JPH08502869A - エコー消去器を制御するための装置および方法 - Google Patents
エコー消去器を制御するための装置および方法Info
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- Signal Processing (AREA)
- Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)
Abstract
(57)【要約】
ダブルトーク状態とシングルトーク状態との間のハングオーバ期間中に、より自然な残留エコー消去が得られるよう、エコー消去器(10)を制御し、作動させる。適応フィルタおよび残留エコー抑制器それぞれを制御するために必要な適応利得および残留分抑制しきい値は、ハングオーバ期間中、それぞれの値が所定の最小値から所定の最大値まで徐々にかつ滑らかに増大するように計算する。
Description
【発明の詳細な説明】
エコー消去器を制御するための装置および方法
発明の技術分野
本発明は、一般には電話回線網および通信の分野に関し、より詳細にはエコー
消去器(echo canceler)を制御するための装置および方法に関する。
発明の背景
エコー消去器は通常、伝送中のエコーの量を減らすことによって音声およびデ
ータ伝送の品質を改善するために電話回線網中に配設された音声作動装置である
。エコーは一般に、回線網中の2線−4線間のインタフェースにおける不完全な
インピーダンス整合によって生じる。エコー消去器は、伝送された信号を受け、
その信号中のエコーの推定値を出したのち、伝送された信号からその推定値を減
じる。エコーの量は、通話ごとに変わるだけでなく、1回の通話の中でも変化す
ることがあるため、エコー消去の作業は、従来のエコー消去器によっては満足に
解消されない挑戦的な課題である。この作業は、人間の聴力の特異性によってさ
らに複雑になる。
一般に、遠端音声信号は、エコー消去器によって近端音声とエコーとの和とし
て受信され、認知される。エコー消去器は一般に、エコー推定値を出して遠端音
声信号中のエコーを消去するため適応フィルタを含む。この消去は完全ではない
ことがあるため、通常は、非線形プロセッサを具現化して、残留エコー、すなわ
ち実際のエコ
ーとエコー推定値との差分を抑制する。適応フィルタは通常、一般には適応利得
と呼ばれるパラメータによって制御される。非線形プロセッサは、一般に残留分
抑制しきい値と呼ばれるパラメータによって制御される。したがって、エコー消
去の作業は、これらのパラメータの値を計算し、計算したパラメータ値を正しい
時間例(timeinstances)で適応フィルタおよび非線形プロセッサに供給する問
題になる。
電話産業において、「シングルトーク」、「ダブルトーク」および「ソフトダ
ブルトーク」とは、エコー消去器によって受けられた信号が、全エコーを含む状
態、エコーを含まない状態、近端音声とエコーとを組み合わせて含む状態のそれ
ぞれをいう。通常、適応利得および残留分抑制しきい値の両パラメータは、ダブ
ルトークの間にはそれらの最小値に設定され、シングルトークの間にはそれらの
最大値に設定される。しかし、ダブルトーク状態とシングルトーク状態との間の
不明確な遷移区域では、シングルトーク状態が検出される場合(instance)まで
パラメータ値を最小に維持する従来の方法が不十分であることがわかった。パラ
メータの最小値から最大値への突然の切換えは、シングルトーク状態のきわめて
正確な検出を要求する。不正確な検出は、シングルトークの最初の期間にエコー
が消去されない、あるいは、情報内容がいくらか存在するかもしれないハングオ
ーバ期間の後半の期間に最大のエコー消去が起こるという結果を
招きかねない。
したがって、ハングオーバ期間中に適応フィルタおよび非線形プロセッサの制
御パラメータを徐々に変化させることが有利である。その結果として、ダブルト
ークとシングルトークとの間により望ましい自然な遷移期間が得られる。
