(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
残留エコーを抑制するための方法であって、Ｍ個の送話器と１個の受話器とからなる通信機器に適用され、Ｍは1より大きい自然数であり、上記Ｍ個の送話器はアレイを形成するように１列に並んで配置され、この方法は、
Ｍ個の送話器信号のそれぞれに対し、受話器信号と適応型フィルタリング処理を行い、Ｍ個の適応型フィルタリング信号を得ることと、
第１の適応型フィルタリング信号以外の他のＭ−１個の適応型フィルタリング信号に対し、それぞれに対応するアレイフィルタリング処理を行うことにより、Ｍ−１個のアレイフィルタ出力信号を得るようになり、その中には、受話器と適応型フィルタリング信号に対応する送話器との間の相対位置に応じて、当該適応型フィルタリング信号に対応するアレイフィルタの加重値を確定することと、
第１の適応型フィルタリング信号に対し、上記Ｍ−１個のアレーフィルタ出力信号のそれぞれと減算処理を行うことにより、Ｍ−１個の差分信号を得て、当該Ｍ−１個の差分信号のそれぞれに対し、タイムドメイン／周波数ドメイン変換処理を行い、エネルギーの最も小さい１個の周波数ドメイン信号を選択することと、
第１の適応型フィルタリング信号と第Ｍの適応型フィルタリング信号とに対し、タイムドメイン／周波数ドメイン変換処理を行った後、音声確率フィルタリング処理を行い、１個の周波数ドメイン音声確率信号を得ることと、
上記周波数ドメイン音声確率信号と、選択されたエネルギーの最も小さい１個の周波数ドメイン信号とに対して乗算処理を行い、その乗算処理の結果に対し、周波数ドメイン／タイムドメイン変換処理を行ってから、残留エコーが抑制された後の音声出力信号とすることとを含むこと
を特徴とする方法。
【請求項２】
上記の上記周波数ドメイン音声確率信号と、選択されたエネルギーの最も小さい１個の周波数ドメイン信号とに対し乗算処理を行った後に、さらに、
乗算処理の結果とタイムドメイン／周波数ドメイン変換後の受話器信号とに対し、周波数スペクトルフィルタリング処理を行い、さらに乗算処理の結果と周波数スペクトルフィルタリング後の結果とに対して減算処理を行い、減算処理の結果に対し、周波数ドメイン／タイムドメイン変換処理を行ってから、残留エコーが抑制された後の音声出力信号とすることを含むこと
を特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記の受話器と適応型フィルタリング信号に対応する送話器及び第１の送話器との間の相対位置に応じて、当該適応型フィルタリング信号に対応するアレイフィルタの加重値を確定することは、
第１の適応型フィルタリング信号以外の他のＭ−１個の適応型フィルタリング信号のうち、現在の適応型フィルタリング信号毎に対し、次式に基づき、アレイフィルタの加重値を確定することを含み、
0005479655.tif 000037
0005479655.tif 000038
ここで、ｈはアレイフィルタ、ｅ１は第１の適応型フィルタリング信号、ｅ２は上記現在の適応型フィルタリング信号、Ｄ１は受話器と第１の送話器との間の距離、Ｄ２は受話器と現在の適応型フィルタリング信号に対応する送話器との間の距離、ｃは音速を表すこと
を特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
上記の第１の適応型フィルタリング信号と第Ｍの適応型フィルタリング信号とに対し、タイムドメイン／周波数ドメイン変換処理を行った後、音声確率フィルタリング処理を行い、１個の周波数ドメイン音声確率信号を得ることは、
第１の適応型フィルタリング信号と第Ｍの適応型フィルタリング信号とに対しタイムドメイン／周波数ドメイン変換処理を行った２個の結果に基づき、各周波数ポイントでの送話器アレイに達した到達角度α（ｆ）を計算することと、
次に、次式に基づき音声確率ｐＦ（ｆ）を計算することとを含み、
0005479655.tif 000039
ｐＦ（ｆ）は、上記得られた周波数ドメイン音声確率信号を表すこと
を特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
上記の乗算処理の結果とタイムドメイン／周波数ドメイン変換後の受話器信号とに対し、周波数スペクトルフィルタリング処理を行うことは、
全周波数をＮ個のサブバンドに分割し、サブバンドの境界はＢ１〜ＢＮ＋１をとし、各サブバンドにおいて、次式のように計算し、
マッチング関数ＨＭ（ｆ）を計算し、
0005479655.tif 000040
ただし、ｉはサブバンド番号、Ｅｍ２（ｆ）は上記乗算処理の結果、Ｘ（ｆ）は受話器信号のタイムドメイン／周波数ドメイン変換後の結果を表し、
マッチングエコーＹＭ（ｆ）を計算し、
0005479655.tif 000041
マッチングエコーＹＭ（ｆ）と一定の係数Agとを乗算することにより、周波数スペクトルフィルタリング後の結果を得るようになり、
よって、上記の、さらに乗算処理の結果と周波数スペクトルフィルタリング処理の結果とに対して減算処理を行う、ということは、
0005479655.tif 000042
ようになること
を特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項６】
残留エコーを抑制するための装置であって、Ｍ個の送話器と１個の受話器とからなる通信機器に適用され、Ｍは1より大きい自然数であり、上記Ｍ個の送話器はアレイを形成するように１列に並んで配置され、上記装置は、Ｍ個の適応型フィルタリング手段と、Ｍ−１個のアレイフィルタリング手段と、１個の比較セレクタと、１個の音声確率推定手段と、1個の乗算器と1個のタイムドメイン／周波数ドメインコンバータとを含み、その中には、
Ｍ個の適応型フィルタリング手段は、Ｍ個の送話器信号のそれぞれに対し、受話器信号と適応型フィルタリング処理を行い、Ｍ個の適応型フィルタリング信号を出力するためのものであり、
Ｍ−１個のアレイフィルタリング手段は、第１の適応型フィルタリング信号以外の他のＭ−１個の適応型フィルタリング信号のそれぞれに一対一的に対応され、かつ各アレイフィルタリング手段は、１個のアレイフィルタと、1個の減算器と、1個のタイムドメイン／周波数ドメインコンバータとを含み、
その中には、アレイフィルタは、対応した適応型フィルタリング信号に対しアレイフィルタリング処理を行い、減算器に出力するためのものであり、減算器は、第１の適応型フィルタリング信号からアレイフィルタより出力された信号を減算処理を行い、タイムドメイン／周波数ドメインコンバータに出力するためのものであり、タイムドメイン／周波数ドメインコンバータは、受け取った信号に対しタイムドメイン／周波数ドメイン変換処理を行い、周波数ドメイン信号を、比較セレクタに出力するためのものであり、
比較セレクタは、Ｍ−１個のアレイフィルタリング手段より出力されたＭ−１個の周波数ドメイン信号を受け取り、エネルギーの最も小さい１個の周波数ドメイン信号を選択して乗算器に出力するためのものであり、
音声確率推定手段は、２個のタイムドメイン／周波数ドメインコンバータと１個の音声確率推定器とを含み、その中には、上記２個のタイムドメイン／周波数ドメインコンバータは、それぞれ、第１の適応型フィルタリング信号及び第Ｍの適応型フィルタリング信号に対しタイムドメイン／周波数ドメイン変換処理を行って音声確率推定器に出力するためのものであり、音声確率推定器は、受け取った２個の信号に基づき、音声確率フィルタリング処理を行い、1個の周波数ドメイン音声確率信号を乗算器に出力するためのものであり、
乗算器は、受け取った２個の周波数ドメイン信号に乗算処理をして、周波数ドメイン／タイムドメインコンバータに出力するためのものであり、
周波数ドメイン／タイムドメインコンバータは、受け取った信号に対し、周波数ドメイン／タイムドメイン変換処理を行い、残留エコーが抑制された後の音声出力信号とするためのものであることを特徴とする装置。
【請求項７】
さらに、上記の乗算器と周波数ドメイン／タイムドメインコンバータとの間に、１個の周波数スペクトルフィルタリング手段を含み、
