JP3447060B2 - エコー消去を改善した信号増幅システム - Google Patents
エコー消去を改善した信号増幅システムInfo
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Description
ク−アップ素子から到来する入力信号から再生素子用の
出力信号を取出すための信号処理システムとを具え、該
信号処理システムが、前記出力信号を表わす信号から補
償信号を取出すための適応フィルタ、前記補償信号と前
記入力信号を表わす信号とから差信号を求めるための減
算手段及び前記差信号から前記出力信号を取出すための
手段を含むエコーキャンセラを具えている信号増幅シス
テムに関するものである。
理システムにも関するものである。
5,091,952号から既知である。
ル内又は屋外での音声増幅システム及び補聴器に用いら
れる。これらのシステムでは、例えばマイクロホン又は
電気ギターの如きピック−アップ素子により発生された
信号を増幅器により所望レベルに増幅する。次いで、斯
くして増幅した信号を、例えばスピーカの如き再生素子
に供給する。
号は減衰されるか、又は減衰されずにピック−アップ素
子に至る。こうして得られる帰還系は状況次第で不安定
となり得る。或る所定の周波数に対するループ利得が1
以上か、又は1に等しくなる場合には、システムが斯か
る周波数にて発振し始める。オーディオシステムでは、
このような発振現象を音響帰還と称している。
ック−アップ素子との間のリンクをできるだけ多く減ら
すようにするのが良い。しかし、実際にはこのようなこ
とが行えないことがよくある。ピック−アップ素子と再
生素子との間の増幅器の利得率を低減させることもでき
るが、こうすると所望な信号レベルを達成できなくな
る。
素子とピック−アップ素子との間の(不所望な)伝送路
を模倣させるようにする適応フィルタを用いている。再
生素子の出力信号を表わす信号を斯かる適応フィルタに
供給することによって、ピック−アップ素子が再生素子
から受取る信号にほぼ等しい補償信号を得ることができ
る。減算器により入力信号を表わす信号から補償信号を
差引くことによって、不所望な帰還が除去される。
響をかなり減らすことができるも、このような低減は特
殊な状況のもとではまだ不十分である。
減させる冒頭にて述べたような信号増幅システムを提供
することにある。
号と前記出力信号との間の相関を低減させる時変脱相関
手段を具えていることを特徴とする。
減らすことにより、信号増幅システムと不所望な帰還路
とにより形成されるループ利得が多少乱れることにな
る。この結果、帰還路の不所望な影響が従来の信号増幅
システムにおけるよりも良好に抑圧される。
と前記出力信号との間の相関を低減するために配置した
ことを特徴とする。
新の値とに応答して、その伝達関数を適合させる。適応
フィルタは差信号と出力信号の最新値との間の相関をゼ
ロに低減させることを企てる。適応フィルタは特殊な手
段を講じなくても、入力信号をホワイト周波数スペクト
ルを有する出力信号に変換することにより斯様な効果を
達成することができる。実際上、ホワイト周波数スペク
トルを有する信号の自己相関関数は、ゼロの遅延帰還に
対して、ゼロにならなくなってしまう。これにより入力
信号が不所望にフィルタリングされることになる。
り、適応フィルタは、その伝達関数を不所望な帰還路の
伝達関数にほぼ等しくすることによって差信号と出力信
号の最新値との間の相関だけをゼロにすることができ
る。
域適応フィルタを具えていることを特徴とする。
度に相関付けられた信号に対するコンバージェンス特性
が著しく改善される。変換−領域適応フィルタとは、信
号をフィルタリング操作する前に先ず信号変換するフィ
ルタのことを意味する。こうした信号変換の例には、離
散的フーリエ変換、離散的余弦変換及び離散的ウォルッ
シュ アダマール変換がある。
素子の入力信号を表わす信号から補償信号を取出すため
の時間−領域フィルタを具え、且つ前記変換−領域適応
フィルタを、前記時間−領域フィルタ用のフィルタパラ
メータを決定するために配置したことを特徴とする。
せを利用することによって変換−領域フィルタの有利な
コンバージェンス特性と時間−領域フィルタの短い遅延
とが併合される。遅延時間が短いことは本発明のシステ
ムにとって望ましいことであり、その理由は、さもなけ
れば話者が或る時間遅れた自分自信の話しを聞くような
ことが起こるからである。こうした現象は特に遅延時間
が長い場合に非常ないらだちを感じさせることになる。
に同様な参照記号は同じような素子を示すものとする。
示し; 図2は本発明による信号増幅システムの第2実施例を
