JPH11502324A - 適応雑音除去装置、雑音減少システム及び送受信機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 一次信号入力及び基準入力における相関された雑音を除去するためフィードバックループの中で適応雑音フィルタ及び適応クロストークフィルタを使用するいわゆるクロスカップルド適応雑音除去装置が知られている。既知のクロスカップルドＡＮＣは、特に音波雑音除去に対してはうまく作動しない。これは特に遠隔雑音源を有する典型的なオフィスの部屋では、反響のような音信号をもたらす。クロスカップルド適応雑音除去装置は、よりよい実行を引き起こすよう異なる形態を有することが提案されている。適応クロストークフィルタは、異なる入力信号を使用する、前フィルタセクションと、適応フィルタセクションとに分割される。前フィルタセクションは雑音除去装置の入力信号から所望の信号を推定し、適応フィルタセクションはその入力が雑音除去装置の出力に連結されており、雑音除去装置の入力と出力との間に遅延セクションが設けられている。実施例では、前フィルタセクションと、適応フィルタセクションとは別々のフィルタである。

Description

【発明の詳細な説明】 適応雑音除去装置、雑音減少システム及び送受信機 本発明は、雑音によって乱された信号用の一次信号入力と、少なくとも１つの 基準信号入力と、雑音が除去された信号用の信号出力と、その入力が第１の減算 器を通じて基準信号入力に結合され、その出力が第２の減算器の第１の入力に結 合された適応雑音フィルタとからなり、一次信号入力は第２の減算器の第２の入 力に結合されており、第２の減算器の出力は信号出力に結合されており、入力が 信号出力に結合され、出力が第１の減算器の第１の入力に結合され、基準信号入 力が第１の減算器の第２の入力に結合されている適応クロストークフィルタから なる、雑音によって乱された信号中の雑音を除去する適応雑音除去装置に関する 。 本発明は更に、雑音減少システム及び送受信機に関する。そのようなシステム は音波雑音除去システム、ハンドフリー式の通信システム、マルチメディアシス テム、パブリックアドレスシステム等であり得る。 この種類の適応雑音除去装置は、１９８６年東京におけるＩＥＥＥのＩＣＡＳ ＳＰの議事録９３乃至９６ページのG.Mirchandani 他による論説「Performance Characteristics of a Hardware Implementation of the Cross-talk Resistant Adaptive Noise Canceller」によって知られている。この中には、ディジタル 信号プロセッサによって実行されたフィードバックループの中で２つの適応フィ ルタを使用する適応雑音除去装置が記載されている。雑音フィルタは雑音によっ て乱された信号の中の雑音を除去する適応雑音推定器として作用し、クロストー クフィルタは、いわゆるクロストークを推定し、除去するよう配置されており、 複数のマイクロホンによっ て捕らえられた雑音は相関すると仮定されている。音声信号といった所望の信号 を含む１次信号である第１のサンプリングされた信号と、雑音信号は、雑音を除 去するよう１次信号から推定された雑音信号を減算する減算器に供給される。雑 音信号と、クロストークにより音声信号の部分とを含む基準信号である第２のサ ンプリングされた信号は、クロストーク信号を除去するよう基準信号から推定さ れたクロストーク信号を減算する減算器に供給される。クロストーク減算器の出 力は、雑音推定器の入力に供給される。このクロストーク除去のため、雑音推定 器は原理的には雑音を推定するだけである。雑音推定器の入力信号がクロストー クを含めば、これは所望の信号がそれ自身によって部分的に除去されることにな り、従って雑音除去装置の性能の実質的な減少となる。クロストークが完全に除 去されていなければ、雑音推定器の中の残留音声信号は反響のような効果、又は より一般的には音声歪みを引き起こす。この反響のような効果は、雑音フィルタ が適用される時間が長いほどより強くなる。オフィスの部屋では、典型的な雑音 推定器は２０４８個のサンプルを８ｋＨｚ、即ち０．２５秒ウィンドウで使用す る。説明された適応雑音除去器はクロストークによる歪みを完全には除去せず、 更にこの問題は１つ以上の基準マイクロホン及び多基準入力の適応雑音除去器を 適用したとき、より強くなることが知られている。多基準入力の適応雑音除去器 では、より多くの自由、即ちフィルタ及び信号が存在する。特に、比較的少ない 雑音源では、これは所望の信号そのものよりも更に完全な除去をもたらす。クロ ストーク推定器のない従来の適応雑音除去器は、Mirchandani による該論説で説 明されている除去器よりも更に悪い。そのような従来の適応雑音除去器では、遅 延セクションは除去器のフィードフォワード路の中に置かれる。