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JP3355594B2 - エコーキャンセラ装置 - Google Patents

エコーキャンセラ装置

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JP3355594B2
JP3355594B2 JP01927795A JP1927795A JP3355594B2 JP 3355594 B2 JP3355594 B2 JP 3355594B2 JP 01927795 A JP01927795 A JP 01927795A JP 1927795 A JP1927795 A JP 1927795A JP 3355594 B2 JP3355594 B2 JP 3355594B2
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JP
Japan
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bpf
transmitting
voice
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frequency
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JP01927795A
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JPH08213937A (ja
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賢一 古家
弘行 松井
伸夫 林
豊 西野
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は拡声通信会議などで用い
るエコーキャンセラ(装置)に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、エコーキャンセラ装置として、ス
ピーカから音が出されてマイクに収音されるまでの音響
伝達系の模擬回路をつくり、模擬回路に受話音声信号を
通してマイクで収音されるエコーを模擬し、実際に収音
されたエコーを含む音声から、模擬されたエコーを引き
算して、エコーを消去する技術がある。図7は模擬回路
を用いた従来のエコーキャンセラ100を説明する図
で、1は受話音声入力端子、2はスピーカアンプ、3は
スピーカ、4は送話音声出力端子、5はマイクアンプ、
6はマイク、7は音響特性模擬部、8は減算器、9は音
響特性学習部である。 受話音声信号Rは入力端子1か
ら入力され、スピーカ3より拡声される。拡声された受
話音声RVの一部はエコーとしてマイクで収音される。
模擬部7はスピーカ3からマイク6までの音響伝達特性
を模擬する。減算器8においてマイク6で収音されたエ
コーと模擬部7で模擬されたエコーrの差分を取り、エ
コーを消去する。一般には話者の移動や温度変化などに
より空間の音響特性が変化するので、模擬部7の精度を
保つために、常時、学習する必要がある。従来技術では
音響特性学習部9において、マイク6に与える送話音声
SVがゼロのときの減算器8の出力を消し残りエコーと
考え、それが最小になるよう適応フィルタを用いて音響
特性を学習し、音響特性模擬7を更新していた。
【0003】しかし、ダブルトーク時、騒音下での使用
時には、減算器8の出力に受話音声のエコーだけではな
く送話音声、騒音も重畳するので消し残りエコー量が観
測できないため、音響特性を学習できなくなり、模擬部
7の精度が悪くなり、このためエコー消去量が少なくな
る欠点があった。また無受話音声時にも、学習するため
の受話音声のエコーが存在しないので学習できず、模擬
回路の精度が低下する欠点があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】模擬回路を用いた従来
のエコーキャンセラでは、空間の音響特性変動に対し
て、ダブルトーク時、無受話音声時及び騒音下では、音
響特性の学習ができず、模擬回路の精度が悪くなり、エ
コー消去量が少なくなる欠点を持っていた。この発明
は、これら従来の欠点を解決しようとするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のエコーキャンセラ装置では、n個の受話側
BPF(帯域通過フィルタ)とm個の送話側BPFとを
持ち、前者と後者のBPFの(m+n)個の通過帯域を
すべて異なるように選ぶことを最も主要な特徴とする。
【0006】
【作 用】本発明では、n個の受話側BPF及びm個の
送話側BPFの通過帯域がすべて異なるように選ばれて
いるので、スピーカから放音された受話音声RVがエコ
ーとしてマイクに回り込んできても、送話側BPFによ
り抑圧され、送話音声信号Sとしてはエコーの少ない信
号が送られる。本発明では、スピーカからマイクまでの
