JPH09148965A - 音響用エコーキャンセラ - Google Patents

音響用エコーキャンセラ

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JPH09148965A
JPH09148965A JP30404795A JP30404795A JPH09148965A JP H09148965 A JPH09148965 A JP H09148965A JP 30404795 A JP30404795 A JP 30404795A JP 30404795 A JP30404795 A JP 30404795A JP H09148965 A JPH09148965 A JP H09148965A
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JP
Japan
Prior art keywords
signal
adaptive
echo canceller
acoustic echo
adaptive filter
Prior art date
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JP30404795A
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English (en)
Inventor
Shigeru Ono
茂 小野
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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  • Filters That Use Time-Delay Elements (AREA)
  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 周囲雑音が存在する環境下でも高い適応能力
を持つと共に瞬時的な判断で平均的に最適なフィルタ係
数を持つ音響用エコーキャンセラを提供する。 【解決手段】 本発明に係る音響用エコーキャンセラ
は、第1及び第2の適応フィルタ100及び200によ
り受話スピーカから送話マイクロホンに漏れる受話信号
x(n)のエコーを送話信号y(n)から除去する。第
1及び第2の適応フィルタ100及び200は、受話信
号x(n)並びに送話信号y(n)と各自適応フィルタ
の出力信号d1 (n),d2 (n)との誤差信号e
1 (n),e2 (n)を用いてそれぞれに異なるステッ
プサイズμ1 及びμ2 でフィルタ係数h1(n),h2
(n)を更新する。選択部300はスイッチ310によ
って、送話信号y(n)の当該サンプルに適用すべき適
応フィルタを誤差信号に応じて選択する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、音響用エコーキャ
ンセラに関し、特にハンズフリー携帯電話器で生ずる音
響エコーを抑圧する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】適応フィルタを用いたエコーキャンセラ
の適応アルゴリズムとしては、LMS(Least Mean Squ
are )アルゴリズムやNormalizedLMSアルゴリズムが
代表的である(例えば、文献1:1985年、バーナー
ド ウィドロウ及びサミュエルディー. スターンズ共
著、プレティス−ホール刊の「アダプティブ・シグナル
・プロセッシング(“Adaptive Signal Processing”by
Bernard Widrow andSamuel D. Stearns ,Pretice-Hal
l, inc. 1985 )を参照)。
【0003】例えば、LMSアルゴリズムでは、フィル
タの次数をkとし、第nサンプル目のフィルタ係数h
(n)が下記の数式1で表された場合、
【0004】
【数1】 次の数式2〜数式4の組み合わせで第nサンプル目のフ
ィルタ係数h(n)を適応させていく。
【0005】
【数2】
【0006】
【数3】
【0007】
【数4】 ここで、d(n)は適応フィルタの出力信号、x(n)
は受話信号、y(n)は送話信号、e(n)は誤差信
号、μはステップサイズである。
【0008】これらのアルゴリズムの収束速度或いは環
境への適応速度は、ステップサイズμ並びに受話信号x
(n)の特性に依存して決まる。これらのアルゴリズム
