JP5526053B2 - 反響消去方法とその装置とプログラム - Google Patents
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Description
AD変換器5は、マイクロホン3で収音したアナログ信号y(t)(tは時刻を表す)を所定のサンプリング周波数で離散的なディジタル収音信号zc(n)に変換する。ここでは、ディジタル収音信号zcに含まれる各サンプルをディジタル収音信号サンプルyc(n)(nはサンプル数)と表記する。
反響消去装置100の主要部はクリッピング復元部8である。クリッピング復元部8は、ディジタル収音信号サンプルyc(n)のAD変換器5でクリップされた部分のサンプルを、クリップされる前の状態に近づける復元処理を行う。ディジタル収音信号サンプルyc(n)のAD変換器5でクリップされていない部分のサンプルはそのまま出力する。以下、復元処理について説明する。
具体的には、サンプル番号3のサンプル値f(3)は、複数のsinc関数のx=3での値の和で表せる(式(3))。
なお式(4)は、もしK=∞なら式(6)で表記することができる。
適応フィルタ部7は、このクリッピング復元部8から出力された復元信号zrを入力として、擬似エコー信号^Y(m)を生成する。復元信号zrを入力することで、クリッピング歪みを含む収音信号に対しても適切にエコーを消去することが可能になる。具体的なエコー消去性能については後述する。
〔クリッピング復元部〕
クリッピング復元部12は、ディジタル収音信号サンプルyc(n)、及び前記の上限値と下限値にスケールファクターAの逆数を乗じる処理を行う。スケールファクターAの逆数を乗じた前記の上限値、及び下限値の値である、スケールファクターAの逆数を乗じたディジタル収音信号サンプルyc(n)に対して、式(4)による復元処理を行い、復元信号zr、及びスケールファクターAを出力する。スケールファクターAの値は、復元信号の振幅を前記の上限値と下限値の範囲となるよう事前に設定しておく、1以上の値である。スケールファクターAは、多くの場合A=2で良い。
乗算部13は、収音側周波数領域変換部9で周波数領域信号に変換された周波数領域の復元信号zrにスケールファクターAを乗じてその振幅を元に戻す処理を行う。
上限値(32767)又は下限値(−32768)の値は、AD変換器5で扱うことのできる信号が16bitの符号付き整数値である場合の上限値と下限値の例である。このようなAD変換器5を通る信号は、AD変換器5で扱うことのできる信号よりも大きな値である場合には上限値に、AD変換器5で扱うことのできる信号よりも小さな値である場合には下限値に変換されてしまう。
(ア)AD変換器への入力が−40000 → AD変換器からの出力は−32768
(イ)AD変換器への入力が−128 → AD変換器からの出力は−128
(ウ)AD変換器への入力が536891 → AD変換器からの出力は32767
(ア)と(ウ)が「クリップされた」状態である。クリップされた信号から復元信号を生
成したとしても、AD変換後に扱うことができる信号が16bitである場合には再度のクリップが生じる。AD変換後に16bitより大きなビット、例えば32bitの数値を扱うことができる場合には、扱える信号の上限値は8388607、下限値は−8388608となる。復元信号が−8388608〜8388607の範囲内であれば、再度のクリップは生じない。
(エ)復元信号が−40000 → エコーキャンセラへの入力値は−40000
(オ)復元信号が−128 → エコーキャンセラへの入力値は−128
(カ)復元信号が500000 → エコーキャンセラへの入力値は500000
クリップされた信号から復元信号を生成し、復元信号がAD変換後に扱うことのできる信号の範囲を超える可能性がある場合には、再度のクリップが生じないようにスケールファクターにより信号の値を調整する必要がある。
(エ)復元信号が−40000
→ スケールファクターなしの場合のエコーキャンセラへの入力値−32768
→ スケールファクターありの場合のエコーキャンセラへの入力値−20000
復元信号がAD変換後に扱うことができる信号の範囲を超える可能性がない場合、つまりクリッピング復元部12や適応フィルタ部7等における信号処理のダイナミックレンジ(bit長)が十分大きければ、実施例1に示したようにスケールファクターの設定は不要である。
スケールファクターAを考慮すると、上記した式(6)は次式で表せる。
周波数領域への信号の変換方法によっては、周波数領域でもクリッピングが発生する恐れがある。そこで、スケールファクターAによる振幅調整を全て時間領域で行うようにした反響消去装置200′の機能構成例を図9に示す。
反響消去装置200′は、クリッピング復元部12′が復元信号サンプルyr(n)を生成する際に、ディジタル収音信号サンプルyc(n)の振幅を1/Aするので、受話信号x(n)も周波数領域に変換する前にその振幅を1/Aする。そして、エコーが消去された送話信号e(n)の振幅を、乗算部13でA倍して元に戻す。
