１の周波数特性分析手段と、音響エコー信号の
周波数特性を分析するための第２の周波数特性分析手段
と、少なくとも２組以上の帯域除去フィルタおよび帯域
通過フィルタとを有し、前記第１の周波数特性分析手段
は前記送話信号の周波数成分のうち、電力の小さい第１
の周波数帯域が選択され、前記第２の周波数特性分析手
段は前記音響エコー信号の周波数成分のうち、電力の大
きい第２の周波数帯域が選択され、前記第１の周波数帯
域と前記第２の周波数帯域が同一の場合は選択された周
波数帯域で動作するように帯域除去フィルタが選択され
るとともに前記選択された帯域除去フィルタと相関する
帯域通過フィルタが選択される。一方、第１の周波数帯
域と第２の周波数帯域が異なる場合はあらかじめ設定さ
れた条件にしたがって第１または第２の周波数帯域が選
択され、その選択された周波数帯域で動作するように帯
域除去フィルタを選択されるとともにその選択された帯
域除去フィルタと相関する帯域通過フィルタが選択され
る請求項１記載の音響エコーキャンセラを提供する。

【００２２】

【作用】擬似エコー信号生成手段は、複数個のタップを
有する適応デジタルフィルタからなっていて、入力音声
から音響エコー信号を近似する第１の擬似エコー信号を
生成し、減算手段は、音響エコー信号から擬似エコー信
号を減算して残差信号を生成し、タップ係数更新手段
は、入力音声及び残差信号に応じて残差信号を零に収束
させるためにタップ係数を変化させ、帯域除去フィルタ
は、遠端側から伝送された入力音声の特定の帯域の信号
を除去し、帯域通過フィルタは、近端側の音声を含む音
響エコー信号の特定の帯域の信号を抽出し、ダブルトー
ク状態検出手段は、前記音響エコー信号の特定の帯域の
信号の電力を算出し、電力の変化に応じてダブルトーク
状態を検出するため、前記ダブルトーク状態検出手段
は、精度良くダブルトーク状態を検出できるためダブル
トーク状態検出直後であってもタップ係数更新手段の誤
動作による特性の劣化や、不快なノイズ発生の問題は生
じない。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例について図１に
もとづいて説明する。擬似エコー信号生成手段１１は、
複数個のタップを有する適応デジタルフィルタからなっ
ていて、入力音声から音響エコー信号y(t)を近似する擬
似エコー信号y'₁(t) を生成し、減算手段１２は、音響
エコー信号から擬似エコー信号を減算して残差信号e(t)
を生成し、前記適応デジタルフィルタのタップ係数は実
際のエコー発生状態の変化に応じて、最適な音響エコー
除去特性を得られるよう残差信号e₁(t) を用いてタップ
係数更新手段１３は残差信号を零に収束させるためにタ
ップ係数を変化させる。

【００２４】帯域除去フィルタ１４は再帰型デジタルフ
ィルタで構成されていて、入力音声x(t)から帯域除去フ
ィルタの除去帯域の音声を除去し、帯域通過フィルタ１
５は帯域除去フィルタ１４と同様、再帰型デジタルフィ
ルタで構成されていて、近端側の音声信号を含む音響エ
コー信号y(t)から帯域通過フィルタの帯域通過音声信号
yb(t) を抽出し、ダブルトーク状態検出手段１６は、帯
域通過音声信号yb(t) の一定の時間内の時間平均パワー
p(t)を逐次算出し、時間平均パワーp(t)の時間的変化を
捉えて音響エコー信号y(t)に近端側の音声信号が含まれ
ているか否かを判定し、近端側の音声信号が含まれてい
ると判定したときをダブルトーク状態として検出し、ダ
ブルトーク状態検出手段１６がダブルトーク状態を検出
した場合は前記タップ係数更新手段１３にタップ係数の
更新を停止させる。

【００２５】前記タップ係数更新手段１３がタップ係数
の更新を停止するのは、ダブルトーク状態検出時だけに
限らず遠端側からの入力音声の大きさにも依存した制御
が前記タップ係数更新手段１３によって実施される。

【００２６】続いて、図４を用いて適応デジタルフィル
タの実施例を説明する。

【００２７】会議室内のエコーの発生はそれぞれ異なる
利得と遅延時間を持った複数のエコーパスによって生成
される音声信号が加算された信号で、通常ＦＩＲ構造の
フィルタによって近似できる。

