JP2907706B2 - エコーキャンセラと併用する音声スイッチの制御方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電話回線のエコー排除
機能を持つエコーキャンセラと併用される音声スイッチ
の制御方式に関し、特に、安定なスイッチ動作を行なわ
せるように制御するものである。

【０００２】

【従来の技術】電話回線の２線式回線と４線式回線との
接続部では、インピーダンス不整合のために受信信号の
一部が送信側に漏れる、いわゆるエコーが発生する。同
様のエコーは電子会議システム等でも発生する。

【０００３】このエコーを抑圧する機能を持つエコーキ
ャンセラは、図２に示すように、受信入力端１から入力
した受信入力列Ｘｊを記憶するシフトレジスタ31と、受
信出力端２から送信入力端４に至るエコー経路のインパ
ルス応答の推定値Ｈｊを記憶するメモリ32と、受信入力
列Ｘｊとエコーの推定値Ｈｊとを畳込み演算して擬似エ
コーを発生する畳込み演算器33と、送信入力から擬似エ
コーを差引いた値を送信出力端８に出力する減算器34
と、エコーの推定値Ｈｊを補正する制御部37と、この補
正のための演算を行なう乗算器35および加算器36とを備
えている。

【０００４】このエコーキャンセラは、受信入力端１か
ら受信入力ｘｊが入力すると、それをシフトレジスタ31
にベクトルＸｊとして取り込む。受信入力ｘｊは、同時
に受信出力端２から出力され、その一部がエコーＹｊと
なって送信入力端４に入力する。

【０００５】送信入力端４には、その他に周囲騒音等を
も含む送信信号ｎｊが入力する。従って、送信入力端４
には、ｓｊ＝Ｙｊ＋ｎｊの信号が入力し、送信信号ｎｊ
は、エコー信号Ｙｊに対する外乱として影響する。

【０００６】一方、エコーキャンセラ内部のメモリ32に
は、受信出力端２から送信入力端４に至るエコー経路の
推定インパルス応答がベクトルＨｊとして記憶されてお
り、畳込み演算器33は、このＨｊと受信入力列Ｘｊとの
畳込み演算を行なって擬似エコーｙｊを発生する。

【０００７】減算器34は、送信入力ｓｊから擬似エコー
ｙｊを差引いた残留エコーｅｊ＝ｓｊ−ｙｊを算出し、
これを送信出力端８から送信する。その結果、エコーの
戻りが抑制される。

【０００８】次に、制御部37は、受信入力列の２乗ノル
ム値‖Ｘｊ‖² を計算し、この値と減算器34から出力さ
れた残留エコーｅｊとを用いて、推定値Ｈｊの補正係数
α・ｅｊ／‖Ｘｊ‖² を計算し、計算結果を乗算器35に
出力する。乗算器35は、シフトレジスタ31から出力され
た受信入力列ベクトルＸｊと前記補正係数とを掛合わ
せ、その結果を加算器36に出力し、加算器36は、推定イ
ンパルス列ベクトルＨｊに乗算器35の出力値を加え、こ
の加算値でメモリ32に記憶された推定値Ｈｊを補正す
る。

【０００９】エコーキャンセラは、学習同定法と呼ばれ
るアルゴリズムにより、エコーを消去するための演算
と、推定値を補正するための演算とを交互に実行し、推
定値を真の値に漸次近づける。

【００１０】エコーを消去する演算および推定値を補正
する演算は、次式（１）、（２）によって行なわれる。 エコー消去演算；

【数１】 推定値補正演算；

【数２】 Ｎ ： タップ数 ｘｊ ： 受信入力 ｓｊ ： 送信入力（＝エコーｙｊ＋外乱ｎｊ） ｅｊ ： 送信出力（＝残留エコー） ｈｊ（ｍ）：推定インパルス応答（時刻ｊ，ｍサンプル
目） α ： ステップゲイン （０＜α＜２）。

【００１１】学習同定法の手順に従い、式（１）のエコ
ー消去演算と式（２）の推定値補正演算とを交互に実行
すると、送信信号ｎｊのレベルがエコーＹｊのレベルよ
り低い期間（シングルトークの期間）においては、Ｈｊ
は真のインパルス応答に漸近収束し、エコー抑圧効果が
増大する。