図11に、反響消去装置300においてスケールファクターAを考慮するようにした反響消去装置400の機能構成例を示す。反響消去装置400は、反響消去装置200′(図9)から収音側周波数領域変換部9と受話側周波数領域変換部10と時間領域変換部11とを削除し、適応フィルタ部30が時間領域で動作する点で異なる。クリッピング歪みに対処する動作は、反響消去装置300と同様に上記した実施例と同じである。
実施例1の式(6)の計算の結果が、実施例1の式(6)の入力であるyc(n)の絶対値を下回った場合には、復元信号yr(n)を復元処理前のyc(n)の値に戻すという処理を追加してもよい。
同様に、実施例2の式(7)の計算の結果が、実施例2の式(7)の入力であるyc(n)の絶対値を下回った場合には、復元信号yr(n)を復元処理前のyc(n)の値に戻すという処理を追加してもよい。
s(n)は、sinc関数以外のローパスフィルタを基に構成しても良い。具体的には、通過帯域がナイキスト周波数の半分以下の周波数を通過帯域幅とするローパスフィルタの中心の値を0にした関数であればよい。
この発明の反響消去装置100の性能を評価する目的で評価実験を行った。その結果を図12に示す。図12の横軸は経過時間(秒)、縦軸はエコー消去量(dB)である。実験は、マイクロホンで収音したアナログ信号y(t)を、サンプリング周波数16kHz、分解能16bitのAD変換器で得たディジタル収音信号サンプルyc(n)を用いて行った。
Claims (14)
- 入力されたディジタル収音信号Ycに含まれる各サンプルをyc(n)(nはサンプル
番号)とし、復元信号Yrに含まれる各サンプルをyr(n)としたとき、
ディジタル収音信号サンプルyc(n)が所定の上限値ymax1または所定の下限値−ymax2である場合には、
により求まるyr(n)を復元信号サンプルとし、
上記以外の場合には、ディジタル収音信号サンプルyc(n)をそのまま復元信号サンプルyr(n)とすることにより、復元信号Yrを生成するクリッピング復元部と、
上記復元信号を周波数領域の周波数領域復元信号に変換する収音側周波数領域変換部と、
上記周波数領域復元信号から擬似エコー信号を差し引いた差信号を生成する差信号生成部と、
受話端に入力されたスピーカで再生される受話信号を周波数領域の周波数領域受話信号に変換する受話側周波数領域変換部と、
上記差信号と上記周波数領域受話信号とを入力として擬似エコー信号を生成する適応フィルタ部と、
上記差信号を時間領域の信号に変換して送話端に出力する時間領域変換部と、
を具備する反響消去装置。 - 入力された所定のナイキスト周波数を有するディジタル収音信号Ycに含まれる各サンプルをyc(n)(nはサンプル番号)とし、復元信号Yrに含まれる各サンプルをyr(n)としたとき、
ディジタル収音信号サンプルyc(n)が所定の上限値ymax1または所定の下限値−ymax2である場合には、yc(n−A)からyc(n+B)まで(A,Bは予め定めた正の整数)のディジタル収音信号を、上記ナイキスト周波数の半分の周波数を通過帯域幅とするローパスフィルタのyc(n)に対応する位置の値が0であるフィルタを通過させて得られたサンプル列のうちyc(n)に対応するサンプルを復元信号サンプルyr(n)とし、上記以外の場合には、ディジタル収音信号サンプルyc(n)をそのまま復元信号サンプルyr(n)とすることにより、復元信号Yrを生成するクリッピング復元部と、
上記復元信号を周波数領域の周波数領域復元信号に変換する収音側周波数領域変換部と、
上記周波数領域復元信号から擬似エコー信号を差し引いた差信号を生成する差信号生成部と、
受話端に入力されたスピーカで再生される受話信号を周波数領域の周波数領域受話信号に変換する受話側周波数領域変換部と、
上記差信号と上記周波数領域受話信号とを入力として擬似エコー信号を生成する適応フィルタ部と、
上記差信号を時間領域の信号に変換して送話端に出力する時間領域変換部と、
を具備する反響消去装置。 - 請求項1又は2に記載した反響消去装置において、
上記クリッピング復元部は、上記復元信号サンプルの振幅を調整するスケールファクターも出力するものであり、
上記スケールファクターの値を用いて上記周波数領域復元信号の振幅を増幅する乗算部を更に備えることを特徴とする反響消去装置。 - 請求項1又は2に記載した反響消去装置において、
上記クリッピング復元部は、上記復元信号サンプルの振幅を調整するスケールファクターも出力するものであり、
上記スケールファクターの値を用いて上記受話信号の振幅を減衰させる受話側乗算部と、
上記スケールファクターの値を用いて上記差信号を増幅させて送話端に出力する送話側乗算部と、
を更に備えることを特徴とする反響消去装置。 - 請求項1乃至4の何れかに記載した反響消去装置において、
アナログ収音信号をディジタル収音信号に変換するAD変換器を更に有し、
上記所定の上限値と上記所定の下限値は、それぞれ、上記AD変換器が出力可能なディジタル信号サンプルの上限値と下限値であることを特徴とする反響消去装置。 - 請求項1乃至4の何れかに記載した反響消去装置において、
