JP2009033344A - ダブルトーク検出器、ダブルトーク検出方法及びエコーキャンセラ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明のダブルトーク検出器は、エコーキャンセラの残差信号に基づき近端の背景雑音の電力推定値を求める近端背景雑音推定手段と、送信入力信号の平均電力値を求める送信入力平均電力算出手段と、受信入力信号の平均電力値を求める受信入力平均電力算出手段と、近端の背景雑音の電力推定値、送信入力信号及び受信入力信号の各平均電力値に基づいて、所定のエコーパス減衰値推定方法により、エコーパス減衰推定値を求めるエコーパス減衰値推定手段と、エコーパス減衰推定値、送信入力信号の平均電力値及び受信入力信号の平均電力値に基づいてダブルトーク状態を検出し、適応フィルタの係数更新処理を制御するダブルトーク判定手段を備える。
【選択図】 図1
Description
減算器12は、送信入力信号d(n)から擬似エコー信号yr(n)を差し引き、残差信号e(n)を出力するものである。
減算器12の出力である残差信号e(n)には、フィルタ特性とエコーパス伝達特性の差分によって生じる残留エコーΔy(n)(=y(n)−yr(n))と、近端送出信号t(n)が含まれる。
式(2)に、式(1)を代入する。
=(y(n)−yr(n))+t(n)…(4)
式(3)、式(4)より、
e(n)=Δy(n)+t(n)・・・(5)
受信入力信号x(n)が無信号(x(n)=0)のとき、残差信号e(n)の信号成分は近端送出信号t(n)のみとなるので、適応フィルタの係数更新をディセーブルにすることにより、適応フィルタの係数が発散しないように制御する必要がある。
ここで、TRIM(n)はダブルトーク検出閾値、Acoms(n)はエコー減衰量、δ1は積分処理の過渡応答を決める係数である。
=TRIM(n)−TRIM(n)×δ2+FLG(n)×δ2
=FLG(n)×δ2+TRIM(n)×(1−δ2)
=(Acoms(n)+γ)×δ2+TRIM(n)×(1−δ2)…(7)
ここで、TRIM(n)はダブルトーク検出閾値、Acoms(n)はエコー減衰量、δ2は積分処理の過渡応答を決める係数、γはマージン、FLG(n)はAcoms(n)+マージンγである。
ダブルトーク状態においては、残差信号e(n)(=Δy(n)+t(n))に近端話者の音声信号t(n)が含まれているので、残差信号e(n)の信号電力が大きくなり、上記エコー減衰量Acoms(n)は小さくなる。このとき、式(7)に示した通り、上記エコー減衰量Acoms(n)にマージンγを加算した値を積分処理するので、ダブルトーク検出閾値TRIM(n)が低下していく。
遠端話者のみが発声しているシングルトーク状態であっても、通常、近端から送出される近端送出信号t(n)は全くの無信号ではなく、近端の背景雑音が存在する。従って、送信入力信号d(n)及び残差信号e(n)(=Δy(n)+t(n))にも近端の背景雑音が存在する。
適応フィルタの収束度合いによって残差信号e(n)の信号電力は変化し、エコー減衰量Acoms(n)も変化する。
以下では、本発明のダブルトーク検出器、ダブルトーク検出方法及びエコーキャンセラの第1の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、第1の実施形態のダブルトーク検出器の内部構成を示す内部構成図である。なお、ダブルトーク検出器を備えるエコーキャンセラの構成は図2に示す構成と同じである。
近端背景雑音推定器21は、後述する受信入力信号の短時間平均電力xs(n)が閾値xs_th未満(遠端話者の音声無)の場合、上記式(8)に示した数式の演算を実行して、近端の背景雑音電力の推定値b(n)を更新し、それ以外のときには推定値b(n)を前値保持(b(n)=b(n−1))とする。
xs(n)=|x(n)|×(1−a_s)+xs(n−1)×a_s…(10)
エコーパス減衰量推定器24は、ハイブリッド回路(エコーパス)におけるエコー信号の減衰量(ERL)、即ち、エコーパス入力である受信入力信号x(n)の信号電力に対する、エコーパス出力であるエコーy(n)の信号電力の減衰量を推定するものである。
xl(n)=xs(n)×(1−a_st)+xl(n−1)×a_st…(12)