周波数スペクトルフィルタリング手段は、１個のタイムドメイン／周波数ドメインコンバータと、１個の周波数スペクトルフィルタと、1個の減算器とを含み、その中には、タイムドメイン／周波数ドメインコンバータは、受話器信号に対しタイムドメイン／周波数ドメイン変換処理を行い、周波数スペクトルフィルタに出力するためのものであり、周波数スペクトルフィルタは、乗算器の出力信号とタイムドメイン／周波数ドメインコンバータの出力信号とに対し周波数スペクトルフィルタリング処理を行い、減算器に出力するためのものであり、減算器は、乗算器の出力信号と周波数スペクトルフィルタの出力信号とに対して減算する処理を行い、周波数ドメイン／タイムドメインコンバータに出力するためのものであること
を特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
上記アレイフィルタの加重値は、次式に基づき確定され、
0005479655.tif 000043
0005479655.tif 000044
ここで、ｈはアレイフィルタ、ｅ１は第１の適応型フィルタリング信号、ｅ２は当該アレイフィルタに対応する適応型フィルタリング信号、Ｄ１は受話器と第１の送話器との間の距離、Ｄ２は、受話器と当該アレイフィルタに対応する送話器との間の距離、ｃは音速を表すこと
を特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項９】
上記音声確率推定器は、受け取った２個の信号に基づき、音声信号が各周波数ポイントでの送話器アレイに達した到達角度α（ｆ）を計算するとともに、次式に基づき、音声確率ｐＦ（ｆ）を計算し、
0005479655.tif 000045
ｐＦ（ｆ）を周波数ドメイン音声確率信号として減算器に出力するためのものであること
を特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項１０】
上記周波数スペクトルフィルタは、全周波数をＮ個のサブバンドに分割し、サブバンドの境界はＢ１〜ＢＮ＋１をとし、各サブバンドにおいて、次のように計算し、
マッチング関数ＨＭ（ｆ）を計算し、 
0005479655.tif 000046
ここで、ｉはサブバンド番号、Ｅｍ２（ｆ）は乗算器の出力信号、Ｘ（ｆ）はタイムドメイン／周波数ドメインコンバータの出力信号を表し、
マッチングエコーＹＭ（ｆ）を計算し、
0005479655.tif 000047
マッチングエコーＹＭ（ｆ）と一定の係数Agとを乗算することにより周波数スペクトルフィルタリング後の結果を得て、減算器に出力するためのものであること
を特徴とする請求項７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エコー除去技術の分野に関し、より詳しくは、残留エコーを抑制するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
音声通信では、受話器（ｒｅｃｅｉｖｅｒ、ＳＰＫ、ＥＡＲまたはＥＡＲＰＨＯＮＥとも呼ばれる）からの信号が線路反射及び音響学反射を経て送話器（マイクロフォン、マイク、ピックアップとも呼ばれる）の受信信号に混入され、リモート側に送信されることにより、リモート側ではエコーを聞こえてしまうことがある。エコーは通話者の双方を大きく妨害し、通話の品質に影響を与えてしまい、深刻な場合は、ハウリングを引き起こすこともある。これによって、通話が完全に不可能となるだけではなく、通信機器が壊される恐れもある。従って、通話の品質及び装置の無事を確保するためには、通常、音声通信においてエコーを抑制する必要がある。
【０００３】
エコー信号は、受話器信号が電気音響変換を介して実際の音声信号に変換された後に再生され、再び環境によって反射されて生じるものである。受話器の電気音響変換過程と環境反射とがいずれもフィルタリング過程と見なせるので、エコー信号は受話器が特定のフィルタにより生成された音声信号と見なせる。
【０００４】
簡易なエコー抑制は、チャンネルをハーフデュープレックスモードに変更させ、チャンネルに何時でも片側の信号のみが送信されるように、エコーを抑制している。しかし、リモート側と近位側とがダブルトークを行う場合、リモート側が話しているうちは、近位側の音声を聞えなく、通話の流暢さが妨害されてしまう。
【０００５】
音声通信に対する要求は高まってきており、これに伴い、一般的に、適応型エコー除去技術を採用することにより、エコーを抑制するとともに、近位側の音声を保護し、デュープレックスの効果を確保するようにしている。
【０００６】
適応型エコー除去技術は、適応型フィルタを、エコー経路を除去するためのフィルタとして用い、エコーの除去を行っている。フィルタは、受話器信号と送話器信号とを比較し、リアルタイムでエコー反射環境の変化を自動的に追跡することにより、正確なエコー経路を得て、エコーを除去するようにしている。普通、これは、デュープレックスの性能に影響を与えずに、大部のエコーを除去することができる。しかし、実際のシステムにおいて、受話器自体にディストーションがあるので、従来の適応型エコー除去技術では、すべてのエコーを除去することができず、一部のエコーが残られてしまう。
【０００７】
従来の残留エコーを抑制・除去するための技術は、主に２種類が挙げられる。１つは、残留エコーの強度を監視し、受話器のパワーを制限することにより、残留エコーを限定レベルよりも低くさせるようにすることである。しかし、この方法では、受話器信号の強度が大きく変動し、近位側における使用者の聴感に影響を与えてしまう。もう１つは、残留エコーが強い場合、チャンネルをハーフデュープレックスモードに変更させるようにすることである。言うまでもなく、この方法では、残留エコーを抑制する際に、近位側の音声を損傷してしまう。特に、一部の携帯用小型ハンズフリー通信機器については、受話器のディストーションが大きく、かつ、構造がコンパクトで送話器と受話器との間の距離が近いので、残留エコーが強い場合は、残留エコーを抑制するためにチャンネルをハーフデュープレックスモードに変更させることにより、通話の流暢さが妨害されてしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、アレイ処理とエコー抑制とを組み合わせ、小型ハンズフリー通信機器の音響構造を十分に利用することにより、残留エコーを低下させるながらも近位側の音声に対するダメージを軽減させ、デュープレックスの性能を向上させることが可能となる残留エコーを抑制するための方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、残留エコーを抑制するための方法を開示していおり、この方法は、Ｍ個の送話器と１個の受話器とからなる通信機器に適用され、ここで、Ｍは1より大きい自然数であり、上記Ｍ個の送話器はアレイを形成するように１列に並んで配置され、この方法は、
Ｍ個の送話器信号のそれぞれに対し、受話器信号と適応型フィルタリング処理を行い、Ｍ個の適応型フィルタリング信号を得ることと、
第１の適応型フィルタリング信号以外の他のＭ−１個の適応型フィルタリング信号に対し、それぞれに対応するアレイフィルタリング処理を行うことにより、Ｍ−１個のアレイフィルタ出力信号を得るようになり、その中には、受話器と適応型フィルタリング信号に対応する送話器との間の相対位置に応じて、当該適応型フィルタリング信号に対応するアレイフィルタの加重値を確定することと、
第１の適応型フィルタリング信号に対し、上記Ｍ−１個のアレーフィルタ出力信号のそれぞれと減算処理を行うことにより、Ｍ−１個の差分信号を得て、当該Ｍ−１個の差分信号のそれぞれに対し、タイムドメイン／周波数ドメイン変換処理を行い、エネルギーの最も小さい１個の周波数ドメイン信号を選択することと、
第１の適応型フィルタリング信号と第Ｍの適応型フィルタリング信号とに対し、タイムドメイン／周波数ドメイン変換処理を行った後、音声確率フィルタリング処理を行い、１個の周波数ドメイン音声確率信号を得ることと、
上記周波数ドメイン音声確率信号と、選択されたエネルギーの最も小さい１個の周波数ドメイン信号とに対して乗算処理を行い、その乗算処理の結果に対し、周波数ドメイン／タイムドメイン変換処理を行ってから、残留エコーが抑制された後の音声出力信号とすることとを含む。 
【００１０】
上記方法においては、上記周波数ドメイン音声確率信号と選択されたエネルギーの最も小さい１個の周波数ドメイン信号との乗算処理の後、さらに、
