(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された受話器信号と送話器信号を受信するステップと、
第１の反響消去器を用いて、受信された受話器信号に基づき、受信された送話器信号に対し反響消去を行うことにより、第１の反響消去信号を取得するステップと、
第２の反響消去器を用いて、受信された受話器信号に基づき前記第１の反響消去信号に対し再度反響消去を行うことにより、第２の反響消去信号を取得するステップと、
を含み、
前記第１の反響消去器は時間領域反響消去器と周波数領域反響消去器の一方であり、前記第２の反響消去器は時間領域反響消去器と周波数領域反響消去器の他方であり、前記第１の反響消去器は第１のフィルタを含み、前記第２の反響消去器は第２のフィルタを含み、前記第１、第２のフィルタはそれぞれ前記第１、第２の反響消去器に対応する時間領域フィルタ又は周波数領域フィルタであり、前記第２のフィルタのフィルタパラメータは前記受話器信号、前記第２の反響消去信号及び前記第１のフィルタのフィルタパラメータに基づいて更新される、時間領域・周波数領域統合反響消去方法。
【請求項２】
前記第１の反響消去器が時間領域反響消去器であり、前記第２の反響消去器が周波数領域反響消去器である場合、前記第１の反響消去器を用いて反響消去を行うステップは、
前記受話器信号と前記第１のフィルタのフィルタパラメータとに対し畳み込み積分を行うことにより、第１の反響信号を取得するステップと、
受信された送話器信号から前記第１の反響信号を差引くことにより、前記第１の反響消去信号を取得するステップと、を含み、前記第１のフィルタのフィルタパラメータは、前記受話器信号及び前記第１の反響消去信号に基づいて更新され、
前記第２の反響消去器を用いて反響消去を行うステップは、
周波数領域に変換された前記受話器信号と前記第２のフィルタのフィルタパラメータを乗算することにより、第２の反響信号を取得するステップと、
前記第２の反響信号を周波数領域から時間領域に変換するステップと、
前記第１の反響消去信号から、時間領域に変換された前記第２の反響信号を差引くことにより第２の反響消去信号を取得するステップと、
を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２のフィルタのフィルタパラメータの更新は、
前記受話器信号及び前記第２の反響消去信号を時間領域から周波数領域に変換するステップと、
周波数領域に変換された前記受話器信号及び前記第２の反響消去信号に基づいて、第２のフィルタの更新ステップサイズ及び基準更新量を算出するステップと、
前記第２のフィルタの更新ステップサイズと基準更新量を乗算することにより、第２のフィルタのフィルタパラメータの更新量を取得するステップと、
前記第２のフィルタのフィルタパラメータの更新量及び前記第１のフィルタのフィルタパラメータの更新量に基づいて、前記第２のフィルタのフィルタパラメータを更新するステップと、
を含む請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記受話器信号及び前記第２の反響消去信号を時間領域から周波数領域に変換する前に、データバッファによって前記受話器信号と前記第２の反響消去信号とをそれぞれデータフレームに構成するとともに、下記式に基づき前記第２のフィルタのフィルタパラメータを更新し、
【数１】
0005422054.tif 000012
式中、ｋは周波数点を示し、Ｃ［ｋ］は前記第２のフィルタの更新ステップサイズを示し、Ｘ［ｋ］は前記周波数領域に変換された受話器信号を示し、Ｅｆ［ｋ］は周波数領域に変換された前記第２の反響消去信号を示し、Ｍは前記データバッファの長さを示し、ΔＨ［ｋ］は前記第２のフィルタのフィルタパラメータの更新量を示し、ｈ（ｌ）は前記第１のフィルタのフィルタパラメータの更新量を示し、Ｈ［ｋ］ｎｅｗは更新後の前記第２のフィルタのフィルタパラメータを示し、Ｈ［ｋ］ｏｌｄは更新前の前記第２のフィルタのフィルタパラメータを示す請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第２のフィルタのフィルタパラメータの更新は、
前記受話器信号及び前記第２の反響消去信号を時間領域から周波数領域に変換するステップと、
前記周波数領域に変換された受話器信号と前記第２のフィルタのフィルタパラメータを乗算することにより第２の反響信号を取得するステップと、
前記第２の反響信号を周波数領域から時間領域に変換し、データバッファを通してデータフレームに構成した後、時間領域から周波数領域に変換するステップと、
周波数領域に変換された前記第２の反響信号と前記第２の反響消去信号に基づいて、第２のフィルタの更新ステップサイズ及び基準更新量を算出するステップと、
前記第２のフィルタの更新ステップサイズと基準更新量を乗算することにより、第２のフィルタのフィルタパラメータの更新量を取得するステップと、
前記第２のフィルタのフィルタパラメータの更新量及び前記第１のフィルタのフィルタパラメータの更新量に基づいて、前記第２のフィルタのフィルタパラメータを更新するステップと、
を含む請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の反響消去器が周波数領域反響消去器であり、前記第２の反響消去器が時間領域反響消去器である場合、前記第１の反響消去器を用いて反響消去を行うステップは、
前記受話器信号を時間領域から周波数領域に変換するステップと、
周波数領域に変換された受話器信号と第１のフィルタのフィルタパラメータを乗算することにより、第１の反響信号を取得するステップと、
前記第１の反響信号を周波数領域から時間領域に変換するステップと、
受信された送話器信号から、時間領域に変換された前記第１の反響信号を差引くことにより前記第１の反響消去信号を取得するステップと、を含み、
