JPH10190848A - 音響エコーキャンセル方法とそのシステム - Google Patents
音響エコーキャンセル方法とそのシステムInfo
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- JPH10190848A JPH10190848A JP9303188A JP30318897A JPH10190848A JP H10190848 A JPH10190848 A JP H10190848A JP 9303188 A JP9303188 A JP 9303188A JP 30318897 A JP30318897 A JP 30318897A JP H10190848 A JPH10190848 A JP H10190848A
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- H04M9/08—Two-way loud-speaking telephone systems with means for conditioning the signal, e.g. for suppressing echoes for one or both directions of traffic
- H04M9/082—Two-way loud-speaking telephone systems with means for conditioning the signal, e.g. for suppressing echoes for one or both directions of traffic using echo cancellers
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)
- Circuit For Audible Band Transducer (AREA)
- Stereophonic System (AREA)
- Telephonic Communication Services (AREA)
Abstract
ることが可能なステレオ音響エコーキャンセル技術を提
供する。 【解決手段】 本発明によるテレコンファレンスシステ
ムのようなステレオ通信システムのための個々のインパ
ルス応答を推定するための方法および装置は、ステレオ
システムの個々のチャネル信号間の相互関係を選択的に
低減する。ステレオ音源信号x1,x2の相互関係を選択
的に低減することは、ステレオ通信システムの受信部屋
10の個々のインパルス応答の推定において、好都合な
結果となる。制限的に相互関係を低減された音源信号
は、通常の適応フィルタおよび受信部屋のラウドスピー
カ11,12に提供される。音響エコーキャンセルは、
通常の方法で行われるが、選択的に相互関係を低減され
たソース信号について行われる。
Description
セル技術に係り、特にステレオ音響エコーキャンセル技
術に関する。
トなオーディオ/ビデオ媒体に対するテレコンファレン
スの発展は、とりわけ、音声をテレコンファレンスする
能力の発展に依存する。音が現実的になればなるほど、
テレコンファレンスはより実物に近くなる。いくつかの
今日のテレコンファレンスシステムは、高い忠実度のオ
ーディオシステム(100〜7000Hz帯域幅)を含
む点まで既に発展してきた。これらのシステムは、古い
電話システム(200〜3200Hz帯域幅)について
のかなり大きな改良を提供する。しかし、このような忠
実性が高いシステムは、テレコンファレンス技術におけ
るオーディオの発展の制限では決してない。
レコンファレンス技術にとって非常に望ましい。これ
は、ダイナミック、複数および同時に生じ得る話者のパ
ネル間のディスカッションを聞き手が理解するために必
要だからである。空間的現実性についての必要性は、最
低2つのチャネルに関係するテレコンファレンスにおけ
る多チャネル(即ち、ステレオ)オーディオシステムの
考慮を導く。
は、音声通信のための単一(モノラル)の全二重式オー
ディオチャネルを有する。単純なスピーカホーンから最
新のビデオテレコンファレンス装置までに及ぶこれらの
システムは、典型的に、音響的結合による望ましくない
エコーを除去するために、音響エコーキャンセラ(AE
C)を使用する。
応じて、テレコンファレンスラウドスピーカから放射さ
れる音がテレコンファレンスマイクロフォンに到着した
ときに、生じる。このマイクロフォンは、この音(即ち
このエコー)に応じて、信号を生成する。そして、この
マイクロフォン信号は、遠方の位置に送信される。AE
Cは、エコーが生じる部屋において、ラウドスピーカか
らマイクロフォンへのインパルス応答を除去し、エコー
を電気的にキャンセルするために使用される信号を生成
するために、適応フィルタを使用する。
高品質ステレオテレコンファレンスは、AECを必要と
する。例えば、M. M. Sondhi および D. R. Morgan,
“Acoustic echo cancellation for stereophonic tele
conferencing,”Proc. IEEE ASSP Workshop Appls. Sig
nal Processing Audio Acoustics, 1991, を参照のこ
と。
Cは、モノラルとの関連で存在しない問題を生じる。モ
ノラルのテレコンファレンスシステムにおいて、エコー
が生じている部屋において、ラウドスピーカからマイク
ロフォンへの単一のインパルス応答を推定するために、
単一の適応フィルタが使用される。部屋の中には1つの
ラウドスピーカおよび1つのマイクロフォンしかないの
で、推定すべきインパルス応答は1つしかない。
屋の現実のインパルス応答に近付くとき、これらの応答
間の差は、ゼロに近づく。それらの差が非常に小さい
と、エコーの影響は低減される。エコーを低減する能力
は、ラウドスピーカからの信号に無関係である。これ
は、現実のインパルス応答と推定されたインパルス応答
が等しいかまたはほぼ等しく、かつ現実のインパルス応
答を有する部屋と推定されたインパルス応答を有する適
応フィルタの両者が同じ信号により励起されるからであ
る。
ステムにおいて、複数(例えば、2つ)の適応フィルタ
が、部屋の複数(例えば、2つ)のインパルス応答を推
定するために使用される。各適応フィルタは、受信部屋
におけるラウドスピーカからマイクロフォンへの別個の
音響パスと関係づけられている。部屋の個々のインパル
ス応答を独立に推定できるのではなく、通常のステレオ
AECシステムは、エコーを低減する結合効果を有する
インパルス応答を得る。
は、AECシステムがマイクロフォンあたり単一の信号
のみを測定できるという事実による。この信号は、複数
の音響パスを通して単一のマイクロフォンに到着する複
数の音響信号の和である。したがって、AECは、部屋
の個々のインパルス応答を観測することができない。イ
ンパルス応答推定値を得ることについての問題点は、低
減されたエコーの結合効果が、現実の個々のインパルス
応答が正確に推定されることを必ずしも意味しないもの
であることに基づく。
い場合、遠方の位置の音響特性における変化に対して丈
夫であるべきAECシステムの能力は、制限され、性能
における望ましくない低下が生じ得る。例えば、M. M.