【００１２】また、受信入力ｘｊのレベルが低下し、送
信信号ｎｊのレベルがエコーＹｊのレベルを上回る期間
は、ダブルトーク状態と呼ばれ、この期間に式（２）の
補正演算を行なうと推定値が大きく乱れる。そのため、
制御部37は、送信入力ｓｊと送信出力ｅｊとのレベル比
（Ｓｐｊ／Ｅｐｊ）を、シングルトーク時に測定された
送信入力と送信出力とのレベル比（打消量（Ｓｐｍ／Ｅ
ｐｍ））と比較し、前者が後者を下回ったときにはダブ
ルトーク状態と判定し、式（２）の補正演算を停止す
る。

【００１３】このように、エコーキャンセラでは、送信
出力からエコー成分を打消すための擬似エコーが、推定
値の補正により、時間の経過と共に真のエコーの大きさ
に近づき、それに伴い、エコー抑制効果が急速に上昇す
る。しかし、エコー経路に回路雑音や非線形歪があると
打消量に制限を受けて大きな残留エコーが残る。また、
エコーキャンセラ電源の投入直後やエコー経路の変化直
後では打消量が減少して充分にエコーを抑圧することが
できない。

【００１４】そのため、エコーキャンセラに音声スイッ
チを併設して、エコーキャンセラから出力される残留エ
コーｅｊを更に抑圧することも行なわれている。この音
声スイッチは、受信回線の受信入力レベルｘｊとエコー
キャンセラから出力される送信回線の残留エコーレベル
ｅｊとを比較し、レベルの小さい方の回線に大きなロス
（減衰）を挿入するもので、実質的に回線を一方向に絞
ることによってエコーの戻りを防止している。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、エコーキャン
セラと音声スイッチとを併用する従来のエコー抑圧方式
では、受信入力レベルや残留エコーレベルのレベル計算
およびそれらの比較判定に時間が掛かるため、送受信信
号レベルの変化に素早く追随して、挿入されている大き
なロスの切替えを行なうことができず、話の始めの音が
抑圧される、いわゆる話頭切れが発生する。

【００１６】また、エコー経路に大きな遅延がある場合
には、受信入力レベルと残留エコーレベルの変化に時間
的ズレが起きるため、ロスの挿入時期の選択に誤りが生
じるという問題点を有している。

【００１７】また、エコーキャンセラと併用する音声ス
イッチでは、ダブルトーク状態のときにロスの挿入をオ
フにする必要があるが、このダブルトークの検出を、送
信入力ｓｊおよび送信出力ｅｊのレベル比（Ｓｐｊ／Ｅ
ｐｊ）と、打消量（Ｓｐｍ／Ｅｐｍ）とを比較する従来
の方式で行なう場合には、打消量が上限付近にまで収束
している状態では、送信信号ｎｊに含まれる周囲雑音の
僅かな変動によっても検出結果が違って現れる。そのた
め頻繁にダブルトークとシングルトークとが切替わり、
音声スイッチは、それに連動して不安定にオン／オフを
繰返す動作を行ない、安定してエコーを抑圧することが
できない。

【００１８】本発明は、こうした従来の問題点を解決す
るものであり、エコー経路の遅延の影響を受けずに、ま
た、話頭切れを発生させずに、安定したスイッチ動作に
よって残留エコーを抑圧することができる音声スイッチ
の制御方式を提供することを目的としている。

【００１９】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、エ
コーキャンセラと併用する音声スイッチの制御方式にお
いて、シングルトーク時のエコー信号を含む送信信号レ
ベルＳｐｊとエコーキャンセラの出力信号レベルＥｐｊ
との比を打消量（ＥｐＭ／ＳｐＭ）として記憶し、予め
定めたエコー抑圧量に対してこの打消量で不足する分を
挿入ロスＬＯＳＳとして求め、その後に入力する送信信
号レベルＳｐｊとエコーキャンセラの出力信号レベルＥ
ｐｊとの比（Ｓｐｊ／Ｅｐｊ）と打消量（ＥｐＭ／Ｓｐ
Ｍ）とを比較して、０＜Ｃ₁＜Ｃ₂＜１の関係にあると
き、（１）Ｓｐｊ／Ｅｐｊ≦Ｃ₁＊（ＳｐＭ／ＥｐＭ）
の場合には、エコーキャンセラにおける推定値の補正を
停止し、音声スイッチから、エコーキャンセラの出力を
そのまま出力させ、（２）Ｃ₁＊（ＳｐＭ／ＥｐＭ）＜
Ｓｐｊ／Ｅｐｊ＜Ｃ₂＊（ＳｐＭ／ＥｐＭ）の場合に
は、エコーキャンセラにおける推定値の補正を停止し、
音声スイッチから、エコーキャンセラの出力に前記挿入
ロスＬＯＳＳを付加して出力させ、（３）Ｓｐｊ／Ｅｐ
ｊ≧Ｃ₂＊（ＳｐＭ／ＥｐＭ）の場合には、エコーキャ
ンセラにおいて推定値の補正を行なわせ、音声スイッチ
から、エコーキャンセラの出力に前記挿入ロスＬＯＳＳ
を付加して出力させる制御を行なっている。

