JP2005286796A - Loudspeaker call device - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To early enable a two-way simultaneous call by shortening a converging time of an echo canceller even when a loudspeaker call device is installed in a high resounding space such as a bathroom. <P>SOLUTION: A first echo canceller 30A comprises an adaptive filter 31A and a subtractor 32A, adaptively identifies an impulse response of an acoustic echo path H<SB>AC</SB>by using the adaptive filter 31A and uses the subtractor 32A to subtract a pseudo echo component (acoustic echo) estimated from a received signal from an output signal of a microphone amplifier G1, thereby suppressing the acoustic echo. Since the adaptive filter 31A uses the algorithm of an ES mapping method to adaptively identify filter coefficients, the converging time of the filter coefficients in the high resounding space such as a bathroom can be shortened, and early enables the two-way simultaneous call in comparison with the LMS method and a learning identification method of a prior art. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、インターホンなどに用いられる拡声通話装置に関し、特に浴室などの高反響空間に設置される拡声通話装置に関するものである。   The present invention relates to a loudspeaker device used for intercoms and the like, and more particularly to a loudspeaker device installed in a high reverberation space such as a bathroom.

この種の拡声通話装置では、マイクロホンとスピーカの音響結合により形成される音響側の帰還経路や、相手側の通話端末との間で形成される回線側の帰還経路によって不快なエコー（音響エコーあるいは回線エコー）が聞こえてしまう場合があり、あるいは、上記帰還経路などにより任意の周波数成分における一巡利得が１倍を超えるような閉ループが通話系に形成されると当該周波数にてハウリングが生じてしまう場合があるので、上述のような不快なエコー及びハウリングの発生を防止するためにエコーキャンセラ並びに音声スイッチを備えている。   In this type of loudspeaker, an uncomfortable echo (acoustic echo or acoustic echo) is caused by an acoustic return path formed by acoustic coupling of a microphone and a speaker, or a line-side return path formed between the other party's call terminal. Line echo) may be heard, or howling occurs at the frequency when a closed loop in which the loop gain in an arbitrary frequency component exceeds 1 is formed in the communication system by the feedback path or the like. In some cases, an echo canceller and a voice switch are provided to prevent the generation of unpleasant echoes and howling as described above.

音声スイッチは、通話状態（送話状態、受話状態）を常時推定し、推定結果に基づき適切な配分で送話側及び受話側の信号経路に対して損失を挿入するものである。また、エコーキャンセラは、帰還経路のインパルス応答を適応的に同定して帰還経路への入力信号から帰還経路の擬似エコー成分を推定する適応フィルタと、適応フィルタで推定された擬似エコー成分を帰還経路からの出力信号より減算する減算器とで構成されるものである。ここで、エコーキャンセラの適応フィルタが帰還経路のインパルス応答を同定するのに通常数秒の学習時間を要するため、通話開始直後からの数秒間にはエコーキャンセラによるエコーの抑制効果が十分に期待できず、通話系に閉ループが形成された状態にあり、不快なエコーやハウリングが生じる虞がある。   The voice switch constantly estimates the call state (sending state, receiving state) and inserts a loss into the signal path on the transmitting side and the receiving side with an appropriate distribution based on the estimation result. The echo canceller adaptively identifies the impulse response of the feedback path and estimates the pseudo echo component of the feedback path from the input signal to the feedback path, and the pseudo echo component estimated by the adaptive filter as the feedback path. And a subtracter that subtracts from the output signal from the. Here, the adaptive filter of the echo canceller usually requires several seconds of learning time to identify the impulse response of the feedback path, so the echo suppression effect by the echo canceller cannot be expected sufficiently in the few seconds immediately after the start of the call. There is a possibility that an unpleasant echo or howling may occur because a closed loop is formed in the call system.

そこで本出願人は、通話開始直後における不快なエコーやハウリングの抑制を可能とした拡声通話装置を既に提案している（特許文献１参照）。   Therefore, the present applicant has already proposed a loudspeaker device that can suppress unpleasant echoes and howling immediately after the start of a call (see Patent Document 1).

この従来例では、通話開始直後のエコーキャンセラが収束していない状態においては、音声スイッチが信号経路に挿入する損失の総量（総損失量）を十分に大きい初期値に固定する固定モードで動作することで不快なエコーやハウリングを抑制し、エコーキャンセラが十分に収束した状態においては、音声スイッチが総損失量を随時更新する更新モードで動作することで双方向の同時通話を実現している。
特開２００２−３５９５８０号公報 In this conventional example, when the echo canceller immediately after the start of the call has not converged, the voice switch operates in a fixed mode that fixes the total amount of loss (total loss amount) inserted into the signal path to a sufficiently large initial value. Thus, unpleasant echoes and howling are suppressed, and in a state where the echo canceller has sufficiently converged, the voice switch operates in an update mode in which the total loss amount is updated at any time, thereby realizing two-way simultaneous calls.
JP 2002-359580 A

ところで、拡声通話装置の使用場所（設置場所）は、例えば一般的なインターホンシステムにおいては住宅の居間などの比較的に広い空間であるが、最近では浴室に設置される場合もある。浴室のように比較的に狭い空間は反響が大きくなるので、比較的に広いリビング空間（低反響空間）に比較してエコーキャンセラが収束するまでに長い時間を要する。ここで、ディジタルのＦＩＲフィルタにより構成される適応フィルタでは、擬似エコー成分の減算で消去されなかった消去誤差を最小とするように動作するアルゴリズムによってフィルタ係数を逐次修正しており、上記従来例のものでは消去誤差の自乗平均値を最小化するアルゴリズム（例えば、ＬＭＳ（Least-Mean-Square）法）が用いられていた。このＬＭＳ法では、フィルタ係数の修正の大きさを調整する修正幅（ステップゲイン）がスカラ量として与えられており、浴室のような高反響空間においては音声信号のような有色信号に対する収束時間が相当長くなってしまうので、通話開始直後から音声スイッチが固定モードで動作する時間が相対的に長くなり、片方向の通話しかできない状態が長く続いてしまうという問題があった。   By the way, the use place (installation place) of the loudspeaker device is a relatively wide space such as a living room in a general intercom system, for example, but recently it may be installed in a bathroom. Since a relatively narrow space such as a bathroom has a large reverberation, it takes a long time for the echo canceller to converge as compared to a relatively large living space (low reverberation space). Here, in the adaptive filter constituted by the digital FIR filter, the filter coefficient is sequentially corrected by an algorithm that operates so as to minimize the erasure error that has not been eliminated by subtraction of the pseudo echo component. However, an algorithm (for example, LMS (Least-Mean-Square) method) that minimizes the root mean square value of the erasure error has been used. In this LMS method, a correction range (step gain) for adjusting the correction magnitude of the filter coefficient is given as a scalar quantity, and the convergence time for a colored signal such as an audio signal in a high reverberation space such as a bathroom. Since it becomes considerably long, there is a problem that the time during which the voice switch operates in the fixed mode becomes relatively long immediately after the start of the call, and the state where only one-way call can be made continues for a long time.

本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、浴室などの高反響空間に設置されたときでもエコーキャンセラの収束時間を短縮して早期に双方向の同時通話が実現できる拡声通話装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and the purpose thereof is to shorten the convergence time of the echo canceller even when installed in a high reverberation space such as a bathroom, thereby realizing two-way simultaneous conversation at an early stage. An object is to provide a loudspeaker.

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、マイクロホン及びスピーカと、相手側の通話端末から送られてくる受話信号をスピーカに伝送する受話側信号経路並びにマイクロホンで集音された送話信号を伝送して相手側の通話端末へ送る送話側信号経路に損失を挿入することで通話状態を受話及び送話に切り換える音声スイッチと、マイクロホンとスピーカの音響結合によって生じる音響エコーを抑制するエコーキャンセラとを備えた拡声通話装置において、音声スイッチは、送話側の信号経路に損失を挿入する送話側損失挿入手段と、受話側の信号経路に損失を挿入する受話側損失挿入手段と、送話側及び受話側の各損失挿入手段から挿入する損失量を制御する挿入損失量制御手段とを具備し、挿入損失量制御手段は、受話側損失挿入手段の出力点から音響エコー経路を介して送話側損失挿入手段の入力点へ帰還する経路の音響側帰還利得を推定するとともに、送話側損失挿入手段の出力点から回線エコー経路を介して受話側損失挿入手段の入力点へ帰還する経路の回線側帰還利得を推定し、音響側及び回線側の各帰還利得の推定値に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和を算出する総損失量算出部と、送話信号及び受話信号を監視して通話状態を推定し、この推定結果と総損失量算出部の算出値に応じて送話側損失挿入手段及び受話側挿入損失手段の各挿入損失量の配分を決定する挿入損失量分配処理部とからなり、総損失量算出部は、各帰還利得の推定値に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和を算出して適応更新する更新モード、並びに総損失量を所定の初期値に固定する固定モードの２つの動作モードを有し、相手側通話端末との通話開始からエコーキャンセラが充分に収束するまでの期間には固定モードで動作するとともに、エコーキャンセラが充分に収束した後の期間には更新モードで動作し、エコーキャンセラは、スピーカとマイクロホンの音響結合により形成される帰還経路のインパルス応答を適応的に同定して帰還経路への入力信号から帰還経路の擬似エコー成分を推定する適応フィルタと、適応フィルタで推定された擬似エコー成分を帰還経路からの出力信号より減算する減算器とを具備し、適応フィルタは、ディジタルのＦＩＲフィルタにより構成され、擬似エコー成分の減算で消去されなかった消去誤差を最小とするように動作するアルゴリズムによってフィルタ係数を逐次修正するとともに、フィルタ係数の修正の大きさを調整するために対角行列で表されるステップゲイン行列を用いることを特徴とする。   In order to achieve the above object, the invention of claim 1 provides a microphone and a speaker, a reception side signal path for transmitting a reception signal transmitted from the other party's telephone terminal to the speaker, and a transmission collected by the microphone. Suppresses acoustic echo caused by acoustic coupling between the microphone and speaker, and a voice switch that switches the call state between receiving and transmitting by inserting loss into the transmitting signal path that transmits the signal and sends it to the other party's telephone terminal In a loudspeaker having an echo canceller, a voice switch includes a transmission side loss insertion unit that inserts a loss into the signal path on the transmission side, and a reception side loss insertion unit that inserts a loss into the signal path on the reception side. Insertion loss amount control means for controlling the amount of loss inserted from each loss insertion means on the transmission side and the reception side, and the insertion loss amount control means Estimate the feedback gain on the acoustic side of the return path from the output point of the stage to the input point of the transmission side loss insertion means via the acoustic echo path, and from the output point of the transmission side loss insertion means via the line echo path Total loss that estimates the line-side feedback gain of the path that returns to the input point of the receiving-side loss insertion means, and calculates the total amount of loss to be inserted into the closed loop based on the estimated values of the feedback gains on the acoustic and line sides The amount calculation unit, and the call state is estimated by monitoring the transmission signal and the reception signal, and each of the transmission side loss insertion unit and the reception side insertion loss unit according to the estimation result and the calculated value of the total loss amount calculation unit The total loss amount calculation unit calculates the sum of the loss amounts to be inserted into the closed loop based on the estimated value of each feedback gain, and adaptively updates the total loss amount calculation unit. Update mode and total loss amount It has two operation modes, fixed mode that is fixed to the initial value, and operates in the fixed mode and echo canceller converges sufficiently during the period from the start of communication with the other party's call terminal until the echo canceller converges sufficiently. After that, the echo canceller operates in the update mode, and the echo canceller adaptively identifies the impulse response of the feedback path formed by the acoustic coupling of the speaker and the microphone, and makes a pseudo echo of the feedback path from the input signal to the feedback path. An adaptive filter for estimating the component, and a subtractor for subtracting the pseudo echo component estimated by the adaptive filter from the output signal from the feedback path. The adaptive filter includes a digital FIR filter, Sequential correction of filter coefficients by an algorithm that operates to minimize erasure errors that were not erased by subtraction. In addition to correcting, a step gain matrix represented by a diagonal matrix is used to adjust the magnitude of correction of the filter coefficient.

