(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受話信号に基づき適応フィルタを用いて擬似エコー信号を生成し、上記擬似エコー信号を用いて送話信号からエコー信号を消去するエコーキャンセラにおいて、
上記受話信号から特定周波数の特定周波数成分を除去した信号をエコー経路に出力する特定周波数成分除去手段と、
上記特定周波数成分除去手段が除去した上記特定周波数成分と同じ周波数の周波数成分を、上記送話信号から検出する特定周波数成分検出手段と、
上記特定周波数成分検出手段により検出された上記特定周波数成分のパワーに基づきノイズパワーを求め、エコー成分を含む周波数成分のパワーに基づきノイズ及びエコー成分を含む合算パワーを求めるノイズ計算手段と、
上記ノイズ計算手段により求められた上記ノイズパワーと上記合算パワーとを用いて、当該エコーキャンセラの制御パラメータを求める制御パラメータ計算手段と
を備えることを特徴とするエコーキャンセラ。
【請求項２】
上記特定周波数が、周波数マスキング効果により近端話者に違和感を与えない周波数であることを特徴とする請求項１に記載のエコーキャンセラ。
【請求項３】
所定のタイミング信号を出力するタイミング制御手段を備え、
上記特定周波数成分除去手段が、上記タイミング制御手段からの上記タイミング信号に基づき所定期間毎に、上記受話信号から上記特定周波数成分を断続的に除去する特定周波数成分断続部を有し、
上記特定周波数成分検出手段が、上記送話信号から検出した特定周波数の周波数成分を信号波形にする特定周波数波形再現部を有し、
上記ノイズ計算手段が、上記タイミング制御手段からの上記タイミング信号に基づいて、上記特定周波数成分断続部の成分除去期間に相当する期間で測定した上記特定周波数波形再現部からの出力信号波形パワーを上記ノイズパワーとし、成分除去をしない期間に相当する期間で測定した上記特定周波数波形再現部の出力信号波形パワーを上記合算パワーとし、
上記制御パラメータ計算手段が、上記ノイズパワーと上記合算パワーとに基づき推定エコーパワーを求め、上記ノイズパワー、上記合算パワー及び上記推定エコーパワーを用いて、当該エコーキャンセラの制御パラメータを求める
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のエコーキャンセラ。
【請求項４】
上記特定周波数成分断続部が、
上記受話信号の時間軸波形を単一の上記特定周波数の特定周波数成分に変換する受信側単一成分ディジタルフーリエ変換部と、
上記受信側単一成分ディジタルフーリエ変換部からの上記特定周波数成分を時間軸波形に変換する受信側単一成分逆ディジタルフーリエ変換部と、
上記受話信号を入力し、上記受信側単一成分ディジタルフーリエ変換部と上記受信側単一成分逆ディジタルフーリエ変換部との処理時間を補償し、上記受話信号に対して遅延を与えるデータ保持部と、
上記タイミング制御手段からの上記タイミング信号に基づいて、上記データ保持部から出力される出力信号から、上記受信側単一成分逆ディジタルフーリエ変換部の出力信号を相殺する特定周波数成分キャンセル部と
を有することを特徴とする請求項３に記載のエコーキャンセラ。
【請求項５】
上記特定周波数波形再現部が、
上記送話信号の時間軸波形を単一の上記特定周波数の特定周波数成分に変換する送信側単一成分ディジタルフーリエ変換部と、
上記送信側単一成分ディジタルフーリエ変換部からの特定周波数成分を所定時間だけ保持する送信側成分保持部と、
上記送信側成分保持部からの上記特定周波数成分を時間軸波形に変換する送信側単一成分逆ディジタルフーリエ変換部と
を有することを特徴とする請求項３又は４に記載のエコーキャンセラ。
【請求項６】
上記ノイズ計算手段が、
上記タイミング制御手段からの上記タイミング信号に基づき上記特定周波数成分断続部が上記受話信号から上記特定周波数成分を断続的に除去した信号成分を出力する成分出力開始時から、上記特定周波数波形再現部による上記送話信号のパワー立ち上がり検出時の直前までの期間を上記ノイズパワーの測定期間とし、
上記送話信号のパワー立ち上がり検出時から、上記適応フィルタのタップ数分の時間が経過するまでの期間を上記合算パワーの測定期間とする
ことを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載のエコーキャンセラ。
【請求項７】
上記特定周波数成分除去手段が、上記受話信号から上記特定周波数成分を常時遮断する特定周波数成分遮断部を有し、
上記特定周波数成分検出手段が、上記送話信号から、上記特定周波数の周波数成分と、上記特定周波数付近の少なくとも１以上の周波数の近傍周波数成分とを抽出する周波数成分抽出部を有し、
上記ノイズ計算手段が、上記周波数成分抽出部が抽出した上記特定周波数成分のパワーを上記ノイズパワーとし、上記各近傍周波数成分のパワーを上記合算パワーとし、
上記制御パラメータ計算手段が、上記ノイズパワーと上記合算パワーとに基づき推定エコーパワーを求め、上記ノイズパワー、上記合算パワー及び上記推定エコーパワーを用いて、当該エコーキャンセラの制御パラメータを求める
