JPWO2014184866A1 - エコー消去装置 - Google Patents
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Abstract
Description
このようなエコーを消去する従来の技術として、スピーカ−マイク間の伝達関数を同定する適応フィルタでエコー経路を同定し、このエコー経路を用いて生成した疑似エコー信号をマイクの入力信号から減じることで、スピーカからマイクへ伝達されるエコーを消去する音響エコーキャンセラがある。
しかしながら、適応フィルタは、タップが長くなるほど適応速度が遅くなるという欠点がある。
また、特許文献2に代表される従来の技術においては、帯域分割時、帯域合成時およびサンプリング周波数変換時のエイリアシングフィルタの影響により信号に遅延が発生する。このため、低遅延が要求されるシステムには適用できず、使用範囲が制限されるという課題があった。また、遅延量が多くなると、残留エコーを知覚しやすくなるという問題もあった。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係るエコー消去装置の構成を示すブロック図である。図1に示すエコー消去装置は、スピーカ10への受信信号を基にエコー経路を推定して疑似エコー信号を生成し、マイク20を介して入力された送信信号から疑似エコー信号を減算してエコー消去を行うエコー消去装置であり、全帯域エコー消去部100a、低帯域エコー消去部100b、減算器103a,103b、ダウンサンプリング処理部104a,104b、遅延制御部105a,105bおよびアップサンプリング処理部108を備えて構成される。
適応フィルタ更新部102は、減算器103aの出力信号および受信信号に基づいて、疑似エコー生成部101における適応フィルタの適応フィルタ係数を更新する第1の適応フィルタ更新部である。
また、減算器103bは、減算器103aの出力信号から、アップサンプリング処理部108が生成した疑似エコー信号を減算する第2の減算器である。
ダウンサンプリング処理部104bは、減算器103bの出力信号に対して遅延量D1で遅延するダウンサンプリング処理を実行することで、遅延量D1で遅延した低帯域成分を抽出する第2のダウンサンプリング処理部である。
また、遅延制御部105bは、遅延制御部105aから出力された遅延量D1+D2で遅延した信号に対して遅延量D3の遅延を挿入することで、遅延量D1+D2+D3で遅延した低帯域成分を出力する第2の遅延制御部である。
全帯域エコー消去部100aと同様に、以降の説明では、低帯域エコー消去部100bにおける適応フィルタとしてNLMSを用いる。ただし、LMS、RLS、アフィン射影フィルタなど、他の適応フィルタを用いてもよい。
また、低帯域エコー消去部100bは、サブバンド疑似エコー生成部106およびサブバンド適応フィルタ更新部107を備えている。
ここで、サブバンド疑似エコー生成部106における適応フィルタの応答時間であるタップ長をLBとする。
サブバンド適応フィルタ更新部107は、遅延制御部105bの出力信号とダウンサンプリング処理部104bの出力信号に基づいて、サブバンド疑似エコー生成部106における適応フィルタの適応フィルタ係数を更新するサブバンド適応フィルタ更新部である。
なお、実施の形態1に係る遅延制御部105a,105bは、全帯域エコー消去部100aにおける適応フィルタの応答時間であるタップ長LAがLA≧2D1+D2=D2+D3となるように遅延量D2,D3を制御する。
このようにすることで、受信信号に遅延を発生させることなく、エコー消去処理を実施することができ、低遅延であることが必須なシステムに適用可能となる。
また、ダウンサンプリングによってサンプリング周波数を低減させることで、演算量を抑制することができる。
全帯域エコー消去部100aにおいて、疑似エコー生成部101が、スピーカ10への受信信号と適応フィルタ更新部102により生成された適応フィルタ係数とから、エコー経路を推定して疑似エコー信号を生成する。この疑似エコー生成部101および適応フィルタ更新部102は、全帯域を対象としたエコーキャンセラとなる。
適応フィルタ更新部102は、減算器103aの出力信号および受信信号に基づいて、適応処理を行うことにより、疑似エコー生成部101の適応フィルタの適応フィルタ係数を更新する。ここで、減算器103aは、マイク20によって入力された送信信号から、疑似エコー生成部101が生成した疑似エコー信号を減算する。つまり、減算器103aの出力信号は、エコーが消去された全帯域の信号となる。
