JP2005530443A - 非定常エコーキャンセラ - Google Patents

Abstract

専用の非定常エコーキャンセル特性をもつエコーキャンセラ（１）が説明される。非定常エコーは、直接的に推定されるか、又は定常ノイズ推定器により決定される定常エコーを減ずることによって間接的に推定されることが可能である。このエコーキャンセラは、適応フィルタ（４）と、該適応フィルタに結合される残留エコープロセッサ（６）と、を有することができ、この残留エコープロセッサが非定常エコーキャンセラを備えている。このような非定常エコーキャンセラは、エコー推定値における定常成分、特に、残留エコーにおける定常成分が、近傍端音声を継続的に歪めることを防止するために提案されるものである。このことは、音声品質及び音声明瞭度に関するエコーキャンセラの性能を改善し、このことは、とりわけ、ダブルトークではなく、近傍端音声のシングルトークの場合に重要である。

Description

本発明は、エコーキャンセラ及び通信装置に関する。

更に、本発明は、例えば、スピーカーフォン若しくはテレコンファレンス装置、電話機器、特に、モバイル電話、ハンズフリー電話又は同様の装置のような一つ又は複数の通信装置を有する通信ネットワークにおけるエコーをキャンセルするための方法に関し、更に、この方法に用いられるのに適した信号に関する。

このようなエコーキャンセラ及びエコーキャンセル方法は、国際公開第ＷＯ９７／４５９９５号パンフレット（欧州特許出願公開第ＥＰ−Ａ−０８４３９３４号明細書）から知られている。既知のエコーキャンセラは、遠方端（far end，ファーエンド）入力部及び遠方端出力部の対と、近傍端（near end，ニアエンド）入力部及び近傍端出力部の対とを有し、後者の対が、マイクロフォン及びラウドスピーカにそれぞれ結合されている。このエコーキャンセラは、更に、遠方端からの信号を受け取るために遠方端入力部に結合される適応フィルタと、この適応フィルタに結合されると共に、遠方端出力部に結合される残留エコープロセッサとを有しており、該残留エコープロセッサが遠方端に信号を供給する。この残留エコープロセッサは、残留エコーテール部を抑制するための動的エコーポストプロセッサとして作用する。このことがエコーキャンセル方法のロバストネスを改善する。

本願発明者らは、従来技術のエコーキャンセラが、全ての状況下において最適に動作しないことを見出した。

従って、本発明の目的は、品質及び明瞭度（intelligibility）に関してエコーキャンセラの性能を更に改善することにある。

そのため、本発明によるエコーキャンセラは、専用の非定常エコーキャンセラを有することを特徴とする。

同様に、本発明による方法は、非定常エコーがポストプロセッシングによってキャンセルされることを特徴とする。

特に、近傍端シングルトーク時の品質及び明瞭度に関する場合、定常エコーと非定常エコーを区別することが重要であることが分かっている。遠方端からの信号が定常エコー成分を含む状態、及び近傍端ラウドスピーカとマイクロフォンとの間に広範囲の直接結合が存在する状態では、とりわけ、スピーカがマイクロフォンから遠く離れている場合のように、近傍端スピーカ信号が比較的弱い場合、近傍端信号は歪む。この歪みは、遠方端信号に含まれる定常エコー成分に起因するものである。近傍端信号の品質及び明瞭度に対する歪みの影響は、近傍端スピーカのシングルトーク又はダブルトークの実際の状態に依存する。会話でのダブルトーク時、このような歪みは、一般に、許容範囲にある。なぜならば、ダブルトークは、品質があまり重要視されない会話において求められた割り込みの場合に起こるからである。しかしながら、近傍端スピーカのシングルトークは、遠方端からの定常エコーに起因するエコーキャンセル及びエコー減衰の影響により歪められるべきではない、最高の信号品質を必要とする。この概念によって、専用の非定常エコーキャンセラは、エコーにおける定常成分、特に、残留エコーにおける定常成分が、近傍端音声を継続的に歪めることを防止するために提案される。このことは、品質及び明瞭度に関してエコーキャンセラの性能を改善する。