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のエコーキャンセラ。
【請求項８】
上記周波数成分抽出部が、
上記送話信号の時間軸波形を単一の上記特定周波数の特定周波数成分に変換する送信側単一成分ディジタルフーリエ変換部と、
上記送信側単一成分ディジタルフーリエ変換部からの上記特定周波数成分を所定時間だけ保持する送信側成分保持部と、
上記送話信号の時間軸波形を単一の上記特定周波数近傍の周波数の近傍周波数成分に変換する１又は複数の送信側近傍成分ディジタルフーリエ変換部と、
上記各送信側近傍成分ディジタルフーリエ変換部からの上記近傍周波数成分を所定時間だけ保持する１又は複数の送信側近傍成分保持部と
を有することを特徴とする請求項７に記載のエコーキャンセラ。
【請求項９】
所定のタイミング信号を出力するタイミング制御手段を備え、
上記特定周波数成分除去手段が、上記タイミング制御手段からの上記タイミング信号に基づき所定期間毎に、上記受話信号から、それぞれ異なる複数の周波数の周波数成分を並列して断続的に除去する並列周波数断続部を有し、
上記特定周波数成分検出手段が、上記並列周波数断続部が除去した上記各周波数の周波数成分を並列に信号波形にする並列周波数波形再現部を有し、
上記ノイズ計算手段が、上記タイミング制御手段からの上記タイミング信号に基づいて、上記並列周波数遮断部の成分除去期間に相当する期間で測定した上記並列周波数波形再現部からの複数の出力信号波形パワーを上記各周波数の上記ノイズパワーとし、成分除去をしない期間に相当する期間で測定した上記並列周波数波形再現部の複数の出力信号波形パワーを上記各周波数の上記合算パワーとし、
上記制御パラメータ計算手段が、上記複数の周波数の上記ノイズパワー及び上記合算パワーに基づいて上記各周波数での推定エコーパワーを求め、上記複数の周波数のうち、最大ノイズパワーと最大推定エコーパワーとに基づいて、当該エコーキャンセラの制御パラメータを求める
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のエコーキャンセラ。
【請求項１０】
音声検出結果に応じて、異なる周波数を決定する周波数決定手段を備え、
上記特定周波数成分除去手段が、上記周波数決定手段により決定された複数の周波数を上記特定周波数として、上記受話信号から上記特定周波数成分を各周波数ごとに順番に断続的に除去する時別特定周波数断続部を有し、
上記特定周波数成分検出手段が、上記周波数決定手段により決定された周波数を上記特定周波数として、上記送話信号から検出した上記特定周波数成分を各周波数ごとに順番に信号波形にする時別特定周波数波形再現部を有し、
上記ノイズ計算手段が、上記時別特定周波数断続部の成分除去期間に相当する期間で測定した上記時別特定周波数波形再現部からの出力信号波形パワーを上記ノイズパワーとし、成分除去をしない期間に相当する期間で測定した上記時別特定周波数波形再現部の出力信号波形パワーを上記合算パワーとし、
上記制御パラメータ計算手段が、時間別の上記ノイズパワー及び上記合算パワーに基づいてそれぞれの時間毎の推定エコーパワーを求め、複数の時間での、最大ノイズパワーと最大推定エコーパワーとに基づいて、当該エコーキャンセラの制御パラメータを求める
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のエコーキャンセラ。
【請求項１１】
上記ノイズパワーの短時間平均パワー及び長時間平均パワーと、送話信号からエコー成分を除去するエコー消去手段からの残差信号の短時間平均パワー及び長時間平均パワーとに基づき、所定の判定条件よりエコー経路の変動を判定するエコー経路変動判定手段を備え、
上記制御パラメータ計算手段が、上記エコー経路変動判定手段の判定結果に基づき、上記残差信号パワーの増加がエコー以外のノイズによるものでないときに、当該エコーキャンセラの収束を早めるように上記制御パラメータを設定する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のエコーキャンセラ。
【請求項１２】
上記エコー経路変動判定手段が、上記残差信号パワーの増加がエコー以外のノイズによるものでないとき、エコー変動検出フラグｅｐｃ＝１を出力し、それ以外のとき、エコー変動検出フラグｅｐｃ＝０を出力し、
上記制御パラメータ計算手段の上記ステップゲイン計算部が求めるステップゲインが、以下の指数関数式（５５）で表されるものであることを特徴とする請求項１１に記載のエコーキャンセラ。
ただし、αはステップゲイン、Ｐｓｎは上記合算パワー、Ｐｎは上記ノイズパワー、μは１≦μ＜２なる定数。
【数２０】
0005493817.tif 000018
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エコーキャンセラに関し、例えば、会議電話装置やハンズフリー電話装置等の電話装置に搭載するエコーキャンセラに適用し得るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、エコーキャンセラが推定できるエコー経路は、線形時間不変が前提とされる。また、エコーキャンセラは、エコーの元になる信号とエコーだけが観測できるときに、収束を進行させることで、真のエコー経路を推定し、エコーを打ち消すことができる。
