JPH0722984A

JPH0722984A - 適応信号処理装置

Info

Publication number: JPH0722984A
Application number: JP18443393A
Authority: JP
Inventors: Toru Katsumata; 徹勝又; Masanori Imada; 匡則今田; Kiyoshi Hanamura; 清花村
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-06-29
Filing date: 1993-06-29
Publication date: 1995-01-24

Abstract

(57)【要約】【目的】外乱検出を行うことなく、外乱による影響を
排除する。【構成】加算器２に入力信号が供給される。加算器２
の出力は、適応フィルタ１０に供給される。適応フィル
タ１０は、受信信号が供給される複数段縦続接続された
遅延素子群８と、遅延素子群８の段間にそれぞれ対応し
て設けられる乗算器群９と、乗算器群９のそれぞれの出
力が供給される加算器１０と、加算器２及び遅延素子群
８の段間からの出力が供給されると共に、係数更新アル
ゴリズムに基づいて乗算器群９の係数を更新する係数更
新アルゴリズム部１１とを有する。係数更新アルゴリズ
ム部１１では、分母に予め定数が加えられてから除算が
行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、適応信号処理全般、例
えば、ＴＶ会議装置の技術分野におけるエコーキャンセ
ラやノイズキャンセラ等に用いられて好適な適応信号処
理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】相隔たった複数の地点にある会議室相互
間を映像及び音声で接続し、モニタテレビを見ながら出
席者全員が同室にいるような雰囲気で会議を行なうこと
が可能なテレビ会議装置が実用化されている。このテレ
ビ会議装置は、カメラ等の情報を画像データや音声デー
タとして読み込む装置と、この装置からの画像データを
相手先に送信する送信機と、相手先から送信された画像
データや音声データを出力するモニタ等とから構成され
る。

【０００３】ところで、音声系においては、エコーが発
生してしまい、通信に著しい障害を与える。このため、
エコーキャンセラー等の適応信号処理装置が用いられ
る。図５には、音声系の適応信号処理装置のブロック図
が示される。

【０００４】以下、図５に示されるブロック図の構成を
説明する。図５において、入力端子５１には、マイクロ
フォン等の音声入力機器（図示せず）が接続されてお
り、近端話者（注目している端末側の話者）により入力
された音声が加算器５２を介して送話出力端子５３及び
後述する適応フィルタ５６に供給される。また、受話入
力端子５４からは、遠端話者（近端話者と通信している
相手側の話者）の音声信号が入力される。この音声信号
は、スピーカ等が接続された出力端子５５に供給され
る。これと共に、音声信号は、適応フィルタ５６に供給
される。

【０００５】適応フィルタ５６は、ｘ個からなる遅延素
子群５７、それぞれの遅延素子に対応する乗算器群５
８、各乗算器５８からの出力が供給される加算器５９及
び加算器５２と各遅延素子からの出力が供給される係数
更新アルゴリズム部６０からなる。

【０００６】以下、図５に示されるブロック図の動作を
説明する。加算器５２には、入力端子５１を介して供給
された音声信号と加算器５９から供給された遅延量制御
信号とが供給される。加算器５２では、これらの信号の
加算が行われ、その残差であるｅ_(n)が係数更新アルゴ
リズム部６０に供給される。受話入力端子５４を介して
入力された音声信号は、ｘ個からなる遅延素子５７に供
給される。時刻ｎにおける各タップへの信号が係数更新
アルゴリズム部６０に供給される。係数更新アルゴリズ
ム部６０では、供給された信号に基づいた出力信号を各
乗算器５８に供給する。これにより、各乗算器５８のタ
ップ係数が設定される。各乗算器５８の出力は、加算器
５９に供給される。

【０００７】ここで、出力端子５５から入力端子５１へ
の系を考えると、系の伝達関数は、リファレンス信号と
リファレンス信号が系１を伝搬した音とから求められ
る。適応フィルタ５６は、この系に同定される。ところ
で、リファレンス信号と相関のない周囲のノイズ等が入
力端子５１から入力されてしまうと、適応フィルタの適
応動作にとっては外乱となり、適応動作が乱されるとい
う問題が発生する。なお、適応信号処理においては、マ
イクロフォン入力信号のうち、リファレンス（受話）信
号入力と無相関な信号は、全て外乱となる。この点にお
いて、本来、送話信号として主となる近端話者の音声も
暗騒音同様に外乱となる。

