JP5501527B2 - エコー消去装置およびエコー検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、送話信号に混入した受話信号のエコーを検出し、検出したエコーを送話信号から消去する技術に関する。

エコー消去装置は、一般的に、線形エコー成分を消去する線形エコー処理部と、線形エコー処理で消去し切れない線形エコー成分と非線形エコー成分とを抑圧する残留エコー抑圧処理部の組み合わせで構成されることが多い。このような構成が、例えば非特許文献１に開示されている。しかしながら、非特許文献１に開示されたエコー消去装置では、エコーと送話音声が重なった状態、すなわちダブルトーク状態が起こると、残留エコー抑圧処理部によって残留エコーと送話音声が同時に抑圧されるという問題があった。

上述のような問題を解決するために、残留エコー抑圧処理部において音声信号の振幅抑圧に用いる抑圧係数を柔軟に制御する方法が、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１では、送話音声とエコー信号とが重畳したマイク入力信号のパワーから、推定されたエコー経路の音響結合量に受話信号パワーを乗じることによって得られる推定エコー信号のパワーを求め、これを用いてエコー抑圧量を得る反響抑圧方法が開示されている。

特開２００２−８４２１２号公報

ＩＴＵ−Ｔ勧告 Ｇ．１６５（第１７項〜第２０項）

しかしながら、上述した音響結合量に基づいて算出した推定エコー信号のパワーを元にエコー抑圧量を定める従来の方法には、二つの問題がある。一つは、背景騒音が大きい場合、エコーが背景騒音に埋もれることによって音響結合量が正しく観測できなくなり、これによってエコー信号パワーの推定精度が低下するという問題である。もう一つは、エコー経路が変わり音響結合量自体が変化した場合に、再度、音響結合量を観測し直す必要が生じ、正確な観測値を得て適切なエコー抑圧量を算出できるようになるまで適切にエコーを抑圧できなくなるという問題である。この結果、上述の条件下ではエコー抑圧量が正確に算出されず、残留エコーを生じたり、送話音声を過度に抑圧して通話を阻害したりするという問題が起きる。

このように、上述した従来の技術では、高騒音下で通話する場合や、エコー経路が変動するような環境で通話する場合に、適切なエコー抑圧量が算出されないことにより、残留エコーを生じたり、送話音声を過度に抑圧して通話を阻害したりするという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、高騒音下や、エコー経路が変化するような場合であっても、適切なエコー抑圧量を算出可能なエコー消去装置を得ることを目的とする。

この発明に係るエコー消去装置は、前回までの動作により得られた更新フィルタのフィルタ係数列を用いて得られる第１の残差信号と、前回までの動作により得られた更新フィルタのフィルタ係数列を任意の更新ステップサイズを用いて係数更新を行った更新フィルタ係数列を用いて得られる第２の残差信号とに基づいて、受話信号に対するエコー成分の存在比を示す信号対エコー比を算出する信号対エコー比算出部と、信号対エコー比算出部が算出した信号対エコー比に基づいて、マイク入力信号に含まれるエコー成分を抑圧するエコー抑圧部とを備えるものである。

この発明によれば、高騒音下で通話する場合や、エコー経路が変化するような場合であっても、残留エコーの発生を抑制し、送話音声を過度に抑圧して通話を阻害することなく、好適な通話環境を提供することができる。

実施の形態１によるエコー消去装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１によるエコー消去装置の他の構成を示すブロック図である。 実施の形態２によるエコー検出装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態３によるエコー消去装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態４によるエコー消去装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態５によるエコー消去装置の構成を示すブロック図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１によるエコー消去装置の構成を示すブロック図である。図１において、エコー消去装置１００は、第１の推定エコー信号および第１の残差信号を生成する減算フィルタ１０１、フィルタ係数列の係数更新を行い、更新したフィルタ係数列を用いて第２の推定エコー信号および第２の残差信号を生成する更新フィルタ１０２、信号対エコー比を算出する信号対エコー比算出部１０３、残留エコーの抑圧量を算出する残留エコー抑圧量算出部１０４、および残留エコーの抑圧を行う残留エコー抑圧部１０５で構成されている。さらに減算フィルタ１０１は推定応答信号生成部１０１ａおよび減算器１０１ｂを備え、更新フィルタ１０２はフィルタ処理部１０２ａおよび減算器１０２ｂを備えている。

また、図１に示すように、エコー消去装置１００には受話信号ｘ（ｎ）を音声として出力するスピーカ９０１、および周囲の音声などを集音するマイク９０２が接続されている。受話信号ｘ（ｎ）がスピーカ９０１より音声として出力されると、エコー経路９００を伝播する過程でその伝達特性が加味され、エコー信号ｙ（ｎ）となってマイク９０２に入力される。さらにマイク９０２には送話音声信号と背景雑音信号との和で表された近端信号ｓ（ｎ）が加えられ、マイク入力信号ｙ´（ｎ）となる。すなわち、マイク入力信号ｙ´（ｎ）は以下の式（１）で表される。
ｙ´（ｎ）＝ｙ（ｎ）＋ｓ（ｎ） ・・・式（１）
エコー消去装置１００は、受話信号ｘ（ｎ）と、マイク入力信号ｙ´（ｎ）が与えられると、マイク入力信号ｙ´（ｎ）に含まれるエコー信号ｙ（ｎ）を消去し、近端信号ｓ（ｎ）の推定信号である出力信号ｓ´（ｎ）を出力する。

次に、実施の形態１によるエコー消去装置１００の動作について説明する。

ここでε（ｎ）は係数更新処理により得られる係数修正値であり、適応アルゴリズムによって決定される。なお更新ステップサイズμ（ｎ）は固定値であっても、所定の手段でその都度変更する値であってもよい。

残留エコー抑圧量算出部１０４は、信号対エコー比算出部１０３により生成された信号対エコー比ＳＥ（ｎ）を用いて、残留エコー抑圧量γ（ｎ）を算出する。例えば、以下の式（４）を用いて計算してもよい。

信号対エコー比ＳＥ（ｎ）を用いて残留エコー量γ（ｎ）を算出する上記以外の方法としては、例えば以下の参考文献１に記載されている。
・参考文献１
阪内 澄宇他著、「短時間スペクトラル振幅推定を用いた周囲雑音と残留エコーの抑圧」、NTT R&D，vol.50，no.4，pp.246‐252. (2001)