音響特性を学習したり模擬する回路を用いずにエコー消
去を行っているので、タブルトーク時、無受話音声時及
び騒音下においてもエコーを軽減することができる。
【0007】
【実施例】(実施例1) 図1は請求項1のエコーキャンセラ(装置)の実施例を
示す図であり、図7と対応する部分に同じ符号を付け、
重複説明を省略する。10は受話側の加算器、11は送
話側の加算器、12は受話側のBPF(帯域通過フィル
タ)群、13は送話側のBPF群である。BPF群12
及びBPF群13の合計(m+n)個の通過帯域はすべ
て異なるように設定される。図1のエコーキャンセラを
動作させるには、受話音声信号RをBPF群12により
n個の中心周波数fR1<fR2<…<fRnにそれぞれ対応
する通過帯域を通過させる。次にBPF群12の出力を
加算器10ですべて加算する。そしてスピーカ13から
出てマイク6に回り込んできたエコーを受話側とは異な
るm個の中心周波数fS1<fS2<…<fSmを有する送信
側のBPF群13により減衰される。エコーの抑圧を更
に確実にするため、BPF12の通過帯域がBPF13
の減衰域内に存在するように、それぞれの周波数特性を
設定するのが望ましい。
【0008】また、一般には音声は倍音構造を持ってい
るので、中心周波数fR1<fR2<…<fRnを整数比に選
ぶと、これらの周波数を抑圧するようにBPF群13が
設定されているから、送話音声SVの倍音成分がBPF
群13で遮断されてしまう可能性がある。そこで、受話
側の中心周波数fR1<fR2<…<fRnの各々を互いに非
整数比、つまり fRj/fRi≠p(1−Δ)〜p(1+Δ) …(1) (ただし、i<j;i=1,2…,n−1;j=2,3
…,n;p=1,2,3,…)に選ぶ。
【0009】同様に送信側の中心周波数fS1<fS2<…
<fSmを整数比に選ぶと、これらの周波数を含まないよ
うにBPF群12の通過帯域が設定され、従ってBPF
郡12はBPF13の通過帯域の周波数と同じ周波数を
ある程度減衰させるようになっているので、受話音声信
号Rの倍音成分がBPF群12で遮断されてしまう可能
性がある。そこで、送信側の中心周波数fS1<fS2<…
<fSmを互いに非整数比、つまり fSj/fSi≠p(1−Δ)〜p(1+Δ) …(2) (ただし、i>j;j=1,2…,m−1;j=2,3
…,m;p=1,2,3,…)に選ぶ。このようにして
送、受話音声信号の倍音成分が遮断されることを避ける
ことができる。
【0010】なお、男声の基本周波数の平均値は125
Hz( 女声はこの約2倍) 、標準偏差は20.5Hz(16.4
%)程度である。また(1),(2)式の(1±Δ)の
項は中心周波数にある程度の設定範囲が存在することを
考慮したものであるが、省略してもよい。通常Δとして
は0〜0.2に選べばよい。 (実施例2) 図2は請求項の発明の実施例を示す図であり、図1,
図7と対応する部分に同じ符号を付け、重複説明を省略
する。図1の構成に、BPF中心周波数制御部14,受
話側基本周波数計算部15及び送話側基本周波数計算部
16が追加される。受話側基本周波数計算部15では、
受話音声信号Rから音声の基本周波数を計算する。送話
側基本周波数計算部16では、マイクアンプ5の出力か
ら音声の基本周波数を計算する。BPF中心周波数制御
部14では、計算された受話側音声の基本周波数と送話
側音声の基本周波数より受話側BPF群12の中心周波
数fR1,fR2,…,fRn及び送話側BPF群13の中心
周波数群fS1,fS2,…,fSmとを設定する。BPF中
心周波数制御部14により動的に中心周波数を選ぶ場合
でも、BPF12の中心周波数とBPF13の中心周波
数群とはすべて異なるように選び、エコー消去を行う。
それに加えBPF中心周波数制御部14によりBPF群
12を通った送話音声信号のパワーがあまり小さくなら
ないように、また受話側BPF群12を通った受話音声
があまり小さくならないように通過帯域幅を選ぶことに
より、エコー以外の受話音声及び送話音声があまり小さ
くならないようにすることもできる。
【0011】(実施例3)多地点会議などを行う場合、
複数のマイク、複数のスピーカを用いるので多入力多出
力のエコーキャンセラが必要となるが、多入力多出力時
には音響特性が非常に複雑になるため、いまだ有効な装
置は実現されていない。本発明は、多入力多出力時に非
常に複雑になる音響特性の学習を行わないので、容易に
多入力多出力時に拡張できる。
【0012】図3は請求項の発明の実施例を示す図で
あり、図1と同じ符号を用いている。この場合は、図1
または図2または後述する図4または図6のエコーキャ
ンセラの受話側回路(すべて同じもの)をxチャネル分
及び送話側回路(すべて同じもの)をyチャネル分設け
ている。 (実施例4) 一般に音声は基本周波数の整数倍の周波数成分を持つ倍
音構造を持っており、倍音成分の一部が欠落しても基本
周波数がわかれば整数倍の倍音成分を補間することで復