本発明によるエコーキャンセラの一実施形態は、請求項２に述べられた特徴をもつ。

あるいは、非定常エコーキャンセラが、定常エコー推定器及び／又は非定常エコー推定器を有してもよい。前者の場合、非定常エコー成分は、エコーキャンセラによってモデル化されたフルすなわち従来のエコーから、定常エコー成分を減ずることにより間接的に得られるのに対して、後者の場合、非定常エコー成分は直接的に利用可能である。

本発明によるエコーキャンセラの他の実施形態は、請求項３に述べられた特徴をもつ。

定常エコー成分はこのエコー成分自体がノイズとして現れるので、定常エコー推定器は、有利なことに、比較的実現するのが簡単な定常ノイズ推定器によって実施され得る。特に、耳障りな定常エコー源としての電気ノイズは、このように正確に推定されることができる。

更に、請求項４に述べられた一実施形態では、定常ノイズ推定器の動作は、スペクトル減算に利用されるよく知られた最小統計量に基づくことができる。

本発明によるエコーキャンセラの更に他の実施形態は、請求項５に述べられる。

エコーキャンセラの構成は、適応フィルタと、この適応フィルタに結合される残留エコープロセッサとを有するエコーキャンセラに対して僅かな調整を施すことが必要であるだけで良好に連結し、それによって、残留エコープロセッサが、この場合、上記の非定常エコーキャンセラを備えている。

本発明によるエコーキャンセラの他の実施形態は、請求項６に述べられる。

とりわけ、遠方端エコーキャンセラにコンフォートノイズを導入することは、有利なことに、遠方端に置かれるセンタクリッパから若干のアコースティックノイズが生じるという事実から起こる問題を緩和する。センタクリッパは、しばしば、遠方端信号の沈黙期間につながるアコースティックノイズをクリップするであろう。その結果、これは、非定常エコーキャンセラによって適切に処理されることができない非常に強い非定常性をもたらす。この非定常性と若干導入されるコンフォートノイズとを組み合わせることにより、本発明によるエコーキャンセラが、上記の非定常性をより適切に処理することを可能にする。

ここで、本発明によるエコーキャンセラ及び関連のエコーキャンセル方法は、非定常エコーキャンセラを有する残留エコープロセッサを備える本発明によるフルデュプレックスのエコーキャンセラの、一般的な略図を示す添付された唯一の図面を参照して、追加の利点と共に更に明瞭に説明されるであろう。

唯一の図面は、アコースティックエコーキャンセラ（Acoustic Echo Canceller）、すなわちＡＥＣ１の概要図を示している。このようなＡＥＣ１は、近頃は、例えば、スピーカーフォン装置、テレコンファレンス装置、電話機器、特に、モバイル電話、ハンズフリー電話又は同様の装置のような、主として、フルデュプレックス通信装置における重要な構成部品である。ラウドスピーカ２及びマイクロフォン３がＡＥＣ１に結合され、一般に互いに緊密に取り付けられる現代のハンドセットでは、このようなＡＥＣが耳障りなエコーを除去する。同じことが、主として、一つ又は複数のラウドスピーカ及びマイクロフォンがＡＥＣ１に結合されるテレコンファレンス装置にも当てはまる。

この図は、信号ｘ[ｋ]が遠方端側から到来し、近傍端側でラウドスピーカ２によって再生されることを示している。指数ｋは、信号ｘがサンプリングされることを示す。近傍端スピーカから主に生じる信号ｓ[ｋ]以外に、マイクロフォン３は、ラウドスピーカ２によって生成される残響の遠方端エコーを含む信号ｙ[ｋ]も検知する。それゆえ、近傍端のマイクロフォン信号ｚ[ｋ]について、ｚ[ｋ]＝ｓ[ｋ]＋ｙ[ｋ]が成り立つ。ＡＥＣ１は、適応フィルタ４を用いて、エコー信号ｙ[ｋ]を含まない信号ｒ[ｋ]を生成するように動作する。理想的には、ＡＥＣ１の出力信号であり得る信号ｒ[ｋ]は、局所的な近傍端信号ｓ[ｋ]のみを含む。そのため、適応フィルタ４はエコーを推定し、この推定値が信号