残留エコー抑圧部１０５は、以下の式（５）に示すように、第１の残差信号に残留エコー抑圧量算出部１０４により生成された残留エコー抑圧量γ（ｎ）を乗じることで抑圧処理を行い、近端信号ｓ（ｎ）の推定信号ｓ´（ｎ）を得る。
ｓ´（ｎ）＝γ（ｎ）・ｄ_１（ｎ） ・・・（５）
以上が、実施の形態１のエコー消去装置１００の動作の説明である。

次に、信号対エコー比算出部１０３における信号対エコー比ＳＥ（ｎ）の算出方法について詳述する。なお、残差信号ｄ（ｎ）の分散と残留エコー信号ｅ（ｎ）の分散をそれぞれσ_ｄ ^２，σ_ｅ ^２と定義すると、信号対エコー比ＳＥ（ｎ）は以下の式（６）のように定義される。

ここで、一般的に残留エコー信号ｅ（ｎ）は直接観測することが不可能であるため、上述した式（６）を用いて信号対エコー比ＳＥ（ｎ）を算出することはできない。しかし、この実施の形態１のエコー消去装置１００を用いることにより、観測可能な残差信号、および更新フィルタ１０２で用いる更新ステップサイズμを用いて信号対エコー比ＳＥ（ｎ）を正確に求めることができる。この信号対エコー比ＳＥ（ｎ）の算出法の根拠を明らかにするために、以下に算出法の導出過程から詳細に説明する。

以降の説明では、ＮＬＭＳ（Normalized Least Mean Square）アルゴリズムを用いる場合を例に説明を進める。ただし、本発明はＮＬＭＳに限定されるものではなく他の適応アルゴリズムを用いることも可能であり、他の適応アルゴリズムを適用した場合も本発明に含まれるものとする。
ＮＬＭＳアルゴリズムにおいて、上述した式（３）に対応する係数更新処理は以下の式（１０）で表される。

また、ＮＬＭＳアルゴリズムを用いる場合、上述した式（９）は次の式（１１）に書き直される。

さらに、受話信号ｘ（ｎ）と近端信号ｓ（ｎ）が一般に無相関であり独立であることを考慮すると、式（１１）の期待値は、次の式（１３）のように近似できる。

いま、任意の更新ステップサイズμを使用して１回の係数更新処理を行ったとする。この係数更新処理前後のフィルタ係数による残差信号の分散の差分は、同定誤差の二乗和の差分Δ（ｎ＋１）と受話信号列ｘ（ｎ）のパワーＮσ_ｘ ^２の積で近似でき、次の式（１４）となる。

式（１６）において、左辺は信号対エコー比の逆比を表している。さらに式（１６）はμ_１かμ_２のいずれか一方を０と置くことによりさらに簡略化可能となり、次の式（１７）で表される。

よって本発明の信号対エコー比算出部１０３は、第１の残差信号ｄ_１（ｎ）、第２の残差信号ｄ_２（ｎ）と、更新ステップサイズから次の式（１８）で示されるような信号対エコー比を算出する。

なお、更新ステップサイズμ（ｎ）を全ての時間ｎで１とすれば、式（１８）は次の式（２０）のように簡素化することもできる。

以上が、信号対エコー比ＳＥ（ｎ）の詳細な算出方法である。

これは、本発明を適応することにより、騒音条件やエコー経路９００の安定度合いによらず、信号対エコー比ＳＥ（ｎ）が常に正確に算出可能であることを意味しており、このようにして算出された信号対エコー比ＳＥ（ｎ）に基づいて残留エコーの抑圧量を制御するように構成したことにより、従来と比較してより安定した残留エコー抑圧効果を得ることができる。この結果、高騒音下やエコー経路が変化するような状況であっても、これらの外的要因に妨害されることなく正確な信号対エコー比を算出することができ、これによって適切なエコー抑圧量が定まり、送話音声を損なうことなく、常に安定的に残留エコーを抑圧することができる。

次に、エコー消去装置１００の他の構成例について示す。図２は、実施の形態１のエコー消去装置の他の構成例を示すブロック図である。図２のエコー消去装置１１０は、図１で示したエコー消去装置１００に第２の更新フィルタ１０６を追加して設けている。なお、図１に示したエコー消去装置１００と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
第１の更新フィルタ１０２´はフィルタ処理部１０２ａ´および減算器１０２ｂ´を備え、第２の更新フィルタ１０６はフィルタ処理部１０６ａおよび減算器１０６ｂを備える。第１の更新フィルタ１０２´および第２の更新フィルタ１０６の動作は、上述した第１の更新フィルタ１０２と同様である。第１の更新フィルタ１０２´は第１の更新ステップサイズμ_１（ｎ）、第２の更新フィルタ１０６は第２の更新ステップサイズμ_２（ｎ）をそれぞれ用いるものとする。

第２の更新フィルタ１０６を追加して設けることにより、信号対エコー比算出部１０３には、３つの残差信号、すなわち減算フィルタ１０１からの第１の残差信号ｄ_１（ｎ）、第１の更新フィルタ１０２´からの第２の残差信号ｄ_２（ｎ）、および第３の更新フィルタ１０６からの第３の残差信号ｄ_３（ｎ）が入力される。
信号対エコー比算出部１０３は、第１の残差信号ｄ_１（ｎ）、第２の残差信号ｄ_２（ｎ）、および第３の残差信号ｄ_３（ｎ）の３つの残差信号のうちのいずれか２つの残差信号ｄ_Ａ（ｎ）、ｄ_Ｂ（ｎ）と、第１の更新ステップサイズμ_１（ｎ）、あるいは第２の更新ステップサイズμ_２（ｎ）、あるいは「０」の３つの異なるパラメータのうちいずれか２つのパラメータμ_Ａ，μ_Ｂから信号対エコー比ＳＥ（ｎ）を次の式（２１）に基づいて定める。

