JPH07202765A - 適応フィルタによるシステム同定の方法および装置 - Google Patents

適応フィルタによるシステム同定の方法および装置

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JPH07202765A
JPH07202765A JP5334106A JP33410693A JPH07202765A JP H07202765 A JPH07202765 A JP H07202765A JP 5334106 A JP5334106 A JP 5334106A JP 33410693 A JP33410693 A JP 33410693A JP H07202765 A JPH07202765 A JP H07202765A
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error signal
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晃宏 平野
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  • Signal Processing (AREA)
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  • Filters That Use Time-Delay Elements (AREA)
  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 雑音が混入しても正確なフィルタ係数更新が
可能なシステム同定方法および装置を提供することにあ
る。 【構成】 参照入力信号１を処理して出力信号５を得る
適応フィルタ１０１と、観測信号３から出力信号５を差
し引く減算器１０２と、参照入力信号１のパワーを推定
するパワー推定回路１０３と、参照入力信号パワーに基
づいてステップサイズを決定するステップサイズ決定回
路１０４から構成され、ステップサイズ決定回路１０４
は、参照入力信号パワーがしきい値以下では単調増加し
しきい値以上では単調減少するようなステップサイズを
生成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、エコーキャンセラやノ
イズキャンセラなどにおいて、適応フィルタを用いて未
知システムの特性を推定する方法および装置に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】適応フィルタを用いて未知システムの特
性を推定する方法および装置としては、ＩＥＥＥ ｔｒ
ａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃ
ｏｎｔｒｏｌ，Ｖｏｌ．ＡＣ−１２，Ｎｏ．３，ｐｐ．
２８２−２８７，１９６７，ＵＳＡ（以下文献１）に記
載されている学習同定法に基づくトランスバーサル形適
応フィルタが広く用いられている。ここでは、学習同定
法に基づくトランスバーサル形適応フィルタを音響エコ
ーキャンセラに応用した場合を例にとって、その動作原
理を説明する。
【０００３】図２０に、学習同定法に基づく音響エコー
キャンセラのブロック図を示す。システム同定装置は、
エコーキャンセラ１００として用いられている。参照入
力信号１はスピーカ１０で音響信号に変換され、未知シ
ステムである音響経路１１を伝搬してマイク１２に到達
して音響エコーとなる。マイク１２は、前記エコーに雑
音２が加えられたものを電気信号に変換し、観測信号３
とする。適応フィルタ１０１は、参照入力信号１とフィ
ルタ係数の畳み込み演算を行い、結果を出力信号５とし
て、減算器１０２に供給する。減算器１０２は、前記観
測信号３から前記適応フィルタの出力信号５を差し引
き、減算結果である誤差信号４をエコーキャンセラ１０
０の出力信号とするとともに、適応フィルタ１０１に供
給する。パワー推定回路１０３は、参照入力信号１のパ
ワーを推定し、推定結果を除算器１１５に供給する。除
算器１１５は、レジスタ１１４に格納された正の定数μ
0 を前記パワーの推定値で除したものをステップサイズ
１０５とする。適応フィルタ１０１は、除算器１１５か
ら供給されるステップサイズ１０５と参照入力信号１お
よび誤差信号４を用いて、誤差信号４を最小とするよう
にフィルタ係数を更新する。
【０００４】以上の処理を数式で示すと、以下のように
なる。未知システム１１のインパルス応答をｈi （ｉ＝
０，．．．，Ｎ−１）、時刻ｔにおける参照入力信号１
をｘ（ｔ）、雑音２をｎ（ｔ）、観測信号３をｄ（ｔ）
とする。参照入力信号ｘ（ｔ）、雑音ｎ（ｔ）、観測信
号ｄ（ｔ）の関係は、
【０００５】
【数１】
【０００６】で与えられる。適応フィルタ１０１のタッ
プ数をＮ、フィルタ係数をｗi （ｔ）（ｉ＝
０，．．．，Ｎ−１）とすると、適応フィルタの出力信
号ｙ（ｔ）は、
【０００７】
【数２】
【０００８】である。（１）および（２）式より、誤差
信号ｅ（ｔ）は、
【０００９】
【数３】
【００１０】となる。フィルタ係数ｗi （ｔ）の更新
は、ステップサイズμ（ｔ）を用いると、 ｗi （ｔ＋１）＝ｗi （ｔ）＋μ（ｔ）ｅ（ｔ）ｘ（ｔ−ｉ） （４） となる。ステップサイズμ（ｔ）は、
【００１１】
【数４】
【００１２】で与えられる。ここで、Ｐx （ｔ）は
【００１３】
【数５】
【００１４】で求められる参照入力信号ｘ（ｔ）のパワ
ーであり、μ0 は ０＜μ0 ＜２ （７） なる定数である。
【００１５】学習同定法は、誤差信号ｅ（ｔ）を用いて
フィルタ係数を修正している。
【００１６】（３）式より、誤差信号ｅ（ｔ）は、シス
テム同定誤差ｈi −ｗi （ｔ）の他に、雑音ｎ（ｔ）を
含んでいることがわかる。雑音ｎ（ｔ）が未知システム
の出力に比べて十分小さいときには、学習同定法を用い
て、フィルタ係数を正しく修正し、未知システムの特性
を同定できる。しかしながら、雑音ｎ（ｔ）が大きくな
ると、フィルタ係数を正しく修正できないという問題が
ある。
【００１７】さらに、参照入力信号ｘ（ｔ）が音声のよ
うな非定常信号である場合には、雑音ｎ（ｔ）が比較的
小さくても、フィルタ係数を正しく修正できない場合が
ある。これは、以下のような原因であると考えられる。
ステップサイズμ（ｔ）は参照入力信号のパワーＰ
x （ｔ）に反比例するため、参照入力信号ｘ（ｔ）が非
常に小さい場合にはμ（ｔ）は非常に大きくなる。さら
に、未知システム１１の出力信号は非常に小さく、誤差
信号ｅ（ｔ）は雑音ｎ（ｔ）を多く含むようになる。し
たがって、未知システムの同定誤差ｈi −ｗi （ｔ）で
はなく雑音ｎ（ｔ）を用いてフィルタ係数ｗi （ｔ）を
大きく更新することになり、フィルタ係数を正しく更新
できないと考えられる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】以上、図２０を用いて
説明したように、学習同定法に基づく適応フィルタに
は、雑音が大きい時にはフィルタ係数を正しく修正でき
ないという問題があった。本発明の目的は、雑音が大き
い環境下においてもフィルタ係数を正しく更新できる、
適応フィルタを用いたシステム同定の方法および装置を
提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、参照入力
信号を適応フィルタで処理して得られた出力信号を未知
システムの出力信号と雑音が混在する観測信号から差し
引いて誤差信号を求め、前記適応フィルタの係数を、少
くとも前記誤差信号と前記参照入力信号およびステップ
サイズを用いて前記誤差信号を最小とするように修正す
ることによって未知システムの特性を推定する際に、前
記参照入力信号のパワーを推定し、前記参照入力信号パ
ワーが第１のしきい値と一致するときに最大値をとり、
前記第１のしきい値以下では単調増加し、前記第１のし
きい値以上では単調減少するような関数に基づいて前記
参照入力信号パワーを処理して得られた値を前記ステッ
プサイズとして用いることを特徴としている。
【００２０】第２の発明は、第１の発明において前記第
１のしきい値を定める際に、前記適応フィルタの出力信
号と前記参照入力信号のうち少くとも一方と前記誤差信
号を用いて前記観測信号に混入する雑音レベルを推定
し、前記雑音レベルに応じて前記第１のしきい値を制御
することを特徴としている。
【００２１】第３の発明は、第１の発明において前記第
１のしきい値を定める際に、前記適応フィルタの出力信
号と前記参照入力信号のうち少くとも一方と前記誤差信
号を用いて前記観測信号に混入する雑音レベルを推定
し、前記適応フィルタ係数を用いて前記未知システムの
利得を推定し、前記雑音レベルおよび前記未知システム
の利得に応じて前記第１のしきい値を制御することを特
徴としている。
【００２２】第４の発明は、第１の発明において前記第
１のしきい値および前記ステップサイズの最大値を定め