【０００３】
しかし、実際には、エコーキャンセラが装備される装置が置かれる環境では近端話者と遠端話者が同時に発話するダブルトークの発生や、近端側の背景ノイズの存在、さらに、特に音響エコーキャンセラにおいて、エコー経路が変化する場合も多く、何の対策もなしにエコーキャンセラの適応をすると、エコーキャンセラを構成する適応フィルタが発散し、ハウリングを起こしてしまう。
【０００４】
エコーキャンセラには、高度なアルゴリズムによる収束の速さや、推定精度といった理論的な側面だけでなく、これらの実用状態でも頑健な通話品質の安定を確保する実用面での諸対策が求められている。
【０００５】
典型的には、例えば特許文献１に記載のように、受信信号やエコーキャンセラの出力信号のパワーを用いてダブルトークや無音の状態を検出することが行われてきた。
【０００６】
しかし、これらのパワー変化をよりどころとする方法は、近端話者の信号パワーあるいは近端背景ノイズのパワー増加と、エコー経路の変化によるエコーパワーの増加を区別できないという課題があった。この課題は非常に重大な不都合をもたらす。
【０００７】
その理由は、ダブルトークや近端背景ノイズの増加が発生したときには、エコーキャンセラ内部の適応フィルタは係数更新を停止する必要があるのに対して、エコー経路の変動では、逆に適応フィルタの係数更新を促進しなければならない。つまり、両者に対する扱いは、状態発生が、信号パワー（エコーキャンセル加算器の入力又は出力）の増加という同一現象で確認されるにも拘わらず、それに対応すべき制御が正反対となることである。そのため、これらに対する誤制御は致命的に通信品質を劣化させることになる。
【０００８】
一方、近端話者側の背景ノイズに関しては、専らエコーキャンセラの性能向上の観点よりは、遠端話者への自然観向上の点から取り組まれることが多い。
【０００９】
この類の技術として、例えば特許文献２、特許文献３に開示されるように、エコーキャンセラのエコー除去後、信号に対してノイズキャンセル処理を施すという技術がある。
【００１０】
これらの特許文献２、特許文献３の記載技術が、ノイズキャンセル処理をエコーキャンセル後に行うのは、これらのノイズキャンセル処理が、信号に非線形処理を施す場合が多いからであり、前述したエコーキャンセラが、エコー経路の非線型性によって性能の劣化を受けることを避けた結果でもある。
【００１１】
しかしながら、これらの技術は、エコーキャンセラの性能の向上には寄与しないので、エコーキャンセラのエコー打消し性能劣化の影響をそのまま受けてしまった。
【００１２】
さらに、都合の悪いことに、エコーキャンセラは、前述したように背景ノイズがエコーと混じったときは、近端ノイズのレベルまでエコーを除去するのがせいぜいであり、結果として相互の影響でエコーキャンセラ、ノイズキャンセラが共に十分な性能を発揮できないことがしばしばあった。
【００１３】
エコーキャンセラの近端ノイズ影響での性能劣化を防止する典型的な方法の１つとして、適応フィルタのステップゲインを小さくするという公知技術がある。
【００１４】
ステップゲインは、エコーキャンセラの収束の速さを制御するパラメータであり、ステップゲインを大きくすると、収束は早いが、ノイズの影響を受けやすく、ステップゲインを小さくすると、ノイズの影響を防止できるが、収束速度が遅くなる。
【００１５】
特許文献４には、装置の動作開始でステップゲインを大きくし、動作後に一定時間で徐々にステップゲインを小さくすることで、収束時間とノイズとの影響を防止して収束精度を得る技術が開示されている。
【００１６】
しかし、必ずしもステップゲインの減少制御がエコーキャンセラの収束状態と精密に関連しないため、まだ適応フィルタの収束が不十分であってもステップゲインが小さくなってしまうことがあり、適応フィルタの収束を妨げてしまうことがあった。
【００１７】
これに対して、エコーキャンセラの置かれている動作環境の様子まで反映させてステップゲインを制御し、適応フィルタの収束を進行させる優れた技術が、非特許文献１、特許文献５及び特許文献６に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特許２１０５３７５号公報
【特許文献２】特開２００７−０５２１５０号公報
【特許文献３】特開平１０−３０４４８９号公報
【特許文献４】特開平８−２３７１７４号公報
【特許文献５】特開２００８−３１２１９９号公報
【特許文献６】特表２００９−５０５５０１号公報
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】岡竜一，藤井健作，棟安実治，“ダブルトーク環境下で音響エコーを安定に低減する方法”，信学技報,vol.108,no.69,EA2008-21,pp.19-26,2008年5月.