この発明によれば、フィルタ係数の修正の大きさを調整するステップゲインをスカラ量からベクトル量、すなわち、対角行列で表されるステップゲイン行列に拡張したため、有色信号である音声信号に対するエコーキャンセラの収束時間を短縮することができる。その結果、浴室などの高反響空間に設置されたときでもエコーキャンセラの収束時間を短縮して早期に双方向の同時通話が実現できる。   According to the present invention, the step gain for adjusting the correction magnitude of the filter coefficient is expanded from the scalar amount to the vector amount, that is, the step gain matrix represented by the diagonal matrix, so that the echo canceller for the speech signal that is a colored signal. The convergence time can be shortened. As a result, even when installed in a high reverberation space such as a bathroom, the convergence time of the echo canceller can be shortened and two-way simultaneous calls can be realized at an early stage.

請求項２の発明は、請求項１の発明において、適応フィルタのフィルタ係数を順番に複数のブロックに均等に割り振り、各ブロックに割り振られたフィルタ係数に対してステップゲイン行列の対角要素を設定するステップゲイン行列設定手段を備えたことを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the filter coefficients of the adaptive filter are equally allocated to a plurality of blocks in order, and the diagonal elements of the step gain matrix are set for the filter coefficients allocated to each block. Step gain matrix setting means is provided.

この発明によれば、複数のブロックについて共通のステップゲイン行列を割り当てることができ、フィルタ係数毎にステップゲイン行列の対角要素を割り当てる必要がないから、対角要素を記憶しておくためのメモリ領域を節約してコストダウンが図れる。   According to the present invention, a common step gain matrix can be assigned to a plurality of blocks, and there is no need to assign a diagonal element of the step gain matrix for each filter coefficient. Therefore, a memory for storing diagonal elements Cost can be reduced by saving area.

請求項３の発明は、請求項１の発明において、適応フィルタの単調に減衰するステップゲイン行列の対角要素を、その最大値、減衰率及び設定間隔の３つのパラメータにより階段状に近似して設定するステップゲイン行列設定手段を備えたことを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the diagonal elements of the step gain matrix that monotonically attenuates the adaptive filter are approximated in a stepped manner by three parameters of the maximum value, the attenuation rate, and the set interval. Step gain matrix setting means for setting is provided.

この発明によれば、ステップゲイン行列の対角要素を３つのパラメータで設定できるために対角要素の調整が容易になる。   According to the present invention, since the diagonal elements of the step gain matrix can be set with three parameters, the diagonal elements can be easily adjusted.

請求項４の発明は、請求項１の発明において、単調に減衰するステップゲイン行列の対角要素を記憶した記憶手段と、記憶手段に記憶した対角要素を随時読み出してステップゲイン行列を設定するステップゲイン行列設定手段とを備えたことを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the storage means storing the diagonal elements of the step gain matrix that monotonously attenuates, and the diagonal elements stored in the storage means are read as needed to set the step gain matrix. Step gain matrix setting means.

この発明によれば、ステップゲイン行列の対角要素としてインパルス応答への近似精度が高い値を用いることができてエコーキャンセラの収束時間を確実に短縮することができる。   According to the present invention, a value having a high approximation accuracy to the impulse response can be used as a diagonal element of the step gain matrix, and the convergence time of the echo canceller can be surely shortened.

請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記ステップゲイン行列設定手段は、前記記憶手段から対角要素を随時読み出してステップゲイン行列を設定する処理と、単調に減衰するステップゲイン行列の対角要素を、その最大値、減衰率及び設定間隔の３つのパラメータにより階段状に近似して設定する処理とを択一的に切り換えて実行することを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the invention of the fourth aspect, the step gain matrix setting means reads the diagonal elements from the storage means as needed to set the step gain matrix, and the step gain matrix monotonically attenuates. A process of approximating and setting a diagonal element in a staircase pattern according to three parameters of its maximum value, attenuation rate, and setting interval is selectively switched and executed.

この発明によれば、設置場所における反響の大きさなどの条件に応じてステップゲイン行列の対角要素の設定方法を変えることができる。   According to the present invention, the method of setting the diagonal elements of the step gain matrix can be changed according to conditions such as the magnitude of reverberation at the installation location.

請求項６の発明は、請求項１の発明において、エコーキャンセラは、遠端側の信号の瞬時パワーを推定する遠端信号パワー推定部と、帰還経路からの出力信号と帰還経路への入力信号と減算器の出力信号のうちの複数の信号の相互相関を利用してダブルトークを検出するダブルトーク検出部と、近端側の信号の瞬時パワーを推定する近端信号パワー推定部と、遠端信号パワー推定部の推定値に対する近端信号パワー推定部の推定値の比が所定のしきい値よりも大きい場合に適応フィルタにおけるステップゲイン行列の対角要素を、当該対角要素に１未満の所定の係数を乗算した値に設定するステップゲイン設定部とを備えたことを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the echo canceller includes a far-end signal power estimating unit that estimates the instantaneous power of the far-end signal, an output signal from the feedback path, and an input signal to the feedback path. A double-talk detector that detects double-talk using the cross-correlation of a plurality of signals from the output signal of the subtractor, a near-end signal power estimator that estimates the instantaneous power of the near-end signal, When the ratio of the estimated value of the near-end signal power estimator to the estimated value of the end signal power estimator is greater than a predetermined threshold, the diagonal element of the step gain matrix in the adaptive filter is less than 1 in the diagonal element. And a step gain setting unit that sets a value obtained by multiplying the predetermined coefficient.

この発明によれば、ダブルトークか否かにかかわらず、遠端信号パワー推定部の推定値に対する近端信号パワー推定部の推定値の比がしきい値よりも大きければ適応フィルタにおけるフィルタ係数の収束の速さを相対的に遅くすることでエコーキャンセラの発散を未然に防止して抑制することができる。しかも、所定の係数を対角要素に乗算することでステップゲイン行列を変更することができるから、２通りのステップゲイン行列をメモリに保存しておく場合に比べてメモリ領域の節約によるコストダウンが図れる。   According to the present invention, regardless of whether or not it is double talk, if the ratio of the estimated value of the near-end signal power estimator to the estimated value of the far-end signal power estimator is larger than the threshold value, the filter coefficient of the adaptive filter By making the convergence speed relatively slow, the divergence of the echo canceller can be prevented and suppressed in advance. In addition, since the step gain matrix can be changed by multiplying the diagonal element by a predetermined coefficient, the cost can be reduced by saving the memory area compared to the case where the two step gain matrices are stored in the memory. I can plan.

請求項７の発明は、請求項１の発明において、適応フィルタのタップ長を調整するタップ長調整手段を備えたことを特徴とする。   The invention of claim 7 is characterized in that in the invention of claim 1, a tap length adjusting means for adjusting the tap length of the adaptive filter is provided.

この発明によれば、設置場所の反響の大きさに応じた適当なタップ長に調整することができるため、所望のエコーキャンセル量を確保することができる。   According to the present invention, since it is possible to adjust the tap length to an appropriate value according to the magnitude of the echo at the installation location, a desired echo cancellation amount can be ensured.

請求項８の発明は、請求項１の発明において、送話側信号経路に低域通過フィルタを挿入したことを特徴とする。   The invention of claim 8 is characterized in that, in the invention of claim 1, a low-pass filter is inserted in the signal path on the transmitting side.

この発明によれば、浴室などの高反響空間では高域が強調されてしまうため、低域通過フィルタで高域をカットすることにより通話者に不快感を与えることがなく、快適な通話が実現できる。   According to the present invention, since a high frequency is emphasized in a high reverberation space such as a bathroom, a comfortable call can be realized without causing discomfort to the caller by cutting the high frequency with a low-pass filter. it can.

請求項９の発明は、請求項１の発明において、受話側信号経路並びに送話側信号経路にアッテネータを挿入したことを特徴とする。   The invention of claim 9 is characterized in that, in the invention of claim 1, an attenuator is inserted into the reception side signal path and the transmission side signal path.

この発明によれば、マイクロホンから入力する入力信号（送話信号）やスピーカへ出力する出力信号（受話信号）の音量レベルを適当な値に調整することができる。   According to the present invention, the volume level of the input signal (speech signal) input from the microphone and the output signal (received signal) output to the speaker can be adjusted to an appropriate value.

請求項１０の発明は、請求項７の発明において、設置空間の残響時間を計測する残響時間計測手段と、残響時間計測手段で計測される残響時間に応じて適応フィルタのタップ長を調整する前記タップ長調整手段とを備えたことを特徴とする。   The invention of claim 10 is the invention of claim 7, wherein the reverberation time measuring means for measuring the reverberation time of the installation space, and the tap length of the adaptive filter is adjusted according to the reverberation time measured by the reverberation time measuring means. And a tap length adjusting means.

この発明によれば、設置場所における残響時間の実測値に基づいてタップ長を調整するので、より適切なタップ長に設定することができる。   According to the present invention, since the tap length is adjusted based on the actually measured value of the reverberation time at the installation location, it can be set to a more appropriate tap length.

請求項１１の発明は、請求項１の発明において、設置空間の残響時間を計測する残響時間計測手段を備え、音声スイッチの総損失量算出部は、残響時間計測手段で計測される残響時間が所定の閾値を超えるときには固定モードで動作するとともに、前記残響時間が閾値を超えないときにはエコーキャンセラが充分に収束した後の期間に更新モードで動作することを特徴とする。   The invention of claim 11 is the invention of claim 1, further comprising reverberation time measuring means for measuring the reverberation time of the installation space, wherein the total loss amount calculation unit of the voice switch is the reverberation time measured by the reverberation time measuring means. When the reverberation time does not exceed the threshold, the operation is performed in the update mode during a period after the echo canceller has sufficiently converged.

この発明によれば、設置場所における残響時間が所定の閾値を超える状況においては、固定モードで動作する総損失量算出部によって総損失量が充分に大きい初期値に固定されるために不快なエコーやハウリングの発生を抑制して安定した半二重通話が実現でき、残響時間が所定の閾値を超えないときには、エコーキャンセラが充分に収束した後に更新モードで動作する総損失量算出部によって総損失量が随時更新されるために双方向の同時通話が実現できる。   According to the present invention, in a situation where the reverberation time at the installation location exceeds a predetermined threshold, the total loss amount is fixed to a sufficiently large initial value by the total loss amount calculation unit operating in the fixed mode, so that an unpleasant echo If the reverberation time does not exceed the predetermined threshold, the total loss is calculated by the total loss calculator that operates in the update mode after the echo canceller has sufficiently converged. Since the amount is updated as needed, two-way simultaneous calls can be realized.

請求項１２の発明は、請求項１の発明において、既製の浴室に設置されるものであって、寸法が異なる複数種類の浴室毎に適応フィルタにおけるステップゲイン行列の対角要素の最適値を記憶した対角要素記憶手段と、複数種類の浴室のうちから１種類を選択する選択手段と、選択手段で選択された浴室に対応する対角要素の最適値を対角要素記憶手段から読み出してステップゲイン行列を設定するステップゲイン行列設定手段とを備えたことを特徴とする。   The invention of claim 12 is the invention of claim 1, which is installed in a ready-made bathroom, and stores the optimum value of the diagonal element of the step gain matrix in the adaptive filter for each of a plurality of types of bathrooms having different dimensions. The diagonal element storage means, the selection means for selecting one of the plurality of types of bathrooms, and the optimum value of the diagonal element corresponding to the bathroom selected by the selection means is read out from the diagonal element storage means. Step gain matrix setting means for setting a gain matrix is provided.

この発明によれば、設置場所である浴室の種類に応じた最適なステップゲイン行列を適応フィルタに設定することができるから、エコーキャンセラの収束時間をさらに短縮することができる。   According to the present invention, since the optimum step gain matrix corresponding to the type of bathroom that is the installation location can be set in the adaptive filter, the convergence time of the echo canceller can be further shortened.