Sondhi, D. R. Morgan, および J. L. Hall による“St
ereophonic acoustic echo cancellation -- An overvi
ew of the fundamental problem,”IEEE Signal Proces
sing Lett, Vol. 2, No. 8, August 1995, pp. 148-15
1, を参照のこと。
レンスシステムのようなステレオ通信システムについて
の個々のインパルス応答を推定するための技術を提供す
る。この技術は、ステレオシステムの個々のチャネル信
号(音源信号)間の相互関係を選択的に低減することに
関係している。
減は、好都合なことに、ステレオ通信システムの受信部
屋の個々のインパルス応答の推定となる。選択的に相互
関係を低減された音源信号は、通常の適応フィルタおよ
び受信部屋のラウドスピーカに提供される。AEC機能
は、選択的に相互関係が低減された音源信号において、
実行されることを除き通常の方法で実行される。
の2つのステレオチャネル間の音源信号の相互関係の選
択的な低減は、チャネル間結合を減少させるために、好
ましくは小さな非線形性を各チャネル中に導入すること
により達成される。本発明の一実施形態によれば、各チ
ャネル信号は、チャネル信号それ自体の小さな非線形機
能をそれに付加して、信号の間隔的な品質を保持しつ
つ、チャネル間結合を減少させる。一つの特定の実施形
態において、例えば、非線形機能は、半波整流器を含
む。
明の一実施形態は、個々の機能ブロックを含むものとし
て表現される。これらのブロックが表す機能は、ソフト
ウェアを実行することができるハードウェアを含み、こ
れに限定されない共用または専用のハードウェアのいず
れかを使用して、提供され得る。例えば、様々な図にお
いて表現されるブロックの機能は、単一の共用プロセッ
サにより提供され得る。
ェアを実行することができるハードウェアを排他的に指
すものであると解釈すべきでない。本発明の実施形態
は、デジタル信号処理プロセッサ(DSP)ハードウェ
ア、以下に説明する動作を実行するソフトウェアを格納
するためのリードオンリメモリ(ROM)、およびDS
Pの結果を格納するためのランダムアクセスメモリ(R
AM)を含むことができる。大規模集積(VLSI)ハ
ードウェアおよび汎用DSP回路との組み合わせにおけ
るカスタムVLSI回路も、提供することができる。
オ」という用語は、多チャネルオーディオシステムを指
す。以下に説明する実施形態のそれぞれは、2つのチャ
ネルを有する。しかし、これらの実施形態のそれぞれ
は、いかなる複数のチャネルも取り扱うように、本発明
の原理に従って容易に修正され得ることは、当業者に明
かである。
ファレンスとの関連で、通常のステレオ(2チャネル)
AECシステムの概略図を示す。送信部屋1は、図の右
側に示されている。送信部屋1は、インパルス応答g1
(t)およびg2(t)により特徴づけられた2つの音
響パスを経て音響音源4(例えば、話者)からの信号を
ピックアップするために使用される2つのマイクロフォ
ン2,3を含む。説明の明瞭さのために、全ての音響パ
スは、対応するラウドスピーカおよび/またはマイクロ
フォンの応答を含むと仮定される。
ぞれ、ステレオチャネル音源信号x2(t)およびx
1(t)である。そして、これらのステレオチャネル音
源信号x2(t)およびx1(t)は、電話またはATM
ネットワークのような通信ネットワークを経て、送信部
屋1から離れた場所において、左側に示した受信部屋1
0中のラウドスピーカ11,12へ送信される。ラウド
スピーカ11,12は、インパルス応答h1(t)およ
びh2(t)で表示されたパスにより受信部屋10中の
マイクロフォン14に音響的に結合される。音響エコー
信号がマイクロフォン14に到達するパスがある。
(t)であり、マイクロフォンにあたる受信部屋中の音
響信号を表す信号である。これらの音響信号は、音響エ
コー信号を含む。ラウドスピーカ11,12は、他の音
響パスによりマイクロフォン13にも結合されている。
しかし、説明を明瞭にするために、その出力に対して、
マイクロフォン14およびAECへの結合のみを説明す
る。
Cに関する分析は、マイクロフォン13の出力へも適応
可能であることを当業者は理解するであろう。同様に、
受信部屋10中のマイクロフォン13および14の出力
について実行されるAECは、好都合なことに、送信部
屋1中のマイクロフォン2および3の出力についても実
行可能であり、受信部屋10と送信部屋1の機能は、交
換されることを当業者であればわかるであろう。
ャンセルするために何もなされないとしたら、これらの
エコーは、マイクロフォン14を介して、かつ通信ネッ
トワークを逆向きに通って、送信部屋1中のラウドスピ
ーカ5へ送り返されることになり、何度も繰り返され
て、望ましくない複数のエコーが生じて、もっと悪い場
合には、ハウリング不安定を生じることになる。勿論、
これは、AEC能力を提供することが有利であることの
理由である。
数と共に有限インパルス応答(FIR)フィルタを使用
して、エコーの推定値を得る。この「適応」フィルタ
は、受信部屋10中のエコーパスの音響インパルス応答
をモデル化する。図1は、受信部屋10中の2つのエコ
ーパスをモデル化するために、それぞれがインパルス応
答h1^(t)およびh2^(t)を有する2つの適応F
IRフィルタ16,15を使用するAEC20を使用し
て、この技術を一般化する。フィルタ16,15は、シ
ステム中のいずれの場所にも(即ち、送信部屋1、通信
ネットワーク中、または受信部屋10)に配置すること
ができるが、好ましくは受信部屋10に配置される。
ーカ信号x1(t)およびx2(t)で駆動すると、全体
のエコー推定値の成分である。信号y1^(t)および
y2^(t)を生成する。これらの2つのエコー推定値
成分信号、即ちy1^(t) およびy2^(t) の和
は、加算回路17の出力において、全体のエコー推定値
信号y^(t)を生じする。このエコー推定値信号y^
(t)は、減算回路18を使用してエコー信号y(t)
から引き算され,誤差信号e(t)を形成する。誤差信