前記第２の反響消去器を用いて反響消去を行うステップは、
前記受話器信号と前記第２のフィルタのフィルタパラメータとの畳み込み積分を行うことにより、第２の反響信号を取得するステップと、
前記第１の反響消去信号から前記第２の反響信号を差引くことにより、第２の反響消去信号を取得するステップと、
を含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１のフィルタのフィルタパラメータの更新は、
前記第１の反響消去信号を時間領域から周波数領域に変換するステップと、
周波数領域に変換された前記受話器信号及び前記第１の反響消去信号に基づいて、第１のフィルタの更新ステップサイズ及び基準更新量を算出するステップと、
前記第１のフィルタの更新ステップサイズと基準更新量を乗算することにより、第１のフィルタのフィルタパラメータの更新量を取得するステップと、
前記第１のフィルタのフィルタパラメータの更新量に基づいて、前記第１のフィルタのフィルタパラメータを更新するステップと、
を含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１のフィルタのフィルタパラメータの更新は、
前記第１の反響消去信号と時間領域に変換された前記第１の反響信号を時間領域から周波数領域に変換するステップと、
周波数領域に変換された前記第１の反響信号及び前記第１の反響消去信号に基づいて、第１のフィルタの更新ステップサイズ及び基準更新量を算出するステップと、
前記第１のフィルタの更新ステップサイズと基準更新量を乗算することにより、第１のフィルタのフィルタパラメータの更新量を取得するステップと、
前記第１のフィルタのフィルタパラメータの更新量に基づいて、前記第１のフィルタのフィルタパラメータを更新するステップと、
を含む請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記第２のフィルタのフィルタパラメータは、下記式に基づき更新され、
【数２】
0005422054.tif 000013
式中、ｌは前記第２のフィルタの第ｌ個の重み値を示し、Δｈ（ｌ）は前記第２のフィルタのフィルタパラメータの更新量を示し、ｎは現在時刻を示し、ｘ（ｎ−ｌ＋１）は前記受話器信号ｘのｎ−ｌ＋１時刻におけるサンプル値を示し、ｅｔ（ｎ）は現在時刻における前記時間領域反響消去信号を示し、ｈ（ｌ）ｎｅｗは更新後の前記第２のフィルタのフィルタパラメータを示し、ｈ（ｌ）ｏｌｄは更新前の前記第２のフィルタのフィルタパラメータを示し、Ｍは前記データバッファの長さを示し、Ｌは前記第２のフィルタの長さを示し、ΔＨ［ｋ］は前記第１のフィルタのフィルタパラメータの更新量を示し、ｃは定数を示す請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
入力された受話器信号と送話器信号を受信し、受信された受話器信号に基づき、受信された送話器信号に対し反響消去を行うことにより、第１の反響消去信号を取得する第１の反響消去器と、
第１の反響消去器に縦続接続され、受信された受話器信号に基づき、前記第１の反響消去信号に対し再度反響消去を行うことにより、第２の反響消去信号を取得する第２の反響消去器と、
を含み、
前記第１の反響消去器は時間領域反響消去器と周波数領域反響消去器の一方であり、前記第２の反響消去器は時間領域反響消去器と周波数領域反響消去器の他方であり、前記第１の反響消去器は第１のフィルタを含み、前記第２の反響消去器は第２のフィルタを含み、前記第１、第２のフィルタはそれぞれ前記第１、第２の反響消去器に対応する時間領域フィルタ又は周波数領域フィルタであり、
前記第２のフィルタのフィルタパラメータが前記受話器信号、前記第２の反響消去信号及び前記第１のフィルタのフィルタパラメータに基づいて更新される、時間領域・周波数領域統合反響消去装置。
【請求項１１】
前記周波数領域反響消去器は、さらに、
前記周波数領域反響消去器が受信した信号から、時間領域に変換された前記周波数領域フィルタから出力された周波数領域反響信号を差引くことにより、前記周波数領域反響消去器で処理された周波数領域反響消去信号を出力する加算器と、
前記周波数領域フィルタに接続され、前記受話器信号又は前記周波数領域反響信号と前記周波数領域反響消去信号に基づいて、前記周波数領域フィルタのフィルタパラメータの更新を算出し、前記更新量を前記周波数領域フィルタに出力する周波数領域フィルタコントローラと、
周波数領域フィルタ及び周波数領域フィルタコントローラに接続され、受信された時間領域信号を周波数領域に変換する時間領域・周波数領域信号変換器と、
周波数領域フィルタに接続され、受信された周波数領域信号を時間領域に変換する周波数領域・時間領域信号変換器と、
前記時間領域・周波数領域信号変換器に接続され、前記受話器信号、前記周波数領域反響信号または前記周波数領域反響消去信号をデータフレームに構成するデータバッファと、
を含む、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記周波数領域反響消去器が第１の反響消去器として用いられる場合、前記周波数領域フィルタコントローラは、さらに前記第２の反響消去器の前記時間領域フィルタに接続され、前記更新量を前記時間領域フィルタに出力し、前記周波数領域フィルタのフィルタパラメータの更新量に基づき前記時間領域フィルタのフィルタパラメータを更新する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記周波数領域反響消去器が第２の反響消去器として用いられる場合、前記周波数領域フィルタのフィルタパラメータは、前記周波数領域フィルタコントローラによって算出された前記周波数領域フィルタのフィルタパラメータの更新量、及び前記時間領域フィルタのフィルタパラメータの更新量に基づいて更新される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記時間領域反響消去器は、さらに、
