JP4478045B2 - エコー消去装置、エコー消去方法、エコー消去プログラムおよびその記録媒体 - Google Patents
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Description
適応フィルタ31〜3Nにおいて、たとえば学習同定アルゴリズムを用いた場合の疑似特性h^1(k)〜h^N(k)の推定は、
藤井哲郎、島田正治、"多チャンネル適応ディジタルフィルタ、"電子通信学会論文誌’86/10、Vol.J69−A No.10.
[第1実施形態]
図2は本発明のエコー消去装置100の機能構成例を示す図、図3は処理フローを示す図である。エコー消去装置100は、総和部4A、再生信号用の周波数分析部101、収音信号用の周波数分析部102、エコー振幅スペクトル計算部103、目的成分選択計算部104、および周波数合成部105から構成される。以下に、図2と図3とを参照しながら説明する。
総和部4Aでは、複数(N個、Nは2以上の整数)のチャンネルの再生信号x1(k)〜xN(k)を入力とし、各チャンネルの再生信号x1(k)〜xN(k)をサンプルごとに加算した加算再生信号x(k)=ΣN n=1xn(k)を出力する。ここで、kは、所定間隔の離散的な時刻を指す数(サンプル点の番号)である。サンプリングは、たとえばサンプリング周波数16kHz(1秒間に16000回)で行われる。
ステップS101
周波数分析部101は、加算再生信号x(k)を入力とし、各周波数成分の振幅スペクトルを加算再生信号振幅スペクトル|Xω|として出力する。ここで、ωは所定の周波数間隔で求めた振幅スペクトルの周波数成分の番号を示す数である。たとえば、16kHzでサンプリングした512個の加算再生信号x(k−511),…,x(k)を1フレームとし、加算再生信号x(k)をフレーム単位で、8kHzまでの周波数帯域をサンプル点数256で表した加算再生信号振幅スペクトル|Xω|(ω=1,…,256)へ変換する。
周波数分析部102は、収音信号y(k)を入力とし、各周波数成分の収音信号振幅スペクトル|Yω|と位相スペクトルarg(Yω)を出力する。kおよびωはステップS101での説明と同じである。またarg(Yω)は0以上2π未満の実数である。
ステップS103
エコー振幅スペクトル計算部103は、入力の加算再生信号振幅スペクトル|Xω|と収音信号振幅スペクトル|Yω|から、推定エコー振幅スペクトル|D^ω|を出力とする。ステップS1031からS1034は、M個(Mは2以上の整数)の周波数成分のグループごとに行い、すべてのm(1≦m≦M)の処理が終了するとステップS1035へ進む(ステップS1037、S1038、S1039により、周波数グループ単位の繰り返し処理を行っている。)。たとえば、ω=1,…,256、M=32の場合は、8個のω(ω=8m−7,…,8m)の各周波数成分が1つのグループとなる。内部の具体的な処理手順は以下の通りである。
周波数グループ中の複数個の|Yω(j)|(たとえば、1つのグループが8個のωで構成されている場合には、|Y8m−7(j)|,…,|Y8m(j)|)のうちの最大値とその最大値をとるωYmを求める。
次に、周波数グループ中の複数個の|Xω(j)|(たとえば、1つのグループが8個のωで構成されている場合には、|X8m−7(j)|,…,|X8m(j)|)から、フレームjでの残響付加再生信号振幅スペクトル
このように周波数グループm内の全てのωに対して求めた残響付加再生信号振幅スペクトル(たとえば、1つのグループが8個のωで構成されている場合には、
次に、暫定補正量zm(j)を
ステップS1032
次に、ステップS1035で用いる変形補正量cm(j)を、たとえば以下の2つの条件(条件1、条件2)の組合せによる判断で求める。
あらかじめ定める閾値とは、エコー消去装置100を使用する環境の雑音などによって異なり、音として認識できる程度の値(たとえば、60dBm、1000など)である。
条件2:暫定補正量zm(j)が、cm(j−1)と比較してあらかじめ定めた範囲以内(たとえば、0.5・cm(j−1)<zm(j)<2・cm(j−1))である。