る際に、前記適応フィルタの出力信号と前記参照入力信
号のうち少くとも一方と前記誤差信号を用いて前記観測
信号に混入する雑音レベルを推定し、前記雑音レベルに
応じて前記第１のしきい値および前記ステップサイズの
最大値を制御することを特徴としている。
【００２３】第５の発明は、第１の発明において前記第
１のしきい値および前記ステップサイズの最大値を定め
る際に、前記適応フィルタの出力信号と前記参照入力信
号のうち少くとも一方と前記誤差信号を用いて前記観測
信号に混入する雑音レベルを推定し、前記適応フィルタ
係数を用いて前記未知システムの利得を推定し、前記雑
音レベルおよび前記未知システムの利得に応じて前記第
１のしきい値および前記ステップサイズの最大値を制御
することを特徴としている。
【００２４】第６の発明は、第２、３、４、５の発明に
おいて前記雑音レベルを推定する際に、前記適応フィル
タの出力信号のレベルが第２のしきい値より小さい場合
にのみ前記雑音レベルの推定値を更新し、そうでない場
合は直前の値を保持することを特徴としている。
【００２５】第７の発明は、第６の発明において前記雑
音レベルを推定する際に、前記第２のしきい値を前記誤
差信号のレベルに応じて制御することを特徴としてい
る。
【００２６】第８の発明は、第２、３、４、５の発明に
おいて前記雑音レベルを推定する際に、前記参照入力信
号のレベルが第３のしきい値より小さい場合にのみ前記
雑音レベルの推定値を更新し、そうでない場合は直前の
値を保持することを特徴としている。
【００２７】第９の発明は、第８の発明において前記雑
音レベルを推定する際に、前記第３のしきい値を前記誤
差信号のレベルに応じて制御することを特徴としてい
る。
【００２８】第１０の発明は、第２、３、４、５の発明
において前記雑音レベルを推定する際に、前記雑音レベ
ルの推定値に第１の係数を乗じたものと前記誤差信号の
レベルに第２の係数を乗じたものを加えることによって
前記雑音レベルの新しい推定値を計算し、前記第１およ
び第２の係数を前記適応フィルタの出力信号のレベルと
前記参照信号のレベルのうち少くとも一方と前記誤差信
号のレベルに応じて制御することを特徴としている。
【００２９】第１１の発明は、参照入力信号を適応フィ
ルタで処理した結果を未知システムの出力信号と雑音が
混在した観測信号から差し引いて誤差信号を求め、前記
誤差信号に基づいて適応フィルタの係数を修正すること
によって未知システムの特性を推定するシステム同定装
置であって、少くとも前記参照入力信号とフィルタ係数
を用いて出力信号を得る適応フィルタと、前記適応フィ
ルタの出力信号を未知システムの出力信号と雑音が混在
する観測信号から差し引いて誤差信号を求め、前記誤差
信号を適応フィルタに供給する減算器と、前記参照入力
信号のパワーを推定し、推定結果をステップサイズ決定
回路に供給するパワー推定回路と、前記参照入力信号の
パワーに基づいて前記ステップサイズを計算して前記適
応フィルタに供給するステップサイズ決定回路とを少く
とも具備し、前記ステップサイズ決定回路は前記参照信
号パワーが第１のしきい値以下では単調増加し前記第１
のしきい値以上では単調減少するようなステップサイズ
を生成し、前記適応フィルタは前記適応フィルタの係数
を、少くとも前記誤差信号と前記参照入力信号および前
記ステップサイズを用いて、前記誤差信号を最小とする
ように修正することによって未知システムの特性を推定
することを特徴としている。
【００３０】第１２の発明は、参照入力信号を適応フィ
ルタで処理した結果を未知システムの出力信号と雑音が
混在した観測信号から差し引いて誤差信号を求め、前記
誤差信号に基づいて適応フィルタの係数を修正すること
によって未知システムの特性を推定するシステム同定装
置であって、少くとも前記参照入力信号とフィルタ係数
を用いて出力信号を得る適応フィルタと、前記適応フィ
ルタの出力信号を未知システムの出力信号と雑音が混在
する観測信号から差し引いて誤差信号を求め、前記誤差
信号を適応フィルタに供給する減算器と、前記参照入力
信号のパワーを推定し、推定結果をステップサイズ決定
回路に供給するパワー推定回路と、前記適応フィルタの
出力信号と前記参照入力信号のうち少くとも一方と前記
誤差信号を用いて前記観測信号に混入する雑音レベルを
推定し、前記雑音レベルの推定値をしきい値設定回路に
供給する雑音レベル推定回路と、前記雑音レベル推定回
路の推定結果に基づいて第１のしきい値を計算し、前記
第１のしきい値をステップサイズ決定回路に供給するし
きい値設定回路と、前記参照入力信号のパワーと前記第
１のしきい値に基づいて前記ステップサイズを計算して
前記適応フィルタに供給するステップサイズ決定回路と
を少くとも具備し、前記ステップサイズ決定回路は前記
参照信号パワーが前記第１のしきい値以下では単調増加
し前記第１のしきい値以上では単調減少するようなステ
ップサイズを生成し、前記適応フィルタは前記適応フィ
ルタの係数を、少くとも前記誤差信号と前記参照入力信
号および前記ステップサイズを用いて、前記誤差信号を
最小とするように修正することによって未知システムの
特性を推定することを特徴としている。
【００３１】第１３の発明は、参照入力信号を適応フィ
ルタで処理した結果を未知システムの出力信号と雑音が
混在した観測信号から差し引いて誤差信号を求め、前記
誤差信号に基づいて適応フィルタの係数を修正すること
によって未知システムの特性を推定するシステム同定装
置であって、少くとも前記参照入力信号とフィルタ係数
を用いて出力信号を得る適応フィルタと、前記適応フィ
ルタの出力信号を未知システムの出力信号と雑音が混在
する観測信号から差し引いて誤差信号を求め、前記誤差
信号を適応フィルタに供給する減算器と、前記参照入力
信号のパワーを推定し、推定結果をステップサイズ決定
回路に供給するパワー推定回路と、前記適応フィルタの
出力信号と前記参照入力信号のうち少くとも一方と前記
誤差信号を用いて前記観測信号に混入する雑音レベルを
推定し、前記雑音レベルの推定値をしきい値設定回路に
供給する雑音レベル推定回路と、前記適応フィルタのフ
ィルタ係数を用いて前記未知システムの利得を推定し、
前記利得の推定値をステップサイズ決定回路に供給する
利得計算回路と、前記雑音レベル推定回路の推定結果と
前記利得計算回路の計算結果に基づいて第１のしきい値
を計算し、前記第１のしきい値をステップサイズ決定回
路に供給するしきい値設定回路と、前記参照入力信号の
パワーと前記第１のしきい値に基づいて前記ステップサ
イズを計算して前記適応フィルタに供給するステップサ
イズ決定回路とを少くとも具備し、前記ステップサイズ
決定回路は前記参照信号パワーが前記第１のしきい値以
下では単調増加し前記第１のしきい値以上では単調減少
するようなステップサイズを生成し、前記適応フィルタ
は前記適応フィルタの係数を、少くとも前記誤差信号と
前記参照入力信号および前記ステップサイズを用いて、
前記誤差信号を最小とするように修正することによって
未知システムの特性を推定することを特徴としている。
【００３２】第１４の発明は、参照入力信号を適応フィ
ルタで処理した結果を未知システムの出力信号と雑音が
混在した観測信号から差し引いて誤差信号を求め、前記
誤差信号に基づいて適応フィルタの係数を修正すること
によって未知システムの特性を推定するシステム同定装
置であって、少くとも前記参照入力信号とフィルタ係数
を用いて出力信号を得る適応フィルタと、前記適応フィ
ルタの出力信号を未知システムの出力信号と雑音が混在
する観測信号から差し引いて誤差信号を求め、前記誤差
信号を適応フィルタに供給する減算器と、前記参照入力
信号のパワーを推定し、推定結果をステップサイズ決定
回路に供給するパワー推定回路と、前記適応フィルタの
出力信号と前記参照入力信号のうち少くとも一方と前記
誤差信号を用いて前記観測信号に混入する雑音レベルを
推定し、前記雑音レベルの推定値をステップサイズ決定
回路に供給する雑音レベル推定回路と、前記参照入力信
号のパワーと前記雑音レベルに基づいて前記ステップサ
イズを計算して前記適応フィルタに供給するステップサ
イズ決定回路とを少くとも具備し、前記ステップサイズ
決定回路は前記雑音レベルの推定結果に基づいて第１の
しきい値およびステップサイズの最大値を設定するとと
もに、前記参照信号パワーが前記第１のしきい値以下で
は単調増加し前記第１のしきい値以上では単調減少する
ようなステップサイズを生成し、前記適応フィルタは前
記適応フィルタの係数を、少くとも前記誤差信号と前記
参照入力信号および前記ステップサイズを用いて、前記
誤差信号を最小とするように修正することによって未知
システムの特性を推定することを特徴としている。
【００３３】第１５の発明は、参照入力信号を適応フィ
ルタで処理した結果を未知システムの出力信号と雑音が
混在した観測信号から差し引いて誤差信号を求め、前記
誤差信号に基づいて適応フィルタの係数を修正すること
によって未知システムの特性を推定するシステム同定装