前記時間領域反響消去器が受信した信号から、前記時間領域フィルタから出力された時間領域反響信号を差引くことにより、前記時間領域反響消去器で処理された時間領域反響消去信号を出力する加算器と、
前記時間領域フィルタに接続され、前記受話器信号及び前記時間領域反響消去信号に基づいて、前記時間領域フィルタのフィルタパラメータの更新量を算出し、前記更新量を前記時間領域フィルタに出力する時間領域フィルタコントローラと、
を含む、請求項１０乃至１３のいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
前記時間領域反響消去器が第１の反響消去器として用いられる場合、
前記時間領域フィルタコントローラは、さらに前記周波数領域フィルタに接続され、前記更新量を前記周波数領域フィルタに出力し、
前記周波数領域フィルタのフィルタパラメータは、さらに前記時間領域フィルタのフィルタパラメータの更新量に基づいて更新される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１６】
前記時間領域反響消去器が第２の反響消去器として用いられる場合、前記時間領域フィルタのフィルタパラメータは、前記時間領域フィルタコントローラによって算出された前記時間領域フィルタのフィルタパラメータの更新量、及び前記周波数領域フィルタのフィルタパラメータの更新量に基づいて更新される、請求項１０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反響消去技術分野に関し、具体的に、時間領域・周波数領域統合反響消去装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
音声通信において、受話器の信号は線路反射と音響学反射によって送話器の受信信号に混入して遠端にフィードされ、反響が遠端に伝わる場合がある。反響は通話双方に厳重な干渉をもたらし、通話品質に悪影響を与え、場合によってはハウリング（howling）を起し全く通話できないだけでなく、通信装置に損傷をもたらす虞もある。
【０００３】
通常、通話品質と装置安全を保証するため、音声通信において反響を抑制する。反響消去の原理としては、反響信号は受話器信号が電気音響変換によって実際の音声信号に変換されて再生され、さらに環境反射によって発生するものであり、受話器の電気音響変換過程及び環境反射はいずれもフィルタリング過程とみなされえるので、反響信号は受話器信号が特定のフィルタを通じて発生されるものであるといえる。
【０００４】
従来の方法では、適合のフィルタを設計して反響消去を行うことにより、反響信号を受話器信号から消去し、通信に対する反響の干渉を避けている。実際の環境では、反射環境が実時間に変化し、フィルタはこのような変化を追跡できなければならない。従って、通常、反響経路消去フィルタとして適応フィルタを用いることにより反響消去を行う。このフィルタは、受話器信号と送話器信号を比較することにより、反響反射環境の変化を自動かつ実時間に追跡し、正確な反響経路を取得し反響を消去することができる。
【０００５】
適応フィルタの設計上下記のような難点がある。１、実際の反射環境は経時変化しており、反射反響が変化する際フィルタは速やかに追跡する必要がある、即ち、反応速度が速くなければならない。２、反射環境が複雑で反響経路が長い場合、フィルタは、反射環境の細部を具現し、反響経路を正確に模擬することにより、反響消去の効果をより大きくし、反響残留をできるだけ小さくする必要がある。３、近端にノイズと音声が存在する場合、フィルタが干渉を受けない必要がある。一言にまとめると、フィルタの設計要求は、高速、正確、安定である。
【０００６】
従来の適応フィルタリングは、一般に時間領域又は周波数領域の形態を取っており、周波数領域適応フィルタリングは、フーリエ変換適応フィルタリング、サブバンド適応フィルタリング、及び、他の時間−周波数変換形態の適応フィルタリングを含む（例えば、中国特許出願２００９１００２５８５５、中国特許出願２００７８０００１９２８、中国特許出願２００５８０００３４４４、中国特許出願２００６１０１４４０５５）。時間領域フィルタは、反響に対する反応速度が速く、反響環境を高速に追跡することができる反面、比較的多い反響残留がある。周波数領域適応フィルタリングは、フィルタの更新をより繊細にし、反響残留が低いが、反応速度が遅く、通話環境が変化する瞬間で反響が顕著に大きくなるので、通話に悪影響を与える。
【０００７】
単一のフィルタで反応速度の問題と反響残留の問題兼ねて配慮するのは難しい。従って、高性能の反響消去システムにおいては、複数のフィルタを用いて統合反響消去を行っている。中国特許出願２００７８００２０１０２には、複数のフィルタを並列接続して収束する方式が用いられ、任意の時刻において反響消去性能が最良のフィルタをメインフィルタとして選択し反響を消去し、複数のフィルタのうち一部のフィルタの更新策略として追跡速度を優先させ、他のフィルタの更新策略として反響経路推定精度を優先させている。しかし、この並列接続構造を用いた方法では、性能の異なる各々のフィルタの収束状況を正確に判定し、異なる時刻においてその都度最適なフィルタを選択するようフィルタ同士間を切替える必要があるため、アルゴリズムの複雑化によるシステム構築の難しさと安定性低下の問題が存在している。
【発明の概要】
【０００８】
