JP4888262B2 - 通話状態判定装置および該通話状態判定装置を備えたエコーキャンセラ - Google Patents

Description

この発明は、電話会議システムの通話端末やハンズフリー機能を備えた携帯電話機等に好適な通話状態判定装置およびエコーキャンセラに関する。

従来より、電話会議システムの通話端末やハンズフリー機能を備えた携帯電話機等の通話端末は、スピーカとマイクロホンを同一空間に向けて使用するため、遠端側からの受信音声信号がスピーカから放音されるとき、スピーカからマイクロホンへの音の回り込みが発生する。そこで、この種の端末では、マイクロホンによって収音される回り込み音の音声信号がエコーとして遠端側に送信されるのを防止するため、エコーキャンセラが一般的に用いられる。このエコーキャンセラとしては、適応フィルタを利用したものが一般的であるが、この適応フィルタのみではエコーを完全にキャンセルすることが困難であり、残留エコーがどうしても発生する。このため、適応フィルタに加えて、遠端側に送信される残留エコーを抑圧するエコーサプレッサを備えたエコーキャンセラが提案されている。

図４はこの種のエコーキャンセラの構成例を示すブロック図である。この例において、エコーキャンセラは、電話会議の通話端末に設けられており、大別して適応フィルタ１と、エコーサプレッサ２とにより構成されている。

図４において、通話相手である遠端側の通話端末からの音声信号は、受信端子１０１により受信され、スピーカ１０２から音声として放音される。マイクロホン１０３は、近端側の空間内の音声を収音し、音声信号を出力する。このマイクロホン１０３が収音する音声は、近端側の話者が発声したものである場合もあるが、スピーカ１０２からマイクロホン１０３への回り込み音である場合もある。適応フィルタ１は、遠端側から受信される音声信号にフィルタ処理を施し、後者の回り込み音を模擬した擬似エコー信号ｒ（ｎ）を生成し、マイクロホン１０３の出力信号との逆相加算を行う回路である。また、適応フィルタ１は、逆相加算により得られる誤差信号ｅ（ｎ）が最小になるようにフィルタ処理のフィルタ係数列を更新する適応制御を行う。この適応制御により、擬似エコー信号ｒ（ｎ）がスピーカ１０２からマイクロホン１０３への回り込み音の成分に近似したものとなり、適応フィルタ１から出力される誤差信号ｅ（ｎ）は回り込み音の成分が除去された音声信号となる。

以上説明した適応フィルタ１によりマイクロホン１０３の出力信号から回り込み音の成分をある程度キャンセルすることができるが、回り込み成分に完全に一致した擬似エコー信号ｒ（ｎ）を発生するのは困難であるため、どうしてもキャンセルしきれない残留エコーの成分が誤差信号ｅ（ｎ）に発生する。エコーサプレッサ２は、このような残留エコーを含んだ誤差信号ｅ（ｎ）が遠端側に送信されるのを防止する装置である。

図示のように、エコーサプレッサ２は、通話状態判定装置２１と、ゲインコントロール部２２とを含む。通話状態判定装置２１は、近端側の話者および遠端側の話者の通話状態を判定する装置である。この通話状態には、遠端側の話者のみが発声している遠端シングルトーク、近端側の話者のみが発声している近端シングルトーク、近端側の話者および遠端側の話者の両方が発声しているダブルトーク、近端側の話者および遠端側の話者の両方が発声していない無音の各状態がある。通話状態判定装置２１は、近端側の話者および遠端側の話者の通話状態がこれらの各状態のいずれであるかを判定し、判定結果をゲインコントロール部２２に与える。

ゲインコントロール部２２は、上記誤差信号ｅ（ｎ）を増幅して、遠端側に送る音声信号を発生する回路である。その際、ゲインコントロール部２２は、通話状態判定装置２１の判定結果に基づき、例えば誤差信号ｅ（ｎ）に残留エコーが含まれている可能性の高い遠端シングルトークの状態では誤差信号ｅ（ｎ）の増幅時のゲインを下げる、という具合に通話状態に応じたゲイン調整を行い、遠端側に送信される残留エコーを抑圧する。

通話状態判定装置２１における通話状態の判定方法としては、従来、２種類の方法があった。第１の通話状態判定方法は、遠端側からの受信音声信号とマイクロホン１０３の出力信号とのレベル差を閾値と比較することにより通話状態を判定する方法である。第２の通話状態判定方法は、遠端側からの受信音声信号とマイクロホン１０３の出力信号との相互相関係数を算出し、この相互相関係数を閾値と比較することにより通話状態を判定する方法である。なお、エコーキャンセラにおける通話状態の判定技術に関しては例えば特許文献１に開示されている。
特開２００３−３２４３７０号公報

