JP3693588B2 - エコー抑制システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、全二重通話におけるエコー抑制システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
インターネットの普及に伴い、インターネットを利用した様々なサービスが提供され始め、VoIP等の技術を用いたインターネットを介したいわゆるコンピュータテレフォニーシステムも広がりつつある。以下、従来のインターネットを介したVoIPアプリケーションを用いた全二重通話システムを説明する。
【0003】
図13は全二重通話システムを模式的に示した図である。図13において、10と20が通話者同士であり、説明の便宜上、10が話者となり、10が発した話者音声が20側に伝わる場合を例に説明する。11および21がマイクロフォン、12および22がスピーカ、13および23がVoIPアプリケーション、14および24が端末装置、30がインターネットである。通信インタフェースやその他のデバイスなどは説明の便宜上、図示を省略した。
【0004】
いま、話者10がマイクロフォン11に向かって音声入力を行うと、VoIPアプリケーション13が当該音声を受け付け、サンプリング処理など必要な処理を行い、端末装置14からパケットデータとしてインターネット30に送信される。各パケットデータはインターネット上でのルーティングに従い、端末装置24に到達し、パケットデータが順に組み立てられ、VoIPアプリケーション23において必要な処理が行われた後、スピーカ22から音声として出力される。
【0005】
ここで、従来からエコーと呼ばれる現象が起こることが知られている。スピーカ22から出力された音声は通話相手20に届くとともに、回り込みが起きてマイクロフォン21に音声として入力されてしまう場合がある。この場合、マイクロフォン21から再入力された音声は、端末装置24のVoIPアプリケーション23、インターネット30、端末装置14のVoIPアプリケーション13を介してスピーカ12から音声として出力されることとなり、一種のループを形成する。このエコーを生じるループを形成する経路(以下、「エコー経路」という。)には伝送遅延が生じる。つまり、話者10にとれば、自らマイクロフォン11に入力した音声を、少し遅れてスピーカ12から聞くこととなる。このエコーが生じた場合、話者はとても話しづらく、相手の音声も聞きづらいものとなってしまうことが知られている。また、エコーのレベルが非常に大きく、エコーが減衰せずに発散する場合などではハウリングと呼ばれる現象が生じて通話不能となってしまう。
【0006】
そこで、従来からエコーキャンセラが用いられている。図14は従来技術におけるエコーキャンセラを用いたエコー抑制システムを模式的に示した図である。図14において、通話相手20側の端末装置24は、エコーキャンセラ25を有している。エコーキャンセラ25は、スピーカ22を介して出力される信号を入力として取り込み、当該取り込んだ信号分をマイクロフォン21から拾う信号から減ずることにより、マイクロフォン21に回り込んで再入力された音声信号を打ち消す構成となっている。
【0007】
図14に示したように、従来技術のエコーキャンセラは近接するスピーカとマイクロフォン間で発生している回り込んだ音声信号分を通話相手側システムでキャンセルし、話者側システムには当該回り込んだ音声信号分を返さないという仕組みであった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
従来のエコーキャンセラを用いたエコー抑制システムでは以下の問題がある。
【0009】
第1の問題点は、通話相手側システムにエコーキャンセラが設置され稼動されているとは限らないという点である。従来技術におけるエコー抑制は、通話相手側システムにおける、スピーカ−マイクロフォン間の音声の回り込み(以下、「遠端の回り込み」という。)を相殺する必要があり、通話相手側システムにおいてエコーキャンセラが設置され稼動されていなければならない。しかし、通話相手側システムにエコーキャンセラが設置され稼動されているとは限らない。この場合、エコーキャンセラの設置や稼動を通話相手側に頼まねばならないという問題が生じる。
【0010】
第2の問題点は、エコー抑制処理を行う場合、上記遠端の回り込みによるエコー抑制のみではなく、話者側システムにおける、スピーカ−マイクロフォン間の音声の回り込み(以下、「近端の回り込み」という。)も考慮しなければならない点である。通話相手側の話音や、遠端の回り込みが完全に相殺されていない場合など、話者側システムのスピーカから音声が出力される。このスピーカからの音声がマイクロフォンに入力されることに起因する近端での回り込みも防止する必要がある。
【0011】
第3の問題点は、エコーを聞くこととなる話者自身がエコー抑制処理の微調整ができないという問題である。エコーが通話において問題となるのは、話者が、スピーカから出力される自分自身のエコー声により、話しづらさを感じたり聞きづらさを感じたりする点であり、どのように感じるかは主観的な問題である。それゆえエコー抑制処理は話者自身がその聞こえ具合いを調整できることが好ましい。しかし、従来技術のエコー抑制システムでは、エコーキャンセラが通話相手側システムに存在しているため、話者がエコーの聞こえ具合をもとにチューニングすることができない。通話相手側システムのエコーキャンセラのパラメタを遠隔操作することは技術的に可能ではあるが、セキュリティの面からも通話相手側システムのエコーキャンセラのパラメタを遠隔操作できるとする環境は、通話相手側にとって認容できるものではない。
【0012】