発明の概要
本発明によると、従来のエコー消去器に伴う欠点および問題を実質的に解消あ
るいは軽減する、エコー消去器を制御するための装置および方法が提供される。
本発明のある態様においては、ダブルトーク状態とシングルトーク状態との間
のハングオーバ期間中に、より自然な残留エコー消去が得られるようにエコー消
去器を制御、作動させる。適応フィルタおよび残留エコー抑制器それぞれを制御
するために必要な適応利得および残留分抑制しきい値を、それらの値がハングオ
ーバ期間中に所定の最小値から所定の最大値まで徐々にかつ滑らかに増大するよ
うに計算する。
本発明のもう一つの態様においては、適応利得変更値および残留分抑制しきい
値変更値を計算し、それらの値を適応利得および残留分抑制しきい値の最適値ま
たは最大値から減じて、適応利得および残留分抑制しきいの値を求める。
本発明のさらに別の態様においては、ハングオーバ期間中にカウンタを初期化
し、計数を可能にする。適応利
得変更値および残留分抑制器しきい値変更値を決定したのち、それらを、カウン
タ値を使用して指示することによってアクセスすることができる検索テーブルに
記憶する。
本発明の重要な技術的利点は、ダブルトークとシングルトークとの間のハング
オーバ期間中に、より望ましく、より自然な残留エコー消去が得られることであ
る。
図面の簡単な説明
本発明をより理解するために、添付の図面を参照することができる。
図1は、大幅に簡略化した、エコー消去器のブロック図である。
図2は、エコー消去器におけるエコー消去器ブロックのブロック図である。
図3は、エコー消去器におけるエコーエンジンのブロック図である。
図4は、非線形プロセッサの入出力特性を示すグラフである。
図5は、適応フィルタおよび非線形プロセッサの制御パラメータを計算するた
めのアルゴリズムを説明する流れ図である。
図6は、ハングオーバ期間を説明する、短期出力と時間との関係を示すグラフ
である。
図7は、従来技術によって具現化される、ハングオーバ期間の前、間および後
の残留分抑制しきい値と時間と
の関係を示すグラフである。
図8は、本発明の教示による、残留分抑制しきい値または適応利得と時間との
関係を示すグラフである。
発明の詳細な説明
各図面を参照すると、図1は、DS1レベルで作動するエコー消去器10を示す
、大幅に簡略化したブロック図である。エコー消去器10のアーキテクチャは、二
つの論理ブロック、すなわちDS1ブロック12とエコー消去器ブロック14とに
分類することができる。DS1ブロック12は、エコー消去器10と電話回線網(図
示せず)との間のインタフェースとして主に働くマイクロプロセッサおよび回路
を含む。例えば、DS1ブロック12は、DS1ストリーム中の24個のチャネルを
、エコー消去器10のテールまたは近端16との間で、また長端または遠端18側との
間で多重化し、非多重化することに関するすべての関連のタスクを実行する。D
S1ブロック12はまた、電話技術において知られる警報および何らかのデジタル
信号処理機能を扱うこともできる。加えて、DS1ブロックは、近端16および遠
端18からのエコー消去器ブロック14のチャネル信号xnおよびyn20および21を提
供し、また、エコー消去器ブロック14によって処理されて遠端18に伝送される信
号rnを受ける。多数の状態および制御信号24がDS1ブロック12とエコー消去
器ブロック14との間を通過する。信号xn、ynおよびrn20〜22は、以下、図3
に関連させてさらに詳細に説明する。
図2を参照すると、エコー消去器ブロック14のさらに詳細なブロック図が示さ
れている。回路30が、DS1ブロック12とN個のエコーエンジン(echo engine
)32〜35との間のインタフェースとして働く。通常、Nは24に等しく、各エコー
エンジンがDS1中の24個のチャネルそれぞれのエコーを消去するように働く。
データ母線36がDS1インタフェース回路30とエコーエンジン32〜35とを結合し
