JP6635211B1 - エコーキャンセラおよびｉｐ電話機 - Google Patents

Abstract

【課題】回線エコーキャンセラが本来のエコーキャンセルしたい音声以外の音声（無音や保留音など）でのエコーキャンセルのための学習を阻止し、通話品質の劣化を阻止し得る技術を提供することを目的とする。【解決手段】回線エコーを検出し、当該回線エコーをキャンセルする機能を有する回線エコーキャンセラを備えたエコーキャンセラにおいて、通話相手のマイクからの入力音、及び／又は保留音を検出する音声検出手段を設け、音声検出手段が、無音、及び／又は保留音を検出した場合、回線エコーキャンセラにおけるエコーキャンセル学習を停止するエコーキャンセラおよびエコーキャンセラを備えたＩＰ電話機。【選択図】図１

Description

本発明は、エコーキャンセラおよびＩＰ電話機に関し、特に回線エコーを除去する機能を有するエコーキャンセラおよび回線エコーを除去する機能を有するエコーキャンセラを備えたＩＰ電話機に関する。

音響エコーをキャンセルする技術として、特開平１０−４１８６０号公報（特許文献１）がある。この公報には、「音響エコーが重畳されたアナログ入力送話信号から擬似エコー信号を差し引いて送話信号を出力するアナログ減算器と、該アナログ減算器の出力をディジタル変換する第１のＡ／Ｄ変換器と、通話相手からのアナログ入力受話信号をディジタル変換する第２のＡ／Ｄ変換器と、該第１のＡ／Ｄ変換器と第２のＡ／Ｄ変換器のディジタル出力から残留エコーのインパルスレスポンスを推定しタップ係数を算出するタップ係数算出器と、前記アナログ入力受話信号をシフトレジスタで遅延させて得られる複数のタップ出力を前記タップ係数算出器から得られるタップ係数によって重み付けした後加算した重み付け合成出力を前記擬似エコーとして前記アナログ減算器に入力する擬似エコー発生器とが備えられたことを特徴とするエコーキャンセラ」という記載がある。
また、ＩＰ電話機は、音声の「遅延」や「ゆらぎ」により、回線エコーが発生することは知られている。

特開平１０−４１８６０号公報

従来は、電話機に備える回線エコーは、２本の線路で送受を行う２線式回線と送受各々に別の線路を用いる４線式回線の接続部、つまり、２線−４線変換部分（ハイブリットトランス）で発生する。つまり、この回線は、ドアホンとの線路の回線にも利用させており、２線式回線と４線式回線の接続部の２線−４線変換部分（ハイブリットトランス）には、ハイブリッドコイルが用いられる。したがって、２線式回線と４線式回線の接続点におけるインピーダンス不整合により受話信号（音声信号）の一部が送話路へ漏れ込む。この漏れによる反射がエコーと呼ばれ、通話者は遅延を伴った自分のエコーを聞きながら話すことになり、話しづらく通話がスムーズに進まなくなる。
特に、ＩＰ電話機の場合は、音声をパケット化した音声データにて通信するものであり、アナログ電話機に比べると、遅延が大きい。またＩＰ回線を利用したＶＰＮ接続時は、さらに、遅延が大きくなり、通話がスムーズに行えないという問題があった。

係るエコーの問題に対し、従来は、例えば、特許文献１のようにエコーサプレッサが用いられてきた。しかし、エコーサプレッサは、スイッチ動作によりエコーを抑圧しているため、通話相手（話し相手）の音声の一部が途切れたり、エコーが漏れたりする場合があり、通話品質の面で劣化は避けられない。そこで、これらの欠点を原理的に解決するため、近年ではエコーキャンセラが用いられている。
しかし、エコーキャンセラを用いた場合、通話相手側の環境や、操作により回線エコーキャンセラが、本来のキャンセルしたい音声に対して学習すべきところ、キャンセルしたい音声以外の音、例えば、無音や保留音などの状態でエコーキャンセルのための学習動作をすることがあり、この場合、エコーキャンセラから残留エコーが発生し、通話品質の劣化が避けられないという新たな課題があった。そのための新たな解決策が必要となる。