【０００８】ところで、上述の係数更新アルゴリズム部
では、

【０００９】

【数１】

【００１０】に基づいて、適応フィルタの係数が更新さ
れる。

【００１１】図６には、外乱検出用の回路を有する適応
信号処理装置のブロック図が示される。なお、図６にお
いて、図５と同一符号が付されているものは、同一のブ
ロックとする。入力端子５１には、マイクロフォン等の
音声入力機器（図示せず）が接続されており、近端話者
により入力された音声信号が入力レベル検出器６２に供
給される。また、この音声信号は、加算器５２を介して
送話出力端子５３、後述する適応フィルタ５６及び出力
レベル検出器６３に供給される。また、受話入力端子５
４からは、遠端話者の音声信号が入力される。この音声
信号は、リファレンス入力レベル検出器６１、適応フィ
ルタ５６及びスピーカ等が接続された出力端子５５に供
給される。

【００１２】リファレンス入力レベル検出器６１、入力
レベル検出器６２及び出力レベル検出器６３のそれぞれ
の出力信号は、外乱検出器６４に供給される。外乱検出
器６４の出力信号が適応フィルタ５６内の係数更新アル
ゴリズム部６０に供給される。係数更新アルゴリズム部
６０では、加算器５２の出力信号、時刻ｎにおける各タ
ップへの信号及び外乱検出器６４の出力信号に基づい
て、各乗算器の係数を設定する。なお、適応フィルタ５
６の構成は、図５における適応フィルタと同等のもので
ある。

【００１３】通常の場合、図６に示される適応信号処理
装置では、図５で説明した動作と同様の動作が行われ
る。一方、外乱検出器６４により、外乱が検出される
と、適応フィルタの動作が停止される。すなわち、
（１）式における緩和係数αの値が０とされる。例え
ば、リファレンス入力レベル検出器６１により検出され
たリファレンス入力レベルに比べて入力レベル検出器６
２により検出された入力レベルの方が大きい場合に、緩
和係数αの値が０とされる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上述の係数更新アルゴ
リズムでは、以下のような問題がある。即ち、第１に、
単なるレベル検出で外乱検出を行うのは、実際には外乱
の大きさやリファレンス信号の大きさが様々であるため
に困難であり、外乱検出しなければならない時に検出で
きず、適応が乱れることがある。第２に、外乱検出が不
要な時に、外乱があるものと判断され、この結果、適応
を止めてしまう場合もあり、適応速度が低下してしま
う。第３に、適応の乱れによる音質劣化を防ぐには、適
応フィルタのタップ係数更新の緩和係数を小さくして使
わなければならず、緩和係数を小さくすると、収束速度
が遅くなってしまう。

【００１５】従って、この発明の目的は、これらの問題
を全て解消することができる適応信号処理装置を提供す
ることにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明は、入力信号が
供給される第１の加算器と、第１の加算器の出力が供給
される適応フィルタとからなり、適応フィルタは、受信
信号が供給される複数段縦続接続された遅延手段と、遅
延手段の段間にそれぞれ対応して設けられる乗算器と、
乗算器の各出力が供給される第２の加算器と、第１の加
算器及び遅延手段の段間からの出力が供給され、係数更
新アルゴリズムに基づいて上記乗算器の係数を更新する
係数更新アルゴリズム部とを有し、係数更新アルゴリズ
ム部では、分母にあらかじめ定数が加えられた後で除算
が行われることを特徴とする適応信号処理装置である。

【００１７】

【作用】リファレンス信号が大きいときは、入力信号に
占める外乱の割合が比較的小さく外乱の影響は小さいの
でαが１に近い収束速度の速い条件で動作させ、リファ
レンス信号が小さいときは、入力信号に占める外乱の割
合が大きくなり外乱の影響を受け易くなるのでαが０に
近い外乱の影響を受けにくい条件で動作させる。しかも
リファレンス信号の大きさに対して連続的にαを変える
ことができる。これにより外乱検出を行わなくても、簡
単かつより有効な外乱に強い適応信号処理装置を提供す
ることができる。

【００１８】

【実施例】以下、この発明の実施例に関して図面を参照
して説明する。図１にはこの発明による適応信号処理装
置が適用されたエコーキャンセラの構成が示される。図
１において、入力端子１には、マイクロフォン等の音声
入力機器（図示せず）が接続されており、近端話者によ
り入力された音声が加算器２を介して適応フィルタ３及
び音声スイッチ４に供給される。音声スイッチ４の出力
信号は、送話出力端子５ａから出力される。また、受話
入力端子５ｂからは、遠端話者の音声信号が入力され、
受話音量調節器６を介して音声スイッチ４に供給され
る。なお、受話音量調節器６では、入力された受話音量
が音声スイッチ４に対して最適な大きさに調整される。
音声スイッチ４の出力信号は、スピーカ等が接続された
出力端子７及び適応フィルタ３に供給される。

【００１９】適応フィルタ３は、ｘ個からなる遅延素子
群８、それぞれの遅延素子に対応する乗算器群９、乗算
器９からの出力が供給される加算器１０及び加算器２と
遅延素子８からの出力が供給される係数更新アルゴリズ
ム部１１からなる。

