JPH09247055A - エコーキャンセラとその動作方法 - Google Patents
エコーキャンセラとその動作方法Info
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- JPH09247055A JPH09247055A JP9004857A JP485797A JPH09247055A JP H09247055 A JPH09247055 A JP H09247055A JP 9004857 A JP9004857 A JP 9004857A JP 485797 A JP485797 A JP 485797A JP H09247055 A JPH09247055 A JP H09247055A
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B3/00—Line transmission systems
- H04B3/02—Details
- H04B3/20—Reducing echo effects or singing; Opening or closing transmitting path; Conditioning for transmission in one direction or the other
- H04B3/23—Reducing echo effects or singing; Opening or closing transmitting path; Conditioning for transmission in one direction or the other using a replica of transmitted signal in the time domain, e.g. echo cancellers
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)
- Filters That Use Time-Delay Elements (AREA)
Abstract
FES(遠端音声信号)通信路より大きい場合(例えば
セルラ電話)におけるエコー消去を改善する。 【解決手段】 近端信号が音声を含むかどうかの「粗
い」表示を提供する近端音声検出器と、その表示を用い
てその近端信号が純粋なエコーであるときをさらに正確
に識別するように遠端信号およびエコー信号の処理を動
的に制御するもう1つの近端音声検出器を設ける。実施
例では、遠端音声の信号レベルの表示が、遠端から受信
される音声信号から導出される。次に、この表示と、あ
るしきい値を用いて、近端の信号源から受信される信号
がエコー信号のみより大きいかどうかを判定する。近端
信号のほうが大きく、かつ、近端音声の存在の表示がな
い場合、しきい値を第1の方向に調節し、それ以外の場
合、しきい値を第2の方向に調節して、エコー検出の精
度をさらに「微調整」する。
Description
などに関する。
れるエコーは、伝送システムにおいて、4線伝送路と2
線伝送路の間の接合部のように、インピーダンス不連続
あるいは不整合が存在するときにはいつでも生じる。い
わゆるエコーパス遅延が非常に小さい場合、反射信号は
一般にもとの信号の発信源では認められない。しかし、
エコーパス遅延が非常に小さくはない場合、エコーは、
定性的には、発信源、例えば、話者には非常に不快なも
のとなる。エコーキャンセラとして知られるエコー制御
デバイスは、エコー信号の評価値を合成し、その評価値
を出力信号から差し引いて、実質的にエコー信号を「消
去」する。例えば、図1に、従来のエコーキャンセラを
含む伝送網を示す。この伝送網は、ハイブリッド101
を介して、双方向伝送路(伝送設備)102を、一方向
伝送路(伝送設備)103と、出力一方向パス(設備)
104を含む回路に接続する。このような入出力回路
は、例えば、4線伝送設備を構成する。
03を介して、キャンセラ106の適応フィルタ106
−1の1つの入力と、NES検出器の1つの入力に供給
される。また、入力音声信号は、局S1に与えるため
に、ハイブリッド101にも供給される。(注意すべき
点であるが、パス103を介して遠端から受信される入
力音声信号をここでは遠端音声ともいい、x(k)で表
す。)このような信号は、ハイブリッド101を介して
局S1に供給される。同様に、双方向パス102、ハイ
ブリッド101および一方向パス104を介して局S1
から受信される出力音声信号は、近端音声(Near End S
peech, NES)検出器106−2の入力と、加算回路
106−3の1つの入力(+)に送られる。(注意すべ
き点であるが、局S1から発信される音声信号を近端音
