JPH08307323A - 帯域分割型エコーキャンセラー - Google Patents
帯域分割型エコーキャンセラーInfo
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- JPH08307323A JPH08307323A JP11312395A JP11312395A JPH08307323A JP H08307323 A JPH08307323 A JP H08307323A JP 11312395 A JP11312395 A JP 11312395A JP 11312395 A JP11312395 A JP 11312395A JP H08307323 A JPH08307323 A JP H08307323A
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- Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)
Abstract
る。これにより、DSPを用いた効率的なエコーキャン
セラーの実現をはかる。 【構成】 受信入力は受信用アナライザ100−1で帯
域分割され、送信入力は送信用アナライザ100−2で
帯域分割される。この帯域分割はポリフェースディジタ
ルフィルタ等を用い分割,間引処理を行ない、偶数チャ
ネルのみ、奇数チャネル対応スロットへ複素変調シフト
し、実数部のみとって帯域分割実数信号とする。分割し
た信号は各々適応ディジタルフィルタ群ADFi300
に入力され、エコーキャンセルされる。適応ディジタル
フィルタ群の出力はシンセサイザ200により上記帯域
分割と逆の演算処理により帯域合成される。この実数処
理の帯域分割合成により積和処理が得意なDSPによる
実現が容易となり、少ないDSPを用いて音響エコーキ
ャンセラーが経済的に実現できる。
Description
音声会議システムなどに使用されるサブバンド型エコー
キャンセラーに関し、特に演算量の少ない回路構成のサ
ブバンド型エコーキャンセラーに係るものである。
いてはスピーカから拡声された音声が部屋の壁などで反
射してマイクロフォンに回り込むことにより、遠端から
エコー音がもどる現象が知られている。このエコーを消
去するためエコーキャンセラーがシステムの両端に設置
される。エコーキャンセラーは、スピーカ入力からマイ
クロフォン出力までの音響系インパルス応答を学習し、
エコーレプリカを作成してこれをマイク入力信号から差
し引くように動作するが、音響系インパルス応答が長大
であるため通常のFIR型エコーキャンセラーにおいて
は必要となるタップ数が膨大となりハードウェア実現が
困難となる。
ーキャンセラーが提案されてきた。サブバンド型エコー
キャンセラーは信号の帯域を複数個に分割して狭帯域信
号とし、標本化速度を低下させることによりハードウェ
ア実現を容易とする方式である。
信号帯域から決まる標本化速度をfo=1/Toとすれ
ば原理的に必要となるトランスバーサルフィルタの長さ
Lは数4となる。
プロセッサDSPで実現するものとすると、DSPのデ
ータメモリ容量はLワード必要である(実際は係数メモ
リを含めてこの2倍を要す)。
ようになる。即ち、トランスバーサルフィルタの1タッ
プあたりαサイクルのインストラクションが必要である
とすれば、標本化周期To間にLタップ分をこなす必要
から数5となる。
とエコーパス長に比例し、演算速度性能は標本化速度の
自乗とエコーパス長に比例する。
する。一般論として標本化速度をfs=1/M・foに
低下させるものとしよう。この場合、所要メモリ量はN
Bチャネル全体を考えて数6となる。
このLタップ数を処理するのだから数7となる。
Bとすればメモリ量に利得無く、処理性能に関して1/
Mの利得が発生することがわかる。
来例として特開平4−123606号公報が知られてい
る。この公報中には、以前の公知例として上式の数6、
数7におけるM=NBの場合の技術が説明されている。
N帯域分割してM=NB間引きした場合、エコーキャン
セラーは本質的に大きな欠点を持つ。それは帯域分割の
フィルタを理想フィルタに設計できないので、帯域端ス
カート部隣接チャネル間で相互に発生する折り返しひず
みがさけられず、この折り返しひずみ成分が適応ディジ
タルフィルタ(ADF)の収束を乱し、残留エコーレベ
ル性能を低下させるというものである。
された発明においては、オーバーサンプリング複素信号
処理方式が提案された。即ちM=NB/2としてオーバ
ーサンプリングすることにより上記折り返しひずみをさ
ける。そして帯域分割した信号を複素信号のまま、複素