示し; 図3は図1又は図2に示した信号増幅システムに使用
すべきエコーキャンセラ16の実施例を示し; 図4は図1又は図2に示した信号増幅システムに使用
すべき脱相関手段6の実施例を示す。
子、この場合にはマイクロホン2の出力端子を信号処理
システム4の入力端子に接続する。ピック−アップ素子
から入力信号を受信する信号処理システムの入力端子
は、脱相関手段6の入力端子と減算回路13の第1入力端
子とに接続する。脱相関手段6の出力は、その出力信号
のために、入力信号を表わす信号を担い、斯かる脱相関
手段6の出力端子をエコーキャンセラ16の入力端子に接
続する。
この場合には減算回路8によって形成する減算手段の第
1入力端子に接続する。減算回路8の出力端子はエコー
キャンセラ16の出力端子及び適応フィルタ12の信号入力
端子に接続する。適応フィルタ12の出力端子は他の脱相
関手段10の入力端子及び減算回路13の第2入力端子に接
続する。減算回路13の出力端子は適応フィルタ12の残留
信号入力端子に接続する。他の脱相関手段10の出力端子
は減算回路8の第2入力端子に接続する。
子に接続し、この増幅器の出力端子は、この場合にはス
ピーカ18によって形成する再生素子の入力端子に接続す
る。(不所望な)帰還路11を一点鎖線にて示してある。
り発生された信号を脱相関器6により相関解除して、入
力信号と脱相関器6の出力信号との相互相関関数を低減
させるようにする。脱相関器6は一般に時変装置であ
り、これは非線形とすることもできる。
れる時変位相変調器とする。斯種の位相変調器について
は、Acustica,Vol.24.1971年,第33〜41頁,第13図にR.
W.Guelke外1名により発生された定期論文“Reverberat
ion Control by Direct Feedback"に記載されている。
入力信号がsin(ωt)の場合、脱相関手段6の出力信
号F(t)に対して次式が成立する: F(t)=sin[ωt+k・sin(ωmt)] (1) 式(1)におけるkは定数であり、ωmは補助信号の角
周波数である。式(1)は一連の第1タイプのベッセル
関数に展開して、F(t)を次式のように表すこともで
きる。
次のように表わすことができる。
の値に寄与しない項を切捨てると次のようになる。
値の場合にJ0が0となるからである。ωmを十分低い
値、例えば1Hzに選択する場合、斯かる位相変調は気づ
かれないほどになる。ランダムな信号でも、斯かる位相
変調は入力信号を完全に相関解除する。その理由は、ラ
ンダム信号は多数の相関解除された周波数成分から成る
信号とみなすことができるからである。
ば、入力信号と脱相関手段6の出力信号との相互相関関
数cc(τ)が常にゼロとなる。その理由は、周波数が異
なる2つの正弦波信号の相互相関関数がゼロとなるから
である。ランダム信号は多数の相関解除された正弦波信
号の和とみなすことができるから、このような信号に対
する相関解除も申し分なく行われる。周波数偏移は単側
波帯変調器によって行なうことができ、この例について
は後にさらに説明する。
られる遅延素子として配置することができる。斯かる制
御信号は、例えばランダム信号か、又は低周波の正弦波
信号とすることができる。
所望な帰還路の伝達関数に等しい伝達関数を採用するよ
うになる。適応フィルタ12は脱相関手段6の伝達関数に
似せることはできないので、脱相関手段6の伝達関数に
等しい他の脱相関手段10を適応フィルタ12の出力端子と
減算回路8の第2の入力端子との間に挿入する。適応フ
ィルタ12はトランスバーサルフィルタとすることがで
き、このフィルタのタッピング係数は減算回路13の出力
信号と、所謂LMSアルゴリズムに従う所定タップの非荷
重出力信号とに応答して決定される。このアルゴリズム
は周知であり、ここではその説明を省略する。なお、適
応フィルタの適合化には既知のほぼ全てのアルゴリズム
を用いることができる。
望レベルに増幅されて、スピーカ18へと供給される。脱
相関手段とエコーキャンセラとの組合せは、従来の信号
増幅器で選択し得る利得率よりも高い利得率の選択を可
能にする。
クロホン2によって形成するピック−アップ素子の出力
端子を信号処理システム4の入力端子に接続する。ピッ
ク−アップ素子から入力信号を受信する信号処理システ
ムの入力端子はエコーキャンセラ16の入力端子に接続す
る。
場合には減算回路8によって形成する減算手段の第1入
力端子に接続する。減算回路8の出力端子は脱相関手段
6の入力端子と、適応フィルタ12の残留信号入力端子と
に接続する。脱相関手段6の出力端子はエコーキャンセ