この問題点は、エコーキャンセラを自らのシステムに導入した利用者が、エコーキャンセラの効果を直接知ることができないという問題でもある。つまり、エコーキャンセラを導入した利用者は、導入によるエコー抑制効果を知ることができず、エコー抑制処理を良好にするためチューニングすることもできない。エコーキャンセラは通話相手側のために導入するものであって、自らのために導入するものではなく、利用者がコストを掛けて導入してもその利便性を享受できるわけではなく、普及の妨げの一因ともなっている。
【0013】
第4の問題点は、インターネットを介したパケット通信による音声信号のやりとりを行う場合、話者に実際に聞こえるエコーの状態が変動しやすいという問題である。エコーはネットワークの伝送状態に影響され、インターネットを介したパケット通信による音声信号の伝送ではネットワーク伝送の遅延量が大きく、また、ルーティングやトラフィック量の変化等によりネットワーク伝送状態が変動しやすく、音声信号を伝送する場合の特性の変動幅も大きくなる。そのため、単純に両者間の距離等で特性変化量を確定することができず、一度求めた特性量も変動してしまうため、従来のエコーキャンセラを単純に話者側に設置することではエコーを打ち消すための適切な信号を確実には得ることができないという問題がある。
【0014】
上記問題点に鑑み、本発明は、通話相手側システムの如何にかかわらず、つまり、通話相手側システムにエコーキャンセラが設置され稼動されているか否かに限らず、常に話者がエコー抑制処理を利用できるエコー抑制システムを提供することを目的とする。
【0015】
また、本発明は、エコーを聞くこととなる話者自身がエコー抑制処理の微調整ができるエコー抑制システムを提供することを目的とする。これは、エコーキャンセラを導入した話者自身がその効果を直接知ることにもつながる。
【0016】
また、本発明は、インターネットを介したパケット通信による音声信号のやりとりなどネットワーク伝送の遅延量が大きく、変動幅も大きい状況でも最適なエコー抑制処理を実行できるエコー抑制システムを提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明のエコー抑制システムは、全二重通話システムの話者側システムにおいて、話者側から見たエコー経路の音響特性情報を検出する音響特性検出部と、前記音響特性検出部により検出された音響特性情報を基に話者音声信号からエコー抑制信号を生成し、通話相手側システムから返ってきた音声信号に前記エコー抑制信号分を重畳してエコーを抑制するエコー抑制処理部とを備えたことを特徴とする。
【0018】
上記構成により、話者側から見たエコー経路の音響特性情報をもとにして話者側システムにおけるエコー抑制処理を行なうことができ、通話相手側システムの構成にかかわらずエコー抑制処理を利用できる。また、インターネットを介したパケット通信による音声信号送信など、ネットワーク伝送の遅延量が大きく、変動幅も大きい状況においても伝送遅延を加味した最適なエコー抑制処理を実行できる。
【0019】
本発明のエコー抑制システムにおいて、話者によるエコー抑制処理のチューニング信号を受け付ける調整部を備え、前記エコー抑制処理部が、前記音響特性検出部により検出された音響特性情報に加え、前記チューニング信号も用いて、話者音声信号からエコー抑制信号を生成することが好ましい。
【0020】
上記構成により、話者側から見たエコー経路の音響特性情報に加え、話者により入力されたエコー抑制処理のチューニング量をもとにして話者側システムにおいてエコー抑制処理を行なうことができる。
【0021】
次に、上記構成における音響特性検出部によるエコー経路の音響特性検出において、音響特性検出部が音響特性検出用信号を発生する信号発生部を備え、音響特性検出用信号を基準信号とし、通話に先立ち、音響特性検出部が、音響特性検出用信号と通話相手側から返ってきた応答信号とを用いて話者側から見たエコー経路の音響特性情報を検出することが好ましい。例えば白色雑音やインパルス信号などを基準信号とすれば、精度の良いエコー経路の音響特性情報の検出が可能となる。また、通話において入力された音声信号を基準信号として用いることもできる。
【0022】
また、音響特性検出部によるエコー経路の音響特性情報の検出において、話者側システムにおける基準信号と通話相手側から返ってきた応答信号との相関値に対するしきい値の調整と相関探索範囲の調整を可能とすることが好ましい。
【0023】
なぜなら、ネットワーク伝送の遅延量が大きく、変動幅も大きい状況であれば、遅延量を探索する範囲を動的に調整する必要があり、また、遅延量が一度求まってもその後変動する遅延量を適切に検出するには探索範囲を柔軟に調整して行く必要があるからである。
【0024】
次に、エコー抑制処理部のエコー抑制処理において、エコー抑制処理に用いるエコー抑制信号を、遅延部分と遅延部分に続く信号部分に分け、エコー抑制処理部が、遅延部分に相当する遅延を与える遅延フィルタと、信号部分に相当する信号を生成する信号フィルタを備えることが好ましい。
【0025】
上記構成によれば、エコー抑制処理に用いる信号のうち、エコー経路の遅延分は遅延フィルタにより処理し、演算処理量を低減させることができる。
【0026】
次に、話者側システムが、スピーカと複数のマイクロフォンを備え、話者方向に対して前記複数のマイクロフォンの音声入力信号を同期加算し、話者音声のみ強調することが好ましい。また、前記話者側システムが、スピーカと複数のマイクロフォンを備え、スピーカ方向に対して前記複数のマイクロフォンの音声入力信号を同期減算し、スピーカから出力されるエコー音を抑制することが好ましい。
【0027】
上記構成のように、複数のマイクロフォンの音声入力信号処理を組み合わせることにより、話者音の強調処理や、スピーカによる近端回り込みの抑制処理を行うことが可能となる。
【0028】