式（２１）における２つの残差信号ｄ_Ａ（ｎ），ｄ_Ｂ（ｎ）および２つのパラメータμ_Ａ、μ_Ｂの具体的な組み合わせを以下に示す。
パターン１：
ｄ_Ａ（ｎ）=ｄ_２（ｎ）、ｄ_Ｂ（ｎ）=ｄ_１（ｎ）、μ_Ａ＝μ_１（ｎ）、μ_Ｂ＝0
パターン２：
ｄ_Ａ（ｎ）=ｄ_３（ｎ）、ｄ_Ｂ（ｎ）=ｄ_２（ｎ）、μ_Ａ＝μ_２（ｎ）、μ_Ｂ＝μ_１（ｎ）
パターン３：
ｄ_Ａ（ｎ）=ｄ_３（ｎ）、ｄ_Ｂ（ｎ）=ｄ_１（ｎ）、μ_Ａ＝μ_２（ｎ）、μ_Ｂ＝0

信号対エコー比算出１０３は、パターン１により算出された信号対エコー比ＳＥ_１（ｎ）、パターン２により算出された信号対エコー比ＳＥ_２（ｎ）、およびパターン３により算出された信号対エコー比ＳＥ_３（ｎ）のいずれかを最終的な信号対エコー比ＳＥ（ｎ）としてもよいし、算出した３つの信号対エコー比の平均値を算出し、最終的な信号対エコー比ＳＥ（ｎ）としてもよい。残留エコー抑圧量算出部１０４では、信号対エコー比算出部１０３で得られた信号対エコー比ＳＥ（ｎ）をもとに、例えば上述した式（４）を用いて残留エコー抑圧量γ（ｎ）を算出する。残留エコー抑圧部１０５は、上述した式（５）に基づき第１の残差信号ｄ_１（ｎ）に残留エコー抑圧量γ（ｎ）を乗じることで抑圧処理を行い、近端信号ｓ（ｎ）の推定信号ｓ´（ｎ）を得る。

このように、複数の更新フィルタから出力される複数の残差信号を用いて信号対エコー比ＳＥ（ｎ）を算出する信号対エコー比算出部１０３を備えることにより、精度の高い信号対エコー比ＳＥ（ｎ）を得ることができる。
なお、図２では第２の更新フィルタ１０６を追加して備え、第１の残差信号ｄ_１（ｎ）、第２の残差信号ｄ_２（ｎ）、および第３の残差信号ｄ_３（ｎ）を信号対エコー比算出部１０３に入力する構成を示したが、追加する更新フィルタの数や、信号対エコー比算出部１０３に入力する残差信号ｄの数は適宜変更可能である。

ここまでＮＬＭＳアルゴリズムを例に説明したが、本発明のエコー消去装置において、適応アルゴリズムにＬＭＳアルゴリズム、アフィン射影アルゴリズムを用いた場合の信号対エコー比ＳＥ（ｎ）の導出例も以下に記す。

上記式（２２）および式（２４）の例はＮＬＭＳの例と同様の導出過程で導くことができる。式（２２)および式（２４）から明らかなように、ＬＭＳアルゴリズム、アフィン射影アルゴリズムを用いる場合、信号対エコー比算出部１０３では、信号対エコー比ＳＥ（ｎ）を算出するための情報として、受話信号ｘ（ｎ）も必要とする。

また、ＬＭＳアルゴリズムやアフィン射影アルゴリズムを所定の信号ブロック単位に実行するようにした、ＢＬＭＳ（Block LMS）やＢＯＰ（Block Orthogonal Projection Algorithm）などのブロック適応フィルタアルゴリズムを用いて本発明のエコー消去装置を構成してもよい。これらのブロック適応フィルタアルゴリズムを用いる場合、第１の残差信号ｄ_１（ｎ）、第２の残差信号ｄ_２（ｎ）について所定のブロック長の信号が観測できるようになるため、それらの分散ないしパワーの観測精度の向上を期すことができ、より正確な信号対エコー比を得ることができる。

以上のように、この実施の形態１によれば、受話信号ｘ（ｎ）、減算フィルタ１０１で得られた第１の残差信号ｄ_１（ｎ）、更新フィルタ１０２で得られた第２の残差信号ｄ_２（ｎ）、および更新フィルタ１０２で用いるフィルタ更新ステップサイズμ（ｎ）に基づいて信号対エコー比ＳＥ（ｎ）を算出する信号対エコー比算出部１０３を備えるように構成したので、音響結合量やその他の推定値を用いることなく、直接観測可能な統計値のみから信号対エコー比を算出することができ、高騒音下、あるいはエコー経路が変化した場合でも正確な信号対エコー比を算出することができる。これにより、送話音声を損なうことなく、常に安定的に残留エコーを抑圧することができる。

また、この実施の形態１によれば、受話信号ｘ（ｎ）、減算フィルタ１０１で得られた第１の残差信号ｄ_１（ｎ）、第１の更新フィルタ１０２´からの第２の残差信号ｄ_２（ｎ）および第１の更新ステップサイズμ_１（ｎ）、第２の更新フィルタ１０６からの第３の残差信号ｄ_３（ｎ）および更新ステップサイズμ_２（ｎ）に基づいて信号対エコー比ＳＥ（ｎ）を算出する信号対エコー比算出部１０３を備えるように構成したので、精度の高い信号対エコー比ＳＥ（ｎ）を得ることができる。

実施の形態２．
上述した実施の形態１で示した減算フィルタ１０１、更新フィルタ１０２および信号対エコー比算出部１０３を備えたエコー検出装置について示す。図３は、実施の形態２によるエコー検出装置の構成を示すブロック図である。
図３において、エコー検出装置２００は、実施の形態１で示したエコー消去装置１００の残留エコー抑圧量算出部１０４および残留エコー抑圧部１０５に替えてエコー検出部２０１を備えている。なお、実施の形態１図１で示したエコー消去装置１００と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

信号対エコー比算出部１０３は、受話信号ｘ（ｎ）、減算フィルタ１０１で得られた第１の残差信号ｄ_１（ｎ）、更新フィルタ１０２で得られた第２の残差信号ｄ_２（ｎ）、および更新フィルタ１０２で用いるフィルタ更新ステップサイズμ（ｎ）を用いて、上述した式（１８）に基づいて、信号対エコー比ＳＥ（ｎ）を算出する。