これは理論的に 最適な解法をもたらす実現可能でない原因とならないフィルタを近似させるため である。Mirchandani による該論説の中の２つのフィルタ構造の選択されたフィ ードバックの ため、しかしながらこの２つのフィルタ構造の中にはそのようなフィードフォワ ード遅延は導入されない。これは雑音除去の性能を減少させる。遠隔雑音源では 、これは全く雑音除去されないことにさえなる。内部雑音除去では、既知のフィ ードバックの２つのフィルタセクションのフィードバックループは正確に作動せ ず、それによりクロストークが存在するとき、再生された音声はなお反響のよう な成分を含む。 本発明は、特により多くの遠隔雑音源を有するシステムにおいて、良いクロス トーク推定及び良い雑音推定を有する適応雑音除去装置を提供することを目的と する。 これにより、本発明による適応雑音除去装置は、適応クロストークフィルタは 、一次信号を前フィルタリングする前フィルタセクションと、前フィルタセクシ ョンの係数を決定する適応フィルタセクションとからなり、前フィルタセクショ ンの入力は一次信号入力に結合されており、適応フィルタセクションの入力は信 号出力に結合されており、装置は第１の遅延セクションと、第２の遅延セクショ ンとを更に有し、第１の遅延セクションは一次信号入力及び第２の減算器の第２ の入力の間に結合されており、第２の遅延セクションは適応雑音フィルタの入力 及び適応クロストークフィルタの間に結合されていることを特徴とする。本発明 は、除去装置の信号出力及び１次信号入力における所望の信号成分は遅延セクシ ョンによって引き起こされた遅延においてのみ異なり、適応クロストークフィル タのフィルタリング及び適応操作は異なる入力信号を使用して実行されうるとい う見識に基づく。雑音によって乱された入力信号の前フィルタリングを含むフィ ルタリング操作は、遅延を除いては、除去装置の所望の入力及び出力信号成分は 同じであるために達成されうる。入力信号は適応フィルタセクションの入力とし ては使用され得ないため、除去装置の出力信号はこのために使用される。 選択された構造のため、遅延セクションはフィードフォワード路の中で使用され うる。前フィルタリング及び遅延のため、クロストークは少なくとも実質的に、 又は完全に除去される。前フィルタリングは雑音除去器の入力において雑音成分 に影響を与えるが、これは何の問題も起こさない。雑音除去器は、なおこの変化 された雑音を除去しうる。 本発明による適応雑音除去装置の第１の実施例では、第２の遅延セクションの 出力は適応フィルタセクションの入力に直接結合しており、適応フィルタセクシ ョンは前フィルタセクションへの決定された係数の無条件の転送のために配置さ れている。これにより、適応フィルタセクションの出力信号は計算される必要が なく、従って計算の努力はあまり必要とされない。 本発明による適応雑音除去装置の第２の実施例では、第２の遅延セクションの 出力は、第２の入力が適応フィルタセクションの出力に結合されている第３の減 算器の第１の入力に結合されており、第３の減算器の出力は適応フィルタセクシ ョンの入力に結合されており、適応フィルタセクションは前フィルタセクション への決定された係数の条件付きの転送用に配置されている。いわゆる前景／背景 形態であるこの実施例は、第１の実施例よりも大きい複雑性のためにいくらか多 くの計算の努力を必要とするが、第１の実施例がより大きな遅延値に対しては不 安的になりうるのに対して、この実施例は大きな遅延値に対してもまたよく作動 する。 本発明による適応雑音除去装置の実施例では、夫々の入力が夫々の基準信号入 力に結合された１つ以上の基準信号入力及び適応雑音フィルタと、夫々の入力が 適応雑音フィルタの夫々の出力に結合され、出力が信号出力に結合された加算器 と、請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載されるように夫々の基準信号のた めのクロストーク適応フィルタ構造を有する雑音除去装置とからなる。そのよう な多基準の入力形態は、より多くの遠隔雑音源を有する会議シス テムにおいて特に有用である。このとき、１つの実施例では空間的に交差した形 態の間隔が接近した指向性のマイクロホンの房が使用されえ、他の実施例では空 間的に線形の形態の間隔が接近した指向性のマイクロホンの房が使用されうる。 この他の実施例では、マイクロホンは指向性である必要はなく、マイクロホン信 号は請求項に記載されるようにプリプロセッシングされる。 相関していない雑音源が存在する、例えば自動車の中のハンドフリー式の電話 装置では、適応雑音除去装置は、ゼリンスキ（Ｚｅｌｉｎｓｋｉ）雑音減少配置 又はゼリンスキスペクトル減算雑音減少装置と、請求項１乃至４のうちいずれか １項記載の適応雑音除去装置との直列配置でありうる。ゼリンスキスペクトル減 算雑音減少装置は、相関されていない雑音成分を除去するために特に有用である 。 