置であって、少くとも前記参照入力信号とフィルタ係数
を用いて出力信号を得る適応フィルタと、前記適応フィ
ルタの出力信号を未知システムの出力信号と雑音が混在
する観測信号から差し引いて誤差信号を求め、前記誤差
信号を適応フィルタに供給する減算器と、前記参照入力
信号のパワーを推定し、推定結果をステップサイズ決定
回路に供給するパワー推定回路と、前記適応フィルタの
出力信号と前記参照入力信号のうち少くとも一方と前記
誤差信号を用いて前記観測信号に混入する雑音レベルを
推定し、前記雑音レベルの推定値をステップサイズ決定
回路に供給する雑音レベル推定回路と、前記適応フィル
タのフィルタ係数を用いて前記未知システムの利得を推
定し、前記利得の推定値をステップサイズ決定回路に供
給する利得計算回路と、前記参照入力信号のパワーと前
記雑音レベルおよび未知システムの利得の推定値に基づ
いて前記ステップサイズを計算して前記適応フィルタに
供給するステップサイズ決定回路とを少くとも具備し、
前記ステップサイズ決定回路は前記雑音レベルおよび前
記未知システムの利得の推定結果に基づいて第１のしき
い値およびステップサイズの最大値を設定するととも
に、前記参照信号パワーが前記第１のしきい値以下では
単調増加し前記第１のしきい値以上では単調減少するよ
うなステップサイズを生成し、前記適応フィルタは前記
適応フィルタの係数を、少くとも前記誤差信号と前記参
照入力信号および前記ステップサイズを用いて前記誤差
信号を最小とするように修正することによって未知シス
テムの特性を推定することを特徴としている。
【００３４】第１６の発明は、第１２、１３、１４、１
５の発明における前記雑音レベルの推定回路が、前記適
応フィルタの出力信号のレベルを推定するフィルタ出力
レベル推定回路と、第２のしきい値を格納するレジスタ
と、フィルタ出力レベルを第２のしきい値と比較する比
較器と、前記比較器が前記フィルタ出力レベルが前記第
３のしきい値未満であると判断した場合にのみ前記誤差
信号を用いて雑音レベルの推定値を更新する雑音レベル
計算回路を少くとも具備することを特徴としている。
【００３５】第１７の発明は、第１６の発明で使用する
前記雑音レベルの推定回路におけるレジスタをしきい値
発生回路に置き換え、前記しきい値発生回路は前記誤差
信号を入力とし、前記誤差信号に応じたしきい値を発生
することを特徴としている。
【００３６】第１８の発明は、第１６の発明で使用する
前記雑音レベルの推定回路におけるフィルタ出力レベル
推定回路を前記参照入力信号レベルを推定する参照入力
信号レベル推定回路で置き換え、前記レジスタは第３の
しきい値を格納することを特徴としている。
【００３７】第１９の発明は、第１８の発明で使用する
前記雑音レベルの推定回路におけるレジスタをしきい値
発生回路で置き換え、前記しきい値発生回路は前記誤差
信号を入力とし、前記誤差信号に応じたしきい値を発生
することを特徴としている。
【００３８】第２０の発明は、第１２、１３、１４、１
５の発明における前記雑音レベルの推定回路が、雑音レ
ベルの推定値を格納するレジスタと、前記レジスタの値
に第１の係数を乗ずる第１の乗算器と、前記誤差信号に
非線形変換を行なう非線形変換回路と、前記非線形変換
結果に第２の係数を乗ずる第２の乗算器と、前記第１お
よび第２の乗算器の乗算結果を加算し、加算結果を前記
レジスタに格納するとともに雑音レベル推定回路の推定
結果とする加算器と、前記畳み込み演算結果と前記参照
信号のうち少くとも一方と前記誤差信号に基づいて前記
第１および第２の係数を設定する係数発生回路を少くと
も具備することを特徴としている。
【００３９】
【作用】本発明のシステム同定の方法および装置は、参
照入力信号のパワーが小さい時にはステップサイズを小
さくすることによって、雑音が大きい環境下においても
フィルタ係数を正しく更新できる。また、雑音レベルや
未知システムの利得に応じてパラメータを変更するの
で、雑音レベルや未知システムの変動にも追従できる。
【００４０】
【実施例】受信信号がスピーカから空間音響経路を伝搬
してマイクで収録される音響エコーを除去するエコーキ
ャンセラを例にとり、図１から図１９を用いて、本発明
の実施例を詳細に説明する。この例では、システム同定
装置はエコーキャンセラとして用いられている。
【００４１】図１に、本発明における第１の実施例であ
るエコーキャンセラのブロック図を示す。参照入力信号
１はスピーカ１０で音響信号に変換され、未知システム
である音響経路１１を伝搬してマイク１２に到達して音
響エコーとなる。マイク１２は、前記エコーに雑音２が
加えられたものを電気信号に変換し、観測信号３とす
る。適応フィルタ１０１は、参照入力信号１とフィルタ
係数の畳み込み演算を行い、結果を出力信号５として、
減算器１０２に供給する。減算器１０２は、前記観測信
号３から前記適応フィルタの出力信号５を差し引き、減
算結果である誤差信号４をエコーキャンセラ１００の出
力信号とするとともに、適応フィルタ１０１に供給す
る。パワー推定回路１０３は、参照入力信号１のパワー
を推定し、推定結果をステップサイズ決定回路１０４に
供給する。ステップサイズ決定回路１０４は、参照入力
信号のパワーに基づいてステップサイズ１０５を決定
し、適応フィルタ１０１に供給する。適応フィルタ１０
１は、参照入力信号１と誤差信号４およびステップサイ
ズ１０５を用いて、誤差信号４が最小となるようにフィ
ルタ係数を修正する。
【００４２】ステップサイズ決定回路１０４は、参照入
力信号パワーＰx （ｔ）が第１のしきい値Ｐth以下では
単調増加し第１のしきい値Ｐth以上では単調減少するよ
うなステップサイズμ（ｔ）を生成する。このようなス
テップサイズμ（ｔ）としては、
【００４３】
【数６】
【００４４】が考えられるステップサイズμ（ｔ）とし
ては、高次の関数
【００４５】
【数７】
【００４６】を用いても良い。また、単調増加関数Ｆ1
（Ｐx （ｔ））と単調減少関数Ｆ2 （Ｐx （ｔ））を用
いて、
【００４７】
【数８】
【００４８】としても良い。Ｆ1 （Ｐx （ｔ））とＦ2
（Ｐx （ｔ））の例としては、
【００４９】
【数９】
【００５０】があげられる。Ｆ1 （Ｐx （ｔ））とＦ2
（Ｐx （ｔ））として、さらに高次の関数を使用しても
良い。Ｐx （ｔ）のべき級数以外に、指数関数などの特
殊関数も使用できる。
【００５１】図２に、従来の発明である学習同定法と本
発明のシステム同定装置のステップサイズを示す。学習
同定法のステップサイズは参照入力信号パワーＰ
x （ｔ）に反比例するので、Ｐx （ｔ）が小さい時は大
きな値を持つ。本発明のステップサイズは、参照入力信
号パワーＰx （ｔ）が小さい時は小さな値を持つ。した
がって、参照入力パワーが小さい場合の振る舞いが大き
く異なることがわかる。
【００５２】次に、適応フィルタ１０１の実施例である
トランスバーサル型適応フィルタを説明する。適応フィ
ルタの出力信号ｙ（ｔ）は（２）式で、フィルタ係数ｗ
i （ｔ）の更新は（４）式で与えられる。以上の処理
は、１タップ分の演算を行う演算回路を縦続接続するこ
とで実現できる。第ｊ番目の演算回路（ｊ＝１，・・
・，Ｎ）は、遅延器入力ｘj-1 （ｔ）、加算器入力ｙ
j-1 （ｔ）、フィルタ係数更新量Ｗ（ｔ）、を入力と
し、遅延処理 ｘj （ｔ）＝ｘj −１（ｔ−１） （１３） 畳み込み演算 ｙj （ｔ）＝ｙj-1 （ｔ）＋ｗj-1 （ｔ）ｘj-1 （ｔ） （１４） 係数更新 ｗj-1 （ｔ＋１）＝ｗj-1 （ｔ）＋Ｗ（ｔ）ｘj-1 （ｔ）（１５） を行い、遅延器出力ｘj （ｔ）、加算器出力ｙj （ｔ）
を出力とする。ここで、ｘ0 （ｔ）およびｙ0 （ｔ）は ｘ0 （ｔ）＝ｘ（ｔ） （１６） ｙ0 （ｔ）＝０ （１７） で与えられ、フィルタ係数更新量Ｗ（ｔ）は、 Ｗ（ｔ）＝μ（ｔ）ｅ（ｔ） （１８） で定義される。
【００５３】図３に、適応フィルタ１０１の実施例を示
す。この適応フィルタ２００は、参照入力信号２０１を
入力とし、出力信号２０２を求める。また、誤差信号２
０３が小さくなるようにフィルタ係数を更新する。適応
フィルタへの参照入力信号２０１は、遅延器入力として
第１の演算回路２０５1 に供給される。第１の演算回路
２０５1 は、適応フィルタへの参照入力信号２０１を遅
延器入力とし、第１の定数レジスタ２０６に格納されて
いる定数０を加算器入力として、遅延処理、畳み込み演
算、係数更新を行なう。また、遅延器出力を第２の演算
回路２０５2 の遅延器入力に供給し、加算器出力を第２
の演算回路２０５2 の加算器入力に供給する。第２の演
算回路２０５2 は、第１の演算回路の遅延器出力を遅延
器入力とし、第１の演算回路の加算器出力を加算器入力
として遅延処理、畳み込み演算、係数更新を行なう。遅
延器出力を第３の演算回路２０５3 の遅延器入力に供給
し、加算器出力を第３の演算回路２０５3 の加算器入力
に供給する。第ｊ番目の演算回路２０５j （ｊ＝
３，．．．，Ｎ−１）は第２の演算回路２０５2 と同様