ラ16の出力端子と、適応フィルタ12の信号入力端子とに
接続する。適応フィルタ12の出力端子は減算回路8の第
2入力端子に接続する。
子に接続し、この増幅器の出力端子は、この場合にはス
ピーカ18によって形成する再生素子の入力端子に接続す
る。(不所望な)帰還路11を一点鎖線にて示してある。
ステムと相違している点は脱相関手段6の位置にある。
図2に示す信号増幅システムでは、脱相関手段6を減算
回路8とエコーキャンセラ16の出力端子との間に挿入す
る。
セラ16に対する誤差信号が最早スピーカ18の出力信号を
表わす信号とは相関しなくなる。この結果、適応フィル
タ12は、エコーキャンセラの出力信号がほぼホワイトと
なるようには設定されなくなる。実際上、減算回路8の
出力端子とエコーキャンセラ16の出力端子との間に脱相
関器6がないと、適応フィルタ12は誤差信号と(適応フ
ィルタ12に蓄えられたままの)以前のものからのエコー
キャンセラ16の出力信号の値との間の相関をゼロに低減
させようとする。適応フィルタはこのようなことを、エ
コーキャンセラの出力信号の自己相関関数が非ゼロ遅延
の場合にゼロとなるようにすることによって行なうこと
ができる。このことは、エコーキャンセラの出力信号は
ほぼホワイトとなって、エコーキャンセラの入力信号が
不所望にフィルタリングされることを意味する。
との間に脱相関器6を挿入することによって、誤差信号
と以前の信号によるエコーキャンセラ16の出力信号値と
の間の相関が、適応フィルタ12の伝達関数が不所望な帰
還路による伝達関数にほぼ一致する場合にのみゼロとな
り得るようにする。
達成される改善度は、脱相関器6と適応フィルタ12とを
別個に用いる場合に達成される総改善度よりも大きい。
脱相関器は誤差信号と適応フィルタ12の入力信号との相
関を解除するだけでなく、システムを安定に維持するた
め、適応フィルタ12はコンバージングの可能性を有す
る。適応フィルタ12は脱相関手段6のパーフォーマンス
も改善する。脱相関手段6による安定性余裕度は、帰還
路の伝達関数が平均値とピーク値との間で大きく食い違
うようにすると大いに改善される。スピーカ18とマイク
ロホン2との間にかなりの直接結合があるシステムで
は、伝達関数の平均値とピーク値との差は微差である。
適応フィルタ12は帰還路のインパルス応答の最初の部分
を模倣し、このインパルス応答は主として直接結合によ
って決定されるから、伝達関数のピーク値と平均値との
差は増大する。従って、脱相関器6は安定性余裕度の改
善を高める。
コーキャンセラ16の入力信号を、この場合には減算回路
22により形成した減算手段の第1入力端子と、減算回路
28の第1入力端子とに供給する。減算回路22の出力端子
は脱相関手段6の入力端子に接続する。脱相関手段6の
出力端子はエコーキャンセラ16の出力端子と、時間−領
域プログラマブルフィルタ20の入力端子と、この場合に
は周波数−領域適応フィルタ26によって形成した変換−
領域適応フィルタの入力端子とに接続する。時間−領域
プログラマブルフィルタ20の出力端子は減算回路22の第
2入力端子に接続する。
の第2入力端子に接続する。減算回路28の出力端子は周
波数−領域適応フィルタ26の残留信号入力端子に接続す
る。周波数−領域適応フィルタ26は、その出力信号に対
してこの周波数−領域適応フィルタ26のフィルタ係数を
担い、この適応フィルタ26の他の出力端子はIFFT回路24
(逆高速フーリエ変換器)の入力端子に接続する。IFFT
回路24は、その出力信号に対して時間−領域適応フィル
タ20の時間−領域係数を担い、斯かるIFFT回路24の出力
端子は時間−領域適応フィルタ20の入力端子に接続す
る。
ログラマブルフィルタ20が、不所望な帰還路を経て受信
されると共に減算回路22によってエコーキャンセラ16の
入力信号から差引かれる帰還信号のレプリカを発生す
る。時間−領域プログラマブルフィルタ20の係数は周波
数−領域適応フィルタ26とIFFT回路24との組合わせによ
り決定される。周波数−領域適応フィルタ26にて、この
フィルタ26の伝達関数は、減算回路28の出力信号と周波
数−領域適応フィルタ26の出力信号との間の相関が最小
となるように決定される。周波数−領域適応フィルタ26
によって決定されたフィルタ係数はIFFT回路24により時
間−領域プログラマブルフィルタ20に好適なフィルタ係
数に変換される。時間−領域適応フィルタの代わりに周
波数−領域適応フィルタを使用することの利点は、例え
ばスピーチ及び音楽の如き強力に自己相関される信号に
対して周波数−領域適応フィルタのコンバージェンス特
性が、時間−領域適応フィルタを用いる場合のコンバー