請求項１３の発明は、請求項３の発明において、既製の浴室に設置されるものであって、寸法が異なる複数種類の浴室毎にステップゲイン行列の対角要素を設定する最大値、減衰率及び設定間隔の３つのパラメータの最適値を記憶したパラメータ記憶手段と、複数種類の浴室のうちから１種類を選択する選択手段と、選択手段で選択された浴室に対応するパラメータの最適値をパラメータ記憶手段から読み出し、読み出したパラメータにより求めた対角要素をステップゲイン行列に設定するステップゲイン行列設定手段とを備えたことを特徴とする。   A thirteenth aspect of the present invention is the invention according to the third aspect of the present invention, wherein the maximum value and the attenuation rate are set in the step gain matrix for each of a plurality of types of bathrooms that are installed in a ready-made bathroom and have different dimensions. And parameter storage means for storing the optimum values of the three parameters of the set interval, selection means for selecting one type from among a plurality of types of bathrooms, and optimum values of the parameters corresponding to the bathroom selected by the selection means Step gain matrix setting means for setting a diagonal element obtained by reading from the storage means and using the read parameters to a step gain matrix is provided.

この発明によれば、設置場所である浴室の種類に応じた最適なステップゲイン行列に設定することができるから、エコーキャンセラの収束時間をさらに短縮することができる。   According to the present invention, since it is possible to set an optimal step gain matrix according to the type of bathroom as the installation location, it is possible to further shorten the convergence time of the echo canceller.

本発明によれば、フィルタ係数の修正の大きさを調整するステップゲインをスカラ量からベクトル量、すなわち、対角行列で表されるステップゲイン行列に拡張したため、有色信号である音声信号に対するエコーキャンセラの収束時間を短縮することができ、その結果、浴室などの高反響空間に設置されたときでもエコーキャンセラの収束時間を短縮して早期に双方向の同時通話が実現できるという効果がある。   According to the present invention, the step gain for adjusting the correction magnitude of the filter coefficient is expanded from the scalar quantity to the vector quantity, that is, the step gain matrix represented by the diagonal matrix, so that the echo canceller for the speech signal that is a colored signal is provided. The convergence time can be shortened. As a result, even when installed in a highly reverberant space such as a bathroom, the convergence time of the echo canceller can be shortened and two-way simultaneous calls can be realized at an early stage.

以下、本発明を住宅の浴室に設置される拡声通話装置（インターホン端末）に適用した実施形態について図面を参照して詳細に説明する。但し、本発明はこれに限定されるものではなく、浴室以外の高反響空間全般に設置される拡声通話装置であれば良い。   Hereinafter, embodiments in which the present invention is applied to a loudspeaker communication apparatus (interphone terminal) installed in a bathroom of a house will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to this, and may be a loudspeaker device installed in a high reverberation space other than the bathroom.

（実施形態１）
本実施形態は、図１に示すようにマイクロホン１、スピーカ２、２線−４線変換回路３、マイクロホンアンプＧ１、回線（２線の伝送路）への送話信号を増幅する回線出力アンプＧ２、回線からの受話信号を増幅する回線入力アンプＧ３、スピーカアンプＧ４、送話音量調整用増幅器Ｇ５、受話音量調整用増幅器Ｇ６、音声スイッチ１０並びに第１及び第２のエコーキャンセラ３０Ａ，３０Ｂで構成される。 (Embodiment 1)
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, a microphone 1, a speaker 2, a two-wire / four-wire conversion circuit 3, a microphone amplifier G1, and a line output amplifier G2 that amplifies a transmission signal to a line (two-wire transmission line). , A line input amplifier G3 for amplifying a reception signal from the line, a speaker amplifier G4, a transmission volume adjustment amplifier G5, a reception volume adjustment amplifier G6, a voice switch 10, and first and second echo cancellers 30A and 30B. Is done.

第１のエコーキャンセラ３０Ａは適応フィルタ３１Ａと減算器３２Ａからなる従来周知の構成を有し、スピーカ２−マイクロホン１間の音響結合により形成される帰還経路（音響エコー経路）Ｈ_ACのインパルス応答を適応フィルタ３１Ａにより適応的に同定し、参照信号（スピーカアンプＧ４への入力信号）から推定した擬似エコー成分（音響エコー）を減算器３２ＡによりマイクロホンアンプＧ１の出力信号から減算することで音響エコーを抑制するものである。また、第２のエコーキャンセラ３０Ｂも適応フィルタ３１Ｂと減算器３２Ｂからなる従来周知の構成を有し、２線−４線変換回路３と伝送路との間のインピーダンスの不整合による反射および相手の通話端末（例えば、インターホンシステムのドアホン子機など）におけるスピーカ−マイクロホン間の音響結合とにより形成される帰還経路（回線エコー経路）Ｈ_LINのインパルス応答を適応フィルタ３１Ｂにより適応的に同定し、参照信号（回線出力アンプＧ２への入力信号、すなわち送話信号）から推定した擬似エコー成分（回線エコー）を減算器３２Ｂにより受話信号から減算することで回線エコーを抑制するものである。 The first echo canceller 30A includes a well-known structure composed of the adaptive filter 31A and a subtractor 32A, the impulse response of the feedback path (acoustic echo path) H _AC formed by the acoustic coupling between the speaker 2 microphone 1 The acoustic echo is adaptively identified by the adaptive filter 31A and subtracted from the output signal of the microphone amplifier G1 by the subtractor 32A from the pseudo echo component (acoustic echo) estimated from the reference signal (input signal to the speaker amplifier G4). It is to suppress. The second echo canceller 30B also has a conventionally well-known configuration including an adaptive filter 31B and a subtractor 32B. The reflection due to impedance mismatch between the 2-wire-to-wire conversion circuit 3 and the transmission path and the counterpart The impulse response of the feedback path (line echo path) H _LIN formed by the acoustic coupling between the speaker and the microphone in the telephone terminal (for example, intercom system door phone slave unit) is adaptively identified by the adaptive filter 31B and referenced. The line echo is suppressed by subtracting the pseudo echo component (line echo) estimated from the signal (input signal to the line output amplifier G2, that is, transmission signal) from the reception signal by the subtractor 32B.

音声スイッチ１０は、送話側の信号経路に損失を挿入する送話側減衰器１１と、受話側の信号経路に損失を挿入する受話側減衰器１２と、送話側及び受話側の各減衰器１１，１２から挿入する損失量を制御する挿入損失量制御部１３とを具備する。挿入損失量制御部１３は、受話側減衰器１２の出力点Ｒoutから音響エコー経路Ｈ_ACを介して送話側減衰器１１の入力点Ｔinへ帰還する経路（以下、「音響側帰還経路」という）の音響側帰還利得αを推定するとともに、送話側減衰器１１の出力点Ｔoutから回線エコー経路Ｈ_LINを介して受話側減衰器１２の入力点Ｒinへ帰還する経路（以下、「回線側帰還経路」という）の回線側帰還利得βを推定し、音響側及び回線側の各帰還利得α，βの推定値α’，β’に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和（送話側減衰器１１の挿入損失量と受話側減衰器１２の挿入損失量の和）を算出する総損失量算出部１４と、送話信号及び受話信号を監視して通話状態を推定し、この推定結果と総損失量算出部１４の算出値に応じて送話側減衰器１１及び受話側減衰器１２の各挿入損失量の配分を決定する挿入損失量分配処理部１５とからなる。なお、本実施形態における第１及び第２のエコーキャンセラ３０Ａ，３０Ｂ並びに音声スイッチ１０は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）のハードウェアをエコーキャンセラ用並びに音声スイッチ用のソフトウェア（プログラム）で制御することによって実現されている。従って、以下の説明における音声スイッチ１０並びに第１及び第２のエコーキャンセラ３０Ａ，３０Ｂの入出力信号（受話信号及び送話信号）は所定のサンプリング周期でサンプリングされ、且つＡ／Ｄ変換器により量子化されている。 The voice switch 10 includes a transmission side attenuator 11 for inserting a loss in the signal path on the transmission side, a reception side attenuator 12 for inserting a loss in the signal path on the reception side, and attenuations on the transmission side and the reception side. And an insertion loss amount control unit 13 for controlling the loss amount inserted from the devices 11 and 12. The insertion loss amount control unit 13, the path to be fed back from the output point Rout of the receiving side attenuator 12 to the input point Tin of the transmitter-side attenuator 11 via the acoustic echo path H _AC (hereinafter referred to as "acoustic side feedback path" ) On the acoustic side feedback gain α and a path for returning from the output point Tout of the transmitting side attenuator 11 to the input point Rin of the receiving side attenuator 12 via the line echo path H _LIN (hereinafter referred to as “line side”). The line-side feedback gain β of the feedback path ”is estimated, and the total amount of loss to be inserted into the closed loop based on the estimated values α ′ and β ′ of the feedback gains α and β on the acoustic side and the line side (transmission) The total loss amount calculation unit 14 for calculating the insertion loss amount of the side attenuator 11 and the insertion loss amount of the reception side attenuator 12, and the call state is estimated by monitoring the transmission signal and the reception signal. The transmission side attenuator 11 and the reception side decrease according to the result and the calculated value of the total loss calculation unit 14 It comprises an insertion loss amount distribution processing unit 15 that determines the distribution of each insertion loss amount of the attenuator 12. The first and second echo cancellers 30A and 30B and the voice switch 10 in this embodiment are controlled by controlling the DSP (Digital Signal Processor) hardware with software (program) for the echo canceller and the voice switch. It has been realized. Therefore, the input / output signals (received signal and transmitted signal) of the voice switch 10 and the first and second echo cancellers 30A and 30B in the following description are sampled at a predetermined sampling period and quantized by the A / D converter. It has become.

総損失量算出部１４では、整流平滑器や低域通過フィルタ等を用いて送話側減衰器１１の入力信号の短時間における時間平均パワーを推定し、同じく整流平滑器や低域通過フィルタ等を用いて受話側減衰器１２の出力信号の短時間における時間平均パワーを推定し、音響側帰還経路Ｈ_ACにて想定される最大遅延時間において受話側減衰器１２の出力信号の時間平均パワーの推定値の最小値を求め、この最小値で送話側減衰器１１の入力信号の時間平均パワーの推定値を除算した値を音響側帰還利得αの推定値α’とするとともに、整流平滑器や低域通過フィルタ等を用いて受話側減衰器１２の入力信号の短時間における時間平均パワーを推定し、同じく整流平滑器や低域通過フィルタ等を用いて送話側減衰器１１の出力信号の短時間における時間平均パワーを推定し、回線側帰還経路Ｈ_LINにて想定される最大遅延時間において送話側減衰器１１の出力信号の時間平均パワーの推定値の最小値を求め、この最小値で受話側減衰器１２の入力信号の時間平均パワーの推定値を除算した値を回線側帰還利得βの推定値β’とする。そして、総損失量算出部１４は音響側帰還利得α及び回線側帰還利得βの各推定値α’，β’から所望の利得余裕ＭＧを得るために必要な総損失量Ｌｔを算出し、その値Ｌｔを挿入損失量分配処理部１５に出力する。 The total loss amount calculation unit 14 estimates the time-average power of the input signal of the transmission side attenuator 11 in a short time using a rectifier / smoothing device, a low-pass filter, and the like. estimating the time average power in a short time of the output signal of the receiving side attenuator 12 using a time average power of the output signal of the maximum delay receiving side attenuator 12 at the time envisaged by the acoustic side feedback path H _AC A minimum value of the estimated value is obtained, and a value obtained by dividing the estimated value of the time average power of the input signal of the transmission side attenuator 11 by this minimum value is used as an estimated value α ′ of the acoustic feedback gain α, and a rectifier / smoothing device The time average power of the input signal of the reception side attenuator 12 is estimated in a short time using a low pass filter or the like, and the output signal of the transmission side attenuator 11 is similarly used using a rectifier smoother or a low pass filter. In a short time Estimating the average power, determining the minimum value of the estimated value of the time average power of the output signal of the transmitter-side attenuator 11 at the maximum delay time assumed in the line side feedback path H _LIN, receiving side attenuation at this minimum value A value obtained by dividing the estimated value of the time average power of the input signal of the unit 12 is defined as an estimated value β ′ of the line-side feedback gain β. Then, the total loss calculation unit 14 calculates a total loss Lt necessary to obtain a desired gain margin MG from the estimated values α ′ and β ′ of the acoustic feedback gain α and the line feedback gain β. The value Lt is output to the insertion loss amount distribution processing unit 15.