ている。エコーエンジン32〜35は、制御母線38によってマイクロプロセッサ40に
結合されている。マイクロプロセッサ40は、適応利得Kおよび残留分抑制しきい
値RSTのパラメータを計算し、それらを各エコーエンジン32〜35に供給する。
もう一つの回路42がマイクロプロセッサ40とDS1ブロック12との間に結合され
て、それらの間で状態および制御信号24のインタフェースとして働く。
図3は、エコーエンジン33〜35を代表するものでもある1個のエコーエンジン
32を示す、より詳細なブロック図を提供する。エコー消去器10またはエコーエン
ジン32によって受けられた信号は、信号yn21であり、これは、近端信号sn50と
エコーen52との和である。本発明の好ましい実施態様においては、マイクロプ
ロセッサ40が、計算した適応利得値Kを相関器54に供給し、この相関器は遠端信
号xn20をも受ける。相関器54は、適応フィルタ56のためのフィルタ係数の適応
n21から減じられて信号wn60が求められる。適応フィルタ56を司る方程式は次の
ものである。
ただし、μは、当該技術において公知である漏れ係数である。
エコーの推定は完全ではないおそれがあるため、信号wn60は、残留エコーを
含むかもしれない。マイクロプロセッサ40がさらに、残留分抑制しきい値RST
を非線形プロセッサ(NLP)または残留分抑制器62に供給し、この非線形プロ
セッサまたは残留分抑制器が音声信号中のエコーの量をさらに減らして信号rn
を生成する。図4を参照すると、非線形プロセッサ62の伝達関数が示されている
。残留分抑制しきい値RSTに満たない入力は抑制され、しきい値を超える入力
が出力に通される。図4から見てとれるように、非線形プロセッサ62の入出力特
性は対称的であり、普通、センタクリッパと呼ばれる。非線形プロセッサ62の出
力信号rnは、次のように要約することができる。
ただし、tnは、当該技術において公知のアルゴリズムによって決定されるノイ
ズ整合目的に適切なレベルのノ
イズ信号である。加えて、エコーエンジン32はまた、信号xn、ynおよびwnの
レベルまたは力を推定あるいは計算し、計算した信号力をマイクロプロセッサ40
に供給する回路64を含む。
図5を参照すると、適応利得Kおよび残留分抑制しきい値RSTを計算するた
めにマイクロプロセッサ40によって実行される好ましいアルゴリズムを説明する
簡略化した流れ図が示されている。このアルゴリズムは、ダブルトークカウンタ
DBCTRを維持し、このカウンタはブロック70で漸減される。ブロック72に示
すように、xn、ynおよびwnの信号力をエコーエンジン32〜35から読み出し、
ブロック74に示すように、ダブルトーク状態が存在するどうかの判定を下す。
ダブルトーク状態は、xn、ynおよびwnの信号力を診断し、比較することに
よって判定され、以下のように要約される。
力の比較 状 態
(a)Py>Px ダブルトーク
(b)Py<Px ダブルトーク
(c)Py<〜Pxかつ
(1)Pw<Pyまたは シングルトーク
(2)Pw<〜Py ソフトダブルトーク
Px、PyおよびPwはそれぞれ、信号xn、ynお
よびwnについて計算した力のレベルである。Py>Pxである比較(a)では、
信号ynはおそらく大部分が近端音声であり、したがって、ダブルトークが存在
する。比較(b)として示すPy<Pxの場合、音声信号はおそらくエコーを含ま
ない。Py<〜PxかつPw<Pyである比較(c)(1)では、信号ynはおそら
く大部分がエコーであり、これはシングルトーク状態を示すものである。Py<
〜PxかつPw<〜Pyである比較(c)(2)では、ynは、一般にソフトダブル
トークと呼ばれるエコーと近端音声との組み合わせを含む。ダブルトーク、シン
グルトークおよびソフトダブルトークを判定するためのアルゴリズムはかなり複
雑であり、したがって、上記の表は、それらを判定するための簡略化した式を表
すに過ぎない。これらの状態の判定は当該技術において公知であり、本発明の範
囲内ではない。
