JP2002519894A - 音響エコーキャンセラ - Google Patents
音響エコーキャンセラInfo
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- JP2002519894A JP2002519894A JP2000556494A JP2000556494A JP2002519894A JP 2002519894 A JP2002519894 A JP 2002519894A JP 2000556494 A JP2000556494 A JP 2000556494A JP 2000556494 A JP2000556494 A JP 2000556494A JP 2002519894 A JP2002519894 A JP 2002519894A
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- acoustic echo
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04M—TELEPHONIC COMMUNICATION
- H04M9/00—Arrangements for interconnection not involving centralised switching
- H04M9/08—Two-way loud-speaking telephone systems with means for conditioning the signal, e.g. for suppressing echoes for one or both directions of traffic
- H04M9/082—Two-way loud-speaking telephone systems with means for conditioning the signal, e.g. for suppressing echoes for one or both directions of traffic using echo cancellers
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)
- Interconnected Communication Systems, Intercoms, And Interphones (AREA)
Abstract
Description
利用するものを消去するための方法及び装置に関する。
いうような具合に設計された通信装置における主要な問題である。近端マイクが
遠端スピーカ信号を拾うときに、通信装置は信号をその元の音源に送り返す。こ
れは、使用者に音響エコーと呼ばれる使用者の話の遅延したものを聞かせる。
。半二重方式において、通信信号は、一度に一方向へ進むだけである。これは音
響エコーを防ぐが、それは対話の劣化を引き起こす。
る。エコーキャンセラによって、通信装置が最大の対話を与える全二重方式で作
動できる。
、近端マイクの電子音響的応答をモデル化する適応フィルタである。近端マイク
のモデル化応答は、それから音響エコー低減通信信号を生むために出て行く通信
信号から引かれる。エコーキャンセラの動作の間、フィルタがエコー信号の正確
な推定値に集まることができるように、適応フィルタの係数は適応される。
域幅においてエコーを減少又は除去する手段を有する適応音響エコーキャンセラ
」という名称の米国特許番号第5,305,307号に記載されている。エコー
キャンセラのもう一つの例は、マクロクリン(McLaughlin)に公布さ
れた「効率的に拘束されたドメイン適応フィルタのための装置と方法」という名
称の米国特許番号第5,526,426号に記載されている。
、なお限界を有する。例えば、従来のエコーキャンセラは、それらのピーク性能
レベルに収斂した後の最適エコー低減未満のものを示す。
及びイントラネット電話、その他のハンドフリー動作を高める音響エコーを消去
するための方法と装置である。本発明は拘束直交化式、周波数領域,ブロック、