本発明による雑音減少システムの実施例では、適応雑音フィルタは実質的に適 応クロストークフィルタよりも大きい長さを有する。これにより、システムは会 議システムにおける間隔が接近したマイクロホンの房において使用されるよう適 合されており、マイクロホンに近いスピーカによって生成されたクロストーク成 分は、比較的短いフィルタを必要とする。そのようなシステムでは、有利に、１ 次信号用のマイクロホンはスピーカに向けられ、一方基準信号のためのマイクは 、スピーカから離れた場所で聴衆に対して方向付けられている。 以下、例を参照に、添付の図面を参照して本発明を説明し、図中、 図１は、本発明による適応雑音除去装置の第１の実施例を示すブロック図であ り、 図２は、本発明による適応雑音除去装置の第２の実施例を示すブロック図であ り、 図３は、本発明による適応雑音除去装置の第３の実施例を示すブロック図であ り、 図４は、領域適応雑音フィルタの背景周波数を示す図であり、 図５は、時間領域プログラム可能な雑音フィルタの前景周波数を示す図であり 、 図６は、本発明による適応雑音除去装置及びゼリンスキスペクトル減算雑音減 少装置の組合せの直列装置を示す図である。 図７は、本発明による雑音減少システムの実施例を示す図であり、 図８は、本発明による雑音減少システムの送受信機を示す図であり、 図９は、第１のマイクロホン配列形態を示す図であり、 図１０は、第２のマイクロホン配列形態を示す図である。 図中、同じ特徴に対しては同じ参照番号が使用される。 図１は、雑音によって乱された信号ｚｚ_oのための１次信号入力２と、アナロ グ基準信号ｚｚ_iのための基準信号入力３と、雑音が除去されたアナログ信号ｓ ｓ_oのための信号出力４とからなる本発明による適応雑音除去装置１の第１の実 施例のブロック図を示す。雑音除去装置１は、第１の減算器７を通じて入力６が 基準信号入力３に結合されており、出力８が第２の減算器１０の第１の入力９に 結合されている適応雑音フィルタ５からなる。１次信号入力２は第２の減算器１ ０の第２の入力１１に結合されている。第２の減算器１０の出力１２は、信号出 力４に結合されている。雑音除去装置１は更に、入力１４が信号出力４に結合さ れ、出力１５が第１の減算器７の第１の入力１６に結合されている適応クロスト ークフィルタ１３からなる。基準信号入力３は第１の減算器７の第２の入力１７ に結合されている。雑音によって乱された信号ｚｚ_oは、雑音によって乱された ディジタル信号ｚ_oを得るためアナログ・ディジタル変換器１８によってサンプ リングされ、アナログ基準信号ｚｚ_iはディジタルアナログ基準信号ｚ_iを得るた めアナログ・ディジタル変換器１９によってサンプリングされる。雑音が除去さ れたアナ ログ信号ｓｓ_oはディジタル・アナログ変換器２０によって雑音が消去されたデ ィジタル信号ｓ_oから獲得される。雑音によって乱された信号ｚｚ_oは、会議シス テムの音声信号、又は車等の電話信号でありえ、マイクロホン２１によって捕ら えられた（図示せず）雑音源の近く、又は遠隔からの雑音によって乱される。ア ナログ基準信号ｚｚ_iは、マイクロホン２２によって捕らえられた雑音源の近く 、又は遠隔からの雑音信号でありうる。入力２及び３における雑音は相関雑音及 び非相関雑音であり得る。適応雑音除去装置１は相関雑音を除去し、一方非相関 雑音は、以下に説明される他の手段によって除去される。特に自動車では、相関 雑音及び非相関雑音の両方が存在する。所与の実施例では、全てのフィルタリン グ及び他の操作はディジタル領域の中にあり、雑音除去装置は、ＲＡＭ及びＲＯ Ｍメモリのプロセッサを有し、適当にプログラムされたディジタル信号プロセッ サで実施される。以下においては、全ての信号はディジタルであると仮定され、 便宜上、信号を参照する際に「ディジタル」という表示は省かれる。本発明によ れば、適応クロストークフィルタ１３は１次信号ｚ_oを前フィルタリングする前 フィルタセクション２３と、前フィルタセクション２３の係数を決定する適応フ ィルタセクション２４とからなる。前フィルタセクションの入力２５は１次信号 入力２に結合され、入力２６は信号出力４に結合されている。適応雑音除去装置 １は更に、１次信号入力２及び第２の減算器１０の第２の入力１１の間に結合さ れた第１の遅延セクション２７と、適応雑音フィルタ５の入力６及び適応クロス トークフィルタ１３の間に結合された第２の遅延セクション２８とからなり、第 ２の遅延セクション２８の出力２９は適応フィルタセクション２４の入力３０に 直接結合されている。遅延セクション２７及び２８は、それらの入力信号をΔの サンプルで遅延するよう配置されている。適応雑音フィルタ５はその係数Ｗ_iに よって示され、前フィルタセクション２３はその係数Ｗ_s,iによって示され、適 応 フィルタセクション２４はその係数Ｗ_sb,iによって示される。