このエコー検出装置２００を用いた具体例として携帯電話の音声符号送信制御が挙げられる。例えば、携帯電話での通話時にエコーと送話音量が重なりダブルトーク状態となった場合に、信号対エコー比算出部１０３が、適応フィルタにより推定エコーを減算した後の残差信号の信号対エコー比ＳＥ（ｎ）を上述した式（１８）に基づいて算出し、算出した信号対エコー比ＳＥ（ｎ）に基づいてエコー検出部２０１がエコーの検出を行う。エコー検出部２０１においてエコーが検出された場合には、その後の音声符号送信制御（不図示）において音声の符号を送信せずに無音区間を示す符号を送信する。

以上のように、この実施の形態２によれば、適応フィルタにより推定エコーを減算した後の残差信号の信号対エコー比ＳＥ（ｎ）を算出する信号対エコー比算出部１０３と、算出された信号対エコー比ＳＥ（ｎ）に基づいて送話音声信号に対して残留エコー量が閾値以上であるか否か判定するエコー検出部２０１とを備えるように構成したので、エコー経路が変化した場合でも精度よくエコーの有無を検出することができる。

また、この実施の形態２によれば、エコー検出装置２００を用いた音声符号送信制御において、エコー検出部２０１の検出結果に基づいて音声符号送信制御を行うように構成したので、エコーが検出された場合に、音声の符号を送らずに無声区間を示す符号を送信し、回線容量に余裕を持たせることができ、且つ、通話中の遠端話者はエコーを聞くことがなく、ユーザに不快感を与えることがない。

実施の形態３．
上述した実施の形態１では、更新フィルタ１０２において、受話信号ｘ（ｎ）、マイク入力信号ｙ´（ｎ）から更新フィルタ係数列を更新した後、直ちに同一受話信号ｘ（ｎ）と、マイク入力信号ｙ´（ｎ）とを用いて第２の残差信号ｄ_２（ｎ）を得て、これを信号対エコー比ＳＥ（ｎ）の算出に用いる構成を示した。

図４は、実施の形態３のエコー消去装置の構成を示すブロック図である。図４においてエコー消去装置３００は、第１の推定応答信号および第１の残差信号を生成する第１の減算フィルタ１０１´、第２の推定応答信号および第２の残差信号を生成する第２の減算フィルタ３０１、信号対エコー比を算出する信号対エコー比算出部３０２、残留エコーの抑圧量を算出する残留エコー抑圧量算出部１０４、残留エコーの抑圧を行う残留エコー抑圧部１０５、前回の動作で求めた更新ステップサイズを与える遅延処理部３０３、およびフィルタ係数列の係数更新を行う更新フィルタ３０４で構成されている。
さらに、第１の減算フィルタ１０１´は推定応答信号生成部１０１ａ´および減算器１０１ｂ´を備え、第２の減算フィルタ３０１は推定応答信号生成部３０１ａおよび減算器３０１ｂを備えている、なお、図１に示したエコー消去装置１００と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

次に、本実施の形態３によるエコー消去装置３００の動作について説明する。

信号対エコー比算出部３０２は、第１の残差信号ｄ_１（ｎ）、第２の残差信号ｄ_２（ｎ）および、遅延処理部３０３から入力される前回使用された更新ステップサイズμ（ｎ−１）を元に信号対エコー比ＳＥ（ｎ）を算出する。算出方法は実施の形態１と同様である。また、実施の形態１で述べたように、ＬＭＳアルゴリズムやアフィン射影アルゴリズムなどを適応アルゴリズムに用いる場合には、受話信号ｘ（ｎ）も用いる。遅延処理部３０３は、更新フィルタ３０４が係数更新に用いた更新ステップサイズμ（ｎ）を一時格納し、次の信号対エコー比ＳＥ（ｎ）算出の時点で信号対エコー比算出部３０２に与える。

残留エコー抑圧量算出部１０４は、信号対エコー比算出部３０２により生成された信号対エコー比ＳＥ（ｎ）を用いて、例えば上述した式（４）を用いて残留エコー抑圧量γ（ｎ）を算出する。さらに、残留エコー抑圧部１０５は、上述した式（５）を用いて残留エコー抑圧量算出部１０４により生成された残留エコー抑圧量γ（ｎ）を第１の残差信号ｄ_１（ｎ）に乗じることで、出力信号ｓ´（ｎ）を出力する。

なお、上述した実施の形態３では、前回の動作で得られた更新ステップサイズμ（ｎ−１）を用いる構成を示したが、これは前回の動作で得られた係数更新量に限定されるものではなく、適宜変更可能である。例えば、前々回の動作で得られた更新ステップサイズμ（ｎ−２）を用いて構成してもよい。

実施の形態４．
近端信号発生条件や更新フィルタの収束状態が周波数帯域毎に異なる場合、高速ＬＭＳなどの時間周波数変換を用いる適応アルゴリズムに本発明を適用し、周波数帯域毎に信号対エコー比を算出し、残留エコー抑圧処理を行うことで、より効率的なエコー消去を行うことが期待できる。そこでこの実施の形態４では、時間周波数変換を用いる適応アルゴリズムを適用した場合の構成例について述べる。

図５は、実施の形態４によるエコー消去装置の構成を示すブロック図である。
図５において、エコー消去装置４００は、第１の推定エコー信号および第１の残差信号を生成する減算フィルタ１０１、フィルタ係数列の係数更新を行い、更新したフィルタ係数列を用いて第２の推定エコー信号および第２の残差信号を生成する更新フィルタ４０３、信号対エコー比を算出する信号対エコー比算出部４０７、残留エコーの抑圧量を算出する残留エコー抑圧量算出部４０８、残留エコーの抑圧を行う残留エコー抑圧部４０９、時間信号を時間周波数変換して周波数要素を得る第１、第２および第４の時間周波数変換部４０１，４０２，４０６、周波数要素から時間信号へ逆変換を行う第３および第５の時間周波数変換部４０４，４１０を備えている。
さらに、減算フィルタ１０１は推定応答信号生成部１０１ａおよび減算器１０１ｂを備え、更新フィルタ４０３はフィルタ処理部４０３ａを備えている。

次に、発明の実施の形態４のエコー消去装置４００の動作を説明する。
エコー消去装置４００は時間周波数変換を行う第１から第５の時間周波数変換部４０１，４０２，４０４，４０６，４１０を備えており、このため信号を所定のブロック長Ｌ毎に分割して処理を行う。以下の説明では、処理開始時点からのブロック番号をｋで表すものとして説明を行う。