号e(t)は、近端音声(即ち、受信部屋において生成
される音声)がない場合、小さいことが意図され、即ち
ゼロに向かわされる。
適応フィルタ15,16の係数は、当業者によく知られ
たLMS(即ち確率論的勾配)アルゴリズムのようなよ
く知られた技術を使用して得られる。これらの係数は、
誤差信号をゼロに減少させようとして更新される。この
ように、係数h1^(t)およびh2^(t)は、ステレ
オ信号x2(t)およびx1(t)と誤差信号e(t)と
の関数である。
ECと異なり、通常のステレオAECは、部屋の個々の
インパルス応答を独立に推定しない。むしろ、通常のス
テレオAECシステムは、エコーを低減する結合効果を
有するインパルス応答を得る。低減されたエコーの結合
効果に基づいてインパルス応答推定値を得ることに伴う
問題は、そのような結合効果が、実際の個々のインパル
ス応答が正確に推定されることを必ずしも意味しないこ
とである。個々のインパルス応答が正確に推定されない
場合、離れた位置の音響特性における変化に対して丈夫
であるべきAECシステムの能力は、制限され、性能に
おける望ましくない低下が起こり得る。
ムの動作との関係でこの問題を調べるために、以下の事
項を考慮する。マイクロフォン14からの信号出力は、
次式で表すことができる。 y(t)=h1(t)*x1(t)+h2(t)*x2(t) (1) ここで、h1 およびh2 は、受信部屋10におけるラウ
ドスピーカ対マイクロフォン−インパルス応答であり、
x1 およびx2 は、ラウドスピーカ11,12へ提供さ
れるステレオ音源信号であり、“*”は、渦巻を示す。
であるようにあらゆる点で仮定される。誤差信号e
(t)は、次式で表すことができる。 e(t)=y(t)−h1^Tx1−h2^Tx2 (2a) ここで、h1^およびh2^は、適応フィルタ係数のN次
元ベクトルであり、x1=[x1(t),x1(t−
1),...x1(t−N−1)]Tおよびx2=[x
2(t),x2(t−1),...x2(t−N−1)]T
は、N個の最も最近の音源信号サンプルを含むベクト
ルであり、肩文字Tは、転置動作を示す。
に書くことができる。 e(t)=y(t)−h^Tx (2b) ここで、h^=[h1^T|h2^T]T は、h1^および
h2^の連続であり、同様にx=[x1T|x2T]T であ
る。
(t)は次式で表すことができる。 y(t)=h1 Tx1+h2 Tx2=hTx (3) ここで、h1 およびh2 は受信部屋における真のインパ
ルス応答ベクトルであり、h=[h1 T|h2 T]T であ
る。hによって、式(2d)を次式のように書き直すこ
とができる。 e(t)=(h−h^)Tx=h〜Tx (4) ここで、 h〜=h^−h (5) は、インパルス応答不一致ベクトルである。
する。式(4)から、次式となる。 h1〜*x1+h2〜*x2=0 (6) 例えば図1に示された単一話者の場合について、これは
さらに次式を意味する。 [h1〜*g1+h2〜*g2]*s(t)=0 (7) ここで、s(t)は、送信部屋における話者により生成
された音響信号である。周波数領域において式(7)
は、次式となる。 [H1〜(jω)G1(jω)+H2〜(jω)G2(jω)]S(jω)=0 (8) ここで、時間関数のフーリエ変換は、対応する大文字に
より示される。
0である。この場合において、G1Sがゼロである場合
を除いて、式(8)は、H1 =0を生じる。したがっ
て、完全な一致(即ち、h1^=h^)は、G1Sがいか
なる周波数においても消えないことを補償することによ
り達成される。勿論、受信部屋インパルス応答h1 が変
化する場合、適応フィルタ15,16の適応アルゴリズ
ムは、これらの変化を追跡しなければならない。
する周波数範囲においてゼロでない場合にも、達成でき
る最適なものは次式である。 H1〜G1+H2〜G2=0 (9) この式は、完全な一致状態であるH1〜=H2〜=0を意
味しない。ステレオエコーキャンセラに伴う問題は、式
(9)から明かである。
固定されている場合にも、G1 またはG2 におけるいか
なる変化も、H1=H2=0である特別な場合を除いて、
H1およびH2 の調節を必要とする。したがって、フィ
ルタ15,16の適応アルゴリズムが受信部屋における
変化を追跡なければならないだけではなく、送信部屋に
おける変化も追跡しなければならない。送信部屋におけ
る変化は、追跡することが特に困難である。即ち、部屋
の中の異なる位置において一人の話者が話すことをや
め、別の話者が話すことを始めた場合、インパルス応答
g1 およびg2 は、突然にかつ非常に大きな量の変化を
する。
一チャネルエコーキャンセラの場合と同様に、送信部屋
における変化を独立に収束させるアプローチを考えるこ
とである。また、式(6)中のx1 およびx2 が相互に
関連づけられていない場合、式(6)は、h1=h2=0
を意味する。この理由のために、本発明は、x1 および
x2 の関連付けをなくすことを狙っている。
ンスシステムの構成を示す。図2のシステムは、送信部
屋1のマイクロフォン3,2と受信部屋10のラウドス
ピーカ11,12との間のパス中に挿入された非線形信
号変換モジュール25,30(NL)があることを除い
て、図1と同じである。非線形変換モジュール25,3
0の動作によりステレオ音源信号x1(t)およびx
2(t)は、それぞれ信号x1′(t)およびx2′
(t)に変換される。ここで“′”は、ステレオシステ
ムの他の変換された信号と低減された相互関係をこの場
合に好都合に有する変換された信号を示す。
20のフィルタは、システム中のどの場所にも配置でき
るが、好ましくは受信部屋10に配置される。非線形変
換モジュール25,30は、図示されているように変換
された信号を受信部屋10およびAEC20の両者が受
信する限り、どの場所にも配置できるが、好ましくは送
信部屋1に配置される。
信号x1(t)およびx2(t)は、対応する信号それ自
体の小さな非線形関数をそれぞれに加えることにより、
好都合に部分的に相互関係を解除されている。2つのプ
ロセスが線形的に従属している場合、かつその場合のみ
に、2つのプロセス間の結合の強さは1に等しいことが
当業者によく知られている。