なお、話者による、エコー抑制処理部によるエコー抑制処理の実行と停止との選択、音響特性検出部によるエコー経路の音響特性情報の検出処理の実行と停止との選択、話者からの指示を契機とした音響特性検出部による音響特性情報の検出処理開始など話者主導の調整が可能である。ここで、話者側システムが、スピーカと複数のマイクロフォンを備え、前記複数のマイクロフォンの音声入力信号を用いた音源検出により前記スピーカ出力の大きさを調べ、前記スピーカ出力が所定値以上大きい場合に前記音響特性検出部によるエコー経路の音響特性検出処理の実行が選択されることとすれば、話者音は抑制せず、スピーカ音に対する近端での回り込みのみを抑制するようにエコー抑制処理部のフィルタ係数の更新ができる。
【0029】
【発明の実施の形態】
本発明のエコー抑制システムについて図面を参照しつつ説明する。
【0030】
(実施形態1)
本発明の実施形態1のエコー抑制システムは、エコーキャンセラを話者側システムに設けるものであり、通話相手側の通信機器で発生しているエコーの抑制処理を、話者側システムにより行い、通話相手側システムでは行なう必要はないものである。本発明の実施形態1のエコー抑制システムは、話者側から見たエコー経路の音響特性情報を検出する音響特性検出部と、検出された音響特性情報と入力されたチューニング信号を基に話者音声信号からエコー抑制信号を生成し、通話相手側システムから返ってきた音声信号にエコー抑制信号分を重畳してエコーを抑制するエコー抑制処理部とを備えたものである。なお、本実施形態1は、話者によるエコー抑制処理のチューニングを受け付ける調整部も備えた構成となっている。
【0031】
図1は、本発明の実施形態1のエコー抑制システムを模式的に表わした図である。図1において、10と20が通話者同士であり、説明の便宜上、10が話者となり、10が発した話者音声が20側に伝わる場合を例に説明する。11および21がマイクロフォン、12および22がスピーカ、13および23がVoIPアプリケーション、14および24が端末装置、30がインターネットである。
【0032】
100がエコーキャンセラであり、音響特性検出部110、調整部120、エコー抑制処理部130を備えている。図1のようにエコーキャンセラ100は話者側の端末装置14に組み込まれている。入力信号は話者音声信号とエコー経路を介して返ってきた応答信号であり、出力信号はスピーカ12に対する出力音声信号である。なお、通信インタフェースやその他のデバイスなどは説明の便宜上、図示を省略した。
【0033】
音響特性検出部110は、話者側から見たエコー経路の音響特性情報を検出する部分である。話者音声信号とエコー経路を介して返ってきた応答信号からエコー経路の音響特性情報を検出する。例えば、後述するように、話者音声信号に演算処理を施した信号と応答信号との差分が0となるように調整し、エコー経路の音響特性情報を求める。
【0034】
調整部120は、話者によるエコー抑制処理のチューニングを受け付け、チューニング信号を生成する部分である。
【0035】
エコー抑制処理部130は、音響特性検出部110により検出された音響特性情報を基に話者音声信号からエコー抑制信号を生成し、通話相手側システムから返ってきた音声信号にエコー抑制信号分を重畳してエコーを抑制する。なお、本実施形態1では、エコー抑制処理部130は、音響特性検出部110により検出された音響特性情報に加え、調整部120を介して入力されたチューニング信号も用いてエコー抑制信号を生成する構成となっている。
【0036】
図2は本発明にかかるエコーキャンセラ100を中心とした具体的なモジュール構成の一例を示した図である。201がFIRフィルタ(finite impulse response filter)などで構成する音響特性フィルタ、202が係数更新器、203および204が減算器である。205はゲイン調整器である。
【0037】
ここで、図1に示したエコーキャンセラ100の各部と図2の具体的なモジュールとの関係は以下のようになる。
【0038】
図1の音響特性検出部110は、図2における音響特性フィルタ201と係数更新器202と減算器203に相当する。本実施形態では基準信号として話者音声を利用する。音響特性検出部110は、話者側から見たエコー経路の音響特性情報を検出する部分であり、基準信号となる話者音声信号(図2中a)とエコー経路を介して返ってきた応答信号(図2中c)からエコー経路の音響特性情報を検出する。例えば、後述するように、話者音声信号に音響特性フィルタ201の演算処理を施した信号(図2中b)と応答信号(図2中c)との差分信号(図2中e)を減算器203により求め、当該差分信号が0となるように係数更新器202により調整する。この結果、音響特性フィルタ201の係数はエコー経路の音響特性情報に相当する演算の係数となる。
【0039】
図1の調整部120は、図2のゲイン調整器205に相当する。話者自身によるチューニングが可能となるように外部入力手段を持ち、ゲイン調整器205のゲイン量を話者自身が調整することができる。ゲイン係数gは例えば、0.0〜1.0の間で調整できるものとする。ゲイン係数gを0.0とすれば、エコー抑制処理を施さないこととなる。つまり、話者による、エコー抑制処理部によるエコー抑制処理の実行と停止との選択が可能であるとも言える。
【0040】
図1のエコー抑制処理部130は、図2の音響特性フィルタ201とゲイン調整器205と減算器204に相当する。エコー抑制信号の生成にあたり、取り込んだ話者音声信号(図2中a)に対して音響特性検出部110として係数が調整されている音響特性フィルタ201により音響特性情報を反映した演算処理を施し(図2中b)、さらにゲイン調整器205により話者自身によるチューニングを施してエコー抑制信号(図2中g・b)を生成し、減算器204において通話相手側システムから返ってきた音声信号(図2中c)にエコー抑制信号分(図2中g・b)を重畳、つまりエコー抑制信号分を減算してエコーを抑制した信号(図2中f)を生成してスピーカ12に出力する。
