JPS6255739B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、逐次受信信号とエコー信号とを用い
てエコーパスの伝送特性を推定しつつエコーを打
消す適応形エコーキヤンセラに関するものであ
る。 衛星回線などの長距離電話回線におけるエコー
は通話品質を著しく劣化させる原因となつてい
る。現用されているエコーサプレツサはエコーを
効果的に阻止することはできるが、言葉の切断並
びに重畳通話時のエコーの漏れ等の通話品質の劣
化を原理的に避けることができないといつた欠点
がある。このため、新しいエコー制御装置として
エコーキヤンセラが注目されている。エコーキヤ
ンセラの原理は、受信信号とエコー信号とからエ
コーパスの伝送特性を推定しつつ、その結果に基
づいて擬似エコー信号を生成し、真のエコー信号
から差引くことによりエコーを打消すことであ
る。 従来、エコーキヤンセラでエコーパスの伝送特
性を推定するアルゴリズムとしては、学習同定法
に基づくものが主であつたが、この方式は入力信
号として音声信号を用いた場合は、音声信号の強
い相関性のために白色雑音を入力とした場合に比
して、収束時間も長くエコー打消量も不充分であ
つた。 本発明者等は、上記欠点をなくすために、予め
定めた時間長毎の受信信号を用いて、受信信号を
自己回帰モデルの出力とした場合の２乗誤差の意
味で最適な自己回帰係数を求め、この自己回帰係
数を用いた受信信号の予測値と受信信号との差信
号および前記自己回帰係数を用いたエコー信号の
予測値とエコー信号との差信号を求め、前記受信
信号の差信号とエコー信号の差信号を用いてエコ
ーパスの伝送特性を逐次推定し、逐次推定された
推定伝送特性を用いて擬似エコー信号を作成し、
真のエコー信号から差引くことによりエコーを打
消すことができるように構成され、自己回帰モデ
ルの次数を適当に選択することにより、受信信号
の差信号を白色化することが可能であり、収束時
間も短くエコー打消量も従来の方式に比して極め
て大きくなる効果を有するエコー制御方式を提案
した（特願昭53−57129号「エコー制御方式」お
よび特願昭53−165196号「エコー制御方式」参
照）。これらの方式はメインパスにレジスタ若し
くは回帰形フイルタを挿入するか又は擬似エコー
の作成のために新たに受信信号そのものと推定伝
送特性とのたたみ込み処理が必要となる。メイン
パスにレジスタを挿入する方法は、メインパスに
レジスタを挿入するため、遅延時間が増すという
欠点があつた。またエコーキヤンセラの障害時に
はメインパスが切断され通話不能になるという欠
点があつた。又、特願昭53−165196号「エコー制
御方式」の図１の実施例では近端からの音声に乱
れを生じさせないために、メインパス上に回帰形
フイルタが必要となる。これには前述の欠点と同
じ欠点が生じる。一方、特願昭53−165196号「エ
コー制御方式」の図５の実施例では、新たに受信
信号そのものと推定伝送特性とのたたみ込み処理
により擬似エコーを作成する方法はハードウエア
量が増加するといつた欠点があつた。 本発明の目的はメインパスではなくエコーキヤ
ンセラ内部に回帰形フイルタを用いることにより
前記先願方式と同程度の特性を有するエコー制御
方式をハードウエア量を余り増加させずに提供す
ることである。 まず、本発明の原理を説明する。今、時刻jT
に於ける推定伝送特性および受信信号を各々 〓_j＝（＾ｈ_1j，＾ｈ_2j，……，＾ｈ_Nj）′(1) 〓_j＝（ｘ_j-1，ｘ_j-2，……，ｘ_j-N）′ (2) とおき、エコー信号をｙ_jとおくと、受信信号お
よびエコー信号の残差信号は各々 と表現できる。ここで、a₁，a₂，……，ａ_Mは予
測係数で予め定めた時間内の受信信号ｘ＝（x₁，
x₂，……，ｘ_L）を用いて求める。そのアルゴリ
ズムは例えばDurbinの方法〔文献．Durbin，J.
（1960）The Fitting of time―series models，
Rev.Inst.Stat.，28，PP.233―244〕による。すな
わち とおくと、初期条件 で ａ_j ⁽ⁱ⁾＝ａ_j ^(i-1)−ａ_i ⁽ⁱ⁾ａ_i-j ^(i-1) ｊ＝１，２，……，ｉ−１ (8) Ｅ⁽ⁱ⁾＝Ｅ^(i-1)（１−〔ａ_i ⁽ⁱ⁾〕^２） ｉ＝２，３，……，Ｍ (9) として漸化的に求められる。 推定伝送特性〓_jを変更するアルゴリズムは である。擬似エコー＾ｙ_jを求める方法は、先願で
ある特願昭53−165196号「エコー制御方式」では ＾ｙ_j＝〓_j′ｘ_j (11) である。それに対し、本発明では以下の方法によ
り擬似エコー＾ｙ_jを作成する。すなわち、エコー
路の伝送特性を 〓_j＝（ｈ_1j，ｈ_2j，……，ｈ_Nj）′ (12) とおくと、線形性より 従つて、擬似エコー＾ｙ_jは となる。ここで、＾ｙ_j-1〓ｙ_j-1とすると、〓_j′〓_j
は式(10)に示されるように既に作成されており、一
般にＭはＮより十分小さいので、 となり、演算量をほとんど増加させずに擬似エコ
ーを作成できる。 以上が本発明の主要な原理である。なお

