JP4945429B2 - Echo suppression processing device - Google Patents
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Description
本発明は通話装置あるいはハンズフリー通話装置におけるエコー抑圧処理装置に関する。 The present invention relates to an echo suppression processing device in a communication device or a hands-free communication device.
通話装置あるいはハンズフリー通話装置において、マイクロホンによって取得された音声から受信信号のエコーをキャンセルするために、エコー抑圧処理装置が用いられている。エコー抑圧処理方式として、例えばフォアグラウンドバックグラウンド(FG/BG)方式が提案されている。FG/BG方式のエコー抑圧処理装置は、入力信号に含まれるエコー成分を除去して送信信号として出力する半固定フィルタ(FGフィルタ)と、フィルタ係数を逐次更新する適応フィルタ(BGフィルタ)とを備え、BGフィルタの方がFGフィルタよりもエコー抑圧性能が高いときに、BGフィルタのフィルタ係数をFGフィルタに転送する。 In a call device or a hands-free call device, an echo suppression processing device is used to cancel an echo of a received signal from sound acquired by a microphone. For example, a foreground background (FG / BG) method has been proposed as an echo suppression processing method. An FG / BG echo suppression processing device includes a semi-fixed filter (FG filter) that removes an echo component included in an input signal and outputs it as a transmission signal, and an adaptive filter (BG filter) that sequentially updates filter coefficients. When the BG filter has higher echo suppression performance than the FG filter, the filter coefficient of the BG filter is transferred to the FG filter.
しかしながら、このようなエコー抑圧処理装置は、周囲のノイズレベルが大きい場合やダブルトークの状態である場合に、フィルタの転送条件が破綻し、エコー抑圧性能が劣化するという問題がある。そこで、常にFGフィルタによってエコー抑圧処理を行った信号を送話信号として出力するのではなく、ノイズレベルが大きい場合にはBGフィルタによってエコー抑圧処理を行った信号を送話信号として出力するエコー抑圧処理装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
特許文献1に記載の発明では、ノイズレベルが大きい場合には、常にフィルタ係数を更新しているBGフィルタの残差信号を送話信号として出力する。しかしながら、ノイズが大きい状態でもBGフィルタのフィルタ係数は更新されるため、BGフィルタでのエコー抑圧性能が劣化し、結果としてエコーが適切に抑圧されていない信号が送話信号として出力されるという問題点がある。
In the invention described in
また、特許文献1に記載の発明では、ダブルトーク中にBGフィルタが劣化した場合にFGフィルタからBGフィルタへフィルタ係数を転送するが、一般的にノイズが大きい場合には、ダブルトーク検出精度を高く保つのが難しいため、ノイズが大きくかつダブルトーク中である場合には、エコー抑圧性能が劣化しやすいという問題点もある。
In the invention described in
そこで本発明は、処理量をそれほど増大させることなく、いかなるノイズレベルであっても高いエコー抑圧性能を保つことができるエコー抑圧処理装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an echo suppression processing apparatus that can maintain high echo suppression performance at any noise level without increasing the processing amount so much.
上記目的を達成するために、本発明によるエコー抑圧処理装置は、第1の入力信号を出力することに起因するエコーを第2の入力信号から抑圧するエコー抑圧処理装置であって、前記第1の入力信号と第1の推定エコー経路特性を用いて第2の入力信号に含まれるエコー成分を推定する第1のエコー推定手段と、前記第1のエコー推定手段によって推定されたエコー成分を第2の入力信号から抑圧して第1のエコー低減信号を算出する第1のエコー抑圧手段と、前記第2の入力信号と前記第1のエコー低減信号の少なくとも一方の信号と前記第1の入力信号とを用いてエコー経路の特性を推定し、第1の推定エコー経路特性を更新するエコー経路特性推定手段と、前記第1の入力信号と第2の推定エコー経路特性を用いて第2の入力信号に含まれるエコー成分を推定する第2のエコー推定手段と、前記第2のエコー推定手段によって推定されたエコー成分を第2の入力信号から抑圧して第2のエコー低減信号を算出する第2のエコー抑圧手段と、第2の入力信号に含まれるノイズレベルを推定するノイズ推定手段と、第1の推定エコー経路特性と第2の推定エコー経路特性のいずれか一方の推定エコー経路特性を用いた他方の推定エコー経路特性の設定を、前記ノイズ推定手段によって推定されたノイズレベルに基づいて制御する制御手段を有することを特徴としている。 In order to achieve the above object, an echo suppression processing apparatus according to the present invention is an echo suppression processing apparatus that suppresses an echo caused by outputting a first input signal from a second input signal, wherein First echo estimation means for estimating an echo component included in the second input signal using the input signal and the first estimated echo path characteristic, and the echo component estimated by the first echo estimation means First echo suppression means for calculating a first echo reduction signal by suppressing from the two input signals, at least one of the second input signal and the first echo reduction signal, and the first input An echo path characteristic estimating means for estimating a characteristic of an echo path using the signal and updating the first estimated echo path characteristic, and a second using the first input signal and the second estimated echo path characteristic. Included in input signal Second echo estimation means for estimating the echo component to be generated, and second echo for calculating the second echo reduction signal by suppressing the echo component estimated by the second echo estimation means from the second input signal The other using the suppression means, the noise estimation means for estimating the noise level included in the second input signal, and the estimated echo path characteristic of either the first estimated echo path characteristic or the second estimated echo path characteristic Control means for controlling the setting of the estimated echo path characteristic based on the noise level estimated by the noise estimation means.
本発明によれば、処理量をそれほど増大させることなく、いかなるノイズレベルであっても高いエコー抑圧性能を保つことができるエコー抑圧処理装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an echo suppression processing apparatus that can maintain high echo suppression performance at any noise level without increasing the processing amount so much.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、第1の実施形態であるエコー抑圧処理装置の構成を示すブロック図である。本実施形態のエコー抑圧処理装置1は、エコー抑圧処理部102、エコー抑圧量推定部104、雑音推定部106から成り、スピーカ101とマイク105が接続されている。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an echo suppression processing apparatus according to the first embodiment. The echo
本実施例では、エコー抑圧処理部102は、時間領域型の学習同定法(NLMSアルゴリズム)でフィルタ係数の推定を行うFG/BG方式によって動作するものとして説明する。ただし、時間領域型の学習同定法に限らず、アフィン射影法など他の適応アルゴリズムを用いても良いし、周波数領域型・サブバンド型であっても良い。
In the present embodiment, the echo
エコー抑圧処理装置1は、例えば携帯電話機などの通信機器(図示しない)に実装される。この回路の動作に先立って、通信機器の通信手段によって通信リンクが確立し、通信相手との双方向通話が可能な状態となる。この通信手段によって受信した受信データは、通信機器のデコーダ部によって所定の処理単位ごとに受話信号x[n]としてディジタル信号に復号される。なお、以降、通信機器のデコーダ部でのディジタル信号への復号の処理単位(1フレーム)はFサンプルであり、サンプリング周波数はfs(Hz)であるとする。
The echo
デコーダ部によって復号して得られたディジタル信号(受話信号x[n])は、1フレームごとにエコー抑圧処理装置1のエコー抑圧処理部102へ出力される。また、このディジタル信号は図示しないD/A変換器によってアナログ信号に変換され、スピーカ101に出力される。スピーカ101は、このアナログ信号に変換された受話信号x(t)を音響空間へ出力する。
The digital signal (received signal x [n]) obtained by decoding by the decoder unit is output to the echo
マイク105は、音を収音してアナログ信号を取得する。このアナログ信号には、近端話者の音声s(t)に併せて、雑音や受話信号x(t)のエコーも含まれている。マイク105によって取得されたアナログ信号は、図示しないA/D変換器によってディジタル信号に変換され、送話入力信号z[n]としてエコー抑圧処理部102および雑音推定部106に出力される。
The
(雑音推定部106)
雑音推定部106には、送話入力信号z[n]が入力される。雑音推定部106は、送話入力信号z[n]に含まれる雑音レベルを1フレーム単位で推定し、時間ノイズレベルPower_Noise[k]として出力する。ここで、kはフレーム番号を表す。図2は、雑音推定部106の構成を示すブロック図である。雑音推定部106は、周波数領域変換部106A、帯域雑音推定部106B、時間雑音推定部106Cから構成される。
(Noise estimation unit 106)
The
周波数領域変換部106Aは、送話入力信号z[n]をFFTやQMFなどの帯域分割フィルタバンクによって所定数BAND(例えば、BAND=16)のグループに帯域分割する。そして、帯域分割した送話入力信号を帯域雑音推定部106Bに出力する。
The frequency
帯域雑音推定部106Bは、帯域分割された送話入力信号に基づいて、1フレーム単位で帯域ごとの周波数ノイズレベルPNoise[k,j]を算出し、時間雑音推定部106Cへ出力する。帯域別の周波数ノイズレベルの算出については、例えば、米国で規格化された可変レート音声符号化である”Enhanced Variable Rate Codec,Speech Service Option 3 for Wideband Spread Spectrum Digital System”(TIA IS127)にオプションで規定されたノイズキャンセラにおける雑音推定処理や、ITU−T規格G722.2に記載されているVAD(音声検出)における雑音推定処理や、特開2001−344000に記載されている帯域別の雑音パワー算出により、求められる。
The band
時間雑音推定部106Cは、帯域雑音推定部106Bによって算出された周波数ノイズレベルPNoise[k,j]を入力として、パーセバルの定理を利用して時間ノイズレベルPower_Noise[k]を算出する。このとき、時間ノイズレベルPower_Noise[k]は単位をdBとして算出する。
以上のように雑音推定部106は、時間ノイズレベルPower_Noise[k]を算出し、エコー抑圧量推定部104とフィルタ制御部102Dへ出力する。
The temporal noise estimator 106C receives the frequency noise level P Noise [k, j] calculated by the
As described above, the
(エコー抑圧量推定部104)
エコー抑圧量推定部104は、エコー抑圧処理部102でのエコー抑圧量を推定し、推定したエコー抑圧量に基づいて、後述の適応学習部102Aでのフィルタ係数の学習に用いる可変ステップサイズμ[n]を制御する。
(Echo suppression amount estimation unit 104)
The echo suppression
エコー抑圧推定部104には、受話信号x[n]、時間ノイズレベルPower_Noise[k]、およびエコー抑圧処理部102から送話出力信号として出力される残差信号eFG[n]が入力される。
The echo
エコー抑圧推定部104は、エコー抑圧量を推定するために、まず、受話信号x[n]のパワー特性Px[n]と、残差信号eFG[n]のパワー特性Pe[n]とをサンプルごとに単位をdBとして算出する。そして、これらの値と時間ノイズレベルPower_Noise[k]を用いてエコー経路の利得の推定量を表すλ[n]を算出する。λ[n]の算出は、1サンプル前のλ[n−1]の値が数2もしくは数3のどちらを満たすか判定し、判定結果に応じた式によって行う。
数2を満たす場合には、λ[n]=λ[n−1]−δ1として算出する。それに対して、数3を満たす場合にはλ[n]=λ[n−1]+δ2として算出する。但し、λ[n]の初期値は1であり、0<λ[n]≦1とする。また、δ1,δ2の値は、正定値であるとする。このように、最終的にはλが数4と等しくなるように1サンプルごとにλの値を変化させている。
更に、エコー抑圧量推定部104は、可変ステップサイズμ[n]を制御するために用いる可変値φ[n](但し、φ[n]>0)の設定を行う。可変値φ[n]の設定には、時間ノイズレベルPower_Noise[k]の値を用いる。時間ノイズレベルPower_Noise[k]が所定の値よりも大きければ、φ[n]=φ[n−1]+δ3と設定してφ[n]を大きくし、時間ノイズレベルPower_Noise[k]が所定の値よりも小さければ、φ[n]=φ[n−1]−δ4と設定してφ[n]を小さくする。また、δ3,δ4の値は、正定値であるとする。
In order to estimate the echo suppression amount, the echo
When
Further, the echo suppression
そして、エコー経路の利得の推定量λ[n]と可変値φ[n]を用いて、可変ステップサイズμ[n]を算出する。
但し、可変ステップサイズμ[n]の初期値は1であるとし、0<μ[n]≦1とする。算出した可変ステップサイズμ[n]は、エコー抑圧処理部102内の適応学習部102Aに出力する。
Then, the variable step size μ [n] is calculated using the estimated gain λ [n] of the echo path and the variable value φ [n].