声(NES)ともいう。NESとエコーの和をy(k)
で表し、パス105に供給される信号をe(t)で表
す。)NES検出器106−2は、通常のようにパス1
04を監視し、エコーをNESから区別する。このよう
な監視および検出で、NESがパス104に存在するこ
とが示された場合、検出器106−2は、フィルタ10
6−1がパス104上のエコーのレベルに適応すること
を抑止する適応制御信号(抑止信号)を出力する。他
方、NESが検出されない場合、この抑止信号を除去
し、周知のように、フィルタ106−1がパス104の
エコー信号に適応するようにする。この場合、フィルタ
106−1は、加算回路106−3の入力(−)に、エ
コー信号の評価値を実質的に構成する信号を供給する。
加算回路106−3は、パス104を介して受信される
信号からその評価値を差し引き、その結果を、遠端への
送信のために一方向パス105に出力する。理解される
ように、フィルタ106−1は、最初は、エコーの粗い
評価値を出力するが、その適応プロセスを通じて、最終
的には、パス104のエコーの精密な評価値に到達す
る。(注意すべき点であるが、同様のエコー消去プロセ
スは遠端でも行われる。)
は、遠端音声(Far End Speech, FES)と、一方向パ
ス104を介して供給される直接のNESを区別しよう
とする。NES検出器106−2は、y(k)信号のパ
ワーレベルの評価値を、x(k)信号のパワーレベルの
評価値と比較することによってこれを行う。y(k)の
評価レベルがx(k)のレベルの一部(例えば0.5。
これは−6dBに対応する)より大きい場合、NES検
出器106−2はy(k)信号がNESを含むと判定
し、フィルタ106−1の適応プロセスを抑止する。し
かし、この比較で、x(k)信号のパワーレベルが、y
(k)信号のパワーレベルよりも所定しきい値だけ超え
ることが示された場合、検出器106−2は、y(k)
信号が純粋なエコーであると判定し、適応プロセスを進
行させる。
る上記のプロセスはいくら良くても不完全である。その
理由は、測定される短期音声レベルは、誰が話している
か、および、特定の瞬間に何を言っているかに依存する
ためである。さらに、FESおよびNESの伝送路にお
ける伝送損失もまたこのような測定値に影響を及ぼす。
これは、NESパスにおける伝送損失がFESパスにお
ける伝送損失より大きいようなアプリケーションではN
ES検出はあまり信頼性がないという事実によって強調
される。この「ずれ」は特にセルラ網において明らかと
なる。
端信号y(k)が音声を含むかどうかの「粗い」表示を
提供する近端音声検出器と、その表示を用いてその近端
信号が純粋なエコーであるときをさらに正確に識別する
ようにx(k)信号およびe(k)信号の処理を動的に
制御するもう1つの近端音声検出器を設けることによっ
て改善される。
号レベルの表示が、遠端から受信される音声信号から導
出される。次に、この表示と、あるしきい値を用いて、
近端の信号源から受信される信号の大きさがエコー信号
のみの大きさより大きいかどうかを判定する。近端の信
号源から受信される信号の大きさのほうが大きく、か
つ、近端音声の存在の表示がない場合、しきい値を第1
の方向に調節し、それ以外の場合、しきい値を第2の方
向に調節して、エコー検出の精度をさらに「微調整」す
る。
と遠端ディジタル網100の間の通信コネクションの概
略を示す。このコネクションは、一方向パス203およ
び204から構成される。破線は、双方向パスの両端で
顕著なエコーパス遅延を引き起こすのに十分な長さのコ
ネクションの部分を表す。図から分かるように、エコー
キャンセラ206は、とりわけ、適応フィルタ206−
1を有する。適応フィルタ206−1は、有限インパル
ス応答(FIR)フィルタとして設定された通常のディ
ジタル信号プロセッサ(DSP)でよい。また、エコー
キャンセラ206は、加算器206−3およびNES検
出器206−2を有する。NES検出器206−2もま
た通常のDSPでよい。NES検出器206−2は、パ
ス207を介して、一方向パス203における遠端音声
信号(x(k))の存在を監視し、また、一方向パス2
04における近端音声信号の存在を監視する。しかし、
図1のNES検出器106−2とは異なり、NES検出
器206−2は、本発明の特徴によれば、キャンセラ2
06のE側に存在する信号のレベルをも監視して、NE
Sが存在するかどうかを判定する(詳細は後述)。
タル音声サンプルは通常の方法(図示せず)でアナログ
信号に変換された後、パス202を介して局S2へ送る
ためにハイブリッド201に供給される。遠端音声サン
プルもまた、パス203を介して受信されると、NES