に、第ｊ−１番目の演算回路２０５j-1 の遅延器出力を
遅延器入力とし、第ｊ−１番目の演算回路２０５j-1 の
加算器出力を加算器入力として遅延処理、畳み込み演
算、係数更新を行なう。遅延器出力を第ｊ＋１番目の演
算回路２０５j+1 の遅延器入力に供給し、加算器出力を
第ｊ＋１番目の演算回路２０５j+1 の加算器入力に供給
する。同様に、第Ｎ番目の演算回路２０５N は、第Ｎ−
１番目の演算回路２０５N-1 の遅延器出力を遅延器入力
とし、第Ｎ−１番目の演算回路２０５N-1 の加算器出力
を加算器入力として遅延処理、畳み込み演算、係数更新
を行なう。加算器出力が適応フィルタ２００の出力信号
２０２となる。第Ｎ番目の演算回路２０５N の遅延器出
力は使用しない。乗算器２０７は、誤差信号２０３にス
テップサイズ２０４を乗じ、乗算結果をＮ個の演算回路
２０５1 ，．．．，２０５N に供給する。
【００５４】図４に、演算回路２０５1 ，．．．，２０
５N の実施例を示す。この演算回路２２０は、遅延器入
力２２１、加算器入力２２２、フィルタ係数更新量２２
３を入力として遅延処理、畳み込み演算、係数更新を行
い、遅延器出力２２４、加算器出力２２５を出力とす
る。
【００５５】遅延器入力２２１は遅延器２２６および第
１の乗算器２２７に供給される。遅延器２２６は、遅延
器入力２２１を１サンプル遅延させたものを遅延器出力
２２４として出力する。第１の乗算器２２７は遅延器入
力２２１と係数レジスタ２３１の内容を乗算し、乗算結
果を第１の加算器２２８に供給する。第１の加算器２２
８は第１の乗算器２２７の乗算結果と加算器入力２２２
を加算し、加算結果を加算器出力２２５として出力す
る。
【００５６】第２の乗算器２２９は遅延器入力２２１と
フィルタ係数更新量２２３を乗算し、乗算結果を第２の
加算器２３０に供給する。第２の加算器２３０は第２の
乗算器２２９の乗算結果と係数レジスタ２３１の内容を
加算し、加算結果を係数レジスタ２３１に格納する。
【００５７】以上、図３および図４を用いてトランスバ
ーサル型適応フィルタの例を説明したが、本発明はステ
ップサイズを用いてフィルタ係数を更新する、任意の適
応フィルタに適用できる。例えば、再帰型適応フィルタ
や非線形適応フィルタへの適用も可能である。
【００５８】図５に、本発明の第２の実施例を示す。参
照入力信号１はスピーカ１０で音響信号に変換され、未
知システムである音響経路１１を伝搬してマイク１２に
到達して音響エコーとなる。マイク１２は、前記エコー
に雑音２が加えられたものを電気信号に変換し、観測信
号３とする。適応フィルタ１０１は、参照入力信号１と
フィルタ係数の畳み込み演算を行い、結果を出力信号５
として、減算器１０２に供給する。減算器１０２は、前
記観測信号３から前記適応フィルタの出力信号５を差し
引き、減算結果である誤差信号４をエコーキャンセラ１
００の出力信号とするとともに、適応フィルタ１０１に
供給する。パワー推定回路１０３は、参照入力信号１の
パワーＰx （ｔ）を推定し、推定結果をステップサイズ
決定回路１０８に供給する。雑音レベル推定回路１０６
は、参照入力信号１、誤差信号４、適応フィルタの出力
信号５に基づいて観測信号３に混入した雑音２のレベル
を推定し、推定結果をしきい値設定回路１０７に供給す
る。しきい値設定回路１０７は、雑音レベルに基づいて
第１のしきい値Ｐthを設定し、ステップサイズ決定回路
１０８に供給する。ステップサイズ決定回路１０８は、
参照入力信号１のパワーと第１のしきい値Ｐthに基づい
てステップサイズ１０５を決定し、適応フィルタ１０１
に供給する。適応フィルタ１０１は、参照入力信号１と
誤差信号４およびステップサイズ１０５を用いて、誤差
信号４が最小となるようにフィルタ係数を修正する。
【００５９】第１のしきい値Ｐthとしては、雑音レベル
Ｐn （ｔ）の任意の関数を用いることができるが、Ｐn
（ｔ）が増加すると単調増加するものを用いることが望
ましい。一例として、雑音レベルＰn （ｔ）に比例する
関数 Ｐth＝αＰn （ｔ） （１９） を用いるのが最も簡単である。ここで、αは正の定数で
ある。さらに高次の関数を用いても良い。
【００６０】図６に、本発明の第２の実施例と従来の発
明におけるステップサイズの比較を示す。ステップサイ
ズμ（ｔ）が最大となる参照入力信号パワーＰthが、雑
音レベルに応じて変化する。このようなステップサイズ
μ（ｔ）の例としては、
【００６１】
【数１０】
【００６２】があげられる。この例では、μ（ｔ）の分
子はＰx （ｔ）の１次関数であり、分母は２次関数であ
るが、任意の次数の関数を使用できる。
【００６３】図７に、本発明における雑音レベル推定回
路１０６の第１の実施例を示す。この雑音レベル推定回
路３００は、誤差信号４、適応フィルタの出力信号５を
入力として誤差信号４に混入した雑音２のレベルを推定
し、推定結果である雑音レベル３０５を出力する。フィ
ルタ出力レベル推定回路３０１は、適応フィルタの出力
信号５のレベルを推定して、推定結果を比較器３０２に
供給する。比較器３０２は、推定された適応フィルタの
出力信号レベルとレジスタ３０３に格納された第２のし
きい値を比較し、比較結果を雑音レベル計算回路３０４
に供給する。
【００６４】雑音レベル計算回路３０４は、比較器３０
２が適応フィルタの出力信号レベルは第２のしきい値よ
り小さいと判定したときに誤差信号４を用いて雑音レベ
ルの推定値を更新し、そうでない場合は直前の推定値を
保持する。雑音レベル計算回路３０４の計算結果が雑音
レベル推定回路３００の出力信号３０５となる。
【００６５】図８に、雑音レベル計算回路３０４の実施
例を示す。この雑音レベル計算回路４００は、誤差信号
４と比較器３０２から供給される制御信号４０１に基づ
いて誤差信号４に混入した雑音のレベルを計算し、計算
結果を雑音レベル４０２として出力する。非線形変換回
路４０３は、誤差信号４に予め定められた非線形変換を
施し、変換結果を第１の係数乗算器４０４に供給する。
第１の係数乗算器４０４は、非線形変換回路４０３の変
換結果に予め定められた定数αを乗じ、乗算結果を加算
器４０５に供給する。加算器４０５は、第１および第２
の係数乗算器４０４，４０６の乗算結果を加算し、結果
をセレクタ４０７に供給する。セレクタ４０７は、制御
信号４０１、加算器４０５の加算結果およびレジスタ４
０８の値を入力とし、制御信号４０１が雑音レベルの推
定値を更新するように指示する場合は加算器４０５の加
算結果をレジスタ４０８に供給し、そうでない場合はレ
ジスタ４０８の値をレジスタ４０８に帰還する。レジス
タ４０８は、計算された雑音レベル４０２を格納し、雑
音レベル４０２を雑音レベル計算回路の計算結果として
出力するとともに、第２の係数乗算器４０６とセレクタ
４０７に供給する。第２の係数乗算器４０６は、雑音レ
ベル４０２に予め定められた定数Ｂを乗じ、結果を加算
器４０５に供給する。
【００６６】非線形変換回路４０３としては、誤差信号
４を負でない値に変換する任意の非線形変換回路が使用
できる。例としては、自乗回路や絶対値計算回路があげ
られる。定数αは任意の正の定数であり、定数Ｂは、１
以下の任意の正数である。定数αとして１−Ｂを使用す
ると、雑音レベル４０２は非線形変換結果の重み付き移
動平均となる。
【００６７】図９に、フィルタ出力レベル推定回路３０
１の実施例である信号レベル推定回路４１０を示す。こ
の信号レベル推定回路４１０は、入力信号４１１のレベ
ルを推定し、推定結果である信号レベル４１２を出力す
る。非線形変換回路４１３は、入力信号４１１に予め定
められた非線形変換を施し、変換結果を平均値計算回路
４１４に供給する。平均値計算回路４１４は、非線形変
換回路４１３の変換結果の平均値を計算し、結果を信号
レベル４１１として出力する。
【００６８】非線形変換回路４１３としては、雑音レベ
ル計算回路４００における非線形変換回路４０３と同様
に、入力信号４１１を負でない値に変換する任意の非線
形変換回路が使用できる。平均値計算回路４１４として
は、単純平均計算回路や、重み付き移動平均計算回路な
ど、任意の平均値計算回路を使用できる。また、平均値
計算回路を使用せずに、非線形変換結果の瞬時値を用い
るようにしても良い。
【００６９】図１０に、本発明における雑音レベル推定
回路１０６の第２の実施例を示す。
【００７０】この雑音レベル推定回路３１０は、図７に
示した雑音レベル推定回路３００における第２のしきい
値を誤差信号に応じて変更するようにしたものであり、
誤差信号４、適応フィルタの出力信号５を入力として誤
差信号４に混入した雑音２のレベルを推定し、推定結果
である雑音レベル３０５を出力する。フィルタ出力レベ
ル推定回路３０１は、適応フィルタの出力信号５のレベ
ルを推定して、推定結果を比較器３０２に供給する。し
きい値発生回路３１１は、誤差信号レベル推定回路３１
２としきい値設定回路３１３から構成される。誤差信号
レベル推定回路３１２は誤差信号４のレベルを推定し、
しきい値設定回路３１３に供給する。しきい値設定回路