により表される。実際に、適応フィルタ４は、ラウドスピーカ２からマイクロフォン３へのアコースティックパス（acoustic path，音響経路）をできる限り良好にモデル化する。減算器５においてｚ[ｋ]から

を減ずることにより、出力信号ｒ[ｋ]が明らかになる。２つのＡＥＣが、通信装置又は通信ネットワークの遠方端において及び近傍端においても必要とされることに留意されたい。

ＡＥＣ１の動作は、このＡＥＣ１に残留エコープロセッサ６を有することによって拡張され得る。その場合、信号ｒ’[ｋ]がＡＥＣ１の出力信号である。実際には、適応フィルタ４は、該フィルタのデジタルフィルタ有限長、トラッキング問題及び非線形影響のため、ラウドスピーカ２とマイクロフォン３との間のアコースティックパスの伝達関数を正確にモデル化することは常に可能ではない。ポストプロセッサであるプロセッサ６は、いつでも十分なエコー抑制及びロバストネスをもたらすという重要な利点を有する。ｒ’[ｋ]と示されるエコーポストプロセッサ６の出力信号が、遠方端に結合される。適応フィルタ４のように、一般に、周波数領域において作用するポストプロセッサ６は、ＡＥＣ１が、適切に動作するために、ダブルトーク検出器及び／又はボイスアクティビティ検出器をもつことを必要としないという他の利点を有する。知られた動作としてみなされる上記の動作は、例えば、欧州特許出願公開第ＥＰ−Ａ−０８４３９３４号明細書から引用されることができ、この欧州特許の開示内容は本明細書に参照として含まれるものと考えられる。主として、ＡＥＣ１は、振幅ベース又はパワーベースのエコー抑制が任意の適切なアルゴリズムにより適用され得る、任意の適応フィルタのタイプから構成されることができる。エコーキャンセラの係数を調整するのに適したアルゴリズムの例は、最小２乗（ＬＭＳ）アルゴリズム若しくは正規化ＬＭＳアルゴリズム、又は再帰型最小２乗（ＲＬＳ）アルゴリズムである。

近傍端音声信号ｓ[ｋ]を減衰させる定常エコー成分を防止するために、エコーのテール部又は残留部に対して実施されたエコーキャンセルは、非定常エコーキャンセルに限られる。定常（stationary）ではなく非定常(non-stationary)によって、この場合、スペクトル特性、すなわち、エコーの形状及びエコーの振幅の双方が、ある期間がたっても実質的には変わらないことを意味する。このような非定常エコーキャンセルを導入することによって、エコーの定常成分が、もはや、近傍端音声を継続的に歪めたり減衰させたりすることはできない。このことは、音声品質及び音声明瞭度を改善する。この改善は、特に、近傍端シングルトーク状況下では重要な意味をもつ。

実際に、エコーキャンセラは、上記の改善が達せられるように、非定常エコーキャンセラを有している。ポストプロセッサ６がもつ上述された重要な利点を考慮して、簡単さのために、非定常エコーキャンセラが、主にポストプロセッサ６に含まれるものとしてみなされるであろう。

ポストプロセッサ６は、Ｂサンプルのフレームを処理し、スペクトル量（magnitude，マグニチュード）領域においてプロセッシングを実行する。ある周波数ビンｆ及びデータフレームｌ_Ｂにおけるマイクロフォン信号ｚ[ｋ]及び残留信号ｒ[ｋ]のスペクトル量は、以下に、それぞれ｜Ｚ（ｆ；ｌ_Ｂ）｜及び｜Ｒ（ｆ；ｌ_Ｂ）｜ として示される。γはエコー減算ファクタと呼ばれ、一般に、１より僅かに大きい。

は、エコー信号のスペクトル量の推定値を示す。一般に、この推定値は、適応フィルタ出力の予備知識によって得られ、当該推定値は、更に、指数関数的減衰及び非線形歪みのようなモデル化されるべきアコースティックパスについての仮定を用いることによって、改善されることができる。非定常エコーのみが抑制されるように、