また例えば、ダブルトーク判定結果がダブルトークの場合、長時間平均算出手段421及び422のIIR形LPFの係数は“a_dt”及び“1−a_dt”である。この係数a_dtはa_dt=exp(−T/CR_dt)で定義されるものであり、TはIIRフィルタのサンプリング周期、CR_dtはダブルトーク判定時の長時間平均電力算出手段の時定数である。
xl(n)=xs(n)×(1−a_dt)+xl(n−1)×a_dt…(14)
ここで、ダブルトーク判定時のIIR形LPFの時定数CR_dtは、シングルトーク判定時の時定数CR_stよりも大きくして、ダブルトーク判定時の長時間平均電力算出手段の応答感度を鈍くする。これによって、ダブルトーク判定時にERL推定値が大きく低下するのを防止することができる。
受信入力信号の短時間平均電力xs(n)が閾値xs_th以上であること。
エコーキャンセラが使用されるシステム条件で、エコーパス減衰量の最小値ERL_minが明らかである場合、受信入力信号の短時間平均電力xs(n)のデシベル換算値から、送信入力信号の短時間平均電力ds(n)のデシベル換算値を差し引いた値が、ERL_min以上であること。
第1の実施形態では、演算量を低減するため、式(15)を変形した式(16)を用いる。
xs(n)>ds(n)×10ERL_min/20…(16)
例えば、エコーパス減衰量の最小値ERL_min=6dB(10ERL_min/20=2)であることが明らかであるとすると、受信入力信号の短時間平均電力xs(n)が、送信入力信号の短時間平均電力ds(n)の2倍以上であることがERL推定演算のイネーブル条件である。
送信入力信号の短時間平均電力ds(n)のデジベル換算値から、近端背景雑音の推定値b(n)のデシベル換算値を差し引いた値が、闘値ε以上となること。
第1の実施形態では、演算量を低減するため、式(17)を変形した式(18)を用いる。
ds(n)>b(n)×10ε/20…(18)
例えば、閾値ε=6dB(10ε/20=2)に設定したとすると、送信入力信号の短時間平均電力ds(n)が、近端背景雑音の推定値b(n)の2倍よりも大きいことがERL推定演算のイネーブル条件である。
第1の実施形態では、演算量を低減するため、式(19)の演算は実行せず、送信入力信号の長時間平均電力dl(n)と受信入力信号の長時間平均電力xl(n)を、そのままダブルトーク判定手段25へ受け渡すこととする。
まず、受信入力信号の短時間平均電力xs(n)が閾値xs_th未満の場合、適応フィルタの係数更新をディセーブルとし、以降の手順は実施しない。
次に、受信入力信号の短時間平均電力xs(n)のデシベル換算値から、送信入力信号の短時間平均電力ds(n)のデシベル換算値を差し引き、マージンαを加算した値が、ERL推定値よりも大きい場合に、シングルトーク状態と判定して、適応フィルタの係数更新をイネーブルとする。αはマージンであり、例えばα=3[dB]である。この条件を式(20)に示す。
後述するダブルトーク判定閾値の説明のため、式(20)を変形する。
(手順3)
手順1及び手順2のどちらの条件にもあてはまらなかった場合は、ダブルトーク状態と判定して、適応フィルタの係数更新をディセーブルとする。
ERL推定値=20dB
マージンα=3dB
とする。そうすると、図5に示す2本の直線が、ダブルトーク検出閾値を示す。
と定義する。
式(20)に、式(19)と式(23)を代入する。
>20×log10(xl(n))−20×log10(dl(n)) となる。
即ち、第1の実施形態では、上記手順2において、式(24)の条件を満足したときにシングルトーク状態と判定し、適応フィルタの係数更新演算をイネーブル制御とする。
続いて、第1の実施形態のダブルトーク検出器20によるダブルトーク検出処理の動作について説明する。
エコーパス減衰量=20dB
閾値xs_th=−40dBm
エコーパス減衰量の最小値ERL_min(ERL初期値)=6dB
閾値ε=6dB
マージンα=3dB
とする。
閾値ε(6dB)を加算した値(−54dBm)よりも小さくなる。従って、ERL推定演算のイネーブル条件を満足しないので、ERL推定値は前値保持のままとなる。
送信入力信号d(n)(=y(n)+t(n))に含まれているエコー信号成分y(n)の信号電力は−20dBmであるので、本条件が成立するとき、おおよそ、エコー信号成分y(n)の信号電力は、近端送出信号t(n)の信号電力以上(y(n)≧t(n))であると想定できる。