上記の2つの条件(条件1、条件2)とも満たす場合にはステップS1033へ進み、どちらか一方でも条件を満たさない場合にはステップS1034へ進む。
ステップS1033
ステップS1032の条件を満足する場合は、ステップS1031で求めた暫定補正量zm(j)を変形補正量cm(j)とする。ここで求めた変形補正量cm(j)は次フレームのS1032およびS1034で前フレームの変形補正量として用いるために記憶しておく。
ステップS1032の条件を満足しない場合は、前フレームで用いた変形補正量cm(j−1)を変形補正量cm(j)とする。ここで求めた変形補正量cm(j)は次フレームのS1032およびS1034で前フレームの変形補正量として用いるために記憶しておく。
ステップS1031からステップS1034は、周波数成分のグループmごとに行ない、すべてのm(1≦m≦M)の処理が終了するとステップS1035へ進む。
各周波数成分ωごとの推定エコー振幅スペクトル|D^ω|(すなわち、|D^1|,…,|D^256|)を
ステップS104
目的成分選択計算部104では、エコー消去信号振幅スペクトル|Eω|を周波数成分ωごとに、
なお、既存の再生信号のシングルトーク検出装置200を利用して、再生信号のシングルトーク状態(近端話者が話していない状態)を検出したとき(ステップS200)、式(4)のエコー消去信号振幅スペクトル|Eω|を振幅比ΔAωに関わらず0にする方法もある。
周波数合成部105では、ステップS104で求めた各周波数成分ωに対応するエコー消去信号振幅スペクトル|Eω|とステップS102で求めた位相スペクトルarg(Yω)から、時間領域の信号e(k)を再合成して出力する。
[第2実施形態]
第1実施形態では複数の再生信号x1(k)〜xN(k)を加算した後に周波数分析したが、本発明では、それぞれの再生信号を周波数分析した後に、周波数成分ωごとに加算する点が異なる。このように先に再生信号ごとの周波数分析を行うことで、周波数分析部の数は多くなるが、再生信号間の位相差による強めあいや弱めあいの影響を避けることができる。図4にエコー消去装置100’の機能構成例、図5に処理フローを示す。
エコー消去装置100’は、第1実施形態のエコー消去装置100の総和部4Aと周波数分析部101の代わりに、複数の周波数分析部1011〜101Nと総和部4Bを備えている。
ステップS101およびS1017〜S1019
ハードウェアとして周波数分析部を構成する場合には、N個の周波数分析部1011〜101Nが存在し、再生信号x1(k)〜xN(k)をそれぞれ周波数分析し、再生信号振幅スペクトル|X1ω|〜|XNω|を得る。一方、周波数分析部がソフトウェアによって構成される場合には、N回の繰り返し処理によってN個の再生信号x1(k)〜xN(k)からN個の再生信号振幅スペクトル|X1ω|〜|XNω|を得る。図5の処理フローでは、ソフトウェアによって構成した場合を示しており、ステップS1017〜S1019の繰り返し処理によって、N回の周波数分析が行われている。
総和部4Bでは、再生信号振幅スペクトル|X1ω|〜|XNω|を入力とし、周波数ごとに振幅スペクトルを加算し、加算再生信号振幅スペクトル|Xω|を
残りの処理は、第1実施形態と同じである。
[第3実施形態]
再生信号のシングルトーク時には、収音信号y(k)は再生信号x1(k)〜xN(k)のエコーと雑音のみから構成されているため、式(5)の振幅比ΔAωは1に近い値となるはずである。もし、振幅比ΔAωが1/β未満になる周波数成分が存在すれば、それは推定エコー振幅スペクトル|D^ω|の誤推定により、変形補正量cmの設定が小さすぎるためである。このような特定の周波数成分の変形補正量cmが小さすぎると、ミュージカルノイズが発生する原因となるため、本実施形態では、変形補正量cmを増加させる処理を加える。具体的には、エコー消去装置100または100’の目的成分選択計算部104での処理を以下のように変更する。本実施形態での処理フローを図6に示す。なお、図6は第1実施形態からの変更例を示しているが、第2実施形態の場合にも同じように適用できる。
目的成分選択計算部104では、振幅比ΔAωが1/β未満になる周波数成分が存在するか否かを確認する。そのような周波数成分がない場合にはステップS104に進み、条件を満足する周波数成分がある場合には、ステップS1043に進む。