図１には更に、前 フィルタ２３の出力１５における所望の信号推定ｙ_s,iと、適応フィルタセクシ ョン２４の出力３１における出力信号ｙ_sb,iと、適応雑音フィルタ５の夫々の入 力信号ｘ_i及び出力信号ｙとが示されている。第１の実施例では、適応フィルタ セクション２４は決定された係数の前フィルタセクション１３への無条件の転送 のために配置されている。これは、Ｗ_sb,iの誤り信号はＷ_s,iの係数を使用して 計算されるためである。第１の実施例では、計算の複雑性が減少されるよう出力 信号ｙ_sb,iは計算されない。時間領域では、信号は括弧の現在のサンプルｋによ って示されている。前フィルタセクション２３を使用していることにより、遅延 セクション２７及び２８はクロスカップルド適応雑音除去装置１の中に導入され うる。これにより、出力信号ｓ_o［ｋ］はΔのサンプルの遅延で得られる。遅延 された出力信号ｓ_o［ｋ］は、所望の信号推定ｙ_s,i［ｋ］を発生するために使用 される。遅延Δを使用して、雑音フィルタ５は、原因とならないインパルス応答 に近似しうる。起こりうるインパルス応答を考慮してクロストークフィルタ１３ に制約をかけないために、遅延Δはクロストークフィルタ１３によって近似され うるインパルス応答の範囲から減結合される。これはクロストークフィルタ１３ を夫々信号ｚ_o及びｓ_oである異なる入力信号で作動するセクション２３及び２４ に分割することによって実行される。これにより、所望の信号フィルタは適応前 フィルタとなり、適応は、ｓ_oと称され、静的な状態では既に雑音成分が除去さ れているためにきれいな信号である所望の信号の推定を使用して実行される。こ れにより所望の信号フィルタがクロストーク成分と共に雑音成分を除去すること が防がれている。 図２は、本発明による適応雑音除去装置１の第２の実施例のブロック図を示す 。第１の実施例に反して、第２の実施例では所望のフィルタの適応速度は遅延Δ に依存しない。これにより、第１の実 施例と対象をなして、第２の実施例はまたより大きなΔの値に対しても安定して いる。第２の実施例はこのように非静的な応答が起こる状態及び例えば音声雑音 除去といった長い雑音フィルタに対してより適している。所望のフィルタの適応 速度を遅延Δに依存させないために、第２の遅延セクション２８の出力２９は、 その第２の入力３４が適応フィルタセクション２４の出力３１に結合されている 第３の減算器３３の第１の入力３２に結合されている。第３の減算器３３の出力 ３５は、適応フィルタセクション２４の入力３０に結合されている。適応フィル タセクション２４は、決定された係数の前フィルタセクション２３への条件付き の転送のために配置されている。これにより、適応フィルタセクション２４及び 前フィルタ２３は、適応フィルタが背景フィルタであり、前フィルタが前景フィ ルタである、別々のフィルタになる。 図３は、本発明による適応雑音除去装置１の第３の実施例のブロック図を示す 。ここでは、単一基準入力について説明された第２の実施例による前フィルタリ ングされた適応雑音除去を有する多基準入力形態が示されている。そのような形 態は、所望の信号が音声信号である典型的なオフィスの部屋等における音声雑音 除去に対して特に有用である。信号指数ｉの代わりに、夫々の除去分岐における 信号は、ｎは整数であるとすると、指数１，２，．．．，ｎによって示されてい る。４つの間隔が接近したマイクロホンを有する実施例では、ｎ＝３である。様 々なブロックに対する分岐−１では、同じ参照番号が使用されるが、信号は参照 番号−１等で示される。参照番号−２では、参照番号−１に対して示されたのと 同様のブロック及び信号が示され、即ち信号ｘ_n，ｙ_s,2，ｙ_sb,2及びｚ₂と、マ イクロホン４０と、アナログ・ディジタル変換器４１と、前フィルタセクション ４３及び適応フィルタセクション４４を有する適応クロストークフィルタ４２と 、遅延セクション４５と、減算器４６と減算器４８と適応雑音フィルタ４９とで ある。参照番号−ｎ、 例えばｎ＝３に対しては、参照番号−１に対して示されたのと同様のブロック及 び信号が示され、即ち信号ｘ_n，ｙ_s,n，ｙ_sb,n及びｚ_nと、マイクロホン５０と 、アナログ・ディジタル変換器５１と、前フィルタセクション５３及び適応フィ ルタセクション５４を有する適応クロストークフィルタ５２と、遅延セクション ５５と、減算器５６と減算器５８と適応雑音フィルタ５９とである。夫々の出力 信号ｙ₁，ｙ₂，ｙ_nは信号ｙを形成するよう加算器６０によって加算される。遠 隔雑音源を有する典型的なオフィスの部屋における音声雑音除去といった適用で は、適応雑音フィルタ５，４９，５９は、反響時間が例えば６０ｄＢの衰退の反 響音声フィールドである、そのような部屋の反響時間の重要な部分である時間ウ ィンドウを包含することが要求されている。０．