JPH08251081A

JPH08251081A - エコー除去装置

Info

Publication number: JPH08251081A
Application number: JP7050025A
Authority: JP
Inventors: Akira Inoue; 晃井上
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-03-09
Filing date: 1995-03-09
Publication date: 1996-09-27
Anticipated expiration: 2018-02-24
Also published as: CN1157522A; JP3381112B2; MY117594A; DE69631708D1; TW286467B; EP0731593A3; KR100415525B1; EP0731593A2; KR960036375A; DE69631708T2; EP0731593B1; US5737409A; CN1118179C

Abstract

(57)【要約】【構成】端子１１からスピーカ１２に送られるスピー
カ出力信号Ｘ(k) は、タップ係数推定回路２０の電力平
滑値計算回路２１に送られて、２乗和が平滑化された入
力信号電力平滑値Ｐ_x(k)が求められ、タップ係数更新回
路２２に送られる。タップ係数更新回路２２では、この
入力信号電力平滑値Ｐ_x(k)を用いてフィルタ１５のタッ
プ係数の更新を行う。フィルタ１５は、スピーカ出力信
号Ｘ(k) をフィルタ処理して擬似エコー信号を出力す
る。この擬似エコー信号は減算器１４に送られて、マイ
クロホン１３で収音されたマイク入力信号より減算され
る。【効果】フィルタのタップ係数の変動が抑えられ、安
定したエコー除去特性を有するエコー除去装置を提供で
き、タップ係数推定の際の計算量の増加もない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エコー除去装置に関
し、特に、携帯電話等の小型音声通信端末のスピーカか
らマイクへの音声の廻り込みによるエコーを軽減するた
めのエコー除去装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】携帯電話等のように、音声通信端末の小
型化に伴い、受話用のスピーカから送話用のマイクへの
音声の廻り込みによるエコーの影響が無視できなくなっ
てきている。このような送受話側での音声の廻り込みに
よるエコーを除去するために、例えば図５に示すような
エコー除去装置あるいはエコーキャンセラが知られてい
る。

【０００３】この図５において、端子１１には通信相手
から伝送されて受信されスピーカ１２に送られるスピー
カ出力信号ｘ(k) が入力されている。ここでｋは、離散
信号のサンプル番号あるいは時間位置を示す。また、マ
イクロホン１３により収音されて電気信号に変換された
マイク入力信号ｙ(k) が、エコー除去のための減算器１
４に供給され、フィルタ回路１５からの擬似エコー信号
が減算された後、エコー除去信号あるいは残留エコー信
号ｅ(k) として端子１６より取り出される。スピーカ１
２とマイクロホン１３とは、携帯電話の送受話器として
近接して配置されている。

【０００４】フィルタ回路１５には例えばいわゆるＦＩ
Ｒ（有限インパルス応答）フィルタが用いられており、
フィルタ回路１５のフィルタ係数あるいはタップ係数
は、タップ係数推定回路１７により制御されるようにな
っている。タップ係数推定回路１７は、入力信号である
スピーカ出力信号ｘ(k) や、出力信号である残留エコー
信号ｅ(k) に基づいて、適当な適応アルゴリズムにより
フィルタのタップ係数を逐次更新する。この適応アルゴ
リズムとしては、いわゆる学習同定法あるいは正規化Ｌ
ＭＳ（Least Mean Square ）法が広く用いられている。

【０００５】ここで、フィルタのタップ数をＬとし、上
記スピーカ出力信号をフィルタのタップ入力信号とし
て、Ｘ(k)＝（x(k),x(k-1),…,x(k-L+1)）のベクトルで表し、フィルタのタップ係数を

【０００６】

【数１】

【０００７】のベクトルで表すとき、ＦＩＲフィルタの
フィルタ回路１５により得られる擬似エコー信号は、上
記タップ入力にタップ係数が乗じられて、

【０００８】

【数２】

【０００９】により求められる。この擬似エコー信号が
上記マイク入力信号ｙ(k) より減算されることにより、
残留エコー信号ｅ(k) が、

【００１０】

【数３】

【００１１】として得られ、これがエコー除去出力信号
あるいはエコーキャンセラ出力信号となる。タップ係数
推定回路１７においては、これらの残留エコー信号ｅ
(k) 及びタップ入力信号Ｘ(k) に基づいて、上記タップ
係数が推定され更新される。