特許文献１では、回線エコーキャンセラにおける上述した課題については何ら考慮されていない。そのため、「インパルス応答時間の長い音響エコーをキャンセルするための演算処理量の多い擬似エコーを生成する回路規模を小さくし処理時間を短縮して低消費電力化を図る」という効果に留まる。

そこで、本発明では、本来のエコーキャンセルしたい音声以外の音（無音や保留音など）でのエコーキャンセル学習を阻止し、通話品質の劣化を阻止し得る技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、代表的な本発明のエコーキャンセラおよびＩＰ電話機の一つは、
通話相手（話し相手）がマイクからの入力音を無音状態、及び保留音状態とした場合、回線エコーキャンセラにおけるエコーキャンセラ学習を停止する手段を設けたものである。

本発明によれば、回線エコーキャンセラとして、本来のキャンセルしたい音声に対して、エコーキャンセラ学習し、それ以外の音声に対しては、エコーキャンセラ学習を停止させることでエコーキャンセラの特性を最大限に引き出すことができ、残留エコーを小さくすることができる。

本発明のＩＰ電話機におけるエコーキャンセラの構成例（実施例１）を示すブロック図。 本発明のＩＰ電話機におけるエコーキャンセラの他構成例（実施例２）を示すブロック図。 本発明のＩＰ電話機におけるエコーキャンセラの他構成例（実施例３）を示すブロック図。

以下、実施例について図面を参照して説明する。

図１は、本発明のＩＰ電話機におけるエコーキャンセラの構成例を示すブロック図である。

エコーキャンセラを動作させるにあたり、通話相手（話し相手）がマイクからの入力音をミュートしたり、マイクの穴をふさぐなどの行為を行うと、その間、受信系伝送路（以下、受話路と称する）における受話信号は、「無音」状態、つまり、マイクから入力される音は無音になる。この場合、エコーキャンセラは、受話信号がスピーカからマイクに戻る、戻り音声（回線エコー）に対してエコーキャンセラ学習を実行する。この「無音」状態のとき、エコーキャンセラに無音の数値０（フィルタ係数）が入力されると、エコーキャンセルのための学習をしているエコーキャンセラにおける適応フィルタが誤ったエコーキャンセルのための学習をすることになる。すると、エコーキャンセラの適応フィルタにより除去できなかった残留エコーが出力され、この残留エコーが受話路に漏れ、その結果として、エコーキャンセラ１０２０の特性が悪くなるという課題があった。

本発明は、係る課題に鑑み、エコーキャンセラ１０２０の回線エコーキャンセル回路１６２０において、回線エコーをキャンセルする際、受話路から「無音」の数値が入力された場合には、回線エコーキャンセル回路１６２０におけるエコーキャンセルのための学習を停止するものである。以下、ＩＰ電話機を例にして説明する。

ＩＰ電話機１は、マイク１１、Ａ／Ｄ変換器１２、Ｄ／Ａ変換器１９、スピーカ２１、通信部１４、エコーキャンセラ１０２０を有する。ＩＰ電話機１は、その他に、図示していないが、ＩＰ電話機１を構成するＩＰ電話処理部、主制御部、インターフェース部などを含み、これらは周知なので詳細説明は省略する。

Ａ／Ｄ変換器１２は、送信系伝送路（以下、送話路と称する）の発話信号、つまり、マイク１１からのマイク入力信号であるアナログ音声信号をディジタル音声信号に変換し、エコーキャンセラ１０２０に出力する。

Ｄ／Ａ変換器１９は、受話路の受話信号、つまり、音声通信系のＩＰ回線網から通信部１４を介して受信した受信信号であるディジタル音声信号をアナログ音声信号に変換し、スピーカ２１に出力する。

マイク１１、Ａ／Ｄ変換器１２、エコーキャンセラ１０２０の演算処理部１３、通信部１４は、送信系伝送路、つまり、送話路を構成する。そして、マイク１１の発話信号（マイク入力信号）は、Ａ／Ｄ変換器１２、エコーキャンセラ１０２０の演算処理部１３、通信部１４を介して音声通信系（ＩＰ回線網）に送信される。