をハンズフリー携帯電話用エコーキャンセラへ適用した
場合、音響経路特性が時間的に大きく変わること、送話
信号y(n)に周囲雑音が付加され、雑音自身が変動す
ることなどから、音響環境並びに周辺雑音環境の変化へ
の追随性能の向上が課題であり、ステップサイズμの制
御方法を工夫する必要がある。
【0009】例えば、クラクションなどの突発性の雑音
或いは車の走行音、エンジン音などの周期性のある雑音
が受信音声の音響エコーに混在した場合に、LMSアル
ゴリムやNormalizedLMSアルゴリズムなどを適用する
と、適応アルゴリズムが周囲雑音の変動に追随してしま
い、目的とする音響エコーパスの変動に適応できないと
いう問題がある。
【0010】これに対する対策としては、周囲雑音のレ
ベルを観測し、そのレベルが大きいときは適応フィルタ
の更新を止める、或いは更新アルゴリスムで用いられる
ステップサイズを制御して適応速度を遅らせる方策が取
られている(例えば、文献2:特開平4−81133号
公報『エコーキャンセラ』、文献3:特開平7−202
765号公報『適応フィルタによる同定の方法及び装
置』参照)。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの従来
方式では、周囲雑音があるときにエコーキャンセラの適
応を弱めるため、周囲雑音がなくなったときの音響エコ
ーに対する適応が遅くなり、エコー感が残ると言う問題
点がある。特に、ある程度の大きさの周囲雑音が周期的
で恒常的に存在する場合は、周期的な雑音が入る度にフ
ィルタの適応を止める或いは弱めることになるため、エ
コー経路の変動への適応能力が落ち、結果としてエコー
抑圧特性が極端に劣化すると言う問題点がある。更に、
これはLMSアルゴリズムやNormalizedLMSアルゴリ
ズムなどに一般的に言えることであるが、これらの適応
アルゴリズムの収束性は集合平均として議論できること
であり、現在の適応化の計算が最適な形で収束に向かっ
ているかどうかを瞬間的に判断することはできない。従
って、瞬時、例えばサンプル毎に決定されたステップサ
イズが平均的に見て最適であるかどうかを決定するに
は、本来は、しばらく適応アルゴリズムを動作させる必
要がある。しかしながら、それでは処理遅延が生ずると
言う問題がある。
【0012】したがって、本発明の目的は、周囲雑音が
存在する環境下でも高い適応能力を持つ音響用エコーキ
ャンセラを提供することにある。
【0013】本発明の他の目的は、瞬間的な判断で平均
的に最適なフィルタ係数を持つ音響用エコーキャンセラ
を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明による音響用エコ
ーキャンセラは、複数の適応フィルタにより受話スピー
カから送話マイクロホンに漏れる受話信号のエコーを送
話信号から除去するための音響用エコーキャンセラであ
って、複数の適応フィルタは、受話信号並びに送話信号
と各自適応フィルタの出力信号との誤差信号を用いてそ
れぞれに異なるステップサイズでフィルタ係数を更新す
る手段を備え、送話信号の当該サンプルに適用すべき適
応フィルタを誤差信号に応じて選択する手段を有するこ
とを特徴とする。
【0015】上記音響用エコーキャンセラにおいて、受
話信号と送話信号に応じて、複数の適応フィルタの更新
速度を制御する手段を含んでも良い。さらに、複数の適
応フィルタ毎のフィルタ係数を受話信号と送話信号と誤
差信号とをもとに強制的に一致させる手段を含んでも良
い。
【0016】
【作用】本発明の音響用エコーキャンセラは、ステップ
サイズ並びに係数更新アルゴリズムの異なる適応フィル
タを複数持ち、その中から当該サンプル或いは当該区間
に内在する音響エコーを最も良く抑圧する適応フィルタ
を選択することで、種々の環境に対して高速に適応で
き、エコー抑圧能力の低減を抑えることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して詳細に説明する。尚、ここでの実施形態
においては、適応フィルタの個数を2としたものを記載
するが、適応フィルタの数がそれ以外でも同様な構成が
取れるのは勿論である。
【0018】図1は本発明の第1の実施形態による音響
用エコーキャンセラのブロック図である。図示の音響用
エコーキャンセラは、入力端子10,21と出力端子1
1,20とを持つ。音響用エコーキャンセラは、エコー
抑圧用減算器50と、第1の適応フィルタ100と、第
1の減算器110と、第1の誤差計算部120と、第2