However, the initial value of the variable step size μ [n] is 1, and 0 <μ [n] ≦ 1. The calculated variable step size μ [n] is output to the
このように、ノイズレベルを考慮して可変ステップサイズμ[n]を算出するため、背景雑音が大きい場合でもエコー経路の利得の推定値の推定精度を向上することができる。このため、背景雑音が大きい場合にも可変ステップサイズμ[n]を小さくし過ぎるようなことなく、適切な可変ステップサイズμ[n]を設定することができ、エコー抑圧処理部102でのエコー抑圧量を大きくすることができる。
Thus, since the variable step size μ [n] is calculated in consideration of the noise level, it is possible to improve the estimation accuracy of the estimated value of the echo path gain even when the background noise is large. Therefore, even when the background noise is large, an appropriate variable step size μ [n] can be set without making the variable step size μ [n] too small, and the echo in the echo
(エコー抑圧処理部102)
エコー抑圧処理部102について説明する。エコー抑圧処理部102は、エコー経路特性の推定値をフィルタ係数として設定されたフィルタを用いてエコー成分を推定し、送話入力信号z[n]からそのエコー成分を除去して、エコー除去後の残差信号e[n]を送話出力信号として出力する。エコー抑圧処理部102は、第1のエコー推定抑圧部102−1、第2のエコー推定抑圧部102−2、およびフィルタ制御部102Dから成る。第1のエコー推定抑圧部102−1は、適応学習部102AおよびBGフィルタ部102Bを含み、第2のエコー推定抑圧部102−2は、FGフィルタ部102Eを含む。ここでは、BGフィルタとFGフィルタのフィルタ長が共にLであるとする。フィルタ制御部102Dは、FGフィルタとBGフィルタのフィルタ係数を一方から他方へ転用するか否かを判定し、フィルタ係数の転用の制御を行う。
(Echo suppression processing unit 102)
The echo
第1のエコー推定抑圧部102−1、第2のエコー推定抑圧部102−2、フィルタ制御部102Dの各部の処理について説明する。
Processing of each unit of the first echo estimation suppression unit 102-1, the second echo estimation suppression unit 102-2, and the
(第1のエコー推定抑圧部102−1)
第1のエコー推定抑圧部102−1は、BGフィルタ部102B、減算部102C、適応学習部102Aから構成される。
(First Echo Estimation Suppression Unit 102-1)
The first echo estimation suppression unit 102-1 includes a
BGフィルタ部102Bは、受話信号x[n]と適応学習部105Aによって学習されたフィルタ係数hBG[n,i](ただし、i=0,1,・・・,L−1)とを入力として、数6によって擬似エコー信号yBG[n]を算出する。
BGフィルタ部102Bによって算出された擬似エコー信号yBG[n]は、減算器102Cへ出力される。減算器102Cでは、擬似エコー信号yBG[n]と送話入力信号z[n]とを入力として、数7によって残差信号eBG[n]を算出し、適応学習部102Aと、フィルタ制御部102Dに出力する。
適応学習部102Aでのフィルタ係数hBG[n,i]の学習は、受話信号x[n]、減算部102Cから出力された残差信号eBG[n]、およびエコー抑圧量推定部104から出力される可変ステップサイズμ[n]を入力として、学習同定法により行う。
(第2のエコー推定抑圧部102−2)
第2のエコー推定抑圧部102−2は、FGフィルタ部102E、減算器102Fから構成される。
The
The pseudo echo signal y BG [n] calculated by the
The
(Second echo estimation suppression unit 102-2)
The second echo estimation suppression unit 102-2 includes an
FGフィルタ部102Eは、受話信号x[n]とフィルタ係数hFG[n,i]とを入力として、数9によって擬似エコー信号yFG[n]を算出する。
FGフィルタ部102Eによって算出された擬似エコー信号yFG[n]は、減算器102Fに出力される。減算器102Fでは、送話入力信号z[n]と擬似エコー信号yFG[n]とを入力として、数10によって残差信号eFG[n]を算出し、フィルタ制御部102D、エコー抑圧量推定部104へ出力する。
また、残差信号eFG[n]は、送話出力信号として図示しないエンコーダ部に出力され、エンコーダ部によって1フレームごとに符号化されて、通信手段によって送信される。
The
The pseudo echo signal y FG [n] calculated by the
Further, the residual signal e FG [n] is output as a transmission output signal to an encoder unit (not shown), is encoded frame by frame by the encoder unit, and is transmitted by communication means.
(フィルタ制御部102D)
フィルタ制御部102Dの構成を図3に示す。フィルタ制御部102Dは、判定部102D−A、第1の切換部102D−B、および第2の切換部102D−Cを備える。
(
The configuration of the
判定部102D−Aは、FGフィルタ部102EからBGフィルタ部102Bへフィルタ係数を転用するか否か、また、BGフィルタ部102BからFGフィルタ部102Eへフィルタ係数を転用するか否かの判定を行い、判定結果に応じて、第1の切換部102D−Bおよび第2の切換部102D−Cの切換を制御する。
The
判定部102D−Aへの入力信号は、残差信号eBG[n]、残差信号eFG[n]、送話入力信号z[n]、および雑音推定部106から出力される時間ノイズレベルPower_Noise[k]である。また、エコー抑圧量推定部104から出力される可変ステップサイズμ[n]も判定に用いても良い。
The input signal to the
可変ステップサイズμ[n]を判定に用いない場合、判定部102D−Aは、数11および数12を用いてBGフィルタ部102BからFGフィルタ部102Eへフィルタ係数を転用するか否か判定を行う。数11と数12に示した条件の両方とも満たす状態が所定の期間(Dフレーム)継続する場合、第1の切換部102D−Bのパスを接続するように切り換える。これによって、BGフィルタ部102Bはフィルタ係数hBG[n,i]をFGフィルタ部102Eに出力し、FGフィルタ部102Eは、hFG[n,i]に、hBG[n,i]の値を格納する。
また、判定部102D−Aは、数13及び数14を用いてFGフィルタ部102EからBGフィルタ部102Bへフィルタ係数を転用するか否か判定を行う。数13と数14に示した条件の両方とも満たす状態が所定の期間(Dフレーム)継続する場合、第2の切換部102D−Cのパスを接続するように切り換える。もしくは、数14の条件を用いずに、数13の条件を満たす状態が所定のDフレーム継続した場合に、第2の切換部102D−Cのパスを接続するように切り換えても良い。第2の切換部102D−Cを接続することによって、FGフィルタ部102Eはフィルタ係数hFG[n,i]をBGフィルタ部102Bに出力し、BGフィルタ部102Bは、hBG[n,i]に、hFG[n,i]の値を格納する。
なお、数11乃至数14で用いたMとDは正定値、βは0<β<1を満たす値、αとδは0<α<δを満たす値とした。また、γ≧1.0、ε≧1.0であり、例えばγの値をγ=1.1とし、εの値をε=1.1とする。
When the variable step size μ [n] is not used for the determination, the
In addition, the
Note that M and D used in Equations 11 to 14 are positive definite values, β is a value satisfying 0 <β <1, and α and δ are values satisfying 0 <α <δ. Further, γ ≧ 1.0 and ε ≧ 1.0. For example, the value of γ is γ = 1.1, and the value of ε is ε = 1.1.
このように、第1の切換部102D−Bと第2の切換部102D−Cの切り換え条件として、フィルタ係数hBG[n,i]をFGフィルタ部102Eへフィルタ係数hFG[n,i]として出力することの条件として、数11と数13のようなBGフィルタ部102BとFGフィルタ部102Eのフィルタ性能を比較する条件だけでなく、数12と数14のようなノイズレベルを考慮した条件を用いる。
Thus, as a switching condition of the
適応フィルタを用いる場合、残差信号のパワーは、ノイズのパワーよりも通常大きくなる。数12や数14は、ノイズと残差信号とのパワー比がどのくらい1に近づいているかを判定する式であり、エコー抑圧できる限界レベルはノイズレベルと同等であると仮定して、残差信号eFG[n]と残差信号eBG[n]とがエコー抑圧できる限界レベルであるノイズレベルに近い値かどうかを監視している。そのため、ノイズが大きい環境下であっても、BGフィルタ部102BとFGフィルタ部102Eとで精度良くエコー抑圧ができているかどうかを判定し、適切にフィルタ係数を設定することができるので、エコー抑圧性能を向上することができる。
When using an adaptive filter, the power of the residual signal is usually greater than the power of the noise. Equations (12) and (14) are expressions for determining how close the power ratio of the noise and the residual signal is to 1, and it is assumed that the limit level at which echo suppression can be performed is equivalent to the noise level. It is monitored whether e FG [n] and the residual signal e BG [n] are close to a noise level that is a limit level at which echo suppression is possible. For this reason, even in a noisy environment, it is possible to determine whether the
エコー抑圧量推定部104から出力される可変ステップサイズμ[n]も判定部102D−Aの判定に用いる場合には、数11に示した条件と数15に示した条件がDフレーム継続するかどうかを判定し、数12と数15に示した条件の両方とも満たす状態がDフレーム継続する場合、第1の切換部102D−Bのパスを接続するように切り換える。
なお、第2の切換部102D−Cの切り換えは、可変ステップサイズμ[n]を用いないときと同様、数13および数14の両方がDフレーム継続するか否か(もしくは数13がDフレーム継続するか否か)を判定することによって行う。
When the variable step size μ [n] output from the echo suppression
Note that the switching of the
可変ステップサイズμ[n]は初期値を1として、1フレームの処理ごとに変更していくため、通話初期状態での可変ステップサイズμ[n]は1に近い値となる。そこで、数15に示したように可変ステップサイズμ[n]に応じてフィルタ係数hBG[n,i]をFGフィルタ部102Eへ出力する条件を変えることによって、通話初期においてフィルタ係数hBG[n,i]がFGフィルタ部102Eへ出力されないことによるエコー抑圧性能の劣化を防ぐことができる。
Since the variable step size μ [n] has an initial value of 1 and is changed for each frame process, the variable step size μ [n] in the initial state of the call is a value close to 1. Therefore, as shown in Equation 15, the filter coefficient h BG [n, i] is output to the
以上のような構成のエコー抑圧処理装置1が1フレームの受話信号x[n]と送話入力信号z[n]とを取得して、エコー抑圧処理を行うときの処理の流れを図4に示す。エコー抑圧処理装置1にマイクで収音された音がA/D変換された送話入力信号z[n]が入力されると、雑音推定部106によって送話入力信号z[n]に含まれる時間ノイズレベルPower_Noise[k]を算出する(S101)。そして、第1のエコー推定抑圧部102−1と第2のエコー推定抑圧部102−2それぞれで、擬似エコー信号を生成する(S102、S105)。この擬似エコー信号を送話入力信号から減算処理し、第1のエコー推定抑圧部102−1の残差信号eBG[n]と、第2のエコー推定抑圧部102−2の残差信号eFG[n]とを算出する(S103、S106)。
FIG. 4 shows the flow of processing when the echo
その後、第1のエコー推定抑圧部102−1では、ステップS103によって得られた残差信号eBG[n]に基づいて、BGフィルタ部102Bのフィルタ係数の適応学習処理を行い、hBG[n+1,i]を算出する(S104)。
Thereafter, the first echo estimation suppression unit 102-1 performs adaptive learning processing of the filter coefficient of the
第2のエコー推定抑圧部102−2で得られた残差信号eFG[n]は、送話出力信号として、携帯電話機などのエンコーダに出力される。また、残差信号eFG[n]を用いて、エコー抑圧量推定部104ではエコーの抑圧量を推定し、その値に基づいて、実行される第1のエコー推定抑圧部102−1の適応学習処理に用いる可変ステップサイズμ[n+1]を算出する(S107)。
Residual signal e FG [n] obtained by second echo estimation suppression section 102-2 is output to an encoder such as a mobile phone as a transmission output signal. The echo suppression
そして、ステップS108乃至ステップS111では、フィルタ制御部102Dによって、FGフィルタの係数を更新するか否か、BGフィルタの係数を更新するか否かを判定し、判定結果に基づいて係数の更新を行う。このときのフィルタ係数更新の判定にはステップS101の雑音推定処理において推定された時間ノイズレベルPower_Noise[k]を用いる。
In step S108 to step S111, the
このように、送話入力信号z[n]に含まれる時間ノイズレベルPower_Noise[k]の値をステップS101でまず算出し、この値を用いて、ステップS108乃至ステップS111でのフィルタ係数の更新判定を行う。そのため、フィルタ係数の更新判断においては、ノイズレベルに基づいてフィルタ係数の更新判断を適切に行うことができるため、エコー抑圧性能の劣化を防ぐことができる。また、ステップS107でのステップサイズ更新にもノイズレベルを用いる場合には、背景雑音が大きい場合でも、エコー経路の利得の推定値を算出するときの推定精度が向上するため、更にエコー抑圧を精度良く行うことができる。そのうえ、これらに用いるノイズレベルの算出では、処理量をそれほど増大させることはない。 As described above, the value of the temporal noise level Power_Noise [k] included in the transmission input signal z [n] is first calculated in step S101, and the filter coefficient update determination in steps S108 to S111 is performed using this value. I do. Therefore, in the filter coefficient update determination, the filter coefficient update determination can be appropriately performed based on the noise level, so that deterioration of the echo suppression performance can be prevented. Further, when the noise level is also used for the step size update in step S107, even when the background noise is large, the estimation accuracy when calculating the estimated value of the echo path gain is improved. Can be done well. In addition, in the calculation of the noise level used for these, the amount of processing does not increase so much.