最小二乗平均適応フィルタを音響エコー信号の推定値を発生させるために用いる
。音響エコー信号の推定値は、音響エコー低減通信信号を作るために近端マイク
信号から引かれる。
の処理は、適応言語フィルタを用いる非線形処理を含むことができる。本発明は
、適応フィルタの係数を更新するための新規な方法を含む。
命令)を必要とする音響エコーキャンセラを提供することにある。
を示すことである。
良された方法を提供することである。
マイクは図1に示されたものと同様の応答を示す。この応答は、インパルス応答
と呼ばれている。本発明のエコーキャンセラは、異なる時間枠にインパルス応答
を分割し、独立に各時間枠の間の応答をモデル化し、それから、近端マイク信号
からモデル化されたインパルス応答及び遠端スピーカ信号の畳み込みを引く。
実施例は二つの可変パラメータ、N及びLを有する。Nは本発明で利用される変
換手段の大きさで、Lは処理のためのブロックに寄せ集められるサンプルの数で
ある。第3のパラメータQがN及びLによって決定される。 Qは、N−(L・truncate_fraction(N/L))に等しい。
図2に示される本実施例において、N=128、L=N/2及びQ=0である。
グ、近端マイク信号が標本化回路3に送られる。標本化回路3は、近端マイク信
号をL個の数字化サンプルを含んでいるブロックに入れる。
路1は、遠端マイク信号をL個の数字化サンプルを含んでいるブロックに入れる
。遠端スピーカ信号のブロックは、複数のコレクタ16及び17に記憶される。
受けない。その代わりに、エコーキャンセラは数字化された遠端スピーカ信号、
数字化された近端マイク信号又は両方のどれかを受ける。これらの場合において
、標本化回路はLサンプルを含むブロックに数字化された信号を集めなければな
らないだけであり、信号を数字化しない。
端スピーカ信号の第1のブロックは、コレクタ16に送られる。次の反復の間、
前にコレクタ16にあったブロックは、コレクタ17に送られ、コレクタ16が
、サンプルの最も最近のブロックを受ける。次の反復ごとに、遠端スピーカ信号
の最も最近のブロックは、コレクタ16に送られ、前にコレクタ16にあったブ
ロックは、コレクタ17に送られる。
で二つのコレクタ16及び17を有する。本発明の他実施例は、2つのコレクタ
をもたない。本発明の実施例に含まれるコレクタの数は、以下の方程式によって
決定される。 コレクタの数=(N−Q)/L ここで N=変換手段のブロックサイズ、 L=処理のためにブロックに組分けられるサンプルの数、 及び Q=N−L・truncate_fraction(N/L))
プル実ベクトルを形成するために連結される。次に、Q個のゼロが遠端スピーカ
信号を表す時間領域Nサンプル実ベクトルを生むために(N−Q)個のサンプル
実ベクトルの前部に付加される。時間領域、Nサンプル実ベクトルは、次に、変
換手段2を介して遠端スピーカ信号Xkの周波数領域、複素ベクトルXkに変換
される。
を変換手段2から受ける。ギャップ・デテクタ4は、各ギャップに対するXkを
モニタする。本発明に係る好適な実施例において、 ギャップ・デテクタ4は、以下の場合にギャップを検出する。
変数。
て指定された量未満の場合、ギャップ・デテクタ4はギャップを検出する。 時平均されたパワは、低域通過フィルタリングによって計算される。
kの周波数領域複素ベクトル表示を受けるが、ギャップ・デテクタは、ちょうど
分析容易にとして時間領域信号をまったく容易に分析できる。従って、他の実施
例において、ギャップ・デテクタは、標本化回路1からすなわちコレクタ16及
び17から信号を受けることができる。
された適応フィルタ5は、周波数領域(手段を変換することからの遠端スピーカ
信号Xkの複素ベクトル表示)を受ける。適応フィルタ5は、連続する周波数領
域複素ベクトルXkを記憶するMメモリ・サイト14を含む。本発明の実施例の
メモリ・サイト14の数は、以下の方程式によって決定される。
ためのm個のメモリサイト15を含む。各々のHkは、異なる周波数ビンと一致