上述の従来技術に存在している問題を解決するために、本発明は、時間領域・周波数領域統合反響消去方法及び装置を提供する。この方法では、時間領域フィルタと周波数領域フィルタを縦続接続した反響消去器を採用し、まず、時間領域フィルタと周波数領域フィルタの一方を用いて一部の反響を消去し、次に、反響消去を行った信号に対し、時間領域フィルタと周波数領域フィルタの他方を用いて再度反響消去を行うことにより、反響の反射環境に対し高速に反応し反響残留が少なく、全体的な反響消去効果を向上させている。同時に、前記時間領域・周波数領域統合反響消去装置は、その構造が簡単であり、実現し易い。
【０００９】
本発明の一実施形態によると、
入力された受話器信号と送話器信号を受信するステップと、
第１の反響消去器を用いて、受信された受話器信号に基づき、受信された送話器信号に対し反響消去を行うことにより、第１の反響消去信号を取得するステップと、
第２の反響消去器を用いて、受信された受話器信号に基づき前記第１の反響消去信号に対し再度反響消去を行うことにより、第２の反響消去信号を取得するステップと、
を含み、
前記第１の反響消去器は時間領域反響消去器と周波数領域反響消去器の一方であり、前記第２の反響消去器は時間領域反響消去器と周波数領域反響消去器の他方であり、前記第１の反響消去器は第１のフィルタを含み、前記第２の反響消去器は第２のフィルタを含み、前記第１、第２のフィルタはそれぞれ前記第１、第２の反響消去器に対応する時間領域フィルタ又は周波数領域フィルタであり、第２のフィルタのフィルタパラメータは、前記受話器信号、前記第２の反響消去信号及び前記第１のフィルタのフィルタパラメータに基づいて更新される、時間領域・周波数領域統合反響消去方法を提供する。
【００１０】
好ましくは、前記第１の反響消去器が時間領域反響消去器である場合、前記第１の反響消去器を用いて反響消去を行うステップは、
前記受話器信号と前記第１のフィルタのフィルタパラメータとに対し畳み込み積分を行うことにより、第１の反響信号を取得するステップと、
受信された送話器信号から前記第１の反響信号を差引くことにより前記第１の反響消去信号を取得するステップと、を含む。
【００１１】
本発明の一実施形態によると、
入力された受話器信号と送話器信号を受信し、受信された受話器信号に基づき、受信された送話器信号に対し反響消去を行うことにより、第１の反響消去信号を取得する第１の反響消去器と、
第１の反響消去器に縦続接続され、受信された受話器信号に基づき、前記第１の反響消去信号に対し再度反響消去を行うことにより、第２の反響消去信号を取得する第２の反響消去器と、
を含み、
前記第１の反響消去器は時間領域反響消去器と周波数領域反響消去器の一方であり、前記第２の反響消去器は時間領域反響消去器と周波数領域反響消去器の他方であり、前記第１の反響消去器は第１のフィルタを含み、前記第２の反響消去器は第２のフィルタを含み、前記第１、第２のフィルタはそれぞれ前記第１、第２の反響消去器に対応する時間領域フィルタ又は周波数領域フィルタであり、
前記第２のフィルタのフィルタパラメータが、前記受話器信号、前記第２の反響消去信号及び前記第１のフィルタのフィルタパラメータに基づいて更新される、時間領域・周波数領域統合反響消去装置を提供する。
【００１２】
下記のように図面を参照しながらその実施例を記述することによって、本発明の上述の特徴及び技術的利点は、より明確で理解し易くなる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１ａ】本発明の第１の実施例に係る時間領域・周波数領域統合反響消去装置の実施の形態を示すブロック図である。
【図１ｂ】本発明の第１の実施例に係る時間領域・周波数領域統合反響消去装置の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１ａの時間領域・周波数領域統合反響消去装置を用いた時間領域・周波数領域反響消去方法を示すフローチャートである。
【図３ａ】本発明の第２の実施例に係る時間領域・周波数領域統合反響消去装置の実施の形態を示すブロック図である。
【図３ｂ】本発明の第２の実施例に係る時間領域・周波数領域統合反響消去装置の実施の形態を示すブロック図である。
【図４】図３ａの時間領域・周波数領域統合反響消去装置を用いた時間領域・周波数領域反響消去方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施例に係る時間領域・周波数領域統合反響消去方法と従来の技術の反響消去方法によって得られた反響消去結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面及び具体的な実施例を組合せながら本発明をさらに詳しく記述する。
【００１５】
図１ａ、図１ｂは、それぞれ本発明の第１の実施例に係る時間領域・周波数領域統合反響消去装置の二つの実施の形態を示すブロック図である。
【００１６】
図１ａ、図１ｂに示すように、本発明の第１の実施例によれば、時間領域・周波数領域統合反響消去装置１００は、入力された受話器信号と送話器信号を受信し、受信された受話器信号に基づき、受信された送話器信号に対し反響消去を行うことにより、時間領域反響消去信号を取得する時間領域反響消去器１１０と、時間領域反響消去器１１０に縦続接続され、受信された受話器信号ｘに基づき、時間領域反響消去信号に対し再度反響消去を行うことにより、周波数領域反響消去信号を取得する周波数領域反響消去器１２０と、を含む。
【００１７】
その中、時間領域反響消去器１１０は、さらに、受話器信号及び時間領域フィルタ１１１のフィルタパラメータに基づいて時間領域反響信号を算出する時間領域フィルタ１１１と、時間領域フィルタ１１１及び周波数領域フィルタ１２１に接続され、受話器信号及び時間領域反響消去信号に基づいて、時間領域フィルタのフィルタパラメータの更新量を算出し、前記更新量を時間領域フィルタ１１１及び周波数領域フィルタ１２１に出力する時間領域フィルタコントローラ１１２と、時間領域反響消去器１１０が受信した送話器信号から時間領域反響信号を差引くことにより、時間領域反響消去信号を取得する加算器１１３と、を含む。