挿入損失量分配処理部１５では、送話側減衰器１１の入出力信号及び受話側減衰器１２の入出力信号を監視し、これらの信号のパワーレベルの大小関係並びに音声信号の有無などの情報から通話状態（受話状態、送話状態等）を判定するとともに、判定された通話状態に応じた割合で総損失量Ｌｔを送話側減衰器１１と受話側減衰器１２に分配するように各減衰器１１，１２の挿入損失量を調整する。   The insertion loss amount distribution processing unit 15 monitors the input / output signals of the transmitting side attenuator 11 and the input / output signals of the receiving side attenuator 12, and information such as the magnitude relationship between the power levels of these signals and the presence / absence of an audio signal. The communication state (the reception state, the transmission state, etc.) is determined from the transmission state, and the total loss Lt is distributed to the transmission side attenuator 11 and the reception side attenuator 12 at a rate corresponding to the determined call state. The amount of insertion loss of the attenuators 11 and 12 is adjusted.

ところで本実施形態における総損失量算出部１４は、上述のように各帰還利得α，βの推定値α’，β’に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和を算出して適応更新する更新モード、並びに総損失量を所定の初期値に固定する固定モードの２つの動作モードを有し、相手側の通話端末との通話開始から第１及び第２のエコーキャンセラ３０Ａ，３０Ｂが充分に収束するまでの期間には固定モードで動作するとともに第１及び第２のエコーキャンセラ３０Ａ，３０Ｂが充分に収束した後の期間には更新モードで動作する。すなわち、総損失量算出部１４では音響側帰還利得α及び回線側帰還利得βの推定値α’，β’がともに通話開始から所定時間（数百ミリ秒）以上継続して所定の閾値ε（例えば、通話開始時における各推定値α’，β’に対して１０ｄＢ〜１５ｄＢ小さい値）を下回った時点で第１及び第２のエコーキャンセラ３０Ａ，３０Ｂが充分に収束したものとみなし、上記時点以前には総損失量を初期値に固定する固定モードで動作し、上記時点以降には各推定値α’，β’に基づいて総損失量を適応更新する更新モードに動作モードを切り換える。なお、固定モードにおける総損失量の初期値は更新モードにおいて随時更新される総損失量よりも充分に大きな値に設定される。   By the way, as described above, the total loss amount calculation unit 14 according to the present embodiment calculates and adaptively updates the sum of loss amounts to be inserted into the closed loop based on the estimated values α ′ and β ′ of the feedback gains α and β. There are two operation modes, an update mode and a fixed mode for fixing the total loss amount to a predetermined initial value, and the first and second echo cancellers 30A and 30B are sufficiently provided from the start of a call with the other party's call terminal. It operates in the fixed mode during the period until convergence, and operates in the update mode during the period after the first and second echo cancellers 30A and 30B have sufficiently converged. That is, in the total loss amount calculation unit 14, the estimated values α ′ and β ′ of the acoustic side feedback gain α and the line side feedback gain β are continuously maintained for a predetermined time (several hundred milliseconds) for a predetermined threshold value ε ( For example, it is considered that the first and second echo cancellers 30A and 30B have sufficiently converged when the values are less than 10 dB to 15 dB smaller than the estimated values α ′ and β ′ at the start of the call, Before, the operation mode is switched to the update mode in which the total loss amount is adaptively updated based on the estimated values α ′ and β ′. Note that the initial value of the total loss amount in the fixed mode is set to a value sufficiently larger than the total loss amount updated as needed in the update mode.

而して、通話開始直後の第１及び第２のエコーキャンセラ３０Ａ，３０Ｂが充分に収束していない状態においては、固定モードで動作する総損失量算出部１４によって充分に大きな値に設定される初期値の総損失量が閉ループに挿入されるため、不快なエコー（音響エコー並びに回線エコー）やハウリングの発生を抑制して安定した半二重通話を実現することができる。また、通話開始から時間が経過して第１及び第２のエコーキャンセラ３０Ａ，３０Ｂが充分に収束した状態においては、総損失量算出部１４の動作モードが固定モードから更新モードに切り換わって閉ループに挿入する総損失量が初期値よりも充分に低い値に減少するため、双方向の同時通話が実現できるものである。   Thus, when the first and second echo cancellers 30A and 30B immediately after the start of the call are not sufficiently converged, the total loss amount calculation unit 14 operating in the fixed mode sets the value sufficiently large. Since the initial total loss amount is inserted into the closed loop, it is possible to suppress the generation of unpleasant echoes (acoustic echoes and line echoes) and howling, and realize a stable half-duplex call. In the state where the first and second echo cancellers 30A and 30B have sufficiently converged after the time from the start of the call, the operation mode of the total loss calculation unit 14 is switched from the fixed mode to the update mode and closed loop. Since the total loss amount to be inserted into the value decreases to a value sufficiently lower than the initial value, two-way simultaneous calls can be realized.

ここで、更新モードにおける総損失量算出部１４の具体的な動作を図２のフローチャートを参照して説明する。   Here, the specific operation of the total loss amount calculation unit 14 in the update mode will be described with reference to the flowchart of FIG.

総損失量算出部１４は、固定モードから更新モードに移行した時点（ｔ＝ｔ１）から所定のサンプリング周期で音響側帰還利得α並びに回線側帰還利得βの推定処理を実行してその推定値α'(n)，β'(n)を算出し（ステップ１）、これら２つの推定値α'(n)，β'(n)の積と利得余裕ＭＧとから、閉ループの利得余裕をＭＧ[ｄＢ]に保つために必要とされる総損失量所望値Ｌｒ(n)を下式により算出する（ステップ２）。   The total loss amount calculation unit 14 executes an estimation process of the acoustic side feedback gain α and the line side feedback gain β at a predetermined sampling period from the time when the fixed mode is changed to the update mode (t = t1), and the estimated value α '(n), β' (n) is calculated (step 1), and the gain margin of the closed loop MG [is calculated from the product of these two estimated values α '(n), β' (n) and the gain margin MG. The desired total loss amount Lr (n) required for maintaining the value [dB] is calculated by the following equation (step 2).

Ｌｒ(n)＝２０log|α'(n)・β'(n)|＋ＭＧ[ｄＢ]
なお、α'(n)，β'(n)，Ｌｒ(n)はそれぞれ更新モード移行時点からｎ回目のサンプリングによって算出された帰還利得の推定値並びに総損失量所望値を示す。さらに、総損失量算出部１４は上式から算出したｎ回目の総損失量所望値Ｌｒ(n)と、前回（ｎ−１回目）の総損失量Ｌｔ(n-1)、すなわち前回の処理で決定されて実際に挿入された総損失量に対して今回算出した総損失量所望値Ｌｒ(n)が大きい場合、前回の総損失量Ｌｔ(n-1)に微少な増加量Δｉ[ｄＢ]を加算した値を今回の総損失量Ｌｔ(n)＝Ｌｔ(n-1)＋Δｉとし（ステップ３、ステップ４）、前回の総損失量Ｌｔ(n-1)に対して今回算出した総損失量所望値Ｌｒ(n)が小さい場合、前回の総損失量Ｌｔ(n-1)から微少な減少量Δｄ[ｄＢ]を減算した値を今回の総損失量Ｌｔ(n)＝Ｌｔ(n-1)−Δｄとする（ステップ５、ステップ６）。 Lr (n) = 20 log | α ′ (n) · β ′ (n) | + MG [dB]
Note that α ′ (n), β ′ (n), and Lr (n) indicate an estimated value of feedback gain and a desired total loss amount calculated by sampling n times from the update mode transition point, respectively. Further, the total loss amount calculation unit 14 calculates the n-th total loss amount desired value Lr (n) calculated from the above formula and the previous (n−1) th total loss amount Lt (n−1), that is, the previous process. When the desired total loss amount Lr (n) calculated this time is larger than the total loss amount determined and actually inserted, a slight increase Δi [dB in the previous total loss amount Lt (n−1). ] Is defined as the total loss amount Lt (n) = Lt (n−1) + Δi (steps 3 and 4), and the total loss calculated this time with respect to the previous total loss amount Lt (n−1). When the loss desired value Lr (n) is small, the current total loss Lt (n) = Lt (n) is obtained by subtracting a slight decrease Δd [dB] from the previous total loss Lt (n−1). −1) −Δd (steps 5 and 6).

このように総損失量算出部１４による総損失量の増減をΔｉ又はΔｄの微少な値に抑えることにより、相手側の通話端末との通話開始直後のように第１及び第２のエコーキャンセラ３０Ａ，３０Ｂが収束に向かって活発に係数を更新しているために音響側帰還利得α及び回線側帰還利得βの変化が激しい状態においても、聴感上の違和感をなくすことができる。   Thus, by suppressing the increase / decrease in the total loss amount by the total loss amount calculation unit 14 to a small value of Δi or Δd, the first and second echo cancellers 30A can be used just after the start of a call with the other party's call terminal. , 30B actively update the coefficient toward convergence, so that a sense of incongruity can be eliminated even when the acoustic feedback gain α and the line feedback gain β change significantly.

次に、本発明の要旨である第１のエコーキャンセラ３０Ａについて説明する。   Next, the first echo canceller 30A that is the gist of the present invention will be described.

第１のエコーキャンセラ３０Ａが具備する適応フィルタ３１Ａは、ディジタルのＦＩＲフィルタにより構成され、擬似エコー成分の減算で消去されなかった消去誤差を最小とするように動作するアルゴリズムによってフィルタ係数を逐次修正するとともに、フィルタ係数の修正の大きさを調整するために対角行列で表されるステップゲイン行列を用いている。ここで、従来例では上記アルゴリズムとしてＬＭＳ法を用いていたが、本実施形態では従来周知の射影法を用いている。射影法は、アルゴリズム内部において入力信号の自己相関を取り除くことにより、音声信号のような有色信号に対する収束速度を改善したものである。２次の射影法により適応フィルタ３１Ａのフィルタ係数（タップ係数ともいう）ｈ（ｎ）が下記の式（１）に従って逐次修正される。   The adaptive filter 31A included in the first echo canceller 30A is composed of a digital FIR filter, and sequentially corrects the filter coefficient by an algorithm that operates to minimize the cancellation error that has not been canceled by subtraction of the pseudo echo component. At the same time, a step gain matrix represented by a diagonal matrix is used to adjust the magnitude of correction of the filter coefficient. Here, in the conventional example, the LMS method is used as the algorithm, but in the present embodiment, a conventionally well-known projection method is used. The projection method improves the convergence speed for a colored signal such as an audio signal by removing the autocorrelation of the input signal inside the algorithm. The filter coefficient (also referred to as tap coefficient) h (n) of the adaptive filter 31A is sequentially corrected according to the following equation (1) by the secondary projection method.

ｈ(n+1)＝ｈ(n)＋μ［δ(n)ｘ(n)＋ε(n)ｘ(n-1)］ （１）
但し、
ｈ(n)＝（ｈ₁(n)，ｈ₂(n)，…，ｈ_L(n)）^T
T：ベクトルの転置
ｎ：サンプリング時間
Ｌ：タップ長（タップ数）
μ：ステップゲイン（スカラ量）
ｘ(n)＝（ｘ(n)，ｘ(n-1)，…，ｘ(n-L+1)）^T：入力信号（受話信号）ベクトル
δ(n)，ε(n)は下記の連立方程式（２），（３）から求められる定数である。 h (n + 1) = h (n) + μ [δ (n) × (n) + ε (n) × (n−1)] (1)
However,
h (n) = (h ₁ (n), h ₂ (n),..., h _L (n)) ^T
T : Vector transposition n: Sampling time L: Tap length (number of taps)
μ: Step gain (scalar amount)
x (n) = (x (n), x (n-1),..., x (n-L + 1)) ^T : input signal (received signal) vector δ (n), ε (n) This is a constant obtained from simultaneous equations (2) and (3).

δ(n)ｘ(n)^Tｘ(n)＋ε(n)ｘ(n-1)^Tｘ(n)＝ｅ(n) （２）
δ(n)ｘ(n-1)^Tｘ(n)＋ε(n)ｘ(n-1)^Tｘ(n-1)＝(1-μ)ｅ(n-1) （３）
但し、ｅ（ｎ）は真のエコー成分と擬似エコー成分との差（消去誤差）である。 δ (n) × (n) ^T x (n) + ε (n) × (n−1) ^T x (n) = e (n) (2)
δ (n) × (n−1) ^T x (n) + ε (n) × (n−1) ^T x (n−1) = (1−μ) e (n−1) (3)
However, e (n) is the difference (erasure error) between the true echo component and the pseudo echo component.