を用いる代わりに

を用いることが提案される。よく知られる周波数依存の減衰関数Ａ（ｆ；ｌ_Ｂ）が、ポストプロセッサ６において実施され、その場合、全ての周波数に対して以下の式が成り立つ。

ここで、

は、何らかの非定常エコー推定器によって、又は

を

から減ずることによって推定され得る。ここで、後者

は前者

のフルエコー推定値の定常エコー成分である。後者のエコー推定値は、定常バックグラウンドノイズ推定に関する何らかの任意のアルゴリズムによって得られる。最小統計値を用いる実施例は、１９９４年９月エディンバラ市（英国スコットランド）で開催された第７回ヨーロッパ信号処理会議（Signal Processing VII, Proc. EUSIPCO）１１８２〜１１８５ページに公表されたR.Martinによる“Spectral Subtraction Based on Minimum Statistics（最小統計値に基づくスペクトル減算）”という題名の論文に見られることができ、この開示内容は参照として本明細書に含まれるものとみなされる。

この場合、いくつかの周波数成分についてＡ（ｆ；ｌ_Ｂ）＞１ならば、Ａ（ｆ；ｌ_Ｂ）が１に設定されることに留意されたい。それゆえ、近傍端信号と比較して強い遠方端エコーをもつ周波数バンドでは、ポストプロセッサ６がエコーテール部を減衰し、近傍端信号が遠方端エコーよりも一層強い周波数バンドでは、エコーテール部に対して減衰が与えられない。ポストプロセッシング後、もたらされる出力信号ｒ’[ｋ]は、減衰された信号を変化させて時間領域に戻し、そこにｒ[ｋ]の元のフェーズを加えることによって得られる。
場合によっては、例えば、センタクリッパが利用される場合は、エコーキャンセラ１にコンフォートノイズ挿入手段Ｎを含めることが望ましい。このことは、非常に強い非定常性の影響を緩和する。これは、更に、エコーキャンセルプロセスの動作を平滑化する。上記ノイズ挿入手段Ｎは、例えば、ポストプロセッサ６に結合され得る。

上記の内容は、本質的に好ましい実施形態及び最良のモードを参照して説明されているが、これらの実施形態が、エコーキャンセラ、通信装置及び当該方法の限定的な実施例として決して解釈されるべきでないことが理解されるであろう。なぜならば、添付される請求項の範囲に含まれるさまざまな変更形態、特徴及び特徴の組み合わせが、この場合、当業者であれば実現可能であるからである。

アコースティックエコーキャンセラの概要図である。

Claims (9)

1. 専用の非定常エコーキャンセラを有することを特徴とする、エコーキャンセラ。
2. 前記非定常エコーキャンセラが、定常エコー推定器及び／又は非定常エコー推定器を有することを特徴とする、請求項１に記載のエコーキャンセラ。
3. 前記定常エコー推定器が定常ノイズ推定器であることを特徴とする、請求項２に記載のエコーキャンセラ。
4. 前記定常ノイズ推定器が最小統計量に基づくことを特徴とする、請求項３に記載のエコーキャンセラ。
5. 前記エコーキャンセラが、適応フィルタと、該適応フィルタに結合された残留エコープロセッサとを有し、前記残留エコープロセッサが前記非定常エコーキャンセラを備えることを特徴とする、請求項１乃至４の何れか１項に記載のエコーキャンセラ。
6. 前記エコーキャンセラが、コンフォートノイズ挿入手段を有することを特徴とする、請求項１乃至５の何れか１項に記載のエコーキャンセラ。
7. スピーカーフォン若しくはテレコンファレンス装置、電話機器、特に、モバイル電話、ハンズフリー電話又は同様の装置のような通信装置であって、請求項１乃至６の何れか１項に記載の一つ又は複数のエコーキャンセラを有する通信装置。
8. 請求項７に記載の一つ又は複数の通信装置を有する通信ネットワークにおけるエコーをキャンセルするための方法であって、非定常エコーがポストプロセッシングによってキャンセルされることを特徴とする方法。
9. 請求項８に記載の方法に用いるのに適した信号であって、非定常エコーのみがキャンセルされることを可能にする信号。
   
   

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