【0041】
ここで、エコー経路の音響特性を模擬するための音響特性フィルタ201の係数更新について詳しく説明する。一例として、音響特性フィルタ201としてFIRフィルタ(finite impulse response filter)を用い、学習同定法を基にして係数を更新する方式を説明する。
【0042】
FIRフィルタによる演算処理は(数1)のように表わすことができる。
【0043】
【数1】
【0044】
ここで、(ai)はマイクロフォン11からの信号、即ちフィルタへの入力信号である。(bi)はフィルタの出力信号を示している。添え字の(i)はサンプル番号を示す。(hj)はフィルタの係数を示し、nは次数を表わしている。
【0045】
次に、フィルタ係数(hj)の更新は(数2)のように表わされる。
【0046】
【数2】
【0047】
ここで、αは一般的には定数であり、0.0<α<1.0である。また、(ci)は通話相手側システムからの応答信号である。
【0048】
スピーカ12に渡される信号fiは(数3)として表わされる。
【0049】
【数3】
fi=ci−g・bi
以上の構成による本発明のエコー抑制システムを用いれば、話者側システムに設けたエコーキャンセラにより話者の聞こえるエコーを抑制することが可能となる。話者自身がエコー抑制処理の微調整ができ、エコーキャンセラの効果を直接知ることができる。インターネットを介した音声信号のやり取りであって音響特性の変動幅の大きい状況においても最適なエコー抑制処理を実行できる。
【0050】
また、通話相手側の通信機器で発生しているエコーの抑制処理を、話者側システムにより行うことができ、従来のように通話相手側システムでエコー抑制処理を行う必要がないので、通話相手の音声処理システムの如何にかかわらず確実にエコー抑制処理を実行することができる。
【0051】
(実施形態2)
実施形態2は、音響特性検出処理における工夫を盛り込んだエコー抑制システムであり、マイクロフォン11から取り込んだ信号のうち、基準信号となる話者音声信号が含まれている区間と、比較信号となる通話相手側から得られた応答信号のうち話者音声に対するエコーを含んだ応答信号の区間を精度よくかつ柔軟に検出するものである。実施形態1では基準信号となる話者音声信号(ai)が含まれている区間および比較信号となるエコーを含んだ応答信号(ci)の区間が一意に定まっているものとして説明したが、実際の通話においてネットワーク遅延量など音響特性が固定的でないためそれらを含んだ区間がどこであるかを判別する必要がある。本実施形態2ではそれらエコーを含んだ応答信号区間を判別する。
【0052】
図3は、基準信号となる話者音声信号(ai)が含まれている区間および比較信号となるエコーを含んだ応答信号(ci)の区間を判別する処理を行う音響特性検出部110の構成例を示した図である。図3において、音響特性検出部110は、パワー計算部111、相互相関係数計算部112を備えている。
【0053】
パワー計算部111は、話者音声信号中のパワーを調べ、信号中に音声信号が含まれている部分を検出するために用いる。取り込んだ話者音声信号中のパワーを計算し、所定のしきい値以上のパワーを持つ部分は基準信号となる話者音声信号とし、次の処理である応答信号との相互相関係数の計算処理に移行する。所定のしきい値を満たすパワーを持つ信号が得られるまで待ち処理を行うこととなる。
【0054】
パワー計算部111によるパワー計算は(数4)のように表わされる。
【0055】
【数4】
【0056】
ここで、n’はパワー計算のための次数である。
【0057】
まず、(数4)より基準信号(ai)とする信号区間を定める。
【0058】
相互相関係数計算部112は、基準信号である音声信号と比較信号である応答信号の相互相関係数を計算する部分である。この相互相関係数は(数5)のように計算される。ここで応答信号の探索範囲を各信号区間c(i+k-j)に区切り、基準信号である音声信号との相互相関係数がもっとも大きくなる区間を探索する。なお、ここで、添え字のkは相互相関係数の次数を表わしている。つまり、相互相関を探索する範囲における区間の番号であり、kの値域を大きくすることは相互相関を探索する範囲を広げることとなる。
【0059】
【数5】
【0060】
ただし、kMIN≦k≦kMAXとする。なお、kMINとkMAXはあらかじめ設定しておく探索範囲、つまりエコー経路の信号遅延の最小値と最大値である。
【0061】
ここで、n’’は相互相関係数計算のための次数を示している。
【0062】
相互相関係数計算部112により計算した相互相関係数r(k)が最大となるkを求めれば、エコー経路の遅延量を検出することができる。
【0063】
図4は、上記相互相関係数の計算を用いた、話者音声に対するエコーを含んだ応答信号の区間の検出処理フローの例を表わしたフローチャートである。
【0064】
まず、マイクロフォン11から入力される話者音声信号(ai)を取り込み、パワーを計算する(ステップS401)。パワーがしきい値(pTH)を超えるものか否かをチェックし、しきい値を超えない場合(ステップS402:N)は、基準信号となる話者音声信号が入力されていないので再度ステップS401に戻り、待ち処理を行う。しきい値を超えた場合(ステップS402:Y)は、基準信号となる話者音声信号(ai)が入力されたとし、次のステップS403に移行する。
【0065】
ステップS403では、基準信号となる話者音声信号(ai-j)と比較信号となる応答信号の各信号区間c(i+k-j)との相互相関係数r(k)を計算する。
【0066】
ステップS404では、ステップS403で求めた各信号区間の相互相関係数r(k)のうち最大値をとるkを特定し、当該kに相当する時間をエコー経路の遅延量とし、音響特性情報とする。
【0067】