ADFを介してエコーキャンセルするというものであ
る。
ば、長大なタップ数のトランスバーサルフィルタを複素
帯域分割信号処理および複素ADFによって実現する道
が開かれた。ところがこの様な信号処理を実現するのは
一般にディジタル信号処理プロセッサ(DSP)にて行
なわれるが、集積化技術の発展した現時点においてでさ
えDSPにとって複素信号演算は不得手であると言わざ
るを得ない。例えば2個の複素数乗算は、j=√(-1)と
して(a+jb)*(c+jd)=(a*c−b*d)
+j(a*d+b*c)のように実数の乗算4回、実数
の加算2回を含む。DSPでは、この様な複素乗算を1
インストラクション(1サイクル)処理は出来ず上記実
数の演算をくり返さなくてはならない。当然メモリも実
数部、虚数部を有し、適当にアドレッシングしながら読
み/書きをしなければならないのでそのオーバーヘッド
は相当なものとなる。
ズムは実変数をすべて複素変数に拡張した次の数8、数
9、数10式であらわされる。
する。これは複素数の積和をタップ数L回行なうもので
ある。変数が実数であれば、ふたつのメモリ領域を同時
アクセスして乗算し、その結果をアキュームレータに加
えるという操作を現在のDSPはパイプライン処理によ
り1サイクルでこなすことができる。しかるに変数が複
素数である場合、上記したように積だけでも4回の乗算
2回の加算に展開されることから1回の積和あたり効率
は1/6以下となる。実際は効率的なパイプライン処理
が不可能となることから、これにより一層効率低下す
る。数10の係数アップデートにおいても事情は全く同
様である。
行させることは、きわめて負荷が大きくつらい事がわか
った。実数ADF演算に比較して、おそらく1桁近く負
荷が重いと考えられる(DSPアーキラクチャに依
る)。
実数ADFにてエコーキャンセラー群を実現し、ひいて
はDSPを用いて効率的・経済的なエコーキャンセラー
を実現しようとするものである。
に構成した実数演算処理の適応ディジタルフィルタ(A
DF)群を用いたサブバンド型エコーキャンセラーによ
って達成される。
する回線からの受信入力信号をN個(N=4m,m=
1,2,3……)の帯域信号に分割する第一のアナライ
ザと、マイクからの送信入力信号をやはりN個の帯域信
号に分割する第二のアナライザと、該第一,第二のアナ
ライザの出力をそれぞれ帯域分割受信入力信号,帯域分
割送信入力信号として各帯域毎にエコー消去動作を行う
N個の適応ディジタルフィルタ群と、該適応ディジタル
フィルタ群の出力をうけてN個の帯域信号を帯域合成し
て回線への送信出力信号とするシンセサイザとより成
り、上記第一,第二のアナライザは、帯域[0,2π]
をN分割する複素帯域通過フィルタ群数11であって、
該フィルタ群はM:1(M=N/4)の比率で間引演算
を行ない、かつ、該フィルタ群の出力に対して複素周波
数シフト演算子数12を乗じた後実数部だけを取り出し
てアナライザ出力とするものであり、上記シンセサイザ
は、合成すべきN個の信号として実信号が与えられ、上
記複素周波数シフト演算子に対して逆の演算子数13を
乗じた後上記と同様な複素帯域通過フィルタ群数11に
よって1:M(M=N/4)の比率の補間演算を行な
い、かつ、全帯域加算合成したものをシンセサイザ出力
とするものであり、上記適応ディジタルフィルタ群は、
実数の受信入力信号、実数の送信入力信号をうけて実変
数の適応アルゴリズムによってエコー消去動作を行うエ
コーキャンセラー群であることを特徴とする。
て説明する。
域を複数に分割し、かつオーバーサンプルを基本とする
のは従来と同様である。信号帯域[0,2π]をN分割
するものとし、数14とおく。
を得る。
通過域として設計したプロトタイプのフィルタである。
このフィルタ群によって分波されたN個のサブバンド信
号数15を図3で黒く塗りつぶした台形で示した。
となっている。また、ディジタルフィルタを理想的に設
計できないので各帯域端スカート部では帯域内に振幅
歪、帯域外にスペクトルのもれこみが発生している。こ
の状態で、標本化レートを下げるためM:1の比率で間
引を行う。間引の数学的原理は数16によって与えられ
る。
シフトしたコピースペクトルがすべて重なり合う。
プが発生し、いわゆる折り返し歪みが発生することがた
だちにわかる。M=N/2とすれば周波数スロット2個
毎のくり返しとなることから折り返し歪みはさけられ
る。しかし信号はまだ複素数のままである。
力を得たいため反転折り返しに備えて更にオーバーサン
プルしてM=N/4とする。複素信号の虚数部を捨て、
実数部のみをとるとスペクトラムは直流原点を対称に折