通信部１４、エコーキャンセラ１０２０の演算処理部２０、Ｄ／Ａ変換器１９は、受信系伝送路、つまり、受話路を構成する。そして、通信部１４にて受信した受話信号（通信相手先のマイク入力信号）は、通信部１４、エコーキャンセラ１０２０の演算処理部２０、Ｄ／Ａ変換器１９を介してスピーカ２１に出力される。

エコーキャンセラ１０２０は、エコーキャンセラ処理を行う機能を有し、マイク１１からの音響エコーをキャンセルする音響エコーキャンセル回路１３１５、通信先において発生した受話路における回線エコーをキャンセルする回線エコーキャンセル回路１６２０、受話路の音声を検出し、例えば、通話相手から音声が検出できない無音状態を検出した場合、回線エコーキャンセル回路１６２０における学習を停止するように制御する音声検出・制御回路１７１８を有する。
音響エコーとは、スピーカ２１からの出力信号がマイク１１に戻ることが原因で起こる現象である。回線エコーとは、マイク１１からのマイク入力信号が通話相手のスピーカ、マイクを経由して戻るエコーであり、このエコーは、音声の「遅延」や「ゆらぎ」などが原因で起きる現象である。

音響エコーキャンセル回路１３１５は、音響エコーキャンセラ部１５、演算処理部１３を含む。

音響エコーキャンセラ部１５は、例えば、周知の適応フィルタからなり、演算処理部１３からの出力信号（マイク入力信号ａ）と演算処理部２０からの出力信号（受信音声信号）をもとに音響エコーをキャンセルするための音響エコーに相当する信号ａ’（推定音響エコー成分）を生成し、推定音響エコー成分を演算処理部１３に出力する。

演算処理部１３は、減算器からなり、Ａ／Ｄ変換器１２からのディジタル音声信号（音響エコー成分を含むマイク入力信号ａ）と音響エコーキャンセラ部１５からの音響エコーに相当する信号ａ’（推定音響エコー成分）を減算処理（マイク入力信号ａ−音響エコーに相当する信号ａ）して、マイク入力信号ａから音響エコー成分を除去し、マイク１１からのマイク入力信号を通信部１４および音響エコーキャンセラ部１５、回線エコーキャンセラ部１６に出力する。

回線エコーキャンセル回路１６２０は、回線エコーキャンセラ部１６、演算処理部２０を含む。

回線エコーキャンセラ部１６は、エコーキャンセルするための学習を行う機能を有し、例えば、周知の適応フィルタからなり、演算処理部１３の出力音声信号（マイク入力音声信号）とレベル判定部１７の出力信号（レベル判定結果）をもとに回線エコーをキャンセルするための回線エコーに相当する信号ｂ’（推定回線エコー成分）を生成し、推定回線エコー成分を演算処理部２０に出力する。
適応フィルタのフィルタ係数は、経路の伝達を表し、伝達関数と呼ばれ、H(n)などと関数として表現される。

演算処理部２０は、減算器からなり、通信部１４を介して受信した通話相手からのディジタル音声信号（回線エコー成分を含む受信信号ｂと回線エコーキャンセラ部１６からの回線エコーに相当する信号ｂ’（推定エコー成分））を減算処理（ディジタル音声信号ｂ−回線エコーに相当する信号ｂ’）して、受信信号ｂから回線エコー成分を除去し、つまり、エコーキャンセラ処理を行って受信信号をＤ／Ａ変換器１９および音響エコーキャンセラ部１５に出力する。

音声検出・制御回路１７１８は、通話相手のマイクから入力される音声を検出し、検出した音声のレベルを判定するレベル判定部１７を有する。レベル判定部１７は、通信部１４の受話路における受話信号（回線エコーを含む音声信号）を検出し、そのレベルを判定し、つまり、受話路における受話信号（音声信号）のレベルが予め設定された所定のレベル以下にあるか否かを判定し、その結果を回線エコーキャンセラ部１６に出力する。