元することができる。そこで音声のこの性質を用いて受
話側BPF群、送話側BPF群により一部欠落した音声
成分を復元し、高品質化をはかることができる。
【0013】図4は請求項の発明の実施例を示す図で
あり、図1,図2と対応する部分に同じ符号を付け、重
複説明を省略する。図4は図1に受話側音声帯域補間部
17と、送話側音声帯域補間部18と、受話側基本周波
数計算部15と、送話側基本周波数計算部16とを追加
したものである。受話側音声帯域補間部17,送話側音
声帯域補間部18における補間処理は、例えば、次のよ
うに実現できる。まず、受話側について述べると、計算
部15において受話音声信号Rから受話音声の基本周波
数と周波数特性エンベロープを抽出する。音声帯域補間
部17では基本周波数の整数倍成分の内、受話側BPF
群12により遮断された周波数成分を、基本周波数成分
に周波数特性エンベロープをかけたもので補間する。送
話側についてはマイクで収音された音声から同様であ
る。また、例えば、“長淵他、「混合音声における音声
強調・抑圧」、電子通信学会論文誌A,Vol.J 62-A, No
10,pp.627-634" で述べられている補間処理を用いても
実現することができる。また、図4では受話音声信号か
ら受話側基本周波数計算部15により受話音声基本周波
数を計算して補間し、マイクで収音された信号から送話
側基本周波数計算部16により送話音声基本周波数を計
算して補間しているが、受話側音声帯域補間部、送話側
音声帯域補間部のみで補間することも考えられる。
【0014】図4のエコーキャンセラ装置は、図5に示
すように拡声装置(PA)でのハウリング抑圧にも利用
できる。図5は受話音声信号入力端子1と送話音声信号
出力端子4の間に増幅器19を接続したことを除けば図
4と同じ動作である。マイクで収音された拡声するべき
話者の音声はBPF群13,加算器11,送話側音声帯
域補間部18をとおり、増幅器19に入力されて適度に
増幅され、BPF群12,加算器10,受話側音声帯域
補間部17を通ってスピーカ3より拡声される。
【0015】拡声装置(PA)ではマイク6で収音され
る送話音声SVとスピーカ3で拡声される受話音声RV
が同時に存在するので、常時、タブルトーク状態となっ
ている。従来のエコーキャンセラ装置を拡声装置(P
A)に用いた場合には、常時、タブルトーク状態なので
学習できず、また送話(受話)中に受話(送話)音声を
カットする音声スイッチも使用できない。従って、音響
特性変動によりエコー消去量が少なくなり、拡声系の一
巡利得が大きくなるとハウリングが生じてしまうので、
ハウリング抑圧には効果がない。しかし、本発明のエコ
ーキャンセラ装置では、タブルトーク状態でもエコーが
消去ができ、拡声系の一巡利得は小さくなるので、ハウ
リング抑圧に効果がある。
【0016】(実施例5)二地点の通信において、図1
のエコーキャンセラ装置を各地点に装備する場合、受話
側のBPF群12の中心周波数fR1,fR2,…,fRn
送信側のBPF群13の中心周波数fS1,fS2,…,f
Smとを両地点のエコーキャンセラ装置が同じに選ぶと、
互いに相手の送話側BPF群13を通った送話音声信号
Sを受話側BPF群12で抑圧することになり、通信が
できない。そこで、回線接続時に事前に互いの使用する
中心周波数群をネゴシエーションして、両地点のエコー
キャンセラ装置が互いに違う中心周波数群を選び通信を
することが考えられる。
【0017】図6は請求項の発明の実施例を示す図で
あり、図1,図2と対応する部分に同じ符号を付けてあ
る。図6は初期通信部20と、BPF中心周波数群制御
部14とを接続したことを除けば図1と同じ動作であ
る。初期通信部20において、例えばアナログ電話回線
であればPB(プッシュボタン)信号、モデム信号を用
いて、あるいはISDN回線であればデータ回線を用い
て、回線接続時の初期に相手側初期通信部と通信を行
い、互いに異なる中心周波数群を選択するようにする。
BPF中心周波数制御部14では、初期通信部20から
指定された中心周波数に基づきBPF群12,BPF群
13の中心周波数を設定する。このように、回線接続時
の初期段階において相手側装置とのネゴシエーションに
より相手側と同じ中心周波数群を選ぶことが避けられ
る。またもし、相手側が本発明のエコーキャンセラを用
いていなかった場合は、回線接続時の初期に相手側より
一定時間応答がないので、予め決められた標準の中心周
波数群を選択する。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のエコーキ
ャンセラ装置では、BPF群12の各通過帯域及びBP
F群13の各通過帯域より成る合計(m+n)個の通過
帯域をすべて異なるように選ぶことによりエコー消去を
行っているので、従来のエコーキャンセラ(図7)で必
要であった音響特性模擬部及び音響特性学習部が必要で
なく、ダブルトーク時、無受話音声時及び騒音下で、音
響特性の学習が困難な場合でも、エコー消去機能が低下