【００１２】このタップ係数推定回路１７として、上記
学習同定法のアルゴリズムを用いる場合の具体例を図６
に示す。

【００１３】この図６において、タップ係数推定回路１
７は、２乗和計算回路１８とタップ係数更新回路１９と
から成り、２乗和計算回路１８は、上記スピーカ出力信
号のタップ入力であるＸ(k)＝（x(k),x(k-1),…,x(k-L+
1)）より、その２乗和

【００１４】

【数４】

【００１５】を計算する。この２乗和は入力信号電力に
相当するものである。タップ係数更新回路１９は、求め
られた２乗和と、上記残留エコー信号ｅ(k) 及びタップ
入力信号Ｘ(k) をもとに、次の（３）式によりタップ係
数を更新する。

【００１６】

【数５】

【００１７】この（３）式中のμは定数であり、０＜μ
＜２の値をとる。この（３）式は、成分毎には、

【００１８】

【数６】

【００１９】と表される。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、フィルタに
対するタップ入力信号Ｘ(k) は音声信号であり、図７に
示すように一般にピッチ周期構造を持つ周期信号であ
る。例えばサンプリング周波数が８ｋHzの場合、上記ピ
ッチ周期は男声で５０〜９０サンプル、女声で２０〜３
５サンプルとなる。このため、フィルタのタップ数Ｌが
上記ピッチ周期のサンプル数に比べて充分に大きくない
場合には、上記（２）式によって、図７の区間ａやｂに
示す範囲での２乗和がとられることになり、求められた
入力信号電力は、図８に示すように大きく変動すること
になる。

【００２１】このように、２乗和あるいは入力信号電力
が変動すると、上記（３）式によって更新されるタップ
係数が変動することになり、安定したエコー除去特性が
得られないことになる。

【００２２】これは、特に、上述したような携帯電話な
どのスピーカ１２からマイクロホン１３への廻り込みに
よるエコー除去を対象とする比較的小型のエコー除去装
置の場合、例えばフィルタのタップ数が５０以下の場合
においては、大きな問題となる。

【００２３】本発明は、上述した実情に鑑みてなされた
ものであり、上記入力信号電力の変動を抑えて、安定し
たエコー除去特性あるいはエコー消去特性が得られるよ
うなエコー除去装置の提供を目的とするものである。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明は、発音手段に供
給される発音信号に基づいて収音手段に廻り込むエコー
成分を推定した擬似エコー信号を出力するフィルタ手段
と、上記収音手段からの収音信号より上記フィルタ手段
からの擬似エコー信号を減算して出力する減算手段と、
上記発音信号を平滑化した平滑値を用いて上記フィルタ
手段のフィルタ係数を推定して更新するフィルタ係数推
定手段とを有することにより、上述の課題を解決する。

【００２５】ここで、上記フィルタ係数推定手段は、上
記フィルタ手段のタップ数Ｌより大きな数Ｎについて過
去Ｎ個の上記発音信号のＬ個分相当の平均電力を上記平
滑値として用いることが挙げられる。

【００２６】また、上記フィルタ係数推定手段は、過去
の上記発音信号の２乗値を指数平滑化したものを上記平
滑値として用いることが挙げられる。

【００２７】

【作用】フィルタ推定の際に平滑値を用いることによ
り、フィルタ係数あるいはタップ係数の変動が抑えら
れ、安定したエコー除去特性あるいはエコー消去特性が
得られる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明に係る好ましい実施例につい
て、図面を参照しながら説明する。

【００２９】図１は、本発明に係るエコー除去装置の一
実施例の概略構成を示し、端子１１には通信相手から伝
送されて受信され発音手段であるスピーカ１２に送られ
る発音信号としてのスピーカ出力信号ｘ(k) が入力され
ている。また、発音手段であるスピーカ１２に近接して
配置された収音手段であるマイクロホン１３により収音
されて電気信号に変換された収音信号としてのマイク入
力信号ｙ(k) が、エコー除去のための減算器１４に供給
され、フィルタ回路１５からの擬似エコー信号が減算さ
れた後、エコー除去信号あるいは残留エコー信号ｅ(k)
として端子１６より取り出される。