遅延制御部105aは、ダウンサンプリング処理部104aが抽出した、遅延量D1で遅延した低帯域成分を入力すると、この信号に遅延量D2の遅延を挿入して出力する。
つまり、遅延制御部105aからの出力信号は、遅延量D1+D2で遅延している。
また、遅延制御部105bは、後段のサブバンド適応フィルタ更新部107が適応処理を行う適応フィルタによってカバーする応答範囲を制御するために設けられる。
遅延制御部105bは、遅延制御部105aから出力された遅延量D1+D2で遅延した信号を入力すると、この信号に遅延量D3の遅延を挿入して出力する。つまり、遅延制御部105bからの出力信号は、遅延量D1+D2+D3で遅延している。
また、サブバンド適応フィルタ更新部107では、遅延制御部105bから出力された遅延量D1+D2+D3で遅延した信号と、ダウンサンプリング処理部104bから出力された遅延量D1で遅延した送信信号に基づいて適応処理を行う。ここで、低帯域エコー消去部100bにおける適応フィルタのタップ長をLBとする。このように、サブバンド疑似エコー生成部106およびサブバンド適応フィルタ更新部107は、低帯域を対象としたエコーキャンセラとなる。
つまり、全帯域のエコーキャンセラである、疑似エコー生成部101の適応フィルタのタップ長LAがD2+D3と等しい場合には、適応フィルタ更新部102とサブバンド適応フィルタ更新部107を合わせた適応範囲が過不足なるカバー可能となり、その適応時間は、LA+LBとなる。
すなわち、ダウンサンプリング処理部104aと同様に、アップサンプリングによって遅延量D1が発生するため、アップサンプリング処理部108により生成された全帯域のサブバンドの疑似エコー信号には、遅延量2D1+D2で遅延している。
そこで、遅延制御部105a,105bが、2D1+D2とD2+D3が等しい、つまりD3=2D1となるように遅延量D2,D3を制御する。これにより、図4に示すように、サブバンド疑似エコー生成部106が生成したサブバンドの疑似エコー信号は、適応範囲のエコーのみを推定したものとなる。このようにすることで、システム全体として遅延の発生しないエコーキャンセル処理が可能となる。
なお、LA<2D1+D2とした場合、遅延は発生しないが、全帯域の適応フィルタとサブバンド適応フィルタとの適応範囲が不連続になり、残留エコーが発生する可能性があるため、望ましくない。
また、上述の説明では、ダウンサンプリングのレートを1/2とした場合を示したが、ダウンサンプリングの際にエイリアシングの発生しない特性を有するフィルタであれば、任意のレートを選択してもよい。
さらに、ダウンサンプリング処理部104a,104bが同一のフィルタを使用する場合を示したが、異なる特性のフィルタを用いてダウンサンプリングを行ってもよい。
また、上述の説明では、アップサンプリングのレートを2倍としたが、アップサンプリングの際にエイリアシングの発生しない特性を有するフィルタであれば、ダウンサンプリングのレートに合わせて任意のレートを選択してもよい。
さらに、アップサンプリング処理部108が、ダウンサンプリング処理部104a,104bと同一のフィルタを使用する場合を示したが、異なる特性のフィルタを用いてアップサンプリングを行ってもよい。
このように構成することで、スピーカ10への受信信号に遅延を発生させることなく、エコー消去を実施でき、低遅延が必須なシステムに適用することが可能となる。また、ダウンサンプリングによりサンプリング周波数を低減させることで、演算量の増加を抑制することができる。
上記実施の形態1においては、後段のダウンサンプリング処理部104aが低帯域成分のみを抽出し、サブバンド疑似エコー生成部106およびサブバンド適応フィルタ更新部107が低帯域の疑似エコーを生成する場合を示したが、この実施の形態2では、複数の周波数帯域に分割、例えば低帯域と高帯域に2分割した信号で疑似エコー信号をそれぞれ生成する場合について説明する。
以降の説明では、適応フィルタとして、NLMSを用いることとする。ただし、この発明においては、LMS、RLS、アフィン射影フィルタなど、他の適応フィルタを用いてもよい。
適応フィルタ更新部202は、減算器203aの出力信号および受信信号に基づいて、疑似エコー生成部201における適応フィルタの適応フィルタ係数を更新する第1の適応フィルタ更新部である。
また、減算器203bは、減算器203aの出力信号からサブバンド合成処理部208が生成した疑似エコー信号を減算する第2の減算器である。