以上のように、適応学習を行うBGフィルタと適応学習を行わないFGフィルタによってエコー成分の推定生成を行い、ノイズレベルに従ってエコー成分の推定生成に用いるフィルタ係数を一方から他方に転用することで、ノイズが大きい場合にも、処理量を増大させずに、エコー抑圧性能の劣化を防ぐことができる。 As described above, estimation generation of the echo component is performed by the BG filter that performs adaptive learning and the FG filter that does not perform adaptive learning, and the filter coefficient used for the estimation generation of the echo component is diverted from one to the other according to the noise level, Even when the noise is large, deterioration in echo suppression performance can be prevented without increasing the amount of processing.
なお、上記実施形態に限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、適宜変更しても良い。例えば、本実施形態の説明では、ステップサイズを可変としたが、ステップサイズを固定としても良いし、ダブルトーク検出部を更に備え、ダブルトークか否かに応じて適応学習部を制御しても良い。 In addition, it is not limited to the said embodiment, You may change suitably in the range which does not deviate from the summary of this invention. For example, in the description of the present embodiment, the step size is variable, but the step size may be fixed, or a double talk detection unit may be further provided, and the adaptive learning unit may be controlled according to whether or not double talk is performed. good.
図5は、第2の実施形態であるエコー抑圧処理装置の構成を示すブロック図である。第1の実施形態のエコー抑圧処理装置1と同一の動作の部分は、図1と同じ符号を付与し、説明を省略する。また、第2の実施形態に係るエコー抑圧処理装置も、第1の実施形態のエコー抑圧処理装置1と同様、時間領域型の学習同定法(NLMSアルゴリズム)で動作するとして説明するが、アフィン射影法など他のアルゴリズムを用いても良いし、周波数領域型・サブバンド型であっても良い。
FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of an echo suppression processing apparatus according to the second embodiment. Parts of the same operation as those of the echo
第2の実施形態のエコー抑圧処理装置2は第1の実施形態のエコー抑圧処理装置1と比較して、ダブルトーク検出部を有するエコー抑圧処理部203が更に設けられるとともに、エコー抑圧処理部203とエコー抑圧処理部102とのフィルタ係数更新を制御するフィルタ制御部208および、エコー抑圧処理部102とエコー抑圧処理部203のどちらか一方によってエコー抑圧処理を行うよう制御し、送話出力信号e[n]を出力する制御部207が更に設けられている。
Compared to the echo
(エコー抑圧量推定部204)
エコー抑圧量推定部204には、受話信号x[n]、送話入力信号z[n]、送話出力信号e[n]、および雑音推定部106から出力された時間ノイズレベルPower_Noise[k]が入力され、これらの値に基づいてエコー抑圧量を推定し、推定したエコー抑圧量に基づいて可変ステップサイズμ[n]を制御する。
(Echo suppression amount estimation unit 204)
The echo suppression
エコー抑圧量推定部204は、まず、送話入力信号z[n]のパワー特性Pz[n]、受話信号x[n]のパワー特性Px[n]、および送話出力信号e[n]のパワー特性Pe[n]をサンプルごとに単位をdBとして算出する。そして、パワー特性Px[n]、パワー特性Pe[n]、および時間ノイズレベルPower_Noise[k]を用いて、エコー経路の利得の推定量を表すλ[n]を算出する。λ[n]の算出は、1サンプル前のλ[n−1]の値が数16もしくは数17のどちらを満たすか判定し、判定結果に応じた式によって行う。
数16を満たす場合には、λ[n]=λ[n−1]−δ1として算出する。それに対して、数17を満たす場合にはλ[n]=λ[n−1]+δ2として算出する。但し、λ[n]の初期値は1であり、0<λ[n]≦1とする。また、δ1,δ2の値は、正定値であるとする。このように、最終的にはλが数18と等しくなるように1サンプルごとにλの値を変化させている。
更に、エコー抑圧量推定部204は、可変ステップサイズμ[n]を制御するために用いる可変値φ[n](但し、φ[n]>0)の設定を行う。可変値φ[n]の設定には、時間ノイズレベルPower_Noise[k]の値を用いる。時間ノイズレベルPower_Noise[k]が所定の値よりも大きければ、φ[n]=φ[n−1]+δ3と設定してφ[n]を大きくし、時間ノイズレベルPower_Noise[k]が所定の値よりも小さければ、φ[n]=φ[n−1]−δ4と設定してφ[n]を小さくする。また、δ3,δ4の値は、正定値であるとする。
The echo suppression
When Expression 16 is satisfied, λ [n] = λ [n−1] −δ 1 is calculated. On the other hand, when Expression 17 is satisfied, λ [n] = λ [n−1] + δ 2 is calculated. However, the initial value of λ [n] is 1, and 0 <λ [n] ≦ 1. The values of δ 1 and δ 2 are positive definite values. Thus, the value of λ is changed for each sample so that λ is finally equal to Equation 18.
Further, the echo suppression
そして、エコー経路の利得の推定量λ[n]と可変値φ[n]を用いて、可変ステップサイズμ[n]を算出する。但し、可変ステップサイズμ[n]の初期値は1であるとし、0<μ[n]≦1とする。
このようにエコー算出部204で算出した可変ステップサイズμ[n]は、エコー抑圧処理部102内の適応学習部102A、フィルタ制御部102D、およびエコー抑圧処理部203内の適応学習部203Bに出力する。
Then, the variable step size μ [n] is calculated using the estimated gain λ [n] of the echo path and the variable value φ [n]. However, the initial value of the variable step size μ [n] is 1, and 0 <μ [n] ≦ 1.
Thus, the variable step size μ [n] calculated by the
また、エコー算出部204で算出したパワー特性Pz[n]、パワー特性Px[n]、パワー特性Pe[n]、およびエコー経路の利得の推定値λ[n]とは、エコー抑圧処理部203内のダブルトーク検出部203Aに出力する。
The power characteristic Pz [n], the power characteristic Px [n], the power characteristic Pe [n], and the estimated gain λ [n] of the echo path calculated by the
(エコー抑圧処理部203)
エコー抑圧処理部203は、ダブルトーク検出部203A、適応学習部203B、適応フィルタ部203C、減算器203Dから構成され、適応学習部203Bによってエコー経路特性の推定値であるフィルタ係数を学習し、適応フィルタ部203Cでは、このフィルタ係数を用いて擬似エコーを生成する。ただし、適応学習部203Bは、ダブルトーク検出部203Aのダブルトークであるか否かの判定に応じて学習処理の実行を制御する。ここで、適応フィルタ部203Cのフィルタ長はLで、BGフィルタやFGフィルタのフィルタ長と等しいとする。以下、エコー抑圧処理部203の構成要素についてそれぞれ説明する。
(Echo suppression processing unit 203)
The echo
適応フィルタ部203Cは、受話信号x[n]と後述の適応学習部203Bから出力されるフィルタ係数hAF[n,i](ただし、i=0,1,・・・,L−1)とが入力され、擬似エコー信号yAF[n]を算出する。
そして、算出した擬似エコー信号yAF[n]は、減算器203Dへ出力する。また、後述のフィルタ制御部208の制御に応じて、フィルタ制御部208へフィルタ係数hAF[n,i]を出力する。
The
The calculated pseudo echo signal y AF [n] is output to the
減算器203Dは、送話入力信号z[n]と擬似エコー信号yAF[n]とが入力され、残差信号eAF[n]を算出する。
そして、算出した残差信号eAF[n]を制御部207へ出力するとともに、適応学習部203Bへ出力する。
The
Then, the calculated residual signal e AF [n] is output to the
ダブルトーク検出部203Aには、エコー抑圧量推定部204から出力されたパワー特性Pz[n]、パワー特性Px[n]、パワー特性Pe[n]、およびエコー経路の利得の推定値λ[n]が入力され、これらの値を用いてダブルトークであるか否かを判定する。そして、この判定に基づいて、適応学習部203Bで適応フィルタ部203Cのフィルタ係数を学習するかどうか制御するために、制御信号state[n]を適応学習部203Bへ出力する。
The double talk detecting unit 203A includes the power characteristic Pz [n], the power characteristic Px [n], the power characteristic Pe [n], and the estimated gain λ [n] of the echo path output from the echo suppression amount estimating unit 204. ] Is input, and these values are used to determine whether or not double talk. Based on this determination, the control signal state [n] is output to the
ダブルトークであるか否かの判定には、数22および数23を用いる。数22または数23のいずれか一方でも満たす場合にダブルトークの状態であると判定し、数22も数23も満たさない場合にはシングルトークの状態であると判定する。なお、数23で用いるδは、動作開始前に予め設定される正の固定値である。
以上の条件に基づいてダブルトークであると判定した場合には、state[n]=0として適応学習部203Bへ出力し、シングルトークであると判定した場合には、state[n]=1として適応学習部203Bへ出力する。
Expressions 22 and 23 are used to determine whether or not the talk is a double talk. If either one of Equation 22 or Equation 23 is satisfied, it is determined that the state is a double talk state. If neither Equation 22 nor Equation 23 is satisfied, it is determined that the state is a single talk state. Note that δ used in Equation 23 is a positive fixed value set in advance before the operation starts.