５秒の反響時間で、８ｋＨｚの サンプリングレートの部屋では、１０２４のタップを有する適応雑音フィルタは 約１５ｄＢの雑音除去を達成する。実施例では、適応雑音フィルタは上述の前景 −背景形状の中の周波数−領域適応フィルタとして実施されている。音波雑音除 去では、クロストークフィルタ１３，４２，５２ははるかに短い。これは、クロ ストーク成分が間隔が接近したマイクロホンから近い距離にあるスピーカによっ て発生されるためである。実施例では、クロストークフィルタ１３，４２，５２ は正規化されたＬＭＳ（最小平均２乗）適応フィルタとして実施される。 音声雑音除去のため、図４及び図５では、図３に示される実施例のフィルタが 示され、適応雑音フィルタ５，４９及び５９は、適応クロストークフィルタ１３ ，４２及び５２と同様、同じである。所与の実施例では、ｎ＝３である。３つの 雑音フィルタ５，４９及び５９は、適応雑音除去装置１の中の雑音を除去する長 いフィルタであり、図４に示されるように背景周波数領域フィルタ２００，２０ １及び２０２を有し、図５に示されるように前景時間領域フィルタ２２０，２２ １及び２２２を有し、フィルタ２００及び２２０は フィルタＷ₁を形成し、フィルタ２０１及び２２１はフィルタＷ₂を形成し、フィ ルタ２０２及び２２２はフィルタＷ₃を形成している。前景クロストークフィル タＷ_s,1，Ｗ_s,2，Ｗ_s,3は前景雑音フィルタと同様の構造を有するが、より短く 、詳細には図示されない。背景適応クロストークフィルタＷ_sb,1，Ｗ_sb,2，Ｗ_{sb ,3} は、前景クロストークフィルタを更新するため、ＬＭＳ更新公式の形で説明さ れている。ディジタル信号プロセッサはそのようなＬＭＳ公式を実施し、更新を 実施するために適当にプログラムされている。周波数領域係数は大文字で示され ており、時間領域係数は小文字で示されている。 図４は背景周波数領域適応雑音フィルタ２００，２０１及び２０２を示す。背 景フィルタは、Ｎ及びＬは整数であるとすると、Ｎタップの周波数−領域適応フ ィルタであり、夫々のフィルタはＬのサンプルのブロックに対して操作している 。実施例では、周波数領域適応フィルタの長さはＮ＝２０４８であり、ブロック の長さはＬ＝２０４８である。各Ｌのサンプルは一度、入力の最も最近のサンプ ルｘ₁「ｋ」，ｘ₂「ｋ」及びｘ₃「ｋ」が不連続なフーリエ変換ＦＦＴ₁，ＦＦＴ₂ 及びＦＦＴ₃によって周波数領域に変換される。周波数領域出力Ｙ_b「ｍ」は、 複素背景フィルタ係数Ｗ_b,1，Ｗ_b,2，Ｗ_b,3を使用し、ｌ及び指数ｍは整数であ り、ｉ＝１，２及び３であり、指数ｂが背景フィルタリングを示すとすると、 Ｙ_b[l][m]＝Σ_iＷ_b,i［ｌ］［ｍ］．Ｘ_i［ｌ］［ｍ］ （１） によって計算される。図４には、その出力が重みづけされたＦＦＴブロック２０ ３，２０４及び２０４が示されている。夫々の重みづけられた出力は夫々加算器 ２０６，２０７及び２０８によって加算される。出力レジスタ２０９は出力Ｙ_b ［ｍ］を含む。更に、係数レジスタ２１０，２１１及び２１２が示されている。 周波数領域出力Ｙ_b［ｌ］［ｍ］は、左の最初のＮのサンプルが捨てられた出力 信号ｙ_bf［ｋ］である加算器６０の出力におけるＬのサンプルを生成するよう、 不連続な逆フーリエ変換を使用して、時間領域に変換して戻される。残留信号ｒ_b 「ｋ」はディジタル信号プロセッサによって形成され、ｒ_b「ｋ」＝ｘ_o［ｋ− Δ］−ｙ_bf［ｋ］であり、Ｎ＋Ｌのサンプルのブロックを得るため、左側がゼロ 埋めされている。ゼロ埋めされた残留信号ｒ_b「ｋ」は、複素ＬＭＳ（最小平均 ２乗）アルゴリズム、即ち、＊は複素共役操作を示し、μは更新定数であるとす ると： Ｗ_b,i［ｌ］［ｍ＋１］＝Ｗ_b,i［ｌ］［ｍ］ ＋２μ［ｌ］［ｍ］Ｒ_b［ｌ］［ｍ］（Ｘ_i［ｌ］［ｍ］）^* （２） によって複素背景フィルタ係数Ｗ_b,iを更新するために使用される残留周波数領 域信号Ｒ_b［ｍ］を生成するよう、周波数領域にフーリエ変換される。複素背景 フィルタ係数Ｗ_b,iは、時間領域に逆フーリエ変換され、Ｎ_pのサンプルの時間領 域のプログラムされたフィルタの長さに切り捨てられる。このようにして獲得さ れたＮ_pのサンプルは、前景フィルタＷ₁，Ｗ₂及びＷ₃の中に複写される。実施例 では、Ｎ_p＝Ｎである。音声信号といった所望の信号が存在する場合、適応は実 行されない。そのような条件は出力電力から検知されうる。背景電力がフィルタ の前景出力電力よりも小さいときに、係数は転送される。これは、背景フィルタ 係数がよりよい雑音除去を起こすときの条件である。 図５は、Ｎ_pタップのフィルタである、前景時間領域のプログラム可能な雑音 フィルタ２２０，２２１及び２２２を示す。全く同じ遅延ブロックＴが示されて いる。入力信号ｘ₁，ｘ₂及びｘ₃は夫々図示された重みづけ係数ｗ₁［０］，ｗ₂ ［０］及びｗ₃［０］によって重みづけられ、夫々の加算器２２３，２２４及び ２２５、加算器２２６，２２７及び２２８、加算器２２８，２３０及び２３１の 中で入力信号の遅延された異形と共に加算される。