送信入力信号d(n)(=y(n)+t(n))に含まれているエコー信号成分y(n)の信号電力は−20dBmであるので、本条件が成立するとき、おおよそ、エコー信号成分y(n)の信号電力は、近端送出信号t(n)の信号電力未満(y(n)<t(n))であると想定できる。
送信入力信号d(n)(=y(n)+t(n))に含まれているエコー信号成分y(n)の信号電力は−20dBmであるので、本条件が成立するとき、エコー信号成分y(n)の信号電力は、近端送出信号t(n)の信号電力よりはるかに小さい。
以上、詳細に述べたように、第1の実施形態のダブルトーク検出器20は、送信入力信号の短時間平均電力ds(n)が、近端の背景雑音電力の推定値b(n)よりも一定レベル以上大きく、かつ、受信入力信号の短時間平均電力xs(n)のデシベル換算値から、送信入力信号の短時間平均電力ds(n)のデシベル換算値を差し引いた値が、エコーパス減衰量の最小値ERL_min以上であるときのみ、ERL推定演算をイネーブルとするようにしたので、シングルトーク状態以外であることが明らかであるときは、ERL推定値を前値保持することができる。
次に、本発明のダブルトーク検出器、ダブルトーク検出方法及びエコーキャンセラの第2の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図6は、第2の実施形態のダブルトーク検出器60の内部構成を示す内部構成図である。図6において、第2の実施形態のダブルトーク検出器60は、近端背景雑音推定器21、受信入力信号の短時間平均電力算出手段22、送信入力信号の短時間平均電力算出手段23、エコーパス減衰量推定器24、近端送出信号電力急増検出手段61、ダブルトーク判定手段62、を有して構成される。
evs(n)=|e(n)|×(1−a_vs)+evs(n−1)×a_vs…(26)
短時間平均電力算出手段73は、絶対値算出手段71からの出力と超短時間平均電力算出手段72からの出力とを取り込み、所定の短時間における残差信号の平均信号電力es(n)を算出し、算出した平均信号電力es(n)を近端送出信号電力急増判定手段77に与えるものである。
es(n)=min(es(n),evs(n))…(28)
選択手段762は、短時間平均電力xs2(n)と超短時間平均電力xvs(n)とを取り込み、これらの入力の小さいほうの値min(xs2(n),xvs(n))を出力するものである。また、選択手段762からの出力は、IIR形LPF761の遅延手段(Z−1)に格納される。
xs2(n)=min(xs2(n),xvs(n))…(30)
近端送出信号急増判定手段77は、超短時間平均電力xvs(n)、evs(n)及び短時間平均電力xs2(n)、es(n)を入力し、式(31)の条件が成立するか否かを判断し、式(31)の条件が成立する場合、近端送出信号t(n)が急増したと判定し、その判定結果をダブルトーク判定手段62に与えるものである。これにより、ダブルトーク判定手段62は、第1実施形態で示したダブルトーク判定結果に優先して、適応フィルタの係数更新をディセーブル制御する。
閾値ζは正の定数であり、例えば、「1」を適用することができる。
>ζ×xs2(n)×es(n)…(32)
(B−2)第2の実施形態の動作
次に、第2の実施形態のダブルトーク検出器60におけるダブルトーク検出処理の動作について詳細に説明する。
即ち、
(evs(n)/es(n))>2…(33)
となる。
以上のように、第2の実施形態によれば、第1の実施形態で説明した効果に加えて、近端送出信号急増検出手段が、残差信号の信号電力の増加度合い(evs(n)/es(n))から受信入力信号の信号電力の増加度合い(xvs(n)/xs2(n))を差し引いた値と、閾値ζと比較することにより、近端送出信号t(n)の信号電力が急速に増加したことを速やかに検出することができるので、近端送出信号の信号電力が急増した場合に適応フィルタの係数更新をディセーブル制御することができる。
(C−1)本発明のダブルトーク検出器は、電話回線において2線4線変換機能をもつハイブリッド回路で生じる回線エコーを除去するエコーキャンセラのほか、スビーカからマイクロホンに回り込んだエコー(音響エコー)を除去するエコーキャンセラにも適用することができる。