なお、上記構成において、音響特性検出部が話者からの指示を契機としてエコー経路の音響特性情報を検出するように話者の指示入力を行わせることも可能である。
【0068】
以上、実施形態2のエコー抑制システムは、応答信号の探索範囲のうち基準信号である音声信号との相互相関係数がもっとも大きくなる信号区間を探索することにより、マイクロフォンから取り込んだ信号のうち、基準信号となる話者音声信号が含まれている区間と、比較信号となる通話相手側から得られた応答信号のうち話者音声に対するエコーを含んだ応答信号の区間を精度よくかつ柔軟に検出することができる。
【0069】
(実施形態3)
実施形態3は、音響特性検出処理における工夫を盛り込んだエコー抑制システムであり、音響特性検出部によるエコー経路の音響特性情報の検出において、話者側システムにおける基準信号と通話相手側から返ってきた応答信号との相関値に対するしきい値と探索範囲の調整を可能としたものである。
【0070】
図5は、相互相関係数の探索範囲の調整を行うことのできる音響特性検出部110aの構成例を示した図である。図5において、音響特性検出部110aは、パワー計算部111、相互相関係数計算部112に加え、探索範囲調整部113を備えている。
【0071】
探索範囲調整部113は、相互相関係数の探索範囲の調整を行うものであり、実施形態2の例で言えば、相互相関係数を計算する(数5)における相互相関係数の次数kの値域を調整、つまり、kMIN、kMAXを変更するものである。調整方法の一例としては、相互相関係数r(k)にしきい値rTHを設けておき、応答信号の探索範囲において基準信号である音声信号との相互相関係数として得られたもののうち、当該しきい値rTHを超えるものがない場合、エコー経路の音響特性のため想定以上に遅延が大きいなど、応答信号の探索範囲外にエコーが見られると判断し、探索範囲を広げるなどの調整を行う方法をとる。
【0072】
探索範囲調整部113における調整処理の例を示す。図6は、探索範囲調整部113における調整処理フローを示したフローチャートである。
【0073】
まず、探索範囲の下限と上限を表わすkMINとkMAXの初期値を設定する(ステップ601)。
【0074】
ステップS602からステップS604は、実施形態2の図4のフローチャートにおけるステップS401からステップS403と同様であり、音声信号区間を検出するためパワー計算部111により信号のパワーを計算し(ステップS602)、しきい値を超えるパワーを持つ信号を基準信号(ai)とし(ステップS603)、基準信号となる話者音声信号(ai-j)と比較信号となる応答信号の各信号区間c(i+k-j)との相互相関係数r(k)を計算する(ステップS604)。
【0075】
本実施形態3では、ステップS604で求めた各信号区間の相互相関係数r(k)のうち最大値をとるrMAXを検出し(ステップS605)、rMAXが相互相関係数のしきい値rTHを超えるものであるか否かをチェックし(ステップS606)、しきい値rTHを超えるものである場合(ステップS606:Y)は、探索範囲内にエコーと見られる部分があったと判断し、当該kの値をエコー経路の音響特性に基づく遅延量とする(ステップS607)。
【0076】
しきい値rTHを超えるものでない場合(ステップS607:N)は、初期設定の応答信号区間の探索範囲内ではエコーと見られる部分がなかったと判断し、探索範囲を広げるべく、kMINとkMAXの値を調整するため、kMIN=kMIN−α、kMAX=kMAX+βとする(ステップS608)。なお、kMINの値がマイナスになることは有り得ないので(エコーの方が過去に発生することはないので)、kMINが0未満の場合(ステップS609:Y)は、kMINを0とする(ステップS610)。このように探索範囲を調整し、ステップS604に戻り、相互相関係数の演算を再実行する(ステップS604)。
【0077】
また、相互相関係数r(k)のしきい値rTHおよび探索範囲の調整を話者自身の操作により可能としても良い。
【0078】
以上、実施形態3のエコー抑制システムは、音響特性検出部によるエコー経路の音響特性情報の検出において、話者側システムにおける基準信号と通話相手側から返ってきた応答信号との相互相関係数の演算結果をもとに探索範囲の調整を行うことができる。
【0079】
(実施形態4)
実施形態4は、音響特性検出処理における工夫を盛り込んだエコー抑制システムであり、音響特性情報の検出にあたり、音響特性検出用の信号を用いるものである。音響特性検出部が、音響特性検出用信号を発生する信号発生部を備え、音響特性検出用信号を基準信号とし、通話に先立ち、音響特性検出部が、基準信号と通話相手側から返ってきた応答信号とを用いて話者側から見たエコー経路の音響特性情報を検出するものである。
【0080】
図7に音響特性検出用の信号を用いる場合の装置構成例を示す。図7の構成例では、音響特性検出部110bは、音響特性検出用信号発生部114、スイッチ115を備えている。
【0081】
音響特性検出用信号発生部114は、基準信号として、パルスや白色雑音など自己相関の小さい信号を発するものが好ましい。また、ユーザフレンドリーな信号音とすべく利用者にとり耳障りにならない音楽などを用いることも可能である。また、信号音の周波数を可聴周波数帯より高くまたは低くすることにより、信号音が利用者に聞こえないものとすることも好ましい。
【0082】
スイッチ115は、音響特性検出部110bにおいて音響特性検出用信号発生部114を用いるか否かを切り替えるものであり、例えば、通話冒頭の音響特性情報の検出のフェーズでは音響特性検出用信号発生部114側をオンとし、音響特性に応じて音響特性フィルタの値を調整し、エコー抑制処理のフェーズとなればマイクロフォン11側をオンとする。
【0083】
上記構成とすれば、音響特性情報の検出に適した信号を用いることができ、エコー経路となる音響特性情報を精度良く検出することができる。