ただし、他の手法を用いてもよい。なお、QMFによるフィルタ処理によって、受信信号に遅延が発生する。この遅延量をD1とする。
以降では、低帯域のサブバンド信号と高帯域のサブバンド信号に分割するものとする。
なお、QMFによるフィルタ処理によって、サブバンド分割処理部204bと同様に、減算器203bから入力した信号に遅延が発生する。この遅延量をD1とする。
以降では、低帯域のサブバンド信号と高帯域のサブバンド信号に分割するものとする。
同様に、遅延制御部205cは、サブバンド分割処理部204aが分割した高帯域のサブバンド信号に遅延量D2の遅延を挿入して、遅延量D1+D2で遅延した高帯域のサブバンド信号を出力する第1の遅延制御部である。
また、遅延制御部205bは、遅延制御部205aの出力信号に対して遅延量D3の遅延を挿入して、遅延量D1+D2+D3で遅延した低帯域のサブバンド信号を出力する第2の遅延制御部である。
遅延制御部205dは、遅延制御部205cの出力信号に対して遅延量D3の遅延を挿入して、遅延量D1+D2+D3で遅延した高帯域のサブバンド信号を出力する第2の遅延制御部である。
全帯域エコー消去部200aの場合と同様に、以降の説明では、分割帯域エコー消去部200bにおける適応フィルタとしてNLMSを用いる。ただし、LMS、RLS、アフィン射影フィルタなど、他の適応フィルタを用いてもよい。
ここでは、分割帯域エコー消去部200bが、低帯域エコー消去部200b−1および高帯域エコー消去部200b−2を備える。
この低帯域エコー消去部200b−1が、遅延制御部205aから出力された低帯域のサブバンド信号とこれに対応する低帯域の適応フィルタ係数から、遅延量D1+D2で遅延した低帯域の疑似エコー信号を生成する。
また、高帯域エコー消去部200b−2が、遅延制御部205cから出力された高帯域のサブバンド信号とこれに対応する高帯域の適応フィルタ係数から、遅延量D1+D2で遅延した高帯域の疑似エコー信号を生成する。
サブバンド疑似エコー生成部206aは、遅延制御部205aの出力信号と低帯域の適応フィルタ係数から、遅延量D1+D2で遅延した低帯域のサブバンドの疑似エコー信号を生成する適応フィルタを含んで構成される。
ここで、サブバンド疑似エコー生成部206aにおける適応フィルタの応答時間であるタップ長をLBとする。
サブバンド適応フィルタ更新部207aは、遅延制御部205bの出力信号およびサブバンド分割処理部204bの出力信号に基づいて、サブバンド疑似エコー生成部206aの適応フィルタの適応フィルタ係数を更新するサブバンド適応フィルタ更新部である。
サブバンド疑似エコー生成部206bは、遅延制御部205cの出力信号と高帯域の適応フィルタ係数から、遅延量D1+D2で遅延した高帯域の疑似エコー信号を生成する適応フィルタを含んで構成される。ここで、サブバンド疑似エコー生成部206bにおける適応フィルタの応答時間であるタップ長をLBとする。
サブバンド適応フィルタ更新部207bは、遅延制御部205dの出力信号およびサブバンド分割処理部204bの出力信号に基づいて、サブバンド疑似エコー生成部206bの適応フィルタの適応フィルタ係数を更新するサブバンド適応フィルタ更新部である。
なお、実施の形態2に係る遅延制御部205a〜205dは、全帯域エコー消去部100aの適応フィルタの応答時間であるタップ長LAがLA≧2D1+D2=D2+D3となるように遅延量D2,D3を制御する。
このようにすることで、受信信号に遅延を発生させることなく、エコー消去処理を実施することができ、低遅延であることが必須なシステムに適用可能となる。
また、サブバンド分割によってサンプリング周波数を低減させることで、演算量を抑制することができる。
全帯域エコー消去部200aにおいて、疑似エコー生成部201が、スピーカ10への受信信号と適応フィルタ更新部202により生成された適応フィルタ係数とから、エコー経路を推定して疑似エコー信号を生成する。この疑似エコー生成部201および適応フィルタ更新部202は、全帯域を対象としたエコーキャンセラとなる。
適応フィルタ更新部202は、減算器203aの出力信号および受信信号に基づいて、適応処理を行うことにより、疑似エコー生成部201の適応フィルタの適応フィルタ係数を更新する。ここで、減算器203aは、マイク20によって入力された送信信号から、疑似エコー生成部201が生成した疑似エコー信号を減算する。つまり、減算器203aの出力信号は、エコーが消去された全帯域の信号となる。
