JP5223576B2 - エコーキャンセラ、エコーキャンセル方法及びプログラム - Google Patents
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Description
以下、本発明によるエコーキャンセラ、エコーキャンセル方法及びプログラムの第1の実施形態を、図面を参照しながら説明する。第1の実施形態は、例えば、ハンズフリー電話装置における音響エコーを除去しようとしたものである。
図1は、第1の実施形態に係るエコーキャンセラ100の機能的構成を示すブロック図である。第1の実施形態に係るエコーキャンセラ100は、ASPなどを用いた専用チップ、専用回路として構築されたものであっても良く、DSPやCPUなどによるソフトウェア(エコーキャンセルプログラム)処理を実行する構成として実現されたものであっても良いが、機能的には、図1に示す構成を有する。
次に、第1の実施形態に係るエコーキャンセラ100の動作(エコーキャンセル方法)を、図1を参照しながら説明する。なお、初期状態においては、2入力1出力構成のスイッチ32は入力端子b側を選択している。
遠端話者のディジタル化された音声信号x(n)が受信側入力端子1に入力される。ここで、遠端話者音声信号x(n)の小文字nは第nサンプルを表している。受信側入力端子1に入力された音声信号x(n)は、音声検出部8、ADF_S17、ADF_N6及び受信側出力端子2に与えられ、受信側出力端子2から出力された音声信号x(n)は、図示しないディジタル/アナログ変換器でアナログ信号に変換され、スピーカ3から発音出力される。
音声検出部8は、受信側入力端子1から出力されたディジタル音声信号x(n)をもとにして、遠端話者音声の有無を検出する。音声の検出には公知の方法を用いれば良く、以下では、音声信号x(n)のパワー長期平均とパワー短期平均を計算し、両者の計算結果の乖離が大きいことで音声ありを検出する方法を適用したとして説明する。すなわち、パワー長期平均を5秒の平均値LPO_Lとし、パワー短期平均を30msの平均値LPO_Sとし、検出マージンをVD_δ(例えば、6dB)とし、(1)式が成立するか否かで音声の有無を検出する。(1)式が成立したとき、「音声あり」として音声検出結果v_flg=1を出力し、(1)式が成立しないとき、「音声なし」として音声検出結果v_flg=0を出力する。なお、音声の検出方法がこの方法に限定されないことは勿論である。
音声検出部8による音声検出結果v_flgは適応モード制御部10に与えられる。適応モード制御部10は、音声検出結果v_flg=1のときは、後述するADF_S17のS_ADP16dに動作を停止するための信号steals_adp_go=0を出力する。また、適応モード制御部10は、音声検出結果v_flg=1のときはスイッチ32を端子bに接続させ、音声検出結果v_flg=0のときはスイッチ32を端子aに接続させる。音声検出部8の音声検出結果v_flgはタイミング制御部9にも出力され、タイミング制御部9は、後述するように2つの加算データ選択部11r及び11sのデータ選択タイミング信号を出力する。ここで、音声検出結果v_flg=1のときは、タイミング制御部9は、適応モード制御部10には何も出力しないので、ADF_N6の動作系、すなわち、ADF_N6、音声検出部8、適応モード制御部10、受信側入力端子1、受信側出力端子2、送信側入力端子5、送信側出力端子7、スピーカ3及びマイクロホン4からなる構成系にとってみれば、ADF_S17はないも同じとなる。
一方、適応フィルタ係数部14aには、図示しないフィルタ係数(N個の係数値)が格納されている。係数値は、後述するように、通常_ADP15で時々刻々と更新されるものである。以下では、適応フィルタ係数部14aのN個の係数も、(3)式に示すように1つの係数ベクトルH(n)として扱う。
積和演算部14bは、適応フィルタ係数部14aの係数ベクトルH(n)と保持レジスタ14cのデータベクトルX(n)から、(4)式に示すようベクトルの積y’(n)を計算し、この計算値y’(n)が擬似エコー(のサンプルデータ)となる。擬似エコーy’(n)は1つの値を持つスカラー量である。
以上のようにして作成された擬似エコーy’(n)は加算器30に出力される。加算器30には、上述のようにスピーカ3からマイクロホン4に漏れこんだ打消し対象信号、すなわちエコー信号y(n)が入力されており、加算器30は、(5)式に示すよう両信号を加算相殺し、得られた残差信号e(n)を送信出力端子7に出力する。最後に、送信出力端子7に出力された信号は、送信出力端子7から図示しない遠端への音声信号として送出される。
一方、加算器30の出力である残差信号e(n)は通常_ADP15に出力される。通常_ADP15は、残差信号e(n)と保持レジスタ14bからの出力X(n)とを用い、例えば、(6)式に示すような公知のNLMSアルゴリズムを適用して、適応フィルタのフィルタ係数H(n)を更新する。