【００１８】
その中、周波数領域反響消去器１２０は、さらに、受話器信号及び周波数領域フィルタ１２１のフィルタパラメータに基づいて周波数領域反響信号を算出する周波数領域フィルタ１２１と、周波数領域反響消去器１２０が受信した時間領域反響消去信号から、時間領域に変換された周波数領域フィルタ１２１から出力された周波数領域反響信号を差引くことにより、周波数領域反響消去器１２０で処理された周波数領域反響消去信号を出力する加算器１２３と、周波数領域フィルタ１２１に接続され、受話器信号、周波数領域反響消去信号及び時間領域フィルタ１１１のフィルタパラメータの更新量に基づいて、周波数領域フィルタ１２１のフィルタパラメータの更新量を算出し周波数領域フィルタ１２１に出力する周波数領域フィルタコントローラ１２２と、時間領域・周波数領域信号変換器１２５に接続され、受話器信号或いは周波数領域反響消去信号をデータフレームに構成するデータバッファ１２４と、周波数領域フィルタ１２１或いは周波数領域フィルタコントローラ１２２に接続され、受信されたデータフレームに構成された時間領域信号を周波数領域信号に変換する時間領域・周波数領域信号変換器１２５と、周波数領域フィルタ１２１に接続され、受信された周波数領域信号を時間領域信号に変換する周波数領域・時間領域信号変換器１２６と、を含む。
【００１９】
その中、前記第１の実施例に係る時間領域・周波数領域統合反響消去装置１００では、図１ａに示す実施の形態と図１ｂに示す実施の形態との相違点は、周波数領域フィルタコントローラ１２２がフィルタパラメータの更新を行う際に基づく信号が異なるだけである。図１ａに示す実施の形態では、周波数領域フィルタコントローラ１２２は、時間領域・周波数領域信号変換器１２５により直接変換された受話器信号と周波数領域反響消去信号に基づいてフィルタパラメータを更新しているが、図１ｂに示す実施の形態では、時間領域・周波数領域信号変換器１２５により変換された受話器信号は、先ず周波数領域フィルタ１２１でフィルタリングされてから周波数領域・時間領域信号変換器１２６により変換されて周波数領域反響信号を生成してから、周波数領域反響消去信号とともに、周波数領域フィルタコントローラ１２２によりフィルタパラメータを更新するための基礎として用いられることができる。
【００２０】
図２は、図１ａの時間領域・周波数領域統合反響消去装置を用いた時間領域・周波数領域反響消去方法を示すフローチャートである。以下、図２を参照しながらその方法を詳しく記述する。
【００２１】
図２に示すように、前記方法は、ステップＳ２０１から始まる。ステップＳ２０１では、時間領域反響消去器１１０は入力された受話器信号ｘと反響が混合された送話器信号ｄとを受信する。
【００２２】
まず、時間領域反響消去器１１０は、受信された受話器信号ｘに基づき、受信された送話器信号ｄに対し反響消去を行うことにより、時間領域反響消去信号ｅｔを取得する。具体的に、ステップＳ２０２では、時間領域フィルタ１１１は、受話器信号ｘと時間領域フィルタ１１１のフィルタパラメータｈとの畳み込み積分を行うことにより、時間領域反響信号を取得する。ステップＳ２０３では、式１のように、加算器１１３により送話器信号ｄから時間領域反響信号を差引くことにより、時間領域反響消去信号ｅｔを取得する。その中、ｎは現在時点を示す。
【００２３】
【数１】
0005422054.tif 000002
【００２４】
ステップＳ２０４では、時間領域フィルタコントローラ１１２は、受話器信号ｘ及び時間領域反響消去信号に基づき、時間領域フィルタ１１１のフィルタパラメータを更新する。具体的な更新方法としては、時間領域フィルタコントローラ１１２は、ｅｔと受話器信号ｘを乗算してからｘのパワーで割った結果を基準更新量とし、定数ｃを更新ステップサイズとする。次に、時間領域フィルタコントローラ１１２は、基準更新量と更新ステップサイズを乗算することにより時間領域フィルタ１１１のフィルタパラメータｈの更新量Δｈ（ｌ）を取得し、更新量Δｈ（ｌ）をそれぞれ時間領域フィルタ１１１と周波数領域フィルタ１２１に出力して更新を完了する。その更新の方程式は式２の通りで、その中、ｌは時間領域フィルタ１１１の第ｌ個の重み値を示し、Ｌは時間領域フィルタ１１１の長さを示し、ｎは現在時刻を示し、ｘ（ｎ−ｌ＋１）は受話器信号ｘのｎ−ｌ＋１時刻におけるサンプル値を示し、ｅｔ（ｎ）は現在時刻における時間領域反響消去信号を示し、ｈ（ｌ）ｎｅｗは更新後の時間領域フィルタのフィルタパラメータを示し、ｈ（ｌ）ｏｌｄは更新前の時間領域フィルタ１１１のフィルタパラメータを示し、ｃは定数を示す。
【００２５】
【数２】
0005422054.tif 000003
【００２６】
式２から分かるように、時間領域フィルタは、点ごとに更新され、更新速度が速く、反響環境と反響経路が高速に変化する場合、早速追跡することができる。
【００２７】
次に、周波数領域反響消去器１２０は、受信された受話器信号ｘに基づき、時間領域反響消去器から出力された時間領域反響消去信号ｅｔに対し再度反響消去を行うことにより、周波数領域反響消去信号ｅｆを取得する。具体的には、周波数領域反響消去器１２０の入力信号は受話器信号ｘ及び時間領域反響消去信号ｅｔであり、受話器信号ｘは、データバッファ１２４によってデータフレームを構成する。時間領域・周波数領域信号変換器１２５は、データフレームに構成された受話器信号ｘを時間領域から周波数領域に変換するが、その変換方程式は下記式３の通りであり、その中、ｋは周波数点を示し、Ｍはデータバッファ１２４の長さである。時間領域・周波数領域信号変換器１２５は、フーリエ変換（Fourier Transform）又はサブバンドフィルタ（Sub-band Filter）によって実現されえる。ステップＳ２０５では、下記式４のように、周波数領域に変換された受話器信号Ｘと周波数領域フィルタ１２１のフィルタパラメータＨを乗算することにより、周波数領域形態の周波数領域反響信号Ｅｃｈｏを取得する。さらに、周波数領域・時間領域信号変換器１２６によって周波数領域反響信号Ｅｃｈｏを周波数領域から時間領域に変換することにより、時間領域形態の周波数領域反響信号を取得する。周波数領域・時間領域信号変換器１２６は、フーリエ変換（Fourier Transform）又はサブバンドフィルタ（Sub-band Filter）によって周波数領域から時間領域信号への変換が実現される。ステップＳ２０６では、下記式５のように、加算器１２３を通して時間領域反響消去信号ｅｔから上述の時間領域に変換された周波数領域反響信号を差引くことにより、周波数領域反響消去信号ｅｆを取得する。そのうち、１／Ｍは、周波数領域から時間領域に変換される時の定数因子である。