【式】は回帰形フイルタにより実現される ので、安定性を保つためには式(7)のａ_i ⁽ⁱ⁾（但
し、ｉ＝１，２，……，Ｍ）が−１＜ａ_i ⁽ⁱ⁾＜１
でなければならないが、これは式(7)〜(9)で明らか
なように予測係数ａ_i ⁽ⁱ⁾を求める処理中に検出で
きる。 なお、ｊが十分大きくなつて〓_jが〓_jに十分等
しくなると、ｙ_j-1＝ｙ_j-1が近似的に成立する
が、ｊが小さい時は＾ｙ_j-1＝ｙ_j-1が成立しないた
め特性が劣化する。しかし、これは後述する例で
示すように予め定めた回数毎に予測係数ａ_iを零
に設定することにより、その部分では式(14)より ｙ_j＝〓_j′〓_j (16) となり、特性を改善できる。 また、他の手段として以下の方法もある。一般
に音声信号は有声音と無声音に大別され、無声音
が入力されている時は推定伝送特性は急激に改善
されるが、有声音が入力されている場合には推定
伝送特性はほとんど改善されないことが明らかと
なつている〔例えば、文献、Yamamoto，S.，
Kitayama，S.，Tamura，J.and Ishigami，H.：
“An Adaptive Echo Canceller with Linear
Predictor”， Trans.IECE Japan，E62.12，
pp.851−857（Dec.1979）〕。一方、有声者のパワ
ーが無声音のパワーに比して格段に大きい。そこ
で、無声音入力の場合は求められた予測係数を用
いて として擬似エコーを求め、有声音入力の場合は予
測係数を零として ＾ｙ_j＝〓′_j′〓_j (18) として擬似エコーを求める。この場合、有声音と
無声音の区別は式(5)のＬ個のサンプル毎にa₁(1)の
値を予め定めた値と比較することにより可能とな
る。また、その程度の区別で充分な特性を示す。 以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する
が、説明の簡単化のために、各種信号とその予測
値との差信号を残差信号と呼ぶことにする。 第１図は、本発明を用いたエコーキヤンセラの
実施例の構成図を示している。１はエコーキヤン
セラ、２は受信側入力端子、３は送信側出力端
子、４は受信側出力端子、５は送信側入力端子、
６はハイブリツドコイル、７は電話機等の端末装
置、８はレジスタ、９は回帰係数算出器、１０は
予測器、１１は減算器、１２はレジスタ、１３は
たたみ込み演算器、１４は予測器、１５，１６は
減算器、１７は修正器、１８は予測器、１９は加
算器、２０は減算器である。なお、説明の簡単化
のために、エコーキヤンセラ１内では信号はデイ
ジタル化されているものとし、また図１では省略
されているが、当然クロツクは各部に供給されて
いるものとする。 図１を参照して動作を説明すると、受信側入力
端子２から入力された受信信号は、受信側出力端
子４とハイブリツドコイル６を通つて端末装置７
へ送られるが、受信信号の一部はハイブリツドコ
イル６を通つてエコーとして送信側入力端子５に
入る。一方、エコーキヤンセラ１の内部では、受
信信号ｘ_jはレジスタ８に一度蓄積され、回帰係
数算出器９へ送られると共に、予測器１０へ送ら
れる。回帰係数算出器９では、予め定めた時間内
の受信信号Ｘ_j＝（ｘ_j-1，ｘ_j-(L-1)，……，ｘ_j-
１）を用いて回帰係数ａ＝a₁，a₂，……，ａ_Mを
求める。そのアルゴリズムは前述した通りであ
る。回帰係数算出器９は他の部分に比して処理速
度が遅くても良いから、マイクロプロセツサを中
心として構成できる。なお、回帰係数a₁，a₂，…
…，ａ_Mは各々式(7)，(8)，(9)のa₁ ^(M)，a₂ ^(M)，…
…，ａ_M ^(M)に対応する。 回帰係数算出器９で求められた回帰係数ａ＝
（a₁，a₂，……，ａ_M）は予測器１０および１４に
転送される。予測器１０は回帰係数ａとレジスタ
８を通つて送られる受信信号を用いて、時刻ｊに
おける受信信号の予測値ｘ_jとして、