続いて、ADF_S17の動作を説明する。
p_steals_rin_add=|X0+X1| …(16)
p_steals_rin_sub=|X0−X1| …(17)
一方、送信側加算データ加工部12sからの入力ベクトルY0及びY1を用いて、エコー信号加算結果データパワー計算部18_6は、(18)式に示すパワーp_steals_sin_addを計算し、参照信号対エコー比計算部18_3及び保存信号選択部18_5に出力し、エコー信号減算結果データパワー計算部18_7は、(19)式に示すパワーp_steals_sin_subを計算し、参照信号対エコー比計算部18_3及び保存信号選択部18_5に出力する。
p_steals_sin_sub=|Y0−Y1| …(19)
保存信号選択部18_5は、以下の条件1及び条件2の成立、不成立と、参照信号対エコー比計算部18_3からの信号use_dataとに基づいて、受信側加算データ保存部13r、送信側加算データ保存部13sに保存させるデータベクトルsteals_rin、steals_sinの内容を定める。
abs_rin_plane≦p_steals_rin_add …(20)
abs_rin_plane≦p_steals_rin_add+γ
…(20')
この実施形態では(20)式を適用するが、(20')式のように、マージン値γを適用しても構わない。例えば、マージン値γにγ=0.001xabs_rin_planeを適用するなど、設計者が適宜定めれば良い。
abs_rin_plane≦p_steals_rin_sub …(21)
abs_rin_plane≦p_steals_rin_sub+γ'
…(21')
この実施形態では(21)式を適用するが、(21')式のように、マージン値γ'を適用しても構わない。例えば、マージン値γ'にγ'=0.001xabs_rin_planeを適用するなど、設計者が適宜定めれば良い。2種類のマージン値γ及びγ'に異なる値を設定しても良いことは勿論である。
=|steals_rin|/|steals_sin| …(22)
評価値vevtor_snの初期値として0を適用できるが、これに限定されるものではない。参照信号対エコー比計算部18_3には、前回計算した評価値vevtor_snが保持されており、前回計算した評価値vevtor_snより今回計算した評価値vevtor_snが大きいときには同期加算若しくは同期減算に効果があるとして、信号use_data=1を保存信号選択部18_5に出力する。これに対して、今回の評価値vevtor_snが前回計算した評価値vevtor_sn以下のときは、参照信号が相対的に低下していっているので、同期加算若しくは同期減算に効果がないとみなして、信号use_data=0を保存信号選択部18_5に出力する。
受信側加算データ保存部13rに保存されたデータベクトルsteals_rinから、要素データrin_keep[m]が1個ずつ保持レジスタ16cに入力されて順番に格納され、別のベクトルになる。すなわち、1サンプルタイミングずつ要素データrin_keep[0]から順番に要素データrin_keep[LENGTH−1]に向かって、保持レジスタ16cに格納されて、N個でなる新たなべクトルになる。このベクトルSx(m)を(26)式で表すこととする。例えば、m=0であれば、データベクトルsteals_rinの最初の要素rin_keep[0]だけが保持レジスタ16cに入力されるから、(27)式に示すようになる。
SX(0)=[rin_keep[0],0,…,0]t …(27)
積和演算部16bは、(25)式のベクトルW(m)と(26)式のベクトルSX(m)の積を計算して、ADF_S17内部の(28)式に示す擬似エコー信号Sy’(m)を作成し、加算器31に出力する。
加算器31には、送信側加算データ保存部13sから送信側ベクトルsteals_sinの要素データsin_keep(m)が受信側加算データ保存部13rと同じタイミングのmで1サンプルずつ入力され、擬似エコー信号Sy’(m)と相殺されて、残差信号Se(m)を出力する。残差信号Se(m)はS_ADP16dに出力される。S_ADP16dは、(29)式に従って、係数ベクトルW(m)をW(m+1)に更新する。
その後、遠端からの音声信号x(n)について音声が検出され、ADF_N6が再び駆動され始めるときの係数の係数初期値として使われる。
以上説明したように、第1の実施形態によれば、参照信号の選択タイミングと信号の周期性に関わりなく、従来、係数更新が不可能であった無音区間を利用してエコーキャンセラのフィルタ係数を収束させるようにしたので、仮に高速アルゴリズムを用いなくても、収束を速くでき、エコーを早期に除去できる。また、無音区間の収束に利用するデータの作成では、信号の周期性を考慮したので動作が安定している。また、無音区間の収束に利用するデータを作成する同期加減算を評価する演算式も、簡単な演算を適用しており、演算処理量をほとんど増加させることがない。さらに、上述した効果を得るために、利用者が設定すべき事項はなく、使い勝手を損なうことがない。