そして本実施形態では、スカラ量として与えられているステップゲインμをステップゲイン行列Ｍという対角行列に拡張する、いわゆるＥＳ法を上記射影法に組み合わせることにより、適応フィルタ３１Ａのフィルタ係数ｈ（ｎ）を下記の式（４）に従って逐次修正する。   In this embodiment, the filter coefficient h (n) of the adaptive filter 31A is obtained by combining a so-called ES method, which expands the step gain μ given as a scalar quantity into a diagonal matrix called a step gain matrix M, with the projection method. ) Are sequentially corrected according to the following equation (4).

ｈ(n+1)＝ｈ(n)＋Ｍ［δ(n)ｘ(n)＋ε(n)ｘ(n-1)］ （４）
但し、
Ｍ＝diag［μ₁，μ₂，…，μ_L］
μ_i＝μ₀λ^i-1（ｉ＝１，２，…，Ｌ）
λ：インパルス応答変動量の減衰率（０＜λ≦１）
ここで、ＦＩＲフィルタにインパルスを入力したときの出力（インパルス応答）がフィルタ係数そのものとなるから、フィルタ係数の修正の大きさは、設置空間（例えば、浴室）におけるインパルス応答の変動量と一致することになる。一般に、反響の程度に関わらず室内におけるインパルス応答は指数関数的に減衰し、インパルス応答の変動量もインパルス応答と同じ減衰率で減衰することが知られている。従って、ＥＳ法においては、変動が大きいインパルス応答初期のフィルタ係数は大きなステップゲインで修正し、変動が小さくなったインパルス応答の後期のフィルタ係数は小さなステップゲインで修正するように重み付けする。具体的には、ステップゲイン行列Ｍの対角要素μ_i（ｉ＝１，２，…，Ｌ）を図３に示すようにｉの増加に伴って最大値μ₀からインパルス応答の減衰特性と同じ傾きで減衰させることにより、結果的に収束時間を短縮することができる。 h (n + 1) = h (n) + M [δ (n) x (n) + ε (n) x (n-1)] (4)
However,
M = diag [μ ₁ , μ ₂ ,..., Μ _L ]
μ _i = μ ₀ λ ^i-1 (i = 1, 2,..., L)
λ: Attenuation rate of impulse response fluctuation (0 <λ ≦ 1)
Here, since the output (impulse response) when the impulse is input to the FIR filter becomes the filter coefficient itself, the magnitude of the correction of the filter coefficient coincides with the fluctuation amount of the impulse response in the installation space (for example, bathroom). It will be. In general, it is known that the impulse response in the room is exponentially attenuated regardless of the degree of reverberation, and the fluctuation amount of the impulse response is also attenuated at the same attenuation rate as the impulse response. Therefore, in the ES method, weighting is performed so that the filter coefficient at the initial stage of the impulse response with large fluctuation is corrected with a large step gain, and the filter coefficient at the later stage of the impulse response with small fluctuation is corrected with a small step gain. Specifically, the diagonal elements μ _i (i = 1, 2,..., L) of the step gain matrix M are changed from the maximum value μ ₀ to the attenuation characteristic of the impulse response as i increases as shown in FIG. By attenuating with the same inclination, the convergence time can be shortened as a result.

而して、適応フィルタ３１Ａでは、サンプリング周期毎に取り込んだ入力信号（受話信号）を受話信号ベクトルｘ(n)とし、ｘ(n)^Tｘ(n)，ｘ(n-1)^Tｘ(n)，ｘ(n-1)^Tｘ(n)，ｘ(n-1)^Tｘ(n-1)を演算するとともに、メモリに記憶した消去誤差ｅ(n)並びにステップゲイン行列Ｍの対角要素μ_iを読み出し、式（２）、（３）の連立方程式を解くことで定数δ(n)，ε(n)を求め、さらに求めた定数δ(n)，ε(n)とメモリから読み出したステップゲイン行列Ｍを用いて式（４）の右辺第２項を演算し、これをメモリから読み出したフィルタ係数ｈ(n)に加算して次のフィルタ係数ｈ(n+1)を演算することによりフィルタ係数ｈ(n+1)を逐次修正し、フィルタ係数ｈ(n+1)を真のインパルス応答に近付けていく処理を行っている。 And Thus, the adaptive filter 31A, an input signal taken at each sampling cycle (received signal) and the received signal vector x (n), x (n ) T x (n), x (n-1) T x ( n), x (n-1) ^T x (n), x (n-1) ^T x (n-1) are calculated, and the erase error e (n) stored in the memory and the step gain matrix M are paired. The constants δ (n) and ε (n) are obtained by reading the angular element μ _i and solving the simultaneous equations of the equations (2) and (3), and the obtained constants δ (n) and ε (n) and the memory. The second term on the right-hand side of the equation (4) is calculated using the step gain matrix M read out from, and added to the filter coefficient h (n) read out from the memory to obtain the next filter coefficient h (n + 1). By performing the calculation, the filter coefficient h (n + 1) is sequentially corrected, and a process of bringing the filter coefficient h (n + 1) closer to the true impulse response is performed.

上述のように本実施形態によれば、第１のエコーキャンセラ３０Ａの適応フィルタ３１Ａにおいて射影法とＥＳ法を組み合わせたＥＳ射影法のアルゴリズムによりフィルタ係数を適応的に同定させているので、従来のＬＭＳ法や学習同定法に比較して、浴室のような高反響空間におけるフィルタ係数の収束時間を短縮することができる。しかも、本実施形態では、第１のエコーキャンセラ３０Ａが収束するまでは音声スイッチ１０を固定モードで動作させることで不快なエコーやハウリングの発生を抑制した半二重通話を実現し、第１のエコーキャンセラ３０Ａが収束したら音声スイッチ１０を更新モードで動作させることで双方向の同時通話を実現しており、第１のエコーキャンセラ３０Ａの収束時間を短縮することで音声スイッチ１０が固定モードで動作する期間、すなわち、半二重通話となる期間を短縮して早期に双方向の同時通話に移行させることができる。その結果、浴室のような高反響空間においても快適な拡声通話が行えるものである。   As described above, according to the present embodiment, the filter coefficients are adaptively identified by the algorithm of the ES projection method that combines the projection method and the ES method in the adaptive filter 31A of the first echo canceller 30A. Compared with the LMS method or the learning identification method, the convergence time of the filter coefficient in a high reverberation space such as a bathroom can be shortened. In addition, in the present embodiment, until the first echo canceler 30A converges, the voice switch 10 is operated in the fixed mode to realize a half-duplex call that suppresses the occurrence of unpleasant echoes and howling, and the first switch When the echo canceller 30A converges, the voice switch 10 is operated in the update mode to realize two-way simultaneous communication. By shortening the convergence time of the first echo canceller 30A, the voice switch 10 operates in the fixed mode. It is possible to shorten the period during which the call is made, that is, the period during which the half-duplex call is made, and to make an early transition to two-way simultaneous call. As a result, a comfortable voice call can be made even in a highly reverberant space such as a bathroom.

ところで、予めメモリに記憶しておいたステップゲイン行列Ｍの対角要素μ_i（ｉ＝１，２，…，Ｌ）を随時読み出して適応フィルタ３１Ａに対して設定するステップゲイン行列設定手段を備える構成であれば、対角要素としてインパルス応答への近似精度が高い値を用いることができて第１のエコーキャンセラ３０Ａの収束時間を確実に短縮することができるという利点がある。なお、ステップゲイン行列設定手段はエコーキャンセラ３０Ａと同様にＤＳＰのハードウェアをソフトウェアで制御することにより実現される。しかしながら、タップ長Ｌの増加に伴って対角要素μ_iの個数も増加するから、メモリの記憶領域も増えてコストアップを招く虞がある。 By the way, there is provided step gain matrix setting means for reading out the diagonal elements μ _i (i = 1, 2,..., L) of the step gain matrix M stored in the memory in advance and setting them in the adaptive filter 31A. If it is a structure, a value with a high approximation accuracy to an impulse response can be used as a diagonal element, and there exists an advantage that the convergence time of the 1st echo canceller 30A can be shortened reliably. Note that the step gain matrix setting means is realized by controlling the DSP hardware by software as in the echo canceller 30A. However, as the tap length L increases, the number of diagonal elements μ _i also increases, which may increase the memory storage area and increase the cost.

そこで、図４に示すようにステップゲイン行列Ｍの対角要素μ_iを、その最大値μ₀、減衰率λ及び設定間隔Ｄの３つのパラメータにより階段状に近似して設定するステップゲイン行列設定手段を備えれば、メモリの記憶領域を大幅に削減できるとともに対角要素μ_iの調整も容易に行える。但し、このように３つのパラメータによって対角要素μ_iを設定する構成では、各対角要素μ_iをメモリに記憶する上記構成に比べてインパルス応答への近似精度が低くなるというデメリットがあるので、ステップゲイン行列設定手段がメモリから各対角要素μ_iを読み出してステップゲイン行列Ｍを作成する前者の処理と、最大値μ₀、減衰率λ及び設定間隔Ｄの３つのパラメータで対角要素μ_iを階段状に近似してステップゲイン行列Ｍを作成する処理とを択一的に切り換えて実行するようにしても良い。そうすれば、設置場所における反響の大きさなどの条件に応じてステップゲイン行列Ｍの対角要素μ_iの設定方法を適切な方法に変えることができる。 Therefore, as shown in FIG. 4, the step gain matrix setting for setting the diagonal elements μ _i of the step gain matrix M by approximating the diagonal elements μ _i by the three parameters of the maximum value μ ₀ , the attenuation factor λ, and the setting interval D. If the means is provided, the storage area of the memory can be greatly reduced and the diagonal element μ _i can be easily adjusted. However, the configuration in which the diagonal element μ _i is set by three parameters as described above has a demerit that the approximation accuracy to the impulse response is lower than the above configuration in which each diagonal element μ _i is stored in the memory. The step gain matrix setting means reads out each diagonal element μ _i from the memory and creates the step gain matrix M, and the diagonal element with the three parameters of the maximum value μ ₀ , the attenuation factor λ, and the set interval D The process of creating the step gain matrix M by approximating μ _i in a staircase pattern may be alternatively switched and executed. Then, the setting method of the diagonal element μ _i of the step gain matrix M can be changed to an appropriate method according to conditions such as the magnitude of reverberation at the installation location.

また、適応フィルタ３１Ａが、設置場所の反響の大きさに応じてタップ長Ｌを適当な値に調整するタップ長調整手段を備える構成とすれば、設置場所の反響の大きさに応じた所望のエコーキャンセル量を確保することができる。なお、タップ長調整手段はエコーキャンセラ３０Ａと同様にＤＳＰのハードウェアをソフトウェアで制御することにより実現される。   Further, if the adaptive filter 31A includes a tap length adjusting unit that adjusts the tap length L to an appropriate value according to the magnitude of the echo at the installation location, a desired value according to the magnitude of the echo at the installation location is provided. The amount of echo cancellation can be secured. Note that the tap length adjusting means is realized by controlling the DSP hardware by software as in the echo canceller 30A.

ところで、浴室のような高反響空間では音の高域が強調されて通話者に不快感を与えてしまうので、図５に示すように送話側信号経路の回線出力アンプＧ２と２線−４線変換回路３の間に低域通過フィルタ（ＬＰＦ）４０を挿入して上記高域をカットし、通話者に不快感を与えないようにして快適な通話を実現することが望ましい。さらに、受話側信号経路におけるマイクロホンアンプＧ１の後段並びに送話側信号経路におけるスピーカアンプＧ４の前段にアッテネータ４１，４２を挿入し、マイクロホン１から入力する送話信号やスピーカ２へ出力する受話信号の音量レベルを適当な値に調整するようにしても良い（図５参照）。   By the way, in a high reverberation space such as a bathroom, the high frequency range of the sound is emphasized and the caller is uncomfortable. Therefore, as shown in FIG. It is desirable to insert a low-pass filter (LPF) 40 between the line conversion circuits 3 to cut the high band so as to realize a comfortable call without causing discomfort to the caller. Further, attenuators 41 and 42 are inserted in the subsequent stage of the microphone amplifier G1 in the receiver side signal path and in front of the speaker amplifier G4 in the transmitter side signal path, so that the transmitted signal input from the microphone 1 and the received signal output to the speaker 2 are The volume level may be adjusted to an appropriate value (see FIG. 5).