【００２０】また、音声スイッチ４は、加算器２から供
給される出力信号を減衰するための送話側減衰器１２及
び受話音量調節器６から供給される出力信号を減衰する
ための受話側減衰器１３からなる。なお、音声スイッチ
は、受話系、送話系のレベル比較により、送話時と判断
した際は受話側に減衰器を挿入し、受話時と判断した際
は送話側に減衰器を挿入して一巡ループゲインの減少を
図り、エコー減衰量やハウリングマージンを稼ぐ目的で
使用される。

【００２１】以下、図１に示されるブロック図の動作を
説明する。音声スイッチ４を介された受話入力信号は、
出力端子７に接続されたスピーカで拡声され、近端話者
に聴取されると共に、適応フィルタ３にも入力される。
なお、スピーカで受話入力信号が拡声された時に、その
受話信号は、近端話者の声を収音するためのマイクロフ
ォンに、直接的または間接的に入り込む。

【００２２】適応フィルタ３では、適応信号処理によ
り、マイクロフォンに入り込むスピーカで拡声された受
話信号の擬似信号が作り出され、この擬似信号は、加算
器２において、マイクロフォンで収音された音から差し
引かれる。これにより、エコーキャンセルが行われる。
ところで、このようにしてキャンセルされる信号は、受
話信号だけなので、近端話者の声はそのまま遠端話者に
送信される。つまり、加算器２で受話信号がキャンセル
された信号は、音声スイッチ４を介して送話出力とな
る。このようにして、スピーカからマイクロフォンに入
り込む音が、遠端話者に戻りにくくしている。

【００２３】以下、適応フィルタ３の構成及び動作を説
明する。適応フィルタ３は、遅延素子群８、乗算器群
９、加算器１０及び係数更新アルゴリズム部１１から成
るＦＩＲフィルタで構成される。乗算器群９の係数は、
係数更新アルゴリズム部１１により、逐次更新される。
この係数更新アルゴリズムには、ＬＭＳ法、学習同定法
など様々なアルゴリズムやその変形が存在する。一例と
して、数１に示されるような学習同定法のアルゴリズム
がある。数１によると、係数h _k(n+1)は前時刻の係数h
_k(n)に対して、加算器２の出力に現れたキャンセルでき
なかった成分に対して、その時刻及びそのタップの受話
信号を乗算し、受話信号のノルムで除算することで正規
化し、緩和係数αを掛けたものを補正項として更新して
いる。通常、割り算の部分での「÷０」となる演算エラ
ーを防ぐため、ノルムの大きさに対して十分無視できる
値が加えられる。一方、この発明では、

【００２４】

【数２】

【００２５】に示されるように、ノルムに対して比較的
大きめの値を加えたアルゴリズムが用いられる。なお、
ｄは定数である。

【００２６】（２）式のアルゴリズムによれば、以下の
ような動作をする。つまり、受話信号系列x _k(n)の２乗
ノルムがｄに比較して小さくなると、第２項の後半は図
２に示すように所定値に収束する。図２に示されるグラ
フでは、横軸が入力信号x の平均レベル、縦軸がタップ
係数更新振幅をそれぞれ示すものとされる。また、適応
フィルタ３のタップ数が７６８タップとされる。演算の
都合上、（２）式の第２項の後半の計算は、

【数３】に示されるように、リファレンス信号系列のノルムは１
／２¹⁰倍しておいてからｄを加え、分子を３２×２^-23
とする割り算を行ってから２⁸をかけて桁を合わせてい
る。なお−１〜＋１の固定小数点演算を行っている。

【００２７】ｄ＝２^-0〜２^-8の場合の曲線を、ｄ′＝
０、つまり、（１）式の場合に対する割合で表したのが
図３である。なお、図３のグラフにおいて、横軸は入力
信号xの平均レベルを、縦軸は緩和係数をそれぞれ示
す。図３からもわかるように、受話信号系列の大きさが
小さくなるに従い、式（２）の第２項がｄ＝０の場合に
比べて小さくなり、タップ係数更新が小さくなる。

【００２８】ここでαをα′に置き直し、新たにαを

【００２９】

【数４】

【００３０】とおくと、受話信号系列の大きさが小さく
なるに従い、緩和係数αがｄ＝０の場合より小さくなる
と考えることもできる。

【００３１】αは一般に、０＜α＜２で、ｄ＝１のと
き、適応動作の収束速度が最も速くなるが、外乱には弱
くなるという性質を有する。逆にαを０に近づければ収
束速度は遅くなるが、外乱の影響は受けにくくなる。こ
こでは、αの最大値を１としたが、適応フィルタの収束
条件内（０＜α＜２）ならば任意の値をとることができ
る。