If it is determined that double talk is based on the above conditions, state [n] = 0 is output to
適応学習部203Bには、受話信号x[n]、可変ステップサイズμ[n]、制御信号state[n]、および後述の減算器203Dによって算出される残差信号eAF[n]が入力される。
The
適応学習部203Bでは、まず制御信号state[n]を用いて、適応フィルタ部203Cのフィルタ係数hAF[n,i]を学習するか否かを判定する。制御信号state[n]=0のときには、ダブルトーク検出部203Aでダブルトーク状態であると判定されている状態であるため、フィルタ係数hAF[n,i]の学習を行わない。
The
制御信号state[n]=1の場合には、学習同定法により、フィルタ係数hAF[n,i]の学習を行い、フィルタ係数hAF[n+1,i]を適応フィルタ部203Cに出力して更新する。
(制御部207)
制御部207は、雑音推定部106から出力される時間ノイズレベルPower_Noise[k]を用いて、エコー抑圧処理102とエコー抑圧処理203のどちらか一方を動作させるよう制御する。
When the control signal state [n] = 1, the filter coefficient h AF [n, i] is learned by the learning identification method, and the filter coefficient h AF [n + 1, i] is output to the
(Control unit 207)
The
具体的には、時間ノイズレベルPower_Noise[k]と所定の閾値Nthとを比較し、Power_Noise[k]<Nthである場合には、ダブルトーク検出部を備えないで常にフィルタ係数の適応学習処理を実行するエコー抑圧処理部102を動作させるよう制御する。エコー抑圧処理部102を動作させたとき、制御部207にはエコー抑圧処理部102から残差信号eFG[n]が入力され、制御部207は、残差信号eFG[n]を送話出力信号e[n]として出力する。
Specifically, compared temporal noise level Power_Noise [k] and with a predetermined threshold value N th, when an Power_Noise [k] <N th is always adaptive learning of filter coefficients without comprising a double-talk detector Control is performed so that the echo
それに対して、Power_Noise[k]がPower_Noise[k]≧Nthとなる場合には、ダブルトーク検出部を備えてダブルトークであるか否かによってフィルタ係数を学習するエコー抑圧処理部203を動作させるよう制御する。このとき、制御部207は、エコー抑圧処理部203からの出力である残差信号eAF[n]を送話出力信号e[n]として出力する。
In contrast, when the Power_Noise [k] is Power_Noise [k] ≧ N th operates the echo
なお、制御部207から出力された送話出力信号e[n]は、図示しないエンコーダに入力され、エンコーダによって送信データに1フレームごとに符号化され、図示しない無線通信部によって送信される。
The transmission output signal e [n] output from the
このように、エコー抑圧処理部102とエコー抑圧処理部203のいずれか一方が動作してエコー抑圧処理を行う構成となっており、どちらが動作するかは時間ノイズレベルPower_Noise[k]で表される雑音レベルに基づいて判定する。なお、エコー抑圧処理部102によってエコー抑圧処理を行う状態とエコー抑圧処理部203によってエコー抑圧処理を行う状態とが頻繁に切り換わるのを防ぐために、ハングオーバータイムを設けても良い。
As described above, either one of the echo
(フィルタ制御部208)
フィルタ制御部208は、時間ノイズレベルPower_Noise[k]に基づいて、エコー抑圧処理部203とエコー抑圧処理部102とのフィルタ係数の入出力を制御する。
(Filter control unit 208)
The
図6は、フィルタ制御部208の構成を示す図である。フィルタ制御部208は、判定部208A、第1の切換部208B、第2の切換部208Cを備える。
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of the
判定部208Aには、雑音推定部106からノイズレベルPower_Noise[k]が入力される。判定部208Aは、このノイズレベルPower_Noise[k]と、所定の閾値Nthとを比較し、その比較結果に基づいて、第1の切換部208Bと第2の切換部208Cを切り換える。
The noise level Power_Noise [k] is input from the
具体的には、判定部208Aは、1つ前の時刻の時間ノイズレベルPower_Noise[k−1]がPower_Noise[k−1]≧Nthであり、かつPower_Noise[k]<Nthとなる場合には、第1の切換部208Bのパスを接続するように切り換える。
More specifically, the
このように、第1の切換部208Bのパスを接続するように切り換えることによって、エコー抑圧処理部203の適応フィルタ部203Cはフィルタ係数hAF[n,i]をフィルタ制御部208を介してエコー抑圧処理部102に出力し、BGフィルタ部102Bはフィルタ係数hBG[n,i]としてhAF[n,i]の値を格納し、FGフィルタ部102Eはフィルタ係数hFG[n,i]としてhAF[n,i]の値を格納する。
In this way, by switching so that the path of the
第1の切換部208Bのパスを接続する条件の1つであるPower_Noise[k−1]≧Nthを満たすということは、1つ前の時刻では、エコー抑圧処理部203が動作するよう制御部207によって制御されていたことを示している。また、Power_Noise[k]<Nthを満たすということは、現在はエコー抑圧処理部102が動作するよう制御部207によって制御されることを示す。すなわち、エコー抑圧処理部203が動作していた状態から、エコー抑圧処理部102が動作する状態に変わるときに、エコー抑圧処理部203のフィルタ係数をエコー抑圧処理部102へ出力する。
Satisfying Power_Noise [k−1] ≧ N th , which is one of the conditions for connecting the path of the
一方、判定部208Aは、Power_Noise[k−1]<Nthであり、かつPower_Noise[k]≧Nthとなる場合には、第2の切換部208Cのパスを接続するように切り換える。これによって、エコー抑圧処理部102のFGフィルタ部102Eからフィルタ係数hFG[n,i]を適応フィルタ部203Cに出力し、適応フィルタ部203Cは、フィルタ係数hAF[n,i]として、フィルタ係数hFG[n,i]の値を格納する。なお、エコー抑圧処理部102から出力されるのは、FGフィルタ部102Eのフィルタ係数hFG[n,i]に限定されるのではなく、BGフィルタ部102Bのフィルタ係数hBG[n,i]とFGフィルタ部102Eのフィルタ係数hFG[n,i]の線形和(例えば、平均)であっても良い。
On the other hand, the
第2の切換部208Cのパスを接続する条件の1つであるPower_Noise[k−1]<Nthを満たすということは、1つ前の時刻では、エコー抑圧処理部102が動作するよう制御部207によって制御されていたことを示している。また、Power_Noise[k]≧Nthを満たすということは、現在はエコー抑圧処理部203が動作するよう制御部207によって制御されることを示す。すなわち、エコー抑圧処理部102が動作していた状態から、エコー抑圧処理部203が動作する状態に変わるときに、エコー抑圧処理部102のフィルタ係数をエコー抑圧処理部203へ出力する。
Satisfaction of Power_Noise [k−1] <N th , which is one of the conditions for connecting the path of the
このように、フィルタ制御部208は、第1の切換部208Bと第2の切換部208Cのそれぞれを接続または開放するよう切り換えることによって、エコー抑圧処理部203からエコー抑圧処理部102へのフィルタ係数の出力とエコー抑圧処理部102からエコー抑圧処理部203へのフィルタ係数の出力とを制御する。
In this way, the
以上のような構成のエコー抑圧処理装置2が1フレームの受話信号x[n]と送話入力信号z[n]とを取得して、エコー抑圧処理を行うときの処理の流れを図7に示す。なお、図7では、図4に示したエコー抑圧処理と共通するステップを同じ記号で示す。また、図7では、制御部207によってエコー抑圧処理部102のエコー抑圧処理とエコー抑圧処理部203のエコー抑圧処理とが頻繁に切り換わらないようにするためのハングオーバータイムは設定しないものとして説明する。
FIG. 7 shows a processing flow when the echo
エコー抑圧処理装置2にマイクで収音された音がA/D変換されて送話入力信号z[n]として入力されると、雑音推定部106は送話入力信号z[n]に含まれる時間ノイズレベルPower_Noise[k]を算出する(S101)。そして、制御部207は、この時間ノイズレベルPower_Noise[k]の値が所定の閾値以上であるか否かを判定する(S201)。時間ノイズレベルPower_Noise[k]が所定の閾値以上である場合には(S201のYes)、ステップS204乃至ステップS209に示すエコー抑圧処理部203でのエコー抑圧処理を動作させる。また、1つ前の時刻の雑音レベルが所定の閾値未満であったならば(S202のYes)、エコー抑圧処理部203でのエコー抑圧処理に先立って、エコー抑圧処理部102からエコー抑圧処理部203へフィルタ係数の転送処理を行う(S203)。エコー抑圧処理部203は適応フィルタ部203Cによって擬似エコー信号を生成し(S204)、減算器203Dによって送話入力信号z[n]からこの擬似エコー信号を差し引いて残差信号eAF[n]を算出し(S205)、残差信号eAF[n]を制御部207へ出力する。
When the sound collected by the microphone is A / D converted and input as the transmission input signal z [n] to the echo
そして、エコー抑圧量推定部204は、ステップS205によって算出された残差信号eAF[n]の値を用いて、エコー抑圧処理部203でのエコーの抑圧量が推定し、このエコー抑圧量の推定値に基づいて可変ステップサイズμ[n]を制御する(S206)。
Then, the echo suppression
また、エコー抑圧処理部203のダブルトーク検出部203Aはダブルトーク状態かシングルトーク状態かを検出して、その検出結果を適応学習部203Bに出力する(S207)。適応学習部203Bは、ダブルトーク検出部203Aにおいてシングルトーク状態であると判定されたとき(S208のNo)、受話信号x[n]、ステップS205で算出された残差信号eAF[n]、およびステップS206で制御された可変ステップサイズμ[n]を用いてフィルタ係数の学習を行う(S209)。
Further, the double talk detection unit 203A of the echo
一方、ステップS201において、時間ノイズレベルPower_Noise[k]の値が所定の閾値未満であると判定された場合(S201のNo)、ステップS102乃至ステップS111に示すエコー抑圧処理部102でのエコー抑圧処理を動作させる。また、1つ前の時刻の雑音レベルが所定の閾値以上であったならば(S210のYes)、エコー抑圧処理部102でのエコー抑圧処理の動作に先立って、エコー抑圧処理部203からエコー抑圧処理部102へフィルタ係数の転送処理を行う(S211)。
On the other hand, if it is determined in step S201 that the value of the temporal noise level Power_Noise [k] is less than the predetermined threshold (No in S201), the echo suppression processing in the echo
エコー抑圧処理部102では、実施例1で示したエコー抑圧処理装置1と同様に、BGフィルタ部102BとFGフィルタ部102Eの両方で擬似エコー信号を生成し(S102、S105)、それぞれの擬似エコー信号を送話入力信号から差し引くことによって残差信号eBG[n]およびeFG[n]を算出し(S103、S106)、残差信号eFG[n]は制御部207へ出力する。
In the echo
エコー抑圧量推定部204は、この残差信号eFG[n]の値を用いて、エコー抑圧処理部102でのエコーの抑圧量を推定し、このエコー抑圧量の推定値に基づいて可変ステップサイズμ[n]を制御する(S107)。
The echo suppression
また、BGフィルタ部102Bのフィルタ係数は適応学習部102Aによって学習を行って更新する(S104)。
Further, the filter coefficient of the
その後、ステップS101によって算出された時間ノイズレベルPower_Noise[k]の値を用いて、BGフィルタ部102Bのフィルタ係数をFGフィルタ102Eへ転送するか否か、また、FGフィルタ102Eのフィルタ係数をBGフィルタ102Bへ転送するか否かを判定し、判定結果に応じてフィルタ係数を転送する(S108〜S111)。
Thereafter, whether or not to transfer the filter coefficient of the
このように、エコー抑圧処理装置2では、ノイズレベルによってBGフィルタとFGフィルタのフィルタ係数転送を制御するだけでなく、ノイズレベルに応じてエコー抑圧処理部203とエコー抑圧処理部102のどちらでエコー抑圧処理を実行するかを判定する。
As described above, the echo
ノイズに対して頑健性を高めたダブルトーク検出器(DTD)を備えたエコー抑圧処理部203でのエコー抑圧処理と、DTDを備えないで常時適応学習する適応学習部203Bを含むエコー抑圧処理部102でのエコー抑圧処理のエコー抑圧性能を比較すると、ある程度ノイズがある環境では、DTDを備えたエコー抑圧処理部203の方がよりエコー抑圧性能が高く、ほぼノイズがない環境ではエコー抑圧処理部102の方がよりエコー抑圧性能が高い。更に、ノイズが大きくかつダブルトークの状態では、DTDを備えたエコー抑圧処理部203の方がエコー抑圧性能は高くなる。
An echo
そのため、ノイズに対して頑健性を高めたDTDを備えたエコー抑圧処理と、DTDを備えないで常時適応学習する処理を含むエコー抑圧処理とをノイズレベルに基づいて切り換えることによって、いかなるノイズレベルであってもエコー抑圧性能が高い状態を保つことができる。なお、この切り換えの判定に用いるのはノイズレベルであるため、処理量をそれほど増やさずに実現することができる。 Therefore, at any noise level, switching between echo suppression processing with DTD enhanced robustness against noise and echo suppression processing including continuous adaptive learning processing without DTD based on the noise level. Even in this case, the echo suppression performance can be kept high. Note that since the noise level is used for the determination of the switching, it can be realized without increasing the processing amount so much.