ることにより、結合は低減される。しかし、信号をその
元の信号に類似する付加成分と結合することにより、例
えばランダムノイズ成分を加える効果と比べて、可聴劣
化は好都合に最小化できる。これは、音声のような信号
に対して特に当てはまり、信号の倍音構造は、歪をマス
クする傾向にある。
ュール25,30を具現化するために使用できる例示的
な非線形変換モジュールの構成を示す。図3において、
非線形関数モジュール32に、元の信号x(t)が与え
られ、出力が、マルチプライヤ34を使用して、小さな
係数αが乗算される。この結果は、図示されているよう
に、変換された信号x′(t)を生成するために、元の
信号をx(t)と結合される。即ち、i=1,2に対し
て、 xi′(t)=xi(t)+αfi[xi(t)] (10)
ことに、非線形である。したがって、x1′(t)およ
びx2′(t)の間の線形の関係は回避され、結合の強
さが1よりも小さいことを補償する。当業者に明らかな
ように、そのような変換は、結合を低減し、共分散行列
の条件数を低減し、不一致を改善する。勿論、この変換
の使用は、その影響が聞き取ることができず、ステレオ
感覚にいかなる有害な影響も有しない場合に、特に有利
である。この理由のために、乗数αが比較的小さいこと
が好ましい。
f1 およびf2 (非線形関数モジュール32により与え
られる)は、当業者によく知られたそれぞれ半波整流器
関数であり、次式で定義される。 f(x)=(x+|x|)/2=x>0の場合、x、その他の場合、0 (11 )
は、0.5よりも小さい値に好都合にセットされ、好ま
しくは0.1〜0.3の範囲の値にセットされ得る。他
の実施形態において、f1 およびf2 のそれぞれは、例
えば、f(x)=|x|として定義される全波整流器関
数、f(x)=sgn(x)として定義されるハードリ
ミッタ関数、f(x)=x2 として定義される二乗関
数、f(x)=x2 sgn(x)として定義される二乗
サイン関数、f(x)=x3 として定義される三乗関数
または当業者に明かであり、かつよく知られた他の多数
の非線形関数のいずれかであり得る。
オ/モノAEC 図4は、本発明の代替的な実施形態によるAECの構成
を示す。図4の例示的なAECは、ステレオ効果が、例
えば1000Hzの近傍であるクリティカルな周波数よ
りも下の音エネルギに主によるという観察に基づく。
好都合なことに、高い周波数(例えばクリティカルな周
波数を超える)における通常のモノAEC成分を有する
モノラル音を使用しつつ、低い周波数(例えば、クリテ
ィカルな周波数よりも下の)における本発明によるステ
レオAEC成分を有するステレオ音を使用するハイブリ
ットモノ/ステレオAECを含む。このハイブリットア
プローチは、例えば図2に示された実施形態により提供
されるフルバンドステレオAECの複雑さと完全な空間
的な現実性を達成する目的との間の有利な妥協を提供す
る。
例えば具現化される本発明によれば、高品質エコーキャ
ンセルを達成するように、収束レートの検知における高
速適応アルゴリズムを使用することは有利である。これ
は、例えば、必要とされるメモリおよび動作の数の検知
から比較的高レベルの複雑さは、潜在的にリアルタイム
の具現化を幾分コストがかかるものにすることを意味す
る。
オAECシステムの関連において、当業者によく知られ
た2チャネル高速再起最小二乗法(FRLS)アルゴリ
ズムであっても、理想よりも幾分遅く収束する。この理
由のために、良好な空間的現実性を維持したまま、より
早く収束し、例えば図2の例示的なシステムのフルバン
ドスキームよりも具現化が容易(かつ安価)であるAE
Cシステムを提供することが有利である。この目的は、
例えば図4に示された例示的なシステムのような本発明
の所定の代替的な実施形態によるハイブリットステレオ
/モノAECシステムにより有利に達成される。
理解することは複雑であるが、実験は、ステレオ中和、
本質的にクリティカル周波数(例えば1000Hz)よ
りも下に位置し、もしあったとしても、その周波数を超
える局部化にほとんど寄与しないことを示す。例えば、
F. L. Wightman および D. J. Kistler による“Thedom
inant role of low-frequency interaural time differ
ences in sound localization,”J. Acoust. Soc. Am.,
vol. 91, pp. 1648-1661, Mar. 1992 を参照のこと。
ノラルAECシステムは、本発明の原理と組み合わされ
た心理音響学的原理に基づいている。図4,5および6
に示された図において、垂直方向の破線は、例えば送信
部屋に配置され得る構成要素、即ち線の左側の構成要素
と、例えば受信部屋に配置され得る構成要素、即ち線の
右側に配置され得る構成要素との間の例示的な分割を示
す。しかし、このような構成要素の配置は、単に例示的
なものである。他の代替的な実施形態において、様々な
構成要素が他の方法で配置され得ることは、当業者にと
って明かである。
ち左および右チャネル信号)は、それぞれローパスフィ
ルタ41,42によりまずろ波され、そして、ダウンサ
ンプラ43,44によりそれぞれダウンサンプルされ、
2つの低周波数ステレオ信号xL1およびxL2を生成す
る。この方法において、クリティカル周波数(例えば、
1000Hz)よりも下の周波数は、ステレオ効果を実
現するために、2つの独立したチャネルにおいて維持さ
れる。
の和(加算回路40により計算された)は、クリティカ
ル周波数よりも高い周波数を維持するために、モノラル
信号、即ちxH と同様に、遅延回路52により遅延され
た後に、ハイパスフィルタ45によりろ波される。さら
に、非線形変換モジュール25,30は、本発明の原理
に従って、図2の例示的なシステムと同様の方法で、各
低周波数チャネルに備えられている。
受信部屋におけるステレオ信号を、遅延回路52からの
結合(即ちモノラル)高周波成分信号とそれぞれ加算回
路53,54からの左および右チャネルの低周波成分信
号との和として、2つの低周波成分信号がアップサンプ
ルされ、アップサンプラ48,49およびローパスフィ