上述した第１の通話状態判定方法は、判定を高速に実行することができるという利点を有する。しかし、第１の通話状態判定方法は、遠端シングルトークとダブルトークの判別が難しく、また、通話端末の設置環境や使用条件により通話状態の判定を行うのに適切な閾値が大きく変動する欠点がある。一方、第２の通話状態判定方法は、このような欠点はなく、正確に通話状態を判定することができる。しかし、第２の通話状態判定方法は、通話状態を判定するために、遠端側からの受信音声信号とマイクロホン１０３の出力信号との相互相関係数を算出する必要がある。ここで、相互相関係数は、過去一定期間内に発生した遠端側からの受信音声信号とマイクロホン１０３の出力信号のサンプルを用いて算出するので、算出に用いる音声信号が変化したとしても、その影響が相互相関係数に現れるまでには時間が掛かる。このため、第２の通話状態判定方法は、遠端側からの受信音声信号が突発的（パルシブ）に立ち上がった場合に、相互相関係数がこのパルシブな立ち上がりに追従せずに、ゲインコントロール部２２のゲインを低下させる動作が遅れ、遠端側に残留エコーが送られる欠点がある。

この発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、通話状態の判定を正確に行うことができ、かつ、遠端側からの受信音声信号が突発的に立ち上がる場合においても、新たな通話状態に対応した動作を迅速にエコーキャンセラに行わせることができる通話状態判定装置およびエコーキャンセラを提供することを目的としている。

この発明は、適応フィルタにより、通話端末のスピーカからマイクロホンへの回り込み音を模擬した擬似エコー信号を発生し、前記マイクロホンの出力信号から除去するエコーキャンセラに設けられ、前記通話端末の利用者である近端側の話者と通話相手端末の利用者である遠端側の話者の通話状態を判定し、判定結果に基づいて前記エコーキャンセラを制御する通話状態判定装置において、前記マイクロホンの出力信号と前記擬似エコー信号との相互相関係数または前記通話相手端末から受信される音声信号と前記マイクロホンの出力信号との相互相関係数を算出する相関係数計算部と、前記相関係数計算部が算出した相互相関係数と閾値との比較により前記通話状態を判定する手段であって、前記通話相手端末から前記通話端末が受信する遠端側からの音声信号が突発的に立ち上がったとき、前記遠端側の話者のみが発声している状態である遠端シングルトークと判定する前記相互相関係数の範囲の下限である遠端閾値を低下させ、その後、徐々に元の値に戻す状態判定部とを具備することを特徴とする通話状態判定装置を提供する。また、この発明は、この通話状態判定装置を備えたエコーキャンセラを提供する。

かかる発明によれば、上記第２の通話状態判定方法と同様な相互相関係数に基づく通話状態の判定を行うので、通話状態を正確に判定することができる。また、この通話状態判定装置によれば、状態判定部は、遠端側からの受信音声信号が突発的に立ち上がったとき、遠端側の話者のみが発声している遠端シングルトークと判定する相互相関係数の範囲の下限である遠端閾値を低下させ、その後、徐々に元の値に戻す。このため、遠端側からの受信音声信号が突発的に立ち上がった直後は、相互相関係数の上昇が遅れたとしても、通話状態が遠端シングルトークであると判定され易くなり、新たな通話状態への切り換わりが迅速に判定される。従って、新たな通話状態に対応した動作を迅速にエコーキャンセラに行わせることができることができる。

以下、図面を参照し、この発明の実施の形態を説明する。
図１は、この発明の一実施形態である通話状態判定装置２１０を備えたエコーキャンセラの構成を示すブロック図である。図１に示すように、このエコーキャンセラは、適応フィルタ１と、エコーサプレッサ２Ａとにより構成されている。適応フィルタ１は、前掲図４のものと同様な構成である。本実施形態の特徴は、エコーサプレッサ２Ａ、特に同エコーサプレッサ２Ａに設けられた通話状態判定装置２１０にある。

通話状態判定装置２１０は、無音判定部２１１と、相関係数計算部２１２と、アタック検出部２１３と、状態判定部２１４とを有する。無音判定部２１１は、マイクロホン１０３の出力信号のレベルを監視し、近端側が無音状態か否かを判定する。そして、マイクロホン１０３の出力信号のレベルが所定の閾値に満たない状態が過去一定時間以上に亙って持続している場合に近端側が無音状態であることを示す無音信号を出力する。