乗算処理の結果とタイムドメイン／周波数ドメイン変換後の受話器信号とに対し、周波数スペクトルフィルタリング処理を行い、さらに乗算処理の結果と周波数スペクトルフィルタリング後の結果とに対して減算処理を行い、減算処理後の結果に対し、周波数ドメイン／タイムドメイン変換処理を行ってから、残留エコーが抑制された後の音声出力信号とすることを含む。
【００１１】
上記方法においては、上記の受話器と適応型フィルタリング信号に対応する送話器及び第１の送話器との間の相対位置に応じて、当該適応型フィルタリング信号に対応するアレイフィルタの加重値を確定することは、
第１の適応型フィルタリング信号以外の他のＭ−１個の適応型フィルタリング信号のうち、現在の適応型フィルタリング信号毎に対し、次式に基づき、アレイフィルタの加重値を確定することを含み、
0005479655.tif 000002
0005479655.tif 000003
ここで、ｈはアレイフィルタ、ｅ１は第１の適応型フィルタリング信号、ｅ２は上記現在の適応型フィルタリング信号、Ｄ１は受話器と第１の送話器との間の距離、Ｄ２は受話器と現在の適応型フィルタリング信号に対応する送話器との間の距離、ｃは音速を表す。
【００１２】
上記方法においては、上記の第１の適応型フィルタリング信号と第Ｍの適応型フィルタリング信号とに対し、タイムドメイン／周波数ドメイン変換処理を行った後、音声確率フィルタリング処理を行い、１個の周波数ドメイン音声確率信号を得ることは、
第１の適応型フィルタリング信号と第Ｍの適応型フィルタリング信号とに対しタイムドメイン／周波数ドメイン変換処理を行った２個の結果に基づき、各周波数ポイントでの送話器アレイに達した到達角度α（ｆ）を計算することと、
次に、次式に基づき音声確率ｐＦ（ｆ）を計算することとを含み、
0005479655.tif 000004
ただし、ｐＦ（ｆ）は、上記得られた周波数ドメイン音声確率信号を表す。
【００１３】
上記の乗算処理の結果とタイムドメイン／周波数ドメイン変換後の受話器信号とに対し、周波数スペクトルフィルタリング処理を行うことは、
全周波数をＮ個のサブバンドに分割し、サブバンドの境界はＢ１〜ＢＮ＋１をとし、各サブバンドにおいて、次のように計算し、
マッチング関数ＨＭ（ｆ）を計算し、
0005479655.tif 000005
ただし、ｉはサブバンド番号、Ｅｍ２（ｆ）は上記乗算処理の結果、Ｘ（ｆ）は受話器信号のタイムドメイン／周波数ドメイン変換後の結果を表し、
マッチングエコーＹＭ（ｆ）を計算し、
0005479655.tif 000006
【００１４】
マッチングエコーＹＭ（ｆ）と一定の係数Agとを乗算することにより、周波数スペクトルフィルタリング後の結果を得るようになり、
よって、上記の、さらに乗算処理の結果と周波数スペクトルフィルタリング処理の結果とに対して減算処理を行う、ということは、
0005479655.tif 000007
ようになる。
【００１５】
本発明は、さらに、残留エコーを抑制するための装置を開示しており、この装置は、Ｍ個の送話器と１個の受話器とからなる通信機器に適用され、その中、Ｍは1より大きい自然数であり、上記Ｍ個の送話器はアレイを形成するように１列に並んで配置され、上記装置は、Ｍ個の適応型フィルタリング手段と、Ｍ−１個のアレイフィルタリング手段と、１個の比較セレクタと、１個の音声確率推定手段と、1個の乗算器と1個のタイムドメイン／周波数ドメインコンバータとを含み、その中には、
Ｍ個の適応型フィルタリング手段は、Ｍ個の送話器信号のそれぞれに対し、受話器信号と適応型フィルタリング処理を行い、Ｍ個の適応型フィルタリング信号を出力するためのものであり、
Ｍ−１個のアレイフィルタリング手段は、第１の適応型フィルタリング信号以外の他のＭ−１個の適応型フィルタリング信号のそれぞれに一対一的に対応され、かつ各アレイフィルタリング手段は、１個のアレイフィルタと、1個の減算器と、1個のタイムドメイン／周波数ドメインコンバータとを含み、
その中には、アレイフィルタは、対応した適応型フィルタリング信号に対しアレイフィルタリング処理を行い、減算器に出力するためのものであり、減算器は、第１の適応型フィルタリング信号とアレイフィルタより出力された信号とに対して減算処理を行い、タイムドメイン／周波数ドメインコンバータに出力するためのものであり、タイムドメイン／周波数ドメインコンバータは、受け取った信号に対しタイムドメイン／周波数ドメイン変換処理を行ったて、周波数ドメイン信号を比較セレクタに出力するためのものであり、
比較セレクタは、Ｍ−１個のアレイフィルタリング手段より出力されたＭ−１個の周波数ドメイン信号を受け取り、エネルギーの最も小さい１個の周波数ドメイン信号を選択して乗算器に出力するためのものであり、
音声確率推定手段は、２個のタイムドメイン／周波数ドメインコンバータと１個の音声確率推定器とを含み、その中には、上記２個のタイムドメイン／周波数ドメインコンバータは、それぞれ、第１の適応型フィルタリング信号及び第Ｍの適応型フィルタリング信号に対しタイムドメイン／周波数ドメイン変換処理を行い、音声確率推定器に出力するためのものであり、音声確率推定器は、受け取った２個の信号に基づき、音声確率フィルタリング処理を行い、1個の周波数ドメイン音声確率信号を乗算器に出力するためのものであり、
乗算器は、受け取った２個の周波数ドメイン信号に乗算処理をして、周波数ドメイン／タイムドメインコンバータに出力するためのものであり、
周波数ドメイン／タイムドメインコンバータは、受け取った信号に対し、周波数ドメイン／タイムドメイン変換処理を行い、残留エコーが抑制された後の音声出力信号とするためのものである。
【００１６】
上記装置は、さらに、上記の乗算器と周波数ドメイン／タイムドメインコンバータとの間に、１個の周波数スペクトルフィルタリング手段を含み、
周波数スペクトルフィルタリング手段は、１個のタイムドメイン／周波数ドメインコンバータと、１個の周波数スペクトルフィルタと、1個の減算器とを含み、その中には、タイムドメイン／周波数ドメインコンバータは、受話器信号に対しタイムドメイン／周波数ドメイン変換処理を行い、周波数スペクトルフィルタに出力するためのものであり、周波数スペクトルフィルタは、乗算器の出力信号とタイムドメイン／周波数ドメインコンバータの出力信号とに対し周波数スペクトルフィルタリング処理を行い、減算器に出力するためのものであり、減算器は、乗算器の出力信号と周波数スペクトルフィルタの出力信号とに対して減算処理を行い、周波数ドメイン／タイムドメインコンバータに出力するためのものである。
【００１７】
上記装置においては、上記アレイフィルタの加重値は、次式に基づき確定され、
0005479655.tif 000008
0005479655.tif 000009
ここで、ｈはアレイフィルタ、ｅ１は第１の適応型フィルタリング信号、ｅ２は当該アレイフィルタに対応する適応型フィルタリング信号、Ｄ１は受話器と第１の送話器との間の距離、Ｄ２は受話器と当該アレイフィルタに対応する送話器との間の距離、ｃは音速を表す。
【００１８】
上記装置においては、上記音声確率推定器は、受け取った２個の信号に基づき、音声信号が各周波数ポイントでの送話器アレイに達した到達角度α（ｆ）を計算するとともに、次式に基づき、音声確率ｐＦ（ｆ）を計算し、
0005479655.tif 000010
ｐＦ（ｆ）を周波数ドメイン音声確率信号として減算器に出力する。
【００１９】
上記装置においては、上記周波数スペクトルフィルタは、全周波数をＮ個のサブバンドに分割し、サブバンドの境界はＢ１〜ＢＮ＋１をとし、各サブバンドにおいて、次のように計算し、
マッチング関数ＨＭ（ｆ）を計算し、
0005479655.tif 000011
ここで、ｉはサブバンド番号、Ｅｍ２（ｆ）は乗算器の出力信号、Ｘ（ｆ）はタイムドメイン／周波数ドメインコンバータの出力信号を表し、
マッチングエコーＹＭ（ｆ）を計算し、
0005479655.tif 000012