出力 信号ｙ［ｋ］は、信号ｙ₁［ｋ］，ｙ₂［ｋ］及びｙ₃［ｋ］を加算する加算器２ ３２の出力信号である。 ３つのクロストークフィルタ１３，４２及び５２は、短い前フィルタ２３，４ ３及び５３と、適応フィルタセクション２４，４４及び５４とを含み、前フィル タは、音声雑音除去に適用されると前フィルタされた適応雑音除去器１の中でク ロストークを除去する。前フィルタ係数は、音声が存在しないという条件の下で 更新される。前フィルタ２３，２４及び５３は、ｉ＝１，２及び３であり、ｎ＝ ０，１，２，．．．，Ｎ_p,s−１であるとすると、以下のフィルタリング操作、 即ち： ｙ_s,i［ｋ］＝Σ_nｗ_s,i［ｎ］［ｋ］ｚ_s［ｋ−ｎ］ （３） によって、前景雑音フィルタ２２０，２２１及び２２２と同様の構造を有する３ つのＮ_p,sタップのフィルタを使用して、１次入力信号ｚ_o「ｋ」からクロストー ク推定ｙ_s,i［ｋ］を発生させる。実施例では、Ｎ_p,s＝６４である。Ｎ_p,sタッ プのフィルタは詳細には図示されていない。 推定ｙ_s,i［ｋ］は信号ｘ_i［ｋ］を発生するよう、基準入力信号ｚ_i［ｋ］か ら減算され、即ち： ｘ_i［ｋ］＝ｚ_i［ｋ］−ｙ_s,i［ｋ］ （４） によって示される。 これにより、前景において雑音推定信号ｙ［ｋ］は、ｙ［ｋ］＝Σ_iｙ_i［ｋ］ によって加算器６０の出力において出現し、ｎ＝０，１，．．．，Ｎ_p−１とす ると、以下の： ｙ_i［ｋ］＝Σ_nｗ_i［ｎ］［ｋ］ｘ_i［ｋ−ｎ］ （５） によって示される。実施例ではＮ_p＝Ｎである。フィルタは図５で説明された構 造を使用して実施される。推定ｙ［ｋ］は、遅延された１次入力ｚ_o［ｋ−Δ］ から減算され、それにより出力信号ｓ_o［ｋ］＝ｚ_o［ｋ−Δ］−ｙ［ｋ］を生成 する。 背景適応フィルタセクション２４，４４及び５４では、Ｗ_sb,iは、 減算器３３，４８及び５８の出力において夫々の誤り信号ε₁，ε₂及びε₃を相 関させないよう適用され、それらの共通の入力信号ｓ_o［ｋ］からの、遅延され た入力信号ｚ_i［ｋ−Δ］及び適応フィルタセクション２４，４４及び５４の夫 々の出力信号ｙ_sb,i［ｋ］から計算される。背景出力信号ｙ_sb,i［ｋ］は、ｎ＝ ０，１，２，．．．，Ｎ_p,s−１に対して： ｙ_sb,i［ｋ］＝Σ_nＷ_sb,i［ｎ］［ｋ］ｘ_s［ｋ−ｎ］ （６） である。背景誤り信号ｒ_sb,i［ｋ］は： ｒ_sb,i＝ｚ_i［ｋ−Δ］−ｙ_sb,i［ｋ］ （７） である。 適合フィルタセクション２４，４４及び５４は、ＬＭＳ更新、即ち： Ｗ_sb,i［ｎ］［ｋ］＝Ｗ_sb,i［ｎ］［ｋ−１］ ＋２μ_s［ｋ］ｒ_sb,i［ｋ］ｘ_sb［ｋ−ｎ］ （８） によって更新される。 上述のＬＭＳ更新は、所望の信号のレベルを適応速度に依存させないよう、適 当に正規化され、更新定数μ_sは所望の信号電力推定及びフィルタの長さＮ_p,sの 関数であり、電力推定は遅延された１次入力信号ｚ_o［ｋ−Δ］の第１次のフィ ルタリングによって決定される。背景フィルタ２４，４４及び５４から前景前フ ィルタ２３，４３及び５３へのフィルタ係数の条件付きの転送は、転送変数ｔ_s によって実行され： ｔ_s［ｋ］＝１の場合：背景から前景への更新、即ち： Ｗ_s,i［ｎ］［ｋ＋１］＝Ｗ_sb,i［ｎ］［ｋ］ （９） が実行され、 ｔ_s［ｋ］＝０の場合：前景の更新、即ち： Ｗ_s,i［ｎ］［ｋ＋１］＝Ｗ_s,i［ｎ］［ｋ］ （１０） が実行される。 図６は、本発明による適応雑音除去装置１の直列配置の組合せ及 びゼリンスキスペクトル減算雑音減少装置７０のブロック図を示す。そのような 組み合わされた雑音除去形態は、相関雑音及び非相関雑音の両方が実質的に除去 されるため、自動車の中のハンドフリー式の電話の適用に対して特に有用である 。図６では、図３に示される実施例と同様の形態を有する更なる雑音除去装置７ １及び７２が示されている。雑音除去装置７１は４つのマイクロホン７３，７４ ，７５及び７６を有し、雑音除去装置７２は４つのマイクロホン７７，７８，７ ９及び８０を有する。ゼリンスキスペクトル減算雑音減少装置は有利には、その 内容が参照によって組み入れられている、ＰＣＴ出願第ＷＯ ９５／１６２５９ 号に記載されるような構造を有する。図６に示される形態では、ゼリンスキスペ クトル減算雑音装置７０がディジタル領域で実施されれば、装置１、７１及び７ ２の中で、ディジタル・アナログ変換器２０は省かれうる。ＰＣＴ出願第ＷＯ ９５／１６２５９号に記載されるような装置２０は、装置１、７１及び７２の出 力信号の時間調整のための調節可能な遅延補償セクション９１，９２及び９３を 有する遅延補償手段９０からなる。時間調整された信号は、ウィンナ（Ｗｉｅｎ ｅｒ）フィルタ９５に結合された加算器９４に供給される。