ルタ50,51によりろ波された後に提供する。
準備される。即ち、適応フィルタ64、適応アルゴリズ
ム66および減算回路65を含む高周波成分信号を処理
するための1つのモノラルAECモジュール、および適
応フィルタ55,56、適応アルゴリズム57、加算回
路58および減算回路67を含む2つの低周波成分信号
を処理するための1つのステレオAECモジュールであ
る。
低周波および高周波誤差信号(それぞれ、eL およびe
H )を生成するために使用される。各誤差信号は、受信
部屋中のマイクロフォン14からの信号yがそれぞれロ
ーパスフィルタ59(およびダウンサンプラ60)およ
びハイパスフィルタ61により低周波および高周波成分
信号(即ち、それぞれyL およびyH )に分離されてい
る以外は通常の方法で生成される。
(eL およびeH )は、低周波誤差信号eL がアップサ
ンプラ68によりアップサンプルされ、かつローパスフ
ィルタ69によりフィルタ(ろ波)された後に、かつ高
周波誤差信号eH が遅延回路71により遅延された後
に、最終的誤差信号eを生成するために、加算回路70
により結合される。
テムのようなハイブリットステレオ/モノラルAECシ
ステムは、例えば図4の例示的なハイブリットシステム
において2つの異なるAECモジュールがあるという事
実にもかかわらず、図2に示された例示的なシステムの
ようなフルバンドAECシステムよりも具現化すること
が実際に容易である。
例えば1000Hzに選ばれているステレオAECモジ
ュールに対して、ローパスフィルタされた信号は、係数
r=fs/2fm =fs/2000により好都合にサブサ
ンプルされ得ることにまず気づくべきである。ここで、
fs は、システムのサンプリングレート(Hz)であ
る。特に、図4の例示的なシステムのサブサンプラ4
3,44に留意すること。
示的なシステムにおけるようなフルバンドAEC構成と
比べて、r2 の係数で低減される。特に、タップの数お
よび1秒あたりの演算回数は、両者共にrの係数により
低減され得ることに留意されたい。したがって、2チャ
ネルFRLSのような当業者によく知られた急速収束適
応アルゴリズムは、例えば図4のシステムの適応アルゴ
リズム57により好都合に使用され得る。
ire および Y. Grenier による“Adaptive Filtering A
lgorithms for Stereophonic Acoustic Echo Cancellat
ion,”in Proc. IEEE ICASSP, 1995, pp. 3099-3102 を
参照のこと。一方、当業者によく知られた単純なNLM
Sアルゴリズムは、高周波帯域においてフィルタ係数を
更新するために使用することができる。NLMSアルゴ
リズムの収束は、FRLSアルゴリズムよりも遅いが、
音声中のほとんどのエネルギは、例えば低周波数である
ため、典型的にはこれはほとんど関係がない。
よるハイブリットステレオ/モノラルAECシステムで
あって、図4に示された例示的なシステムと、類似する
ものを示す。しかし、図5の例示的なシステムにおい
て、図4の例示的なシステムにおけるハイパスフィルタ
は、単純な減算に置き換えられている。即ち、ハイパス
フィルタ45の代わりに、図5の例示的なシステムは、
減算回路43を使用して、遅延回路46により遅延され
た後の結合(元の)信号から個々のチャネルのローパス
フィルタされた信号のそれぞれを減算して、オリジナル
信号と2つの低周波成分信号xL1およびxL2との和から
高周波成分信号xH を生成する。
路63で置き換えられており、減算回路63は、元のモ
ノラル信号(y)からローパスフィルタされたマイクロ
フォン信号(yL)を減算して、高周波マイクロフォン
信号yHを生成する。その他は図5の例示的なシステム
は、図4の例示的システムと同一の方法で動作する。
示されたような本発明の実施形態との組み合わせで使用
するためのハイブリットステレオ/モノラルAECを使
用するステレオテレコンファレンスシステムの一部分を
示す。
ルを送信する代わりに、図6により部分的に示されたこ
の例示的なシステムは、最初に元のチャネル信号の内の
1つを他のものから減算し(即ち、x1−x2)、次にそ
の結果をローパスフィルタすることにより形成された低
周波成分「偏差」信号を、2つの元のチャネル信号を加
算(即ち、x1+x2)することにより形成されたフルバ
ンドモノラル信号と共に、たとえば図1の送信部屋1の
ような送信部屋から送信する。具体的には、図に示され
た減算回路73、ローパスフィルタ74およびダウンサ
ンプラ75は、低周波成分「偏差」信号を生成し、加算
回路72はフルバンドモノラル信号を生成する。
部屋における受信機において、高周波成分モノラル信号
xH は、2つの別個のチャネルの低周波成分信号xL1お
よびxL2と共に生成され得る。具体的には、受信された
フルバンドモノラル信号は、ローパスフィルタ77によ
りろ波され、遅延回路76により遅延された後に、減算
回路78により受信されたフルバンドモノラル信号それ
自体から減算され、高周波成分信号xH を生成する。
xL2はダウンサプラ79によりダウンサンプルされた後
のローパスフィルタされたフルバンドモノラル信号と受
信された低周波成分「偏差」信号との和をとることによ
り(加算回路80参照)生成され、それぞれ2で除算さ
れる(除算器81,83を参照)。
および上方互換性のために和および差の送信をしばしば
使用する通常のステレオエンコーディング技術の精神を
多く持つ。したがって、上述したいずれかの本発明によ
る例示的なハイブリットステレオ/モノラルAEC技術
を使用すると、AECシステムの複雑さは、好都合に低
減され、適応アルゴリズムの収束レートは向上し、完全
でないにしてもステレオ効果のほとんどは保持される。
な実施形態 上述した本発明の実施形態は、ステレオテレコンファレ
ンスに向けられているが、本発明の原理は、他のアプリ
ケーションにも同様に適用可能である。例えばデスクト
ップコンファレンスおよび双方向ビデオゲームのような
多くの他のアプリケーションにおいて、例えば音声信号
を送信するために各場所に1つのみのマイクロフォンが
備えられ、複数(例えば2つ)のラウドスピーカが各場