相関係数計算部２１２は、所定の時間長のサンプリング周期毎に、過去一定時間内のマイクロホン１０３の出力信号のサンプルと擬似エコー信号ｒ（ｎ）のサンプルとを用いて、両信号間の相互相関係数を算出する。ここで、遠端シングルトークの場合は、マイクロホン１０３の出力信号と擬似エコー信号ｒ（ｎ）との類似度が上がり、相互相関係数は高くなる。これに対し、近端シングルトークの場合には、マイクロホン１０３の出力信号と擬似エコー信号ｒ（ｎ）との関係は完全に無相関となり、相互相関係数は０になる。ダブルトークの場合の相互相関係数は、遠端シングルトークの場合の相互相関係数と近端シングルトークの場合の相互相関係数の中間の値となる。

アタック検出部２１３は、遠端側から受信される音声信号の立ち上がりを検出する回路である。図２は、このアタック検出部２１３の構成例を示すブロック図である。この構成例において、パワー計算部３１は、遠端側から受信される音声信号の各サンプルについて、パワーの瞬時値Ｐを算出する。移動平均部３２は、このパワーの瞬時値Ｐの移動平均値Ｐｍａ、すなわち、過去一定時間内のパワーの瞬時値Ｐの平均値を算出する。比率計算部３３は、パワーの瞬時値Ｐと移動平均値Ｐｍａとの比率Ｐ／Ｐｍａを算出する。閾値比較部３４は、比率Ｐ／Ｐｍａを所定の閾値ｔｈｐと比較し、Ｐ／Ｐｍａ＞ｔｈｐであるときに、アタック検出信号を出力する。

図１において、状態判定部２１４は、無音判定部２１１、相関係数計算部２１２およびアタック検出部２１３の各出力情報に基づき、遠端側の話者および近端側の話者の通話状態が、遠端シングルトーク、近端シングルトーク、ダブルトーク、無音の各状態のいずれであるかを判定する装置である。通話状態の判定の態様は、遠端側から受信される音声信号の突発的な立ち上がり（以下、便宜上、遠端パルシブ入力という）が検出されない定常状態と、遠端パルシブ入力が検出された直後の状態とで異なる。

定常状態において、状態判定部２１４は、遠端閾値ｔｈ１（１＞ｔｈ１＞０）とこの遠端閾値ｔｈ１よりも低い近端閾値ｔｈ２（ｔｈ１＞ｔｈ２＞０）とを用いて、相関係数計算部２１２が出力する相互相関係数の大きさの判定を行う。そして、相互相関係数が遠端閾値ｔｈ１より大きいときは遠端シングルトーク、遠端閾値ｔｈ１以下であり、かつ、近端閾値ｔｈ２より大きいときはダブルトーク、近端閾値ｔｈ２以下であるときは近端シングルトークと判定する。また、十分に低い閾値ｔｈ３（例えばｔｈ２＞ｔｈ３＞０）を用い、相関係数計算部２１２が出力する相互相関係数が閾値ｔｈ３以下であり、かつ、無音判定部２１１が無音信号を出力しているときは、無音状態と判定する。以上の判定において閾値ｔｈ１〜ｔｈ３は、エコーサプレッサ２Ａ内の閾値・ゲインテーブル２２１に予め格納されたものが用いられる。

状態判定部２１４は、アタック検出部２１３がアタック検出信号を出力し、かつ、その直前に無音判定部２１１が無音信号を出力していた場合に、遠端パルシブ入力があったと判定する。図３は、この遠端パルシブ入力を検出したときの状態判定部２１４の動作を示す波形図である。この図３に示すように、状態判定部２１４は、遠端パルシブ入力を検出したとき、遠端シングルトークであると判定する相互相関係数の範囲の下限である遠端閾値ｔｈ１を低下させ、その後、一定時間を要して、遠端閾値ｔｈ１を徐々に元の値まで増加させる。すなわち、遠端パルシブ入力を検出した直後は、遠端シングルトークと判定され易くなるように遠端閾値ｔｈ１を制御するのである。なお、他の閾値ｔｈ２〜ｔｈ３は、遠端パルシブ入力を検出したときに、例えば遠端閾値ｔｈ１に対する比が同一値を維持するように、遠端閾値ｔｈ１に連動させて低下させ、徐々に元の値に戻してもよいが、これらの閾値を遠端閾値ｔｈ１に比べて十分に低くする場合には、変化させなくてもよい。