また、エコー抑圧処理装置2では、DTDを備えたエコー抑圧処理とDTDを備えないで常時適応学習する処理を含むエコー抑圧処理とを切り換えるタイミングを、1つ前の時刻のノイズレベルと現在のノイズレベルとに基づいて判定し、エコー抑圧処理を切り換える直前に用いていたフィルタ係数を、切り換え後にエコー抑圧処理を実行するフィルタへ転送する。これによって、最新のエコー経路特性に追従することが可能となり、エコー抑圧性能の劣化を防止することができる。
In the echo
更に、エコー抑圧処理装置2では、適応学習に関する内部状態(可変ステップサイズなど)を、DTDを備えたエコー抑圧処理部203とDTDを備えずに常時適応学習する処理を含むエコー抑圧処理部102とで別個に算出するのではなく、共通に用いて、どちらのエコー抑圧処理を実行しても、その処理結果に基づいてこの適応学習に関する内部状態を更新することによって、処理量を増大させることなく、最新のエコー経路特性に追従することが可能となり、エコー抑圧性能の劣化を防止することができる。
Further, the echo
なお、上記実施形態に限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、適宜変更しても良い。 In addition, it is not limited to the said embodiment, You may change suitably in the range which does not deviate from the summary of this invention.
変更の一例としては、エコー抑圧処理部102とエコー抑圧処理部203の両方が動作してエコー抑圧処理を行う構成としてもよい。このとき、制御部207は、どちらの残差信号を出力するか、時間ノイズレベルPower_Noise[k]で表される雑音レベルに基づいて判定する。
As an example of the change, the echo
このように制御部207でどちらの残差信号を出力するか判定するには、例えば、時間ノイズレベルPower_Noise[k]と所定の閾値Nthとの比較によって判定する方法がある。時間ノイズレベルPower_Noise[k]と所定の閾値Nthとを比較し、Power_Noise[k]<Nthである場合には、ダブルトーク検出部を備えないで常にフィルタ係数の適応学習処理を実行するエコー抑圧処理部102から制御部207に残差信号eFG[n]が入力され、制御部207は、残差信号eFG[n]を送話出力信号e[n]として出力する。それに対して、Power_Noise[k]がPower_Noise[k]≧Nthとなる場合には、ダブルトーク検出部を備えてダブルトークであるか否かによってフィルタ係数を学習するエコー抑圧処理部203から制御部207に残差信号eAF[n]が入力され、制御部207は、残差信号eAF[n]を送話出力信号e[n]として出力する。
To determine whether to output either of the residual signal in this manner by the
あるいは、時間ノイズレベルPower_Noise[k]と残差信号eAFとのパワー比がどのくらい1に近づいているかによってどちらの残差信号を出力するか判定しても良い。数25と数26に示した条件の両方とも満たす状態が所定の期間(Dフレーム)継続する場合には、ダブルトーク検出部を備えてダブルトークであるか否かによってフィルタ係数を学習するエコー抑圧処理部203から制御部207に残差信号eAF[n]が入力され、制御部207は、残差信号eAF[n]を送話出力信号e[n]として出力する。それ以外の場合には、ダブルトーク検出部を備えないで常にフィルタ係数の適応学習処理を実行するエコー抑圧処理部102から制御部207に残差信号eFG[n]が入力され、制御部207は、残差信号eFG[n]を送話出力信号e[n]として出力する。
時間ノイズレベルPower_Noise[k]と残差信号eAFとのパワー比がどのくらい1に近づいているかによってどちらの残差信号を出力するか判定するときには、エコー抑圧量推定部204から出力される可変ステップサイズμ[n]も判定に用いても良い。数25に示した条件と数27に示した条件がDフレーム継続するかどうかを判定し、ダブルトーク検出部を備えてダブルトークであるか否かによってフィルタ係数を学習するエコー抑圧処理部203から残差信号eAF[n]が入力され、制御部207は、残差信号eAF[n]を送話出力信号e[n]として出力する。それ以外の場合には、ダブルトーク検出部を備えないで常にフィルタ係数の適応学習処理を実行するエコー抑圧処理部102から残差信号eFG[n]が入力され、制御部207は、残差信号eFG[n]を送話出力信号e[n]として出力する。
またあるいは、時間ノイズレベルPower_Noise[k]と残差信号eFGとのパワー比がどのくらい1に近づいているかによってどちらの残差信号を出力するか判定しても良い。数28と数29に示した条件の両方とも満たす状態が所定の期間(Dフレーム)継続する場合には、ダブルトーク検出部を備えないで常にフィルタ係数の適応学習処理を実行するエコー抑圧処理部102から制御部207に残差信号eFG[n]が入力され、制御部207は、残差信号eFG[n]を送話出力信号e[n]として出力する。それ以外の場合には、ダブルトーク検出部を備えてダブルトークであるか否かによってフィルタ係数を学習するエコー抑圧処理部203から制御部207に残差信号eAF[n]が入力され、制御部207は、残差信号eAF[n]を送話出力信号e[n]として出力する。
このように、エコー抑圧処理部102とエコー抑圧処理部203の両方が動作し、制御部207によって、いずれか一方の残差信号を出力するように制御する場合、フィルタ制御部208は、制御部207の制御に応じて第1の切換部208Bと第2の切換部208Cを切り換えるよう制御する。エコー抑圧処理部203の残差信号を出力する状態からエコー抑圧処理部102の残差信号を出力する状態に変化したとき、第1の切換部208Bを接続するように切り換えて、FGフィルタ102Eのフィルタ係数hFG[n,i]とBGフィルタ102Bのフィルタ係数hBG[n,i]とを適応フィルタ203Cのフィルタ係数hAF[n,i]に基づいて更新する。また、エコー抑圧処理部102の残差信号を出力する状態からエコー抑圧処理部203の残差信号を出力する状態に変化したときには、第2の切換部208Cを接続するように切り換えて、適応フィルタ203Cのフィルタ係数hAF[n,i]をFGフィルタ102Eのフィルタ係数hFG[n,i]に基づいて更新する。
Alternatively, which residual signal is output may be determined depending on how close the power ratio of the temporal noise level Power_Noise [k] and the residual signal e AF is to 1. Echo suppression that includes a double-talk detector and learns filter coefficients depending on whether or not double-talk is detected when a state that satisfies both the conditions shown in equations 25 and 26 continues for a predetermined period (D frame) The residual signal e AF [n] is input from the
When determining which residual signal to output depending on how close the power ratio of the temporal noise level Power_Noise [k] and the residual signal e AF is to 1, the variable step output from the echo suppression
Alternatively, it may be determined which of the residual signals is output depending on how close the power ratio between the temporal noise level Power_Noise [k] and the residual signal e FG is to 1. An echo suppression processing unit that does not include a double talk detection unit and always performs adaptive learning processing of filter coefficients when a state that satisfies both the conditions shown in Equations 28 and 29 continues for a predetermined period (D frame) The residual signal e FG [n] is input from 102 to the
As described above, when both the echo
図8は、第3の実施形態であるエコー抑圧処理装置の構成を示すブロック図である。なお、第1の実施形態のエコー抑圧処理装置1と同一の動作を行う部分は、図1と同じ符号を付与し、説明を省略する。
FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration of an echo suppression processing apparatus according to the third embodiment. In addition, the part which performs the same operation | movement as the echo
第3の実施形態に係るエコー抑圧処理装置3は、エコー抑圧処理部303、エコー抑圧処理部313、雑音推定部306、制御部307、フィルタ制御部308から構成される。
The echo suppression processing device 3 according to the third embodiment includes an echo
(雑音推定部306)
雑音推定部306は、送話入力信号z[n]に含まれる雑音レベルを推定する。図9は、雑音推定部306の構成を示すブロック図である。雑音推定部306は、周波数領域変換部106A、帯域雑音推定部106B、時間雑音推定部106Cから構成される。周波数領域変換部106A、帯域雑音推定部106B、時間雑音推定部106Cの処理は、第1の実施形態のエコー抑圧処理装置1の雑音推定部106と同じであるため、説明を省略する。
(Noise estimation unit 306)
The
時間雑音推定部106Cによって算出された時間ノイズレベルPower_Noise[k]は、制御部307とフィルタ制御部308へ出力される。また、帯域雑音推定部106Bで算出された周波数ノイズレベルPNoise[k,j]は時間雑音推定部106Cに出力されるだけでなく、エコー抑圧処理部303の音響結合推定部303Eと抑圧ゲイン算出部303Gへも出力される。
The temporal noise level Power_Noise [k] calculated by the temporal noise estimation unit 106C is output to the
(エコー抑圧処理部313)
エコー抑圧処理部313は、マイク105から入力された送話入力信号z[n]に対して、時間領域でのエコー抑圧処理を行い、エコー除去後の残差信号eAF[n]を制御部307へ出力する。以降、エコー抑圧処理部313は、時間領域型の勾配制限型学習同定法(GL−NLMSアルゴリズム)でフィルタ係数の推定学習を行う方式(例えば、島内ら:”音響エコーキャンセラのための学習同定法のロバスト化”,(社)電子情報通信学会論文誌,Vol.J88−A,No.8,pp.926−934,2005/08を参照)で動作するものとして説明する。
(Echo suppression processing unit 313)
The echo
エコー抑圧処理部313は、適応学習部313B、適応フィルタ部313C、減算器313Dを備える。ここで、適応フィルタ部313Cのフィルタ長はLであるとする。なお、エコー抑圧処理部313は、ステップサイズμ[n]が固定の値であって、ダブルトーク検出部を有さないとして説明するが、実施例2で説明したエコー抑圧処理部203のように、ステップサイズμ[n]は可変の値であっても良く、ダブルトーク検出部を設けて、その検出結果に応じて適応学習部313Bの動作を制御しても良い。
The echo
適応フィルタ部313Cは、受話信号x[n]と後述の適応学習部313Bによって学習されるフィルタ係数hAF[n,i](ただし、i=0,1,・・・L−1)とを入力として、擬似エコー信号yAF[n]を算出し、減算器313Dへ出力する。また、フィルタ制御部308の制御に応じて、フィルタ係数hAF[n,i]をフィルタ制御部308へ出力する。
減算器313Dは、送話入力信号z[n]と擬似エコー信号yAF[n]とを入力として、残差信号eAF[n]を算出し、適応学習部313Bと制御部307へ出力する。
適応学習部313Bは、受話信号x[n]と減算器313Dから出力される残差信号eAF[n]とを入力として、勾配制限型学習同定法によりフィルタ係数hAF[n,i](i=0,1,・・・L−1)を常に学習し、フィルタ係数hAF[n,i]を適応フィルタ部313Cに出力して更新する。なお、数32のsgn()は、符号を返す関数である。
(エコー抑圧処理部303)
エコー抑圧処理部303は、マイク105から入力された送話入力信号z[n]を周波数領域に変換し、周波数領域でのエコー抑圧処理を行った後、時間領域に変換して得られたエコー除去後の送話信号sER[n]を送話出力信号s[n]として出力する。
The
Subtractor 313D is input with sending input signal z [n] and the echo replica signal y AF [n], calculating a residual signal e AF [n], and outputs the
The
(Echo suppression processing unit 303)
The echo
エコー抑圧処理部303は、周波数領域変換処理部303A、周波数領域変換処理部303B、パワー算出部303C、パワー算出部303D、音響結合推定部303E、エコーレベル推定部303F、抑圧ゲイン算出部303G、スペクトル抑圧部303H、時間領域変換処理部303Iを備える。
The echo
周波数領域変換処理部303Aには、受話信号x[n]が入力される。周波数領域変換処理部303Aは、受話信号x[n]の過去1フレームと当該フレームから周波数変換処理に用いる所定数の信号を取得し、その受話信号に対してハミング窓などによる窓掛けを行ったうえで、FFTなどによって周波数領域に変換する。周波数領域への変換によって得られた受話信号の周波数スペクトルX[k,ω]は、パワー算出部303Cへ出力する。なお、ωは周波数帯域のbinを表す。以降では、このように周波数帯域bin単位で処理するものとして説明するが、複数の周波数binをグルーピングした周波数帯域の単位で処理しても良い。
The received signal x [n] is input to the frequency domain
周波数領域変換処理部303Bには、送話入力信号z[n]が入力される。周波数領域変換処理部303Bは、送話入力信号z[n]の過去1フレームと当該フレームから周波数変換処理に用いる所定数の信号を取得し、その送話入力信号に対してハミング窓などによる窓掛けとオーバーラップをさせたうえで、FFTなどによって周波数領域に変換する。周波数領域への変換によって得られた送話入力信号の周波数スペクトルZ[k,ω]は、パワー算出部303Dとスペクトル抑圧部303Hへ出力する。
The transmission input signal z [n] is input to the frequency domain