所にそれにもかかわらず備えられる。
レオ効果を作り出すために、受信部屋において合成され
得る。例えば、複数の出席者が関与するデスクトップコ
ンファレンスの場合において、複数の送信部屋(即ち他
の参加者達)を含む人工的な空間的次元を作り出すため
に、ステレオ効果が、各受信部屋において好都合に生成
され得る。同様に、双方向ビデオゲームの場合におい
て、ステレオゲーム音響効果が、特定のゲームが再生さ
れる環境をより現実感があるように表現するために典型
的に作り出される。
プリケーションに適応されることが一般によく知られて
いる。また、例えば上述した双方向ビデオゲームの場合
のようなこれらの多くのアプリケーションにおいて、キ
ャンセルされる信号は、事実通常の意味の言葉における
「エコー」を全く含まないことがある。むしろ、当業者
によく理解されているように、AEC技術はそのような
アプリケーションに適用される場合に、好都合にキャン
セルされる「エコー」信号が、受信部屋中の特定のマイ
クロフォンによりピックアップされる信号のいずれかの
特定の望ましくない部分を含み得る。
いて、例えば、キャンセルされるべき信号の望ましくな
い部分は、受信部屋においてゲーム音響効果により生成
される部分である。このようにして、ここで使用される
「音響的エコー信号」の用語は、この広い意味を含むこ
とを意味している。
び双方向ビデオゲームのアプリケーションにおいて、図
1および2の関数g1(t)およびg2(t)は、もはや
送信部屋の音響応答を表現しないが、その代わりに2つ
のステレオ信号を合成するために使用される関数を表現
する。当業者によく知られているように、信号の内の1
つが他のものの単に減衰されおよび/または遅延された
ものである、即ち関数g1(t)およびg2(t)が振幅
および/または遅延においてのみ異なるように、一対の
ステレオ信号を合成することが一般的である。
適応されるとき、非線形関数f1 およびf2 が異なる非
線形関数であることが好都合である。これは、f1=f2
の場合、得られる信号x1′(t)およびx2′(t)
が、望ましいように関係が解除されていないという事実
による。そのようなアプリケーションに適用され得る本
発明の一実施形態において、f1は、例えばf(x)=
(x+|x|)/2として定義される正の半波整流器で
あり、f2は、例えばf(x)=(x−|x|)/2と
して定義される負の半波整流器である。
の実施形態は、本発明の原理の適用において考えられ得
る多くの具体的な構成の単なる例示であると理解されな
ければならない。多くのかつ様々な他の構成が、当業者
によりこれらの原理に従って、本発明の精神および範囲
から離れることなしに考えられ得る。
ール25,30は、AEC20の外側の送信パスに配置
されるものとして示されたが、そのような変換は、代替
的に、AEC20の内部に含めることができる。そのよ
うな実施形態において、信号x1′(t)およびx2′
(t)は、AEC20から受信部屋10へ提供され得
る。
は、通信ネットワークにおいて実行可能である。典型的
なネットワークアプリケーションは、例えばネットワー
ク交換器における本発明の一実施形態に関係することに
なる。しかし、当業者は、本発明は、送信位置または受
信位置において局地的テレコンファレンス装置の一部と
して局地的に具現化され得ることを理解するであろう。
このように、電話機、ラウドスピーカシステム、マイク
ロフォンシステムなどに内蔵され得る。
的に説明した以外の多くの方法によって組み合わせるこ
とができ、そのような組み合わせのそれぞれは当業者に
とって明かである。例えば、米国特許出願 Ser. No. 0
8/344,320に示されているような部分的に信号
の相互関係の解除を達成するために櫛形フィルタを使用
することは、本発明との組み合わせでも使用することが
できる。
形態において行われるように、高周波数におけるモノラ
ルAECおよび低周波数における本発明による非線形性
の付加を使用することよりもむしろ、櫛形フィルタは、
米国特許出願 Ser. No. 08/344,320に示され
ているように、低周波数において、本発明による非線形
性の付加との組み合わせで、高周波数において使用され
得る。
実際の個々のインパルス応答を正確に推定することが可
能なステレオ音響エコーキャンセル技術を提供すること
ができる。
構成を示す図。
ンファレンスシステムの構成を示す図。
るための非線形信号変換を示す図。
ステレオ/モノラルAECシステムの構成を示す図。
ットステレオ/モノラルAECシステムの構成を示す
図。
用するためのハイブリットステレオ/モノラルAECを
使用するステレオテレコンファレンスシステムの一部を
示す図。
Claims (40)
- 【請求項1】 第1および第2の位置間の通信を強化す
る音響エコーキャンセル方法であって、前記第2の位置
(1)において、複数の音源信号(x1,x2)が提供さ
れ、前記第2の位置において少なくとも音響エコー信号
を表す信号が生成されるものにおいて、 (A) 相互関係を低減した2つ以上の音源信号を得る
ために、それぞれが複数の音源信号の少なくとも1つを
反映する1以上のチャネル信号のそれぞれについて非線
形変換を実行するステップと、 (B) 前記第2の位置における2以上のインパルス応
答を推定するステップと、 (C) 2以上のエコー推定値成分信号を生成するため
に、推定されたインパルス応答に基づいて、前記相互関
係を低減された音源信号をフィルタするステップと、 (D) 前記エコー推定値成分信号の結合と少なくとも
前記音響エコー信号を表す前記信号との間の差を表す信
号を生成するステップとを有することを特徴とする方
法。 - 【請求項2】 前記(B)インパルス応答を推定するス
テップが、前記インパルス応答を表すパラメータを計算
するステップを含むことを特徴とする請求項1記載の方
法。 - 【請求項3】 前記第2の位置における少なくとも音響
エコー信号を表す1つ以上の追加的な信号が前記第2の
位置において生成され、 前記インパルス応答を推定し、前記相互関係を低減され
た音源信号をフィルタし、前記差を表す信号を生成する
前記ステップの別個のシーケンスが、音響エコー信号を