【００２８】
【数３】
0005422054.tif 000004
【００２９】
ステップＳ２０７では、周波数領域フィルタ１２１のフィルタパラメータＨの更新過程、即ち、周波数領域反響消去信号及び時間領域フィルタのフィルタパラメータの更新量に基づいてフィルタの周波数領域フィルタのフィルタパラメータ更新することを記述している。具体的には、周波数領域反響消去信号ｅｆは、データバッファ１２４によってデータフレームを構成する。時間領域・周波数領域信号変換器１２５は、データフレームに構成された周波数領域反響消去信号ｅｆを時間領域から周波数領域の形態Ｅｆに変換し、その時間領域・周波数領域変換方程式は下記式６を参照する。次に、周波数領域フィルタコントローラ１２２は、周波数領域に変換された受話器信号Ｘと周波数領域反響消去信号Ｅｆとの間のコヒーレンス関数を算出することにより、周波数領域フィルタの更新ステップサイズを確定する。コヒーレンス関数値は、０〜１の値である。コヒーレンス関数が１である場合、全く相似な信号を示し、反響残留があり周波数領域フィルタが更新されるべきであることを示し、重み値を更新する。コヒーレンス関数が０である場合、全く異なる信号を示し、反響残留がないことを示し、周波数領域フィルタは変更しない。コヒーレンス関数の値が大きくなるほど、周波数領域フィルタの更新が速くなる。ちなみに、コヒーレンス関数は周波数関数であり、ある周波数範囲のコヒーレンス関数が大きければ、当該周波数範囲の信号の相似性が大きいことを示す。周波数領域フィルタコントローラ１２２は、コヒーレンス関数を用いて周波数領域フィルタ１２１の更新ステップサイズＣ［ｋ］を算出し、その算出方法は式７を参照する。ＥｆとＸを乗算してからＸのパワーで割った結果を基準更新量とする。基準更新量と更新ステップサイズＣ［ｋ］を乗算して、周波数領域フィルタ１２１のフィルタパラメータの更新量ΔＨ［ｋ］を取得し、次に、周波数領域フィルタコントローラ１２２は、更新量ΔＨ［ｋ］を元の周波数領域フィルタのフィルタパラメータに加算してから時間領域フィルタ１１１のフィルタパラメータの更新量Δｈ（ｌ）を差引くことにより、更新が完成する。周波数領域フィルタ１２１の更新の方程式は式８の通りで、その中、Ｈ［ｋ］ｎｅｗは、更新後の周波数領域フィルタのフィルタパラメータを示し、Ｈ［ｋ］ｏｌｄは、更新前の周波数領域フィルタのフィルタパラメータを示す。
【００３０】
【数４】
0005422054.tif 000005
【００３１】
図１ｂについては、対応する時間領域・周波数領域反響消去方法のプロセスは、図２に示すプロセスと類似しており、それらの相違点はステップＳ２０７であり、図１ｂに示す実施の形態については、図２におけるステップＳ２０７を「周波数領域反響信号と周波数領域反響消去信号及び時間領域フィルタのフィルタパラメータの更新量に基づき周波数領域フィルタのフィルタパラメータを更新する」に書き換えただけである。
【００３２】
周波数領域フィルタの更新過程において、フィルタが更新されるべきか否かを判定する方式は二つある。その一として、受話器信号Ｘと周波数領域反響消去器から出力された周波数領域反響消去信号Ｅｆとの間の相似性の判定に基づくものであり、即ち、図１ａと図２に示す判定方式である。その二は、受話器信号に対し周波数フィルタリングを行った後の反響推定信号ｙ（つまり図１ｂにおいて周波数領域・時間領域信号変換器１２６で変換された周波数領域反響信号Ｅｃｈｏ）と周波数領域反響消去器から出力された周波数領域反響消去信号Ｅｆとの間の相似性の判定に基づくものであり、即ち、図１ｂに示す判定方式である。上述の二つの判定方式は同等であり、その中の相似性はコヒーレンス関数で示される。
【００３３】
具体的には、図１ｂに示す実施の形態において、周波数領域フィルタ１２１のフィルタパラメータＨの更新過程は下記の通りである。即ち、
周波数領域反響消去信号ｅｆは、データバッファ１２４によってデータフレームを構成し、時間領域・周波数領域信号変換器１２５は、データフレームに構成された周波数領域反響消去信号ｅｆを時間領域から周波数領域の形態Ｅｆに変換するが、その時間領域・周波数領域変換方程式は式６の通りである。ステップＳ２０５で得られた周波数領域反響信号Ｅｃｈｏは、データバッファ１２４によってデータフレームを構成し、時間領域・周波数領域信号変換器１２５は、データフレームに構成された周波数領域反響信号Ｅｃｈｏを時間領域から周波数領域の形態ＥＣＨＯに変換する。次に、周波数領域フィルタコントローラ１２２は、周波数領域反響信号ＥＣＨＯと周波数領域反響消去信号Ｅｆとの間のコヒーレンス関数を算出することにより、周波数領域フィルタの更新ステップサイズを確定する。コヒーレンス関数値は、０〜１の値である。コヒーレンス関数が１である場合、全く相似な信号を示し、反響残留があり周波数領域フィルタが更新されるべきであることを示し、重み値を更新する。コヒーレンス関数が０である場合、全く異なる信号を示し、反響残留がないことを示し、周波数領域フィルタは変更しない。コヒーレンス関数の値が大きくなるほど、周波数領域フィルタの更新が速くなり、このコヒーレンス関数は周波数関数であり、ある周波数範囲のコヒーレンス関数が大きければ、当該周波数範囲の信号の相似性が大きいことを示す。