【非特許文献２】小野測器，技術レポート，“音質評価とは：５ラウドネス計算の基となる考え方”，２００９年１月３１日検索，http：//www.onosokki.co.jp/HP-WK/c_sipport/newsreport/soundquality/soundquality_2.htm
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、非特許文献１、特許文献５及び特許文献６の記載技術では、エコー経路変動による送信信号パワーの増加と、背景ノイズの増加やダブルトーク信号による送信信号との増加の区別には、副適応フィルタを用いて近端ノイズのパワーを推定するようにしていた。
【００２１】
非特許文献１、特許文献５及び特許文献６の記載技術に用いられる副適応フィルタは、いわば小型のエコーキャンセラであって、本質的に適応フィルタの問題点は、そのまま踏襲されるものである。その結果、エコーキャンセラのステップゲイン制御は、結局のところ副適応フィルタの性能に大きく依存するもので、近端の音背景によっては、性能が大きく劣化する場合があった。
【００２２】
特に、近端ノイズが遠端信号と無相関であることを前提としたこれらの副適応フィルタは、近端ノイズ自体が遠端信号と相関の強い音声信号で構成されるオフィス環境などでは前提が成立しないので、副適応フィルタの出力に大きな誤差が発生する。
【００２３】
その結果、近端ノイズ信号の影響の見積もりを誤ってステップゲインを必要以上に大きくしてしまうことで、エコーキャンセラの適応動作を不必要に過敏にし、エコーキャンセラ全体出力の誤差を大きくするので、近端ノイズの影響やエコー経路変動の影響による性能劣化を防止することが極めて困難であった。
【００２４】
そこで、本発明は、上記の課題に鑑みたものであり、エコーキャンセラを制御する目的で用いる副適応フィルタ等の性能劣化による誤動作に擾乱されずに、正しく近端音環境であるノイズ環境やエコー経路変動を検出して状況に合わせてエコーを除去できるエコーキャンセラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
かかる課題を解決するために、本発明のエコーキャンセラは、受話信号に基づき適応フィルタを用いて擬似エコー信号を生成する擬似エコー生成手段と、送話信号から擬似エコー信号を消去するエコー消去手段とを有するエコーキャンセラにおいて、（１）受話信号から特定周波数の特定周波数成分を除去した信号をエコー経路に出力する特定周波数成分除去手段と、（２）特定周波数成分除去手段が除去した特定周波数と同じ周波数の周波数成分を、送話信号から検出する特定周波数成分検出手段と、（３）特定周波数成分検出手段により検出された特定周波数成分のパワーに基づきノイズパワーを求め、エコー成分を含む周波数成分のパワーに基づきノイズ及びエコー成分を含む合算パワーを求めるノイズ計算手段と、（４）ノイズ計算手段により求められたノイズパワーと合算パワーとを用いて、当該エコーキャンセラの制御パラメータを求める制御パラメータ計算手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、エコーキャンセラを制御する目的で用いる副適応フィルタ等の性能劣化による誤動作に擾乱されずに、正しく近端音環境であるノイズ環境やエコー経路変動を検出して状況に合わせてエコーを除去できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１の実施形態のエコーキャンセラ及びその周辺構成を示す構成図である。
【図２】第１の実施形態の近端ノイズ計算部の内部構成を示すブロック図である。
【図３】第１の実施形態の信号中の第ｉ成分レベルの変化の様子を説明する説明図である。
【図４】第１の実施形態の音響エコー経路の様子を説明する説明図である。
【図５】第１の実施形態の近端ノイズ計算部における信号パワーの計算を説明する説明図である。
【図６】第１の実施形態のエコーキャンセラにおいて近端ノイズを推定するまでの信号パワーを説明する説明図である。
【図７】第１の実施形態のステップゲイン計算部におけるステップゲインの計算を説明する説明図である。
【図８】第１の実施形態の擬似エコー作成部の内部構成を示すブロック図である。
【図９】第２の実施形態の近端ノイズ計算部の内部構成を示すブロック図である。
【図１０】第３の実施形態のエコーキャンセラ及びその周辺構成を示す構成図である。
【図１１】第３の実施形態の近端ノイズ計算部の内部構成を示すブロック図である。
【図１２】第３の実施形態の並列キャンセル成分発生部の内部構成を示すブロック図である。
【図１３】第３の実施形態の並列周波数波形再現部の内部構成を示すブロック図である。
【図１４】第３の実施形態のステップゲイン計算部のステップゲインの計算を説明する説明図である。
【図１５】第４の実施形態のエコーキャンセラ及びその周辺構成を示す構成図である。
【図１６】第４の実施形態の時分割周波数別近端ノイズ推定部の内部構成を示すブロック図である。
【図１７】第４の実施形態の周波数決定部による周波数決定を説明する説明図である。
【図１８】第５の実施形態のエコーキャンセラ及びその周辺構成を示す構成図である。
【図１９】第６の実施形態のエコーキャンセラ及びその周辺構成を示す構成図である。