タジェンス特性よりも遙かに良好となるということにあ
る。時間−領域プログラマブルフィルタを用いることの
利点は、時間−領域フィルタでの信号の遅延が周波数−
領域フィルタでの信号遅延に比べてかなり短くなるとい
うことにある。エコーキャンセラでの時間−領域プログ
ラムフィルタと周波数−領域適応フィルタとの組合わせ
の詳細については米国特許第4,903,247号に記載されて
いる。
回路34の入力端子と、ヒルバート変換器32の入力端子と
に供給される。マルチプライヤ回路34の第2入力端子に
はcos(ωmt)に相当する信号が供給される。マルチプ
ライヤ回路34の出力端子は加算回路38の第1入力端子に
接続する。
36の第1入力端子に接続する。マルチプライヤ回路36の
第2入力端子にはsin(ωmt)に相当する信号が供給さ
れる。加算回路38の出力端子は脱相関手段6の出力端子
も形成する。
信号を角周波数ωmに相当する量だけ周波数偏移する。
スペクトルとする場合、ヒルバート変換器32の出力信号
の周波数スペクトルXH(ω)は次のように表わすことが
できる。
に等しく、且つω<0の場合には−1に等しい符号演算
子である。マルチプライヤ34の出力信号xiに対しては次
式が成立する。
が成立する。
に対しては次式が成立する。
(8)を利用して次のようになる。
だけシフトされる信号xuが得られる。実際上、ヒルバー
ト変換器32は不所望な極めて低周波数の信号成分を抑圧
するために高域フィルタの後に設けることがよくある。
脱相関手段の離散−時間系での具体化を選択することも
できる。しかし、この離散−時間系での具体化は上述し
た連続−時間系での具体化から容易に推論することがで
きる。
Claims (10)
- 【請求項1】ピック−アップ素子と、再生素子と、ピッ
ク−アップ素子から到来する入力信号から再生素子用の
出力信号を取出すための信号処理システムとを具え、該
信号処理システムが、前記出力信号を表わす信号から補
償信号を取出すための適応フィルタ、前記補償信号と前
記入力信号を表わす信号とから差信号を求めるための減
算手段及び前記差信号から前記出力信号を取出すための
手段を含むエコーキャンセラを具えている信号増幅シス
テムにおいて、当該信号増幅システムが前記入力信号と
前記出力信号との間の相関を低減させる時変脱相関手段
を具えていることを特徴とする信号増幅システム。 - 【請求項2】前記脱相関手段を、前記差信号と前記出力
信号との間の相関を低減す るために配置したことを特徴とする請求の範囲1に記載
の信号増幅システム。 - 【請求項3】前記適応フィルタが変換−領域適応フィル
タを具えていることを特徴とする請求の範囲1又は2に
記載の信号増幅システム。 - 【請求項4】前記適応フィルタが前記再生素子の入力信
号を表わす信号から補償信号を取出すための時間−領域
フィルタを具え、且つ前記変換−領域適応フィルタを、
前記時間−領域フィルタ用のフィルタパラメータを決定
するために配置したことを特徴とする請求の範囲3に記
載の信号増幅システム。 - 【請求項5】前記脱相関手段が周波数変換手段を具えて
いることを特徴とする請求の範囲1〜4のいずれかに記
載の信号増幅システム。 - 【請求項6】前記脱相関手段が位相変調手段を具えてい
ることを特徴とする請求の範囲1〜5のいずれかに記載
の信号増幅システム。 - 【請求項7】入力信号から出力信号を取出す信号処理シ
ステムであって、前記出力信号を表わす信号から補償信
号を取出すための適応フィルタ、前記補償信号と前記入
力信号を表わす信号とから差信号を求めるための減算手
段及び前記差信号から前記出力信号を取出すための手段
を含むエコーキャンセラを具えている信号処理システム
において、当該信号処理システムが前記入力信号と前記
出力信号との間の相関を低減させる時変脱相関手段を具
えていることを特徴とする信号処理システム。 - 【請求項8】前記脱相関手段を、前記差信号と前記出力
信号との間の相関を低減するために配置したことを特徴
とする請求の範囲7に記載の信号処理システム。 - 【請求項9】前記適応フィルタが変換−領域適応フィル
タを具えていることを特徴とする請求の範囲7又は8に
記載の信号処理システム。 - 【請求項10】前記適応フィルタが前記再生素子の入力
信号を表わす信号から補償信号を取出すための時間−領
域フィルタを具え、且つ前記変換−領域適応フィルタ
を、前記時間−領域フィルタ用のフィルタパラメータを
決定するために配置したことを特徴とする請求の範囲8
に記載の信号処理システム。
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