３１３は推定された誤差信号４のレベルに応じたしきい
値を発生し、第２のしきい値として比較器３０２に供給
する。比較器３０２は、推定された適応フィルタの出力
信号レベルとしきい値発生回路３１１が発生した第２の
しきい値を比較し、比較結果を雑音レベル計算回路３０
４に供給する。雑音レベル計算回路３０４は、比較器３
０２が適応フィルタの出力信号のレベルは第２のしきい
値より小さいと判定したときに誤差信号４を用いて雑音
レベルの推定値を更新し、そうでない場合は直前の推定
値を保持する。雑音レベル計算回路３０４の計算結果が
雑音レベル推定回路３１０の出力信号３０５となる。
【００７１】誤差信号レベル推定回路３１２としては、
図９に示した信号レベル推定回路４００を使用できる。
第２のしきい値としては、誤差信号レベルの任意の関数
を使用できる。例としては、誤差信号レベルに定数を乗
じたもの、誤差信号レベルに定数を加えたもの、などが
あげられる。
【００７２】図１１に、本発明における雑音レベル推定
回路１０６の第３の実施例を示す。
【００７３】この雑音レベル推定回路３２０は、図７に
示した雑音レベル推定回路３００におけるフィルタ出力
信号５を参照入力信号１で置き換え、第２のしきい値を
第３のしきい値で置き換えたものである。雑音レベル推
定回路３２０は、参照入力信号１、誤差信号４を入力と
して誤差信号４に混入した雑音２のレベルを推定し、推
定結果である雑音レベル３０５を出力する。参照入力信
号レベル推定回路３２１は、参照入力信号１のレベルを
推定して、推定結果を比較器３０２に供給する。比較器
３０２は、推定された参照入力信号１のレベルとレジス
タ３０３に格納された第３のしきい値を比較し、比較結
果を雑音レベル計算回路３０４に供給する。雑音レベル
計算回路３０４は、比較器３０２が参照入力信号１のレ
ベルは第３のしきい値より小さいと判定したときに誤差
信号４を用いて雑音レベルの推定値を更新し、そうでな
い場合は直前の推定値を保持する。雑音レベル計算回路
３０４の計算結果が雑音レベル推定回路３２０の出力信
号３０５となる。
【００７４】図１２に、本発明における雑音レベル推定
回路１０６の第４の実施例を示す。
【００７５】この雑音レベル推定回路３３０は、図１０
に示した雑音レベル推定回路３１０におけるフィルタ出
力信号５を参照入力信号１で置き換えたものであり、参
照入力信号１、誤差信号４を入力として誤差信号４に混
入した雑音２のレベルを推定し、推定結果である雑音レ
ベル３０５を出力する。参照入力信号レベル推定回路３
２１は、参照入力信号１のレベルを推定して、推定結果
を比較器３０２に供給する。しきい値発生回路３１１
は、誤差信号レベル推定回路３１２としきい値設定回路
３１３から構成される。誤差信号レベル推定回路３１２
は誤差信号４のレベルを推定し、しきい値設定回路３１
３に供給する。しきい値設定回路３１３は推定された誤
差信号４のレベルに応じたしきい値を発生し、第３のし
きい値として比較器３０２に供給する。比較器３０２
は、推定された参照入力信号１のレベルとしきい値発生
回路３１１が発生した第３のしきい値を比較し、比較結
果を雑音レベル計算回路３０４に供給する。雑音レベル
計算回路３０４は、比較器３０２が参照入力信号１のレ
ベルは第３のしきい値より小さいと判定したときに誤差
信号４を用いて雑音レベルの推定値を更新し、そうでな
い場合は直前の推定値を保持する。雑音レベル計算回路
３０４の計算結果が雑音レベル推定回路３３０の出力信
号３０５となる。
【００７６】図１３に、本発明における雑音レベル推定
回路１０６の第５の実施例を示す。
【００７７】この雑音レベル推定回路３４０は、誤差信
号４、適応フィルタの出力信号５を入力として誤差信号
４に混入した雑音２のレベルを推定し、推定結果である
雑音レベル３０５を出力する。非線形変換回路３４１
は、誤差信号４に予め定められた非線形変換を施し、変
換結果を第１の乗算器３４２に供給する。第１の乗算器
３４２は、非線形変換回路３４１の変換結果に係数発生
回路３４６が発生した第１の係数を乗じ、結果を加算器
３４３に供給する。加算器３４３は、第１および第２の
乗算器３４１，３４４の乗算結果を加算し、結果を雑音
レベル３０５として出力するとともに、レジスタ３４５
に供給する。第２の乗算器３４４は、レジスタ３４５の
値に係数発生回路３４６が発生した第２の係数を乗じ、
結果を加算器３４３に供給する。係数発生回路３４６
は、フィルタ出力レベル推定回路３０１、誤差信号レベ
ル推定回路３１２、係数設定回路３４７から構成され、
誤差信号４と適応フィルタの出力信号５に基づいて第１
および第２の係数を発生する。フィルタ出力レベル推定
回路３０１は、適応フィルタの出力信号５のレベルを推
定し、推定結果を係数設定回路３４７に供給する。誤差
信号レベル推定回路３１２は、誤差信号４のレベルを推
定し、推定結果を係数設定回路３４７に供給する。係数
設定回路３４７はフィルタ出力レベルと誤差信号レベル
に基づいて第１および第２の係数を発生し、第１および
第２の乗算器３４２、３４４に供給する。
【００７８】第１の係数Ｃ1 は負でない実数であり、第
２の係数Ｃ2 は１以下の負でない実数である。第２の係
数Ｃ2 は、誤差信号レベルがフィルタ出力レベルより大
きい場合は小さく、誤差信号レベルが小さい場合は大き
くなるように設定する。このようなＣ2 の例としては、
【００７９】
【数１１】
【００８０】があげられる。ここで、Ｐe （ｔ）は誤差
信号レベル、Ｐy （ｔ）はフィルタ出力レベル、Ｐ0 は
１未満かつ負でない実数、Ｋは任意の自然数である。第
１の係数Ｃ1 は、誤差信号レベルがフィルタ出力レベル
より大きい場合は大きく、誤差信号レベルが小さい場合
は小さくなるように設定する。このようなＣ1 として
は、 Ｃ1 ＝１−Ｃ2 （２２） があげられる。また、任意の負でない実定数としても良
い。
【００８１】ここでは、誤差信号４、適応フィルタの出
力信号５を入力として誤差信号４に混入した雑音２のレ
ベルを推定する例を説明したが、適応フィルタの出力信
号５を参照入力信号１で置き換えても良い。
【００８２】図１４に、本発明の第３の実施例を示す。
参照入力信号１はスピーカ１０で音響信号に変換され、
未知システムである音響経路１１を伝搬してマイク１２
に到達して音響エコーとなる。マイク１２は、前記エコ
ーに雑音２が加えられたものを電気信号に変換し、観測
信号３とする。適応フィルタ１０１は、参照入力信号１
とフィルタ係数の畳み込み演算を行い、結果を出力信号
５として、減算器１０２に供給する。減算器１０２は、
前記観測信号３から前記適応フィルタの出力信号５を差
し引き、減算結果である誤差信号４をエコーキャンセラ
１００の出力信号とするとともに、適応フィルタ１０１
に供給する。パワー推定回路１０３は、参照入力信号１
のパワーＰx （ｔ）を推定し、推定結果をステップサイ
ズ決定回路１１１に供給する。雑音レベル推定回路１０
６は、参照入力信号１、誤差信号４、適応フィルタの出
力信号５に基づいて観測信号３に混入した雑音２のレベ
ルを推定し、推定結果をしきい値設定回路１１０に供給
する。利得推定回路１０９は、適応フィルタ１０１のフ
ィルタ係数を用いて未知システム１１の利得を推定し、
推定結果をしきい値設定回路１１０に供給する。しきい
値設定回路１１０は、雑音レベルと未知システム１１の
利得に基づいて第１のしきい値Ｐthを設定し、ステップ
サイズ決定回路１１１に供給する。ステップサイズ決定
回路１１１は、参照入力信号１のパワーと第１のしきい
値Ｐthに基づいてステップサイズ１０５を決定し、適応
フィルタ１０１に供給する。適応フィルタ１０１は、参
照入力信号１と誤差信号４およびステップサイズ１０５
を用いて、誤差信号４が最小となるようにフィルタ係数
を修正する。
【００８３】未知システム１１の利得Ｇh （ｔ）の推定
値としては、フィルタ係数の自乗和
【００８４】
【数１２】
【００８５】や絶対値和
【００８６】
【数１３】
【００８７】を用いることができる。また、フィルタ係
数の絶対値｜ｗi （ｔ）｜の最大値を用いても良い。
【００８８】第１のしきい値Ｐthとしては、雑音レベル
Ｐn （ｔ）と未知システム１１の利得Ｇh （ｔ）の任意
の関数を用いることができるが、Ｐn （ｔ）が増加する
と単調増加し、利得Ｇh （ｔ）が増加すると単調減少す
るものを用いることが望ましい。このような関数として
は、
【００８９】
【数１４】
【００９０】があげられる。ここで、αは正の定数であ
る。また、正の定数Ｇ0 を用いて
【００９１】
【数１５】
【００９２】としても良い。
【００９３】ステップサイズμ（ｔ）は、第２の実施例
と同様に決定できる。図１５に、ステップサイズμ
（ｔ）の例を示す。ステップサイズμ（ｔ）を最大とす
る参照入力信号パワーＰx （ｔ）は、雑音レベルＰ
n （ｔ）が大きいと大きくなり、未知システム１１の利
得Ｐh （ｔ）が大きいと小さくなる。
【００９４】図１６に、本発明の第４の実施例を示す。
参照入力信号１はスピーカ１０で音響信号に変換され、