【００２０】

【作用】この制御方式では、エコー経路の遅延による影
響を受けないデータを選んで音声スイッチの制御を行な
っている。従って、その制御がエコー経路の遅延によっ
て狂わされる虞れが無い。

【００２１】また、挿入ロスＬＯＳＳ量は、所望のエコ
ー抑圧量を得るためにエコーキャンセラのエコー抑圧量
を補う必要のある最小限の量に限定している。従って、
会話の冒頭の音声信号が挿入ロスによって減衰されるこ
とがあったとしても、その量は僅かであるため、話頭切
れの発生が回避できる。

【００２２】また、エコーキャンセラの出力に対して挿
入ロスＬＯＳＳの付与を停止する基準点を、エコーキャ
ンセラがダブルトークと判定する基準点よりもさらに低
い位置に定めている。従って、周囲雑音の僅かな変化に
より、ダブルトークとシングルトークとが頻繁に切替わ
る状態のときには、音声スイッチは、エコーキャンセラ
の出力に対して安定して挿入ロスＬＯＳＳを付与し続
け、完全にダブルトーク状態に達した時点で挿入ロスＬ
ＯＳＳの付与が停止される。

【００２３】

【実施例】本発明の制御方式を実施する音声スイッチ
は、図１に示すように、挿入ロスの量を算出すると共に
そのロスを挿入するかどうを判定する挿入ロス算出部５
と、挿入ロス算出部５で算出された値の減衰量をエコー
キャンセラ３の送信出力に加える可変減衰部６と、挿入
ロス算出部５の判定結果に基づいて送信出力へのロス挿
入をオン／オフするスイッチ７とを備えている。

【００２４】エコーキャンセラ３は、受信入力端１から
受信入力ｘｊが入力すると、これを取込み、先に説明し
た動作によって、擬似エコーを生成する。

【００２５】受信入力ｘｊは、受信出力端２から出力さ
れるが、その一部がエコーＹｊとなって送信入力端４に
入力する。送信入力端４には、抑圧すべきエコー信号Ｙ
ｊの他に、抑圧してはならない送信信号ｎｊが重畳して
入力し、結果的に、送信入力端４からは送信入力ｓｊ＝
ｎｊ＋Ｙｊが入力する。

【００２６】エコーキャンセラ３は、送信入力ｓｊから
擬似エコーを減算した残留エコーｅｊを出力する。同時
にエコーキャンセラ３は、シングルトーク状態（受信入
力ｘｊのレベルが十分大きく、そのためにエコーＹｊの
レベルが送信信号ｎｊのレベルを大きく上回る場合）の
とき、残留エコーｅｊの二乗値が最小となるように、記
憶している推定インパルス応答を逐次補正する。この補
正により、推定インパルス応答が真の値に向かって収束
され、それに伴って残留エコーｅｊの電力が低下し、エ
コーが抑圧される。

【００２７】このようなエコーキャンセラ３の性能を表
わす量として、シングルトーク状態における送信入力ｓ
ｊのレベルＳｐｊと、残留エコーｅｊのレベルＥｐｊと
の比を表わした「打消量ＳｐＭ／ＥｐＭ」を定義する。
この打消量は、シングルトーク状態における複数のサン
プル値の平均レベルとして求めることができ、或いは、
エコーが充分に抑圧されたシングルトーク状態における
サンプルの送信入力レベルと残留エコーレベルとから求
めることができる。また、打消量ＳｐＭ／ＥｐＭは、必
要に応じて、所定時間が経過した後のシングルトーク期
間において更新することができる。なお、添字のＭは、
シングルトーク状態において記憶され、ダブルトーク状
態では変化しない量であることを表わしている。