サブバンド分割処理部204aが分割した低帯域のサブバンド信号は、遅延制御部205a,205bおよび低帯域エコー消去部200b−1によって処理される。
また、高帯域のサブバンド信号は、遅延制御部205c,205dおよび高帯域エコー消去部200b−2によって処理される。
遅延制御部205a,205bおよび低帯域エコー消去部200b−1と、遅延制御部205c,205dおよび高帯域エコー消去部200b−2においては、処理対象の信号が低帯域と高帯域のサブバンド信号であることだけの違いであるので、以降では、低帯域のサブバンド信号に対する処理を説明する。
遅延制御部205aは、サブバンド分割処理部204aが分割した、遅延量D1で遅延した低帯域のサブバンド信号を入力すると、この信号に遅延量D2の遅延を挿入して出力する。つまり、遅延制御部205aの出力信号は、遅延量D1+D2で遅延している。
また、遅延制御部205bは、後段のサブバンド適応フィルタ更新部207aが適応処理を行う適応フィルタによってカバーする応答範囲を制御するために設けられる。
遅延制御部205bは、遅延制御部205aから出力された遅延量D1+D2で遅延したサブバンド信号を入力すると、このサブバンド信号に遅延量D3の遅延を挿入して出力する。つまり、遅延制御部205bの出力信号は遅延量D1+D2+D3で遅延している。
また、サブバンド適応フィルタ更新部207aでは、遅延制御部205bから出力された遅延量D1+D2+D3で遅延したサブバンド信号と、サブバンド分割処理部204bから出力された遅延量D1で遅延した送信信号に基づいて適応処理を行う。
ここで、低帯域エコー消去部200b−1の適応フィルタのタップ長をLBとする。
つまり、全帯域のエコーキャンセラである、疑似エコー生成部201の適応フィルタのタップ長LAがD2+D3と等しい場合には、適応フィルタ更新部202とサブバンド適応フィルタ更新部207aを合わせた適応範囲が過不足なるカバー可能となり、その適応時間は、LA+LBとなる。
サブバンド合成処理部208では、サブバンド疑似エコー生成部206a,206bが生成した低帯域および高帯域の疑似エコーを全帯域に合成する。ここでは、QMFによるフィルタ処理によって信号に遅延量D1が発生する。
つまり、サブバンド合成処理部208が合成した疑似エコーは、遅延量2D1+D2で遅延している。
そこで、遅延制御部205a,205bが、遅延量2D1+D2と遅延量D2+D3とが等しい、つまりD3=2D1となるように遅延量D2,D3を制御する。これにより、図4に示すように、サブバンド疑似エコー生成部206aが生成したサブバンドの疑似エコー信号は、適応範囲のエコーのみを推定したものとなる。
このようにすることで、システム全体として遅延の発生しないエコーキャンセル処理が可能となる。
なお、LA<2D1+D2とした場合には、遅延は発生しないが、全帯域の適応フィルタとサブバンド適応フィルタとの適応範囲が不連続になり、残留エコーが発生する可能性があるため、望ましくない。
このように構成することで、スピーカ10への受信信号に遅延を発生させることなく、エコー消去を実施でき、低遅延が必須なシステムに適用することが可能となる。
また、サブバンド分割処理によってサンプリング周波数を低減させることで、演算量の増加を抑制することができる。
このように構成することでも、演算量の増加を抑制し、かつ遅延の発生を抑えてエコーを消去することができる。
Claims (4)
- 受信信号と全帯域の適応フィルタ係数から、疑似エコー信号を生成する適応フィルタを含んで構成される第1のエコー消去部と、
前記受信信号に遅延量D1で遅延するダウンサンプリング処理を実行することで、遅延量D1で遅延した低帯域成分を抽出する第1のダウンサンプリング処理部と、
前記第1のダウンサンプリング処理部が抽出した低帯域成分に遅延量D2の遅延を挿入して遅延量D1+D2で遅延した低帯域成分を出力する第1の遅延制御部と、
前記第1の遅延制御部の出力信号に遅延量D3の遅延を挿入して遅延量D1+D2+D3で遅延した低帯域成分を出力する第2の遅延制御部と、
前記第1の遅延制御部の出力信号と低帯域の適応フィルタ係数から、遅延量D1+D2で遅延した低帯域の疑似エコー信号を生成する適応フィルタを含んで構成される第2のエコー消去部と、
前記第2のエコー消去部が生成した疑似エコー信号に遅延量D1で遅延するアップサンプリング処理を実行することで、遅延量2D1+D2で遅延した全帯域の疑似エコー信号を生成するアップサンプリング処理部とを備え、