Claims (19)
- エコーキャンセラの受信入力信号、送信入力信号及びエコー除去後の残差信号に基づいてダブルトーク状態を検出し、上記エコーキャンセラが有する適応フィルタの係数更新処理を制御するダブルトーク検出器において、
上記残差信号に基づき、近端の背景雑音の電力推定値を求める近端背景雑音推定手段と、
上記送信入力信号の平均電力値を求める送信入力平均電力算出手段と、
上記受信入力信号の平均電力値を求める受信入力平均電力算出手段と、
上記近端の背景雑音の電力推定値、上記送信入力信号の平均電力値及び上記受信入力信号の平均電力値に基づいて、所定のエコーパス減衰値推定方法により、エコーパス減衰推定値を求めるエコーパス減衰値推定手段と、
上記エコーパス減衰推定値、上記送信入力信号の平均電力値及び上記受信入力信号の平均電力値に基づいてダブルトーク状態を検出し、上記適応フィルタの係数更新処理を制御するダブルトーク判定手段と
を備えることを特徴とするダブルトーク検出器。 - 上記近端背景雑音推定手段は、少なくとも上記受信入力信号の平均電力値が所定の閾値未満の場合、上記残差信号に基づく平均信号電力値を求め、この平均信号電力値を、上記近端の背景雑音の電力推定値とするフィルタ部を有することを特徴とする請求項1に記載のダブルトーク検出器。
- 上記エコーパス減衰値推定手段は、
所定のエコーパス減衰値演算制御条件を満たす場合に、エコーパス減衰推定値の演算制御を行うエコーパス減衰値演算制御部と、
上記エコーパス減衰値演算制御部から演算指示を受けた場合に、上記送信入力信号の平均電力値及び上記受信入力信号の平均電力値に基づいて、エコーパス減衰推定値を求めるエコーパス減衰値演算部と
を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載のダブルトーク検出器。 - エコーパス減衰値推定演算部が、上記受信入力信号の平均電力値のデシベル換算値から、上記送信入力信号の平均電力値のデシベル換算値を差し引いた短時間平均エコーパス減衰量を入力し、長時間平均処理を行うことによりエコーパス減衰推定値を算出することを特徴とする請求項3に記載のダブルトーク検出器。
- 上記エコーパス減衰値演算部は、
上記送信入力平均電力算出手段の平均算出時間より長い時間で、上記送信入力信号の平均電力値を算出する送信入力長時間平均電力算出部と、
上記受信入力平均電力算出手段の平均算出時間より長い時間で、上記受信入力信号の平均電力値を算出する受信入力長時間平均電力算出部と
を有することを特徴とする請求項3又は4に記載のダブルトーク検出器。 - 上記送信入力長時間平均電力算出部及び受信入力長時間平均電力算出部は、
それぞれフィルタにより構成されるものであり、
上記ダブルトーク判定手段からの判定結果に基づいて、ダブルトーク判定時のフィルタ応答特性がシングルトーク判定時のフィルタ応答特性より鈍くなるように設定されている
ことを特徴とする請求項5に記載のダブルトーク検出器。 - 上記エコーパス減衰値演算制御部は、上記受信入力平均電力算出手段が求めた上記受信入力信号の平均電力値が所定の闘値以上である場合に、エコーパス減衰値の演算処理を指示することを特徴とする請求項3〜5のいずれかに記載のダブルトーク検出器。
- 上記エコーパス減衰値演算制御部は、上記受信入力平均電力算出手段が求めた上記受信入力信号の平均電力値のデシベル換算値から、上記送信入力平均電力算出手段が求めた上記送信入力信号の平均電力値のデシベル換算値を差し引いた値が、所定のエコーパス減衰値の最小値以上である場合に、エコーパス減衰値の演算処理を指示することを特徴とする請求項3〜7のいずれかに記載のダブルトーク検出器。
- 上記エコーパス減衰値演算制御部は、上記送信入力平均電力算出手段が求めた上記送信入力信号の平均電力値のデシベル換算値から、上記近端の背景雑音の電力推定値のデシベル換算値を差し引いた値が、所定の閾値以上である場合に、エコーパス減衰値の演算処理を指示することを特徴とする請求項3〜8のいずれかに記載のダブルトーク検出器。
- 上記エコーパス減衰値演算制御部が、請求項7、請求項8及び請求項9に記載の条件の全部を満足する場合、又は、任意に組み合わせた条件を満足する場合に、エコーパス減衰値の演算処理を指示することを特徴とする請求項3〜9のいずれかに記載のダブルトーク検出器。