り返し重なり数18となるものと考えられる。
ムであり当然yν(−W)=yν(W)である。図3を
見るとM=N/4で間引かれた複素スペクトル数16は
周波数スロット4個毎にコピースペクトルが発生する。
従って直流原点からみて奇数のスロット位置にあるスペ
クトル(ν=1,3…チャネル)は原点対称におりかえ
されても“重なり”が発生せず偶数のスロット位置にあ
るスペクトル(ν=0,2,…チャネル)は原点対称折
り返しにより“重なり”が発生する。“重なり”が発生
するとADFは収束動作しない。そこで少なくともνが
偶数であるチャネルに関しては複素変調によりどこか奇
数スロット位置に周波数シフトして後、実数部だけを取
り出すこととする。隣のスロット位置に移動するのが簡
便であり、数19を複素乗算する。nはM間引に対応し
た時間指標である。
ペクトルを図3の奇数チャネル位置に示す。偶数チャネ
ル対応も同様になる。周波数スペクトラムは全体として
原点対称であって、折り返し歪みのないスペクトルであ
る。この様にして得られた実信号群を受信入力、送信入
力として適応ディジタルフィルタADF群を動作させ
る。動作レートは原信号標本化化レートfoに対し数2
0である。
学習同定法を用いる。ADF群の出力を帯域合成する原
理は、次の様になる。まずν=0,2,…対応チャネル
のスペクトルをもともとあった位置に戻す。数21を乗
算する。
と同じ複素BPF群数11を通してアップサンプル補間
演算ならびに帯域加算数22を行えばよい。
部取出しによって信号振幅が1/M,1/2に減衰して
いるのでこれらの利得補正をしてやることは言うまでも
ない。
1は本発明の一実施例帯域分割エコーキャンセラーの全
体構成を示すものである。対向者からの音声信号は受信
伝送路経由受信入力端子10に与えられる。受信音声信
号は受信出力端子20からスピーカ出力されるとともに
受信用アナライザ100−1にて複数個の帯域に帯域分
割され帯域分割受信入力信号となる。
されエコー成分としてマイクロフォン経由送信入力端子
30に現われる。この送信入力信号は送信用アナライザ
100−2によって、先の受信用アナライザと全く同様
に帯域分割され、複数個の帯域分割送信入力信号とな
る。
力信号はそれぞれ対応する複数個の適応ディジタルフィ
ルタ群ADFiに入力される。ADFiはそれぞれ独立
にエコーキャンセル動作を果たし、帯域分割送信出力信
号を出力する。これら複数個の帯域分割送信信号をシン
セサイザ200が帯域合成し送信出力信号として送信出
力端子40に送出する。上記のような動作でエコー信号
はキャンセルされる。
端子30から、帯域分割・合成過程を1度だけ経由して
送信出力端子40に送出されるものである。
る。まず(イ)は帯域分割の基本となるプロトタイプL
PF H(Z)の特性てあり、[−π/N,π/N]を
通過域としている。これを数23にてシフトしたBPF
数11の特性が黒塗りの台形で示されている。
クトルそのものと思ってもよい。ところでこれらN個の
スペクトル群のうちν=iとν=N−i(i=1,2,
…N/2−1)に対応するスペクトル同士は複素共役の
関係にある。複素共役信号は一方が知れれば他方は再生
出来るので、処理対象として一方を削除する。またν=
0とν=N/2に対応するスペクトル(これらは実数信
号)は伝送帯域端(直流付近および標本化周波数の半分
付近)に位置し実用上伝送する必要が無いのでやはり処
理対象から外す。従って図1の実施例ではν=1〜N/
2−1チャネルにつきエコーキャンセル処理を行うよう
にしている。(もちろん必要とされる伝送帯域に応じて
更にチャネル削減を行ってもよい。)
行ない、処理レートを低下させる。そして出力信号の実
数化にそなえてνが偶数であるスロット位置を奇数の位
置まで複素変調し、実数化を行う。実数化されたスペク
トルが(ハ)等に示されている。この図によるとスペク
トル間のギャップは充分に広く、そのオーバーラップは
全く無い様に描かれている。このことは、実際に設計さ
れるプロトタイプLPFの帯域外減衰量が有限であり、
かつ通過帯域から離れる程減衰量も増加するようになる
という現実の性質にマッチして好ましい事である。
イザの構成を図2に示す。アナライザは、データシフト
メモリ110、M:1ダウンサンプル回路120、ポリ
フェーズ分解サブフィルタ群130、N点DFT14
0、複素変調回路150より成り、シンセサイザは、デ
ータ加算メモリ210、1:Mアップサンプル回路22
0、ポリフェーズ分解サブフィルタ群230、N点DF
T240、複素変調回路250より成り、この図2にお
ける帯域分割・合成の回路は良く知られたポリフェーズ