上記所定の上限値と上記所定の下限値は、それぞれ、ディジタル収音信号を生成したAD変換器が出力可能なディジタル信号サンプルの上限値と下限値であることを特徴とする反響消去装置。 - 請求項1乃至6の何れかに記載した反響消去装置において、
上記クリッピング復元部は、
上記復元信号サンプルの振幅の絶対値が、上記復元信号サンプルに対応する上記ディジタル収音信号サンプルの値の絶対値をスケールファクターの値で除算した値を下回った場合に、当該復元信号サンプルの振幅を当該復元信号サンプルに対応する上記ディジタル収音信号サンプルの値に戻すことを特徴とする反響消去装置。 - 入力されたディジタル収音信号Ycに含まれる各サンプルをyc(n)(nはサンプル番号)とし、復元信号Yrに含まれる各サンプルをyr(n)としたとき、
ディジタル収音信号サンプルyc(n)が所定の上限値ymax1または所定の下限値−ymax2である場合には、
により求まるyr(n)を復元信号サンプルとし、
上記以外の場合には、ディジタル収音信号サンプルyc(n)をそのまま復元信号サンプルyr(n)とすることにより、復元信号Yrを生成するクリッピング復元過程と、
上記復元信号を周波数領域の周波数領域復元信号に変換する収音側周波数領域変換過程と、
上記周波数領域復元信号から擬似エコー信号を差し引いた差信号を生成する差信号生成過程と、
受話端に入力されスピーカで再生される受話信号を周波数領域の周波数領域受話信号に変換する受話側周波数領域変換過程と、
上記差信号と上記周波数領域受話信号とを入力として擬似エコー信号を生成する適応フィルタ過程と、
上記差信号を時間領域の信号に変換して送話端に出力する時間領域変換過程と、
を具備する反響消去方法。 - 入力された所定のナイキスト周波数を有するディジタル収音信号Ycに含まれる各サンプルをyc(n)(nはサンプル番号)とし、復元信号Yrに含まれる各サンプルをyr(n)としたとき、
ディジタル収音信号サンプルyc(n)が所定の上限値ymax1または所定の下限値−ymax2である場合には、yc(n−A)からyc(n+B)まで(A,Bは予め定めた正の整数)のディジタル収音信号を、上記ナイキスト周波数の半分の周波数を通過帯域幅とするローパスフィルタのyc(n)に対応する位置の値が0であるフィルタを通過させて得られたサンプル列のうちyc(n)に対応するサンプルを復元信号サンプルyr(n)とし、上記以外の場合には、ディジタル収音信号サンプルyc(n)をそのまま復元信号サンプルyr(n)とすることにより、復元信号Yrを生成するクリッピング復元過程と、
上記復元信号を周波数領域の周波数領域復元信号に変換する収音側周波数領域変換過程と、
上記周波数領域復元信号から擬似エコー信号を差し引いた差信号を生成する差信号生成過程と、
受話端に入力されスピーカで再生される受話信号を周波数領域の周波数領域受話信号に変換する受話側周波数領域変換過程と、
上記差信号と上記周波数領域受話信号とを入力として擬似エコー信号を生成する適応フィルタ過程と、
上記差信号を時間領域の信号に変換して送話端に出力する時間領域変換過程と、
を具備する反響消去方法。 - 請求項8又は9に記載した反響消去方法において、
上記クリッピング復元過程は、上記復元信号サンプルの振幅を調整するスケールファクターも出力するものであり、
上記スケールファクターの値を用いて上記周波数領域復元信号の振幅を増幅する乗算過程を更に備えることを特徴とする反響消去方法。 - 請求項8乃至10の何れかに記載した反響消去方法において、
アナログ収音信号をディジタル収音信号に変換するAD変換過程を更に有し、
上記所定の上限値と上記所定の下限値は、それぞれ、上記AD変換過程で扱うことのできるディジタル信号サンプルの上限値と下限値であることを特徴とする反響消去方法。 - 請求項8乃至10の何れかに記載した反響消去方法において、
上記所定の上限値と上記所定の下限値は、それぞれ、ディジタル収音信号を生成したAD変換過程で扱うことのできるディジタル信号サンプルの上限値と下限値であることを特徴とする反響消去方法。 - 請求項8乃至12の何れかに記載した反響消去方法において、
上記クリッピング復元過程は、
上記復元信号サンプルの振幅の絶対値が、上記復元信号サンプルに対応する上記ディジタル収音信号サンプルの値の絶対値をスケールファクターの値で除算した値を下回った場合に、当該復元信号サンプルの振幅を当該復元信号サンプルに対応する上記ディジタル収音信号サンプルの値に戻すことを特徴とする反響消去方法。 - 請求項1乃至7の何れかに記載した反響消去装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
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JP2011025355A JP5526053B2 (ja) | 2011-02-08 | 2011-02-08 | 反響消去方法とその装置とプログラム |
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