【図２０】第６の実施形態のエコー経路変動判定部の内部構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
（Ａ）第１の実施形態
以下では、本発明のエコーキャンセラの第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２９】
第１の実施形態は、例えば、会議電話装置やハンズフリー電話装置等の電話装置において、適応フィルタを設けてエコーを打ち消すエコーキャンセラに、本発明を適用した場合の実施形態を例示して説明する。
【００３０】
（Ａ−１）第１の実施形態の構成
（Ａ−１−１）全体構成
第１の実施形態のエコーキャンセラは、例えば、専用ボードとして構築されたものであっても良く、又はＤＳＰ（ディジタルシグナルプロセッサ）へのエコーキャンセルプログラムの書き込みによって実現されたものであっても良く、又はＣＰＵと当該ＣＰＵが実行するソフトウェアとによって実現されたものであっても良いが、機能的には図１に示すことができる。
【００３１】
図１は、第１の実施形態のエコーキャンセラとその周辺構成の構成を示すブロック図である。図１では、図の右側が図示しない近端話者側であり、図の左側が図示しない遠端話者側である。
【００３２】
図１において、第１の実施形態のエコーキャンセラ１は、受信入力端子（以後、Ｒｉｎともいう）２、近端ノイズ推定部３、受信出力端子（以後、Ｒｏｕｔともいう）４、送信入力端子（以後、Ｓｉｎともいう）１２、エコー打消し加算器１３、送信出力端子（以後、Ｓｏｕｔともいう）１４、擬似エコー作成部１５ａ及びステップゲイン計算部１５ｂを有する適応フィルタ（ＡＤＦ）１５を少なくとも有して構成される。
【００３３】
また、図１において、エコーキャンセラ１の周辺構成として、エコーキャンセラ１の受信出力端子（Ｒｏｕｔ）４に接続するディジタル／アナログ変換器（以後、Ｄ／Ａともいう）５、スピーカ入力端子６、スピーカ７、マイクロフォン（以後、マイクともいう）９、マイクロフォン出力端子１０、エコーキャンセラ１の送信入力端子（Ｓｉｎ）１２に接続するアナログ／ディジタル変換器（以後、Ａ／Ｄともいう）１１を少なくとも有して構成される。
【００３４】
受信入力端子（Ｒｉｎ）２は、遠端話者側から到来した信号を受信するものであり、受信した音声信号ｘ（ｎ）を近端ノイズ推定部３に与える。ここで、音声信号ｘ（ｎ）は、受信入力端子Ｒｉｎ２から入力した受信信号を、図示しない復号器で復号したディジタル音声信号である。
【００３５】
近端ノイズ推定部３は、Ｒｉｎ２から入力した音声信号ｘ（ｎ）と、送信入力端子（Ｓｉｎ）１２から入力したディジタル信号ｙ（ｎ）とを受け取り、後述する所定の方法により、マイク９に入力する信号のうち、エコー以外の近端側発生信号である近端背景ノイズ（以後、近端ノイズともいう）を推定するものである。
【００３６】
近端ノイズ推定部３の処理の詳細については後述するが、近端ノイズ推定部３は、受信側経路で、入力した音声信号ｘ（ｎ）のうち特定周波数成分を定期的に除去した信号（参照信号）を、Ｒｏｕｔ４に出力するものである。また、その一方で送信経路側で、近端ノイズ推定部３は、Ｓｉｎ１２から入力した信号のうち、上記と同じ周波数である特定周波数成分を抽出し、その特定周波数成分のパワーを計算することで、近端ノイズを推定する。さらに、近端ノイズ推定部３は、計算したパワー値を適応フィルタ１５のステップゲイン計算部１５ｂに与える。
【００３７】
適応フィルタ１５は、音声信号ｘ（ｎ）と、エコー打消し加算器１３から出力される出力信号ｅ（ｎ）とを入力し、後述する所定の方法により出力信号ｅ（ｎ）のパワーが最小となるように、適応フィルタ係数（図示しない）を更新して、擬似エコー信号ｙ´（ｎ）を生成し、この擬似エコー信号ｙ´（ｎ）をエコー打消し加算器１３に与えるものである。
【００３８】
ここで、適応フィルタ１５における擬似エコー信号ｙ´（ｎ）の作成方法は、ｅ（ｎ）のパワーを最小にするアルゴリズムであれば種々の方法を広く適用することができ、例えば、学習同定法などの係数更新アルゴリズムを適用することができる。
【００３９】
受信出力端子（Ｒｏｕｔ）４は、近端ノイズ推定部３からｘ（ｎ）に基づく参照信号を、ディジタル／アナログ変換器５に出力するものである。
【００４０】
ディジタル／アナログ変換器５は、Ｒｏｕｔ４からの出力される参照信号をアナログ信号に変換してスピーカ端子６を経由してスピーカ７に出力するものである。
【００４１】
スピーカ７は、スピーカ端子６を介してアナログ音声信号を空間に出力するものである。
【００４２】
マイクロフォン９は、近端話者の音声を捕捉し、入力した音声をマイクロフォン端子１０を介してアナログ／ディジタル変換器１１に与えるものである。ここで、スピーカ７から空間に放出された音声信号の一部は音響エコー経路８を経由してエコー信号ｙとしてマイク９に入り込む。このマイク９に入力したエコー信号ｙも、同様に、マイクロフォン端子１０を介して、アナログ／ディジタル変換器１１に与えられる。
【００４３】
アナログ／ディジタル変換器１１は、マイクロフォン端子１０を介して入力したエコー信号ｙをディジタル信号に変換して、ディジタル信号ｙ（ｎ）として送信入力端子（Ｓｉｎ）１２に与えるものである。
【００４４】