する要素を有する複素ベクトルである。本発明に係る好適な実施例において、6
5の異なる周波数ビンがある。異なる係数ベクトルHkは、異なる時間間隔に対
するインパルス応答の周波数領域推定値を表す。
メモリサイト15の数は、以下の方程式によって決定される。 m=span/(N−L−Q) メモリサイト14及び15は、集められた最も最近の情報を含む。反復ごとに、
新しい周波数領域、複素ベクトルXk及び適応された係数ベクトルHkは、X1 及びH1のために確保されているメモリ・サイトを占める。前の複素ベクトルX k は1つのメモリ・サイト14を滑り降り、前の係数ベクトルHkが適応される
。
響エコー信号の周波数領域推定値を発生する。周波数領域において、音響エコー
信号の推定値は、周波数領域適応フィルター係数ベクトルHkを掛けられた周波
数領域(複素ベクトルXk)の和に等しい。
イト14において記憶されたすべての周波数領域複素ベクトルXkを使用すると
は限らない。その代わりにS番目ごとの周波数領域複素ベクトルXkだけが使わ
れる。
方程式によって計算される。 S=(N−L−Q)/L S番目ごとの周波数領域復素ベクトルXkを用いることによって、音響エコ
ー信号の周波数領域推定値以下の方程式によって計算できる P=[H1・X1+H2・X1+s...+Hm・XM] ここで、 P=音響エコーの推定値, Hk=適応フィルタ係数ベクトル 及び Xn=遠端スピーカ信号の周波数領域複素ベクトル表示。
、それを時間領域に変換する。音響エコー信号の時間領域推定値の最後のLサン
プルからなるブロックが次に減算器7に送られる。
る。減算器7は、時間領域音響エコー低減通信信号を作るために、音響エコー信
号のブロック時間領域推定値をブロック近端マイク信号から引く。音響エコー低
減通信信号は、次に送信されるかさらに処理される。
域適応フィルター係数ベクトルHkは適応されなければならない。ギャップ・デ
テクタ4が周波数領域複素ベクトルXkにギャップを検出しなければ、係数ベク
トルHkは反復ごとに適応される。ギャップが検出されると同時に、係数ベクト
ルHkの適応は停止される。
の適応は、1反復につき2ステップを必要とする。第1に、正規化最小二乗平均
(LMS)更新が各周波数領域適応フィルター係数ベクトルHkに対して計算さ
れる。第2に、係数ベクトルHkのうちの少なくとも一つが拘束される。
ーカ信号とエラー信号を掛けた規格化係数との積に等しい量だけ更新される。次
の方程式は、更新された周波数領域適応フィルター係数ベクトルHkを計算する
ために用いられる。
)](起動後) ここで cは、1に等しい全ての要素を有する(N/2+1)長さベクトルである、 norminは、固定スカラー量である、 及び β=2^[beta_shift]=ギャップが検出されない場合の平均 スピーカパワ、 他に β=2^[−15] Xn+1−ks=遠端スピーカ信号の周波数領域表示; 及び E=エラー信号の周波数領域表示。
変更したものである。図2に示すように、エラー信号は、エラー信号の第1の(
N−L)個の係数をゼロに設定すること及び時間領域音響エコー低減通信信号の
L個の実サンプルでエラー信号の最後のL個の係数を満たすことによって得られ
る。結果として生じる時間領域エラー信号は、それから変換手段8を介して周波
数領域に変換される。
適用される。図3に示すように、拘束されるだろう周波数領域適応フィルタ係数
ベクトルHkは、それを周波数領域から時間領域に変換する逆変換手段9に送ら
れる。次の(L+Q)ゼロが変換手段12のHkの逆変換の第1の(N−L−Q
)サンプルの端に加えられる。変換手段12は、時間領域情報からの拘束された
係数Hconを周波数領域に変換する。拘束された係数Hconは、次に適当な
メモリ・サイト15に記憶される。
るまで、次につづく周波数領域適応フィルター係数ベクトルHkに適用される。
拘束がHmに適用された後、それは第1の係数ベクトルH1に戻る。本発明にお
いて使用される「回転」拘束は、性能とMIPS消費の間の最適釣合いを与える
。
ように実行される。第1に、反復ごとに、LMS更新が上述のように周波数領域