ステップS1043の追加
目的成分選択計算部104では、変形補正量cm(j)を増加させる処理として、たとえば、
残りの処理は第1実施形態および第2実施形態と同じである。
[第4実施形態]
わずかな推定誤差が含まれることによってもミュージカルノイズや近端話者の音がこもるなどの問題が発生する。本実施形態では、このような問題を解決するための手法として、一般的に使用されている原音付加の方法を適用した場合を示す。図7にエコー消去装置100または100’の変更する部分を示す。この原音付加の方法は、第1実施形態から第3実施形態までの実施形態と組み合わせることができるが、図8には第2実施形態と組み合わせた処理フローを示す。
積算部5Aでは、収音信号振幅スペクトル|Yω|に(1−α)を積算する。ここで、αはエコー消去信号振幅スペクトル|Eω|と収音信号振幅スペクトル|Yω|との比をあらかじめ定める値であり、たとえば、α=0.99などの値である。
ステップS5Bの追加
積算部5Bでは、エコー消去信号振幅スペクトル|Eω|にαを積算する。
ステップS6の追加
加算部6では、積算部5Aからの出力と積算部5Bからの出力とを加算する。
[第5実施形態]
本実施形態では、再生信号のシングルトーク状態か否かの判断手段1041を目的成分選択計算部104’に追加している。この機能構成例を図9、10に示す。この方法の場合、図2および図4に示したシングルトーク検出装置200は不要である。図9は第1実施形態から変更した場合であり、図10は第2実施形態から変更した場合である。図11は図9の機能構成例(第1実施形態からの変更)の場合の処理フローを示す図である。図10の機能構成例の場合も、変更箇所は同じであり、再生信号のシングルトーク検出(ステップS1041)を追加するだけである。
目的成分選択計算部104’のシングルトーク判断手段1041では、すべての周波数成分の振幅比ΔAωが1/β’以上の時、再生信号のシングルトーク状態と判断し、シングルトーク状態であることを示す情報を出力する。ここで、β’はあらかじめ定める値であり、たとえばβ’=10のようなβよりも大きな値を設定する。
目的成分選択計算部104’で行う、ステップS1042やステップS104では、このシングルトーク状態か否かを示す情報を用いて、これらの処理を行う。
なお、本発明のすべての実施形態は、上記の処理手順の全部または一部を、コンピュータと当該コンピュータを動作させるプログラムによっても実行することができる。また、当該プログラムはコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録しておき、必要に応じてコンピュータに読み取らせて実行することも可能である。
[実験例]
実験では、第2実施形態に第3実施形態から第5実施形態での変更を適用したエコー消去装置を用いて従来方法との違いを確認した。図12は本実験で使用したエコー処理装置の処理フローを示す図である。
図13に各信号の時間波形を、図14に各信号をパワーエンベローブに変換したエコー抑圧量を示す。図13で、Aはエコー信号を、Bは送話信号を、Cは適応フィルタによるエコー消去信号を、Dは本発明のエコー消去方法によるエコー消去信号を示している。図14では、点線は収音信号、細線は適応フィルタによるエコー消去の比率、太線は本発明のエコー消去方法によるエコー消去の比率を示している。また、区間(1)は受話シングルトーク状態、区間(2)は送話シングルトーク状態、区間(3)はダブルトーク状態、区間(4)はステレオ信号の相関による適応フィルタの誤収束の影響を確認するために左右の再生信号を入れ替えた受話シングルトーク状態である。
Claims (16)
- 入力された複数チャンネルの再生信号を加算し、加算再生信号を出力する総和部と、
上記加算再生信号を周波数領域に変換し、周波数成分の分析を行い、加算再生信号振幅スペクトルを出力する第1の周波数分析部と、
入力された収音信号を周波数領域に変換し、周波数成分の分析を行い、収音信号周波数成分を出力する第2の周波数分析部と、