ここで、受話路における受話信号（音声信号）のレベルが所定のレベル以下の場合、レベル判定部１７は、「無音」状態と判定する。
このとき、回線エコーキャンセラ部１６は、レベル判定部１７の判定結果を受け、「無音」状態の場合には、回線エコーキャンセラ部１６におけるエコーキャンセルのための学習を停止する。その他の場合は、通常通りの回線エコーキャンセラ学習を実行する。

以上述べた実施例によれば、エコーキャンセラとして、本来のキャンセルしたい音声に対して学習し、換言すれば、キャンセルしたい音声でない音声（無音状態）に対してエコーキャンセルのための学習をしないようにすることにより、エコーキャンセラの特性を最大限に引き出すことができ、回線エコーキャンセラ１６２０から出力される残留エコーの低減を図ることができる。

図２は、本発明のＩＰ電話機におけるエコーキャンセラの他構成例を示すブロック図である。

本実施例は、通話中に相手（通話先相手）が、保留状態とした場合における以下の課題を是正するものである。
通話中に相手（通話先相手）が、保留状態とした場合、ＩＰ電話機１は、通話先から保留音を受信することになる。
このとき、実施例１と同様にエコーキャンセラ１０２０は、話者のマイク音声がスピーカ２１を経てマイク１１に戻る、戻り音声（エコー）をキャンセルするキャンセラ処理を行う。このとき、エコーキャンセラ１０２０の回線エコーキャンセラ部１６に無音の数値０（フィルタ係数）が入力されると、上述したようにエコーキャンセルのための学習している回線エコーキャンセラ部１６の適応フィルタが間違ったエコーキャンセルのための学習をする。このため、エコーキャンセラ１０２０（回線エコーキャンセラ部１６）の特性が悪くなる。

係る課題を是正するため、本実施例では、音声検出・制御回路１７１８にレベル判定部１７とは別に、通話相手の保留音発生部（図示せず）からの保留音、例えば、音楽を検出する保留音（音楽）検出部１７’を設け、保留音（音楽）検出部１７’で保留音（音楽）を検出した場合、回線エコーキャンセラ部１６におけるエコーキャンセルのための学習を停止するものである。

これにより、通話中に相手が、保留状態とした場合でも、実施例１と同様な効果を期待することができる。

図３は、本発明のＩＰ電話機におけるエコーキャンセラの他構成例を示すブロック図である。

本実施例は、通話中に話者からの入力音声が小さい場合における以下の課題を是正するものである。
通話中にマイク１１から入力される話者の入力音声、つまり、通話相手のＩＰ電話機を経由して戻る音声が小さい場合、パラメータとなる音声データの変動が少ないため、エコーキャンセルのための学習に時間を要する。その是正方法として、入力音声が一定以上の音量になるように制御する手段を設けたり、あるいは、自動利得制御回路（ＡＧＣ）などを用いて自動調整することが考えられる。
しかし、これらの方法では、音声の抑揚部分まで補正してしまう問題が発生する。このため、エコーキャンセラ１０２０の回線エコーキャンセル回路１６２０におけるエコーキャンセルのための学習に対しては、エコーキャンセルのための学習が遅れることにより、エコーリターンが聞こえてしまう新たな課題があった。

係る課題を是正するため、本実施例では、受話路が無音状態、及び／又は通話中に話者からの入力音声が小さい場合、それらの時間を計測し、判定する時間判定部１８を含む時間計測・判定回路１８００を設けたものである。

時間判定部１８は、通信部１４の受話路における受話信号（音声信号）、つまり、通話中に話者からの音声が予め設定した所定値よりも小さい音声の時間を判定し、その結果を回線エコーキャンセラ部１６に出力する。

このとき、利用するＩＰ電話機１の話者が一人で特定できるならば、回線エコーキャンセラ部１６は、最後に通話した時の音声信号（音声データ）を内蔵したメモリ（図示せず）などに保持しておく。