の適応フィルタ200と、第2の減算器210と、第2
の誤差計算部220と、選択部300と、スイッチ31
0とを有する。
【0019】入力端子10は受話信号x(n)を入力す
る端子である。この受話信号x(n)は第1の適応フィ
ルタ100と第2の適応フィルタ200とに供給される
と共に、出力端子11よりスピーカ(図示せず)を介し
て外部に出力される。
【0020】入力端子21は、マイクロホン(図示せ
ず)からの送話信号y(n)を供給する端子である。こ
の送話信号y(n)には、出力端子11から出力される
受話信号x(n)のエコー、端末使用者の送話音声、並
びに周辺雑音が混在している。入力端子21より入力さ
れる送話信号y(n)は、第1の適応フィルタ100と
第2の適応フィルタ200と、エコー抑圧用減算器50
とに供給される。
【0021】第1の適応フィルタ100は、受話信号x
(n)と送話信号y(n)とを用いてフィルタ係数h1
(n)を求める。このときの適応アルゴリズムは、LM
Sアルゴリズムを用いた場合、下記の数式5〜数式7で
表される。
【0022】
【数5】
【0023】
【数6】
【0024】
【数7】 一方、第2の適応フィルタ200は、第1の適応フィル
タ100と同様に、受話信号x(n)と送話信号y
(n)とを用いてフィルタ係数h2 (n)を求め、その
適応アルゴリズムは、例えば下記の数式8〜数式10の
ようになる。
【0025】
【数8】
【0026】
【数9】
【0027】
【数10】 以上において、ステップサイズμ1 とμ2 は異なる値で
ある。また、誤差信号e1 (n)は第1の減算器110
の出力、誤差信号e2 (n)は第2の減算器210の出
力に相当する。
【0028】第1の減算器110の出力e1 (n)は第
1の誤差計算部120へ、第2の減算器210の出力e
2 (n)は第2の誤差計算部220へそれぞれ出力され
る。第1の誤差計算部120および第2の誤差計算部2
20は、それぞれ、下記の数式11および数式12を計
算する。
【0029】
【数11】
【0030】
【数12】 尚、上記数式11、数式12において、Lは1以上の整
数である。そして、第1及び第2の誤差計算部120及
び220は、計算結果を選択部300へ出力する。
【0031】選択部300では、第1の誤差計算部12
0の出力J1 と第2の誤差計算部220の出力J2 を比
較する。もし、第1の誤差計算部120の出力J1 が第
2の誤差計算部220の出力J2 よりも小さければ(J
1 <J2 )、選択部300はスイッチ310を第1の適
応フィルタ100の出力d1 (n)に継る端子30へ倒
すように制御する。もし、第2の誤差計算部220の出
力J2 が第1の誤差計算部120の出力J1 よりも小さ
ければ(J2 <J1 )、選択部300はスイッチ310
を第2の適応フィルタ200の出力d2 (n)に継る端
子31へ倒すように制御する。エコー抑圧用減算器50
は、入力端子21から供給される送話信号y(n)から
スイッチ310で継れた適応フィルタの出力を除き、減
算結果e(n)を出力端子20から出力する。
【0032】図2を参照して、本発明の第2の実施形態
による音響用エコーキャンセラについて説明する。第2
の実施形態による音響用エコーキャンセラでは、図1に
示したものに加えて、入力端子10から供給される受話
信号x(n)の特性を分析する受話信号分析部400
と、入力端子21から供給される送話信号y(n)並び
にエコー抑圧用減算器50の出力信号e(n)の特性を
分析する送話信号分析部410と備えている。本実施形
態における第1の適応フィルタ130及び第2の適応フ
ィルタ230は、受話信号分析部400の結果と送話信
号分析部410の結果に応じて適応アルゴリズムを可変
にする。
【0033】受話信号分析部400では、例えば、受話
信号x(n)の短区間電力Px (n)を下記の数式13
に従って計算する。
【0034】
【数13】 そして、受話信号分析部400は、計算結果を第1の適
応フィルタ130及び第2の適応フィルタ230へ送出
する。
【0035】送話信号分析部410では、例えば、送話
信号y(n)の短区間電力Py (n)やエコー抑圧用減
算器50の出力信号e(n)の短区間電力Pe (n)、
並びに第nサンプル目までの送話信号から求めたPAR
COR係数kn (i)(i=1,…,I)を使った値G
y (n)を、それぞれ、下記の数式14〜数式16に従
って計算する。
【0036】
【数14】
【0037】
【数15】