マッチングエコーＹＭ（ｆ）と一定の係数Agとを乗算することにより、周波数スペクトルフィルタリング後の結果を得て、減算器に出力する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る残留エコーを抑制するための方法及び装置によれば、新たなエコー除去技術を介して残留エコーフィルタリングのデザインとアレイ空間フィルタリングとを組み合わせ、小型ハンズフリー通信機器の音響特性及び送話器と受話器との位置情報を十分に活用し、エコーと近位側の音声との送話器に到達する時間及び位相の差により音声確率情報を抽出し、音声領域とエコー領域とを区別し、これによって、残留エコーを効果的にフィルタリング除去し、近位側の音声が保護されるようになる。
【００２１】
上記及び関連の目的を達成するために、本発明の1つまたは複数の局面は、次に詳述され、請求項に記載される特徴を含む。以下の説明及び添付図面は、本発明の一部の局面を例示して詳しく述べるものとなる。しかしながら、これらの局面は、あくまでも、本発明の原理が使用可能となる様々な実施形態の一部を示すものであり、本発明は、さらに、これらの局面及びその均等物をすべて含むことを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
本発明の他の目的及び結果は、次のような添付図面を参照した説明と請求の範囲とを参考することにより、本発明に対し全面的な理解につれて、より明らかに且つ分かりやすくなるであろう。添付図面においては、
【図１】図１は、本発明に使用される受話器と送話器アレイとの相対位置の一実施例の模式図である。
【図２】図２は、本発明に使用される小型ハンズフリー通信機器の使用シナリオの一実施例の模式図である。
【図３】図３は、本発明の実施例に係る送話器アレイエコー除去システムの模式的なブロック図である。
【図４】図４は、送話器信号及び近位側の音声成分のエネルギーの比較模式図である。
【図５】図５は、本発明の実施例によるアレイフィルタの形状の模式図である。
【図６】図６は、本発明の実施例に係るアレイフィルタによりフィルタリングした効果の模式図である。
【図７】図７は、本実施例による音声確率抑制後の信号エネルギーの比較模式図である。
【図８】図８は、受話器信号及び残留エコーについての周波数スペクトルの比較模式図である。
【図９】図９は、マッチングエコー及び残留エコーについての周波数スペクトルの比較模式図である。
【図１０】図１０は、本発明によるエコーフィルタリング後の最終的な効果の比較模式図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施例に係る送話器アレイエコー除去方法の模式的なフローチャート図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施例に係る残留エコーフィルタリングの模式的なフローチャート図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施例に係る残留エコーを抑制するための装置の汎用構造の模式図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施例に係る残留エコーを抑制するための方法の汎用フローチャート図である。また、すべての図面において、同一の符号は類似・相応する特徴や機能を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の具体的な実施例について、添付図面を参照しながら説明する。
本発明は、送話器アレイを使用して残留エコーを除去するため、複数の送話器と単一の受話器とからなる小型ハンズフリー通信機器に適用される。図１及び図２はそれぞれ、本発明に使用される受話器と送話器アレイとの相対位置及び小型ハンズフリー通信機器の使用シナリオの実施例の模式図である。図１及び図２に示すように、この通信機器において、一般的に、受話器は送話器アレイに対して９０°方向に配置され、使用者は送話器アレイに対して０°方向にいる。これはある使用シナリオと一致しており、例えば車載ハンズフリーｃａｒｋｉｔであって、使用者が送話器アレイに直面するように位置が比較的に固定されている。図１及び図２はデュアル送話器の例を示しており、送話器が２つを超えた多送話器アレーについても、同様の方法で配置される。
【００２４】
使用者にとっては、送話器までの距離がほぼ等しく、つまり、使用者から送信され、送話器アレイにおける各送話器に受け取られる使用者からの音声信号は、基本的に同じとなる。しかし、受話器にとっては、送話器のそれぞれまでの距離が異なっており、デュアル送話器アレイを例としては、もし受話器から送話器１までの距離をＤ１とし、受話器から送話器２までの距離をＤ２とし、且つＤ１≧２Ｄ２であり、例えば、Ｄ１＝９センチ、Ｄ２＝４センチとすると、受話器から２個の送話器に送信されたエコーの間は位相差がある一方、使用者から２個の送話器に送信された音声は同じ位相を持っているため、位相関係の違いに応じて、音声とエコーとが区別され、エコーから音声を分離する目的を達成することができる。本発明は、このような位相関係の違いこそを利用してエコーから音声を分離する。
【００２５】
図３は、本発明の実施例に係る送話器アレイエコー除去システムの模式的なブロック図である。
図３に示すように、本発明が提供する送話器アレイエコー除去システム３００は、主に、適応型エコーフィルタリング手段３２０と、残留エコーフィルタリング手段３４０との両部分によって構成され、構造上では、適応型エコーフィルタリング手段３２０と残留エコーフィルタリング手段３４０とがカスケード接続されている。適応型エコーフィルタリング手段３２０の入力は、受話器信号と、送話器アレイの２個の送話器信号であり、残留エコーフィルタリング手段３４０の入力信号は、受話器信号と、適応型エコーフィルタリング手段３２０の２個の出力であり、残留エコーフィルタリング手段３４０の出力信号は、送話器アレイエコー除去システムの出力となり、即ち、エコーが分離された音声信号である。
【００２６】
送話器アレイエコー除去システム３００の全体的な応用の観点から、本発明が提供する送話器アレイエコー除去システムは、送話器と受話器との間に接続されており、受話器信号ｘ及び送話器信号ｄ（送話器アレイにおけるすべての信号ｄ１、ｄ２、…、ｄＭを含む）は、システムの入力であり、送話器信号ｄは、エコー信号ｙと近位側の音声信号ｖとからなる。２個の送話器信号は、適応型エコーフィルタリング手段３２０を経て、エコー成分がほとんどフィルタリング除去され、一部だけの残留エコーが、残留エコーフィルタリング手段３４０に入り込み、残留エコーフィルタリング手段３４０を経た後、残留エコーもフィルタリング除去される。最終的には、近位側の音声信号ｖのみが得られ、エコーが分離された音声信号として送話器アレイエコー除去システム３００により音声通信のリモート側に送られる。
【００２７】
図４は、送話器信号及び近位側の音声成分についてのエネルギーの比較模式図である。図４に示すように、典型的な応用においては、実線は送話器信号ｄ１を表し、破線は送話器信号における近位側の音声成分ｖ１を表し、点線はエコー成分ｙ１を表す。送話器信号において、近位側の音声成分のエネルギーは非常に低く、完全にエコーの中に沈めていることが分かる。
【００２８】
以下、適応型エコーフィルタリング手段３２０及び残留エコーフィルタリング手段３４０についての構造及び信号処理過程を例示的に説明する。
適応型エコーフィルタリング手段３２０は、受話器信号と送話器アレイの信号とを受け取り、エコーフィルタリング信号アレイを得るように、受け取った受話器信号に基づいて、送話器アレイにおける送話器信号毎に対してエコーフィルタリング処理を行う。図３に示す実施例においては、適応型エコーフィルタリング手段３２０の入力には、受話器信号ｘ及び送話器信号ｄ１、ｄ２の３個あり、出力は適応型フィルタリング後のエコーフィルタリング信号アレイとなり、図３に示す実施例においてはｅ１、ｅ２となる。本発明では、適応型エコーフィルタリング手段３２０部分は、汎用の適応型エコーフィルタリングと類似した動作原理を持ち、タイムドメイン又は周波数ドメイン、若しくはタイムドメイン・周波数ドメイン混合のフィルタリングモードを採用することができる。
【００２９】