第１の時間周波数変換部４０１は、受話信号ｘ（ｎ）をブロック長Ｌ毎に時間周波数変換し、受話信号ｘ（ｎ）の周波数要素Ｘ（ω，ｋ）を得る。ここでωは周波数を表す添え字である。また、ここでの時間周波数変換には、例えばＤＦＴ（離散フーリエ変換）を用いることができる。同様に第２の時間周波数変換部４０２は、第１の残差信号ｄ_１（ｎ）を時間周波数変換し、第１の残差信号の周波数要素Ｄ_１（ω，ｋ）を得る。

なお、このような周波数領域での更新フィルタの例としては、例えば以下の参考文献２に記載されている高速ＬＭＳアルゴリズムがある。他にも、高速ＬＭＳアルゴリズムを元にしたＭＤＦ（Multi Delay Filter）などを用いることも可能である。
・参考文献２
S. Haykin著、鈴木博 他訳、「適応フィルタ理論」、科学技術出版、2001年1月10日発行、p.500〜514

信号対エコー比算出部４０７は、第１の残差信号ｄ_１（ｎ）の周波数要素Ｄ_１（ω，ｋ）と第２の残差信号ｄ_２（ｎ）の周波数要素Ｄ_２（ω，ｋ）と、更新ステップサイズμ（ω，ｋ）から信号対エコー比ＳＥ（ω，ｋ）を、周波数要素毎に算出する。なお、用いる適応アルゴリズムによっては、入力信号の周波数要素Ｘ（ω，ｋ）も算出に用いる。前述の高速ＬＭＳアルゴリズムの場合、信号対エコー比ＳＥ（ω，ｋ）は、例えば以下の式（２８）のように定めることができる。

残留エコー抑圧量算出部４０８は、信号対エコー比算出部４０７で得られた信号対エコー比ＳＥ（ω，ｋ）を用いて、周波数毎に残留エコー抑圧量γ（ω，ｋ）を算出する。さらに、残留エコー抑圧部４０９では、第１の残差信号ｄ_１（ｎ）の周波数要素Ｄ_１（ω，ｋ）に対して残留エコー抑圧量算出部４０８で算出された周波数毎の残留エコー抑圧量γ（ω，ｋ）を掛け合わせ、残留エコーを抑圧する。このようにして得られた出力信号Ｓ´（ω，ｋ）を第５の時間周波数変換部４１０により周波数様相から時間信号への逆変換を行い、出力信号ｓ´（ｎ）を得る。

このように、周波数毎に残留エコーを抑圧することにより、推定エコー信号、近端信号発生条件と更新フィルタの収束状態に応じた残留エコー抑圧が可能になる。例えば、ある周波数帯域では近端信号が大きく、別の周波数帯域では近端信号が小さい場合のように、周波数帯域によって近端信号の条件が異なる場合には、近端信号の大きい周波数帯域では残留エコー信号のパワーが強いので十分な残留エコー抑圧を行い、近端信号の小さい周波数帯域では残留エコー信号のパワーが弱いので残留エコー抑圧を弱め近端信号の劣化を抑制することができる。

以上のように、この実施の形態４によれば、時間周波数変換を行う第１から第５の時間周波数変換部４０１，４０２，４０４，４０６，４１０と、周波数要素毎に雑音条件と更新フィルタの収束状態に応じた信号対エコー比を算出する信号対エコー比算出部４０７と、算出された信号対エコー比を用いて残留エコー抑圧を行う残留エコー抑圧量算出部４０８および残留エコー抑圧部４０９とを備えるように構成したので、周波数帯域ごとの近端信号の大きさに応じた残留エコー抑圧を行うことができる。具体的には、近端信号が大きい周波数帯域では残留エコー抑圧量を大きくすることにより残留エコー感を抑制し、近端信号が小さい周波数帯域では残留エコー抑圧量を小さくすることにより近端信号に含まれる送話音声信号の劣化を抑制することができる。

実施の形態５．
上述した実施の形態４では、時間周波数変換を用いて周波数帯域毎に信号対エコー比を算出する構成を示したが、この実施の形態５では、高い周波数分解能を必要としない場合に、サブバンドフィルタを用いてサブバンド毎に近端信号条件と更新フィルタの収束状態に応じた残留エコー抑圧処理を行う構成を示す。

図６は、実施の形態５によるエコー消去装置の構成を示すブロック図である。図６において、エコー消去装置５００は、第１のサブバンド分解部５０１、第２のサブバンド分解部５０２、上述した実施の形態１または実施の形態３で示した機能を有するエコー消去部が複数配置されたエコー消去部列５０３、およびサブバンド合成部５０４で構成されている。

次に、実施の形態５のエコー消去装置５００の動作について説明する。
第１のサブバンド分解部５０１は、エコー経路９００への受話信号ｘ（ｎ）を、所定の分割数Ｍ個の帯域に分割し、サブバンド分割された受話信号ｘ_（１）（ｎ），ｘ_（２）（ｎ），・・・，ｘ_（Ｍ）（ｎ）を得る。同様に、第２のサブバンド分解部５０２は、マイク入力信号ｙ´（ｎ）をＭ個の周波数帯域に分割し、サブバンド分割されたマイク入力信号ｙ´_（１）（ｎ），ｙ´_（２）（ｎ），・・・，ｙ´_（Ｍ）（ｎ）を得る。

エコー消去部列５０３は、Ｍ個のサブバンドに対応して、一群のエコー消去部５０３_（１），５０３_（２），・・・，５０３_（Ｍ）（以下、総称してエコー消去部列５０３と称する）で構成されている。これらの各サブバンドに対応したエコー消去部列５０３には、実施の形態１または実施の形態３で説明したエコー消去装置を適用することができる。従って、エコー消去部群５０３では、サブバンド分割された受信信号ｘ（ｎ）と、マイク入力信号ｙ´（ｎ）とのＭ個の組に対し、これらのサブバンドエコー消去部５０３の各々が処理を行い、サブバンド分解されたＭ個の出力信号ｓ´_（１）（ｎ），ｓ´_（２）（ｎ），・・・，ｓ´_（Ｍ）（ｎ）を得る。サブバンド合成部５０４はサブバンド分解された出力信号ｓ´_（１）（ｎ），ｓ´_（２）（ｎ），・・・，ｓ´_（Ｍ）（ｎ）をサブバンド合成し、出力信号ｓ´（ｎ）を得る。