検出器206−2のXポートおよび適応フィルタ206
−1の入力に供給される。同様に、ハイブリッド201
を介して局S2から受信されるアナログ信号は通常の方
法(図示せず)でディジタル音声サンプルに変換された
後、加算器206−3およびパス205を介して最終的
に遠端へ送るためにキャンセラ206のYポートに供給
される。y(k)信号およびe(k)信号はそれぞれ、
NES検出器206−2のYポートおよびEポートにも
供給される。NES検出器206−2は、所定数N(例
えば512)個のメモリ位置からなる内部Xポートメモ
リバッファ(図示せず)にx(k)サンプルを順に格納
し、現在のサンプルがバッファ内に格納されていた最も
古いXポートサンプルの代わりに格納されるようにす
る。こうして、NES検出器206−2は、遠端(例え
ば網100)から受信される順序でXポートバッファに
最近の512個のXポート音声サンプルを格納する。従
って、バッファの内容は、所定期間(例えば64ミリ
秒。これは、512個の連続するXポート音声サンプル
の継続時間と等価である)にわたる移動ウィンドウ(す
なわち、シフトレジスタ)を表す。新たなサンプルがX
ポートバッファに格納されるごとに、NES検出器20
6−2の動作を制御するDSPはバッファの内容をスキ
ャンし、格納されているサンプルのうち絶対値(パワー
レベル)が最大のものを見つける。
(k)信号とx(k)信号の相対的なレベルを比較する
ことに基づいて、NESが存在するかどうかを判定す
る。注意すべき点であるが、このような判定をするため
にさまざまな方法が周知である。例えば、いわゆるGeig
elアルゴリズムはそのような方法の1つであり、197
8年5月にIEEE Transactions on Communications誌に
公表された"A Twelve ChannelDigital Echo Canceler"
と題するD. L. Duttweilerによる論文に記載されてい
る。Geigelアルゴリズムは、パス208を介して受信さ
れるy(k)の現在のサンプルの絶対値と、x
max(k)の現在の値を次のようにして比較する。 |y(k)|≧αYxmax(k) (1) ただし、αYは、予想される最悪のエコーパス損失に基
づく所定の値(多くの場合0.5であり、これは−6d
Bに相当する)である。検出器206−2は、式(1)
が満たされていることが分かると、論理値ξ
Y,big(k)を真に設定する。しかし、Y側からの予備
的なNES表示はξY,big(k)ではなく、次式で与え
られる。
るいは、クロックレートが125ミリ秒のシステムでは
256信号サンプル)である。NESの存在の表示とし
て、まさに現在のξY,big(k)ではなく、最近の過去
に生じたξY,big(k)を使用する必要があるのは、以
下に「強力な」NESであっても、音声波形のゼロ交差
に対応する時刻には小さいレベルのy(k)しか生成し
ないためである。
リズム(例えば上記のGeigelアルゴリズム)は、エコー
中のNESの存在の検出ができない可能性がある。これ
は、ディジタルセルラ網で起こる「レベルずれ」の場合
に特にそうである。
ーキャンセラのE側でNESの存在を検出するととも
に、E側しきい値(αE(k))が所定の最小値に到達
するまで、NESの検出の「警報誤り(フォールスアラ
ーム)」が起こらない限り、継続的にαE(k)を下方
へ適応させることによってそのような検出を改善するこ
とにより解決される(詳細は後述)。しきい値(α
E(k))の値が、E側が誤ってNESを宣言する点に
到達した場合、NES検出器206−2のEポート検出
プロセスはしきい値(αE(k))を情報に調節して
(例えば、別の所定レートでその値を増大させて)、そ
の誤りを訂正する(詳細は後述)。
トは、xmax(k)の現在の値を用いて、音声が加算器
206−3のE側に存在するかどうかを判定する。これ
は、パス209を介して受信する現在のe(k)サンプ
ルの絶対値をxmax(k)の現在の値と次のように比較
することによって行われる。 ξE,big(k)=|e(k)|≧αE(k)xmax(k) (3) ただし、しきい値αE(k)は上記のように適応的に増
減される。すなわち、αE (k)の現在の値は次のよう
に適応的に増加される。 αE(k)=αE(k−1)(1+εErE) (4) ただし、εEの値は例えば0.0005という値に設定
され、rEはたとえば10.0という値に設定される。
他方、αE(k)の値は、次のように適応的に減少され
る。 αE(k)=αE(k−1)(1−εE) (5)
(5)のいずれかを実行することから得る結果を用いる
方法について図3を参照して後述する。