適応フィルタ係数ベクトルHkに対して計算される。第2に、他の反復ごとに、
係数ベクトルHkの少なくとも一つが拘束される。
コー低減通信信号s(t)は伝送されない。その代わりに、音響エコー低減通信
信号s(t)は、さらに処理される。図1に示すように、それ以上の処理は、適
応言語フィルタ18及び/又は中央クリッパ19を含むことができる。
発明の音響エコーキャンセラは、いくつかのやり方で出て行く信号を強める。第
1に、適応言語フィルタは、出て行く通信信号から音響及び電子ノイズを除外す
る。第2に、それは、それが確率的に適応デジタルフィルタの係数を変えるとき
に、エコーキャンセラによって発生されることがある低レベル白色雑音を減らす
。第3に、適応言語フィルタは、残留エコーを減らすために従来の非線形処理装
置として作用する。
oise Cancellation Technologies)社(NCT
)の適応音声フィルタ(Adaptive Speech Filter)であ
ってもよい。NCTの適応音声フィルタは、本願明細書に引用して組み入れられ
ている米国特許番号第5,768,473号に記載されている。
ができる。二三の実施形態は特定の用途に、最もよく適している。例えば、電話
用途において、エコーキャンセラは、0.3kHz〜3.4kHz以外の信号を
近端マイク信号から除くアナログフィルタを備えていなければならない。
及び以下の請求の範囲の適用範囲によって完全に包含される。また、当業者は、
上記した能力の全てを様々なハードウェア構成によって実行できると認める。
な近端マイク・インパルス応答を示す。
ャンセラの実施例である。 及び
Claims (23)
- 【請求項1】Lは、処理のためにブロックに寄せ集められるサンプルの数
を決定する可変パラメータであるとして、時間領域遠端スピーカ信号を受け、L
個のサンプルを含んでいるブロックに遠端スピーカ信号を入れる第1の標本化回
路と、 Lは、処理のためにブロックに組分けられるサンプルの数を決定する可変パラ
メータであるとして、時間領域近端マイク信号を受け、L個のサンプルを含んで
いるブロックに近端マイク信号を入れる第2の標本化回路と、 前記第1の標本化回路から遠端スピーカ信号の連続したブロックを受けるため
の複数のコレクタと、 Nは、変換手段のブロックの大きさであり、Qは、N−(L・truncat
e_fraction(N/L))に等しいとして、(N−Q)サンプル・ベク
トルを生むために前記複数のコレクタから受けた遠端スピーカ信号の連続するブ
ロックを連結し、次にQ個のゼロを入れる(NーQ)個のベクトルの前部に加え
ることによって形成される遠端スピーカ信号を表す時間領域Nサンプル・ベクト
ルを周波数領域に変換する第1の変換手段と、 周波数領域遠端スピーカ信号の複素ベクトル表示を前記第1の変換手段から受
けてギャップに対する複素ベクトル表示をモニタするギャップ・デテクタと、 前記第1の変換手段から遠端スピーカ信号の周波数領域複素ベクトル表示を受
け、音響エコー信号の周波数領域推定値を発生させるために多重複素ベクトルを
用いる適応フィルタであって、ギャップ・デテクタが複素ベクトル表示のギャッ
プを検出しなければ、適応フィルター係数が反復ごとに適応される適応フィルタ
と、 時間領域に前記適応フィルタから受けられる音響エコー信号の周波数領域推定
値の最後のLサンプルを変換するための第2の変換手段と、 前記第2の変換手段からの音響エコー信号の時間領域推定値の最後のL個のサ
ンプル及び前記第2の標本化回路からの時間領域近端マイク信号を受け、音響エ
コー低減通信信号を生むために近端マイク信号から音響エコー信号の推定値を引
く減算器と を備えるエコーキャンセラ。 - 【請求項2】前記ギャップ・デテクタは、前記複数のコレクタから時間領域
遠端スピーカ信号を受け,ギャップに対する信号をモニタする請求項1に記載の
エコーキャンセラ。 - 【請求項3】前記ギャップ・デテクタは、第1のサンプラから時間領域遠端
スピーカ信号を受け,ギャップに対する信号をモニタする請求項1に記載のエコ