以上のように、この実施の形態５によれば、受話信号ｘ（ｎ）を周波数帯域で分割する第１のサブバンド分解部５０１と、マイク入力信号ｙ´（ｎ）を周波数帯域で分割する第２のサブバンド分解部５０２と、周波数帯域で分割された信号それぞれに対して残留エコー抑圧処理を行うエコー消去部列５０３と、サブバンド分解された出力信号をサブバンド合成するサブバンド合成部５０４とを備えるように構成したので、周波数帯域毎に近端信号条件と更新フィルタの収束状態が異なる場合であっても、より速やかに、且つ十分小さく残留エコーを減少させることができる。

なお、上述した実施の形態３から実施の形態５のエコー消去装置について、実施の形態２で示したエコー検出装置と同様に、算出された適応フィルタによる推定エコーを減算した後の残差信号の信号対エコー比ＳＥ（ｎ）を用いて送話音声信号に対して残留エコー量が閾値以上であるか判定することによりエコーを検出するエコー検出装置を構成してもよい。なお、エコー検出装置を構成する場合、実施の形態４で示した第５の時間周波数変換部４１０および実施の形態５で示したサブバンド合成部５０４は省略することができる。実施の形態３から実施の形態５のエコー消去装置の構成をエコー検出装置に適用することにより、エコー経路が変化した場合であっても、精度よく残留エコーを検出することができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

以上のように、この発明に係るエコー消去装置およびエコー検出装置は、高騒音下で通話する場合や、エコー経路が変化するような場合であっても、残留エコーの発生を抑制し、送話音声を過度に抑圧して通話を阻害することなく、好適な通話環境を提供することができるようにしたため、送話信号に混入した受話信号のエコーを検出し、検出したエコーを送話信号から消去する技術に用いることができる。

１００，１１０，３００，４００，５００ エコー消去装置、１０１ 減算フィルタ、１０１´ 第１の減算フィルタ、１０１ａ，１０１ａ´，３０１ａ 推定応答信号生成部、１０１ｂ，１０１ｂ´，３０１ｂ 減算器、１０２，４０３ 更新フィルタ、１０２´ 第１の更新フィルタ１０２ａ，１０２ａ´，１０６ａ，４０３ａ フィルタ処理部、１０２ｂ，１０２ｂ´，１０６ｂ 減算器、１０３，３０２，４０７ 信号対エコー比算出部、１０４，４０８ 残留エコー抑圧量算出部、１０５，４０９ 残留エコー抑圧部、１０６ 第２の更新フィルタ、２００ エコー検出装置、２０１ エコー検出部、３０１ 第２の減算フィルタ、３０３ 遅延処理部、４０１ 第１の時間周波数変換部、４０２ 第２の時間周波数変換部、４０４ 第３の時間周波数変換部、４０６ 第４の時間周波数変換部、４１０ 第５の時間周波数変換部、５０１ 第１のサブバンド分解部、５０２ 第２のサブバンド分解部、５０３ エコー消去部列、５０４ サブバンド合成部、９００ 伝達経路、９０１ スピーカ、９０２ マイク。

Claims (22)