エコーサプレッサ２Ａは、以上説明した通話状態判定装置２１０に加えて、閾値・ゲインテーブル２２１と、ゲイン計算部２２２と、ゲインコントロール部２２３とを有する。ここで、ゲインコントロール部２２３は、ゲイン可変の増幅器であり、適応フィルタ１から出力される誤差信号ｅ（ｎ）を与えられたゲインで増幅して、送信端子１０４から遠端側に送信する。閾値・ゲインテーブル２２１は、状態判定部２１４が通話状態の判定において用いる閾値ｔｈ１〜ｔｈ３を記憶するとともに、各種の通話状態に対応付けてゲインコントロール部２２３に与えるゲインを記憶している。この閾値・ゲインテーブル２２１において、ゲインコントロール部２２３に与えるゲインは、近端シングルトークの場合が最大になっており、ダブルトークの場合には中庸、遠端シングルトークの場合は最低の値になっている。ゲイン計算部２２２は、これらの各種の通話状態に対応したゲインのうち状態判定部２１４により判定された通話状態に対応したものを閾値・ゲインテーブル２２１から読み出し、この読み出したゲインでの増幅動作をゲインコントロール部２２３に行わせる。
以上が本実施形態による通話状態判定装置２１０を備えたエコーキャンセラの詳細である。

本実施形態によれば、通話状態判定装置２１０の状態判定部２１４は、マイクロホン１０３の出力信号と擬似エコー信号ｒ（ｎ）との相互相関係数に基づいて、通話状態の判定を行う。従って、遠端パルシブ入力のない定常状態において、状態判定部２１４は、正確に通話状態の判定を行うことができる。

ここで、相互相関係数の算出には、過去一定時間内に発生したマイクロホン１０３の出力信号のサンプルと擬似エコー信号ｒ（ｎ）のサンプルが用いられる。従って、遠端の話者が発声を開始し、突発的に遠端シングルトークの状態になったとしても、その効果が相互相関係数の上昇となって現れるのには時間が掛かる。このため、何ら策を講じないとすると、遠端シングルトークを検出してゲインコントロール部２２３のゲインを低下させる動作が遅れ、残留エコーを多く含んだ適応フィルタ１の出力信号ｅ（ｎ）が抑圧されることなく遠端側に送信される。

しかしながら、本実施形態における通話状態判定装置２１０の状態判定部２１４は、遠端の話者が発声を開始し、遠端パルシブ入力があったとき、遠端シングルトークであると判定する相互相関係数の範囲の下限である遠端閾値ｔｈ１を低下させ、その後、一定時間を要して、遠端閾値ｔｈ１を徐々に元の値まで増加させる。従って、本実施形態による通話状態判定装置２１０は、遠端シングルトークが開始されたときに、迅速にこれを検知して、ゲインコントロール部２２３のゲインを遠端シングルトーク時に適したゲインに低下させ、大きなレベルの残留エコーが遠端側に送られるのを防止することができる。

また、本実施形態では、遠端パルシブ入力があったとき、ゲインコントロール部２２３のゲインを直接低下させるのではなく、遠端閾値ｔｈ１を低下させることにより間接的にゲインを低下させるようにしている。このため、例えば遠端パルシブ入力があった直後に、近端側の話者が発声を開始し、ダブルトークの状態になった場合に、状態判定部２１４の判定結果は、例えば、最初は遠端シングルトークとなり、その後、ダブルトークに切り換わり、ゲインコントロール部２２３のゲインは、遠端シングルトークに対応したものからダブルトークに対応したものへスムーズに移行する。このように本実施形態によれば、通話状態の急激な変化に対応して、ゲインコントロール部２２３のゲインをスムーズに切り換えることができる。

以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明には他にも実施形態が考えられる。例えば次の通りである。

（１）上記実施形態において、適応フィルタ１およびエコーサプレッサ２Ａは、上記実施形態において述べた通りの処理を実行する専用の電子回路でもよく、同様な処理を通話端末等に搭載されたコンピュータに実行させるコンピュータプログラムであってもよい。

（２）上記実施形態では、通話状態判定装置２１０の判定結果をエコーサプレッサの制御に用いたが、適応フィルタ１においてフィルタ係数の更新を行うか否かの制御に用いてもよい。例えば遠端シングルトークでは適応フィルタ１にフィルタ係数の更新を行わせるが、ダブルトークではフィルタ係数の更新の際のステップを小さくし、近端シングルトークおよび無音状態ではフィルタ係数の更新を行わせない、といった制御の態様が考えられる。