【００２８】つまり、エコーパスのインパルス応答に相
当する応答を持つＦＩＲフィルタを用いればエコーパス
を近似できる。

【００２９】入力された音声信号はフィルタ内の直列に
接続された遅延素子によって単位遅延順次遅延され、そ
れぞれの遅延素子の出力は、それに続く遅延素子に入力
されると同時に乗算器に入力され、あらかじめ設定され
た係数と乗算された後加算器によって総和が算出され、
フィルタ出力として出力される。

【００３０】乗算器が接続された遅延素子出力は一般に
タップと呼ばれ、乗算器に与えられる係数をタップ係数
と呼ぶ。タップ係数が時間とともに変更できる構造のデ
ジタルフィルタを、適応デジタルフィルタと呼ぶ。

【００３１】図４は原理的な構造を示したもので、実際
の回路構成は図５に示すようにデータを記録するメモ
リ、係数を記憶するメモリ、乗算と累積を行う累積乗算
器により結果を得る。

【００３２】また、専用化されたハードウェアを用いず
に、図４に示したような累積乗算器が内蔵された信号処
理プロセッサ（ＤＳＰ）を用いても同様の結果を得るこ
とができ、特にハードウェア開発工数が削減され、本発
明を実現するのに好適である。続いて、本発明の第２の
実施例を図２により説明する。第１の実施例では帯域除
去フィルタと帯域通過フィルタは１組で、極めて簡単な
構成であったが、入力音声の周波数成分によっては音声
として重要な情報が除去される恐れがあった。

【００３３】第２の実施例ではフィルタの組を複数個持
ち、入力音声の周波数成分によって最適なフィルタの組
を選択し、音声品質の劣化を押さえる効果を付加してあ
る。

【００３４】図２ではフィルタの組を２組としているが
この組数は限定されるものではなく回路構成や得ようと
する特性によって決定される。

【００３５】複数のフィルタからなる帯域除去フィルタ
バンク４０はそれぞれの帯域除去フィルタの出力がスイ
ッチ４１によって選択され、複数のフィルタからなる帯
域通過フィルタバンク３０はそれぞれの帯域通過フィル
タの出力がスイッチ３１によって選択され、それぞれの
フィルタバンクは、同じ数のフィルタによって構成され
ていて、１つの帯域除去フィルタに対して１つの帯域通
過フィルタが対応している。周波数分析手段１８は遠端
側から伝送された音声信号の周波数特性を分析し、どの
帯域除去フィルタを使用すれば音声品質の劣化が少ない
かを評価し、フィルタ選択信号を出力する。

【００３６】それぞれのフィルタバンクの出力は、周波
数分析手段１８によって生成されたフィルタ選択信号に
よって、同時に切り替えられる。

【００３７】続いて、本発明の第３の実施例を図３によ
り説明する。第２の実施例では複数の帯域除去フィルタ
と帯域通過フィルタの組合わせを、入力音声の周波数成
分によって選択し、音声品質の劣化を押さえる効果を付
加してあったが、第３の実施例においては、さらに近端
側の音声を含む音響エコー信号についても周波数成分を
分析し、前記入力音声の周波数成分と合わせて選択すべ
きフィルタの組を選択することができ、音声品質の劣化
や、ダブルトーク判定の精度をさらに向上させることが
できる。

【００３８】複数のフィルタからなる帯域除去フィルタ
バンク４０はそれぞれの帯域除去フィルタの出力がスイ
ッチ４１によって選択され、複数のフィルタからなる帯
域通過フィルタバンク３０はそれぞれの帯域通過フィル
タの出力がスイッチ３１によって選択され、それぞれの
フィルタバンクは、同じ数のフィルタによって構成され
ていて、１つの帯域除去フィルタに対して１つの帯域通
過フィルタが対応している。

【００３９】周波数分析手段１８は遠端側から伝送され
た音声信号の周波数特性を分析し、どの帯域除去フィル
タを使用すれば音声品質の劣化が少ないかを評価し、周
波数分析手段１９は近端側の音声信号の周波数特性を分
析し、どの帯域通過フィルタを使用すればダブルトーク
検出精度が高いかを評価し、それぞれ、フィルタ選択手
段２４に評価結果を伝達する。

【００４０】フィルタ選択手段２４はそれぞれの周波数
分析手段から伝達された評価値から、あらかじめ設定さ
れた選択表を用いて使用するフィルタの組を選択し、フ
ィルタ選択信号を出力する。