1. マイクが受話信号を集音して得られるマイク入力信号に含まれるエコー成分を除去するエコー消去装置において、
   前記エコー消去装置の前回までの動作により得られた更新フィルタのフィルタ係数列を用いて得られる第１の残差信号と、
   前記エコー消去装置の前回までの動作により得られた更新フィルタのフィルタ係数列を任意の更新ステップサイズを用いて係数更新を行った更新フィルタ係数列を用いて得られる第２の残差信号とに基づいて、
   前記受話信号に対する前記エコー成分の存在比を示す信号対エコー比を算出する信号対エコー比算出部と、
   前記信号対エコー比算出部が算出した信号対エコー比に基づいて、前記マイク入力信号に含まれるエコー成分を抑圧するエコー抑圧部とを備えたことを特徴とするエコー消去装置。
2. 前記第２の残差信号は、前回までの動作により得られた更新フィルタのフィルタ係数列をそれぞれ異なる複数の任意の更新ステップサイズを用いて、係数更新を行った複数の更新フィルタ係数列を用いて得られる複数の残差信号であり、
   前記信号対エコー比算出部は、前記第１の残差信号および前記複数の第２の残差信号から選択された少なくとも２つの残差信号に基づいて、前記信号対エコー比を算出することを特徴とする請求項１記載のエコー消去装置。
3. 前記信号対エコー比算出部は、前記信号対エコー比の算出において、前記更新フィルタ係数列を更なる情報として用いることを特徴とする請求項１記載のエコー消去装置。
4. 前記信号対エコー比算出部は、前記信号対エコー比の算出において、前記受話信号を更なる情報として用いることを特徴とする請求項１記載のエコー消去装置。
5. 前記信号対エコー比算出部は、所定の信号ブロック長単位で前記係数更新を実行するブロック適応アルゴリズムを用い、前記所定の信号ブロック長単位で前記第１の残差信号および／または前記第２の残差信号それぞれの分散、または平均パワーを求め、前記信号対エコー比の算出において、前記分散または平均パワーを更なる情報として用いることを特徴とする請求項１記載のエコー消去装置。
6. 前回までの動作により得られた更新フィルタのフィルタ係数列を用いて前記受話信号をフィルタ処理して第１の推定エコー信号を生成し、生成した第１の推定エコー信号を前記マイク入力信号から減算し、第１の残差信号を生成する減算フィルタと、
   前記受話信号、前記減算フィルタで生成された第１の残差信号および前記任意の更新ステップサイズを用いて、前記更新フィルタのフィルタ系数列を更新し、更新したフィルタ係数列を用いて前記受話信号をフィルタ処理して第２の推定エコー信号を生成し、前記マイク入力信号から前記第２の推定エコー信号を減算して前記第２の残差信号を生成する更新フィルタとを備え、
   前記信号対エコー比算出部は、少なくとも前記減算フィルタが生成した第１の残差信号、前記更新フィルタが生成した第２の残差信号および前記更新ステップサイズを用いて前記信号対エコー比を定め、
   前記エコー抑圧部は、前記信号対エコー比算出部が定めた信号対エコー比から前記マイク入力信号に含まれるエコー成分の抑圧量を算出し、算出した抑圧量および前記第１の残差信号を用いて演算処理を行い、前記エコー成分を抑圧することを特徴とする請求項１記載のエコー消去装置。
7. 前記更新フィルタは、複数の前記任意の更新ステップサイズを用いて算出した複数の更新フィルタ係数列を用いて、前記受話信号をフィルタ処理して複数の前記第２の推定エコー信号を生成し、前記マイク入力信号から前記複数の第２の推定エコー信号を減算して複数の第２の残差信号を生成し、
   前記信号対エコー比算出部は、少なくとも前記第１の残差信号および前記複数の第２の残差信号から選択された２つの残差信号と、前記更新ステップサイズとから前記信号対エコー比を定めることを特徴とする請求項６記載のエコー消去装置。
8. 前々回までの動作により得られた更新フィルタのフィルタ係数列を用いて前記受話信号をフィルタ処理して第１の推定エコー信号を生成し、生成した第１の推定エコー信号を前記マイク入力信号から減算し、第１の残差信号を生成する第１の減算フィルタと、
   前回までの動作により得られた更新フィルタのフィルタ係数列を用いて前記受話信号をフィルタ処理して第２の推定エコー信号を生成し、生成した第２の推定エコー信号を前記マイク入力信号から減算し、第２の残差信号を生成する第２の減算フィルタと、
   前記信号対エコー比算出部は、少なくとも前記第１の減算フィルタが生成した第１の残差信号、前記第２の減算フィルタが生成した第２の残差信号および前回の動作において更新フィルタの更新に用いた更新ステップサイズから信号対エコー比を定め、
   前記エコー抑圧部は、前記信号対エコー比算出部が定めた信号対エコー比から前記マイク入力信号に含まれるエコー成分の抑圧量を算出し、算出した抑圧量および前記第１の残差信号を用いて演算処理を行い、前記エコー成分を抑圧することを特徴とする請求項１記載のエコー消去装置。
9. 時間変化する前記受話信号、前記第１の残差信号および前記第２の残差信号を周波数変換して周波数要素を得る時間周波数変換部と、
   前記エコー抑圧部が前記エコー成分を抑圧した信号を時間変換して時間要素を得る周波数時間変換部とを備え、
   前記信号対エコー比算出部は、前記時間周波数変換部において周波数変換された少なくとも第１の残差信号および／または第２の残差信号および前記更新ステップサイズの周波数要素を元に、周波数要素毎に信号対エコー比を定め、
   前記エコー抑圧部は、前記信号対エコー比算出部が周波数要素毎に定めた信号対エコー比から前記マイク入力信号に含まれるエコー成分の抑圧量を算出し、算出した抑圧量および前記第１の残差信号を用いて演算処理を行って前記エコー成分を抑圧した出力信号を生成し、
   前記周波数時間変換部は、前記エコー抑圧部が生成した出力信号を時間変換して時間要素を得ることを特徴とする請求項６記載のエコー消去装置。
10. 時間変化する前記受話信号、前記第１の残差信号および前記第２の残差信号を周波数変換して周波数要素を得る時間周波数変換部と、
    前記エコー抑圧部が前記エコー成分を抑圧した信号を時間変換して時間要素を得る周波数時間変換部とを備え、
    前記信号対エコー比算出部は、前記時間周波数変換部において周波数変換された少なくとも第１の残差信号および／または第２の残差信号および前記更新ステップサイズの周波数要素を元に、周波数要素毎に信号対エコー比を定め、
    前記エコー抑圧部は、前記信号対エコー比算出部が周波数要素毎に定めた信号対エコー比から前記マイク入力信号に含まれるエコー成分の抑圧量を算出し、算出した抑圧量および前記第１の残差信号を用いて演算処理を行って前記エコー成分を抑圧した出力信号を生成し、
    前記周波数時間変換部は、前記エコー抑圧部が生成した出力信号を時間変換して時間要素を得ることを特徴とする請求項８記載のエコー消去装置。
    