パワー算出部303Cには、受話信号の周波数スペクトルX[k,ω]が入力される。パワー算出部303Cは、受話信号の周波数スペクトルX[k,ω]のパワースペクトルである受話パワースペクトル|X[k,ω]|2を算出して、エコーレベル推定部303Fへ出力する。また、受話パワースペクトルの値をスムージングして、スムージングした受話パワースペクトル|Xs[k,ω]|2を音響結合推定部303Eへ出力する。スムージングした受話パワースペクトル|Xs[k,ω]|2の算出は、1フレーム前のスムージングした受話パワースペクトル|Xs[k−1,ω]|2を用いて、数33のように行う。なお、数33で用いているαX[ω]は、0<αX[ω]<1を満たす値である。
パワー算出部303Dには、送話入力信号の周波数スペクトルZ[k,ω]が入力される。パワー算出部303Dは、送話入力信号の周波数スペクトルZ[k,ω]のパワースペクトルである送話パワースペクトル|Z[k,ω]|2を算出して、抑圧ゲイン算出部303Gへ出力する。また、送話パワースペクトルの値をスムージングして、スムージングした送話パワースペクトル|Zs[k,ω]|2を音響結合推定部303Eへ出力する。スムージングした送話パワースペクトル|Zs[k,ω]|2の算出は、1フレーム前のスムージングした送話パワースペクトル|Zs[k−1,ω]|2を用いて、数34のように行う。なお、数34で用いているαZ[ω]は、0<αZ[ω]<1を満たす値である。
音響結合推定部303Eには、パワー算出部303Cからスムージングした受話パワースペクトル|Xs[k,ω]|2、パワー算出部303Dからスムージングした送話パワースペクトル|Zs[k,ω]|2、雑音推定部306から周波数ノイズレベルPNoise[k,j]が入力される。音響結合推定部303Eは、周波数ノイズレベルPNoise[k,j]に対してωごとにパワーを算出して|PNoise[k,ω]|2の値を得る。そして、これらの値を用いてエコー経路特性の推定値である音響結合量|H[k,ω]|2を算出する。
ただし、音響結合量|H[k,ω]|2が急激に変化する場合(|H[k,ω]|2>βH[ω]・|H[k−1,ω]|2が満たされる場合。但し、βH[ω]は所定の値。)、もしくは、受話入力信号が十分に大きくない場合(|Xs[k,ω]|2<βX[ω]が満たされる場合。但し、βX[ω]は所定の値。)には、ダブルトークとなる周波数帯域での音響結合量の算出を行わないようにするため、音響結合量を更新しないで、1フレーム前の音響結合量|H[k−1,ω]|2の値を音響結合量|H[k,ω]|2として用いる。
The frequency spectrum X [k, ω] of the received signal is input to the
The frequency spectrum Z [k, ω] of the transmission input signal is input to the
The acoustic
However, the acoustic coupling amount | H [k, ω] | 2 If changes rapidly (| H [k, ω] | 2> β H [ω] · | H [k-1, ω] | 2 is satisfied However, β H [ω] is a predetermined value.) Or, if the received input signal is not sufficiently large (| Xs [k, ω] | 2 <β X [ω] is satisfied). , Β X [ω] is a predetermined value.) In order not to calculate the acoustic coupling amount in the frequency band where double talk occurs, the acoustic coupling amount one frame before is updated without updating the acoustic coupling amount. the amount | H [k-1, ω ] | 2 values acoustic coupling amount | H [k, ω] | is used as a 2.
音響結合推定部303Eは、このように算出した音響結合量|H[k,ω]|2をエコーレベル推定部303Fに出力する。また、後述のフィルタ制御部308の制御に応じて、フィルタ制御部308へも出力する。
The acoustic
エコーレベル推定部303Fには、パワー算出部303Cから受話パワースペクトル|X[k,ω]|2、音響結合推定部303Eから音響結合量|H[k,ω]|2が入力される。エコーレベル推定部303Fは、これらの値を用いて、推定エコー量|Y[k,ω]|2を算出し、抑圧ゲイン算出部303Gへ出力する。
抑圧ゲイン算出部303Gには、エコーレベル推定部303Fから推定エコー量|Y[k,ω]|2、パワー算出部303Dから送話パワースペクトル|Z[k,ω]|2、雑音推定部から周波数ノイズレベルPNoise[k,j]が入力される。抑圧ゲイン算出部303Gは、これらの値を用いてエコー抑圧ゲインG[k,ω]を算出する。ただし、数37のγG[ω]は事前に設定しておく所定のパラメータ値である。
なお、エコー抑圧ゲインG[k,ω]の値によっては、雑音レベルよりも過剰にエコー抑圧する場合がある。そこで、エコー抑圧ゲインG[k,ω]の値が、数38に示すGFLOOR[k,ω]よりも小さくならないよう、制御する。
このように算出したエコー抑圧ゲインG[k,ω]は、スペクトル抑圧部303Hへ出力する。
The echo power
The suppression gain calculation unit 303G includes an estimated echo amount | Y [k, ω] | 2 from the echo
Depending on the value of the echo suppression gain G [k, ω], the echo may be suppressed more excessively than the noise level. Therefore, control is performed so that the value of the echo suppression gain G [k, ω] does not become smaller than G FLOOR [k, ω] shown in Equation 38.
The echo suppression gain G [k, ω] calculated in this way is output to the spectrum suppression unit 303H.
スペクトル抑圧部303Hは、送話入力信号の周波数スペクトルZ[k,ω]とエコー抑圧ゲインG[k,ω]を入力として、エコーが抑圧された送話信号の周波数スペクトルS[k,ω]を算出し、時間領域変換処理部303Iへ出力する。
時間領域変換処理部303Iには、スペクトル抑圧部303Hから出力されたエコーが抑圧された送話信号の周波数スペクトルS[k,ω]が入力され、この値に対して周波数領域から時間領域への変換を行い、エコーが抑圧された送話信号sER[n]を制御部307へ出力する。ただし、周波数領域変換処理部303Bにおいて、送話信号z[n]に対して窓掛けやオーバーラップの処理を行っているため、エコーが抑圧された送話信号の周波数スペクトルS[k,ω]をIFFTなどによって時間領域の信号に変換した後、周波数窓掛けを考慮しながら過去のエコーが抑圧された送話信号を用いてオーバーラップを戻す処理を行って、エコーが抑圧された送話信号sER[n]を算出する。
The spectrum suppression unit 303H receives the frequency spectrum Z [k, ω] of the transmission input signal and the echo suppression gain G [k, ω] as input, and the frequency spectrum S [k, ω] of the transmission signal in which the echo is suppressed. Is calculated and output to the time domain conversion processing unit 303I.
The time domain transform processing unit 303I receives the frequency spectrum S [k, ω] of the transmission signal in which the echo output from the spectrum suppression unit 303H is suppressed, and this value is transferred from the frequency domain to the time domain. The transmission signal s ER [n] in which the echo is suppressed is output to the
(制御部307)
制御部307は、雑音推定部306から入力される時間ノイズレベルPower_Noise[k]を用いて、エコー抑圧処理部313とエコー抑圧処理部303のどちらか一方が動作するよう制御する。
(Control unit 307)
The
具体的には、Power_Noise[k]と所定の閾値Nthとを比較し、Power_Noise[k]≧Nth満たす場合には、エコー抑圧処理部303を動作させ、その出力であるエコーが抑圧された送話信号sER[n]を送話出力信号s[n]として出力する。一方、Power_Noise[k]<Nthを満たす場合には、エコー抑圧処理部313を動作させ、その出力である残差信号eAFを送話出力信号s[n]として出力する。
Specifically, compared with Power_Noise [k] with a predetermined threshold value N th, when satisfied Power_Noise [k] ≧ N th operates the echo
そして、制御部307から出力された送話出力信号s[n]は、図示しないエンコーダに入力され、エンコーダによって送信データに1フレームごとに符号化され、図示しない無線通信部によって送信される。
The transmission output signal s [n] output from the
このように、エコー抑圧処理部313とエコー抑圧処理部303のいずれか一方が動作してエコー抑圧処理を行う構成となっており、どちらが動作するかは時間ノイズレベルPower_Noise[k]で表される雑音レベルに基づいて判定する。なお、エコー抑圧処理部313によってエコー抑圧処理を行う状態とエコー抑圧処理部303によってエコー抑圧処理を行う状態とが頻繁に切り換わるのを防ぐために、ハングオーバータイムを設けても良い。
As described above, one of the echo
(フィルタ制御部308)
フィルタ制御部308は、雑音推定部306から入力される時間ノイズレベルPower_Noise[k]に基づいて、エコー抑圧処理部303とエコー抑圧処理部313のエコー成分推定生成のための特性情報の入出力を制御する。
(Filter control unit 308)
Based on the temporal noise level Power_Noise [k] input from the
図10は、フィルタ制御部308の構成を示すブロック図である。フィルタ制御部308は、判定部308A、第1の切換部308B、第2の切換部308C、周波数領域変換処理部308D、位相記憶部308E、および時間領域変換処理部308Fを備える。
FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration of the
判定部308Aは、時間ノイズレベルPower_Noise[k]と所定の閾値Nthを比較し、その結果に基づいて第1の切換部308Bと第2の切換部308Cを切り換える。
具体的には、1つ前の時刻の時間ノイズレベルPower_Noise[k−1]がPower_Noise[k−1]<Nthであり、なおかつ、Power_Noise[k]≧Nthであれば、第1の切換部308Bのパスを接続するように切り換える。これによって、エコー抑圧処理部313から出力されたフィルタ係数hAF[n,i]が周波数領域変換処理部308Dへ入力される。周波数領域変換処理部308Dでは、フィルタ係数hAF[n,i]をFFTなどによって周波数領域に変換して、パワースペクトルを算出しエコー抑圧処理部303の音響結合推定部303Eへ出力する。音響結合推定部303Eは、このパワースペクトルを音響結合量|H[k,ω]|2として、音響結合量の値を更新する。また、このとき位相記憶部308Eは、フィルタ係数hAF[n,i]の位相スペクトルを保持する。
Specifically, temporal noise level Power_Noise of the previous time [k-1] is Power_Noise [k-1] is <N th, and yet, if Power_Noise [k] ≧ N th, the first switching Switch so that the path of
第1の切換部308Bのパスを接続する条件の1つであるPower_Noise[k−1]<Nthを満たすということは、1つ前の時刻では、エコー抑圧処理部313が動作するよう制御部307によって制御されていたことを示している。また、Power_Noise[k]≧Nthを満たすということは、現在はエコー抑圧処理部303が動作するよう制御部307によって制御されることを示す。すなわち、エコー抑圧処理部313が動作していた状態から、エコー抑圧処理部303が動作する状態に変わるときに、エコー抑圧処理部313によって直前に使われていたフィルタ係数の値に基づいて、エコー抑圧処理部303で用いる音響結合量の値を更新する。
Satisfaction of Power_Noise [k−1] <N th , which is one of the conditions for connecting the path of the
一方、1つ前の時刻の時間ノイズレベルPower_Noise[k−1]がPower_Noise[k−1]≧Nthであり、なおかつ、Power_Noise[k]<Nthであれば、第2の切換部308Cのパスを接続するように切り換える。そして、エコー抑圧処理部303から出力された音響結合量|H[k,ω]|2が時間領域変換処理部308Fへ入力される。時間領域変換処理部308Fでは、音響結合量|H[k,ω]|2と、位相記憶部308Eに格納されたフィルタ係数hAF[n,i]の位相スペクトルとに基づいて、フィルタ係数hAF[n,i]の周波数スペクトルを推定し、IFFTなどによって時間領域の値に変換して、エコー抑圧処理部313の適応フィルタ部313Cへ出力する。適応フィルタ部313Cは、この値をフィルタ係数hAF[n,i]としてフィルタ係数の値を更新する。
On the other hand, temporal noise level Power_Noise of the previous time [k-1] is Power_Noise [k-1] ≧ N th, yet, Power_Noise [k] <If N th, the
第2の切換部308Cのパスを接続する条件の1つであるPower_Noise[k−1]≧Nthを満たすということは、1つ前の時刻では、エコー抑圧処理部303が動作するよう制御部307によって制御されていたことを示している。また、Power_Noise[k]<Nthを満たすということは、現在はエコー抑圧処理部313が動作するよう制御部307によって制御されることを示す。すなわち、エコー抑圧処理部303が動作していた状態から、エコー抑圧処理部313が動作する状態に変わるときに、エコー抑圧処理部303によって直前に使われていた音響結合量の値に基づいて、エコー抑圧処理部313で用いるフィルタ係数の値を更新する。
Satisfying Power_Noise [k−1] ≧ N th , which is one of the conditions for connecting the path of the
このように、フィルタ制御部308は、時間ノイズレベルに応じて第1の切換部308Bと第2の切換部308Cのそれぞれを接続または開放するよう切り換えることによって、エコー抑圧処理部303のフィルタ係数を用いたエコー抑圧処理部313の音響結合量の更新と、エコー抑圧処理部313の音響結合量を用いたエコー抑圧処理部303のフィルタ係数の更新を制御する。
As described above, the