信号力のレベルを診断することにより、ダブルトーク状態が存在するならば、
ブロック76に示すように、ダブルトークカウンタDBCTRを所定の最大値に設
定する。このようにして、ダブルトーク状態が存在するかぎり、DBCTRはそ
の最大値を維持する。米国、テキサス州Plano所在のDSC Communications社によ
って製造されるEC24エコー消去器において具現化されるような本発明の好まし
い実施態様においては、DBCTRの最大値は60であり、その状態で、図5に示
すアルゴリズムが約4ミリ秒ごとに実行される。したがって、DBCTRの最
大値はその用途に依存し、実験的に決定することができる。
ブロック78に進むと、ダブルトーク状態が存在するため、エコー消去が最小限
または無効になるよう、適応利得Kおよび残留分抑制しきい値RSTをゼロに設
定する。そして、KおよびRSTの値をそれぞれのエコーエンジンに書き込む。
他方、ブロック74での判定がおそらくダブルトークが存在しないと評価したな
らば、ブロック82に示すように、適応利得および残留分抑制しきい値の最適値KOPT
およびRSTOPTを計算する。KおよびRSTの最適値は、すでに決定、計算
されており、検索テーブルに記憶されているかもしれない。DSC社のEC24エコ
ーキャンセラについて公式化された最適なKおよびRSTの検索テーブルの例に
ついては付録を参照されたい。付録中、KOPTのテーブルは「K OPTIMUM TABLE」
とラベルを付され、RSTOPTのテーブルは「CCT TBL」とラベルを付されている
。ブロック84で、ソフトダブルトーク状態が存在するかどうかについてさらなる
判定を下す。ソフトダブルトーク状態が存在するならば、ブロック88に示すよう
に、ダブルトークカウンタDBCTRを再びその最大値に設定する。ブロック86
では、次の方程式によって適応利得Kおよび残留分抑制しきい値RSTを計算す
る。
K=KOPT−F(DBCTR) (4)
RST=RSTOPT−G(DBCTR) (5)
ただし、FおよびGは、検索テーブルとして具現化された適応利得Kおよび残留
分抑制しきい値RSTの関数を表す。付録中には、これらのテーブルを「KSSDKM
」および「LWRCCT」として示す。ダブルトークカウンタDBCTRが検索テーブ
ルFおよびGへの指標として使用されることがわかる。したがって、方程式(4
)および(5)に示すように、KおよびRSTの最適値は、DBCTRの値に依
存して、何らかの記憶された値によって変更される。検索テーブル中の値は実験
的に決定され、したがって、ハードウェア依存性であるかもしれない。その後、
計算したKおよびRSTの値をエコーエンジン32〜35に供給する。
したがって、ダブルトークまたはソフトダブルトーク条件が存在するかぎり、
ダブルトークカウンタDBCTRはその最大値を維持する。ダブルトーク状態が
終了するならば、DBCTRの値はアルゴリズムの反復ごとに漸減し、最終的に
は、シングルトーク状態に等しいゼロに達する。ハングオーバ期間は、DBCT
Rがその最大値とゼロとの間にある間隔に等しい。したがって、適応利得Kおよ
び残留分抑制しきい値RSTは、DBCTRの値に応じて、テーブル検索操作に
よって設定される。付録に示すような具現例において、KおよびRSTの計算値
は、FおよびGが減る(そしてDBCTRが減る)につれて増大する。しかし、
ハングオーバ期間中に漸進的で滑らかなKおよびRSTの値を出す他の具現例も
思
慮され、それも本発明の範囲内である。例えば、適応利得Kおよび残留分抑制し
きい値RSTそのものを計算し、検索テーブルに記憶してもよい。
図6を参照すると、典型的な音声信号の短期力のグラフが示されている。音声
信号の短期力を、当該技術において公知である特定の固定しきい値と比較するこ
とにより、期間t<T0を活動期間とみなす。期間t>T1では、音声信号の短期
力は本質的にゼロであり、無音期間を作り出している。活動期間と無音期間との
