JPH08502869A

JPH08502869A - エコー消去器を制御するための装置および方法

Info

Publication number: JPH08502869A
Application number: JP6511198A
Authority: JP
Inventors: シェノイ，キシアン; オシダリ，タマス、ティー
Original assignee: ディーエスシー、カミューニケイシャンズ、コーパレイシャン
Priority date: 1992-10-23
Filing date: 1993-10-22
Publication date: 1996-03-26
Anticipated expiration: 2016-10-02
Also published as: JP3213753B2; EP0667080A1; US5327495A; WO1994010789A1

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。ＤＳ１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ｘ_nおよびｙ_n20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ｒ_n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ｘ_n、ｙ_nおよびｒ_n20〜22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ｙ_n21であり、これは、近端信号ｓ_n50とエコーｅ_n52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ｗ_n60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ｗ_n60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ｒ_n 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ｒ_nは、次のように要約することができる。ただし、ｔ_n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ｘ_n、ｙｎおよびｗ_n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、ｘ_n、ｙ_nおよびｗ_n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、ｘ_n、ｙ_nおよびｗ_n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）Ｐ_y＞Ｐ_x ダブルトーク（ｂ）Ｐ_y＜Ｐ_x ダブルトーク（ｃ）Ｐ_y＜〜Ｐ_xかつ（１）Ｐ_w＜Ｐ_yまたはシングルトーク（２）Ｐ_w＜〜Ｐ_y ソフトダブルトークＰ_x、Ｐ_yおよびＰ_wはそれぞれ、信号ｘ_n、ｙ_nおよびｗ_nについて計算した力のレベルである。Ｐ_y＞Ｐ_xである比較（ａ）では、信号ｙ_n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Ｐ_y＜Ｐ_xの場合、音声信号はおそらくエコーを含まない。Ｐ_y＜〜Ｐ_xかつＰ_w＜Ｐ_yである比較（ｃ）（１）では、信号ｙ_n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。Ｐ_y＜〜Ｐ_xかつＰ_w＜〜Ｐ_yである比較（ｃ）（２）では、ｙ_n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Ｋ_OPT およびＲＳＴ_OPT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、Ｋ_OPTのテーブルは「K OPTIMUM TABLE」とラベルを付され、ＲＳＴ_OPT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＝Ｋ_OPT−Ｆ（ＤＢＣＴＲ）（４）ＲＳＴ＝ＲＳＴ_OPT−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、ＤＢＣＴＲ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Ｙ_n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

【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。