送信入力端子（Ｓｉｎ）１２は、アナログ／ディジタル変換器１１からディジタル信号ｙ（ｎ）を入力するものであり、近端ノイズ推定部３及びエコー打消し加算器１３にディジタル信号ｙ（ｎ）を与えるものである。
【００４５】
エコー打消し加算器１３は、Ｓｉｎ１２からディジタル信号ｙ（ｎ）と、適応フィルタ１５から擬似エコー信号ｙ´（ｎ）とを入力して、ディジタル信号ｙ（ｎ）と擬似エコー信号ｙ´（ｎ）とを相殺するものである。ここで、ｎはデータの順番を表す。また、エコー打消し加算器１３は、出力信号ｅ（ｎ）を適応フィルタ１５にフィードバック出力するものである。
【００４６】
送信出力端子（Ｓｏｕｔ）１４は、エコー打消し加算器１３の出力信号を、図示しない符号化器で符号化して遠端話者に向かって出力するものである。
【００４７】
（Ａ−１−２）近端ノイズ推定部３の内部構成
図２は、近端ノイズ推定部３の詳細な内部構成を示すブロック図である。図２において、近端ノイズ推定部３は、特定周波数断続部１７、音声検出部（ＶＡＤ：Voice  Activity  Detection）１９、タイミング制御部１ａ、近端ノイズ計算部１ｂ、特定周波数波形再現部１８を少なくとも有する。
【００４８】
音声検出部（ＶＡＤ）１９は、Ｒｉｎ２から入力した信号が音声であるか否かを検出するものである。音声検出部１９は、音声を検出すると、音声検出信号Ｖをタイミング制御部１ａに出力する。
【００４９】
タイミング制御部１ａは、音声検出部１９から音声検出信号Ｖを受け取ると、後述する特定周波数断続部１７のスイッチ１７７の開閉を指示する信号（例えば、第１の実施形態では閉じることを指示する信号ＳＯＮ）を、スイッチ１７７に与えるものである。なお、タイミング制御部１ａによるタイミング制御の方法については、動作の項で詳細に説明する。
【００５０】
特定周波数断続部１７は、Ｒｉｎ２から入力した音声信号ｘ（ｎ）の周波数成分のうち、所定の方法により、特定周波数成分だけを定期的に除去し、特定周波数成分が定期的に断続した参照信号ｘ＿ｒｅｆ（ｎ）を形成してＲｏｕｔ４に出力するものである。
【００５１】
ここで、特定周波数断続部１７による特定周波数成分の除去には、近端話者に違和感を与えないように周波数マスキング効果を利用する方法（非特許文献２参照）を適用することができる。周波数マスキング効果とは、人間の聴覚において強い周波数成分の近端の周波数成分はマスクされてしまい、マスクされた周波数成分が聞こえなくなってしまう効果とされる。この周波数マスキング効果を利用する概念及び具体的な処理例については、動作の項で詳細に説明する。
【００５２】
また、特定周波数断続部１７は、図２に示すように、受信側単成分ディジタルフーリエ変換部（以後、ＤＦＴ部ともいう）１７２を有する受信側時間／周波数変換部１７０、データ保持部１７１、受信側特定周波数成分保持部１７３、受信側単成分逆ディジタルフーリエ変換部（以後、逆ＤＦＴ部ともいう）１７５及び正規化部１７６を有する受信側周波数／時間変換部１７４、スイッチ１７７、成分キャンセル加算器１７８を少なくとも有する。
【００５３】
特定周波数波形再現部１８は、Ｓｉｎ１２から入力したディジタル信号ｙ（ｎ）の周波数成分うち、特定周波数断続部１７で除去した周波数成分と同一成分である特定周波数成分を抽出するものである。
【００５４】
また、特定周波数波形再現部１８は、図２に示すように、送信側時間／周波数変換部１８０、送信側単成分ディジタルフーリエ変換部（以後、ＤＦＴ部ともいう）１８１、送信側特定周波数成分保持部１８２、送信側周波数／時間変換部１８４、送信側単成分逆ディジタルフーリエ変換部（以後、逆ＤＦＴ部ともいう）１８３を少なくとも有する。
【００５５】
近端ノイズ計算部１ｂは、特定周波数波形再現部１８から抽出された特定周波数成分を受け取り、タイミング制御部１ａからのタイミング信号Ｔにより所定期間での信号のパワーを計算するものである。近端ノイズ計算部１ｂによる近端ノイズのパワーの計算方法の詳細については後述する。
【００５６】
（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、本発明のエコーキャンセラ１による処理の動作を図面を参照しながら説明する。
【００５７】
（Ａ−２−１）全体動作
まず、図１において、遠端話者側から到来した音声信号は、受信入力端子Ｒｉｎ２に入力する。Ｒｉｎ２に入力した音声信号は図示しない復号器により復号され、復号されたディジタル音声信号ｘ（ｎ）が、近端ノイズ推定部３、適応フィルタ１５、Ｒｏｕｔ４に与えられる。
【００５８】
Ｒｏｕｔ４から出力した音声信号ｘ（ｎ）は、Ｄ／Ａ５に入力し、Ｄ／Ａ５によりアナログ変換される。アナログ音声信号は、スピーカ端子６を経由して、スピーカ７に出力する。
【００５９】
スピーカ７は、音声信号を空間に出力する。スピーカ７から空間に放射された音声信号の一部は、音響エコー経路８を経由して、エコー信号ｙとしてマイク９にもれこむ。
【００６０】
マイク９に入力されたエコー信号ｙは、マイクロフォン端子１０を経由してＡ／Ｄ１１に入力し、Ａ／Ｄ１１によりディジタル変換され、ディジタル信号ｙ（ｎ）がＳｉｎ１２に出力される。
【００６１】
Ｓｉｎ１２に入力したディジタル信号ｙ（ｎ）は、近端ノイズ推定部３及びエコー打消し加算器１３に入力する。
【００６２】