前記第1の遅延制御部および前記第2の遅延制御部は、前記第1のエコー消去部の適応フィルタの応答時間であるタップ長LAが、LA≧2D1+D2=D2+D3となるよう遅延量D2,D3を制御することを特徴とするエコー消去装置。 - 送信信号から、前記第1のエコー消去部が生成した前記疑似エコー信号を減算する第1の減算器と、
前記第1の減算器の出力信号から、前記アップサンプリング処理部が生成した疑似エコー信号を減算する第2の減算器と、
前記第2の減算器の出力信号に遅延量D1で遅延するダウンサンプリング処理を実行することで、遅延量D1で遅延した低帯域成分を抽出する第2のダウンサンプリング処理部とを備え、
前記第1のエコー消去部は、
前記受信信号と前記全帯域の適応フィルタ係数から、前記疑似エコー信号を生成する適応フィルタを含んで構成される疑似エコー生成部と、
前記第1の減算器の出力信号および前記受信信号に基づいて、前記疑似エコー生成部の適応フィルタの適応フィルタ係数を更新する第1の適応フィルタ更新部とを備え、
前記第2のエコー消去部は、
前記第1の遅延制御部の出力信号と前記低帯域の適応フィルタ係数から、遅延量D1+D2で遅延した低帯域の疑似エコー信号を生成する適応フィルタを含んで構成されるサブバンド疑似エコー生成部と、
前記第2の遅延制御部の出力信号と前記第2のダウンサンプリング処理部の出力信号に基づいて、前記サブバンド疑似エコー生成部の適応フィルタの適応フィルタ係数を更新するサブバンド適応フィルタ更新部とを備えることを特徴とする請求項1記載のエコー消去装置。 - 受信信号と全帯域の適応フィルタ係数から、疑似エコー信号を生成する適応フィルタを含んで構成される第1のエコー消去部と、
前記受信信号を、遅延量D1でそれぞれ遅延した複数の周波数帯域のサブバンド信号に分割する第1のサブバンド分割処理部と、
前記第1のサブバンド分割処理部が分割したサブバンド信号に遅延量D2の遅延を挿入することで、遅延量D1+D2でそれぞれ遅延した各周波数帯域のサブバンド信号を出力する第1の遅延制御部と、
前記第1の遅延制御部の出力信号に遅延量D3の遅延を挿入して遅延量D1+D2+D3で遅延した各周波数帯域のサブバンド信号を出力する第2の遅延制御部と、
前記第1の遅延制御部の出力信号と対応する周波数帯域の適応フィルタ係数から、遅延量D1+D2で遅延した各周波数帯域の疑似エコー信号を生成する適応フィルタを含んで構成された第2のエコー消去部と、
前記第2のエコー消去部が生成した各周波数帯域の疑似エコー信号を遅延量D1で合成することで、遅延量2D1+D2で遅延した全帯域の疑似エコー信号を生成するサブバンド合成処理部とを備え、
前記第1の遅延制御部および前記第2の遅延制御部は、前記第1のエコー消去部の適応フィルタの応答時間であるタップ長LAが、LA≧2D1+D2=D2+D3となるよう遅延量D2,D3を制御することを特徴とするエコー消去装置。 - 送信信号から、前記第1のエコー消去部が生成した前記疑似エコー信号を減算する第1の減算器と、
前記第1の減算器の出力信号から、前記サブバンド合成処理部が生成した前記疑似エコー信号を減算する第2の減算器と、
前記第2の減算器の出力信号を、遅延量D1で遅延した複数の周波数帯域のサブバンド信号に分割する第2のサブバンド分割処理部とを備え、
前記第1のエコー消去部は、
前記受信信号と前記全帯域の適応フィルタ係数から、前記疑似エコー信号を生成する適応フィルタを含んで構成される疑似エコー生成部と、
前記第1の減算器の出力信号および前記受信信号に基づいて、前記疑似エコー生成部の適応フィルタの適応フィルタ係数を更新する第1の適応フィルタ更新部とを備え、
前記第2のエコー消去部は、
前記周波数帯域ごとに設けられ、前記第1の遅延制御部の出力信号と対応する周波数帯域の適応フィルタ係数から、遅延量D1+D2で遅延した各周波数帯域の疑似エコー信号を生成する適応フィルタを含んで構成される複数のサブバンド疑似エコー生成部と、
前記周波数帯域ごとに設けられ、前記第2の遅延制御部の出力信号と前記第2のサブバンド分割処理部が生成した各周波数帯域のサブバンド信号に基づいて、前記複数のサブバンド疑似エコー生成部の適応フィルタの適応フィルタ係数をそれぞれ更新する複数のサブバンド適応フィルタ更新部とを備えることを特徴とする請求項3記載のエコー消去装置。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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