上記加算再生信号振幅スペクトルと上記収音信号周波数成分をそれぞれ複数成分から構成されるグループに分け、当該グループごとに、グループ内で最大となる上記加算再生信号振幅スペクトルと該グループ内で最大となる上記収音信号周波数成分の値との振幅比から該グループのエコーの振幅スペクトルである推定エコー振幅スペクトルを推定し出力するエコー振幅スペクトル計算部と、
上記収音信号周波数成分と上記推定エコー振幅スペクトルの周波数成分ごとの振幅比からエコー消去信号周波数成分を出力する目的成分選択計算部と、
上記エコー消去信号周波数成分を時間領域に変換し、出力信号を出力する周波数合成部と、
を備えるエコー消去装置。 - 入力される複数チャンネルの再生信号を、チャンネルごとに周波数領域に変換し、周波数成分の分析を行い、再生信号振幅スペクトルを出力する第1の周波数分析部と、
複数チャンネルの上記再生信号振幅スペクトルを加算し、加算再生信号振幅スペクトルを出力する総和部と、
入力された収音信号を周波数領域に変換し、周波数成分の分析を行い、収音信号周波数成分を出力する第2の周波数分析部と、
上記加算再生信号振幅スペクトルと上記収音信号周波数成分をそれぞれ複数成分から構成されるグループに分け、当該グループごとに、グループ内で最大となる上記加算再生信号振幅スペクトルと該グループ内で最大となる上記収音信号周波数成分の値との振幅比から該グループのエコーの振幅スペクトルである推定エコー振幅スペクトルを推定し出力するエコー振幅スペクトル計算部と、
上記収音信号周波数成分と上記推定エコー振幅スペクトルの周波数成分ごとの振幅比からエコー消去信号周波数成分を出力する目的成分選択計算部と、
上記エコー消去信号周波数成分を時間領域に変換し、出力信号を出力する周波数合成部と、
を備えるエコー消去装置。 - 請求項1または2記載のエコー消去装置であって、
再生信号のシングルトークか否かの状態を示す信号も入力でき、再生信号のシングルトーク状態の場合に、エコー消去信号周波数成分を0として出力する上記目的成分選択計算部
を備えるエコー消去装置。 - 請求項1または2記載のエコー消去装置であって、
上記収音信号周波数成分と上記推定エコー振幅スペクトルの周波数成分ごとの振幅比から再生信号のシングルトークか否かの状態を判断する手段を有し、再生信号のシングルトーク状態の場合に、エコー消去信号周波数成分を0として出力する上記目的成分選択計算部
を備えるエコー消去装置。 - 入力された複数チャンネルの再生信号を加算し、加算再生信号を出力する総和部と、
上記加算再生信号を所定の時間長のフレーム単位で周波数領域に変換し、周波数成分の分析を行い、加算再生信号振幅スペクトルを出力する第1の周波数分析部と、
入力された収音信号をフレーム単位で周波数領域に変換し、周波数成分の分析を行い、収音信号周波数成分を出力する第2の周波数分析部と、
上記加算再生信号振幅スペクトルと上記収音信号周波数成分をそれぞれ複数成分から構成されるグループに分け、当該グループごとに、グループ内で最大となる上記加算再生信号振幅スペクトルに対する該グループ内で最大となる上記収音信号周波数成分の値の振幅比と過去のフレームの補正量とから現フレームに対する補正量を算出し、現フレームに対する補正量を上記加算再生信号振幅スペクトルに乗算することにより推定エコー振幅スペクトルを推定し出力するエコー振幅スペクトル計算部と、
上記収音信号周波数成分と上記推定エコー振幅スペクトルの周波数成分ごとの振幅比からエコー消去信号周波数成分を出力すると共に、上記再生信号のシングルトーク状態の場合であって、上記収音信号周波数成分と上記推定エコー振幅スペクトルとの振幅比があらかじめ定めた値未満の時に、現フレームに対する補正量を増加させたものを次フレーム以降の補正量算出のための補正量とする目的成分選択計算部と、
上記エコー消去信号周波数成分を時間領域に変換し、出力信号を出力する周波数合成部と、
を備えるエコー消去装置。 - 入力される複数チャンネルの再生信号を、所定の時間長のフレーム単位でチャンネルごとに周波数領域に変換し、周波数成分の分析を行い、再生信号振幅スペクトルを出力する第1の周波数分析部と、
複数チャンネルの上記再生信号振幅スペクトルを加算し、加算再生信号振幅スペクトルを出力する総和部と、