ーキャンセラ。 - 【請求項4】前記減算器手段から音響エコー低減通信信号を受け、音響エコ
ー低減通信信号のノイズ含有量を減らす適応言語フィルタを更に備える請求項1
に記載のエコーキャンセラ。 - 【請求項5】適応言語フィルタからの信号を受けて、残留ノイズを除く中央
クリッパを更に備える請求項4に記載のエコーキャンセラ。 - 【請求項6】前記ギャップ・デテクタは、 power≦(N/4)normin2^[too_quiet_shift]
であり、ここで パワは遠端スピーカ信号のパワであり、 Nは変換手段のブロックサイズであり、 norminは、周波数ビン内の最小スピーカパワ推定値であり、 too_quiet_shiftは、ギャップ・デテクタ合計パワ閾値を決定す
る変数である場合に、遠端スピーカ信号の周波数領域複素ベクトル表示にあるギ
ャップを検出する請求項1に記載のエコーキャンセラ。 - 【請求項7】too_quiet_shift=2 である請求項6に記載のエコーキャンセラ。
- 【請求項8】前記ギャップ・デテクタは、時平均パワが、Gを可変パラメー
タとしたとき、G反復のための指定された量未満の場合、遠端スピーカ信号の周
波数領域要素ベクトル表示内のギャップを検出する請求項Iに記載のエコーキャ
ンセラ。 - 【請求項9】前記適応フィルタは、音響エコー信号の推定値を遠端スピーカ
信号のS番目ごとの周波数領域複素ベクトル表示と対応する周波数領域適応フィ
ルタ係数ベクトル(但しSは(N−L−Q)/Lに等しい)の積を合計すること
によって発生させる請求項Iに記載のエコーキャンセラ。 - 【請求項10】前記第1の標本化回路は、遠端スピーカ信号を(N−L−Q
)/(N−Q)オーバラップしたブロックに入れる請求項Iに記載のエコーキャ
ンセラ。 - 【請求項11】前記第2の標本化回路は、近端スピーカ信号をゼロオーバラ
ップしたブロックに入れる請求項Iに記載のエコーキャンセラ。 - 【請求項12】0≦L≦N/2 である請求項1に記載のエコーキャンセラ。
- 【請求項13】適応フィルタ係数の適応が計算されるべき適応フィルタ係数
ベクトル及び反復ごとに拘束されるべき適応フィルタ係数ベクトルのうちの少な
くとも1つの更新を必要とする請求項1に記載のエコーキャンセラ。 - 【請求項14】拘束されたHconである適応フィルタ係数は方程式 によって定められる請求項13に記載のエコーキャンセラ。
- 【請求項15】適応フィルタ係数ベクトルのための更新は、方程式 Hk=Hk+2−N_BFP(mu0/span/NORM)(Xn+1−ks *E) ただし mu0=LMS更新のための倍数であり、 spanは、インパルス応答モデルにあるサンプルの数であり、 NORMは、normin・c(起動時)に等しく、 NORMは、max[normin・c,(1−β)norm+β(Xn・Xn *)](起動後)に等しく、 cは、1に等しい全ての要素を有する(N/2+1)長さベクトルであり、 norminは、固定スカラー量であり、 β=2^[beta_shift]=ギャップが検出されない場合平均スピー カパワ、他に β=2^[−15] Xn+1−ksは、遠端スピーカ信号の周波数領域表示であり、及び Eは、エラー信号の周波数領域表示である、 によって計算される請求項13に記載のエコーキャンセラ。
- 【請求項16】エラー信号(E)は、改変音響エコー低減通信信号である請
求項15に記載のエコーキャンセラ。 - 【請求項17】適応フィルタ係数の適応が計算されるべき適応フィルタ係数
ベクトル及び少なくとも他の反復ごとに拘束されるべき適応フィルタ係数ベクト
ルのうちの少なくとも1つの更新を必要とする請求項1に記載のエコーキャンセ
ラ。 - 【請求項18】時間領域、遠端スピーカ信号及び時間領域近端マイク信号は
、音声/テレビ会議装置、無線若しくはセル方式の電話、またはインターネット
かイントラネット電話から生じる請求項1に記載のエコーキャンセラ。 - 【請求項19】時間領域遠端スピーカ信号のサンプルをとるステップと、 時間領域近端マイク信号のサンプルをとるステップと、 Lを処理のためにブロックに組分けられるサンプルの数を決定する可変パラメ