11. マイクが受話信号を集音して得られるマイク入力信号に含まれるエコー成分を除去するエコー消去装置において、
    前記受話信号および前記マイク入力信号をサブバンドに分解するサブバンド分解部と、
    前記エコー消去装置の前回までの動作により得られた更新フィルタのフィルタ係数列を用いて得られる第１の残差信号と、
    前記エコー消去装置の前回までの動作により得られた更新フィルタのフィルタ係数列を任意の更新ステップサイズを用いて係数更新を行った更新フィルタ係数列を用いて得られる第２の残差信号とに基づいて、
    前記サブバンド分解部によりサブバンドに分解された前記受話信号に対する前記エコー成分の存在比を示す信号対エコー比を算出する信号対エコー比算出部と、
    前記信号対エコー比算出部が算出した信号対エコー比に基づいて、前記サブバンドに分解されたマイク入力信号に含まれるエコー成分を抑圧した出力信号を生成するエコー抑圧部と、
    前記エコー抑圧部がサブバンド毎に生成した出力信号をサブバンド合成するサブバンド合成部とを備えたことを特徴とするエコー消去装置。
12. マイクが受話信号を集音して得られるマイク入力信号に含まれるエコー成分を検出するエコー検出装置において、
    前記エコー検出装置の前回までの動作により得られた更新フィルタのフィルタ係数列を用いて得られる第１の残差信号と、
    前記エコー検出装置の前回までの動作により得られた更新フィルタのフィルタ係数列を任意の更新ステップサイズを用いて係数更新を行った更新フィルタ係数列を用いて得られる第２の残差信号とに基づいて、
    前記受話信号に対する前記エコー成分の存在比である信号対エコー比を算出する信号対エコー比算出部と、
    前記信号対エコー比算出部が算出した信号対エコー比に基づいてエコー成分の検出を行うエコー検出部とを備えたことを特徴とするエコー検出装置。
13. 前記第２の残差信号は、前回までの動作により得られた更新フィルタのフィルタ係数列をそれぞれ異なる複数の任意の更新ステップサイズを用いて、係数更新を行った複数の更新フィルタ係数列を用いて得られる複数の残差信号であり、
    前記信号対エコー比算出部は、前記第１の残差信号および前記複数の第２の残差信号から選択された少なくとも２つの残差信号に基づいて、前記信号対エコー比を算出することを特徴とする請求項１２記載のエコー検出装置。
14. 前記信号対エコー比算出部は、前記信号対エコー比の算出において、前記更新フィルタ係数列を更なる情報として用いることを特徴とする請求項１２記載のエコー検出装置。
15. 前記信号対エコー比算出部は、前記信号対エコー比の算出において、前記受話信号を更なる情報として用いることを特徴とする請求項１２記載のエコー検出装置。
16. 前記信号対エコー比算出部は、所定の信号ブロック長単位で前記係数更新を実行するブロック適応アルゴリズムを用い、前記所定の信号ブロック長単位で前記第１の残差信号および／または前記第２の残差信号それぞれの分散、または平均パワーを求め、前記信号対エコー比の算出において、前記分散または平均パワーを更なる情報として用いることを特徴とする請求項１２記載のエコー検出装置。
17. 前回までの動作により得られた更新フィルタのフィルタ係数列を用いて前記受話信号をフィルタ処理して第１の推定エコー信号を生成し、生成した第１の推定エコー信号を前記マイク入力信号から減算し、第１の残差信号を生成する減算フィルタと、
    前記受話信号、前記減算フィルタで生成された第１の残差信号および前記任意の更新ステップサイズを用いて、前記更新フィルタのフィルタ系数列を更新し、更新したフィルタ係数列を用いて前記受話信号をフィルタ処理して第２の推定エコー信号を生成し、前記マイク入力信号から前記第２の推定エコー信号を減算して前記第２の残差信号を生成する更新フィルタとを備え、
    前記信号対エコー比算出部は、少なくとも前記減算フィルタが生成した第１の残差信号、前記更新フィルタが生成した第２の残差信号および前記更新ステップサイズを用いて前記信号対エコー比を定め、
    前記エコー検出部は、前記信号対エコー比算出部が定めた信号対エコー比を参照し、前記受話信号に対して所定の閾値以上のエコー成分が存在する場合に前記エコー成分の検出を行うことを特徴とする請求項１２記載のエコー検出装置。
18. 前記更新フィルタは、複数の前記任意の更新ステップサイズを用いて算出した複数の更新フィルタ係数列を用いて、前記受話信号をフィルタ処理して複数の前記第２の推定エコー信号を生成し、前記マイク入力信号から前記複数の第２の推定エコー信号を減算して複数の第２の残差信号を生成し、
    前記信号対エコー比算出部は、少なくとも前記第１の残差信号および前記複数の第２の残差信号から選択された２つの残差信号と、前記更新ステップサイズとから前記信号対エコー比を定めることを特徴とする請求項１７記載のエコー検出装置。
19. 前々回までの動作により得られた更新フィルタのフィルタ係数列を用いて前記受話信号をフィルタ処理して第１の推定エコー信号を生成し、生成した第１の推定エコー信号を前記マイク入力信号から減算し、第１の残差信号を生成する第１の減算フィルタと、
    前回までの動作により得られた更新フィルタのフィルタ係数列を用いて前記受話信号をフィルタ処理して第２の推定エコー信号を生成し、生成した第２の推定エコー信号を前記マイク入力信号から減算し、第２の残差信号を生成する第２の減算フィルタと、
    前記信号対エコー比算出部は、少なくとも前記第１の減算フィルタが生成した第１の残差信号、前記第２の減算フィルタが生成した第２の残差信号および前回の動作において更新フィルタの更新に用いた更新ステップサイズから信号対エコー比を定め、
    前記エコー検出部は、前記信号対エコー比算出部が定めた信号対エコー比を参照し、前記受話信号に対して所定の閾値以上のエコー成分が存在する場合に前記エコー成分の検出を行うことを特徴とする請求項１２記載のエコー検出装置。
20. 時間変化する前記受話信号、前記第１の残差信号および前記第２の残差信号を周波数変換して周波数要素を得る時間周波数変換部を備え、
    前記信号対エコー比算出部は、前記時間周波数変換部において周波数変換された少なくとも第１の残差信号および／または第２の残差信号および前記更新ステップサイズの周波数要素を元に、周波数要素毎に信号対エコー比を定め、
    前記エコー検出部は、前記信号対エコー比算出部が定めた周波数要素毎の信号対エコー比を参照し、周波数要素毎の前記受話信号に対して所定の閾値以上のエコー成分が存在する場合に、前記エコー成分の検出を行うことを特徴とする請求項１７記載のエコー検出装置。
21. 時間変化する前記受話信号、前記第１の残差信号および前記第２の残差信号を周波数変換して周波数要素を得る時間周波数変換部を備え、
    前記信号対エコー比算出部は、前記時間周波数変換部において周波数変換された少なくとも第１の残差信号および／または第２の残差信号および前記更新ステップサイズの周波数要素を元に、周波数要素毎に信号対エコー比を定め、
    前記エコー検出部は、前記信号対エコー比算出部が定めた周波数要素毎の信号対エコー比を参照し、周波数要素毎の前記受話信号に対して所定の閾値以上のエコー成分が存在する場合に、前記エコー成分の検出を行うことを特徴とする請求項１９記載のエコー検出装置。
22. マイクが受話信号を集音して得られるマイク入力信号に含まれるエコー成分を検出するエコー検出装置において、
    前記受話信号および前記マイク入力信号をサブバンドに分解するサブバンド分解部と、
    前記エコー消去装置の前回までの動作により得られた更新フィルタのフィルタ係数列を用いて得られる第１の残差信号と、
    前記エコー消去装置の前回までの動作により得られた更新フィルタのフィルタ係数列を任意の更新ステップサイズを用いて係数更新を行った更新フィルタ係数列を用いて得られる第２の残差信号とに基づいて、
    前記サブバンド分解部によりサブバンドに分解された前記受話信号に対する前記エコー成分の存在比を示す信号対エコー比を定める信号対エコー比算出部と、
    前記信号対エコー比算出部が定めたサブバンド毎の信号対エコー比を参照し、前記受話信号に対して所定の閾値以上のエコー成分が存在する場合に前記エコー成分の検出を行うエコー検出部を備えたことを特徴とするエコー検出装置。

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