この実施例では、適応型エコーフィルタリング手段３２０は、それぞれ送話器アレイにおける送話器毎に対応するように設けられているフィルタ３２１と、フィルタリングコントローラ３２２と、加算器３２３とを含んでいる。その中には、フィルタ及びフィルタリングコントローラは、それぞれ適応型フィルタ及び適応型フィルタリングコントローラであり、受話器信号と送信器信号との類似性を比較することにより、適応的にエコー信号をマッチングし、かつ加算器３２３を介して送話器信号からエコー信号をフィルタリング除去して、対応するエコーフィルタリング信号を得るようにしている。
【００３０】
残留エコーフィルタリング手段３４０は、適応型エコーフィルタリング手段３２０とカスケード接続され、受け取った受話器信号に基づき、適応型エコーフィルタリング手段３２０より出力されたエコーフィルタリング信号アレイに対し、残留エコーフィルタリングを行う。つまり、残留エコーフィルタリング手段３４０の出力には、受話器信号ｘ及び適応型エコーフィルタリング手段３２０より出力されたエコーフィルタリング信号アレイｅ１、ｅ２の３個があり、出力はすべてのエコー成分が除去された音声信号ｅｏｕｔとなる。この実施例での残留エコーフィルタリング手段３４０は、主に、アレイフィルタ３４１と、第１の加算器３４２と、タイムドメイン／周波数ドメインコンバータ３４３と、音声確率推定器３４４と、乗算器３４５とを含み、さらに、周波数スペクトルフィルタ３４６と、第２の加算器３４７と、周波数ドメイン／タイムドメインコンバータ３４８とを含んでもよい。
【００３１】
残留エコーフィルタリング手段３４０が受話器信号と適応型エコーフィルタリング手段３２０より出力されたエコーフィルタリング信号アレイとを受け取った後、タイムドメイン／周波数ドメインコンバータ３４３は、周波数ドメインの音声確率推定を行うように、エコーフィルタリング信号アレイにおけるエコーフィルタリング信号ｅ１、ｅ２を、それぞれタイムドメインから周波数ドメインに変換する。タイムドメイン／周波数ドメイン変換は、フーリエ変換を介して実行してもよいし、改良された離散数字コサイン変換等を介して実行してもよい。
【００３２】
その中には、アレイフィルタ３４１とエコーフィルタリング信号アレイにおける信号ｅ２とが畳み込まれ、畳み込まれた結果により、ｅ１における残留エコー成分を予め除去しておく。
【００３３】
受話器と送話器アレイとの位置の差のため、送話器１におけるエコーは、送話器２におけるエコーと１個のアレイフィルタとが畳み込まれたものに近似している。従って、このような１個のアレイフィルタと送話器２におけるエコーフィルタリング信号ｅ２とが畳み込まれ、さらに送話器１から差し引かれると、送話器１における残留エコー成分が低減され、第１の残留エコーフィルタリング信号ｅｍ１が得られるようになる。この第１の残留エコーフィルタリング信号ｅｍ１は、エコーフィルタリング信号ｅ１、ｅ２それぞれの上に、一部の残留エコーが予め除去されたものとなる。以下、アレイフィルタ３４１の加重値を次のように分析・推論する。
【００３４】
図１に示す通信機器においては、送話器と受話器との位置が確定されている。音の伝播の物理特性によると、エコーが２個の送話器同士までの相対関係も確定されている。受話器が音を発する場合、受話器の中央における音をｓとすると、２個の送話器に伝播する信号ｓ１、ｓ２は、近似的に次の通りとなる。
0005479655.tif 000013
0005479655.tif 000014
【００３５】
従って、以下の近似関係が成り立つ、
0005479655.tif 000015
ただし、Ｄ１及びＤ２はそれぞれ、受話器から送話器１及び送話器２までの距離を表し、ｔは現在の時刻を表し、ｃは音速を表す。ρは受話器の電気特性によって確定されるエネルギー減衰係数を表し、一定値である。
【００３６】
２個の残留エコーも類似した関係を持っており、次の近似関係を満たす。
0005479655.tif 000016
【００３７】
従って、アレイフィルタの加重値は、受話器と送話器との間の相対位置により確定されることができ、即ち、幅はＤ２／Ｄ１であり、時間遅延は（Ｄ１−Ｄ２）／ｃである。
【００３８】
図５は、本発明の実施例によるアレイフィルタの形態の模式図である。図５に示すように，受話器から２個の送話器のそれぞれまでの距離であるＤ１＝９センチ、Ｄ２＝４センチを例として、フィルタのピーク位置は、時間遅延が（Ｄ１−Ｄ２）／ｃとなり、幅が近似的にＤ２／Ｄ１となる。このアレイフィルタの加重値は、具体的な応用必要に応じて、オフラインで事前に計算し、固定してもよい。
【００３９】
図６は、本発明の実施例に係るアレイフィルタによるフィルタリング後の効果模式図である。図６に示すように、点線部分は適応型エコーフィルタリング後の信号Ｅ１を表し、実線部分はアレイフィルタリング後の信号Ｅｍ１を表し、破線部分は近位側の音声成分Ｖ１を表す。図６における３部分の信号のエネルギーの比較から分かるように、アレイフィルタ３４１によってアレイフィルタリングされる前後、残留エコーのエネルギーが変化され、平均的に約６ｄＢ低減された。効果比較模式図から、アレイフィルタ３４１により一部のエコー信号をある程度フィルタリング除去できることが十分に分かる。
【００４０】
２個以上の送話器を備える送話器アレイについては、アレイフィルタ３４１の計算方法がこの２個の送話器を備えている送話器アレイの計算方法と類似している。送話器の数をＭ個とし、適応型エコーフィルタリングの出力信号をＥ１、Ｅ２〜ＥＭとする場合、送話器１と他の送話器ｋとの間のアレイフィルタｈｋ（１＜ｋ≦Ｍ）は、送話器１と他の送話器ｋとの間の相対位置に応じて計算することができる。このように、（Ｍ−１）個のアレイフィルタにより（Ｍ−１）個のアレイフィルタの出力Ｅｍ１_ｋが得られ、その中エネルギーの最も小さい出力をとって最終のＥｍ１とすればよい。
【００４１】
アレイフィルタの計算は、最小平均二乗誤差という基準を満たす必要がある。このアレイフィルタをｈとすると、ｈは次式を満たす必要がある。
0005479655.tif 000017
【００４２】
ここで、Ｅ［．］は、平均値を取る演算を表す。アレイフィルタの出力信号をｅｍ１とすると、
0005479655.tif 000018
、及び、
0005479655.tif 000019
となり、ここで、Ｌは、アレイフィルタの長さを表す。
【００４３】
上記アレイフィルタ及び加算器のエコーフィルタリング処理により、得られた第１の残留エコーフィルタリング信号には、依然として、一部のエコー信号が残られている。従って、得られた第１の残留エコーフィルタリング信号ｅｍ１に基づき、本発明は、その中の残留エコーに対し、さらなるフィルタリング処理を行う。この層のエコーフィルタリング処理は、主に音声確率推定器と乗算器とを組み合わせて使用することで行われる。
【００４４】
まず、アレイフィルタ３４１が畳み込みによって信号ｅ１における一部のエコー信号をフィルタリング除去し、ｅｍ１を出力した後、タイムドメイン／周波数ドメインコンバータ３４３を利用して、この信号ｅｍ１をタイムドメインから周波数ドメインに変換する、即ち、ｅｍ１からＥｍ１に変換する必要がある。
【００４５】
音声確率推定器３４４は、２個のエコーフィルタリング信号ｅ１及びｅ２がタイムドメイン／周波数ドメイン変換を経た後の２個の信号Ｅ１及びＥ２の時間及び位相の関係を比較することにより、２個のエコーフィルタリング信号における音声及びエコーがどの周波数ドメインに分布しているかを示す周波数ドメイン音声確率情報ｐＦを得るようにしている。
【００４６】
音声確率推定の動作原理は、以下の通りとなる。２個の送話器信号Ｅ１、Ｅ２のいずれにも、残留エコーと音声信号とが含まれており、残留エコーが９０°方向から来るもので、位相差を有しており、音声信号が０°方向から来るもので、同じ位相である。従って、近位側の音声が強く、音声成分が多いほど、Ｅ１とＥ２との位相が近づくようになる。一方、近位側の音声が弱く、音声成分が少ないほど、Ｅ１とＥ２との位相差が明らかになる。各周波数ポイントでのＥ１とＥ２との位相を比較することにより、送話器アレイにより得られた音声信号の周波数での分布を得ることができる。
【００４７】
具体的には、音声信号の空間での到達角度、即ち、音声信号がどの方向から来たことは、Ｅ１とＥ２に基づき算出される。もし信号は、９０°方向から来た場合、エコー信号となり、音声確率は０となる。一方、もし信号は、０°方向から来た場合、音声方向となり、音声確率は１となる。信号は、０°と９０°との間で方向αから来た場合、音声確率は０と１との間にあり、具体的な値は、１−α／９０となる。