表す前記信号のそれぞれに対して実行されることを特徴
とする請求項1記載の方法。 - 【請求項4】 前記第2の位置において提供される複数
の音源信号は、前記第1の位置において生成されたもの
であり、前記第1の位置から前記第2の位置へ送信され
ることを特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項5】 前記(A)1つ以上のチャネル信号のそ
れぞれについて非線形変換を実行するステップが、前記
チャネル信号のそれぞれを対応する非線形関数に加える
ステップを含むことを特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項6】 前記非線形関数は、係数αをかけ算され
た半波整流器関数であることを特徴とする請求項5記載
の方法。 - 【請求項7】 前記係数αは、0.5よりも小さい数で
あることを特徴とする請求項6記載の方法。 - 【請求項8】 前記係数αは、0.1〜0.3の範囲に
ある数であることを特徴とする請求項7記載の方法。 - 【請求項9】 前記非線形関数は、係数αをかけ算され
た全波整流器関数であることを特徴とする請求項5記載
の方法。 - 【請求項10】 前記非線形関数は、係数αをかけ算さ
れたハードリミッタ関数であることを特徴とする請求項
5記載の方法。 - 【請求項11】 前記非線形関数は、係数αをかけ算さ
れた二乗関数を含むことを特徴とする請求項5記載の方
法。 - 【請求項12】 前記非線形関数は、係数αをかけ算さ
れた二乗正弦関数を含むことを特徴とする請求項5記載
の方法。 - 【請求項13】 前記非線形関数は、係数αをかけ算さ
れた三乗関数であることを特徴とする請求項5記載の方
法。 - 【請求項14】 前記複数の音源信号を反映するチャネ
ル信号は、制限された帯域幅を有し、1つ以上の追加的
な音源信号は、前記第2の位置において提供されるもの
であり、 (E) 前記第2の位置における2つ
以上のインパルス応答を反映する結合インパルス応答を
含む第2の位置における少なくとも1つの追加的なイン
パルス応答を推定するステップと、 (F) 前記複数の音源信号を反映するチャネル信号の
制限された帯域幅の外側にある1つ以上の周波数を含む
帯域幅を有する前記1つ以上の追加的な音源信号の内の
少なくとも1つを反映する少なくとも1つの追加的なエ
コー推定値成分信号を生成するために、少なくとも1つ
の追加的な推定値インパルス応答に基づいて、前記1つ
以上の追加的な音源信号の内の少なくとも1つを反映す
る信号をフィルタリングするステップと、 (G) 前記少なくとも1つの追加的なエコー推定値成
分信号と前記第2の位置における少なくとも音響エコー
信号を表す追加的な信号との間の差を表す信号を生成す
るステップと、 (H) 前記少なくとも1つの追加的なエコー推定値成
分信号の結合と前記第2の位置における少なくとも音響
エコー信号を表す追加的な信号との間の差を表す信号
と、前記エコー推定値成分信号の結合と少なくとも前記
音響エコー信号を表す前記信号との間の差を表す信号と
結合させるステップとをさらに含むことを特徴とする請
求項1記載の方法。 - 【請求項15】 前記複数の音源信号を反映するチャネ
ル信号は、複数の元の音源信号の帯域幅を制限されたも
のであり、前記1つ以上の追加的な音源信号の内の少な
くとも1つを反映する信号は、前記元の音源信号の内の
少なくとも2つの結合に基づくことを特徴とする請求項
14記載の方法。 - 【請求項16】 前記複数の音源信号を反映するチャネ
ル信号は、複数の元の音源信号のローパスフィルタされ
たものであることを特徴とする請求項15記載の方法。 - 【請求項17】 前記1つ以上の追加的な音源信号の少
なくとも1つを反映する信号は、前記元の音源信号の内
の少なくとも2つの前記結合のハイパスフィルタされた
ものであることを特徴とする請求項16記載の方法。 - 【請求項18】 前記複数の音源信号を反映するチャネ
ル信号の内の1つは、前記元の音源信号の内の少なくと
も2つの和を反映し、前記複数の音源信号を反映するチ
ャネル信号の内の別の1つは、前記元の音源信号の内の
2つの差を反映することを特徴とする請求項14記載の
方法。 - 【請求項19】 第1と第2の位置間の通信を強化する
ための音響エコーキャンセルシステムであって、前記第
2の位置(1)において、複数の音源信号(x1,x2)
が提供され、前記第2の位置のおける少なくとも音響エ
コー信号を表す信号が生成されるものにおいて、相互関
係を低減された2つ以上の音源信号を得るために、それ
ぞれが前記複数の音源信号の内の少なくとも1つを反映
する1つ以上のチャネル信号のそれぞれに適用される非
線形変換モジュール(25,30)と、前記第2の位置
における2つ以上のインパルス応答を推定するように適
合されたインパルス応答エスティメータと、2つ以上の
エコー推定値成分信号を生成するために、前記推定され
たインパルス応答に基づいて前記相互関係を低減された
音源信号をフィルタするように適合されたフィルタ(1
5,16)と、前記エコー推定値成分信号の結合と少な
くとも前記音響エコー信号を表す前記信号との差を表す
信号を生成する信号生成器とを有することを特徴とする
システム。 - 【請求項20】 前記インパルス応答エスティメータ
は、インパルス応答を表すパラメータを計算することを
特徴とする請求項19記載のシステム。 - 【請求項21】 前記第2の位置における少なくとも音
響エコー信号を表す1つ以上の追加的な信号が、前記第
2の位置において生成され、前記インパルス応答エステ
ィメータ、前記フィルタおよび前記信号生成器のそれぞ
れが、音響エコー信号を表す前記信号のそれぞれに別個
に適用されることを特徴とする請求項19記載のシステ
ム。 - 【請求項22】 前記第2の位置に提供される複数の音
源信号は、前記第1の位置において生成され、前記第1
の位置から前記第2の位置へ送信されることを特徴とす
る請求項19記載のシステム。 - 【請求項23】 非線形変換モジュールは、前記チャネ
ル信号のそれぞれをその対応する非線形関数へ加算する
ことを特徴とする請求項19記載のシステム。 - 【請求項24】 前記非線形関数は、係数αをかけ算さ