【0084】
もっとも、音響特性検出用信号を用いる場合は、実際の通話に先立って冒頭に音響特性検出用信号の発信とエコー音の受信、音響特性フィルタの係数決定などの諸処理を行わねばならない。そこで、特別に音響特性検出用信号を用いず、通話において入力された音声信号を基準信号として用い、音響特性検出部が、基準信号と通話相手側から返ってきた応答信号とを用いて話者側から見たエコー経路の音響特性情報を検出することも可能である。この方式を用いれば通話中、常時または一定間隔などで音響特性情報の検出を実行し、エコー経路の音響特性情報を更新して行くことが可能となり、音響特性が変化しても常に最適なエコー抑制処理を実行することができる。
【0085】
(実施形態5)
実施形態5は、エコー抑制信号の生成処理における工夫を盛り込んだエコー抑制システムであり、エコー抑制処理部のエコー抑制処理において用いるエコー抑制信号を、遅延部分と遅延部分に続く信号部分に分けて、遅延部分の処理を遅延フィルタで行い、遅延部分に続く信号部分の調整をFIRフィルタなどにより実行するものである。このように、エコー抑制信号を、遅延部分と遅延部分に続く信号部分に分けて演算することにより、処理量の低減を図ったものである。
【0086】
図8はエコー抑制用信号を簡単に示した図である。なお、t=0は話者側システムのマイクロフォンに音響特性検出用信号、例えば、パルスを入力したタイミングを表わしている。図8に見るように、エコー抑制用信号は、遅延部分801と当該遅延部分801に続く信号部分802に分けることができる。この例では遅延時間がdとなっている。実施形態1の例では、図8に示した形のエコー抑制用信号を図2に示したような音響特性フィルタ201と係数更新器202を用いて学習同定法により生成したが、本実施形態5では、遅延部分801に相当する遅延処理を遅延フィルタで実行し、信号部分802に相当する信号部分をFIRフィルタなどの音響特性フィルタ201で生成する構成とする。遅延部分801と当該遅延部分801に続く信号部分802に分けて演算処理することにより、実施形態1のように一体の信号として演算処理するよりも処理量が少なくなる。
【0087】
図9は、本実施形態5のエコー抑制システムのエコーキャンセラ部分を中心とした構成例を示した図である。図9において、210が遅延検出器、220が遅延フィルタである。その他の要素は実施形態1における図2と同様であり、ここでの説明は省略する。
【0088】
遅延検出器210は、エコー経路における遅延量を求める部分である。例えば、無音状態からt=0でパルス信号をマイクロフォン11から入力し、実施形態2に示したパワー計算器などにより応答信号中に有意な音声信号の存在を検出し、その遅延量を求めるものとしても良い。ここでは遅延量dが検出されたものとする。
【0089】
遅延フィルタ220は、エコー抑制信号のうちの遅延部分に相当する遅延を与える部分である。遅延検出器210により求めた遅延量dをもとに、Z領域の伝達関数として、Z-dである遅延フィルタ220として調整する。
【0090】
音声信号に対して遅延フィルタ220による遅延処理を施した後の処理は、実施形態1と同様である。FIRフィルタ係数の調整処理においては、遅延処理済み信号mに対して音響特性フィルタ201による演算を実行後、応答信号との減算処理を減算器203により行って両者差分が0となるように係数更新器202を介してFIRフィルタの係数を調整する。また、エコー抑制処理においては、係数が調整された音響特性フィルタ201を用いて遅延処理済み信号の演算処理を実行し、ゲイン器205によりゲイン調整を施した後、エコー抑制処理済み信号をスピーカ12に出力する。上記エコー抑制処理やFIRフィルタ係数調整処理において、実施形態1で示したように話者音声信号を一体の信号として演算処理するよりも処理量が少なくなる。
【0091】
なお、上記実施形態において説明した各構成要素は、ハードウェアモジュールとして供給することも可能であり、また、上記要素の処理を実現する処理プログラムの形で記述しておき、汎用マイクロプロセッサなどに上記要素処理を実現させることも可能である。
【0092】
(実施形態6)
以下の説明では複数のマイクロフォンを用いた場合を説明するが、マイクロフォンは、マイクロフォンアレイでも複数のマイクロフォンでも良い。
【0093】
実施形態6のエコー抑制システムは、話者側システムが、スピーカと複数のマイクロフォンを備え、話者方向に対して前記複数のマイクロフォンの音声入力信号を同期加算し、話者音声のみ強調する処理を行い、エコー抑制システムの精度を向上させるものである。話者側システムのスピーカ出力に対して話者音に対するマイクロフォンの感度を大きくし、スピーカとマイクロフォン間の音響的結合を弱め、いわゆる近端側での音の回り込みの影響を小さくすることができる。
【0094】
図10は実施形態6のエコー抑制システムの構成を簡単に示した図である。なお、図1などで示した通話相手側システムである20〜24などの構成は図示を省略している。
【0095】
図10の構成では、マイクロフォン11a,11bの2つのマイクロフォンを備えているが、3つ以上であっても良い。各マイクロフォン11a,11bはそれぞれ遅延器15a,15bを備えている。16は加算器である。
【0096】
なお、マイクロフォンアレイを使う場合は、遅延回路はマイクロフォンアレイに含まれる。
【0097】
遅延器15a,15bそれぞれの遅延量は、マイクロフォン11a,11bに対して想定される話者10の方向に指向性を合わせるように設定される。各遅延器15a,bの出力は加算器16に入力される。加算器16における同期加算により話者音が強調され、他の方向から音(雑音)は抑制される。この例では、遠端回り込みにより返ってくるスピーカ12から出力されるエコー音が抑制される。このように同期加算された出力がエコーキャンセラ100とVoIPアプリケーション13に渡される。なお、エコーキャンセラ100、VoIPアプリケーション13は、上述の実施形態1〜6までに説明したもので良い。