構成である。所望の規格を満足するプロトタイプLPF
H(Z)(当然FIR型とする)があるとする。H
(Z)のタップ係数をNタップ毎にグルーピングにして
サブフィルタ群130の数24に分解出来る。即ち数2
5の
25のZを数26とおきかえればよい。
ル数28とサブフィルタベクトル数29との内積で与え
られる。
して書き下すとサブフィルタ伝達関数の離散的フーリエ
変換(DFT)形式の数30が得られる。
に並列展開し、その出力をDFTして一括BPF出力を
得ることができる。図2のアナライザでは、ダウンサン
プル回路120でM=N/4の間引処理を許される範囲
内で左端まで移動し、演算量の削減を行なっている。更
に前に説明したようにν=0,N/2〜N−1等のチャ
ネル出力を捨て、複素変調回路150でν=2,4,…
等の偶数チャネルに対しては奇数スロット位置に変調シ
フトした後、実数部のみを取り出しアナライザ出力とし
ている。N点DFT140はFFTを用いてもよいし、
必要となるチャネルのみ直接DFTしてもよい。
おりである。まず複素変調回路250で偶数チャネル対
応は前と逆方向の変調シフトを行ない、元のスペクトル
位置にもどし補間雑音除去用のBPF群230に入力す
る。“0”挿入をしてアップサンプル回路220でM倍
にアップサンプルした信号群を数31、その補間雑音除
去用BPF群を数32とする。(数32はアナライザ側
のそれと同じ特性でよい)。
る合成出力Y(Z)は数33が得られる。
号をサブフィルタ群数34に通して遅延数35させなが
ら加算すればよいことを示している。
“0”入力信号はDFTしても0出力であり、FIR形
式のサブフィルタ数36においても同様な事情によっ
て、実はDFTおよびサブフィルタ演算は間引かれたレ
ートで行なえばよく、M倍のアップサンプルはシンセサ
イザ右端まで移動することができる。
除された信号チャネルには“0”信号を入力しておく。
これに対応した利得補正2倍が更に必要である。従って
アナライザ側では総合利得補正(2*2*M)倍が回路
中に含まれる。また合成される最終出力は、そのスペク
トラムが正負対称である実数信号であるから虚数部は演
算する必要がなく、サブフィルタ部数37は実タップ係
数フィルタであるからDFT出力の実部のみ取り出し、
それ以降実数部のみ演算してやればよい。つまり複素演
算は複素変調部、DFT部のみに限られる。
号は実数であるから適応フィルタ群300(図1)は実
数アルゴリズムのADFを用いることができる。例えば
式数8〜数10を全て実変数とした学習同定法が適用で
きる。実変数の学習同定法は積和演算を1サイクルで実
行でるディジタルシグナルプロセッサ(DSP)にて効
率良く処理できる。
す。fo=16KHz,信号帯域7KHz,Techo
=250msのエコーキャンセラーをN=32分割して
構成したものである。まず帯域分割・合成の伝送周波数
特性を図4に示す。これはアナライザ〜シンセサイザの
伝送を正弦波信号で評価したものである。帯域内リップ
ルは±0.03db以下であり、申し分ない。
シャル・リセットの状態から残留信号がどの様に減衰し
てゆくかをシミュレーションしたものが図5である。試
験信号はガウス分布白色雑音、4秒の後、エコー抑圧量
は41dbに到達したことを示している。このADFの
収束状況によって、折り返し雑音の無い帯域分割間引法
が実証されたと言える。
(Z)の帯域外減衰量を更に増加するように設計すれば
エコー抑圧量41dbの更なる向上が可能である。
提案である複素演算型ADFを使用するメモリ量、演算
量との観点から比較してみると表1のとおりである。
ある。 2.ADFに要するメモリ量も同様である。 3.演算量は、実タップあたりの所要サイクル数αの4
倍と、複素タップあたりの所要サイクル数βとの比較で
決まる。
評価すると、現在のDSPではα=1、従って4α=4
である。一方複素たたみこみでは乗算と実数部/虚数部
の和を考えてβ=4+2+2=8,4α:β=4:8と
なる。DSPのアーキラクチャに依存することである
が、実際にはメモリのアドレスコントロール等を考える
とこの差は更に大となる可能性があり、実数でADF処
理できることのメリットは大きい。この結果やや定性的
に要約すると、実数型ADFでは複素数型ADFに比較
して間引率が1/2ゆるい。演算量は、標本化速度の2
乗で効くため、本質的に4倍の演算量を必要とする。と
ころが、複素演算型の方は複素演算1オペレーションが
実は実数オペレーションの4倍以上を要す、ということ
に由来するのであろう。
o=16KHzの音響エコーキャンセラーを直接構成す
る場合と本発明によって構成する場合を比較する。直接