未知システムである音響経路１１を伝搬してマイク１２
に到達して音響エコーとなる。マイク１２は、前記エコ
ーに雑音２が加えられたものを電気信号に変換し、観測
信号３とする。適応フィルタ１０１は、参照入力信号１
とフィルタ係数の畳み込み演算を行い、結果を出力信号
５として、減算器１０２に供給する。減算器１０２は、
前記観測信号３から前記適応フィルタの出力信号５を差
し引き、減算結果である誤差信号４をエコーキャンセラ
１００の出力信号とするとともに、適応フィルタ１０１
に供給する。パワー推定回路１０３は、参照入力信号１
のパワーＰx （ｔ）を推定し、推定結果をステップサイ
ズ決定回路１１２に供給する。雑音レベル推定回路１０
６は、参照入力信号１、誤差信号４、適応フィルタの出
力信号５に基づいて観測信号３に混入した雑音２のレベ
ルを推定し、推定結果をステップサイズ決定回路１１２
に供給する。
【００９５】ステップサイズ決定回路１１２は、参照入
力信号１のパワーと雑音レベルに基づいてステップサイ
ズ１０５を決定し、適応フィルタ１０１に供給する。適
応フィルタ１０１は、参照入力信号１と誤差信号４およ
びステップサイズ１０５を用いて、誤差信号４が最小と
なるようにフィルタ係数を修正する。
【００９６】ステップサイズ決定回路１１２は、ステッ
プサイズμ（ｔ）を決定する際に、第１のしきい値Ｐth
およびステップサイズμ（ｔ）の最大値μmax を雑音レ
ベルＰn （ｔ）に応じて変化させる。第１のしきい値Ｐ
thは雑音レベルＰn （ｔ）が増加すると単調増加する関
数、ステップサイズの最大値μmax は雑音レベルＰ
n （ｔ）が増加すると単調減少する関数とすることが望
ましい。このようなステップサイズの決定方法として
は、（８）式に示したステップサイズμ（ｔ）と（１
９）式に示したしきい値Ｐthの組合せがあげられる。こ
の場合は、ステップサイズμ（ｔ）の最大値μmax は
【００９７】
【数１６】
【００９８】となる。また、（１０）〜（１２）式に示
したμ（ｔ）と（１９）式に示したしきい値Ｐthの組合
せも使用でき、ステップサイズμ（ｔ）の最大値μmax
は
【００９９】
【数１７】
【０１００】となる。図１７に、このようなステップサ
イズの一例を示す。雑音レベルＰn （ｔ）が増加する
と、ステップサイズμ（ｔ）を最大とする参照入力信号
パワーＰx （ｔ）は大きくなり、ステップサイズμ
（ｔ）の最大値μmax は小さくなる。
【０１０１】図１８に、本発明の第５の実施例を示す。
参照入力信号１はスピーカ１０で音響信号に変換され、
未知システムである音響経路１１を伝搬してマイク１２
に到達して音響エコーとなる。マイク１２は、前記エコ
ーに雑音２が加えられたものを電気信号に変換し、観測
信号３とする。適応フィルタ１０１は、参照入力号１と
フィルタ係数の畳み込み演算を行い、結果を出力信号５
として、減算器１０２に供給する。減算器１０２は、前
記観測信号３から前記適応フィルタの出力信号５を差し
引き、減算結果である誤差信号４をエコーキャンセラ１
００の出力信号とするとともに、適応フィルタ１０１に
供給する。パワー推定回路１０３は、参照入力信号１の
パワーＰx （ｔ）を推定し、推定結果をステップサイズ
決定回路１１３に供給する。雑音レベル推定回路１０６
は、参照入力信号１、誤差信号４、適応フィルタの出力
信号５に基づいて観測信号３に混入した雑音２のレベル
を推定し、推定結果をステップサイズ決定回路１１３に
供給する。
【０１０２】利得計算回路１０９は、適応フィルタ１０
１のフィルタ係数を用いて未知システム１１の利得を推
定し、推定結果をしきい値設定回路１１３に供給する。
ステップサイズ決定回路１１３は、参照入力信号１のパ
ワーと雑音レベルと未知システム１１の利得に基づいて
ステップサイズ１０５を決定し、適応フィルタ１０１に
供給する。適応フィルタ１０１は、参照入力信号１と誤
差信号４およびステップサイズ１０５を用いて、誤差信
号４が最小となるようにフィルタ係数を修正する。
【０１０３】ステップサイズ決定回路１１３は、ステッ
プサイズμ（ｔ）を決定する際に、第１のしきい値Ｐth
およびステップサイズμ（ｔ）の最大値μmax を雑音レ
ベルＰn （ｔ）と未知システム１１の利得Ｇh （ｔ）に
応じて変化させる。第１のしきい値Ｐthは雑音レベルＰ
n （ｔ）が増加すると単調増加し、未知システムの利得
Ｇh （ｔ）が増加すると単調減少する関数とし、ステッ
プサイズの最大値μmax は雑音レベルＰn （ｔ）が増加
すると単調減少し、未知システムの利得Ｇh （ｔ）が増
加すると単調増加する関数とすることが望ましい。この
ようなステップサイズの決定方法としては、（８）式に
示したステップサイズμ（ｔ）と（２６）式に示したし
きい値Ｐthの組合せがあげられる。この場合は、ステッ
プサイズμ（ｔ）の最大値μmax は
【０１０４】
【数１８】
【０１０５】となる。また、（１０）〜（１２）式に示
したμ（ｔ）と（２６）式に示したしきい値Ｐthの組合
せも使用でき、ステップサイズμ（ｔ）の最大値μmax
は
【０１０６】
【数１９】
【０１０７】となる。図１９に、このようなステップサ
イズの一例を示す。ステップサイズμ（ｔ）を最大とす
る参照入力信号パワーＰx （ｔ）は、雑音レベルＰ
n （ｔ）が増加すると大きくなり、未知システムの利得
Ｇh （ｔ）が増加すると小さくなる。ステップサイズμ
（ｔ）の最大値μmax は、雑音レベルＰn （ｔ）が増加
すると小さくなり、未知システムの利得Ｇh （ｔ）が増
加すると大きくなる。
【０１０８】
【発明の効果】本発明のシステム同定の方法および装置
は、参照入力信号のパワーや雑音レベル等に応じてステ
ップサイズを変更するので、雑音が混入した環境下で
も、フィルタ係数を正しく更新できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明におけるシステム同定装置の第１の実施
例であるエコーキャンセラを示すブロック図である。
【図２】本発明におけるシステム同定装置の第１の実施
例で使用するステップサイズを示すグラフである。
【図３】図１における適応フィルタのブロック図であ
る。
【図４】図３における演算回路のブロック図である。
【図５】本発明におけるシステム同定装置の第２の実施
例であるエコーキャンセラを示すブロック図である。
【図６】本発明におけるシステム同定装置の第２の実施
例で使用するステップサイズを示すグラフである。
【図７】図５における雑音レベル推定回路の第１の実施
例を示すブロック図である。
【図８】図７における雑音レベル計算回路のブロック図
である。
【図９】図７における信号レベル推定回路のブロック図
である。
【図１０】図５における雑音レベル推定回路の第２の実
施例を示すブロック図である。
【図１１】図５における雑音レベル推定回路の第３の実
施例を示すブロック図である。
【図１２】図５における雑音レベル推定回路の第４の実
施例を示すブロック図である。
【図１３】図５における雑音レベル推定回路の第５の実
施例を示すブロック図である。
【図１４】本発明におけるシステム同定装置の第３の実
施例であるエコーキャンセラを示すブロック図である。
【図１５】本発明におけるシステム同定装置の第３の実
施例で使用するステップサイズを示すグラフである。
【図１６】本発明におけるシステム同定装置の第４の実
施例であるエコーキャンセラを示すブロック図である。
【図１７】本発明におけるシステム同定装置の第４の実
施例で使用するステップサイズを示すグラフである。
【図１８】本発明のシステム同定装置の第５の実施例で
あるエコーキャンセラを示すブロック図である。
【図１９】本発明におけるシステム同定装置の第５の実
施例で使用するステップサイズを示すグラフである。
【図２０】学習同定法に基づくシステム同定装置を用い
たエコーキャンセラのブロック図である。
【符号の説明】
１ 参照入力信号 ２ 雑音 ３ 観測信号 ４ 誤差信号 ５ 適応フィルタの出力信号 １０ スピーカ １１ 未知システム １２ マイク １００ エコーキャンセラ １０１ 適応フィルタ １０２ 減算器 １０３ パワー推定回路 １０４ ステップサイズ決定回路 １０５ ステップサイズ １０６ 雑音レベル推定回路 １０７ しきい値設定回路 １０８ ステップサイズ決定回路 １０９ 利得計算回路 １１０ しきい値設定回路 １１１ ステップサイズ決定回路 １１２ ステップサイズ決定回路 １１３ ステップサイズ決定回路 １１４ レジスタ １１５ 除算器 ２００ 適応フィルタ ２０１ 参照入力信号 ２０２ 出力信号 ２０３ 誤差信号 ２０４ ステップサイズ ２０５ 演算回路 ２０６ 定数レジスタ ２０７ 乗算器 ２２０ 演算回路 ２２１ 遅延器入力 ２２２ 加算器入力 ２２３ フィルタ係数更新量 ２２４ 遅延器出力 ２２５ 加算器出力 ２２６ 遅延器 ２２７，２２９ 乗算器 ２２８，２３０ 加算器 ２３１ 係数レジスタ ３００ 雑音レベル推定回路 ３０１ フィルタ出力レベル推定回路 ３０２ 比較器 ３０３ レジスタ ３０４ 雑音レベル計算回路 ３０５ 雑音レベル ３１０ 雑音レベル推定回路 ３１１ しきい値発生回路 ３１２ 誤差信号レベル推定回路 ３１３ しきい値設定回路 ３２０ 雑音レベル推定回路 ３２１ 参照入力信号レベル推定回路 ３３０ 雑音レベル推定回路 ３４０ 雑音レベル推定回路 ３４１ 非線形変換回路 ３４２，３４４ 乗算器 ３４３ 加算器 ３４５ レジスタ ３４６ 係数発生回路 ３４７ 係数設定回路 ４００ 雑音レベル計算回路 ４０１ 制御信号 ４０２ 雑音レベル ４０３ 非線形変換回路 ４０５ 加算器 ４０４，４０６ 係数乗算器 ４０７ セレクタ ４０８ レジスタ ４１０ 信号レベル推定回路 ４１１ 入力信号 ４１２ 信号レベル ４１３ 非線形変換回路 ４１４ 平均値計算回路