以上のような構成のエコー抑圧処理装置3が1フレームの受話信号x[n]と送話入力信号z[n]とを取得して、エコー抑圧処理を行うときの処理の流れを図11に示す。なお、図11では、制御部207によってエコー抑圧処理部102のエコー抑圧処理とエコー抑圧処理部203のエコー抑圧処理とが頻繁に切り換わらないようにするためのハングオーバータイムは設定しないものとして説明する。
FIG. 11 shows a processing flow when the echo suppression processing device 3 having the above configuration acquires the reception signal x [n] and the transmission input signal z [n] of one frame and performs the echo suppression processing. Show. In FIG. 11, it is assumed that the
エコー抑圧処理装置3に送話入力信号z[n]が入力されると、雑音推定部306によって送話入力信号z[n]に含まれる周波数ノイズレベルPNoise[k,j]および時間ノイズレベルPower_Noise[k]を算出する(S101)。そして、制御部307は、雑音推定部306によって算出された時間ノイズレベルPower_Noise[k]の値が所定の閾値以上であるか否かを判定する(S301)。
When the transmission input signal z [n] is input to the echo suppression processing device 3, the
時間ノイズレベルPower_Noise[k]が所定の閾値以上である場合には(S301のYes)、ステップS306乃至ステップS315に示すエコー抑圧処理部303によるエコー抑圧処理を実行させる。また、1つ前の時刻の時間ノイズレベルPower_Noise[k−1]が所定の閾値未満である場合には(S304のYes)、エコー抑圧処理部303によるエコー抑圧処理に先立って、エコー抑圧処理部313のフィルタ係数hAF[n,i]を周波数領域に変換した値を用いてエコー抑圧処理部303の音響結合量|H[k,ω]|2を更新する(S305)。
When the temporal noise level Power_Noise [k] is greater than or equal to a predetermined threshold (Yes in S301), the echo suppression processing by the echo
エコー抑圧処理部303では、まず受話信号x[n]と送話入力信号z[n]を取得し(S306、S309)、そのそれぞれに対して周波数領域変換部303Aと周波数領域変換部303Bによって周波数変換を行い(S307、S310)、パワー算出部303Cとパワー算出部303Dによってパワースペクトルを算出して、パワースペクトルのスムージングを行う(S308、S311)。
The echo
これらのスムージングされた受話信号のパワースペクトル、スムージングされた送話信号のパワースペクトル、およびステップS101で算出された周波数ノイズレベルPNoise[k,j]は、音響結合推定部303Eに入力され、音響結合量|H[k,ω]|2が推定される(S312)。
The power spectrum of the smoothed reception signal, the power spectrum of the smoothed transmission signal, and the frequency noise level P Noise [k, j] calculated in step S101 are input to the acoustic
そして、この音響結合量|H[k,ω]|2、および受話信号のパワースペクトルがエコーレベル推定部303Fに入力されて、推定エコー量が算出される(S313)。この推定エコー量と送話入力信号のパワースペクトルとを用いて、抑圧ゲイン算出部303Gによってエコー抑圧のためのゲインを算出する(S314)。そして、このゲインを用いて送話入力信号の周波数スペクトルからエコーを抑圧し、エコー抑圧された送話入力信号の周波数スペクトルを時間領域に変換して、送話出力信号として出力する(S315)。
Then, the acoustic coupling amount | H [k, ω] | 2 and the power spectrum of the received signal are input to the echo
一方、ステップS301において、時間ノイズレベルPower_Noise[k]の値が所定の閾値未満であると判定された場合には(S301のNo)、ステップS102乃至ステップS104に示すエコー抑圧処理部313の処理が実行される。また、1つ前の時刻の時間レベルレベルPower_Noise[k−1]が所定の閾値以上であった場合には(S302のYes)、エコー抑圧処理部313でのエコー抑圧処理に先立って、エコー抑圧処理部303の音響結合量|H[k,ω]|2を時間領域に変換した値に基づいて、エコー抑圧処理部313のフィルタ係数hAF[n,i]を更新する(S303)。
On the other hand, when it is determined in step S301 that the value of the temporal noise level Power_Noise [k] is less than the predetermined threshold (No in S301), the processing of the echo
エコー抑圧処理部313では、まずフィルタ係数hAF[n,i]を用いて擬似エコー信号を生成し(S102)、この擬似エコー信号を送話入力信号から差し引いた残差信号eAF[n]を送話出力信号s[n]として出力する(S103)。そして、適応フィルタ部313Cで用いるフィルタ係数hAF[n,i]の値は、適応学習313Bで学習を行い、更新する(S104)。
The echo
このように、エコー抑圧処理装置3では、ノイズレベルに従って、時間領域の適応フィルタによるエコー抑圧処理と、周波数領域でのエコー抑圧処理とを切り換えて、どちらか一方を動作させている。 As described above, the echo suppression processing device 3 operates in accordance with the noise level by switching between the echo suppression processing by the adaptive filter in the time domain and the echo suppression processing in the frequency domain.
時間領域の適応フィルタによるエコー抑圧処理には、送話出力信号の音声の自然性を保つことが出来るという特徴があり、周波数領域のエコー抑圧処理には、ノイズに対する頑健性が高いという特徴がある。すなわち、エコー抑圧処理装置3では、ノイズレベルが小さく、送話出力信号の音質が目立つような場合には時間領域の適応フィルタによるエコー抑圧処理を行い、ノイズレベルが大きい場合には周波数領域のエコー抑圧処理を行うことによって、状況に応じたエコー抑圧処理を実行し、エコー抑圧性能を高く保つことができる。 The echo suppression processing by the time domain adaptive filter has the feature that the naturalness of the voice of the transmission output signal can be maintained, and the echo suppression processing in the frequency domain has the feature of high robustness against noise. . That is, the echo suppression processing device 3 performs echo suppression processing using an adaptive filter in the time domain when the noise level is low and the sound quality of the transmission output signal is conspicuous, and when the noise level is high, the echo in the frequency domain By performing the suppression process, the echo suppression process according to the situation can be executed, and the echo suppression performance can be kept high.
また、エコー抑圧処理装置3では、時間領域のエコー抑圧処理と周波数領域のエコー抑圧処理とを切り換えるタイミングを判定し、1つ前の時刻のノイズレベルと現在のノイズレベルとに基づいて判定し、切り換える直前に用いていたエコー経路の特性(フィルタ係数や音響結合量)を用いて、切り換え後のエコー抑圧処理で用いるエコー経路の特性を更新することによって、最新のエコー経路特性に追従することが可能となり、エコー抑圧性能の劣化を防止することができる。 Also, the echo suppression processing device 3 determines the timing for switching between the time domain echo suppression process and the frequency domain echo suppression process, and determines based on the noise level at the previous time and the current noise level, It is possible to follow the latest echo path characteristics by updating the echo path characteristics used in the echo suppression processing after switching by using the echo path characteristics (filter coefficient and acoustic coupling amount) used immediately before switching. This makes it possible to prevent deterioration of the echo suppression performance.
なお、上記実施形態に限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、適宜変更しても良い。 In addition, it is not limited to the said embodiment, You may change suitably in the range which does not deviate from the summary of this invention.
1 エコー抑圧処理装置、101 スピーカ、102 エコー抑圧処理部 104 エコー抑圧量推定部、105 マイク、106 雑音推定部、102−1 第1のエコー推定抑圧部、102−2 第2のエコー推定抑圧部、2 エコー抑圧処理装置、203 エコー抑圧処理部、204 エコー抑圧量推定部、207 制御部、208 フィルタ制御部、3 エコー抑圧処理装置、303 エコー抑圧処理部、306 雑音推定部、307 制御部、308 フィルタ制御部、313 エコー抑圧処理部
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記第1の入力信号と第1の推定エコー経路特性を用いて第2の入力信号に含まれるエコー成分を推定する第1のエコー推定手段と、
前記第1のエコー推定手段によって推定されたエコー成分を第2の入力信号から抑圧して第1のエコー低減信号を算出する第1のエコー抑圧手段と、
前記第2の入力信号と前記第1のエコー低減信号の少なくとも一方の信号と前記第1の入力信号とを用いてエコー経路の特性を推定し、第1の推定エコー経路特性を更新するエコー経路特性推定手段と、
前記第1の入力信号と第2の推定エコー経路特性を用いて第2の入力信号に含まれるエコー成分を推定する第2のエコー推定手段と、
前記第2のエコー推定手段によって推定されたエコー成分を第2の入力信号から抑圧して第2のエコー低減信号を算出する第2のエコー抑圧手段と、
第2の入力信号に含まれるノイズレベルを推定するノイズ推定手段と、
第1の推定エコー経路特性と第2の推定エコー経路特性のいずれか一方の推定エコー経路特性を用いた他方の推定エコー経路特性の設定を、前記ノイズ推定手段によって推定されたノイズレベルに基づいて制御する制御手段を有することを特徴とするエコー抑圧処理装置。 An echo suppression processing apparatus that suppresses an echo caused by outputting a first input signal from a second input signal,
First echo estimation means for estimating an echo component included in the second input signal using the first input signal and the first estimated echo path characteristic;
First echo suppression means for calculating a first echo reduction signal by suppressing an echo component estimated by the first echo estimation means from a second input signal;
An echo path for estimating a characteristic of an echo path using at least one signal of the second input signal and the first echo reduction signal and the first input signal and updating the first estimated echo path characteristic Characteristic estimation means;
Second echo estimation means for estimating an echo component included in the second input signal using the first input signal and the second estimated echo path characteristic;
Second echo suppression means for calculating a second echo reduction signal by suppressing the echo component estimated by the second echo estimation means from the second input signal;
Noise estimating means for estimating a noise level included in the second input signal;
The setting of the other estimated echo path characteristic using one of the first estimated echo path characteristic and the second estimated echo path characteristic is made based on the noise level estimated by the noise estimation means. An echo suppression processing apparatus comprising control means for controlling.