上記では、評価値vevtor_snとして、(22)式に示すようなベクトルsteals_rin及びsteals_sinの大きさの比を適用したものを示したが、これらベクトルsteals_rin及びsteals_sinの大きさの差を適用するようにしても良い。
次に、本発明によるエコーキャンセラ、エコーキャンセル方法及びプログラムの第1の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図7は、第2の実施形態に係るエコーキャンセラの機能的構成を示すブロック図であり、第1の実施形態に係る図1との同一、対応部分には同一符号を付して示している。
以下、第2の実施形態に係るエコーキャンセラ100Aの動作を、図7を参照しながら、第1の実施形態と異なる点を中心に説明する。
第2の実施形態によれば、第1の実施形態とほぼ同様な効果を奏することができる。但し、第2の実施形態によれば、第1の実施形態よりも、STEALS_ADF16の係数更新に使えるデータを細かに取捨選択でき、係数収束の機会を多くできる。その結果、第1の実施形態よりも、収束の速いエコーキャンセラを実現できる。
上記説明では、フレームを単位に参照入力信号の自己相殺を検出するようにしたが、さらに細かく、サンプル単位で参照入力信号の自己相殺を検出するようにしても良いことは勿論である。
上記各実施形態の説明においても、種々変形実施形態に言及したが、さらに、以下に例示するような変形実施形態をあげることができる。
Claims (10)
- 近端話者信号に回り込んだ遠端話者信号であるエコー信号を除去するエコーキャンセラにおいて、
遠端話者信号及び近端話者信号に基づいて通話状態を監視する通話状態監視手段と、
遠端話者信号だけが有音のシングルトーク状態で適応動作する第1の適応フィルタ手段と、
遠端話者信号が無音区間であることを少なくとも条件として適応動作する第2の適応フィルタ手段と、
遠端話者信号及び近端話者信号から同期して、遠端話者信号の有音期間を含む所定期間ずつを切り出して、複数の加工用信号を得る加工用信号選択手段と、
遠端話者信号から切り出された複数の加工用信号をその先頭を揃えて合成し、上記第2の適応フィルタ手段が適応動作で利用する加工形成の遠端話者信号を得ると共に、近端話者信号から切り出された複数の加工用信号をその先頭を揃えて合成し、上記第2の適応フィルタ手段が適応動作で利用する加工形成の近端話者信号を得る切り出し信号加工手段と、
上記第1及び第2の適応フィルタ手段の適応動作の停止、再開を制御するものであって、上記第1の適応フィルタ手段が適応動作を停止し、その停止期間内に、上記第2の適応フィルタ手段が適応動作を実行している期間があれば、上記第1の適応フィルタ手段の適応動作を再開させる際に、上記第2の適応フィルタ手段が適応動作で更新したフィルタ係数を適用して再開させる適応モード制御手段と、
上記信号加工手段が得た加工形成の遠端話者信号が、複数の加工用信号の合成による相殺が生じているか否かを判別し、相殺が生じている場合に、加工形成の遠端話者信号の全体、若しくは、相殺が生じている部分、並びに、それに対応する加工形成の近端話者信号の全体、若しくは、相殺が生じている部分を、上記第2の適応フィルタ手段の適応動作で利用することを禁止する相殺検出手段と
を有することを特徴とするエコーキャンセラ。 - 上記相殺検出手段は、合成される前の遠端話者信号から切り出された複数の加工用信号のそれぞれの大きさと、合成後の加工形成の遠端話者信号の大きさとに基づいて、相殺を判定すると共に、相殺がないと判定された場合でも、今回の合成による加工形成の近端話者信号の大きさに対する加工形成の遠端話者信号の大きさの比が、前回の合成時の比より改善されていない場合には、上記第2の適応フィルタ手段の適応動作で、加工形成の遠端話者信号及び近端話者信号を利用させないことを特徴とする請求項1に記載のエコーキャンセラ。
- 上記切り出し信号加工手段が、合成する加工用信号の数の上限が定まっており、上記切り出し信号加工手段は、上記加工用信号選択手段によって切り出された加工用信号の数が上限に達していない場合にも、切り出された加工用信号に対して合成処理を行うことを特徴とする請求項1又は2に記載のエコーキャンセラ。
- 遠端話者信号から切り出された加工用信号とそれに同期して近端話者信号から切り出された加工用信号とがダブルトーク区間を含む場合には、その区間に対応する、加工形成の遠端話者信号及び加工形成の近端話者信号の区間を、上記第2の適応フィルタ手段の適応動作で利用することを禁止する更新停止指示手段をさらに有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のエコーキャンセラ。