ウィンナフィルタに よって更新されたブロック９６は、上記のＰＣＴ出願第ＷＯ ９５／１６２５９ 号の中で開示されるように修正ゼリンスキ更新アルゴリズムを適用して使用され る。ＰＣＴ出願第ＷＯ ９５／１６２５９号では、スペクトル減算は夫々の入力 信号に対する交差スペクトルの組み合わされたスペクトルで実行される。次に、 音声セグメントに基づく音声セグメントでは、ウィンナフィルタ９５の係数は、 組み合わされた自動電力スペクトル及び組み合わされた交差電力スペクトルから 決定される。スペクトル減算は、相関された雑音成分が存在する周波数範囲のよ り低い部分で実行される。 図７は、マイクロホン２１，２２，．．．，５０を有するマイクロホンの配列 １００からなる本発明による雑音減少システム９９の 実施例を示す。雑音除去装置１は、アナログ・ディジタル変換器１８，１９，． ．．，５１からの出力信号ｚ₁，ｚ₂，．．．，ｚ_nを入力する入力インタフェー ス１０２と、ディジタル・アナログ変換器２０にディジタル信号ｓ_outを出力す る出力インタフェース１０３と、ＲＡＭメモリ１０４と、ＲＯＭメモリ１０５と を有するマイクロ制御器１０１からなる。少なくとも１つのディジタル信号プロ セッサ１０６がマイクロ制御器１０１に結合されているが、信号処理の負荷は更 なるディジタル信号プロセッサ１０７及び１０８によって分担されうる。マイク ロ制御器１０１はアナログからディジタルへの入力／出力操作、及びその逆の操 作を制御し、ディジタル信号プロセッサ１０６，１０７及び１０８を制御するよ う適当にプログラムされている。この実施例では、図６で説明されるような雑音 減少が実施され、ディジタル信号プロセッサ１０６，１０７及び１０８は、本発 明による適応雑音除去及びゼリンスキスペクトル減算雑音減少を実行するための 計算の負荷を分担する。ディジタル・アナログ変換器２０は、減少された相関及 び減少された非相関の雑音によってディジタル出力信号ｓ_outを変換する。その ような雑音減少システム９９は、例えばハンドフリー式の電話術に適用されうる 。 図８は、本発明による適応雑音除去装置１に含まれる送受信機１１０を示す。 送受信機はコードレス電話式の送受信機、セルラー式自動車電話等でありうる。 送受信機１１０は、マイクロホンの配列１００及び送信／受信アンテナ１１１に 結合されている。送受信機１１０は更に、雑音減少システム９９に結合されたベ ースバンドプロセッサ１１２と、更にベースバンド処理された信号を変調する変 調器１１３とからなる。出力側では、変調器１１３は混合器１１４に結合されて いる。混合器は、入力によってローカル発振器１１５に、出力によって送信フロ ントエンド１１８を通じて送受切換器１１７に結合された無線周波電力増幅器１ １６に結合されている。送 受切換器１１７は更に、受信フロントエンド１１９に結合されている。更なる送 受信機回路は詳細には図示されない。送受信機１１０は、ＤＥＣＴ（Digital Eu ropean Cordless Telecommunication s）式送受信機、ＧＳＭ（Global System f or Mobile Communications）式送受信機、又は他の適当な送受信機でありうる。 雑音減少システム９９はまた、マイクロホンの配列１００及び従来の送受信機の マイクロホン入力の間に結合されうる別々のシステムでありうる。 図９は、マイクロホンの配列１００の第１のマイクロホンの配列の形態を示す 。この実施例では、配列は空間的に直線の形態であり、マイクロホン２１，２２ ，４０及び５０は指向性である必要はない。マイクロホンは並列であり、スピー カ（図示せず）を指しており、矢印ＡＲはスピーカから離れる方向を指している 。マイクロホンの配列１００は、１次信号ｚ_o用の、マイクロホン２１と、アナ ログ・ディジタル変換器１８と、調節可能なディレイ２４０及び加算器２４４と の縦続と、、夫々の基準信号ｚ₁，ｚ₂及びｚ₃用の、マイクロホン２２，４０及 び５０と、アナログ・ディジタル変換器１９，４２及び５１と、調節可能な遅延 ２４１，２４２及び２４３と、減算器２４５，２４６及び２４７との夫々の縦続 とからなる。調節可能な遅延２４０、２４１，２４２及び２４３の出力は、加算 器２４４の中で加算される。減算器２４５は、調節可能な遅延２４１の出力信号 から調節可能な遅延２４０の出力信号を減算し、減算器２４６は、調節可能な遅 延２４２の出力信号から調節可能な遅延２４１の出力信号を減算し、減算器２４ ７は、調節可能な遅延２４３の出力信号から調節可能な遅延２４２の出力信号を 減算する。調節可能な遅延２４０、２４１，２４２及び２４３は、出力において サンプリングされたマイクロホンの信号が位相調節されているよう調節される。 図１０は、マイクロホンの配列１００の第２のマイクロホンの配列の形態を示 す。この実施例では、マイクロホン２１，２２，４０ 及び５０は指向性のマイクロホンであり、配列はマイクロホン２１がスピーカに 方向付けられた空間的に交差した形態である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ティマーマンズ，パトリック アドリアヌ ス アニータ オランダ国，5656 アーアー アインドー フェン，プロフ・ホルストラーン ６番