なった後のハングオーバ期間(時間)の間、次式のよう
な最終的なE側NES表示が宣言される。
応フィルタがエコーを評価する能力をNESが劣化させ
ないように適応フィルタ206−1の適応を抑止するた
めに使用される。
は、式(4)または(5)に従ってしきい値αEを変化
させ、図3のプログラムを用いてその機能の実施を制御
する。具体的には、プログラムが開始されるとブロック
301に進み、E側しきい値(αE)の値を所定の値
(例えば0.5)に初期化する。次に、プログラムはい
わゆるハングオーバカウントEcountをクリアして、上
記のハングオーバ時間の実施に備える。次に、プログラ
ムは、破線で表されているように、遠端音声信号x
(k)の次のディジタルサンプルの受信を待機する。サ
ンプルを受信すると、プログラムはブロック302に進
み、式(3)に従って判定されるように、e(k)をし
きい値と比較する。サンプルの絶対値が大きい場合、プ
ログラムは(ブロック305)Ecountの値を最大値
(例えば255)に設定して、Ecount(ハングオーバ
時間)の値が次の255サンプルのx(k)に対して真
(非零)になるようにする。すなわち、プログラムは、
次の255サンプルの間NESが存在すると仮定する
(後述)。そうでない場合、プログラムは(ブロック3
04)Ecountの値を所定の値(例えば、値1)だけデ
クリメントする。
み、(a)遠端音声x(k)が存在すること、および、
(b)近端音声が存在するというYポート検出器からの
表示がないことを検査する。注意すべき点であるが、遠
端音声を検出するさまざまな方法が周知である。遠端音
声を検出するための1つの単純であるが満足なアルゴリ
ズムは次のものである。 FES(k)=(xmax(k)≧αFES) (7) ただし、αFESは、約−42dbmoの正弦波パワーレ
ベルに相当するように設定される。
真になっていない場合に、プログラムはブロック307
に進む。それ以外の場合、プログラムは、遠端音声信号
x(k)の次のディジタルサンプルの受信を待機するた
めに復帰する。ブロック307で、プログラムは、上記
のようにして、近端音声がまだ存在するかどうか(すな
わち、Ecountが0以上であり、かつ、式(3)の結果
が真であるかどうか)を判定する。この条件以外の場
合、E側検出処理はYポート検出処理と一致している
(すなわち、Ecountが0に等しいことはNESE(k)
が存在しないことを示す)ことを意味し、プログラム
は、NESの検出を改善するために、しきい値αEの設
定においてさらに積極的になっても良いと判断する。そ
の場合、そのために、プログラムは(ブロック311)
αEの値を(式(5)を用いて)減少させる。次に、プ
ログラムは(ブロック312)、この減少によって、α
Eが所定の最小値(例えば0.0625という値)を下
回ったかどうかを検査する。下回っていない場合、プロ
グラムはx(k)の次のサンプルの受信を待機するため
に復帰する。下回った場合、プログラムは(ブロック3
13)、αEの値を前記の最小値に設定してその値を下
回らないようにした後、x(k)の次のサンプルの受信
を待機するために復帰する。
場合(これは、E側検出プロセスがYポート検出プロセ
スと一致していないことを意味する)、プログラムは、
αEの設定において積極的すぎたと判断する。その場
合、プログラムは(ブロック308)、上記のように
(すなわち、式(5)を用いて)αEの値を増大させ
る。次に、プログラムは(ブロック309)、αEの新
しい値が所定の最大値(例えば、0.63という値。こ
れは−4dBと等価である)を超えるかどうかを検査す
る。超えていない場合、プログラムは、x(k)の次の
ディジタルサンプルの受信を待機するために復帰する。
超えている場合、プログラムは(ブロック310)、α
Eをその最大値に設定してαEがその値を超えないように
してから同様に復帰する。
コー消去の技術は、近端信号y(k)が音声を含むかど
うかの「粗い」表示を提供する近端音声検出器と、その
表示を用いてその近端信号が純粋なエコーであるときを
さらに正確に識別するようにx(k)信号およびe
(k)信号の処理を動的に制御するもう1つの近端音声
検出器を設けることによって改善される。
を用いた伝送網の概略ブロック図である。
セラを用いた伝送網の概略ブロック図である。
現するプログラムの流れ図である。
Claims (14)
- 【請求項1】 適応フィルタ、加算器回路と、第1近端
音声検出器と、第2近端音声検出器とからなるエコーキ
ャンセラにおいて、該第2近端音声検出器は、 遠端の音声信号源へ延びるコネクションを介して音声信
号を受信し、受信した音声信号を処理して遠端音声の信