【００３０】このエコー除去装置は例えば小型の携帯電
話等の音声通信端末に用いられるものであり、スピーカ
１２とマイクロホン１３とは、例えば携帯電話の送受話
器として近接して配置されている。

【００３１】フィルタ回路１５には例えばいわゆるＦＩ
Ｒ（有限インパルス応答）フィルタが用いられており、
フィルタ回路１５のフィルタ係数あるいはタップ係数
は、フィルタ係数推定手段としてのタップ係数推定回路
２０により制御されるようになっている。タップ係数推
定回路２０は、エコー除去装置への入力信号であるスピ
ーカ出力信号ｘ(k) や、出力信号である残留エコー信号
ｅ(k) に基づいて、適当な適応アルゴリズムによりフィ
ルタのタップ係数を逐次更新するものであり、この適応
アルゴリズムとしては、いわゆる学習同定法あるいは正
規化ＬＭＳ（Least Mean Square ）法が広く用いられて
いる。

【００３２】タップ係数推定回路２０は、電力平滑値計
算回路２１及びタップ係数更新回路２２を有して構成さ
れている。電力平滑値計算回路２１では、従来のタップ
数Ｌ個のサンプルの２乗和の代わりに、上記発音信号を
平滑化した平滑値、すなわちエコー除去装置への入力信
号である上記スピーカ出力信号ｘ(k) の平滑された電力
値である入力信号電力平滑値Ｐ_x(k)を用いている。この
電力平滑値計算回路２１からの平滑値あるいは入力信号
電力平滑値Ｐ_x(k)がタップ係数更新回路２２に送られ
る。タップ係数更新回路２２では、上記スピーカ出力信
号ｘ(k) のタップ数Ｌ個分のベクトルであるＸ(k)＝（x
(k),x(k-1),…,x(k-L+1)）と、上記残留エコー信号ｅ
(k) と、電力平滑値計算回路２１からの入力信号電力平
滑値Ｐ_x(k)とに基づいて、タップ係数の更新が行われ
る。

【００３３】すなわち、例えば学習同定法のアルゴリズ
ムにおいて、前述した（３）式、すなわち、

【００３４】

【数７】

【００３５】の従来の係数更新の式中の分母の２乗和あ
るいは入力信号電力は、

【００３６】

【数８】

【００３７】であればよい。そこで、上記（３）式の分
母として、入力信号であるスピーカ出力信号ｘ(k) の系
列のタップ数Ｌ個分の２乗和を用いる代わりに、何らか
の方法で平滑化された入力信号電力値を用いることによ
り、入力信号レベルの変動を除去することができる。

【００３８】この平滑化された入力信号電力の具体例を
図２に示す。この図２において、曲線ａは上記（３）式
の分母の２乗和により計算される入力信号電力を、また
曲線ｂは上記平滑化された入力信号電力である入力信号
電力平滑値Ｐ_x(k)をそれぞれ示している。この図２から
も明らかなように、変動の大きな曲線ａの２乗和が、平
滑することで曲線ｂに示すように変動が除去されている
ことが分かる。

【００３９】このような入力信号電力平滑値Ｐ_x(k)を用
いて、タップ係数更新回路２２におけるタップ係数更新
は、

【００４０】

【数９】

【００４１】の式により行う。この（５）式により計算
されたタップ係数は、変動が除去されたものとなってい
る。

【００４２】このように、タップ数Ｌが少なくて入力信
号電力である２乗和が変動し、安定したエコー消去特性
が得られない場合でも、入力信号電力を平滑し、この平
滑化された入力信号電力あるいは入力信号電力平滑値Ｐ
_x(k)を用いることにより、タップ係数推定の際の変動に
よる悪影響を防止し、安定したエコー除去特性あるいは
エコー消去特性を実現できる。また、このときのタップ
係数推定に要する計算量も従来の学習同定法に要する計
算量と同程度で済む。