このことにより、通話中に話者からの音声が規定値よりも小さい場合、回線エコーキャンセラ部１６の過去のフィルタ係数（フィルタを計算するためには、フィルタ係数分だけの過去の入力値を保存）から学習をスタートさせることでエコーキャンセルのための学習を早く収束することができ、残留エコーの低減を図ることができる。なお、フィルタ係数（タップ数）は、Ｎ個ある場合は、ｈ[Ｎ]で表され、ある入力に対する出力の予想を示している。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１１ マイク
１２ Ａ／Ｄ変換器
１３ 演算処理部
１４ 通信部
１５ 音響エコーキャンセラ部
１６ 回線エコーキャンセラ部
１７ レベル判定部
１７’ 保留音（音楽）検出部
１８ 時間判定部
１９ Ｄ／Ａ変換部
２０ 演算処理部
２１ スピーカ
１０２０ エコーキャンセラ
１３１５ 音響エコーキャンセル回路
１６２０ 回線エコーキャンセル回路
１７１８ 音声検出回路
１８００ 時間計測・判定回路

Claims (4)

1. 回線エコーを検出し、当該回線エコーをキャンセルする機能を有する回線エコーキャンセラを備えたエコーキャンセラにおいて、
   前記回線エコーキャンセラの受話路側における通話相手からの音声、及び保留音を検出する音声検出手段を設け、
   前記音声検出手段は、
   前記回線エコーキャンセラの受話路における受話信号を検出するレベル判定部と、通話相手の保留音発生部からの保留音を検出する保留音検出部を含み、
   前記レベル判定部が通話相手からの音声が無音を検出した場合、前記回線エコーキャンセラにおけるエコーキャンセルのための学習を停止し、かつ、前記保留音検出部が、通話相手からの保留音を検出した場合、前記回線エコーキャンセラにおけるエコーキャンセルのための学習を停止することを特徴とするエコーキャンセラ。
2. 請求項１に記載されたエコーキャンセラにおいて、
   前記回線エコーキャンセラは、回線エコーキャンセラ部と演算処理部を有し、
   前記音声検出手段は、通話相手からの音声のレベルを判定するレベル判定部を有し、
   前記回線エコーキャンセラ部は、
   前記演算処理部のマイク入力音声信号と前記レベル判定部の出力信号をもとに回線エコーをキャンセルするための回線エコーに相当する信号を生成し、当該回線エコーに相当する信号を前記演算処理部に出力し、
   前記レベル判定部は、
   前記受話路における通話相手からの音声を検出するとともに、当該通話相手からの音声のレベルを判定し、その結果を回線エコーキャンセラ部に出力し、
   前記演算処理部は、
   前記通話相手音声の回線エコー成分を含む受信信号と前記回線エコーキャンセラ部からの回線エコーに相当する信号を減算処理して、前記受信信号から回線エコー成分を除去する
   ことを特徴とするエコーキャンセラ。
3. 回線エコーを検出し、当該回線エコーをキャンセルする機能を有する回線エコーキャンセラを備え、
   前記回線エコーキャンセラの受話路側における通話相手からの音声、及び／又は保留音を検出する音声検出手段を設け、
   前記音声検出手段が、通話相手からの音声が無音、及び／又は保留音を検出した場合、前記回線エコーキャンセラにおけるエコーキャンセルのための学習を停止するエコーキャンセラにおいて、
   さらに、通話相手からの通話時間を計測し、判定する時間判定部を含む時間計測・判定手段を有し、
   前記時間判定部は、
   前記受話路における通話相手からの音声が無音状態、及び／又は予め設定された所定値よりも小さい音声の通話時間を判定し、その結果を回線エコーキャンセラ部に出力し、
   利用するＩＰ電話機の話者が特定できるとき、最後に通話した時の通話相手からの音声データを前記回線エコーキャンセラ部に内蔵したメモリに保持しておき、通話中に通話相手からの音声が規定値よりも小さい場合、前記回線エコーキャンセラ部の過去のフィルタ係数からエコーキャンセルのための学習をスタートさせる
   ことを特徴とするエコーキャンセラ。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載されたエコーキャンセラを内蔵したＩＰ電話機。

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