【式】を作成する。 予測器１０の構成は、図２に示される通りであ
り、図２ではＭ＝５の場合について示してある。
１０１，１０２，１０３，１０４，１０５は遅延
素子、１１１，１１２，１１３，１１４，１１５
は乗算器、１２０は加算器である。 予測器１０の出力ｘ_jは減算器１１に転送され
る。減算器１１では、レジスタ８から転送されて
くる受信信号ｘ_jと予測器１０の出力＾ｘ_jから残差
信号ｘ_j＝ｘ_j−＾ｘ_jが作成され、たたみ込み演算器
１３に転送される。残差信号列〓_j＝（＾ｘ_j-1，ｘ_j-
2，……，ｘ_j-N）は、レジスタ１２内の信号〓＝
（h₁，h₂，……，ｈ_N）とたたみ込み演算器１３内
でたたみ込み演算

【式】が行なわれ、演算 結果

【式】が減算器１６に転送され る。 一方、送信側入力端子５から入力されたエコー
信号ｙ_jは、予測器１４および減算器１５，２０
に送られる。予測器１４では回帰係数算出器９か
ら転送された回帰係数〓とエコー信号ｙ_jを用い
て、時刻ｊにおけるエコー信号の予測値＾ｙ_jとし
て、

【式】を作成し、減算器１５では エコー信号ｙ_jと予測器１４の出力＾ｙ_jから、残差
信号ｙ_j＝ｙ_j−＾ｙ_jが作成され、減算器１６に転送
される。減算器１６では、減算器１５からの残差
信号ｙ_jとたたみ込み演算器１３からの信号ｙ_jか
ら、誤差信号ｅ_j＝ｙ_j−ｙ_jが作り出され、修正器
１７に転送される。修正器１７では誤差信号ｅ_j
＝ｙ_j−ｙ_j＝ｙ_j−〓_j′〓_jと減算器１１からの信
号列〓_j＝（ｘ_j-1，ｘ_j-2，……，ｘ_j-N）を用いて
式(10)に示されるアルゴリズムに従つて、レジスタ
１２内の値〓_j＝（h₁，h₂，……，ｈ_N）を修正す
る。式(10)で〓_jは修正される前のレジスタ１２内
の値を示し、〓_j+1は修正された後のレジスタ１２
内の値を示している。 一方、加算器１９に転送されたたたみ込み演算
器１３の出力は予測器１８の出力と加えられて、
その結果擬似エコー＾ｙ_jが作成され、減算器２０
および予測器１８に転送される。予測器１８では
回帰係数算出器９からの転送されてくる回帰係数
〓と加算器１９からの信号＾ｙ_jを用いて、

【式】を作成する。一方、減算器２０では エコー信号ｙ_jから加算器１９の出力ｙ_jが差し引
かれ、誤差ｅ_j＝ｙ_j−＾ｙ_jが送信側出力端子３を通
つて送出される。この場合、レジスタ１２内の値
〓_jがエコーパスの伝送特性と同一となれば、誤
差ｅは零となり送話者へのエコーは消滅する。 なお、予め定めた回数毎に若しくは式(7)のa₁(1)
が予め定めた値の範囲内にない場合は、回帰係数
ａを零とすることは極めて容易であり、この場合
擬似エコー＾ｙ_jは式(16)のようになる。 以上、本発明の実施例を説明したので、次に回
帰係数算出器９の１例について詳細に説明する。 図３ａは回帰係数算出器９の構成例の図であ
る。図３で２０１はシリアルパラレル変換器、２
０２，２０３はレジスタ、２０４はフリツプフロ
ツプ、２０５は加算器、２０６は乗算器、２０７
はゲート、２０８は累積器、２０９は定数倍器、
２１０はレジスタ、２１１はフリツプフロツプ、
２１２，２１３，２１４はカウンタ、２１６はゲ
ート、２１７はメモリ、２１８はマイクロプロセ
ツサである。図示に沿つて、動作を説明すると、
図１のレジスタ８から入力された受信信号ｘ_j
は、シリアルパラレル変換器２０１に転送され、
シリアルパラレル変換器２０１にＬ個信号が蓄積
されると、レジスタ２０２，２０３およびフリツ
プフロツプ２０４に転送される。レジスタ２０
２，２０３およびフリツプフロツプ２０４の信号
は同期して巡回することにより、乗算器２０６で
ｘ_jｘ_jが求められ、累積器２０８に転送される。
累積器２０８では乗算器２０６からの信号ｘ_jｘ_j
の累積値