れた半波整流器関数であることを特徴とする請求項23
記載のシステム。 - 【請求項25】 前記係数αは、0.5よりも小さい数
であることを特徴とする請求項24記載のシステム。 - 【請求項26】 前記係数αは、0.1〜0.3の範囲
にある数であることを特徴とする請求項25記載のシス
テム。 - 【請求項27】 前記非線形関数は、係数αをかけ算さ
れた全波整流器関数であることを特徴とする請求項23
記載のシステム。 - 【請求項28】 前記非線形関数は、係数αをかけ算さ
れたハードリミッタ関数であることを特徴とする請求項
23記載のシステム。 - 【請求項29】 前記非線形関数は、係数αをかけ算さ
れた二乗関数であることを特徴とする請求項23記載の
システム。 - 【請求項30】 前記非線形関数は、係数αをかけ算さ
れた二乗正弦関数であることを特徴とする請求項23記
載のシステム。 - 【請求項31】 前記非線形関数は、係数αをかけ算さ
れた三乗関数であることを特徴とする請求項23記載の
システム。 - 【請求項32】 前記複数の音源信号を反映するチャネ
ル信号は、制限された帯域幅を有し、1つ以上の追加的
な音源信号は、前記第2の位置において提供されるもの
であり、第2の位置における2つ以上のインパルス応答
を反映する結合インパルス応答を含む前記第2の位置に
おける少なくとも1つの追加的なインパルス応答を推定
するように適合されたインパルス応答エスティメータ
と、複数の音源信号を反映するチャネル信号の制限され
た帯域幅の外側にある1つ以上の周波数を含む帯域幅を
有する前記1つ以上の追加的な音源信号の少なくとも1
つを反映する少なくとも1つの追加的なエコー推定値成
分信号を生成するために、前記少なくとも1つの追加的
な推定値インパルス応答に基づいて、前記1つ以上の追
加的な音源信号の内の少なくとも1つを反映する信号を
フィルタするように適合されたフィルタと、前記少なく
とも1つの追加的なエコー推定値成分信号の結合と、前
記第2の位置における少なくとも音響エコー信号を表す
追加的な信号との間の差を表す信号を生成する信号生成
器と、前記少なくとも1つの追加的なエコー推定値成分
信号の結合と前記第2の位置における少なくとも音響エ
コー信号を表す追加的な信号との間の差を表す信号と、
前記エコー推定値成分信号の結合と少なくとも前記音響
エコー信号を表す前記信号との間の差を表す信号とを結
合する信号結合器とをさらに有することを特徴とする請
求項19記載のシステム。 - 【請求項33】 複数の音源信号を反映するチャネル信
号は、複数の元の音源信号の帯域幅を制限されたもので
あり、前記1つ以上の追加的な音源信号の内の少なくと
も1つを反映する信号は、前記元の音源信号の少なくと
も2つの結合に基づいていることを特徴とする請求項3
2記載のシステム。 - 【請求項34】 複数の音源信号を反映するチャネル信
号は、複数の元の音源信号のローパスフィルタされたも
のであることを特徴とする請求項33記載のシステム。 - 【請求項35】 前記1つ以上の追加的な音源信号の内
の少なくとも1つを反映する信号は、前記元の音源信号
の内の少なくとも2つの前記結合のハイパスフィルタさ
れたものであることを特徴とする請求項34記載のシス
テム。 - 【請求項36】 前記複数の音源信号を反映するチャネ
ル信号の内の1つは、前記元の音源信号の内の少なくと
も2つの和を反映し、前記複数の音源信号を反映するチ
ャネル信号の内の別の1つは、前記元の音源信号の内の
2つの差を反映することを特徴とする請求項32記載の
システム。 - 【請求項37】 第1および第2の位置の間のステレオ
通信を強化するための音響エコーキャンセルシステムで
あって、前記第2の位置において、複数の音源信号が提
供され、少なくとも音響エコー信号を表す信号が前記第
2の位置のにおいて生成されるものにおいて、2つ以上
の相互関係を低減された音源信号を得るために、それぞ
れが複数の音源信号の内の少なくとも1つを反映する1
つ以上のチャネル信号の内それぞれについて非線形変換
を実行する手段と、前記第2の位置の2つ以上のインパ
ルス応答を推定する手段と、2つ以上のエコー推定値成
分信号を生成するために、前記推定されたインパルス応
答に基づいて前記相互関係を低減された音源信号をフィ
ルタする手段と、前記エコー推定値成分信号の結合と少
なくとも前記音響エコー信号を表す前記信号との差を表
す信号を生成する手段とを有することを特徴とするシス
テム。 - 【請求項38】 信号チャネル中の相互関係を低減され
た音源信号を結合する手段をさらに含むことを特徴とす
る請求項37記載のシステム。 - 【請求項39】 非線形変換モジュールは、前記チャネ
ル信号のそれぞれをその対応する非線形関数に加算する
手段を含むことを特徴とする請求項37記載のシステ
ム。 - 【請求項40】 前記複数の音源信号を反映するチャネ
ル信号は、制限された帯域幅を有し、1つ以上の追加的
な音源信号は、前記第2の位置において提供されるもの
であり、 前記第2の位置の少なくとも1つの追加的なインパルス
応答を推定する手段と、 前記複数の音源信号を反映するチャネル信号の制限され
た帯域幅の外側にある1つ以上の周波数を含む帯域幅を
有する前記1つ以上の追加的な音源信号の内の前記少な
くとも1つを反映する少なくとも1つの追加的なエコー
推定値成分信号を生成するために、前記少なくとも1つ
の追加的な推定されたインパルス応答に基づいて、前記
1つ以上の追加的な音源信号の内の少なくとも1つを反
映する信号をフィルタする手段と、 前記少なくとも1つの追加的なエコー推定値成分信号の
結合と前記第2の位置における少なくとも音響エコー信
号を表す追加的な信号との間の差を表す信号を生成する
手段と、 前記少なくとも1つの追加的なエコー推定値成分信号の
結合と前記第2の位置における少なくとも音響的エコー
信号を表す追加的な信号との間の差を表す信号と、前記
エコー推定値成分信号の結合と少なくとも前記音響エコ
ー信号を表す前記信号との差を表す信号とを結合する手
段とをさらに含むことを特徴とする請求項37記載のシ
ステム。
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