することがない。
【0019】更に、本発明のエコーキャンセラ装置は、
劇場、コンサート会場、大会議場、パーティ会場、カラ
オケなどに使用する拡声装置(PA)におけるハウリン
グ抑圧にも効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1の発明の実施例を示すブロック図。
【図2】請求項の発明の実施例を示すブロック図。
【図3】請求項の発明の実施例を示すブロック図。
【図4】請求項の発明の実施例を示すブロック図。
【図5】図4のエコーキャンセラ装置を用いた拡声装置
(PA)のブロック図。
【図6】請求項の発明の実施例を示すブロック図。
【図7】音響特性模擬回路を用いた従来技術を説明する
ブロック図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西野 豊 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平7−22985(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04B 3/00 - 3/44

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 受話音声入力端子に入力された受話音声
    信号をスピーカへ伝送する受話側伝送回路と、マイクで
    収音された送話音声信号を送話音声出力端子へ伝送する
    送話側伝送回路とよりなる送受話伝送回路の途中に挿入
    され、前記スピーカから放射された音が空間を通って前
    記マイクに戻ってくることにより生じるエコーを消去す
    るエコーキャンセラ装置において、 n(2以上の整数)個の受話側BPF(帯域通過フィル
    タ)手段と、それら受話側BPF手段の出力を加算する
    受話側加算手段と、m(2以上の整数)個の送話側BP
    F手段と、それら送話側BPF手段の出力を加算する送
    話側加算手段とを有し、 前記n個の受話側BPF手段の各通過帯域及び前記m個
    の送話側BPF手段の各通過帯域とを相異なる(m+
    n)個の通過帯域に選び、 前記n個の受話側BPF手段の中心周波数f R1 <f R2
    …<f Rn を互いの比が Rj /f Ri ≠p (ただし、i<j;i=1,2…,n−1;j=2,3
    …,n;p=1,2,3,…) となるように選び、前記m個の送話側BPF手段の中心
    周波数f S1 <f S2 <…<f Sm を互いの比が Sj /f Si ≠p (ただし、i<j;j=1,2…,m−1;j=2,3
    …,m;p=1,2,3,…) となるように 選ぶことを特徴とするエコーキャンセラ装
    置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、 入力された前記受話音声信号から受話音声の基本周波数
    を計算する受話側基本周波数計算手段と、 入力された前記マイク出力から送話音声の基本周波数を
    計算する送話側基本周波数計算手段と、 前記計算された受話音声の基本周波数から前記n個の受
    話側BPF手段の中心周波数fR1,fR2,…,fRnの値
    を制御し、計算された送話音声の基本周波数から前記m
    個の送話側BPF手段の中心周波数fS1,fS2,…,f
    Smの値を制御するBPF中心周波数制御部と、 を設けたことを特徴とするエコーキャンセラ装置。
  3. 【請求項3】 請求項1において、 前記受話側BPF手段により遮断された周波数帯域の信
    号の一部を該BPF手段を通過した周波数帯域の信号か
    ら合成して補間する受話側音声帯域補間手段、 または前記送話側BPF手段により遮断された周波数帯
    域の信号の一部を該BPF手段を通過した周波数帯域の
    信号から合成して補間する送話側音声帯域補間手段、 の少なくとも一方を設けたことを特徴とするエコーキャ
    ンセラ装置。
  4. 【請求項4】 請求項1において、 回線接続時の初期に、相手側装置と通信を行い、受話側
    及び送話側BPF手段の中心周波数を相手側のエコーキ
    ャンセラ装置の中心周波数と異なる周波数に選定する初
    期通信及び中心周波数選定手段と、 その選定された中心周波数に基づき前記受話側BPF手
    段及び送話側BPF手段の中心周波数を設定制御するB
    PF中心周波数制御部と、 を設けたことを特徴とするエコーキャンセラ装置。
  5. 【請求項5】 請求項1乃至のいずれかに記載のエコ
    ーキャンセラ装置の受話側回路をx(2以上の整数)チ
    ャネル分(すべて同じ構成)及び送話側回路をy(2以
    上の整数)チャネル分(すべて同じ構成)それぞれ設け
    てなることを特徴とするエコーキャンセラ装置。
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