【式】を求める。カウンタ２１２は クロツクＬ個毎に信号を出し、累積器２０８の内
容を、定数倍器２０９に送る。定数倍器２０９で
は、累積器２０８からの値

【式】に対して、 定数（１／Ｌ）をかけ、レジスタ２１０に送る。
カウンタ２１２からの信号はマイクロプロセツサ
２１６の割込み線を通じて、マイクロプロセツサ
２１６に、レジスタ２１０内の信号を読むように
指示を与える。これに対し、マイクロプロセツサ
２１６は、通常の計算機の動作で、レジスタ２１
０内の信号メモリ２１７内の特定番地に書き込
む。 一方、カウンタ２１３はクロツク（Ｌ＋１）個
毎に信号を出すため、フリツプフロツプ２１１
は、図３ｂのようにクロツクＬ個毎に引き続くク
ロツク１，２，３……個の間、状態“１”を保
ち、その間ゲート２０７は閉じられる。図３ｂで
３００はクロツク、３０１はカウンタ２１２の出
力、３０２はカウンタ２１３の出力、３０３はフ
リツプフロツプ２１１の状態を示している。この
ためレジスタ２０３内の信号は、クロツクＬ個毎
にレジスタ２０２内の信号に対して１個ずつ変位
して、図３ｃに示す通りとなる。図３ｃで４００
はレジスタ２０２内の信号、４０１，４０２，４
０３は各々Ｌ、２Ｌ、３Ｌクロツク後のレジスタ
２０３およびフリツプフロツプ２０４内の信号で
ある。その結果、前と同様にしてレジスタ２１０
には順次、信号

【式】

【式】が転送される。カウンタ２ １４はカウンタ２１２の信号をＭ個計数すると、
ゲート２１６を閉じ、その結果レジスタ２１０内
のＭ個の信号が、マイクロプロセツサ２１６によ
り、メモリ２１７に取り込まれる。 マイクロプロセツサ２１６は、レジスタ２１０
から取り込まれたメモリ２１７内のデータを用い
て、式(1)，(2)，(3)，(4)，(5)，(6)に合致するように
作成されたソフトウエアに従いa₁ ^(M)，a₂ ^(M)，…
…，ａ_M ^(M)を求め、それを予測器１０，１４およ
び１６に転送する。 以上述べたように、本発明は従来の方式に比し
て、エコーキヤンセラの収束特性を大きく向上で
きる。また、先願である特願昭53−165196号（エ
コー制御方式）の図５の実施例と異なり、演算量
の増加もほとんどない利点がある。又、同図１の
実施例及び特願昭53−57129号（エコー制御方
式）と異なり、メインパスには何も挿入しないの
で遅延の問題及び故障の問題は全く生じない利点
がある。

【図面の簡単な説明】

図１は本発明によるエコーキヤンセラの構成を
示すブロツク図、図２は本発明に用いる予測器の
詳細な構成例図、図３ａは本発明に用いる回帰係
数算出器の詳細な構成例図、図３ｂ、ｃは図３ａ
の予測器の動作を説明するための図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 逐次受信信号とエコー信号を用いてエコーパ
   スの伝送特性を推定しつつエコーを打消す適応形
   エコーキヤンセラに於て、予め定めた時間長毎の
   受信信号を一定の自己回帰係数を有する自己回帰
   モデルの出力信号とみなして該時間長内の予め定
   めた数の受信信号を用いて該自己回帰係数を求め
   る装置と、前記自己回帰係数を用いた受信信号の
   予測値と受信信号との第１の差信号を求める装置
   と、前記自己回帰係数を用いたエコー信号の予測
   値とエコー信号の第２の差信号を求める装置と、
   エコーパスの推定伝送特性を記憶する記憶装置
   と、前記記憶装置の内容を修正す修正器と、前記
   記憶装置の出力と前記第１の差信号とをたたみこ
   み演算する装置と、前記自己回帰係数と擬似エコ
   ー信号から該擬似エコー信号の予測値を算出する
   装置とを備え、前記第２の差信号と前記たたみこ
   み演算する装置の出力との第３の差信号と前記第
   １の差信号とを用いて前記修正器により記憶装置
   の内容を逐次修正し、逐次修正された推定伝送特
   性を用いて修整された前記第３の差信号と前記擬
   似エコー信号の予測値とにより前記擬似エコー信
   号を作成し、真のエコー信号から差引くことによ
   りエコーを打消すことを特徴とするエコー制御方
   式。