【００３４】
図１ｂに示す判定方式については、周波数領域フィルタコントローラ１２２は、コヒーレンス関数を用いて周波数領域フィルタ１２１の更新ステップサイズＣ［ｋ］を算出し、その算出方法は式９を参照する。
【００３５】
【数５】
0005422054.tif 000006
【００３６】
その中、Ｅ（）は期待演算を取ることを示し、Ｙは反響推定信号ｙの周波数領域の形態（つまり周波数領域反響信号）を示し、ｋは周波数点を示し、Ｙの算出は式１０を参照することができる。
【００３７】
【数６】
0005422054.tif 000007
【００３８】
その中、ｋは周波数点を示し、ｎは時点を示し、Ｍはデータバッファの長さである。
【００３９】
次に、ＥｆとＹを乗算してからＹのパワーで割った結果を基準更新量とする。基準更新量と更新ステップサイズＣ［ｋ］を乗算して周波数領域フィルタ１２１のフィルタパラメータの更新量ΔＨ［ｋ］を取得し、次に、周波数領域フィルタコントローラ１２２は、更新量ΔＨ［ｋ］を元の周波数領域フィルタのフィルタパラメータに加算してから時間領域フィルタ１１１のフィルタパラメータの更新量Δｈ（ｌ）を差引くことにより、更新が完了する。
【００４０】
上述の実施例では、時間領域反響消去器は第１の反響消去器として第１回の反響消去を行い、周波数領域反響消去器は時間領域反響消去器に縦続接続され、かつ第２の反響消去器として第１の反響消去信号に対し第２回の反響消去を行う形態を取っている。図３ａと図３ｂは、本発明の第２の実施例に係る時間領域・周波数領域統合反響消去装置の二つの実施の形態を示すブロック図である。図３ａと図３ｂに示すように、本発明の第２の実施例では、周波数領域反響消去器３１０は第１の反響消去器として第１回の反響消去を行い、時間領域反響消去器３２０は周波数領域反響消去器３１０に縦続接続され、第２の反響消去器として第１の反響消去信号に対し第２回の反響消去を行う。時間領域反響消去器と周波数領域反響消去器との縦続接続の順序が異なる点を除けば、図３ａ、図３ｂに示す時間領域・周波数領域統合反響消去装置３００における周波数領域反響消去器３１０は、それぞれ図１ａ、図１ｂに示す時間領域・周波数領域統合反響消去装置１００における周波数領域反響消去器１２０の構造と同一である。即ち、本第２の実施例に係る時間領域・周波数領域統合反響消去装置３００では、図３ａに示す実施の形態と図３ｂに示す実施の形態との相違点として、周波数領域フィルタコントローラ３１２がフィルタパラメータの更新を行う際に基づく信号が異なるだけである。図３ａに示す実施の形態では、周波数領域フィルタコントローラ３１２は、時間領域・周波数領域信号変換器３１５により直接変換された受話器信号と周波数領域反響消去信号に基づいてフィルタパラメータを更新しているが、図３ｂに示す実施の形態では、時間領域・周波数領域信号変換器３１５により変換された受話器信号は、先ず周波数領域フィルタ３１１でフィルタリングされ周波数領域・時間領域信号変換器３１６により変換されて周波数領域反響信号を生成してから、初めて周波数領域反響消去信号とともに、周波数領域フィルタコントローラ３１２によりフィルタパラメータを更新する際の基礎となることができる。
【００４１】
それ以外、時間領域・周波数領域統合反響消去装置３００における時間領域反響消去器３２０は、時間領域・周波数領域統合反響消去装置１００における時間領域反響消去器１１０の構造と同一であり、ここで、その詳細な記述を省略する。図４は、図３ａに示す時間領域・周波数領域統合反響消去装置を用いた時間領域・周波数領域反響消去方法を示すフローチャートである。前記方法は、反響消去を行う順序が異なる点を除いては、図２に示す方法と略同一であるので、ここでは、その同一のステップについての詳細な記述を省略する。
【００４２】
図４に示すように、前記方法はステップＳ４０１から始まる。ステップＳ４０１で、周波数領域反響消去器３１０は入力された受話器信号ｘと送話器信号ｄとを受信する。
【００４３】
まず、周波数領域反響消去器３１０は、受信された受話器信号ｘに基づき、受信された送話器信号ｄに対し反響消去を行うことにより、周波数領域反響消去信号ｅｆを取得する。具体的には、データバッファ３１４は受話器信号ｘをデータフレームに構成する。時間領域・周波数領域信号変換器３１５は、データフレームに構成された受話器信号ｘを時間領域から周波数領域に変換し、その変換方程式は上記式３と同一である。ステップＳ４０２で、上記式４と同じように、周波数領域フィルタ３１１は周波数領域に変換された受話器信号Ｘと周波数領域フィルタのフィルタパラメータＨを乗算することにより、周波数領域反響信号Ｅｃｈｏを取得する。さらに、周波数領域・時間領域信号変換器３１６によって周波数領域反響信号Ｅｃｈｏを周波数領域から時間領域に変換する。ステップＳ４０３では、下記式１１を参照し、加算器３１３によって送話器信号ｄから時間領域に変換された周波数領域反響信号Ｅｃｈｏを差引くことにより、周波数領域反響消去信号ｅｆを取得する。
【００４４】
【数７】
0005422054.tif 000008
【００４５】
ステップＳ４０４では、周波数領域フィルタ３１１のフィルタパラメータＨの更新過程を記述しているが、その更新過程は上述のステップＳ２０７と略同一である。具体的には、データバッファ３１４によって周波数領域反響消去信号ｅｆをデータフレームに構成する。時間領域・周波数領域信号変換器３１５は、データフレームに構成された周波数領域反響消去信号ｅｆを時間領域から周波数領域の形態Ｅｆに変換する。その時間領域・周波数領域変換方程式は上述の式６と同一である。周波数領域フィルタコントローラ３１２は、コヒーレンス関数を用いて周波数領域フィルタ３１１の更新ステップサイズＣ［ｋ］を算出するが、その算出方法は上述の式７と同一である。ＥｆとＸを乗算してからＸのパワーで割った結果を基準更新量とする。基準更新量と更新ステップサイズＣ［ｋ］を乗算して、周波数領域フィルタ３１１のフィルタパラメータの更新量ΔＨ［ｋ］を取得し、次に、周波数領域フィルタコントローラ３１２は、更新量ΔＨ［ｋ］を元の周波数領域フィルタのフィルタパラメータに加算して更新が完了する。周波数領域フィルタ３１１の更新の方程式は下記式１２を参照する。