入力された収音信号をフレーム単位で周波数領域に変換し、周波数成分の分析を行い、収音信号周波数成分を出力する第2の周波数分析部と、
上記加算再生信号振幅スペクトルと上記収音信号周波数成分をそれぞれ複数成分から構成されるグループに分け、当該グループごとに、グループ内で最大となる上記加算再生信号振幅スペクトルに対する該グループ内で最大となる上記収音信号周波数成分の値の振幅比と過去のフレームの補正量とから現フレームに対する補正量を算出し、現フレームに対する補正量を上記加算再生信号振幅スペクトルに乗算することにより推定エコー振幅スペクトルを推定し出力するエコー振幅スペクトル計算部と、
上記収音信号周波数成分と上記推定エコー振幅スペクトルの周波数成分ごとの振幅比からエコー消去信号周波数成分を出力すると共に、上記再生信号のシングルトーク状態の場合であって、上記収音信号周波数成分と上記推定エコー振幅スペクトルとの振幅比があらかじめ定めた値未満の時に、現フレームに対する補正量を増加させたものを次フレーム以降の補正量算出のための補正量とする目的成分選択計算部と、
上記エコー消去信号周波数成分を時間領域に変換し、出力信号を出力する周波数合成部と、
を備えるエコー消去装置。 - 請求項1から6のいずれかに記載のエコー消去装置であって、
エコー消去信号周波数成分にあらかじめ定めた第1の係数を乗ずる第1の積算部と、
収音信号周波数成分にあらかじめ定めた第2の係数を乗ずる第2の積算部と、
上記第1の積算部の出力と、上記第2の積算部の出力とを加算する加算部も備え、
上記加算部からの出力を時間領域に変換し、出力信号を出力する周波数合成部
を備えるエコー消去装置。 - 総和部で、入力された複数チャンネルの再生信号を加算し、加算再生信号を出力し、
第1の周波数分析部で、上記加算再生信号を周波数領域に変換し、周波数成分の分析を行い、加算再生信号振幅スペクトルを出力し、
第2の周波数分析部で、入力された収音信号を周波数領域に変換し、周波数成分の分析を行い、収音信号周波数成分を出力し、
エコー振幅スペクトル計算部で、上記加算再生信号振幅スペクトルと上記収音信号周波数成分をそれぞれ複数成分から構成されるグループに分け、当該グループごとに、グループ内で最大となる上記加算再生信号振幅スペクトルと該グループ内で最大となる上記収音信号周波数成分の値との振幅比から該グループのエコーの振幅スペクトルである推定エコー振幅スペクトルを推定し出力し、
目的成分選択計算部で、上記収音信号周波数成分と上記推定エコー振幅スペクトルの周波数成分ごとの振幅比からエコー消去信号周波数成分を出力し、
周波数合成部で、上記エコー消去信号周波数成分を時間領域に変換し、出力信号を出力する、
ことを備えるエコー消去方法。 - 第1の周波数分析部で、入力される複数チャンネルの再生信号を、チャンネルごとに周波数領域に変換し、周波数成分の分析を行い、再生信号振幅スペクトルを出力し、
総和部で、複数チャンネルの上記再生信号振幅スペクトルを加算し、加算再生信号振幅スペクトルを出力し、
第2の周波数分析部で、入力された収音信号を周波数領域に変換し、周波数成分の分析を行い、収音信号周波数成分を出力し、
エコー振幅スペクトル計算部で、上記加算再生信号振幅スペクトルと上記収音信号周波数成分をそれぞれ複数成分から構成されるグループに分け、当該グループごとに、グループ内で最大となる上記加算再生信号振幅スペクトルと該グループ内で最大となる上記収音信号周波数成分の値との振幅比から該グループのエコーの振幅スペクトルである推定エコー振幅スペクトルを推定し出力し、
目的成分選択計算部で、上記収音信号周波数成分と上記推定エコー振幅スペクトルの周波数成分ごとの振幅比からエコー消去信号周波数成分を出力し、
周波数合成部で、上記エコー消去信号周波数成分を時間領域に変換し、出力信号を出力する、
ことを備えるエコー消去方法。 - 請求項8または9記載のエコー消去方法であって、
上記目的成分選択計算部で、再生信号のシングルトークか否かの状態を示す信号を受信し、再生信号のシングルトーク状態の場合に、エコー消去信号周波数成分を0として出力する
ことを特徴とするエコー消去方法。 - 請求項8または9記載のエコー消去方法であって、