（実施形態２）
本実施形態の構成は実施形態１と共通であるから図示は省略する。本実施形態が実施形態１と異なる点は、第１のエコーキャンセラ３０Ａの適応フィルタ３１Ａにおいて、フィルタ係数ｈ_i(n)（ｉ＝１，２，…，Ｌ）を順番に複数のブロックに均等に割り振り、各ブロックに割り振られたフィルタ係数ｈ_i(n)に対してステップゲイン行列の対角要素を設定することを特徴とする。 (Embodiment 2)
Since the configuration of this embodiment is the same as that of Embodiment 1, the illustration is omitted. This embodiment is different from the first embodiment in that, in the adaptive filter 31A of the first echo canceller 30A, the filter coefficients h _i (n) (i = 1, 2,..., L) are equalized to a plurality of blocks in order. The diagonal elements of the step gain matrix are set for the filter coefficients h _i (n) assigned to each block.

例えば、Ｌ個のフィルタ係数ｈ_i(n)を順番に１〜Ｎ（２≦Ｎ≦Ｌ／２）のブロック番号のブロックに均等に割り振ることで下記の表のようにＮ個のブロックに分割する。ここで、一つのブロックに含まれるフィルタ係数ｈ_i(n)の個数はＬ／Ｎ（＝Ｄ）個となる。 For example, the L filter coefficients h _i (n) are divided into N blocks as shown in the following table by evenly allocating them to blocks with block numbers 1 to N (2 ≦ N ≦ L / 2) in order. To do. Here, the number of filter coefficients h _i (n) included in one block is L / N (= D).

そして、適応フィルタ３１Ａにおいては、１番からＮ番の各ブロックに含まれるフィルタ係数ｈ_i(n)に対して共通のステップゲイン行列Ｍ（対角要素μ₁〜μ_D）を割り当て、受話信号ｘ(n)が所定のサンプリング周期で取り込まれる毎に各ブロックのフィルタ係数ｈ_i(n)をブロック番号の順に一つずつ更新する処理を行う。すなわち、適応フィルタ３１Ａがステップゲイン行列設定手段となる。 Then, in the adaptive filter 31A, a common step gain matrix M (diagonal elements μ _{1 to} μ _D ) is assigned to the filter coefficients h _i (n) included in the 1st to Nth blocks, and the received signal Each time x (n) is fetched at a predetermined sampling period, the filter coefficient h _i (n) of each block is updated one by one in the order of the block number. That is, the adaptive filter 31A serves as a step gain matrix setting unit.

このような構成によれば、Ｌ個のフィルタ係数ｈ_i(n)の全てに対してステップゲイン行列Ｍの対角要素μ_i（ｉ＝１，２，…，Ｌ）を割り当てる必要がないから、対角要素μ_i（ｉ＝１，２，…，Ｄ）を記憶しておくためのメモリ領域を節約してコストダウンが図れるものである。 With such a configuration, it is not necessary to assign the diagonal elements μ _i (i = 1, 2,..., L) of the step gain matrix M to all of the L filter coefficients h _i (n). Thus, the memory area for storing the diagonal elements μ _i (i = 1, 2,..., D) can be saved and the cost can be reduced.

（実施形態３）
本実施形態は第１のエコーキャンセラ３０Ａの構成に特徴があり、他の構成及び動作は実施形態１と共通であるから、本実施形態の特徴となる構成についてのみ図示及び説明し、実施形態１と共通の構成については図示並びに説明を省略する。 (Embodiment 3)
The present embodiment is characterized in the configuration of the first echo canceller 30A, and other configurations and operations are the same as those in the first embodiment. Therefore, only the configuration that is a feature of the present embodiment is illustrated and described. The illustration and description of the common configuration is omitted.

本実施形態における第１のエコーキャンセラ３０Ａは、図６に示すように遠端側の信号（受話信号）ｘ(n)の瞬時パワーを推定する遠端信号パワー推定部３３と、適応フィルタ３１Ａの収束を劣化させるレベルの信号が近端側の信号（送話信号）ｙ(n)に含まれているか否かにより、本拡声通話装置と相手側の通話端末とで話者がほぼ同時に話す状態（ダブルトーク）を検出するダブルトーク検出部３４と、送話信号ｙ(n)の瞬時パワーを推定する近端信号パワー推定部３５と、遠端信号パワー推定部３３の推定値Ｐx(n)並びに近端信号パワー推定部３５の推定値Ｐy(n)に基づいて適応フィルタ３１Ａにおけるステップゲイン行列Ｍを設定するステップゲイン設定部３６とを備えている。   As shown in FIG. 6, the first echo canceller 30A in this embodiment includes a far-end signal power estimation unit 33 that estimates the instantaneous power of the far-end signal (received signal) x (n), and an adaptive filter 31A. A state in which the speaker speaks almost simultaneously between the loudspeaker and the other party's telephone terminal, depending on whether the near-end signal (transmission signal) y (n) contains a signal that degrades convergence. Double-talk detector 34 for detecting (double-talk), near-end signal power estimator 35 for estimating instantaneous power of transmission signal y (n), and estimated value Px (n) of far-end signal power estimator 33 In addition, a step gain setting unit 36 that sets a step gain matrix M in the adaptive filter 31A based on the estimated value Py (n) of the near-end signal power estimation unit 35 is provided.

ステップゲイン設定部３６は、受話信号ｘ(n)の瞬時パワー推定値Ｐx(n)に対する送話信号ｙ(n)の瞬時パワー推定値Ｐy(n)の比（＝Ｐy(n)／Ｐx(n)）を求め、この推定値の比が所定のしきい値よりも大きいか否かを判定する。そして、上記比がしきい値よりも大きいと判定した場合、ステップゲイン設定部３６は適応フィルタ３１Ａにおけるステップゲイン行列Ｍの対角要素μ_i（ｉ＝１，２，…，Ｌ）に所定の係数η（０＜η＜１）を乗算した値に設定して適応フィルタ３１Ａにおけるフィルタ係数ｈ_i(n)の収束を相対的に遅くする。反対に上記比がしきい値よりも大きくないと判定した場合は係数ηを乗算せずに元の値に設定して適応フィルタ３１Ａにおけるフィルタ係数ｈ_i(n)の収束を相対的に速くする。なお、上記しきい値は通常の使用状況におけるエコー経路（音響エコー経路Ｈ_AC）の利得に応じた値、例えば、拡声通話装置の設置環境において実測した上記エコー経路の利得に所定のマージンを加えた値とすればよい。 The step gain setting unit 36 is a ratio of the instantaneous power estimate value Py (n) of the transmission signal y (n) to the instantaneous power estimate value Px (n) of the received signal x (n) (= Py (n) / Px ( n)) to determine whether the ratio of the estimated values is greater than a predetermined threshold value. When it is determined that the ratio is greater than the threshold value, the step gain setting unit 36 applies a predetermined value to the diagonal elements μ _i (i = 1, 2,..., L) of the step gain matrix M in the adaptive filter 31A. The value obtained by multiplying the coefficient η (0 <η <1) is set to relatively slow the convergence of the filter coefficient h _i (n) in the adaptive filter 31A. On the contrary, when it is determined that the ratio is not larger than the threshold value, the value is set to the original value without being multiplied by the coefficient η so that the convergence of the filter coefficient h _i (n) in the adaptive filter 31A is relatively fast. . The threshold value is a value corresponding to the gain of the echo path (acoustic echo path H _AC ) in a normal use situation, for example, a predetermined margin is added to the gain of the echo path measured in the installation environment of the loudspeaker device. The value should be

而して、ダブルトーク検出部３４では相互相関を利用してダブルトークを検出することでエコーに埋もれたダブルトーク成分でも精度良く検出することができるものの、相互相関を求めるために要する周期に比例してダブルトーク検出における遅延や検出ミスが生じる虞があるが、上述のように瞬時パワー推定値の比（Ｐy(n)／Ｐx(n)）がしきい値よりも大きい場合に適応フィルタ３１Ａにおけるフィルタ係数ｈ_i(n)の収束の速さを相対的に遅くすれば、ダブルトーク検出部３４でダブルトークが検出される前にフィルタ係数ｈ_i(n)が発散（消去誤差ｅ(n)を小さくする方向へフィルタ係数ｈ_i(n)が修正されない状態）する可能性が低くなり、発散を未然に防止して抑制することができる。また、瞬時パワー推定値の比（Ｐy(n)／Ｐx(n)）がしきい値よりも大きくない場合には、適応フィルタ３１Ａにおけるフィルタ係数ｈ_i(n)の収束の速さを相対的に速くすることで第１のエコーキャンセラ３０Ａの応答の遅れを防止することができる。しかも本実施形態では、所定の係数ηを対角要素μ_iに乗算することでステップゲイン行列Ｍを変更することができるから、大小２通りのステップゲイン行列Ｍをメモリに保存しておく場合に比べてメモリ領域の節約によるコストダウンが図れるという利点がある。 Thus, although the double talk detecting unit 34 can detect the double talk component buried in the echo accurately by detecting the double talk using the cross correlation, it is proportional to the period required to obtain the cross correlation. Although there is a risk of delay or detection error in double talk detection, the adaptive filter 31A is used when the ratio of the instantaneous power estimation values (Py (n) / Px (n)) is larger than the threshold value as described above. If the filter coefficient h _i (n) converges at a relatively low speed, the filter coefficient h _i (n) diverges before the double talk is detected by the double talk detector 34 (the erasure error e (n ) In a direction in which the filter coefficient h _i (n) is not corrected), the divergence can be prevented and suppressed in advance. Further, when the ratio of the instantaneous power estimation values (Py (n) / Px (n)) is not larger than the threshold value, the convergence speed of the filter coefficient h _i (n) in the adaptive filter 31A is relatively determined. By making it faster, it is possible to prevent a delay in the response of the first echo canceller 30A. In addition, in the present embodiment, the step gain matrix M can be changed by multiplying the diagonal element μ _i by a predetermined coefficient η. Therefore, when the step gain matrix M of two kinds of large and small is stored in the memory. There is an advantage that the cost can be reduced by saving the memory area.

（実施形態４）
本実施形態の構成は実施形態１と共通であるから図示は省略する。本実施形態が実施形態１と異なる点は、設置空間の残響時間を計測する残響時間計測手段と、残響時間計測手段で計測される残響時間に応じて適応フィルタ３１Ａのタップ長Ｌを調整するタップ長調整手段とを備えた点にある。 (Embodiment 4)
Since the configuration of this embodiment is the same as that of Embodiment 1, the illustration is omitted. This embodiment is different from the first embodiment in that the reverberation time measuring means for measuring the reverberation time of the installation space and the tap for adjusting the tap length L of the adaptive filter 31A according to the reverberation time measured by the reverberation time measuring means. And a length adjusting means.

図７は本実施形態における要部のブロック図であり、ＴＳＰ信号発生部５０、インパルス応答演算部５１並びに残響時間算出部５２によって残響時間計測手段を構成し、タップ長調整部５３にてタップ長調整手段を構成している。なお、これらの各部はエコーキャンセラ３０Ａ，３０Ｂや音声スイッチ１０と同様にＤＳＰのハードウェアを専用のソフトウェアで制御することによって実現される。   FIG. 7 is a block diagram of the main part in the present embodiment. A reverberation time measuring means is configured by the TSP signal generating unit 50, the impulse response calculating unit 51, and the reverberation time calculating unit 52, and the tap length adjusting unit 53 performs the tap length. Adjusting means is configured. These units are realized by controlling the DSP hardware with dedicated software in the same manner as the echo cancellers 30A and 30B and the voice switch 10.