【００４８】
音声確率の判断を経て、各周波数ポイントでの音声の確率は計算し得られ、
0005479655.tif 000020
ここで、ｆは周波数である。
【００４９】
２個以上の送話器を備える送話器アレイの場合、音声確率は、第１及び第Ｍの送話器の適応型フィルタリング出力信号Ｅ１及びＥＭに基づき計算されてもよく、その計算方法は、デュアル送話器アレイの場合と同じである。
【００５０】
アレイフィルタリング後の信号ｅｍ１をタイムドメイン／周波数ドメイン変換によりＥｍ１に変換し、音声確率ｐＦとを乗算することにより、出力信号Ｅｍ２が得られる。
0005479655.tif 000021
【００５１】
図７は、本実施例による音声確率抑制後の信号エネルギーの比較模式図である。図７に示すように、点線部分はアレイフィルタリング後の信号Ｅｍ１を表し、実線部分は音声確率抑制後の信号Ｅｍ２を表し、破線部分は近位側の音声成分Ｖ１を表す。図７における３部分の信号のエネルギーの対照から分かるように、アレイフィルタリング及び音声確率乗算を経て、残留エコー信号はさらに低減されることに対して、音声成分は残されている。Ｅｍ２の音声／エコー比は、Ｅ１よりも１０ｄＢ以上向上ことが可能となるので、残留エコーが更に抑制され、より純粋な近位側の音声が得られる。
【００５２】
また、Ｅｍ２における残留エコーは、さらに周波数スペクトルフィルタ３４６によって除去することができる。エネルギーから見れば、残留エコーは、エネルギーのピークを多数持っており、ピークを抑制すれば、残留エコーをさらに除去することができる。
【００５３】
図８は、受話器信号及び残留エコーについての周波数スペクトルの比較模式図である。図８に示すように、実線部分は残留エコーを表し、点線部分は受話器信号を表す。エコーが受話器信号により生成されたものであるため、エコーと受話器信号との高調波のピーク位置が同じまたは近いであり、全体としての起伏形状及び信号エネルギーだけが異なっている。従って、受話器信号と残留エコー信号とに対して周波数スペクトル包絡形のマッチングを行い、さらに一定の係数のＡｇを乗算するようにエネルギーマッチングを行うとともに、残留エコー信号とに位相マッチングを行うことにより、マッチングエコーを得ることが可能である。その後、マッチングエコーを残留エコー信号から差し引くことにより、残留エコーが除去されるようになる。Ａｇは１以上の係数を表し、一般的には１〜８の範囲を取り、残留エコーのエネルギーに応じて確定される。残留エコーを完全に除去するためには、残留エコーが強くなると、Ａｇが大きくなるべきであり、周波数スペクトルフィルタリングの強さも大きくなるが、近位側の音声へのダメージも大きくなる。これに対して、音声確率推定の処理を経て残留エコーが既に弱くなったので、マッチングエコーは小さい値を取ってもよく、あまり強くない周波数スペクトルフィルタリングによっても残留エコーを除去することができる。それに対応して、近位側の音声は、良好に維持されることができる。
【００５４】
具体的には、周波数スペクトルフィルタ３４６の周波数スペクトルフィルタリング過程は、次の通りとなる。
まず、受話器信号と残留エコー信号とに対して周波数スペクトル包絡形のマッチングを行うことにより、エコー推定が得られる。これは、次の方法で行うことが可能である。
全周波数はＭ個のサブバンドに分割され、サブバンドの境界はＢ１〜ＢＭをとし、Ｍは３２または１６であってもよい。各サブバンドにおいてＥｍ２とＸのエネルギーが計算され、それらのエネルギーを除算することによってエネルギーマッチング関数ＨＭが得られる。受話器信号ＸとＨＭとを乗算することにより、マッチングエコーＹＭが得られる。
図９は、マッチングエコー及び残留エコーについての周波数スペクトルの比較模式図である。図９に示すように、実線部分は残留エコーを表し、点線部分はマッチングエコーを表し、マッチング効果が比較的に明らかである。
【００５５】
マッチング関数を計算する方法は、次式で示される。第Ｍのサブバンドに属した周波数ポイントｆのマッチング関数は、次の通りとなる。
0005479655.tif 000022
【００５６】
一方、周波数スペクトル包絡形のマッチングを経たエコーは、次の通りとなる。
0005479655.tif 000023
エネルギーマッチング及び位相マッチングをさらに経て得られたエコー推定信号は、次の通りとなる。
0005479655.tif 000024
【００５７】
最後に、加算器を用いて信号Ｅｍ２からエコー推定信号を差し引いて、最終の音声出力信号が得られるようになる。
0005479655.tif 000025
【００５８】
エコーの音声に対する影響が最終的に解消された後、また周波数ドメイン／タイムドメインコンバータを用いて、音声信号を周波数ドメインからタイムドメインに再変換する必要がある。周波数ドメイン／タイムドメイン変換は、逆フーリエ変換を介して実行してもよいし、逆離散数字コサイン変換等を介して実行してもよい。
【００５９】
周波数ドメイン／タイムドメイン変換を経て、周波数ドメイン信号Ｅｏｕｔはるタイムドメイン信号ｅｏｕｔに変換され、送話器アレイエコー除去システム３００の全体的な出力となる。
【００６０】
図１０は、本発明によるエコーフィルタリング後の最終的な効果の比較模式図である。図１０に示すように、実線は送話器信号ｄ１を表し、破線は送話器信号における近位側の音声信号成分ｖ１を表し、点線はシステムの出力信号ｅｏｕｔを表す。図１０における信号エネルギーの対照から分かるように、エコーのみが存在する領域では出力信号ｅｏｕｔのエネルギーが非常に小さいことは、エコーが徹底的に抑制されたことを示しており、近位側の音声が存在する部分ではシステム出力と音声成分とが近いエネルギーを持っていることは、近位側の音声が十分に保護されたことを示している。
【００６１】
図１１は、本発明の実施例に係る送話器アレイエコー除去方法の模式的なフローチャート図である。図１１に示すように、この方法は、ステップＳ１１１０から開始する。送話器アレイが近位側の音声信号ｖ及び受話器信号ｘを受け取った後、まず、受話器信号に基づき、送話器アレイ信号に対し適応型エコーフィルタリングを行うことにより、エコーフィルタリング信号アレイが得られる。具体的に、２個の送話器を備える送話器アレイについて、送話器１によって受け取った音声信号ｄ１は、近位側の音声信号ｖ１と受話器により生成されたエコー信号ｙ１とを含み、即ち、ｄ１＝ｙ１＋ｖ１となり、送話器２によって受け取った音声信号ｄ２は、近位側の音声信号ｖ２と受話器により生成されたエコー信号ｙ２とを含んでいる、即ち、ｄ２＝ｙ２＋ｖ２となる。これらの２個の送話器によって受け取った音声信号に対して適応型フィルタリングが行われ、通常、適応型フィルタと、適応型フィルタリングコントローラと、加算器から構成される適応型フィルタリング手段によって実現される。適応型フィルタリングの後、エコーフィルタリング信号アレイが得られて、この実施例ではｅ１とｅ２になる。
【００６２】
次に、ステップＳ１１２０において、受け取った受話器信号に基づき、得られたエコーフィルタリング信号アレイに対し、残留エコーのフィルタリングを行う。残留エコーのフィルタリングは、適応型フィルタリング手段とカスケード接続されている残留エコーフィルタリング手段によって実現され、具体的なフィルタリング過程は、図１２に示されている。
【００６３】
図１２は、本発明の実施例に係る残留エコーフィルタリングのフローチャートを示す図である。図１２に示すように、予めの適応型フィルタリングを経て、送話器によって受け取った信号には、一部のエコーが残っているままとなっている。この時、まず、エコーフィルタリング信号アレイにおける1個のエコーフィルタリング信号から、他の1個のエコーフィルタリング信号とアレイフィルタとを畳み込むことにより生成された信号を差し引くことにより、第１の残留エコーフィルタリング信号が出力され（ステップＳ１２１）、その中には、アレイフィルタの加重値は、受話器と送話器アレイとの間の相対位置関係によって確定される。続いて、エコーフィルタリング信号アレイにおける各エコーフィルタリング信号及び第１の残留エコーフィルタリング信号は、それぞれタイムドメインから周波数ドメインに変換され（ステップＳ１２２）、その中には、エコーフィルタリング信号アレイにおける各エコーフィルタリング信号をそれぞれタイムドメインから周波数ドメインに変換する処理と、ステップＳ１２１におけるフィルタリング処理とは、順序には必然的な前後がなく、同時に行ってもよいし、順番に行ってもよい。