【００２８】推定インパルス応答の補正は、ダブルトー
ク状態の下では送信信号ｎｊによって推定値が乱される
ので、この状態のときには行なわない。このダブルトー
ク状態を判定するため、エコーキャンセラ３は、そのと
きの送信入力レベルＳｐｊと残留エコーレベルＥｐｊと
の比（Ｓｐｊ／Ｅｐｊ）が次式（３）の関係を満たすか
どうかを調べる。これを満たすときは、ダブルトーク状
態と判定し、前記補正演算の実行を停止する。

【００２９】 Ｓｐｊ／Ｅｐｊ＜Ｃ₂＊（ＳｐＭ／ＥｐＭ），Ｃ₂＝１／２ （３） 一方、挿入ロス算出部５は、送信入力信号ｓｊとエコー
キャンセラ３の出力信号ｅｊとを受けて、送信入力信号
レベルＳｐｊとエコーキャンセラの出力信号レベルＥｐ
ｊとを計算し、これらを基にシングルトーク時における
ＳｐｊとＥｐｊとの比を表わす打消量ＳｐＭ／ＥｐＭを
求め、それを記憶する。

【００３０】次いで、挿入ロス算出部５は、挿入ロスＬ
ＯＳＳを次式（４）によって決定する。

【００３１】 ＬＯＳＳ＝Ｌ＊（ＳｐＭ／ＥｐＭ），Ｌ＝１０^-(50/20) （４） ここで、Ｌは、このシステム、つまり、エコーキャンセ
ラ３および音声スイッチ、の双方の働きによってエコー
を抑圧しようとする所望のエコー抑圧量であり、ＬＯＳ
Ｓは、Ｌを得るためにエコーキャンセラ３の抑圧だけで
は不足する分を表わしている。

【００３２】さらに、挿入ロス算出部５は、新たに入力
した送信入力信号ｓｊおよびエコーキャンセラ３の出力
信号ｅｊのレベル比（Ｓｐｊ／Ｅｐｊ）と、打消量Ｓｐ
Ｍ／ＥｐＭとを次式（５）によって比較し、それを基
に、式（４）で求めた挿入ロスＬＯＳＳを実際に与える
かどうかを判定する。

【００３３】 Ｓｐｊ／Ｅｐｊ＜Ｃ₁＊（ＳｐＭ／ＥｐＭ），Ｃ₁＝１／４ （５） 式（５）を満たすときは、完全なダブルトーク状態であ
るから、エコーキャンセラ３の出力に対して挿入ロスＬ
ＯＳＳは与えない。逆に、式（５）を満たさないときに
は、挿入ロスＬＯＳＳを与える。

【００３４】スイッチ７は、挿入ロス算出部５の式
（５）による判定結果を踏まえて、式（５）が成立つと
きは、エコーキャンセラ３の出力をそのまま送信出力端
８に出力し、式（５）が成立たないときは、可変減衰部
６で減衰されたエコーキャンセラ３の出力を送信出力端
８に出力する。

【００３５】従って、エコーキャンセラ３および音声ス
イッチは、新たに入力する送信信号レベルＳｐｊおよび
エコーキャンセラ３の出力信号レベルＥｐｊの比（Ｓｐ
ｊ／Ｅｐｊ）の大きさに応じて、次の３段階の動作を行
なう（但し、０＜Ｃ₁＜Ｃ₂＜１の関係にあるものとす
る）。 （１）Ｓｐｊ／Ｅｐｊ≦Ｃ₁＊（ＳｐＭ／ＥｐＭ）の
時、完全なダブルトークであり、エコーキャンセラ３
は、推定値の補正を停止し、音声スイッチは、エコーキ
ャンセラ３の出力をそのまま出力する。 （２）Ｃ₁＊（ＳｐＭ／ＥｐＭ）＜Ｓｐｊ／Ｅｐｊ＜Ｃ₂
＊（ＳｐＭ／ＥｐＭ）の時、エコーキャンセラ３は、ダ
ブルトークと判定して推定値の補正を停止する。音声ス
イッチは、エコーキャンセラ３の出力に対して、式
（５）で求めた挿入ロスＬＯＳＳを加えて出力する。 （３）Ｓｐｊ／Ｅｐｊ≧Ｃ₂＊（ＳｐＭ／ＥｐＭ）の
時、エコーキャンセラ３は、シングルトークと判定して
推定値の補正を行ない、音声スイッチは、エコーキャン
セラ３の出力に式（５）で求めた挿入ロスＬＯＳＳを加
えて出力する。