ータとして、Lサンプルを含むブロックに時間領域遠端スピーカ信号を入れるス
テップと、 Lを処理のためにブロックに組分けられるサンプルの数を決定する可変パラメ
ータとして、L個のサンプルを含んでいるブロックに時間領域近端マイク信号を
入れるステップと、 Nは、変換手段のブロックサイズであり、Qは、Nー(L・truncate
_fraction(N/L))に等しいとして、時間領域(N−Q)サンプル
・ベクトルを作成するために時間領域遠端スピーカ信号の連続するブロックを連
結するステップと、 Nサンプル・ベクトルは遠端スピーカ信号を表すとして、時間領域を生むため
に、Qゼロを時間領域(N−Q)サンプルベクトルの前部に加えるステップと、 遠端スピーカ信号を表している時間領域Nサンプル・ベクトル周波数領域に変
換するステップと、 ギャップに対する遠端スピーカ信号の周波数領域複素ベクトル表示をモニタす
るステップと、 音響エコー信号の周波数領域推定値を発生させるために遠端スピーカ信号の周
波数領域複素ベクトル表示を最適にろ波するステップと、 音響エコー信号の周波数領域推定値の最後のLサンプルを時間領域に変換する
ステップと、 音響エコー低減通信信号をを与えるために時間領域音響エコー信号の最後のL
サンプルを時間領域近端マイク信号から引くステップと、 ギャップが遠端スピ−カ信号の周波数領域複素ベクトル表示において検出され
ない場合、フィルタリングの特性を適応させるステップと からなる音響エコーを消去する方法。 - 【請求項20】音響エコーのノイズ含有量を減らすために適応言語フィルタ
で音響エコー低減通信信号を処理するステップを更に備える請求項19に従う音
響エコーを消去する方法。 - 【請求項21】残留ノイズを除くために適応言語フィルタを出て行く信号を
中央クリッパで処理するステップを更に備える請求項20に従う音響エコーを消
去する方法。 - 【請求項22】時間領域、遠端スピーカ信号及び時間領域近端マイク信号は
、音声/テレビ会議装置、無線若しくはセル方式の電話、またはインターネット
かイントラネット電話から生じる請求項19に従う音響エコーを消去する方法。 - 【請求項23】時間領域遠端スピーカ信号のサンプルをとるステップと、 時間領域近端マイク信号のサンプルをとるステップと、 各ギャップのための時間領域遠端スピーカ信号をモニタするステップと、 Lを処理のためにブロックに組分けられるサンプルの数を決定する可変パラメ
ータとして、Lサンプルを含むブロックに時間領域遠端スピーカ信号を入れるス
テップと、 Lを処理のためにブロックに組分けられるサンプルの数を決定する可変パラメ
ータとして、L個のサンプルを含んでいるブロックに時間領域近端マイク信号を
入れるステップと、 Nは、変換手段のブロックサイズであり、Qは、N−(L・truncate
_fraction(N/L))に等しいとして、時間領域(N−Q)サンプル
・ベクトルを作成するために時間領域遠端スピーカ信号の連続するブロックを連
結すること、 Nサンプル・ベクトルは遠端スピーカ信号を表すとして、時間領域を生むため
に、Qゼロを時間領域(N−Q)サンプルベクトルの前部に加えるステップと、 遠端スピーカ信号を表している時間領域Nサンプル・ベクトル周波数領域に変
換するステップと、 音響エコー信号の周波数領域推定値を発生させるために遠端スピーカ信号の周
波数領域複素ベクトル表示を最適にろ波するステップと、 音響エコー信号の周波数領域推定値の最後のLサンプルを時間領域に変換する
ステップと、 音響エコー低減通信信号をを与えるために時間領域音響エコー信号の最後のL
サンプルを時間領域近端マイク信号から引くステップと、 ギャップが遠端スピーカ信号の周波数領域複素ベクトル表示において検出され
ない場合、フィルタリングの特性を適応させるステップと からなる音響エコーを消去する方法。
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