【００４６】
【数８】
0005422054.tif 000009
【００４７】
ステップＳ４０５では、時間領域フィルタ３２１は、受話器信号ｘと時間領域フィルタのフィルタパラメータｈとの畳み込み積分を行うことにより、時間領域反響信号を取得する。ステップＳ４０６では、加算器３２３により周波数領域反響消去信号ｅｆから時間領域反響信号を差引くことにより、時間領域反響消去信号ｅｔを取得する。算出式は下記式１３を参照し、その中、ｎは現在時点を示す。
【００４８】
【数９】
0005422054.tif 000010
【００４９】
ステップＳ４０７では、時間領域フィルタコントローラ３２２は、受話器信号ｘ、時間領域反響消去信号及び周波数領域フィルタのフィルタパラメータの更新量に基づき、時間領域フィルタのフィルタパラメータｈを更新する。具体的な更新方法としては、時間領域フィルタコントローラ３２２は、ｅｔと受話器信号ｘを乗算してからｘのパワーで割った結果を基準更新量とし、定数ｃを更新ステップサイズとする。時間領域フィルタコントローラ３２２は基準更新量と更新ステップサイズを乗算することにより時間領域フィルタ３２１のフィルタパラメータｈの更新量Δｈ（ｌ）を取得し、次に、更新量Δｈ（ｌ）を時間領域フィルタ３２１に出力し、元の時間領域フィルタのフィルタパラメータに加算して更新が完成する。その更新の方程式は上述の式２と同一である。
【００５０】
好ましくは、本発明の他の実施の形態では、時間領域フィルタ３２１のフィルタパラメータは独立して更新されるのではなく、その更新が周波数領域フィルタ３１１のフィルタパラメータの更新量ΔＨ［ｋ］に影響されることにより、時間領域フィルタ３２１のフィルタパラメータｈを最適化し、その更新速度を向上する。即ち、式２によって算出されたｈ（ｌ）ｎｅｗから周波数領域フィルタ３１１のフィルタパラメータの更新量ΔＨ［ｋ］をさらに差引いて、更新後の時間領域フィルタのフィルタパラメータとし、その算出方法は式１４を参照する。
【００５１】
【数１０】
0005422054.tif 000011
【００５２】
同様に、図３ｂについては、対応する時間領域・周波数領域反響消去方法のプロセスは、図４に示すプロセスと類似しているが、それらの相違点はステップＳ４０４であり、図３ｂに示す実施の形態については、図４におけるステップＳ４０４を「周波数領域反響信号と周波数領域反響消去信号に基づき周波数領域フィルタのフィルタパラメータを更新する」に書き換えただけである。図３ｂに示す実施の形態では、周波数領域フィルタ３１１のフィルタパラメータの更新過程は、図１ｂにおける周波数領域フィルタ１２１のフィルタパラメータの更新過程と類似しているので、ここで繰り返し記述しない。
【００５３】
図５は、本発明の一つの実施例に係る時間領域・周波数領域統合反響消去方法と比較例の反響消去結果を示すグラフである。その中、反響消去試験に用いられる受話器信号はホワイトノイズであり、近端に発音がなく、送話器信号には純粋な反響信号である。図５は、複数種の異なる反響消去方法の比較結果を示し、図中の曲線は信号エネルギーを示し、時間は、受話器信号が発生する時（時間軸の０点）から統計される。具体的には、何も付いていない曲線は、最初の送話器信号を示し、その他の三つの曲線は、三種の異なる方法による反響残留エネルギーを示し、そのうち、星印付き曲線は周波数領域反響消去結果を示し、点付き曲線は時間領域反響消去結果を示し、圏付き曲線は本発明の一つの実施例による時間領域・周波数領域統合反響消去結果を示す。図５では、エネルギー曲線の下降が速くなるほど、反響消去システムの反応速度が速くなることを示し、曲線が低くなるほど、残留された反響が少ないことを示す。図５から見ると、本発明による時間領域・周波数領域統合反響消去結果は、その反応速度が時間領域反響消去と相当しており、その反響残留が周波数領域反響消去に相当している。残留された反響のエネルギーは、他の二つの方法よりも低い。
【００５４】
以上のように図面を参照する本発明の実施例に対した詳細な記述から分かるように、本発明に係る時間領域・周波数領域統合反響消去方法及び装置によれば、時間領域フィルタと周波数領域フィルタの機能を補完し合い、時間領域フィルタと周波数領域フィルタの利点を兼備している。周波数領域フィルタは、反響経路の細部を模擬可能であるとともに、反響経路が変化する際、時間領域フィルタは環境の変化に高速に追跡でき、反響消去の速度が速く反響残留が低い効果を奏することができる。
【００５５】
本発明の上述の開示に基づいて、当業者は、上述の実施例を基に各種の改善及び変形を行うことができるが、これらの改善及び変形は、全て本発明の保護範囲内に属しており、当業者であれば、上述の具体的な記述は本発明の目的を好適に解釈するためであり、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲及びその同等物により限定されることを理解することが可能である。
【図１ａ】
0005422054.tif 000014
【図１ｂ】
0005422054.tif 000015
【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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