【0098】
(実施形態7)
以下の説明では複数のマイクロフォンを用いた場合を説明するが、マイクロフォンは、マイクロフォンアレイでも複数のマイクロフォンでも良い。
【0099】
実施形態7のエコー抑制システムは、話者側システムが、スピーカと複数のマイクロフォンを備え、スピーカ方向に対して前記複数のマイクロフォンの音声入力信号を同期減算し、スピーカから出力されるエコー音を抑制する処理を行い、エコー抑制システムの精度を向上させるものである。話者側システムのスピーカ出力に対するマイクロフォンの感度を小さくし、スピーカとマイクロフォン間の音響的結合を弱め、いわゆる近端側での音の回り込みの影響を小さくすることができる。
【0100】
図11は実施形態7のエコー抑制システムの構成を簡単に示した図である。なお、図1などで示した通話相手側システムである20〜24などの構成は図示を省略している。
【0101】
図11の構成では、マイクロフォン11a,11bの2つのマイクロフォンを備えているが、3つ以上であっても良い。各マイクロフォン11a,11bはそれぞれ遅延器15a,15bを備えている。17は減算器、18は遅延量調整器である。
【0102】
なお、マイクロフォンアレイを使う場合は、遅延回路はマイクロフォンアレイに含まれる。
【0103】
遅延器15a,15bそれぞれの遅延量は、スピーカ12の方向から各マイクロフォン11a,11bに届く音の遅延量に合わせるように設定される。遅延量調整器18により両者の遅延量を調整する。各遅延器15a,bの出力は減算器17に入力される。減算器17における同期減算によりスピーカ12の方向から来る音が消される。つまり、遠端回り込みにより返ってくるスピーカ12から出力されるエコー音が除去される。このように同期減算された出力がエコーキャンセラ100とVoIPアプリケーション13に渡される。なお、エコーキャンセラ100、VoIPアプリケーション13は、上述の実施形態1〜6までに説明したもので良い。
【0104】
(実施形態8)
本発明のエコー抑制システムは、上記に説明した構成を実現する処理ステップを記述したプログラムを提供することにより、各種コンピュータを用いて構築することができる。本発明のエコー抑制システムを実現する処理ステップを備えたプログラムをコンピュータにロードするにあたっては、当該プログラムを記録した記録媒体をコンピュータに読み取らせることでも良く、また、ネットワーク上からダウンロードすることによってもできる。例えば、図12に図示したように、CD−ROM302やフレキシブルディスク303等の可搬型記録媒体301をコンピュータ304に読み取らせたり、ネットワーク上にある記録装置内の記録媒体300からネットワークを介してダウンロードすることができる。また、当初からコンピュータ304内のハードディスクやRAM等の記録媒体305に格納していても良い。プログラム実行時には、当該プログラムはコンピュータ304上にローディングされ、主メモリ上で実行される。
【0105】
なお、上記実施形態1から8において、音響特性検出部が、話者からの指示を契機としてエコー経路の音響特性情報を検出することとすることができる。また、話者側システムにおける基準信号と通話相手側から返ってきた応答信号との相関値に対するしきい値の調整と相関探索範囲の調整を話者操作により可能とすることもできる。
【0106】
上記構成とすれば、話者主導でエコー抑制処理の開始を認めたり、エコー抑制処理の調整を行うことができる。
【0107】
なお、本発明のエコー抑制システムは、上記の発明の概念から逸脱することなく、上記の方法及び装置に種々の変更及び変形を成し得ることが理解されよう。従って、本発明は上記実施形態に限定されるものではないことに注意する必要がある。
【0108】
【発明の効果】
本発明のエコー抑制システムによれば、話者側システムに設けたエコーキャンセラにより話者の聞こえるエコーを抑制することが可能となる。話者自身がエコー抑制処理の微調整ができ、エコーキャンセラの効果を直接知ることができる。インターネットを介した音声信号のやり取りであって音響特性の変動幅の大きい状況においても最適なエコー抑制処理を実行できる。
【0109】
また、本発明のエコー抑制システムによれば、通話相手側の通信機器で発生しているエコーの抑制処理を、話者側システムにより行うことができ、従来のように通話相手側システムでエコー抑制処理を行う必要がないので、通話相手の音声処理システムの如何にかかわらず確実にエコー抑制処理を実行することができる。
【0110】
また、本発明のエコー抑制システムによれば、応答信号の探索範囲のうち基準信号である音声信号との相互相関係数がもっとも大きくなる信号区間を探索することにより、マイクロフォンから取り込んだ信号のうち、基準信号となる音声信号が含まれている区間と、比較信号となる通話相手側から得られた応答信号のうち話者音声に対するエコーを含んだ応答信号の区間を精度よくかつ柔軟に検出することができる。また、相互相関係数の演算結果をもとに探索範囲の調整を行うこともできる。
【0111】
また、本発明のエコー抑制システムによれば、エコー抑制処理部のエコー抑制処理において用いるエコー抑制信号を、遅延部分と遅延部分に続く信号部分に分けて、遅延部分の処理を遅延フィルタで行い、遅延部分に続く信号部分の調整をFIRフィルタなどにより実行することにより、処理量の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態1のエコー抑制システムを模式的に表わした図
【図2】 本発明にかかるエコーキャンセラ100を中心とした具体的なモジュール構成の一例を示した図