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】参照入力信号を適応フィルタで処理して得
    られた出力信号を未知システムの出力信号と雑音が混在
    する観測信号から差し引いて誤差信号を求め、前記適応
    フィルタの係数を、少くとも前記誤差信号と前記参照入
    力信号およびステップサイズを用いて前記誤差信号を最
    小とするように修正することによって未知システムの特
    性を推定する際に、前記参照入力信号のパワーを推定
    し、前記参照入力信号パワーが第１のしきい値と一致す
    るときに最大値をとり、前記第１のしきい値以下では単
    調増加し、前記第１のしきい値以上では単調減少するよ
    うな関数に基づいて前記参照入力信号パワーを処理して
    得られた値を前記ステップサイズとして用いることを特
    徴とする適応フィルタによるシステム同定方法。
  2. 【請求項２】前記第１のしきい値を定める際に、前記適
    応フィルタの出力信号と前記参照入力信号のうち少くと
    も一方と前記誤差信号を用いて前記観測信号に混入する
    雑音レベルを推定し、前記雑音レベルに応じて前記第１
    のしきい値を制御することを特徴とする請求項１記載の
    適応フィルタによるシステム同定方法。
  3. 【請求項３】前記第１のしきい値を定める際に、前記適
    応フィルタの出力信号と前記参照入力信号のうち少くと
    も一方と前記誤差信号を用いて前記観測信号に混入する
    雑音レベルを推定し、前記適応フィルタ係数を用いて前
    記未知システムの利得を推定し、前記雑音レベルおよび
    前記未知システムの利得に応じて前記第１のしきい値を
    制御することを特徴とする請求項１記載の適応フィルタ
    によるシステム同定方法。
  4. 【請求項４】前記第１のしきい値および前記ステップサ
    イズの最大値を定める際に、前記適応フィルタの出力信
    号と前記参照入力信号のうち少くとも一方と前記誤差信
    号を用いて前記観測信号に混入する雑音レベルを推定
    し、前記雑音レベルに応じて前記第１のしきい値および
    前記ステップサイズの最大値を制御することを特徴とす
    る請求項１記載の適応フィルタによるシステム同定方
    法。
  5. 【請求項５】前記第１のしきい値および前記ステップサ
    イズの最大値を定める際に、前記適応フィルタの出力信
    号と前記参照入力信号のうち少くとも一方と前記誤差信
    号を用いて前記観測信号に混入する雑音レベルを推定
    し、前記適応フィルタ係数を用いて前記未知システムの
    利得を推定し、前記雑音レベルおよび前記未知システム
    の利得に応じて前記第１のしきい値および前記ステップ
    サイズの最大値を制御することを特徴とする請求項１記
    載の適応フィルタによるシステム同定方法。
  6. 【請求項６】前記雑音レベルを推定する際に、前記適応
    フィルタの出力信号のレベルが第２のしきい値より小さ
    い場合にのみ前記雑音レベルの推定値を更新し、そうで
    ない場合は直前の値を保持することを特徴とする請求項
    ２、３、４又は５記載の適応フィルタによるシステム同
    定方法。
  7. 【請求項７】前記雑音レベルの推定の際に、前記第２の
    しきい値を前記誤差信号のレベルに応じて制御すること
    を特徴とする請求項６記載の適応フィルタによるシステ
    ム同定方法。
  8. 【請求項８】前記雑音レベルを推定する際に、前記参照
    入力信号のレベルが第３のしきい値より小さい場合にの
    み前記雑音レベルの推定値を更新し、そうでない場合は
    直前の値を保持することを特徴とする請求項２、３、４
    又は５記載の適応フィルタによるシステム同定方法。
  9. 【請求項９】前記雑音レベルの推定の際に、前記第３の
    しきい値を前記誤差信号のレベルに応じて制御すること
    を特徴とする請求項８記載の適応フィルタによるシステ
    ム同定方法。
  10. 【請求項１０】前記雑音レベルを推定する際に、前記雑
    音レベルの推定値に第１の係数を乗じたものと前記誤差
    信号のレベルに第２の係数を乗じたものを加えることに
    よって前記雑音レベルの新しい推定値を計算し、前記第
    １および第２の係数を前記適応フィルタの出力信号のレ
    ベルと前記参照信号のレベルのうち少くとも一方と前記
    誤差信号のレベルに応じて制御することを特徴とする請
    求項２、３、４又は５記載の適応フィルタによるシステ
    ム同定方法。
  11. 【請求項１１】参照入力信号を適応フィルタで処理した
    結果を未知システムの出力信号と雑音が混在した観測信
    号から差し引いて誤差信号を求め、前記誤差信号に基づ
    いて適応フィルタの係数を修正することによって未知シ
    ステムの特性を推定するシステム同定装置であって、少
    くとも前記参照入力信号とフィルタ係数を用いて出力信
    号を得る適応フィルタと、前記適応フィルタの出力信号
    を未知システムの出力信号と雑音が混在する観測信号か
    ら差し引いて誤差信号を求め、前記誤差信号を適応フィ
    ルタに供給する減算器と、前記参照入力信号のパワーを
    推定し、推定結果をステップサイズ決定回路に供給する
    パワー推定回路と、前記参照入力信号のパワーに基づい
    て前記ステップサイズを計算して前記適応フィルタに供
    給するステップサイズ決定回路とを少くとも具備し、前
    記ステップサイズ決定回路は前記参照信号パワーが第１
    のしきい値以下では単調増加し前記第１のしきい値以上
    では単調減少するようなステップサイズを生成し、前記
    適応フィルタは前記適応フィルタの係数を、少くとも前
    記誤差信号と前記参照入力信号および前記ステップサイ
    ズを用いて、前記誤差信号を最小とするように修正する
    ことによって未知システムの特性を推定することを特徴
    とする適応フィルタによるシステム同定装置。
  12. 【請求項１２】参照入力信号を適応フィルタで処理した
    結果を未知システムの出力信号と雑音が混在した観測信
    号から差し引いて誤差信号を求め、前記誤差信号に基づ
    いて適応フィルタの係数を修正することによって未知シ
    ステムの特性を推定するシステム同定装置であって、少
    くとも前記参照入力信号とフィルタ係数を用いて出力信
    号を得る適応フィルタと、前記適応フィルタの出力信号
    を未知システムの出力信号と雑音が混在する観測信号か
    ら差し引いて誤差信号を求め、前記誤差信号を適応フィ
    ルタに供給する減算器と、前記参照入力信号のパワーを
    推定し、推定結果をステップサイズ決定回路に供給する
    パワー推定回路と、前記適応フィルタの出力信号と前記
    参照入力信号のうち少くとも一方と前記誤差信号を用い
    て前記観測信号に混入する雑音レベルを推定し、前記雑
    音レベルの推定値をしきい値設定回路に供給する雑音レ
    ベル推定回路と、前記雑音レベル推定回路の推定結果に
    基づいて第１のしきい値を計算し、前記第１のしきい値
    をステップサイズ決定回路に供給するしきい値設定回路
    と、前記参照入力信号のパワーと前記第１のしきい値に
    基づいて前記ステップサイズを計算して前記適応フィル
    タに供給するステップサイズ決定回路とを少くとも具備
    し、前記ステップサイズ決定回路は前記参照信号パワー
    が前記第１のしきい値以下では単調増加し前記第１のし
    きい値以上では単調減少するようなステップサイズを生
    成し、前記適応フィルタは前記適応フィルタの係数を、
    少くとも前記誤差信号と前記参照入力信号および前記ス
    テップサイズを用いて、前記誤差信号を最小とするよう
    に修正することによって未知システムの特性を推定する
    ことを特徴とする適応フィルタによるシステム同定装