【００６４】
エコーフィルタリング信号アレイにおける各エコーフィルタリング信号をそれぞれタイムドメインから周波数ドメインに変換した後、ステップＳ１２３においては、タイムドメイン／周波数ドメインコンバータによって変換されたエコーフィルタリング信号アレイにおける各エコーフィルタリング信号の時間及び位相の関係を比較することにより、音声及びエコーの分布領域における周波数ドメイン音声確率情報が確定される。
【００６５】
次に、ステップＳ１２４においては、確定された周波数ドメイン音声確率情報に応じて、上記のタイムドメインから周波数ドメインに変換された第１の残留エコーフィルタリング信号における残留エコー信号をさらに低減することにより、第２の残留エコーフィルタリング信号が得られる。このフィルタリング過程は、第１の残留エコーフィルタリング信号と確定された周波数ドメイン音声確率とを乗算させることによって実現される。
【００６６】
続いて、ステップＳ１２５においては、受け取った受話器信号と第２の残留エコーフィルタリング信号に基づき、周波数スペクトルフィルタを用いて、エコー推定信号が確定される。具体的には、受話器信号と残留エコー信号とに対して周波数スペクトル包絡形のマッチングが行われ、次に１つの係数Ａｇを乗算するようにエネルギーのマッチングが行われる。且つ、第２の残留エコーフィルタリング信号とに位相マッチングを行うことにより、マッチングエコーが得られ、その後、得られたマッチングエコーに応じて、エコー推定信号が確定される。係数Ａｇの値は１以上の実数であり、一般的には１〜８の範囲を取り、残留エコーの強さに応じて確定される。
【００６７】
ステップＳ１２６においては、第２の残留エコーフィルタリング信号から確定されたエコー推定信号を差し引くことにより、分離された音声信号が得られる。
最後に、ステップＳ１２７においては、分離された音声信号は、周波数ドメインからタイムドメインに変換される。
【００６８】
上記実施例では、２個の送話器を備える送話器アレイを例として説明した。実際の応用では、送話器アレイにおける送話器の数は、より大きい数値であってもよく、例えば３、４、５等である。以下、本発明に係る残留エコーを抑制するための汎用の装置及び方法について説明する。
【００６９】
図１３は、本発明の実施例に係る残留エコーを抑制するための装置の汎用構造の模式図である。この装置は、Ｍ個の送話器と１個の受話器とからなる通信機器に適用される。ここで、Ｍは1より大きい自然数であり、上記Ｍ個の送話器はアレイを形成するように１列に並んで配置される。図１３に示すように、この装置は、Ｍ個の適応型フィルタリング手段と、Ｍ−１個のアレイフィルタリング手段と、１個の比較セレクタと、１個の音声確率推定手段と、1個の乗算器と1個のタイムドメイン／周波数ドメインコンバータとを含み、その中には、
Ｍ個の適応型フィルタリング手段は、Ｍ個の送話器信号のそれぞれに対し、受話器信号と適応型フィルタリング処理を行い、Ｍ個の適応型フィルタリング信号を出力するためのものであり、
Ｍ−１個のアレイフィルタリング手段は、第１の適応型フィルタリング信号以外の他のＭ−１個の適応型フィルタリング信号のそれぞれに一対一的に対応され、かつ各アレイフィルタリング手段は、１個のアレイフィルタと、1個の減算器と、1個のタイムドメイン／周波数ドメインコンバータとを含み、
その中には、アレイフィルタは、対応した適応型フィルタリング信号に対しアレイフィルタリング処理を行った後、減算器に出力するためのものであり、減算器は、第１の適応型フィルタリング信号とアレイフィルタより出力された信号とに対し減算処理を行った後、タイムドメイン／周波数ドメインコンバータに出力するためのものであり、タイムドメイン／周波数ドメインコンバータは、受け取った信号に対しタイムドメイン／周波数ドメイン変換処理を行った後、周波数ドメイン信号を比較セレクタに出力するためのものであり、
比較セレクタは、Ｍ−１個のアレイフィルタリング手段より出力されたＭ−１個の周波数ドメイン信号を受け取り、エネルギーの最も小さい１個の周波数ドメイン信号を選択して乗算器に出力するためのものであり、
音声確率推定手段は、２個のタイムドメイン／周波数ドメインコンバータと１個の音声確率推定器とを含み、その中には、上記２個のタイムドメイン／周波数ドメインコンバータは、それぞれ、第１の適応型フィルタリング信号及び第Ｍの適応型フィルタリング信号に対しタイムドメイン／周波数ドメイン変換処理を行った後、音声確率推定器に出力するためのものであり、音声確率推定器は、受け取った２個の信号に基づき、音声確率フィルタリング処理を行い、1個の周波数ドメイン音声確率信号を乗算器に出力するためのものであり、
乗算器は、受け取った２個の周波数ドメイン信号を乗算した後、周波数ドメイン／タイムドメインコンバータに出力するためのものであり、
周波数ドメイン／タイムドメインコンバータは、受け取った信号に対し、周波数ドメイン／タイムドメイン変換処理を行い、残留エコーが抑制された後の音声出力信号とするためのものである。
【００７０】
図１３に示す装置においては、Ｍが２である場合、上記比較セレクタは、1個のアレイフィルタリング手段より出力された1個の周波数ドメイン信号を受け取って、この周波数ドメイン信号を乗算器に出力するために用いる。あるいは、図１３に示す装置は、比較セレクタを含まず、アレイフィルタリング手段におけるタイムドメイン／周波数ドメインコンバータが直接に周波数ドメイン信号を乗算器に出力するように構成され、この時、図１３に示す装置は図３に示した装置に変形される。
【００７１】
図１３に示すように、この装置は、さらに、上記の乗算器と周波数ドメイン／タイムドメインコンバータとの間に、１個の周波数スペクトルフィルタリング手段を含み、
周波数スペクトルフィルタリング手段は、１個のタイムドメイン／周波数ドメインコンバータと、１個の周波数スペクトルフィルタと、1個の減算器とを含み、その中には、タイムドメイン／周波数ドメインコンバータは、受話器信号に対しタイムドメイン／周波数ドメイン変換処理を行い、周波数スペクトルフィルタに出力するためのものであり、周波数スペクトルフィルタは、乗算器の出力信号とタイムドメイン／周波数ドメインコンバータの出力信号とに対し周波数スペクトルフィルタリング処理を行い、減算器に出力するためのものであり、減算器は、乗算器の出力信号と周波数スペクトルフィルタの出力信号とに対して減算処理をして、周波数ドメイン／タイムドメインコンバータに出力するためのものである。
【００７２】
図１３に示す装置において、上記のアレイフィルタの加重値は、次式に基づき確定され、
0005479655.tif 000026
0005479655.tif 000027
ここで、ｈはアレイフィルタ、ｅ１は第１の適応型フィルタリング信号、ｅ２は当該アレイフィルタに対応する適応型フィルタリング信号、Ｄ１は受話器と第１の送話器との間の距離、Ｄ２は受話器と当該アレイフィルタに対応する送話器との間の距離、ｃは音速を表す。
【００７３】
図１３に示す装置において、上記音声確率推定器は、受け取った２個の信号に基づき、音声信号が各周波数ポイントでの送話器アレイに達した到達角度α（ｆ）を計算するとともに、次式
0005479655.tif 000028
に基づき、音声確率ｐＦ（ｆ）を計算し、ｐＦ（ｆ）を周波数ドメイン音声確率信号として減算器に出力する。
図１３に示す装置において、上記周波数スペクトルフィルタは、全周波数をＮ個のサブバンドに分割し、サブバンドの境界はＢ１〜ＢＮ＋１をとし、各サブバンドにおいて、次式のように計算し、
マッチング関数ＨＭ（ｆ）を計算し、 
0005479655.tif 000029
ここで、ｉはサブバンド番号、Ｅｍ２（ｆ）は乗算器の出力信号、Ｘ（ｆ）はタイムドメイン／周波数ドメインコンバータの出力信号を表し、
マッチングエコーＹＭ（ｆ）を計算し、
0005479655.tif 000030