- 上記相殺検出手段は、上記加工用信号選択手段が、遠端話者信号及び近端話者信号から加工用信号を切り出す所定期間よりも短い期間を単位として、相殺を判定し、相殺が生じている部分を、上記第2の適応フィルタ手段の適応動作で利用することを禁止することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のエコーキャンセラ。
- 上記信号加工手段における加工方法が、同期加算又は同期加算平均であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のエコーキャンセラ。
- 近端話者信号に回り込んだ遠端話者信号であるエコー信号を除去するエコーキャンセル方法において、
通話状態監視手段が、遠端話者信号及び近端話者信号に基づいて通話状態を監視するステップと、
第1の適応フィルタ手段が、遠端話者信号だけが有音のシングルトーク状態で適応動作するステップと、
第2の適応フィルタ手段が、遠端話者信号が無音区間であることを少なくとも条件として適応動作するステップと、
加工用信号選択手段が、遠端話者信号及び近端話者信号から同期して、遠端話者信号の有音期間を含む所定期間ずつを切り出して、複数の加工用信号を得るステップと、
切り出し信号加工手段が、遠端話者信号から切り出された複数の加工用信号をその先頭を揃えて合成し、上記第2の適応フィルタ手段が適応動作で利用する加工形成の遠端話者信号を得ると共に、近端話者信号から切り出された複数の加工用信号をその先頭を揃えて合成し、上記第2の適応フィルタ手段が適応動作で利用する加工形成の近端話者信号を得るステップと、
適応モード制御手段が、上記第1及び第2の適応フィルタ手段の適応動作の停止、再開を制御するステップであって、上記第1の適応フィルタ手段が適応動作を停止し、その停止期間内に、上記第2の適応フィルタ手段が適応動作を実行している期間があれば、上記第1の適応フィルタ手段の適応動作を再開させる際に、上記第2の適応フィルタ手段が適応動作で更新したフィルタ係数を適用して再開させるステップと、
相殺検出手段が、上記信号加工手段が得た加工形成の遠端話者信号が、複数の加工用信号の合成による相殺が生じているか否かを判別し、相殺が生じている場合に、加工形成の遠端話者信号の全体、若しくは、相殺が生じている部分、並びに、それに対応する加工形成の近端話者信号の全体、若しくは、相殺が生じている部分を、上記第2の適応フィルタ手段の適応動作で利用することを禁止するステップと
を含むことを特徴とするエコーキャンセル方法。 - 上記信号加工手段による加工方法が、同期加算又は同期加算平均であることを特徴とする請求項7に記載のエコーキャンセル方法。
- 近端話者信号に回り込んだ遠端話者信号であるエコー信号を除去するエコーキャンセルプログラムであって、
コンピュータを、
遠端話者信号及び近端話者信号に基づいて通話状態を監視する通話状態監視手段と、 遠端話者信号だけが有音のシングルトーク状態で適応動作する第1の適応フィルタ手段と、
遠端話者信号が無音区間であることを少なくとも条件として適応動作する第2の適応フィルタ手段と、
遠端話者信号及び近端話者信号から同期して、遠端話者信号の有効期間を含む所定期間ずつを切り出して、複数の加工用信号を得る加工用信号選択手段と、
遠端話者信号から切り出された複数の加工用信号をその先頭を揃えて合成し、上記第2の適応フィルタ手段が適応動作で利用する加工形成の遠端話者信号を得ると共に、近端話者信号から切り出された複数の加工用信号をその先頭を揃えて合成し、上記第2の適応フィルタ手段が適応動作で利用する加工形成の近端話者信号を得る切り出し信号加工手段と、
上記第1及び第2の適応フィルタ手段の適応動作を停止、再開を制御するものであって、上記第1の適応フィルタ手段が適応動作を停止し、その停止期間内に、上記第2の適応フィルタ手段が適応動作を実行している期間があれば、上記第1の適応フィルタ手段の適応動作を再開させる際に、上記第2の適応フィルタ手段が適応動作で更新したフィルタ係数を適用して再開させる適応モード制御手段と、
上記信号加工手段が得た加工形成の遠端話者信号が、複数の加工用信号の合成による相殺が生じているか否かを判別し、相殺が生じている場合に、加工形成の遠端話者信号の全体、若しくは、相殺が生じている部分、並びに、それに対応する加工形成の近端話者信号の全体、若しくは、相殺が生じている部分を、上記第2の適応フィルタ手段の適応動作で利用することを禁止する相殺検出手段として機能させる
ことを特徴とするエコーキャンセルプログラム。 - 上記信号加工手段における加工方法が、同期加算又は同期加算平均であることを特徴とする請求項9に記載のエコーキャンセルプログラム。
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