【００３２】この発明のように、（３）式のｄにある値
を持たせれば、図３に示すように受話信号系列の大きさ
が小さくなるに従い、αを小さくすることが可能にな
る。即ち、受話（リファレンス）信号が大きいときは、
マイク入力信号に占める外乱の割合が比較的小さく、こ
のため、外乱の影響は小さいので、αが１に近い収束速
度の速い条件で動作させ、受話（リファレンス）信号が
小さいときは、入力信号に占める外乱の割合が大きくな
り、外乱の影響を受け易くなるので、αが０に近い外乱
の影響を受けにくい条件で動作させることができる。

【００３３】これにより、外乱検出器により外乱検出を
行わなくても、簡単、且つ、より有効な外乱に強い適応
アルゴリズムを提供することができる。

【００３４】また、（１）式を変形して、

【００３５】

【数５】

【００３６】や

【００３７】

【数６】

【００３８】のような適応アルゴリズムを用いることも
可能である。

【００３９】図４には、この発明による適応信号処理装
置が適用されたノイズキャンセラの構成図が示される。
なお、図４において、図１と同一符号が付されているも
のは、同一のブロックとする。図４において、入力端子
１には、所望の音声及びノイズを収音するための音声及
びノイズ収音用マイクロフォン等の音声入力機器（図示
せず）が接続されており、近端話者により入力された音
声が加算器２を介して適応フィルタ３及びノイズキャン
セラ出力端子２１に供給される。また、入力端子２２に
は、ノイズ収音用マイクロフォン等の音声入力機器（図
示せず）が接続される。入力端子２２は、適応フィルタ
３に接続される。

【００４０】適応フィルタ３は、ｘ個からなる遅延素子
群８、それぞれの遅延素子に対応する乗算器群９、乗算
器９からの出力が供給される加算器１０及び加算器２と
遅延素子８からの出力が供給される係数更新アルゴリズ
ム部１１からなる。

【００４１】以下、図４に示されるブロック図の動作を
説明する。入力端子２２から入力される信号は、適応フ
ィルタ３に供給されると共に、外乱として入力端子１に
も直接的または間接的に入力される。適応フィルタ３で
は、適応信号処理により、マイクロフォンに入り込む外
乱の擬似信号が作り出される。この擬似信号は、加算器
２において、マイクロフォンで収音された音から差し引
かれる。これにより、ノイズキャンセルが行われ、ノイ
ズの抑圧された希望信号のみが得られる。なお、この時
の適応フィルタ３は、図１で説明したの動作と同様とさ
れる。また、係数アルゴリズムは、図１の説明と同様の
ものが用いられる。

【００４２】なお、この発明は上述の実施例、即ち、エ
コーキャンセラやノイズキャンセラにのみ限定されるも
のではなく、適応信号処理全般に様々な応用が考えられ
る。

【００４３】

【発明の効果】この発明に依れば、外乱検出を行わなく
ても外乱検出を行った場合以上に外乱による影響を排除
でき、エコーキャンセラとして使用した場合は、通話品
質の向上に役立つ。また、レベル検出が不要となり、ハ
ードウェアまたはＤＳＰプログラムの簡略化が可能とな
る。さらに、αを所定値とする場合に比較して、収束速
度を上げながら出力残留誤差を小さくすることが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による適応信号処理装置が適用された
エコーキャンセラの構成図である。

【図２】平均入力信号レベルとタップ係数更新幅との関
係に定数が与える影響を示すグラフである。

【図３】平均入力信号レベルと緩和係数との関係に定数
が与える影響を示すグラフである。

【図４】この発明による適応信号処理装置が適用された
ノイズキャンセラの構成図である。

【図５】従来の説明に用いる適応信号処理装置のブロッ
ク図である。

【図６】外乱検出用の回路を有する適応信号処理装置の
ブロック図である

【符号の説明】

３適応フィルタ８遅延素子群９乗算器群１０加算器１１係数更新アルゴリズム部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力信号が供給される第１の加算器と、上記第１の加算器の出力が供給される適応フィルタとか
らなり、上記適応フィルタは、受信信号が供給される複数段縦続接続された遅延手段
と、上記遅延手段の段間にそれぞれ対応して設けられる乗算
器と、上記乗算器の各出力が供給される第２の加算器と、上記第１の加算器及び上記遅延手段の段間からの出力が
供給され、係数更新アルゴリズムに基づいて上記乗算器
の係数を更新する係数更新アルゴリズム部とを有し、上記係数更新アルゴリズム部では、分母にあらかじめ定
数が加えられた後に除算が行われることを特徴とする適
応信号処理装置。
【請求項２】上記係数更新アルゴリズム部では、所定
時刻における残差に、緩和係数及び上記所定時刻におけ
る所定のタップの受話信号を乗算し、上記乗算された値
を上記受話信号のノルムと定数とを加算した値で除算が
行われることを特徴とする請求項１記載の適応信号処理
装置。