前記第1の入力信号と第1の推定エコー経路特性によって前記第2の入力信号に含まれるエコー成分を推定する第1のエコー推定手段と、
前記第1のエコー推定手段によって推定されたエコー成分を前記第2の入力信号から抑圧して第1のエコー低減信号を算出する第1のエコー抑圧手段と、
前記第2の入力信号と前記第1のエコー低減信号の少なくとも一方の信号と前記第1の入力信号と推定エコー経路特性の更新量を制御する推定エコー経路特性更新量制御値とを用いてエコー経路の特性を推定し、前記第1の推定エコー経路特性を更新するエコー経路特性推定手段と、
前記第1の入力信号と第2の推定エコー経路特性によって前記第2の入力信号に含まれるエコー成分を推定する第2のエコー推定手段と、
前記第2のエコー推定手段によって推定されたエコー成分を前記第2の入力信号から抑圧して第2のエコー低減信号を算出する第2のエコー抑圧手段と、
第2の入力信号に含まれるノイズレベルを推定するノイズ推定手段と、
前記推定エコー経路特性更新量制御値が所定の値よりも大きい場合には前記第1の推定エコー経路特性を用いた前記第2の推定エコー経路特性の更新を前記第1のエコー低減信号と前記第2の入力信号とを比較した比較結果に基づいて制御し、前記推定エコー経路特性更新量制御値が所定の値以下の場合には前記第1の推定エコー経路特性を用いた前記第2の推定エコー経路特性の更新を前記ノイズレベルと前記第1のエコー低減信号のパワー比に基づいて制御する制御手段を有することを特徴するエコー抑圧処理装置。 An echo suppression processing apparatus that suppresses an echo caused by outputting a first input signal from a second input signal,
First echo estimation means for estimating an echo component included in the second input signal based on the first input signal and a first estimated echo path characteristic;
First echo suppression means for calculating a first echo reduction signal by suppressing the echo component estimated by the first echo estimation means from the second input signal;
Echo using at least one of the second input signal and the first echo reduction signal, the first input signal, and an estimated echo path characteristic update amount control value for controlling an update amount of the estimated echo path characteristic. Echo path characteristic estimation means for estimating a path characteristic and updating the first estimated echo path characteristic;
Second echo estimation means for estimating an echo component included in the second input signal by the first input signal and a second estimated echo path characteristic;
Second echo suppression means for calculating a second echo reduction signal by suppressing the echo component estimated by the second echo estimation means from the second input signal;
Noise estimating means for estimating a noise level included in the second input signal;
When the estimated echo path characteristic update amount control value is larger than a predetermined value, the second estimated echo path characteristic is updated using the first estimated echo path characteristic and the first echo reduction signal is updated. Control based on a comparison result of comparison with the second input signal, and when the estimated echo path characteristic update amount control value is equal to or less than a predetermined value, the second estimated value using the first estimated echo path characteristic An echo suppression processing apparatus comprising: control means for controlling update of an estimated echo path characteristic based on a power ratio between the noise level and the first echo reduction signal.
前記第1の入力信号と第1の推定エコー経路特性を用いて第2の入力信号に含まれるエコー成分を推定する第1のエコー推定手段と、
前記第1のエコー推定手段によって推定されたエコー成分を第2の入力信号から抑圧して第1のエコー低減信号を出力する第1のエコー抑圧手段と、
前記第2の入力信号と前記第1のエコー低減信号の少なくとも一方の信号と前記第1の入力信号とを用いてエコー経路の特性を推定し、第1の推定エコー経路特性を更新する第1のエコー経路特性推定手段と、
前記第1の入力信号と第2の推定エコー経路特性を用いて第2の入力信号に含まれるエコー成分を推定する第2のエコー推定手段と、
前記第2のエコー推定手段によって推定されたエコー成分を第2の入力信号から抑圧して第2のエコー低減信号を出力する第2のエコー抑圧手段と、
第2の入力信号に含まれるノイズレベルを推定するノイズ推定手段と、
前記ノイズ推定手段によって推定されたノイズレベルが所定の閾値未満の状態から所定の閾値以上の状態に変化したときに前記第1の推定エコー経路特性を用いて前記第2の推定エコー経路特性を設定し、前記ノイズレベルが所定の閾値以上の状態から所定の閾値未満の状態に変化したときに前記第2の推定エコー経路特性を用いて前記第1の推定エコー経路特性を設定するよう制御する制御手段を有することを特徴とするエコー抑圧処理装置。 An echo suppression processing apparatus that suppresses an echo caused by outputting a first input signal from a second input signal,
First echo estimation means for estimating an echo component included in the second input signal using the first input signal and the first estimated echo path characteristic;
First echo suppression means for suppressing an echo component estimated by the first echo estimation means from a second input signal and outputting a first echo reduction signal;
The first estimated echo path characteristic is updated using at least one of the second input signal, the first echo reduction signal, and the first input signal, and the first estimated echo path characteristic is updated. Echo path characteristic estimation means of
Second echo estimation means for estimating an echo component included in the second input signal using the first input signal and the second estimated echo path characteristic;
Second echo suppression means for suppressing the echo component estimated by the second echo estimation means from the second input signal and outputting a second echo reduction signal;
Noise estimating means for estimating a noise level included in the second input signal;
The second estimated echo path characteristic is set using the first estimated echo path characteristic when the noise level estimated by the noise estimation unit changes from a state below a predetermined threshold to a state above a predetermined threshold. And controlling to set the first estimated echo path characteristic using the second estimated echo path characteristic when the noise level changes from a state equal to or higher than a predetermined threshold to a state lower than the predetermined threshold. An echo suppression processing apparatus comprising: means.
前記第1の入力信号と第1の推定エコー経路特性を用いて第2の入力信号に含まれるエコー成分を推定する第1のエコー推定手段と、
前記第1のエコー推定手段によって推定されたエコー成分を第2の入力信号から抑圧して第1のエコー低減信号を出力する第1のエコー抑圧手段と、
前記第2の入力信号と前記第1のエコー低減信号の少なくとも一方の信号と前記第1の入力信号とを用いてエコー経路の特性を推定し、第1の推定エコー経路特性を更新する第1のエコー経路特性推定手段と、
前記第1の入力信号と第2の推定エコー経路特性を用いて第2の入力信号に含まれるエコー成分を推定する第2のエコー推定手段と、
前記第2のエコー推定手段によって推定されたエコー成分を第2の入力信号から抑圧して第2のエコー低減信号を出力する第2のエコー抑圧手段と、
第2の入力信号に含まれるノイズレベルを推定するノイズ推定手段と、
前記ノイズ推定手段によって推定されたノイズレベルに応じて前記第1のエコー低減信号と前記第2のエコー低減信号のいずれか一方を選択して出力し、第1のエコー低減信号を出力していた状態から第2のエコー低減信号を出力する状態に切り換えたときに前記第1の推定エコー経路特性を用いて前記第2の推定エコー経路特性を設定し、第2のエコー低減信号を出力していた状態から第1のエコー低減信号を出力する状態に切り換えたときに前記第2の推定エコー経路特性を用いて前記第1の推定エコー経路特性を設定する制御手段を有することを特徴とするエコー抑圧処理装置。 An echo suppression processing apparatus that suppresses an echo caused by outputting a first input signal from a second input signal,
First echo estimation means for estimating an echo component included in the second input signal using the first input signal and the first estimated echo path characteristic;
First echo suppression means for suppressing an echo component estimated by the first echo estimation means from a second input signal and outputting a first echo reduction signal;
The first estimated echo path characteristic is updated using at least one of the second input signal, the first echo reduction signal, and the first input signal, and the first estimated echo path characteristic is updated. Echo path characteristic estimation means of
Second echo estimation means for estimating an echo component included in the second input signal using the first input signal and the second estimated echo path characteristic;
Second echo suppression means for suppressing the echo component estimated by the second echo estimation means from the second input signal and outputting a second echo reduction signal;
Noise estimating means for estimating a noise level included in the second input signal;
According to the noise level estimated by the noise estimation means, either one of the first echo reduction signal and the second echo reduction signal is selected and output, and the first echo reduction signal is output. The second estimated echo path characteristic is set using the first estimated echo path characteristic when the state is switched to the state of outputting the second echo reduced signal, and the second echo reduced signal is output. An echo that includes control means for setting the first estimated echo path characteristic using the second estimated echo path characteristic when the state is switched from the state to the state in which the first echo reduction signal is output. Suppression processing device.
前記第2のエコー抑圧手段は前記第2の推定エコー経路特性として周波数領域毎の音響結合量を用いて周波数領域でのエコー抑圧処理を行うことを特徴とする請求項1乃至請求項5に記載のエコー抑圧処理装置。 The first echo suppression means performs an echo suppression process using an adaptive filter in a time domain using a filter coefficient as the first estimated echo path characteristic,
6. The second echo suppression unit performs echo suppression processing in a frequency domain using an acoustic coupling amount for each frequency domain as the second estimated echo path characteristic. Echo suppression processing device.
第1の推定エコー経路特性を用いて推定したエコー成分を前記第2の入力信号から抑圧して第1のエコー低減信号を算出し、その第1のエコー低減信号を用いて前記第1の推定エコー経路特性を更新する第1のエコー低減手段、および第2の推定エコー経路特性を用いて推定したエコー成分を前記第2の入力信号から抑圧して得られた第2のエコー低減信号を出力する第2のエコー低減手段から構成される第1のエコー抑圧手段と、
第3の推定エコー経路特性を用いて推定したエコー成分を前記第2の入力信号から抑圧して得られた第3のエコー低減信号を出力し、ダブルトーク状態であるか否かを判定して、ダブルトーク状態でない場合に前記第3のエコー低減信号を用いて前記第3の推定エコー経路特性を更新する第2のエコー抑圧手段と、
第2の入力信号に含まれるノイズレベルを推定するノイズ推定手段と、
前記ノイズ推定手段によって推定されたノイズレベルに応じて前記第2の推定エコー経路特性を用いた前記第3の推定エコー経路特性の更新、および前記第3の推定エコー経路特性を用いた前記第1の推定エコー経路特性と前記第2の推定エコー経路特性の更新を制御する制御手段を有するエコー抑圧処理装置。 An echo suppression processing apparatus that suppresses an echo caused by outputting a first input signal from a second input signal,
An echo component estimated using the first estimated echo path characteristic is suppressed from the second input signal to calculate a first echo reduction signal, and the first estimation is performed using the first echo reduction signal. First echo reduction means for updating the echo path characteristic, and a second echo reduction signal obtained by suppressing the echo component estimated using the second estimated echo path characteristic from the second input signal is output. First echo suppression means comprising second echo reduction means
A third echo reduction signal obtained by suppressing the echo component estimated using the third estimated echo path characteristic from the second input signal is output, and it is determined whether or not it is in a double talk state. Second echo suppression means for updating the third estimated echo path characteristic using the third echo reduction signal when not in a double talk state;
Noise estimating means for estimating a noise level included in the second input signal;
Updating the third estimated echo path characteristic using the second estimated echo path characteristic according to the noise level estimated by the noise estimation means, and the first using the third estimated echo path characteristic. An echo suppression processing apparatus comprising control means for controlling updating of the estimated echo path characteristic of the second and the second estimated echo path characteristic.
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