【0038】
【数16】 そして、送話信号分析部410は、それらの計算結果を
第1の適応フィルタ130及び第2の適応フィルタ23
0へ送出する。
【0039】第1の適応フィルタ130及び第2の適応
フィルタ230では、例えば、下記の数式17及び数式
18で示される値R1 (n)及びR2 (n)を計算す
る。
【0040】
【数17】
【0041】
【数18】 そして、第1の適応フィルタ130及び第2の適応フィ
ルタ230は、それぞれ、下記の数式19〜数式21及
び数式22〜数式24で示す要領でステップサイズμ1
及びμ2 を用いて、上述したフィルタ係数の更新を行
う。
【0042】
【数19】
【0043】
【数20】
【0044】
【数21】 及び
【0045】
【数22】
【0046】
【数23】
【0047】
【数24】 ここで、TH1 及びTH2 は予め定められたしきい値、
μ1min,μ2minは予め定められたステップサイズであ
る。
【0048】図3を参照して、本発明の第3の実施形態
による音響用エコーキャンセラについて説明する。第3
の実施形態による音響用エコーキャンセラでは、図1に
示したものに加えて、選択部330がスイッチ500を
制御することが異なる。選択部330では、例えば、下
記の数式25が成立し、且つ数式26を満足した場合
に、選択部330で選択される適応フィルタのフィルタ
係数を他方にコピーするように働く。
【0049】
【数25】
【0050】
【数26】 ここで、TH3 ,TH4 ,TH5 の各々は予め定められ
たしきい値である。
【0051】尚、第3の実施形態における選択部330
とスイッチ500の組み合わせは、図2に示した第2の
実施形態にも同様に適用される。
【0052】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、ステ
ップサイズの制御方法が異なる複数の適応フィルタを備
え、その各段階で最も適応化が進んだ適応フィルタを用
いてエコーを除去している。このため、従来のようにス
テップサイズの制御方法が一つのものに比べて、適応能
力が高いという利点がある。このような特徴は、周囲雑
音がある場合でも保たれる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態による音響用エコーキ
ャンセラを示すブロック図である。
【図2】本発明の第2の実施形態による音響用エコーキ
ャンセラを示すブロック図である。
【図3】本発明の第3の実施形態による音響用エコーキ
ャンセラを示すブロック図である。
【符号の説明】
10,21 入力端子 11,20 出力端子 50 エコー抑圧用減算器 100 第1の適応フィルタ 110 第1の減算器 120 第1の誤差計算部 130 第1の適応フィルタ 200 第2の適応フィルタ 210 第2の減算器 220 第1の誤差計算部 230 第2の適応フィルタ 300 選択部 310 スイッチ 330 選択部 400 受話信号分析部 410 送話信号分析部 500 スイッチ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の適応フィルタにより受話スピーカ
    から送話マイクロホンに漏れる受話信号のエコーを送話
    信号から除去するための音響用エコーキャンセラであっ
    て、 前記複数の適応フィルタは、前記受話信号並びに前記送
    話信号と各自適応フィルタの出力信号との誤差信号を用
    いてそれぞれに異なるステップサイズでフィルタ係数を
    更新する手段を備え、 送話信号の当該サンプルに適用すべき適応フィルタを前
    記誤差信号に応じて選択する手段を有することを特徴と
    する音響用エコーキャンセラ。
  2. 【請求項2】 前記受話信号と前記送話信号に応じて、
    前記複数の適応フィルタの更新速度を制御する手段を含
    む、請求項1に記載の音響用エコーキャンセラ。
  3. 【請求項3】 前記複数の適応フィルタ毎のフィルタ係
    数を、前記受話信号と前記送話信号と前記誤差信号とを
    もとに強制的に一致させる手段を含む、請求項1又は請
    求項2に記載の音響用エコーキャンセラ。
JP30404795A 1995-11-22 1995-11-22 音響用エコーキャンセラ Pending JPH09148965A (ja)

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