エコー打消し加算器１３では、適応フィルタ１５からの擬似エコー信号ｙ´（ｎ）とｙ（ｎ）とを相殺し、残差信号ｅ（ｎ）が適応フィルタ１５にフィードバック出力される。
【００６３】
適応フィルタ１５では、音声信号ｘ（ｎ）と残差信号ｅ（ｎ）とを入力として、後述する方法により残差信号ｅ（ｎ）のパワーが最小となるように、適応フィルタ１５内部のフィルタ係数を更新し（図示しない）、擬似エコー信号ｙ´（ｎ）を作成してエコー打消し加算器１３に出力する。
【００６４】
また、エコー打消し加算器１３からの出力信号は、Ｓｏｕｔ１４に出力され、図示しない符号化器により符号化されて、遠端話者に向かって出力される。
【００６５】
近端ノイズ推定部３には、音声信号ｘ（ｎ）とディジタル信号ｙ（ｎ）とが入力され、マイク９から入力した信号のうち、エコー以外の近端側で発生した信号である近端背景ノイズを推定し、その推定結果を適応フィルタ１５のステップゲイン計算部１５ｂに出力する。
【００６６】
（Ａ−２−２）近端ノイズ推定部３の動作
続いて、近端ノイズ推定部３における近端背景ノイズの推定処理の動作を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００６７】
図２において、Ｒｉｎ２から入力した音声信号ｘ（ｎ）は、音声検出器（ＶＡＤ）１９及び特定周波数断続部１７に入力する。
【００６８】
ＶＡＤ１９では、入力した信号が音声であるか否かの判定を行い、音声信号を検出する。そして、ＶＡＤ１９が音声を検出すると、音声検出信号Ｖが、タイミング制御部１ａに出力される。
【００６９】
ここで、ＶＡＤ１９における音声信号の検出例を説明する。例えば、ＶＡＤ１９は、ｘ（ｎ）の絶対値｜ｘ（ｎ）｜を計算し、式（１）及び（２）に従って、｜ｘ（ｎ）｜の短期平均ｘ＿Ｓｈｏｒｔ（ｋ）及び長期平均ｘ＿ｌｏｎｇ（ｋ）を計算し、式（３）の条件が成立する場合、音声ありと判定する。
【数１】
0005493817.tif 000002
【００７０】
ここで、δｓ、δｌ（ｌはＬの小文字）は、平均処理の追従の速さを決める定数である。δｓ、δｌは、大きいと時間変動に敏感に反応する代わりに背景ノイズの影響を受けやすくなり、逆に小さいと大まかな時間変動に対して主に追従し、細かなノイズの影響を受けにくくなる。第１の実施形態では、例えば、δｓが時間相当で２０ｍｓに相当する定数、δｌは５秒に相当する時間定数を用いて、ＶＡＤ＿ｍは６ｄＢに相当する値を用いる。なお、δｓ、δｌ及びＶＡＤ＿ｍの値はこの例に限定されない。
【００７１】
また、音声ありと判定するための条件である式（３）は、ｄＢ表現せずに、通常表記にして、以下のように表現しても効果は同じである。なお、ＶＡＤ＿ｍｌｉｎの値は、例えば２．０を用いる。
【数２】
0005493817.tif 000003
【００７２】
第１の実施形態のＶＡＤ１９では、上記のようにして音声を検出する場合を例示するが、信号中の音声を検出することができれば、種々の方法を広く適用することができ、上記の方法に限定されるものではない。
【００７３】
一方、Ｒｉｎ２からの音声信号ｘ（ｎ）は、特定周波数断続部１７に入力する。また、タイミング制御部１ａは、後述するタイミングで特定周波数断続部１７のスイッチ１７７のＯＮ／ＯＦＦを行う。
【００７４】
特定周波数断続部１７に入力したｘ（ｎ）は、データ保持部１７１と受信側時間／周波数変換部１７０に与えられる。
【００７５】
受信側時間／周波数変換部１７０では、ＤＦＴ部１７２が、例えば以下の方法により、ｘ（ｎ）の周波数成分のうち、予め定めた周波数成分だけを抽出する。
【００７６】
ここで、単一成分の取り出し及び成分断続処理の理解容易のため、はじめに単一ではなく、通常のディジタルフーリエ変換（ＤＦＴ）の説明をする。
【００７７】
ディジタルフーリエ変換は、すでに多くの信号処理技術に用いられている公知の手法であり、時間軸の信号を周波数軸に変換する方法として最もよく知られている手法である。時間軸波形を周波数成分に変換するディジタルフーリエ変換は、式（４）のように表され、逆に周波数軸を時間軸に変換する手法は、逆ディジタルフーリエ変換であり、式（５）のように表すのは公知である。
【数３】
0005493817.tif 000004
【００７８】
式（４）の右辺は、時間波形から周波数軸での第ｍ番目の周波数成分を求めることができることを示し、式（５）は、時間軸の第ｎサンプルが、右辺の周波数成分の合成から計算できることを示している。ここで、小文字ｊは複素数の演算であることを表している。式（５）の係数１／Ｎは、逆変換の際に時間波形が元のとおりに再現されるような定数であり、例えば図２では、正規化部１７６がこれを行う。第１の実施形態の例では、式（５）だけで除算したが、式（４）と式（５）での軸の変換は可逆変換であるのが公知なので、ディジタルフーリエ変換と逆ディジタルフーリエ変換の両方で１／√Ｎを乗算するようにしてもよい。
【００７９】
第１の実施形態では単成分の周波数として、例えば１．６ｋＨｚ成分を単成分の取り出す場合を例示するが、これに限定されるものではない。
【００８０】
公知のように、上記の変換は可逆変換であるから、一旦ディジタルフーリエ変換した周波数成分を逆ディジタルフーリエ変換すれば、時間軸の波形は元通り復元される。
【００８１】