【００３６】このように、実施例の制御方式では、エコ
ーキャンセラ３の出力に対して挿入ロスＬＯＳＳの付与
を停止する基準点を、エコーキャンセラ３がダブルトー
クと判定する基準点よりもさらに低い位置に定めてい
る。その結果、周囲雑音の変化等により、ダブルトーク
とシングルトークとが頻繁に切替わる状態のときには、
音声スイッチは、エコーキャンセラ３の出力に対して安
定して挿入ロスＬＯＳＳを付与し続け、完全にダブルト
ーク状態に達した時点で挿入ロスＬＯＳＳの付与を停止
する。

【００３７】また、この音声スイッチでは、エコー経路
で繋がれた二つの回線の内、送信入力端４側の回線のデ
ータのみを用いて、挿入ロスの算出、ダブルトーク状態
の判定およびロス挿入停止時期の判定等を行なってい
る。そのため、音声スイッチの動作は、エコー経路の遅
延による影響を全く受けない。

【００３８】また、この音声スイッチでは、挿入ロスＬ
ＯＳＳとして、エコーキャンセラ３のエコー抑圧量を補
うための必要最小限の減衰量を設定している。そのた
め、ロスの挿入時期がズレて、会話の開始時期と多少重
なったとしても音声信号を大きく減衰することが避けら
れ、話頭切れの発生を回避することができる。

【００３９】

【発明の効果】以上の実施例の説明から明らかなよう
に、本発明の音声スイッチの制御方式では、エコー経路
の遅延による影響を受けずに、スイッチ動作を行なわせ
ることができる。

【００４０】また、エコーキャンセラの打消量が上限付
近にまで収束した状態においても、安定して音声スイッ
チを動作させることができる。

【００４１】さらに、話頭切れの発生が回避でき、通話
品質の劣化を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の制御方式を実施する音声スイッチの構
成を示すブロック図、

【図２】従来のエコーキャンセラの構成を示すブロック
図である。

【符号の説明】

１ 受信入力端 ２ 受信出力端 ３ エコーキャンセラ 31 受信位置列Ｘｊを記憶するシフトレジスタ 32 エコー経路の推定インパルス応答Ｈｊを記憶するメ
モリ 33 畳込み演算器 34 減算器 35 乗算器 36 加算器 37 制御部 ４ 送信入力端 ５ 挿入ロス算出部 ６ 可変減衰部 ７ スイッチ ８ 送信出力端

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エコーキャンセラと併用する音声スイッ
   チの制御方式において、 シングルトーク時のエコー信号を含む送信信号レベルＳ
   ｐｊとエコーキャンセラの出力信号レベルＥｐｊとの比
   を打消量（ＥｐＭ／ＳｐＭ）として記憶し、 予め定めたエコー抑圧量に対して前記打消量で不足する
   分を挿入ロスＬＯＳＳとして求め、 その後に入力する送信信号レベルＳｐｊと前記エコーキ
   ャンセラの出力信号レベルＥｐｊとの比（Ｓｐｊ／Ｅｐ
   ｊ）と前記打消量（ＥｐＭ／ＳｐＭ）とを比較して、０
   ＜Ｃ₁＜Ｃ₂＜１の関係にあるとき、 Ｓｐｊ／Ｅｐｊ≦Ｃ₁＊（ＳｐＭ／ＥｐＭ）の場合に
   は、前記エコーキャンセラにおける推定値の補正を停止
   し、音声スイッチから、前記エコーキャンセラの出力を
   そのまま出力させ、 Ｃ₁＊（ＳｐＭ／ＥｐＭ）＜Ｓｐｊ／Ｅｐｊ＜Ｃ₂＊（Ｓ
   ｐＭ／ＥｐＭ）の場合には、前記エコーキャンセラにお
   ける推定値の補正を停止し、音声スイッチから、前記エ
   コーキャンセラの出力に前記挿入ロスＬＯＳＳを付加し
   て出力させ、 Ｓｐｊ／Ｅｐｊ≧Ｃ₂＊（ＳｐＭ／ＥｐＭ）の場合に
   は、前記エコーキャンセラにおいて推定値の補正を行な
   わせ、音声スイッチから、前記エコーキャンセラの出力
   に前記挿入ロスＬＯＳＳを付加して出力させることを特
   徴とする音声スイッチ制御方式。