    置。
  13. 【請求項１３】参照入力信号を適応フィルタで処理した
    結果を未知システムの出力信号と雑音が混在した観測信
    号から差し引いて誤差信号を求め、前記誤差信号に基づ
    いて適応フィルタの係数を修正することによって未知シ
    ステムの特性を推定するシステム同定装置であって、少
    くとも前記参照入力信号とフィルタ係数を用いて出力信
    号を得る適応フィルタと、前記適応フィルタの出力信号
    を未知システムの出力信号と雑音が混在する観測信号か
    ら差し引いて誤差信号を求め、前記誤差信号を適応フィ
    ルタに供給する減算器と、前記参照入力信号のパワーを
    推定し、推定結果をステップサイズ決定回路に供給する
    パワー推定回路と、前記適応フィルタの出力信号と前記
    参照入力信号のうち少くとも一方と前記誤差信号を用い
    て前記観測信号に混入する雑音レベルを推定し、前記雑
    音レベルの推定値をしきい値設定回路に供給する雑音レ
    ベル推定回路と、前記適応フィルタのフィルタ係数を用
    いて前記未知システムの利得を推定し、前記利得の推定
    値をステップサイズ決定回路に供給する利得計算回路
    と、前記雑音レベル推定回路の推定結果と前記利得計算
    回路の計算結果に基づいて第１のしきい値を計算し、前
    記第１のしきい値をステップサイズ決定回路に供給する
    しきい値設定回路と、前記参照入力信号のパワーと前記
    第１のしきい値に基づいて前記ステップサイズを計算し
    て前記適応フィルタに供給するステップサイズ決定回路
    とを少くとも具備し、前記ステップサイズ決定回路は前
    記参照信号パワーが前記第１のしきい値以下では単調増
    加し前記第１のしきい値以上では単調減少するようなス
    テップサイズを生成し、前記適応フィルタは前記適応フ
    ィルタの係数を、少くとも前記誤差信号と前記参照入力
    信号および前記ステップサイズを用いて、前記誤差信号
    を最小とするように修正することによって未知システム
    の特性を推定することを特徴とする適応フィルタによる
    システム同定装置。
  14. 【請求項１４】参照入力信号を適応フィルタで処理した
    結果を未知システムの出力信号と雑音が混在した観測信
    号から差し引いて誤差信号を求め、前記誤差信号に基づ
    いて適応フィルタの係数を修正することによって未知シ
    ステムの特性を推定するシステム同定装置であって、少
    くとも前記参照入力信号とフィルタ係数を用いて出力信
    号を得る適応フィルタと、前記適応フィルタの出力信号
    を未知システムの出力信号と雑音が混在する観測信号か
    ら差し引いて誤差信号を求め、前記誤差信号を適応フィ
    ルタに供給する減算器と、前記参照入力信号のパワーを
    推定し、推定結果をステップサイズ決定回路に供給する
    パワー推定回路と、前記適応フィルタの出力信号と前記
    参照入力信号のうち少くとも一方と前記誤差信号を用い
    て前記観測信号に混入する雑音レベルを推定し、前記雑
    音レベルの推定値をステップサイズ決定回路に供給する
    雑音レベル推定回路と、前記参照入力信号のパワーと前
    記雑音レベルに基づいて前記ステップサイズを計算して
    前記適応フィルタに供給するステップサイズ決定回路と
    を少くとも具備し、前記ステップサイズ決定回路は前記
    雑音レベルの推定結果に基づいて第１のしきい値および
    ステップサイズの最大値を設定するとともに、前記参照
    信号パワーが前記第１のしきい値以下では単調増加し前
    記第１のしきい値以上では単調減少するようなステップ
    サイズを生成し、前記適応フィルタは前記適応フィルタ
    の係数を、少くとも前記誤差信号と前記参照入力信号お
    よび前記ステップサイズを用いて、前記誤差信号を最小
    とするように修正することによって未知システムの特性
    を推定することを特徴とする適応フィルタによるシステ
    ム同定装置。
  15. 【請求項１５】参照入力信号を適応フィルタで処理した
    結果を未知システムの出力信号と雑音が混在した観測信
    号から差し引いて誤差信号を求め、前記誤差信号に基づ
    いて適応フィルタの係数を修正することによって未知シ
    ステムの特性を推定するシステム同定装置であって、少
    くとも前記参照入力信号とフィルタ係数を用いて出力信
    号を得る適応フィルタと、前記適応フィルタの出力信号
    を未知システムの出力信号と雑音が混在する観測信号か
    ら差し引いて誤差信号を求め、前記誤差信号を適応フィ
    ルタに供給する減算器と、前記参照入力信号のパワーを
    推定し、推定結果をステップサイズ決定回路に供給する
    パワー推定回路と、前記適応フィルタの出力信号と前記
    参照入力信号のうち少くとも一方と前記誤差信号を用い
    て前記観測信号に混入する雑音レベルを推定し、前記雑
    音レベルの推定値をステップサイズ決定回路に供給する
    雑音レベル推定回路と、前記適応フィルタのフィルタ係
    数を用いて前記未知システムの利得を推定し、前記利得
    の推定値をステップサイズ決定回路に供給する利得計算
    回路と、前記参照入力信号のパワーと前記雑音レベルお
    よび未知システムの利得の推定値に基づいて前記ステッ
    プサイズを計算して前記適応フィルタに供給するステッ
    プサイズ決定回路とを少くとも具備し、前記ステップサ
    イズ決定回路は前記雑音レベルおよび前記未知システム
    の利得の推定結果に基づいて第１のしきい値およびステ
    ップサイズの最大値を設定するとともに、前記参照信号
    パワーが前記第１のしきい値以下では単調増加し前記第
    １のしきい値以上では単調減少するようなステップサイ
    ズを生成し、前記適応フィルタは前記適応フィルタの係
    数を、少くとも前記誤差信号と前記参照入力信号および
    前記ステップサイズを用いて前記誤差信号を最小とする
    ように修正することによって未知システムの特性を推定
    することを特徴とする適応フィルタによるシステム同定
    装置。
  16. 【請求項１６】前記雑音レベルの推定回路が、前記適応
    フィルタの出力信号のレベルを推定するフィルタ出力レ
    ベル推定回路と、第２のしきい値を格納するレジスタ
    と、フィルタ出力レベルを第２のしきい値と比較する比
    較器と、前記比較器が前記フィルタ出力レベルが前記第
    ３のしきい値未満であると判断した場合にのみ前記誤差
    信号を用いて雑音レベルの推定値を更新する雑音レベル
    計算回路を少くとも具備することを特徴とする請求項１
    ２、１３、１４又は１５記載の適応フィルタによるシス
    テム同定装置。
  17. 【請求項１７】前記雑音レベルの推定回路におけるレジ
    スタをしきい値発生回路で置き換え、前記しきい値発生
    回路は前記誤差信号を入力とし、前記誤差信号に応じた
    しきい値を発生することを特徴とする請求項１６記載の
    適応フィルタによるシステム同定装置。
  18. 【請求項１８】前記雑音レベルの推定回路におけるフィ
    ルタ出力レベル推定回路を前記参照入力信号レベルを推
    定する参照入力信号レベル推定回路で置き換え、前記レ
    ジスタは第３のしきい値を格納することを特徴とする請
    求項１６記載の適応フィルタによるシステム同定装置。
  19. 【請求項１９】前記雑音レベルの推定回路におけるレジ
    スタをしきい値発生回路で置き換え、前記しきい値発生
    回路は前記誤差信号を入力とし、前記誤差信号に応じた
    しきい値を発生することを特徴とする請求項１８記載の
    適応フィルタによるシステム同定装置。
  20. 【請求項２０】前記雑音レベルの推定回路が、雑音レベ
    ルの推定値を格納するレジスタと、前記レジスタの値に
    第１の係数を乗ずる第１の乗算器と、前記誤差信号に非
    線形変換を行なう非線形変換回路と、前記非線形変換結
    果に第２の係数を乗ずる第２の乗算器と、前記第１およ
    び第２の乗算器の乗算結果を加算し、加算結果を前記レ
    ジスタに格納するとともに雑音レベル推定回路の推定結
    果とする加算器と、前記畳み込み演算結果と前記参照信
    号のうち少くとも一方と前記誤差信号に基づいて前記第
    １および第２の係数を設定する係数発生回路を少くとも
    具備することを特徴とする請求項１２、１３、１４又は
    １５記載の適応フィルタによるシステム同定装置。
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