- 上記ダブルトーク判定手段は、上記受信入力平均電力手段が求めた上記受信入力信号の平均電力値が所定の閾値以上であり、かつ、上記受信入力平均電力算出手段が求めた上記受信入力信号の平均電力値から、上記送信入力平均電力算出手段が求めた上記送信入力信号の短時間平均電力値を差し引いてマージンαを加算した値が上記エコーパス減衰推定値よりも大きい場合に、上記適応フィルタの係数更新処理を指示することを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載のダブルトーク検出器。
- 上記エコーパス減衰値演算部が、上記エコーパス減衰推定値の初期値を、所定のエコーパス減衰値の最小値を用いて初期化することを特徴とする請求項3〜11のいずれかに記載のダブルトーク検出器。
- 上記受信入力信号及び上記残差信号に基づいて、近端送出信号の信号電力値の急増を検出する近端送出信号電力急増検出手段を備え、
上記ダブルトーク判定手段が、上記近端送出信号電力急増検出手段の検出結果に基づいて、上記適応フィルタの係数更新処理を制御することを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載のダブルトーク検出器。 - 上記近端送出信号電力急増検出手段は、
上記残差信号の平均電力値を求める残差平均電力算出部と、
上記残差平均電力算出部の平均算出時間より短い時間で、上記残差信号の平均電力値を求める残差超短時間平均電力算出部と、
上記受信入力信号の平均電力値を求める受信入力平均電力算出部と、
上記受信入力平均電力算出部の平均算出時間より短い時間で、上記受信入力信号の平均電力値を求める受信入力超短時間平均電力算出部と
を有することを特徴とする請求項13に記載のダブルトーク検出器。 - 上記残差平均電力算出部は、当該残差平均電力算出部が求めた平均電力値と上記残差超短時間平均電力算出部が求めた平均電力値とのうち小さい方の値を選択する残差平均電力選択部を有し、
上記受信入力平均電力算出部は、当該受信入力平均電力算出部が求めた平均電力値と上記受信入力超短時間平均電力算出部が求めた平均電力値とのうち小さい方の値を選択する受信入力平均電力選択部を有する
ことを特徴とする請求項14に記載のダブルトーク検出器。 - 近端送出信号電力の急増検出手段が、
上記残差信号の超短時間平均電力値を上記残差信号の平均電力値で除した値から、上記受信入力信号の超短時間平均電力値を上記受信入力信号の平均電力値で除した値を差し引き、この差し引いた値が所定の閾値よりも大きい場合に、上記近端送出信号電力が急増したことを検出することを特徴とする請求項15に記載のダブルトーク検出器。 - 上記近端送出信号電力急増検出手段が、上記近端送出信号電力が急増したことを検出したときに、上記エコーパス減衰値推定演算部をディセーブル制御することを特徴とする請求項13〜16のいずれかに記載のダブルトーク検出器。
- エコーキャンセラの受信入力信号、送信入力信号及びエコー除去後の残差信号に基づいてダブルトーク状態を検出し、上記エコーキャンセラが有する適応フィルタの係数更新処理を制御するダブルトーク検出方法において、
近端背景雑音推定手段が、上記残差信号に基づき、近端の背景雑音の電力推定値を求める近端背景雑音推定工程と、
送信入力平均電力算出手段が、上記送信入力信号の平均電力値を求める送信入力平均電力算出工程と、
受信入力平均電力算出手段が、上記受信入力信号の平均電力値を求める受信入力平均電力算出工程と、
エコーパス減衰値推定手段が、上記近端の背景雑音の電力推定値、上記送信入力信号の平均電力値及び上記受信入力信号の平均電力値に基づいて、所定のエコーパス減衰値推定方法により、エコーパス減衰推定値を求めるエコーパス減衰値推定工程と、
ダブルトーク判定手段が、上記エコーパス減衰推定値、上記送信入力信号の平均電力値及び上記受信入力信号の平均電力値に基づいてダブルトーク状態を検出し、上記適応フィルタの係数更新処理を制御するダブルトーク判定工程と
を有することを特徴とするダブルトーク検出方法。 - 請求項1〜17のいずれかに記載のダブルトーク検出器を備えることを特徴とするエコーキャンセラ。
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