【図3】 基準信号となる話者音声信号(ai)が含まれている区間および比較信号となるエコーを含んだ応答信号(ci)の区間を判別する処理を行う音響特性検出部110の構成例を示した図
【図4】 本発明の実施形態2のエコー抑制システムにおける相互相関係数の計算を用いた話者音声に対するエコーを含んだ応答信号の区間の検出処理フローの例を表わしたフローチャート
【図5】 本発明の実施形態3のエコー抑制システムにおける相互相関係数の探索範囲の調整を行うことのできる音響特性検出部110aの構成例を示した図
【図6】 本発明の実施形態3のエコー抑制システムにおける探索範囲調整部113における調整処理フローを示したフローチャート
【図7】 本発明の実施形態4の音響特性検出用の信号を用いる場合の装置構成例を示す図
【図8】 エコー抑制用信号を簡単に示した図
【図9】 本発明の実施形態5のエコー抑制システムのエコーキャンセラ部分を中心とした構成例を示した図
【図10】 本発明の実施形態6のエコー抑制システムを模式的に表わした図
【図11】 本発明の実施形態7のエコー抑制システムを模式的に表わした図
【図12】 本発明のエコー抑制システムを実現する処理ステップのプログラムを記録した記録媒体の例を示す図
【図13】 従来技術における全二重通話システムを模式的に示した図
【図14】 従来技術におけるエコーキャンセラを用いたエコー抑制システムを模式的に示した図
【符号の説明】
10,20 通話者
11,11a,11b,21 マイクロフォン
12,22 スピーカ
13,23 VoIPアプリケーション
14,24 端末装置
15a,15b 遅延器
16 加算器
17 減算器
18 遅延量調整器
19 スピーカ出力検出部
30 インターネット
100 エコーキャンセラ
110,110a,110b 音響特性検出部
111 パワー計算部
112 相互相関係数計算部
113 探索範囲調整部
114 音響特性検出用信号発生部
115 スイッチ
120 調整部
130 エコー抑制処理部
201 音響特性フィルタ
202 係数更新器
203,204 減算器
205 ゲイン調整器
210 遅延検出器
220 遅延フィルタ
300 ネットワーク上にある記録装置内の記録媒体
301 可搬型記録媒体
302 CD−ROM
303 フレキシブルディスク
304 コンピュータ
305 コンピュータのハードディスクやRAM等の記録媒体
801 遅延部分
802 遅延部分801に続く信号部分
Claims (9)
- 全二重通話システムの話者側システムにおいて、
話者側から見たエコー経路の音響特性情報を検出する音響特性検出部と、
前記音響特性検出部により検出された音響特性情報を基に話者音声信号からエコー抑制信号を生成し、通話相手側システムから返ってきた応答信号に前記エコー抑制信号を重畳することにより、前記応答信号に含まれるエコーを抑制するエコー抑制処理部と、
前記エコー抑制処理において前記応答信号に重畳するエコー抑制信号のゲイン量を調整するためのチューニング信号を話者から受け付ける調整部とを備えたことを特徴とするエコー抑制システム。 - 前記音響特性検出部が、音響特性検出用信号を発生する信号発生部を備え、前記音響特性検出用信号を基準信号とし、
通話に先立ち、前記音響特性検出部が、前記音響特性検出用信号と通話相手側から返ってきた応答信号とを用いて話者側から見たエコー経路の音響特性情報を検出する請求項1に記載のエコー抑制システム。 - 通話において入力された音声信号を基準信号とし、
前記音響特性検出部が、前記音声信号と通話相手側から返ってきた応答信号とを用いて話者側から見たエコー経路の音響特性情報を検出する請求項1に記載のエコー抑制システム。 - 前記音響特性検出部によるエコー経路の音響特性情報の検出において、話者側システムにおける基準信号と通話相手側から返ってきた応答信号との相関値に対するしきい値の調整と相関探索範囲の調整を可能とした請求項2または3に記載のエコー抑制システム。
- 前記エコー抑制処理部のエコー抑制処理において用いるエコー抑制信号を、遅延部分と遅延部分に続く信号部分に分け、
前記エコー抑制処理部が、前記遅延部分に相当する遅延を与える遅延フィルタと、前記信号部分に相当する信号を生成する信号フィルタを備えた請求項1に記載のエコー抑制システム。 - 前記話者側システムが、スピーカと複数のマイクロフォンを備え、話者方向に対して前記複数のマイクロフォンの音声入力信号を同期加算し、話者音声のみ強調する請求項1に記載のエコー抑制システム。
- 前記話者側システムが、スピーカとマイクロフォンアレイまたは複数のマイクロフォンを備え、スピーカ方向に対して前記マイクロフォンアレイまたは複数のマイクロフォンの音声入力信号を同期減算し、スピーカから出力されるエコー音を抑制する請求項1に記載のエコー抑制システム。
- 話者による、前記エコー抑制処理部によるエコー抑制処理の実行と停止との選択と、前記音響特性検出部によるエコー経路の音響特性検出処理の実行と停止との選択を可能とした請求項1に記載のエコー抑制システム。
- 全二重通話システムの話者側システムにおいてエコー抑制処理を実現するプログラムであって、当該プログラムが、
話者側から見たエコー経路の音響特性情報を検出する音響特性検出処理ステップと、
エコー抑制信号のゲイン量を調整するためのチューニング信号を話者から受け付ける受付処理ステップと、
前記音響特性検出ステップにより検出された音響特性情報を基に話者音声信号からエコー抑制信号を生成し、通話相手側システムから返ってきた応答信号に、前記受付処理ステップで受け付けたチューニング信号に応じたゲイン量のエコー抑制信号を重畳することにより、前記応答信号に含まれるエコーを抑制するエコー抑制処理ステップとをコンピュータに実行させることを特徴とするエコー抑制処理プログラム。
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