間、音声信号の短期力レベルがしきい値未満であり、かつゼロではないところで
ハングオーバが起こる。したがって、ハングオーバ期間中は、人間の耳によって
知覚することができる音声信号中に情報内容が存在する。
図7を参照すると、従来技術によって具現化される、適応利得Kおよび残留分
抑制しきい値RSTのグラフが示されている。ダブルトークの間、パラメータK
および/またはRSTは最小値に設定される。これらのパラメータは、ハングオ
ーバ期間の全期間T0<t<T1中、最小値を維持し、t=T1になると、最大値
に設定される。t=T1での突然の遷移は、不自然なエコー消去を招くおそれが
ある。したがって、この方法は、シングルトークの発生、すなわちYnがエコー
のみである時点のきわめて正確な判定を必要とする。不正確な判定は、シングル
トークのいくらかの期間中にエコーがまったく消去されない、あるいは、ハング
オーバ期間のうち、情報
内容がいくらか存在するかもしれない、ある期間中に最大のエコー消去を生じさ
せることになろう。
図8を参照すると、本発明の好ましい実施態様は、ハングオーバ期間中に、適
応利得Kおよび残留分抑制しきい値RSTについて滑らかに遷移する値を提供す
る。ハングオーバ期間中、パラメータは、それらの最小値から最大値まで徐々に
増大してゆく。パラメータ値は、上述したように、検索テーブルによって実験的
に決定され、具現化される。EC24について具現化した検索テーブルの例を付録
に示す。
エコー消去器制御パラメータ値KおよびRSTを徐々に増大させることにより
、論理的に白黒のはっきりした判定を下す必要がなくなるため、ダブルトークお
よびシングルトークの遷移をきわめて正確に判定する必要がなくなることが明白
である。加えて、より高い品質でより自然な音声伝送が達成される。
本発明を詳細に説明してきたが、添付の請求の範囲によって定める本発明の真
髄および範囲を逸脱することなく、種々の変更、代替および修正をそれに加えう
ることを理解すべきである。
(1)付録
M3エコーに用いるプログラム
以下は、改良されたエコー制御アルゴリズムの作動を説明するために実際のコ
ードから抜粋したものである。
実際のコードは場合によっては適当でないため、記号「・・・」は、改良された
制御アルゴリズムの説明をより簡潔で理解しやすいものにするために記述を削除
したことを示す。
エコー制御機能は、エコーエンジンにハードウェア的に密に接続されたマイク
ロプロセッサ(6502)において具現化される。エコーエンジンは、「DRAGON」と
いうコード名をもつカスタムASICである。各ASICは、16ミリ秒のテール
遅延で6個のチャネルを扱うことができるか、32ミリ秒のテール遅延で3個のチ
ャネルを扱うことができるか、48ミリ秒のテール遅延で2個のチャネルを扱うこ
とができる。
6502マイクロプロセッサは、DRAGONチップ中の特定の制御レジスタを読み出す
ことができる。これらのレジスタのフォーマットは次のとおりである。
制御レジスタのフォーマット
(2)エコーI/O制御のアドレス
6502のメモリマップは、DRAGONおよび支持回路中のレジスタに相当する次のア
ドレスを含む。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.適応フィルタを有するエコー消去器を制御する方法であって、 ダブルトーク状態とシングルトーク状態との間のハングオーバ遷移期間を判定 し、 該ハングオーバ遷移期間中の時間例について、第一の所定値から第二の所定値 まで徐々に変化する適応フィルタ利得を計算し、 該時間例ごとに、該計算した利 を該適応フィルタに提供する各段階を含む方 法。 2.該エコー制御装置が、残留分抑制しきい値パラメータによって制御するこ とができる残留エコー抑制器をさらに用い、 該ハングオーバ遷移期間中の時間例について、第一の所定値から第二の所定値 まで徐々に変化する該残留分抑制しきい値を計算し、 該時間例ごとに、該計算したしきい値を該残留エコー抑制器に提供する各段階 をさらに含む請求の範囲第1項記載の方法。 