号レベルの表現を導出する手段と、 前記信号レベルの導出に応じて、前記表現と、しきい値
変数の現在の値との関数として、前記キャンセラによっ
て出力される信号の大きさがエコー信号のみの大きさよ
り大きいかどうかを判定する手段と、 前記エコーキャンセラによって出力される信号のほうが
大きく、かつ、近端音声が存在するという前記第1近端
音声検出器からの表示が存在しないという条件が成立し
た場合、前記しきい値を減少させ、前記条件が成立しな
い場合、前記しきい値を増大させる手段とからなること
を特徴とするエコーキャンセラ。 - 【請求項2】 前記しきい値は第1の所定の割合で減少
させられることを特徴とする請求項1のエコーキャンセ
ラ。 - 【請求項3】 前記しきい値は第2の所定の割合で増大
させられることを特徴とする請求項2のエコーキャンセ
ラ。 - 【請求項4】 前記遠端の音声信号源はセルラ網である
ことを特徴とする請求項1のエコーキャンセラ。 - 【請求項5】 前記第1の所定の割合は前記第2の所定
の割合より小さいことを特徴とする請求項3のエコーキ
ャンセラ。 - 【請求項6】 前記しきい値が所定の最大値より大きい
値に達したことに応じて、前記しきい値を該最大値に設
定する手段をさらに有することを特徴とする請求項1の
エコーキャンセラ。 - 【請求項7】 前記しきい値が所定の最小値より小さい
値に達したことに応じて、前記しきい値を該最小値に設
定する手段をさらに有することを特徴とする請求項1の
エコーキャンセラ。 - 【請求項8】 前記第1近端音声検出器は、 音声信号が前記遠端から受信される順序に基づいて、受
信した音声信号から現在の音声信号列を形成する手段
と、 前記現在の音声信号列を形成する音声信号のうちのいず
れの大きさが最大であるかを判定する手段と、 現在の近端信号の大きさが、遠端音声信号のうち大きさ
が最大のものと所定のしきい値との関数として導出され
る値以上である場合に前記表示を出力する手段とからな
ることを特徴とする請求項1のエコーキャンセラ。 - 【請求項9】 エコーキャンセラのための音声検出装置
において、該装置は、 遠端の音声信号源への一方向通信路を介して接続され、
遠端の音声信号を受信し、遠端音声の表現を導出する手
段と、 近端信号源へ延びるもう1つの一方向通信路を監視し、
近端信号が近端音声を含むときに表示を出力する第1音
声検出器と、 前記表現と、適応しきい値αEの現在の値との関数とし
て、前記エコーキャンセラからの出力の大きさがエコー
信号のみの大きさより大きいかどうかを判定する第2音
声検出器とからなり、該第2音声検出器は、 前記エコーキャンセラによって出力される信号のほうが
大きく、かつ、近端音声が存在するという前記第1近端
音声検出器からの表示が存在しないという条件が成立し
た場合、前記適応しきい値αEを減少させ、前記条件が
成立しない場合、前記適応しきい値を増大させる手段を
有することを特徴とする音声検出装置。 - 【請求項10】 前記遠端の信号源はセルラ網であるこ
とを特徴とする請求項9の装置。 - 【請求項11】 前記適応しきい値αEの増大および減
少は、それぞれ、互いに等しくない第1および第2の所
定の割合に従ってなされることを特徴とする請求項9の
装置。 - 【請求項12】 前記しきい値αEが所定の最大値より
大きいことに応じて、前記しきい値を該最大値に設定す
る手段をさらに有することを特徴とする請求項9の装
置。 - 【請求項13】 前記しきい値αEが所定の最小値より
小さいことに応じて、前記しきい値を該最小値に設定す
る手段をさらに有することを特徴とする請求項9の装
置。 - 【請求項14】 適応フィルタ、加算器回路と、第1近
端音声検出器と、第2近端音声検出器とを有するエコー
キャンセラを動作させる方法において、 遠端の音声信号源へ延びるコネクションを介して音声信
号を受信し、受信した音声信号を処理して遠端音声の信
号レベルの表現を導出するステップと、 前記第2近端音声検出器において、前記信号レベルの導
出に応じて、前記表現と、しきい値変数の現在の値との
関数として、前記キャンセラからの出力の大きさがエコ
ー信号のみの大きさより大きいかどうかを判定するステ
ップと、 前記第2近端音声検出器において、前記エコーキャンセ
ラからの出力のほうが大きく、かつ、近端音声が存在す
るという前記第1近端音声検出器からの表示が存在しな
いという条件が成立した場合、前記しきい値を減少さ
せ、前記条件が成立しない場合、前記しきい値を増大さ
せるステップとからなることを特徴とするエコーキャン
セラ動作方法。
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