設置空間のインパルス応答を測定するには、スピーカ２から大振幅のインパルス信号を出力すればよいが、一般的にスピーカユニットのボイスコイルはインパルス信号のような瞬時的で大きな振幅を有する音を出力するのには適していないため、測定に必要な音量を得ることが困難となる。そこで、インパルス信号の代わりに、正弦波の周波数を短時間に高い値から低い値まで連続的にスイープしたＴＳＰ（Time Stretched Pulse）信号を用いることが一般に行われており、本実施形態ではＴＳＰ信号発生部５０で発生したＴＳＰ信号をスピーカアンプＧ４で増幅した後にスピーカ２から出力させている。そして、マイクロホン１で集音された応答信号ｙ(k)に、ＴＳＰ信号の逆特性を持つ信号（ＴＳＰ信号を時間的に反転させた信号）を畳み込み演算すればインパルス応答が求められる。しかしながら、単純な畳み込み演算でインパルス応答を求めようとすると、演算量が膨大になり処理時間も相当に長くなってしまう。   In order to measure the impulse response of the installation space, it is only necessary to output an impulse signal having a large amplitude from the speaker 2, but in general, the voice coil of the speaker unit outputs an instantaneous and large sound such as an impulse signal. Since it is not suitable to do, it becomes difficult to obtain the volume necessary for measurement. Therefore, in place of the impulse signal, a TSP (Time Stretched Pulse) signal obtained by continuously sweeping the frequency of the sine wave from a high value to a low value in a short time is generally used. In this embodiment, the TSP signal is used. The TSP signal generated by the generator 50 is amplified by the speaker amplifier G4 and then output from the speaker 2. An impulse response can be obtained by performing a convolution operation on the response signal y (k) collected by the microphone 1 with a signal having a reverse characteristic of the TSP signal (a signal obtained by temporally inverting the TSP signal). However, if an impulse response is obtained by a simple convolution calculation, the calculation amount becomes enormous and the processing time becomes considerably long.

そこで、インパルス応答演算部５１では、ＴＳＰ信号発生部５０から取り込んだＴＳＰ信号と応答信号ｙ(k)をフーリエ変換（離散的フーリエ変換）した後にこれらの内積を計算し、これを逆フーリエ変換（離散的逆フーリエ変換）することでインパルス応答を演算している。このようにフーリエ変換したＴＳＰ信号と応答信号ｙ(k)の内積を逆フーリエ変換した結果は畳み込み演算と同じ結果となり、単純な畳み込み演算に比較して演算量が大幅に減少できる。   Therefore, the impulse response calculation unit 51 performs a Fourier transform (discrete Fourier transform) on the TSP signal and the response signal y (k) taken from the TSP signal generation unit 50, calculates an inner product thereof, and performs an inverse Fourier transform ( The impulse response is calculated by performing a discrete inverse Fourier transform. The result of inverse Fourier transform of the inner product of the TSP signal thus Fourier transformed and the response signal y (k) is the same result as the convolution operation, and the amount of computation can be greatly reduced compared to the simple convolution operation.

残響時間算出部５２では、インパルス応答演算部５１で求めたインパルス応答ｈ(τ)から下記の式（５）により残響エネルギ曲線ｒ(t)を求め、さらに最小自乗法などを用いて任意の区間における残響エネルギ曲線ｒ(t)の回帰式を算出し、この回帰式の傾きより、定常状態から６０ｄＢ減衰する時間（残響時間）を算出する。   The reverberation time calculation unit 52 obtains a reverberation energy curve r (t) from the impulse response h (τ) obtained by the impulse response calculation unit 51 by the following equation (5), and further uses a least square method or the like to set an arbitrary interval. The regression equation of the reverberation energy curve r (t) is calculated, and the time (reverberation time) for decaying by 60 dB from the steady state is calculated from the slope of this regression equation.

タップ長調整部５３は、残響時間算出部５２で算出された残響時間に応じて、すなわち、残響時間が長くなるに従ってタップ長Ｌを大きくするように調整し、第１のエコーキャンセラ３０Ａの適応フィルタ３１Ａに対して調整したタップ長Ｌを設定する。なお、このような残響時間の測定並びにその測定結果に応じたタップ長Ｌの調整処理は、本実施形態の拡声通話装置を浴室などの設置空間に設置する施工の際に行えば良く、実際に使用を開始した後は特に行う必要はない。   The tap length adjustment unit 53 adjusts the tap length L to be increased according to the reverberation time calculated by the reverberation time calculation unit 52, that is, as the reverberation time becomes longer, and the adaptive filter of the first echo canceller 30A The adjusted tap length L is set for 31A. Note that such reverberation time measurement and adjustment processing of the tap length L according to the measurement result may be performed at the time of construction in which the loudspeaker device of this embodiment is installed in an installation space such as a bathroom. There is no need to do this after starting use.

而して、本実施形態によれば、設置場所における残響時間の実測値に基づいてタップ長Ｌを調整するので、より適切なタップ長Ｌに設定することができ、第１のエコーキャンセラ３０Ａの収束時間をさらに短縮することができる。   Thus, according to the present embodiment, since the tap length L is adjusted based on the actually measured value of the reverberation time at the installation location, it can be set to a more appropriate tap length L, and the first echo canceller 30A can be set. The convergence time can be further shortened.

ここで、音声スイッチ１０の総損失量算出部１４が、算出された残響時間が所定の閾値を超えるときには固定モードで動作するとともに、残響時間が閾値を超えないときには第１及び第２のエコーキャンセラ３０Ａ，３０Ｂが充分に収束した後の期間に更新モードで動作する構成とすれば、設置場所における残響時間が所定の閾値を超える状況においては、固定モードで動作する総損失量算出部１４によって総損失量が充分に大きい初期値に固定されるために不快なエコーやハウリングの発生を抑制して安定した半二重通話が実現でき、残響時間が所定の閾値を超えず且つエコーキャンセラ３０Ａ，３０Ｂが充分に収束した状態においては、更新モードで動作する総損失量算出部１４によって総損失量が随時更新されるために双方向の同時通話が実現できる。   Here, when the calculated reverberation time exceeds a predetermined threshold, the total loss amount calculation unit 14 of the voice switch 10 operates in the fixed mode, and when the reverberation time does not exceed the threshold, the first and second echo cancellers. If the configuration is such that it operates in the update mode during the period after 30A and 30B have sufficiently converged, in a situation where the reverberation time at the installation location exceeds a predetermined threshold, the total loss amount calculation unit 14 operating in the fixed mode performs the total calculation. Since the loss amount is fixed to a sufficiently large initial value, it is possible to realize a stable half-duplex call by suppressing the occurrence of unpleasant echoes and howling, the reverberation time does not exceed a predetermined threshold, and the echo cancellers 30A and 30B. Is sufficiently converged, the total loss amount is updated at any time by the total loss amount calculation unit 14 operating in the update mode. There can be realized.

（実施形態５）
本実施形態は、既製の浴室に設置されるものであって、図８に示すように寸法が異なる複数種類の浴室毎に適応フィルタにおけるステップゲイン行列の対角要素の最適値を記憶した対角要素記憶手段たるメモリ部５０と、複数種類の浴室のうちから１種類を選択する選択手段たる操作入力部５１と、操作入力部５１で選択された浴室に対応する対角要素の最適値をメモリ部５０から読み出して第１のエコーキャンセラ３０Ａの適応フィルタ３１Ａに対してステップゲイン行列Ｍを設定するステップゲイン行列設定手段たる制御部５２とを備えた点に特徴がある。 (Embodiment 5)
This embodiment is installed in an off-the-shelf bathroom, and stores diagonal values storing the optimum values of the diagonal elements of the step gain matrix in the adaptive filter for each of a plurality of types of bathrooms having different dimensions as shown in FIG. Memory 50 as element storage means, operation input section 51 as selection means for selecting one of a plurality of types of bathrooms, and optimum values of diagonal elements corresponding to the bathroom selected by the operation input section 51 There is a feature in that a control unit 52 is provided as step gain matrix setting means for setting the step gain matrix M for the adaptive filter 31A of the first echo canceller 30A read from the unit 50.

すなわち、戸建て及び集合住宅の何れの場合でも一般的に既製の浴室が使用されるから、予め浴室の種類（品番）毎にインパルス応答を実測するなどしてステップゲイン行列Ｍの対角要素μ_i（ｉ＝１，２，…，Ｌ）の最適値を求めておくことが可能である。このようにして求めた対角要素μ_iの最適値を浴室の品番に対応付けたデータテーブルを作成し、このデータテーブルを不揮発性のメモリ素子からなるメモリ部５０に記憶させておく。 That is, since a ready-made bathroom is generally used in either a detached house or an apartment house, diagonal elements μ _i of the step gain matrix M are measured by measuring impulse responses in advance for each bathroom type (part number). It is possible to obtain an optimum value of (i = 1, 2,..., L). A data table in which the optimum value of the diagonal element μ _i obtained in this way is associated with the product number of the bathroom is created, and this data table is stored in the memory unit 50 composed of a nonvolatile memory element.

操作入力部５１はテンキースイッチなどを具備し、施工者がテンキースイッチなどを操作して浴室の品番を入力することができるように構成されている。そして、操作入力部５１で入力された浴室の品番（品番データ）が、ＣＰＵを主構成要素とする制御部５２に出力される。制御部５２は、操作入力部５１から品番データを取り込むとメモリ部５０のデータテーブルを参照して品番データに対応する対角要素μ_iの最適値データを読み出し、第１のエコーキャンセラ３０Ａの適応フィルタ３１Ａに対して、読み出した最適値データを対角要素μ_iに設定する。これにより、第１のエコーキャンセラ３０Ａの適応フィルタ３１Ａでは、設置場所である浴室に最適化されたステップゲイン行列でフィルタ係数を適応的に同定することができるから、収束時間をさらに短縮することができるものである。 The operation input unit 51 includes a numeric key switch and the like, and is configured so that the operator can input the bathroom product number by operating the numeric key switch and the like. Then, the bathroom product number (product number data) input by the operation input unit 51 is output to the control unit 52 having the CPU as a main component. When the control unit 52 takes in the product number data from the operation input unit 51, the control unit 52 refers to the data table of the memory unit 50, reads the optimum value data of the diagonal element μ _i corresponding to the product number data, and adapts the first echo canceller 30A. The read optimum value data is set to the diagonal element μ _i for the filter 31A. Thereby, in the adaptive filter 31A of the first echo canceller 30A, the filter coefficient can be adaptively identified by the step gain matrix optimized for the bathroom which is the installation place, so that the convergence time can be further shortened. It can be done.

但し、ステップゲイン行列Ｍの対角要素μ_iを、その最大値μ₀、減衰率λ及び設定間隔Ｄの３つのパラメータにより階段状に近似し、浴室の種類に対応付けてこれら３つのパラメータの最適値をメモリ部５０のデータテーブルに記憶しておき、操作入力部５１で入力された品番に対応するパラメータを制御部５２がメモリ部５０から読み出して対角要素μ_iを算出するようにしても構わない。このような構成とすれば、メモリ部５０に記憶するデータテーブル用の記憶領域を減らすことができるという利点がある。 However, the diagonal element μ _i of the step gain matrix M is approximated in a staircase pattern by three parameters of the maximum value μ ₀ , the attenuation factor λ, and the set interval D, and these three parameters are associated with the type of bathroom. The optimum value is stored in the data table of the memory unit 50, and the control unit 52 reads the parameter corresponding to the product number input by the operation input unit 51 from the memory unit 50 and calculates the diagonal element μ _i. It doesn't matter. With such a configuration, there is an advantage that the storage area for the data table stored in the memory unit 50 can be reduced.