【００４３】次に、図１の実施例のタップ係数推定回路
２０内の電力平滑値計算回路２１の具体的ないくつかの
構成例について説明する。

【００４４】先ず、第１の具体例としては、エコー除去
装置への入力信号である上記発音信号としてのスピーカ
出力信号ｘ(k) の系列の電力を計算する際に、過去Ｌ個
分のサンプルの代わりに、より多くの個数Ｎ（Ｎ＞Ｌ）
の過去の入力信号のサンプルの２乗和を求めＬ個分の平
均を計算することにより、入力信号電力の変動を除去す
るものが挙げられる。

【００４５】すなわち、このときの入力信号電力平滑値
Ｐ_x(k)は、

【００４６】

【数１０】

【００４７】により求められる。これは、入力信号系列
の過去のＮ個分のサンプルの２乗和についてのＬサンプ
ル分の平均値あるいは正規化値を求めていることにな
る。この（６）式により求められた入力信号電力平滑値
Ｐ_x(k)を、上記（５）式に代入することにより、現在の
タップ係数から次のタップ係数を推定し更新する。

【００４８】次に、第２の具体例として、入力信号電力
平滑値Ｐ_x(k)を指数平滑により求める例について、図３
を参照しながら説明する。

【００４９】この図３に示す第２の具体例では、上記入
力信号電力平滑値Ｐ_x(k)を、

【００５０】

【数１１】

【００５１】の式により求めている。ここでλは、０＜
λ＜１の定数であり、この（７）式により計算される入
力信号電力平滑値Ｐ_x(k)は、過去の入力信号サンプルの
２乗値を時定数１／（１−λ）にて指数平滑化したもの
となる。実際に、上記（７）式は、次の漸化式により表
現できる。

【００５２】

【数１２】

【００５３】図３は、この（８）式を実現するようなタ
ップ係数推定回路２０の構成例を示すものである。

【００５４】この図３において、タップ係数推定回路２
０の電力平滑値計算回路２１には、エコー除去装置への
入力信号である上記スピーカ出力信号ｘ(k) が供給され
ており、２乗値計算回路２３により２乗値｜ｘ(k)｜²が
計算されて、加算器２４に送られ、加算器２４からの出
力は、１サンプル遅延素子２５及び係数乗算器２６を介
して加算器２４に帰還されている。ここで、加算器２４
からは、入力信号電力平滑値Ｐ_x(k)が出力される。すな
わち、１サンプル遅延素子２５からは１サンプル遅れた
入力信号電力平滑値Ｐ_x(k-1)が出力され、係数乗算器２
６に送られてλが乗算されてλＰ_x(k-1)となり、これが
加算器２４で｜ｘ(k)｜²と加算されることにより、上記
（８）式の入力信号電力平滑値Ｐ_x(k)が求められる。こ
の加算器２４からの出力である入力信号電力平滑値Ｐ
_x(k)は、タップ係数更新回路２２に送られる。

【００５５】タップ係数更新回路２２では、このような
電力平滑値計算回路２１からの入力信号電力平滑値Ｐ
_x(k)を用いて上記（５）式の計算を行うことにより、フ
ィルタ回路１５のタップ係数を更新する。

【００５６】なお、上記（５）式のタップ係数ベクトル
の各成分は、

【００５７】

【数１３】

【００５８】となる。

【００５９】ここで図４は、このような第２の具体例の
アルゴリズムのタップ係数推定を行ったエコー除去装置
のエコー消去特性（曲線ａ）と、従来のアルゴリズムを
用いた場合のエコー消去特性（曲線ｂ）とを比較して示
すものである。この図４の例では、タップ数Ｌが４０の
適応フィルタを用いた場合を示している。

【００６０】この図４の縦軸のエコー消去特性ERLEは、

【００６１】

【数１４】

【００６２】により定義されるものであり、大きいほど
良好な特性を示すものである。なお、この（１０）式中
のＥ［］は、［］内の期待値を返す関数である。

【００６３】この図４からも明らかなように、本発明の
実施例によるエコー除去装置の方が従来のものよりも安
定した良好なエコー消去特性が得られていことが分か
る。

【００６４】さらに、このような実施例のタップ係数推
定に要する計算量は、従来の学習同定法のアルゴリズム
の場合の計算量とほぼ同程度で済む。

【００６５】従って、適応フィルタのタップ数が数十程
度と小さい場合、特に小型の携帯電話のエコーキャンセ
ラの場合に用いて有用である。

【００６６】なお、本発明は上述した実施例のみに限定
されるものではなく、例えば、携帯電話の他にも種々の
音声通信端末に適用でき、発音手段や収音手段もスピー
カやマイクロホンに限定されない。また、フィルタ手段
はＦＩＲフィルタ以外にも種々の適応フィルタを使用で
き、フィルタ係数の推定も学習同定法に限定されず、種
々の適応アルゴリズムを使用できる。