（３）相関係数計算部２１２は、遠端側から受信される音声信号とマイクロホン１０３の出力信号との相互相関係数を算出して状態判定部２１４に送り、状態判定部２１４はこの相互相関係数を用いて通話状態の判定を行ってもよい。

この発明の一実施形態である通話状態判定装置２１０を備えたエコーキャンセラの構成を示すブロック図である。 同通話状態判定装置２１０におけるアタック検出部２１３の構成例を示すブロック図である。 同通話状態判定装置２１０の動作例を示す波形図である。 従来のエコーキャンセラの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１……適応フィルタ、２Ａ……エコーサプレッサ、１０２……スピーカ、１０３……マイクロホン、２１０……通話状態判定装置、２１１……無音判定部、２１２……相関係数計算部、２１３……アタック検出部、２１４……状態判定部、２２１……閾値・ゲインテーブル、２２２……ゲイン計算部、２２３……ゲインコントロール部。

Claims (4)

1. 適応フィルタにより、通話端末のスピーカからマイクロホンへの回り込み音を模擬した擬似エコー信号を発生し、前記マイクロホンの出力信号から除去するエコーキャンセラに設けられ、前記通話端末の利用者である近端側の話者と通話相手端末の利用者である遠端側の話者の通話状態を判定し、判定結果に基づいて前記エコーキャンセラを制御する通話状態判定装置において、
   前記マイクロホンの出力信号と前記擬似エコー信号との相互相関係数または前記通話相手端末から受信される音声信号と前記マイクロホンの出力信号との相互相関係数を算出する相関係数計算部と、
   前記相関係数算出部が算出した相互相関係数と閾値との比較により前記通話状態を判定する状態判定部とを備え、
   前記状態判定部は、
   前記通話相手端末から受信される音声信号が突発的に立ち上がる遠端パルシブ入力の有無を判定し、遠端パルシブ入力があった場合には、前記遠端側の話者のみが発声している状態である遠端シングルトークと判定する前記相互相関係数の範囲の下限である遠端閾値を低下させ、その後、徐々に元の値に戻す処理を行いつつ、前記通話状態の判定を行う
   ことを特徴とする通話状態判定装置。
2. 遠端側から受信される音声信号の立ち上がりを検出するアタック検出部と、
   前記マイクロホンの出力信号の信号レベルを監視し、近端側が無音状態であるか否かを判定する無音判定部と、を備え、
   前記状態判定部は、
   前記アタック検出部がアタック信号を出力し、かつその直前に無音判定部が無音信号を出力していた場合に遠端パルシブ入力があったと判定することを特徴とする請求項１に記載の通話状態判定装置。
3. 適応フィルタにより、通話端末のスピーカからマイクロホンへの回り込み音を模擬した擬似エコー信号を発生し、前記マイクロホンの出力信号から除去し、通話相手端末に送信する音声信号を発生するエコーキャンセラにおいて、
   与えられたゲインに従って、前記マイクロホンの出力信号から前記擬似エコー信号を除去した信号を増幅して、前記通話相手端末に送信するゲインコントロール部と、
   前記通話端末の利用者である近端側の話者と前記通話相手端末の利用者である遠端側の話者の通話状態を判定し、判定結果に基づいて、前記ゲインコントロール部に与えるゲインを制御する信号を出力する通話状態判定装置とを具備し、
   前記通話状態判定装置は、
   前記マイクロホンの出力信号と前記擬似エコー信号との相互相関係数または前記通話相手端末から受信される音声信号と前記マイクロホンの出力信号との相互相関係数を算出する相関係数計算部と、
   前記相関係数算出部が算出した相互相関係数と閾値との比較により前記通話状態を判定する状態判定部とを備え、
   前記状態判定部は、
   前記通話相手端末から受信される音声信号が突発的に立ち上がる遠端パルシブ入力の有無を判定し、遠端パルシブ入力があった場合には、前記遠端側の話者のみが発声している状態である遠端シングルトークと判定する前記相互相関係数の範囲の下限である遠端閾値を低下させ、その後、徐々に元の値に戻す処理を行いつつ、前記通話状態の判定を行う
   ことを特徴とするエコーキャンセラ。
4. 遠端側から受信される音声信号の立ち上がりを検出するアタック検出部と、
   前記マイクロホンの出力信号の信号レベルを監視し、近端側が無音状態であるか否かを判定する無音判定部と、を備え、
   前記状態判定部は、
   前記アタック検出部がアタック信号を出力し、かつその直前に無音判定部が無音信号を出力していた場合に遠端パルシブ入力があったと判定することを特徴とする請求項３に記載のエコーキャンセラ。

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