構成では、α=4として、数5によりA0=256MI
PS本発明では、N=64(NB=32)とすれば、数3
8によりA2=32MIPS
を用いるとすると、直接構成では8個必要とするが、本
発明によれば、帯域分割・合成演算に1個、ADF群に
1個必要として合計2個で実現できる。
長大なタップを必要とするエコーキャンセラーの実現に
おいて実数演算処理を行なうADFを使えるように帯域
分割合成でき、これを用いて効率良く音響エコーキャン
セラーを実現することができる。また、少ないDSPを
用いて音響エコーキャンセラーが効率的,経済的に実現
でき、実用価値が大きい。
ラーの全体構成図である。
ラーの帯域分割アナライザ及び帯域合成シンセサイザの
詳細構成図である。
ラーのアナライザ・シンセサイザの動作原理を説明する
スペクトラム図である。
ラーのアナライザ・シンセサイザ部の伝送周波数特性図
である。
ラーのエコー消去特性を示す一例図である。
…帯域合成シンセサイザ、300…適応ディジタルフィ
ルタ群、110…データシフトメモリ、210…データ
加算シフトメモリ、120…M:1ダウンサンプル回
路、220…1:Mアップサンプル回路、130,23
0…ポリフェーズ分解サブフィルタ群、140,240
…N点DFT回路、150,250…複素変調回路。
Claims (1)
- 【請求項1】 スピーカーへの受信出力信号とする回線
からの受信入力信号をN個(N=4m,m=1,2,3
……)の帯域信号に分割する第一のアナライザと、マイ
クからの送信入力信号を同一のN個の帯域信号に分割す
る第二のアナライザと、該第一,第二のアナライザの出
力をそれぞれ帯域分割受信入力信号,帯域分割送信入力
信号として各帯域毎にエコー消去動作を行うN個の適応
ディジタルフィルタ群と、該適応ディジタルフィルタ群
の出力をうけてN個の帯域信号を帯域合成して回線への
送信出力信号とするシンセサイザとより成り、上記第
一,第二のアナライザは、帯域[0,2π]をN分割す
る複素帯域通過フィルタ群数1であって、該フィルタ群
はM:1(M=N/4)の比率で間引演算を行ない、か
つ、該フィルタ群の出力に対して複素周波数シフト演算
子数2を乗じた後実数部だけを取り出してアナライザ出
力とするものであり、上記シンセサイザは、合成すべき
N個の信号として実信号が与えられ、上記複素周波数シ
フト演算子に対して逆の演算子数3を乗じた後上記と同
様な複素帯域通過フィルタ群数1によって1:M(M=
N/4)の比率の補間演算を行ない、かつ、全帯域加算
合成したものをシンセサイザ出力とするものであり、上
記適応ディジタルフィルタ群は、実数の受信入力信号、
実数の送信入力信号をうけて実変数の適応アルゴリズム
によってエコー消去動作を行うエコーキャンセラー群で
あることを特徴とする帯域分割型エコーキャンセラー。 【数1】 【数2】 【数3】
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP11312395A JP3391144B2 (ja) | 1995-05-11 | 1995-05-11 | 帯域分割型エコーキャンセラー |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JPH08307323A true JPH08307323A (ja) | 1996-11-22 |
JP3391144B2 JP3391144B2 (ja) | 2003-03-31 |
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ID=14604114
Family Applications (1)
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JP11312395A Expired - Fee Related JP3391144B2 (ja) | 1995-05-11 | 1995-05-11 | 帯域分割型エコーキャンセラー |
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Country | Link |
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-
1995
- 1995-05-11 JP JP11312395A patent/JP3391144B2/ja not_active Expired - Fee Related
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