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 雑音によって乱された信号用の一次信号入力と、少なくとも１つの基準信 号入力と、雑音が除去された信号用の信号出力と、その入力が第１の減算器を通 じて基準信号入力に結合され、その出力が第２の減算器の第１の入力に結合され た適応雑音フィルタとからなり、一次信号入力は第２の減算器の第２の入力に結 合されており、第２の減算器の出力は信号出力に結合されており、入力が信号出 力に結合され、出力が第１の減算器の第１の入力に結合され、基準信号入力が第 １の減算器の第２の入力に結合されている適応クロストークフィルタからなる、 雑音によって乱された信号中の雑音を除去する適応雑音除去装置であって、 適応クロストークフィルタは、一次信号を前フィルタリングする前フィルタセ クションと、前フィルタセクションの係数を決定する適応フィルタセクションと からなり、前フィルタセクションの入力は一次信号入力に結合されており、適応 フィルタセクションの入力は信号出力に結合されており、装置は第１の遅延セク ションと、第２の遅延セクションとを更に有し、第１の遅延セクションは一次信 号入力及び第２の減算器の第２の入力の間に結合されており、第２の遅延セクシ ョンは適応雑音フィルタの入力及び適応クロストークフィルタの間に結合されて いることを特徴とする適応雑音除去装置。 ２． 第２の遅延セクションの出力は適応フィルタセクションの入力に直接結合 されており、適応フィルタセクションは前フィルタセクションへの決定された係 数の無条件の転送用に配置されている請求項１記載の適応雑音除去装置。 ３． 第２の遅延セクションの出力は、第２の入力が適応フィルタセクションの 出力に結合されている第３の減算器の第１の入力に結 合されており、第３の減算器の出力は適応フィルタセクションの入力に結合され ており、適応フィルタセクションは前フィルタセクションへの決定された係数の 条件付きの転送用に配置されている請求項１記載の適応雑音除去装置。 ４． 夫々の入力が夫々の基準信号入力に結合された１つ以上の基準信号入力及 び適応雑音フィルタと、夫々の入力が適応雑音フィルタの夫々の出力に結合され 、出力が信号出力に結合された加算器と、請求項１乃至３のうちいずれか１項に 記載されるように夫々の基準信号のためのクロストーク適応フィルタ構造を有す る雑音除去装置とからなる請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の適応雑音除 去装置。 ５． ゼリンスキ雑音減少配置又はゼリンスキスペクトル減算雑音減少装置と、 請求項１乃至４のうちいずれか１項記載の適応雑音除去装置との直列配置である 適応雑音除去装置。 ６． サンプリングされたマイクロホン信号を少なくとも１つのディジタル信号 プロセッサに提供するよう夫々のアナログ・ディジタル変換器に結合され、少な くとも２つの間隔が接近したマイクロホンと、一次信号を提供する１つのディジ タル・アナログ変換器と、基準信号を提供する少なくとも１つの他のマイクロホ ンとからなり、少なくとも１つのディジタル信号プロセッサが適応雑音除去装置 を実施するようプログラムされている請求項１乃至４のうちいずれか１項記載の 適応雑音除去装置からなる雑音減少システム。 ７． 適応雑音フィルタは実質的に適応クロストークフィルタよりも大きい長さ を有する請求項６記載の雑音減少システム。 ８． 間隔が接近したマイクロホンは空間的に線形な形態に配置され、マイクロ ホン信号のためのプリプロセッシング装置はシステムに含まれており、プリプロ セッシング装置は、遅延調節手段及び一次信号路の中の加算器の縦続と、遅延調 節手段及び基準信号路中の減算器の縦続とからなり、加算器は遅延調節手段の出 力信号を加算し、減算器は、遅延された第１の基準信号から遅延された１次信号 を、遅延された第２の基準信号から遅延された第１の基準信号を、遅延された第 ３の基準信号から遅延された第２の基準信号を減算することからなる請求項６又 は７記載の雑音減少システム。 ９． 間隔が接近したマイクロホンは空間的に交差する形態に配置され、マイク ロホンは指向性のマイクロホンである請求項６又は７記載の雑音減少システム。 １０． ベースバンドプロセッサと、変調手段と、送信路及び送信／受信アンテ ナの中の混合手段と、受信路とからなり、ベースバンドプロセッサは適応雑音除 去装置又は請求項１乃至９のうちいずれか１項記載の雑音減少システムに結合さ れている送受信機。