上記目的成分選択計算部で、上記収音信号周波数成分と上記推定エコー振幅スペクトルの周波数成分ごとの振幅比から再生信号のシングルトークか否かの状態を判断し、再生信号のシングルトーク状態の場合に、エコー消去信号周波数成分を0として出力する
ことを特徴とするエコー消去方法。 - 総和部で、入力された複数チャンネルの再生信号を加算し、加算再生信号を出力し、
第1の周波数分析部で、上記加算再生信号を所定の時間長のフレーム単位で周波数領域に変換し、周波数成分の分析を行い、加算再生信号振幅スペクトルを出力し、
第2の周波数分析部で、入力された収音信号をフレーム単位で周波数領域に変換し、周波数成分の分析を行い、収音信号周波数成分を出力し、
エコー振幅スペクトル計算部で、上記加算再生信号振幅スペクトルと上記収音信号周波数成分をそれぞれ複数成分から構成されるグループに分け、当該グループごとに、グループ内で最大となる上記加算再生信号振幅スペクトルに対する該グループ内で最大となる上記収音信号周波数成分の値の振幅比と過去のフレームの補正量とから現フレームに対する補正量を算出し、現フレームに対する補正量を上記加算再生信号振幅スペクトルに乗算することにより推定エコー振幅スペクトルを推定し出力し、
目的成分選択計算部で、上記収音信号周波数成分と上記推定エコー振幅スペクトルの周波数成分ごとの振幅比からエコー消去信号周波数成分を出力すると共に、上記再生信号のシングルトーク状態の場合であって、上記収音信号周波数成分と上記推定エコー振幅スペクトルとの振幅比があらかじめ定めた値未満の時に、現フレームに対する補正量を増加させたものを次フレーム以降の補正量算出のための補正量とし、
周波数合成部で、上記エコー消去信号周波数成分を時間領域に変換し、出力信号を出力することを特徴とするエコー消去方法。 - 第1の周波数分析部で、入力される複数チャンネルの再生信号を、所定の時間長のフレーム単位でチャンネルごとに周波数領域に変換し、周波数成分の分析を行い、再生信号振幅スペクトルを出力し、
総和部で、複数チャンネルの上記再生信号振幅スペクトルを加算し、加算再生信号振幅スペクトルを出力し、
第2の周波数分析部で、入力された収音信号をフレーム単位で周波数領域に変換し、周波数成分の分析を行い、収音信号周波数成分を出力し、
エコー振幅スペクトル計算部で、上記加算再生信号振幅スペクトルと上記収音信号周波数成分をそれぞれ複数成分から構成されるグループに分け、当該グループごとに、グループ内で最大となる上記加算再生信号振幅スペクトルに対する該グループ内で最大となる上記収音信号周波数成分の値の振幅比と過去のフレームの補正量とから現フレームに対する補正量を算出し、現フレームに対する補正量を上記加算再生信号振幅スペクトルに乗算することにより推定エコー振幅スペクトルを推定し出力し、
目的成分選択計算部で、上記収音信号周波数成分と上記推定エコー振幅スペクトルの周波数成分ごとの振幅比からエコー消去信号周波数成分を出力すると共に、上記再生信号のシングルトーク状態の場合であって、上記収音信号周波数成分と上記推定エコー振幅スペクトルとの振幅比があらかじめ定めた値未満の時に、現フレームに対する補正量を増加させたものを次フレーム以降の補正量算出のための補正量とし、
周波数合成部で、上記エコー消去信号周波数成分を時間領域に変換し、出力信号を出力する
ことを特徴とするエコー消去方法。 - 請求項8から13のいずれかに記載のエコー消去方法であって、
第1の積算部で、エコー消去信号周波数成分にあらかじめ定めた第1の係数を乗じ、
第2の積算部で、収音信号周波数成分にあらかじめ定めた第2の係数を乗じ、
加算部で、上記第1の積算部の出力と、上記第2の積算部の出力とを加算し、
周波数合成部では、上記加算部からの出力を時間領域に変換し、出力信号を出力する
ことを特徴とするエコー消去方法。 - 請求項1から7のいずれかに記載のエコー消去装置をコンピュータにより実現するエコー消去プログラム。
- 請求項15記載のエコー消去プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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