マッチングエコーＹＭ（ｆ）と一定の係数Agとを乗算することにより得られた周波数スペクトルフィルタリング後の結果を減算器に出力する。
【００７４】
図１４は、本発明の実施例に係る残留エコーを抑制するための方法の汎用フローチャート図である。この方法は、Ｍ個の送話器と１個の受話器とからなる通信機器に適用される。ここで、Ｍは1より大きい自然数であり、上記Ｍ個の送話器はアレイを形成するように１列に並んで配置される。この方法は、
１４０１であって、Ｍ個の送話器信号のそれぞれに対し、受話器信号と適応型フィルタリング処理を行い、Ｍ個の適応型フィルタリング信号を得ることと、
１４０２であって、第１の適応型フィルタリング信号以外の他のＭ−１個の適応型フィルタリング信号に対し、それぞれに対応するアレイフィルタリング処理を行うことにより、Ｍ−１個のアレイフィルタ出力信号を得るようになり、その中には、受話器と適応型フィルタリング信号に対応する送話器との間の相対位置に応じて、当該適応型フィルタリング信号に対応するアレイフィルタの加重値を確定することと、
１４０３であって、第１の適応型フィルタリング信号に対し、上記Ｍ−１個のアレーフィルタ出力信号のそれぞれと減算処理を行うことにより、Ｍ−１個の差分信号を得て、当該Ｍ−１個の差分信号のそれぞれに対し、タイムドメイン／周波数ドメイン変換処理を行い、エネルギーの最も小さい１個の周波数ドメイン信号を選択することと、
１４０４であって、第１の適応型フィルタリング信号と第Ｍの適応型フィルタリング信号とに対し、タイムドメイン／周波数ドメイン変換処理を行った後、音声確率フィルタリング処理を行い、１個の周波数ドメイン音声確率信号を得ることと、
１４０５であって、上記周波数ドメイン音声確率信号と、選択されたエネルギーの最も小さい１個の周波数ドメイン信号とに対して乗算処理を行い、その乗算処理の結果に対し、周波数ドメイン／タイムドメイン変換処理を行ってから、残留エコーが抑制された後の音声出力信号とすることとを含む。
【００７５】
図１４に示す方法において、上記Ｍが２である場合は、
上記の第１の適応型フィルタリング信号以外の他のＭ−１個の適応型フィルタリング信号に対し、それぞれの対応するアレイフィルタリングにより処理を行うことにより、Ｍ−１個のアレイフィルタ出力信号を得ることは、第１の適応型フィルタリング信号以外の他の１個の適応型フィルタリング信号に対し、アレイフィルタにより処理を行い、１個のアレイフィルタ出力信号を得ることとなり、
上記の第１の適応型フィルタリング信号と、それぞれＭ−１個のアレーフィルタ出力信号とに対して減算処理を行うことにより、Ｍ−１個の差分信号を得て、当該Ｍ−１個の差分信号のそれぞれに対し、タイムドメイン／周波数ドメイン変換処理を行い、エネルギーの最も小さい１個の周波数ドメイン信号を選択することは、第１の適応型フィルタリング信号と他の１個のアレーフィルタ出力信号とに対して減算処理を行うことにより、１個の差分信号を得て、当該差分信号に対し、タイムドメイン／周波数ドメイン変換処理を行うこととなり、
上記の上記周波数ドメイン音声確率信号と、選択されたエネルギーの最も小さい１個の周波数ドメイン信号とに乗算処理を行うことは、上記周波数ドメイン音声確率信号と、上記差分信号に対しタイムドメイン／周波数ドメイン変換処理を行った後の信号とに乗算処理を行うこととなる。
【００７６】
図１４に示す方法においては、上記周波数ドメイン音声確率信号と、選択されたエネルギーの最も小さい１個の周波数ドメイン信号とに乗算処理を行う後に、さらに、
乗算処理の結果とタイムドメイン／周波数ドメイン変換後の受話器信号とに対し、周波数スペクトルフィルタリング処理を行い、さらに乗算処理の結果と周波数スペクトルフィルタリング後の結果とに対して減算処理を行い、減算処理後の結果に対し、周波数ドメイン／タイムドメイン変換処理を行ってから、残留エコーが抑制された後の音声出力信号とすることを含む。
【００７７】
図１４に示す方法においては、上記の受話器と適応型フィルタリング信号に対応する送話器及び第１の送話器との間の相対位置に応じて、当該適応型フィルタリング信号に対応するアレイフィルタの加重値を確定することは、
第１の適応型フィルタリング信号以外の他のＭ−１個の適応型フィルタリング信号のうち、現在の適応型フィルタリング信号毎に対し、次式に基づき、アレイフィルタの加重値を確定することを含み、
0005479655.tif 000031
0005479655.tif 000032
ここで、ｈはアレイフィルタ、ｅ１は第１の適応型フィルタリング信号、ｅ２は上記現在の適応型フィルタリング信号、Ｄ１は受話器と第１の送話器との間の距離、Ｄ２は受話器と現在の適応型フィルタリング信号に対応する送話器との間の距離、ｃは音速を表す。
【００７８】
図１４に示す方法においては、上記の第１の適応型フィルタリング信号と第Ｍの適応型フィルタリング信号とに対し、タイムドメイン／周波数ドメイン変換処理を行った後、音声確率フィルタリング処理を行い、１個の周波数ドメイン音声確率信号を得ることは、
第１の適応型フィルタリング信号と第Ｍの適応型フィルタリング信号とに対しタイムドメイン／周波数ドメイン変換処理を行った２個の結果に基づき、各周波数ポイントでの送話器アレイに達した到達角度α（ｆ）を計算することと、
次に、次式に基づき音声確率ｐＦ（ｆ）を計算することとを含み、
0005479655.tif 000033
ｐＦ（ｆ）は、上記得られた周波数ドメイン音声確率信号を表す。
【００７９】
図１４に示す方法おいては、上記の乗算処理の結果とタイムドメイン／周波数ドメイン変換後の受話器信号とに対し、周波数スペクトルフィルタリング処理を行うことは、
全周波数をＮ個のサブバンドに分割し、サブバンドの境界はＢ１〜ＢＮ＋１をとし、各サブバンドにおいて、次式のように計算し、
マッチング関数ＨＭ（ｆ）を計算し、
0005479655.tif 000034
ただし、ｉはサブバンド番号、Ｅｍ２（ｆ）は上記乗算処理の結果、Ｘ（ｆ）は受話器信号のタイムドメイン／周波数ドメイン変換後の結果を表し、
マッチングエコーＹＭ（ｆ）を計算し、
0005479655.tif 000035
マッチングエコーＹＭ（ｆ）と一定の係数Agとを乗算することにより、周波数スペクトルフィルタリング後の結果を得るようになり、
よって、上記の、さらに乗算処理の結果と周波数スペクトルフィルタリング処理の結果とに対して減算処理を行う、ということは、
0005479655.tif 000036
ようになる。
ここで、ｉはサブバンド番号、Ｅｍ２（ｆ）は上記乗算処理の結果、Ｘ（ｆ）は受話器信号のタイムドメイン／周波数ドメイン変換後の結果を表す。
【００８０】
上記ように、本発明に係る、エコーを除去するための送話器アレー残留エコー除去方法及びシステムについて添付図面を参照しながら例示して説明した。言うまでもなく、本発明の概念から逸脱しなければ、当業者は、創造的な努力をせずに、本明細書に開示された特定の装置及び技術に対し、多くの応用及び変更を行うことができ、また、本明細書に開示された特定の装置及び技術とは異ならせることもできる。従って、本発明は、本明細書に開示された装置及び技術が提出しているまたは有している各新規な特徴と各新規な特徴の組み合わせとを含むものとして理解すべき、当業者が本明細書に開示された内容に基づいて行った同等の修正及び変更は、すべて、本願の請求の範囲内に該当するものとする。
【図１】
0005479655.tif 000048
【図２】
0005479655.tif 000049
【図３】
0005479655.tif 000050
【図４】
0005479655.tif 000051
【図５】
0005479655.tif 000052
【図６】
0005479655.tif 000053
【図７】
0005479655.tif 000054
【図８】
0005479655.tif 000055
【図９】
0005479655.tif 000056
【図１０】
0005479655.tif 000057
【図１１】
0005479655.tif 000058
【図１２】
0005479655.tif 000059
【図１３】
0005479655.tif 000060
【図１４】
0005479655.tif 000061