【００４１】それぞれのフィルタバンクの出力は、フィ
ルタ選択手段２４によって生成されたフィルタ選択信号
によって、同時に切り替えられる。

【００４２】本発明によれば、ダブルトーク状態検出手
段は、音響エコーをキャンセルするための擬似エコー発
生手段の係数を更新するタップ係数更新手段の動作とは
独立して、入力音声の周波数成分の一部をあらかじめ除
去し、音響エコー信号にこの除去した周波数成分が含ま
れるか否かによってダブルトーク状態を検出するためタ
ップ係数更新手段の誤動作を防止でき、ダブルトーク状
態検出直後であっても擬似エコー発生手段が間違った擬
似エコー信号を発生することがないという効果がある。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、ダブルトーク状態検出
手段は、音響エコーをキャンセルするための擬似エコー
発生手段の係数を更新するタップ係数更新手段の動作と
は独立して、送話信号の周波数成分の一部をあらかじめ
除去し、音響エコー信号にこの除去した周波数成分が含
まれるか否かによってダブルトーク状態を検出するため
タップ係数更新手段の誤動作を防止でき、ダブルトーク
状態検出直後であっても擬似エコー発生手段が間違った
擬似エコー信号を発生することがないという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の音響エコーキャンセラを説明したブロ
ック図である。

【図２】本発明の音響エコーキャンセラを説明したブロ
ック図である。

【図３】本発明の音響エコーキャンセラを説明したブロ
ック図である。

【図４】本発明で用いられている適応デジタルフィルタ
説明図である。

【図５】本発明で用いられている適応デジタルフィルタ
説明図である。

【図６】音響エコーキャンセラの原理を説明した図であ
る。

【符号の説明】

１３ タップ係数更新手段 １５ 帯域通過フィルタ １６ ダブルトーク状態検出手段 １８、１９ 周波数分析手段 ２４ フィルタ選択手段 ３０、４０ 帯域通過フィルタバンク

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】受話信号入力端子と、受話信号出力端子
   と、送話信号入力端子と、送話信号出力端子と、前記受
   話信号出力端子から反響経路を介して前記送話信号入力
   端子に廻り込む受話信号のエコー成分を含む送話信号か
   ら複数個のタップを有する適応デジタルフィルタを有す
   る擬似エコー信号生成手段から生成される擬似エコー成
   分を差分して残差エコーを求める減算回路と、前記タッ
   プ係数を送話信号および残差信号に応じて残差信号を零
   に収束させるためにタップ係数を変化させるためのタッ
   プ係数更新手段と、受話信号の特定の帯域の信号を除去
   するための帯域除去フィルタと、音響エコー信号の特定
   の帯域の信号を抽出するための帯域通過フィルタと、音
   響エコー信号の特定の帯域の信号の電力を算出し、電力
   の変化に応じてダブルトーク状態を検出するためのダブ
   ルトーク状態検出手段とから構成され、前記ダブルトー
   ク状態検出手段によってダブルトーク状態が検出された
   ときには前記タップ係数更新手段の更新処理を停止させ
   ることを特徴とする音響エコーキャンセラ。
2. 【請求項２】送話信号の周波数特性を分析するための周
   波数特性分析手段と、少なくとも２組以上の帯域除去フ
   ィルタおよび帯域通過フィルタとを有し、前記送話信号
   の周波数成分のうち、電力の小さい周波数帯域で動作す
   るように帯域除去フィルタが選択されるとともに前記選
   択された帯域除去フィルタに相関する帯域通過フィルタ
   が選択されることを特徴とする請求項１記載の音響エコ
   ーキャンセラ。
3. 【請求項３】送話信号の周波数特性を分析するための第
   １の周波数特性分析手段と、音響エコー信号の周波数特
   性を分析するための第２の周波数特性分析手段と、少な
   くとも２組以上の帯域除去フィルタおよび帯域通過フィ
   ルタとを有し、前記第１の周波数特性分析手段は前記送
   話信号の周波数成分のうち、電力の小さい第１の周波数
   帯域が選択され、前記第２の周波数特性分析手段は前記
   音響エコー信号の周波数成分のうち、電力の大きい第２
   の周波数帯域が選択され、前記第１の周波数帯域と前記
   第２の周波数帯域が同一の場合は選択された周波数帯域
   で動作するように帯域除去フィルタが選択されるととも
   に前記選択された帯域除去フィルタと相関する帯域通過
   フィルタが選択される。一方、第１の周波数帯域と第２
   の周波数帯域が異なる場合はあらかじめ設定された条件
   にしたがって第１または第２の周波数帯域が選択され、
   その選択された周波数帯域で動作するように帯域除去フ
   ィルタを選択されるとともにその選択された帯域除去フ
   ィルタと相関する帯域通過フィルタが選択されることを
   特徴とする請求項１記載の音響エコーキャンセラ。