【００６７】

【発明の効果】本発明に係るエコー除去装置によれば、
発音手段に供給される発音信号に基づいてフィルタ手段
により収音手段に廻り込むエコー成分を推定して擬似エ
コー信号を出力し、収音手段からの収音信号より擬似エ
コー信号を減算する際に、フィルタ手段のフィルタ係数
推定を、発音信号を平滑化した平滑値を用いて行うこと
により、フィルタ係数あるいはタップ係数の変動が抑え
られ、安定したエコー除去特性あるいはエコー消去特性
を有するエコー除去装置を提供できる。

【００６８】しかも、フィルタ係数あるいはタップ係数
の推定に要する計算量は、従来の学習同定法の計算量と
ほぼ同程度で済む。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例となるエコー除去装置の概略
構成を示すブロック図である。

【図２】入力信号電力の平滑化を説明するための図であ
る。

【図３】本発明の実施例のタップ係数推定回路の具体例
を示すブロック回路図である。

【図４】エコー消去特性を示すグラフである。

【図５】一般的なエコー除去装置の概略構成を示すブロ
ック図である。

【図６】図５のエコー除去装置に用いられるタップ係数
推定回路の具体例を示すブロック図である。

【図７】入力信号のピッチ周期と入力信号電力の計算区
間との関係を示す図である。

【図８】フィルタのタップ数が少ない場合の入力信号電
力の変動を示す図である。

【符号の説明】

１２スピーカ１３マイクロホン１４減算器１５フィルタ２０タップ係数推定回路２１電力平滑値計算回路２２タップ係数更新回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発音手段からの音が近接して配置された
収音手段に廻り込むことにより生じるエコーを除去する
エコー除去装置において、上記発音手段に供給される発音信号に基づいて上記収音
手段に廻り込むエコー成分を推定した擬似エコー信号を
出力するフィルタ手段と、上記収音手段からの収音信号より上記フィルタ手段から
の擬似エコー信号を減算して出力する減算手段と、上記発音信号を平滑化した平滑値を用いて上記フィルタ
手段のフィルタ係数を推定して更新するフィルタ係数推
定手段とを有することを特徴とするエコー除去装置。
【請求項２】上記フィルタ係数推定手段は、上記フィ
ルタ手段のタップ数Ｌより大きな数Ｎについて過去Ｎ個
の上記発音信号のＬ個分相当の平均電力を上記平滑値と
して用いることを特徴とする請求項１記載のエコー除去
装置。
【請求項３】上記フィルタ係数推定手段は、学習同定
法によりフィルタのタップ係数の推定を行い、この学習
同定法によるタップ係数推定に用いられる式中の２乗和
の値として、過去Ｎ個の上記発音信号の２乗和について
のＬ個分相当の平均値を上記平滑値として用いることを
特徴とする請求項２記載のエコー除去装置。
【請求項４】上記フィルタ係数推定手段は、過去の上
記発音信号の２乗値を指数平滑化したものを上記平滑値
として用いることを特徴とする請求項１記載のエコー除
去装置。
【請求項５】上記フィルタ係数推定手段は、学習同定
法によりフィルタのタップ係数の推定を行い、上記発音
信号の現在のサンプルをｘ(k) とし、１サンプル前の平
滑値をＰ_x(k-1)とし、係数λ（０＜λ＜１）を用いて、
現在の平滑値であるＰ_x(k)を、Ｐ_x(k)＝λＰ_x(k-1)＋｜ｘ(k)｜^２の式により求め、この平滑値Ｐ_ｘ（ｋ）を上記学習同定
法によるタップ係数推定に用いられる式中の２乗和の値
として用いることを特徴とする請求項４記載のエコー除
去装置。