本発明の実施形態１を示すブロック図である。It is a block diagram which shows Embodiment 1 of this invention. 同上における音声スイッチの動作説明用のフローチャートである。It is a flowchart for operation | movement description of a voice switch in the same as the above. 同上における第１のエコーキャンセラの動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the 1st echo canceller in the same as the above. 同上における第１のエコーキャンセラの動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the 1st echo canceller in the same as the above. 同上の他の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other structure same as the above. 本発明の実施形態３を示すブロック図である。It is a block diagram which shows Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施形態４の要部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the principal part of Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施形態５の要部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the principal part of Embodiment 5 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１ マイクロホン
２ スピーカ
１０ 音声スイッチ
３０Ａ 第１のエコーキャンセラ
３１Ａ 適応フィルタ
３２Ａ 減算器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Microphone 2 Speaker 10 Voice switch 30A 1st echo canceller 31A Adaptive filter 32A Subtractor

Claims (13)

マイクロホン及びスピーカと、相手側の通話端末から送られてくる受話信号をスピーカに伝送する受話側信号経路並びにマイクロホンで集音された送話信号を伝送して相手側の通話端末へ送る送話側信号経路に損失を挿入することで通話状態を受話及び送話に切り換える音声スイッチと、マイクロホンとスピーカの音響結合によって生じる音響エコーを抑制するエコーキャンセラとを備えた拡声通話装置において、音声スイッチは、送話側の信号経路に損失を挿入する送話側損失挿入手段と、受話側の信号経路に損失を挿入する受話側損失挿入手段と、送話側及び受話側の各損失挿入手段から挿入する損失量を制御する挿入損失量制御手段とを具備し、挿入損失量制御手段は、受話側損失挿入手段の出力点から音響エコー経路を介して送話側損失挿入手段の入力点へ帰還する経路の音響側帰還利得を推定するとともに、送話側損失挿入手段の出力点から回線エコー経路を介して受話側損失挿入手段の入力点へ帰還する経路の回線側帰還利得を推定し、音響側及び回線側の各帰還利得の推定値に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和を算出する総損失量算出部と、送話信号及び受話信号を監視して通話状態を推定し、この推定結果と総損失量算出部の算出値に応じて送話側損失挿入手段及び受話側挿入損失手段の各挿入損失量の配分を決定する挿入損失量分配処理部とからなり、総損失量算出部は、各帰還利得の推定値に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和を算出して適応更新する更新モード、並びに総損失量を所定の初期値に固定する固定モードの２つの動作モードを有し、相手側通話端末との通話開始からエコーキャンセラが充分に収束するまでの期間には固定モードで動作するとともに、エコーキャンセラが充分に収束した後の期間には更新モードで動作し、エコーキャンセラは、スピーカとマイクロホンの音響結合により形成される帰還経路のインパルス応答を適応的に同定して帰還経路への入力信号から帰還経路の擬似エコー成分を推定する適応フィルタと、適応フィルタで推定された擬似エコー成分を帰還経路からの出力信号より減算する減算器とを具備し、適応フィルタは、ディジタルのＦＩＲフィルタにより構成され、擬似エコー成分の減算で消去されなかった消去誤差を最小とするように動作するアルゴリズムによってフィルタ係数を逐次修正するとともに、フィルタ係数の修正の大きさを調整するために対角行列で表されるステップゲイン行列を用いることを特徴とする拡声通話装置。   The microphone and speaker, the receiver side signal path for transmitting the reception signal sent from the other party's telephone terminal to the speaker, and the transmitter side transmitting the transmission signal collected by the microphone to the other party's telephone terminal In a loudspeaker communication apparatus including a voice switch that switches a call state to reception and transmission by inserting a loss in a signal path, and an echo canceller that suppresses acoustic echo caused by acoustic coupling of a microphone and a speaker, the voice switch is: Inserted from the transmission side loss insertion means for inserting loss into the signal path on the transmission side, the reception side loss insertion means for insertion of loss into the signal path on the reception side, and the loss insertion means on the transmission side and reception side An insertion loss amount control means for controlling the loss amount, the insertion loss amount control means from the output point of the reception side loss insertion means via the acoustic echo path to the transmission side Estimate the acoustic feedback gain of the path returning to the input point of the loss insertion means, and return the line from the output point of the transmission loss insertion means to the input point of the reception loss insertion means via the line echo path A total loss amount calculation unit that estimates the side feedback gain and calculates the total amount of loss to be inserted into the closed loop based on the estimated values of the feedback gains on the acoustic side and the line side, and monitors the transmission signal and the reception signal An insertion loss amount distribution processing unit that determines the distribution of each insertion loss amount of the transmission side loss insertion means and the reception side insertion loss means according to the estimation result and the calculated value of the total loss amount calculation unit The total loss amount calculation unit calculates the sum of the loss amounts to be inserted into the closed loop based on the estimated value of each feedback gain and adaptively updates it, and fixes the total loss amount to a predetermined initial value. Two operation modes, fixed mode It operates in the fixed mode during the period from the start of the call with the other party's call terminal until the echo canceller converges sufficiently, and operates in the update mode during the period after the echo canceller sufficiently converges, The canceller is estimated by an adaptive filter that adaptively identifies the impulse response of the feedback path formed by the acoustic coupling of the speaker and the microphone, and estimates the pseudo echo component of the feedback path from the input signal to the feedback path. And a subtractor for subtracting the pseudo echo component from the output signal from the feedback path, and the adaptive filter is composed of a digital FIR filter so as to minimize an erasure error that is not erased by subtraction of the pseudo echo component. The filter coefficients are sequentially corrected by an algorithm that operates on the A loudspeaker apparatus characterized by using a step gain matrix represented by a diagonal matrix for adjustment. 適応フィルタのフィルタ係数を順番に複数のブロックに均等に割り振り、各ブロックに割り振られたフィルタ係数に対してステップゲイン行列の対角要素を設定するステップゲイン行列設定手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の拡声通話装置。   A step gain matrix setting means is provided for assigning filter coefficients of the adaptive filter evenly to a plurality of blocks in order and setting diagonal elements of the step gain matrix for the filter coefficients allocated to each block. The loudspeaker apparatus according to claim 1. 適応フィルタの単調に減衰するステップゲイン行列の対角要素を、その最大値、減衰率及び設定間隔の３つのパラメータにより階段状に近似して設定するステップゲイン行列設定手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の拡声通話装置。   Step gain matrix setting means for approximating a diagonal element of the step gain matrix of the adaptive filter that monotonously attenuates in a step-like manner by setting three parameters of its maximum value, attenuation rate, and setting interval is provided. The loudspeaker device according to claim 1. 単調に減衰するステップゲイン行列の対角要素を記憶した記憶手段と、記憶手段に記憶した対角要素を随時読み出してステップゲイン行列を設定するステップゲイン行列設定手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の拡声通話装置。   A storage unit that stores a diagonal element of a step gain matrix that monotonously attenuates, and a step gain matrix setting unit that reads the diagonal element stored in the storage unit as needed to set a step gain matrix. The loudspeaker apparatus according to claim 1. 前記ステップゲイン行列設定手段は、前記記憶手段から対角要素を随時読み出してステップゲイン行列を設定する処理と、単調に減衰するステップゲイン行列の対角要素を、その最大値、減衰率及び設定間隔の３つのパラメータにより階段状に近似して設定する処理とを択一的に切り換えて実行することを特徴とする請求項４記載の拡声通話装置。   The step gain matrix setting means reads the diagonal elements from the storage means as needed and sets the step gain matrix, and the diagonal elements of the step gain matrix that monotonically attenuates the maximum value, attenuation rate, and setting interval. 5. The loudspeaker apparatus according to claim 4, wherein a process of approximating and setting a staircase shape by the three parameters is selectively switched and executed. エコーキャンセラは、遠端側の信号の瞬時パワーを推定する遠端信号パワー推定部と、帰還経路からの出力信号と帰還経路への入力信号と減算器の出力信号のうちの複数の信号の相互相関を利用してダブルトークを検出するダブルトーク検出部と、近端側の信号の瞬時パワーを推定する近端信号パワー推定部と、遠端信号パワー推定部の推定値に対する近端信号パワー推定部の推定値の比が所定のしきい値よりも大きい場合に適応フィルタにおけるステップゲイン行列の対角要素を、当該対角要素に１未満の所定の係数を乗算した値に設定するステップゲイン設定部とを備えたことを特徴とする請求項１記載の拡声通話装置。   The echo canceller includes a far-end signal power estimator that estimates the instantaneous power of the far-end signal, a mutual output of a plurality of signals among an output signal from the feedback path, an input signal to the feedback path, and an output signal of the subtractor. A double-talk detector that detects double-talk using correlation, a near-end signal power estimator that estimates the instantaneous power of the near-end signal, and a near-end signal power estimator for the estimated value of the far-end signal power estimator Step gain setting for setting the diagonal element of the step gain matrix in the adaptive filter to a value obtained by multiplying the diagonal element by a predetermined coefficient less than 1 when the ratio of the estimated values of the parts is larger than a predetermined threshold value The loudspeaker apparatus according to claim 1, further comprising: 適応フィルタのタップ長を調整するタップ長調整手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の拡声通話装置。   The loudspeaker apparatus according to claim 1, further comprising tap length adjusting means for adjusting a tap length of the adaptive filter. 送話側信号経路に低域通過フィルタを挿入したことを特徴とする請求項１記載の拡声通話装置。   The loudspeaker apparatus according to claim 1, wherein a low-pass filter is inserted in the signal path on the transmitting side. 受話側信号経路並びに送話側信号経路にアッテネータを挿入したことを特徴とする請求項１記載の拡声通話装置。   2. The loudspeaker apparatus according to claim 1, wherein an attenuator is inserted in the receiver side signal path and the transmitter side signal path. 設置空間の残響時間を計測する残響時間計測手段と、残響時間計測手段で計測される残響時間に応じて適応フィルタのタップ長を調整する前記タップ長調整手段とを備えたことを特徴とする請求項７記載の拡声通話装置。   Reverberation time measuring means for measuring the reverberation time of the installation space, and the tap length adjusting means for adjusting the tap length of the adaptive filter according to the reverberation time measured by the reverberation time measuring means. Item 8. The voice communication device according to Item 7. 設置空間の残響時間を計測する残響時間計測手段を備え、音声スイッチの総損失量算出部は、残響時間計測手段で計測される残響時間が所定の閾値を超えるときには固定モードで動作するとともに、前記残響時間が閾値を超えないときにはエコーキャンセラが充分に収束した後の期間に更新モードで動作することを特徴とする請求項１記載の拡声通話装置。   The reverberation time measurement means for measuring the reverberation time of the installation space, the total loss amount calculation unit of the voice switch operates in a fixed mode when the reverberation time measured by the reverberation time measurement means exceeds a predetermined threshold, 2. The loudspeaker apparatus according to claim 1, wherein when the reverberation time does not exceed the threshold, the echo canceller operates in the update mode during a period after the echo canceller sufficiently converges. 既製の浴室に設置されるものであって、寸法が異なる複数種類の浴室毎に適応フィルタにおけるステップゲイン行列の対角要素の最適値を記憶した対角要素記憶手段と、複数種類の浴室のうちから１種類を選択する選択手段と、選択手段で選択された浴室に対応する対角要素の最適値を対角要素記憶手段から読み出してステップゲイン行列を設定するステップゲイン行列設定手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の拡声通話装置。   Diagonal element storage means that is installed in a ready-made bathroom and stores the optimum value of the diagonal element of the step gain matrix in the adaptive filter for each of a plurality of types of bathrooms having different dimensions, and a plurality of types of bathrooms Selection means for selecting one type from the above, and step gain matrix setting means for setting the step gain matrix by reading the optimum value of the diagonal element corresponding to the bathroom selected by the selection means from the diagonal element storage means The loudspeaker apparatus according to claim 1. 既製の浴室に設置されるものであって、寸法が異なる複数種類の浴室毎にステップゲイン行列の対角要素を設定する最大値、減衰率及び設定間隔の３つのパラメータの最適値を記憶したパラメータ記憶手段と、複数種類の浴室のうちから１種類を選択する選択手段と、選択手段で選択された浴室に対応するパラメータの最適値をパラメータ記憶手段から読み出し、読み出したパラメータにより求めた対角要素をステップゲイン行列に設定するステップゲイン行列設定手段とを備えたことを特徴とする請求項３記載の拡声通話装置。   A parameter that is installed in an off-the-shelf bathroom and stores the optimum values of the three parameters of maximum value, attenuation rate, and setting interval for setting the diagonal elements of the step gain matrix for each of a plurality of types of bathrooms having different dimensions. Diagonal elements obtained from the storage means, the selection means for selecting one of the plurality of types of bathrooms, the optimum value of the parameter corresponding to the bathroom selected by the selection means from the parameter storage means, and the read parameters 4. The loudspeaker apparatus according to claim 3, further comprising step gain matrix setting means for setting the step gain matrix to a step gain matrix.

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