3.該計算段階が、該第二の所定値未満の該第一の所定値から該第二の所定値 まで増大する該適応利得を計算する請求の範囲第1項記載の方法。 4.該計算段階が、該第二の所定値未満の該第一の所定値から該第二の所定値 まで増大する該残留分抑制しきい値を計算する請求の範囲第2項記載の方法。 5.該時間例について計算した該適応利得を検索テーブルに記憶する段階をさ らに含む請求の範囲第1項記載の方法。 6.該時間例について計算した該残留分抑制しきい値を検索テーブルに記憶す る段階をさらに含む請求の範囲第2項記載の方法。 7.該ハングオーバ期間中にカウンタを初期化し、計時を可能にする段階をさ らに含み、 該適応利得計算段階が、 複数の適応利得変更値を有する検索テーブルを公式化し、 該カウンタの値によって指示されるように該検索テーブルからアクセスされる 適応利得変更値を所定の最適適応利得値から減じる各段階を含む請求の範囲第1 項記載の方法。 8.該ハングオーバ期間中にカウンタを初期化し、計時を可能にする段階をさ らに含み、 該残留分抑制しきい値計算段階が、 複数の残留分抑制しきい値変更値を有する検索テーブルを公式化し、 該カウンタの値によって指示されるように該検索テーブルからアクセスされる 残留分抑制しきい値変更値を所定の最適残留分抑制しきい値から減じる各段階を 含む請求の範囲第2項記載の方法。 9.適応利得によって制御することができる適応フィ ルタと、残留分抑制しきい値によって制御することができる残留エコー抑制器と を有するエコー消去器を制御する方法であって、 ダブルトーク状態とシングルトーク状態との間のハングオーバ遷移期間を判定 し、 該ハングオーバ期間中にカウンタを初期化し、計時を可能にし、 複数の適応利得変更値を有する第一の検索テーブルを公式化し、 複数の残留分抑制しきい値変更値を有する第二の検索テーブルを公式化し、 該第一の検索テーブルからアクセスされ、該カウンタの値によって指示される 、該適応利得を計算するための適応利得変更値を所定の最適適応利得値から減じ て、第一の所定値から第二の所定値まで徐々に変化する適応利得を計算し、 該カウンタの値によって指示されるように該第二の検索テーブルからアクセス される、該残留分抑制しきい値を計算するための残留分抑制しきい値変更値を所 定の最適残留分抑制しきい値から減じて、第三の所定値から第四の所定値まで徐 々に変化する残留分抑制しきい値を計算し、 該計算した利得を該適応フィルタに提供し、該計算した残留分抑制しきい値を 該残留エコー抑制器に提供する各段階を含む方法。 10.適応利得によって制御することができる適応フィルタと、残留分抑制しき い値によって制御することができる残留エコー抑制器とを有するエコー消去器を 制御するための装置であって、 ダブルトーク状態とシングルトーク状態との間のハングオーバ遷移期間を判定 するための手段と、 該ハングオーバ期間中にカウンタを初期化し、計時を可能にするための手段と 、 複数の適応利得変更値を有する第一の検索テーブルを公式化するための手段と 、 複数の残留分抑制しきい値変更値を有する第二の検索テーブルを公式化するた めの手段と、 該第一の検索テーブルからアクセスされ、該カウンタの値によって指示される 、該適応利得を計算するための適応利得変更値を所定の最適適応利得値から減じ て、第一の所定値から第二の所定値まで徐々に変化する適応利得を計算するため の手段と、 該カウンタの値によって指示されるように該第二の検索テーブルからアクセス される、該残留分抑制しきい値を計算するための残留分抑制しきい値変更値を所 定の最適残留分抑制しきい値から減じて、第三の所定値から第四の所定値まで徐 々に変化する残留分抑制しきい値を計算するための手段と、 該計算した利得を該適応フィルタに提供し、該計算した残留分抑制しきい値を 該残留エコー抑制器に提供する ための手段とを含む装置。
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