すなわち、第１の実施形態の例では、式（４）、式（５）のうち、第ｉ成分だけに限定して周波数変換と逆変換を行うのである。すなわち、後述するＤＦＴ部１７２で、下記の式（６）を実行し、逆ＤＦＴ部１７５と正規化部１７６で、式（７）を実行する。
【００８２】
つまり、予め定めた連続Ｎサンプルのデータについて、式（５）のときと異なり、Ｍ＝０，１，…，Ｎ−１のうちＭ＝ｉ、すなわちＸ（ｉ）だけについての処理を実行する。
【数４】
0005493817.tif 000005
【００８３】
ＤＦＴ部１７２が式（６）に従って計算した結果の第ｉ成分の周波数成分Ｘ（ｉ）は、特定周波数成分保持部１７３に出力される。
【００８４】
ここで、第ｉ成分の選択の仕方について説明する。第１の実施形態では、後述するような聴覚特性を用いて近端話者の周波数断続感の知覚を防ぐ目的から、例えば、第ｉ成分として、人間の音声の第１ピークである１ｋＨｚ近辺と、第２ピークである２ｋＨｚ近辺の間である１．６ｋＨｚ成分を選択するものとする。勿論、近端話者の周波数断続感（すなわち違和感）を与えないようにすることができれば、このような周波数成分に限定されない。
【００８５】
すなわち、非特許文献２に開示されるように周波数マスキング効果は、特に強い周波数成分があったとき、その成分を開始点として、高い周波数成分側にマスクの効果を発揮する傾向がある。このことは、周波数成分が平坦ではなく、目だって強弱のある信号、すなわち人間音声のような信号では、その強い周波数成分の近端から、やや高い周波数成分は聴感的には、あたかも無いがごとくのように振舞っているということである。
【００８６】
そこで、第１の実施形態では、上記に鑑み、例えば、音声信号中の人間の音声の第１ピークである１ｋＨｚ近辺とその次に大きなパワーをもつ第２ピークである２ｋＨｚ近辺の間の単独周波数を選択するようにした。
【００８７】
なお、信号を処理するサンプルに関して述べておくと、第１の実施形態では、例えば、サンプリング周波数を１６ｋＨｚとし、データ保持期間Ｎを１１２０サンプルとしたが、この値に限定しない。
【００８８】
特定周波数成分保持部１７３は、第ｉ成分の周波数成分Ｘ（ｉ）を一時的に保持し、受信側周波数／時間変換部１７４の逆ＤＦＴ部１７５に出力する。
【００８９】
受信側周波数／時間変換部１７４は、第ｉ成分の周波数成分Ｘ（ｉ）を周波数逆変換（逆ディジタルフーリエ変換）を行い、Ｎサンプル分の時間波形を再現するものである。例えば、受信側周波数／時間変換部１７４は、式（７）を実行する。
【数５】
0005493817.tif 000006
【００９０】
ここで、式（７）からわかるとおり、逆変換によって再現される波形は、単一周波数成分を持つ信号であり、音声信号に含まれるディジタルフーリエ変換における第ｉ周波数成分の純成分を持つ信号、すなわち第ｉ成分トーン波形である。つまり、式（６）、式（７）の過程で受信入力音声信号中に含まれている第ｉ周波数成分だけを抜き出し、時間波形に復元したものである。
【００９１】
受信側周波数／時間変換部１７４の出力ｘ’（ｎ）は、スイッチ１７７に出力される。
【００９２】
次に、スイッチ１７７の開閉タイミングについて図３及び図４を参照しながら説明する。
【００９３】
スイッチ１７７は、タイミング制御部１ａの出力に応じて開閉を行う。
【００９４】
タイミング制御部１ａは、図３（Ａ）のように、ＶＡＤ１９からの音声検出あり信号Ｖが入力されると、図示しないカウンタをインクリメントし、図３（Ｂ）に示すように音声検出（第１回目ｔｘｏｎ）から始まって最初のＮサンプル期間はスイッチ１７７を閉じる信号ＳＯＮを出力する。それ以外は信号ＳＯＮを出力しない。
【００９５】
スイッチ１７７は、図３（Ｂ）に示すように、タイミング制御部１ａからの信号ＳＯＮが入力されたときは閉じ、図３（Ｃ）に示すように、受信側周波数／時間変換部１７４の出力信号ｘ’ｓｗ（ｎ）が成分キャンセル加算器１７８に透過する。
【００９６】
また、タイミング制御部１ａは、図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）に示すように、ｔｘｏｆｆを開始点として、Ｎ２サンプルまでの区間で信号ＳＯＮを出力せず、その区間では、スイッチ１７７は開放する。なお、スイッチ１７７は、このような動作を、音声信号が検出されている間、繰り返し行う。
【００９７】
ここで、Ｎサンプルは、音声が定常信号とみなせる時間長に設定するのが望ましく、例えば１０ｍｓ〜３０ｍｓの時間長に設定することが望ましい。またＮ２サンプルは、後述するエコーテイルの時間を避けるため、適応フィルタ長Ｌ以上であることが望ましい。第１の実施形態では、例えば、適応フィルタ長Ｌを３０ｍｓ相当サンプル（サンプリング１６ｋＨｚ、４８０サンプル）とし、Ｎ＝Ｎ２としたが、これに限定されるものではない。
【００９８】
上記のように、スイッチ１７７は、タイミング制御部１ａからの信号ＳＯＮに応じて開閉を行い、スイッチ１７７からの出力ｘ’ｓｗ（ｎ）は、図３（Ｃ）のようになり、成分キャンセル加算器１７８に出力される。
【００９９】
一方、データ保持部１７１からの出力ｘｈ（ｎ）は、成分キャンセル加算器１７８に入力される。
【０１００】
データ保持部１７１では、Ｒｉｎ２から入力した音声信号ｘ（ｎ）が一定時間、すなわちＮサンプル分だけ保持され遅延される。ここで、データ保持部１７１で保持する一定時間Ｎは、ディジタルフーリエ変換を行うサンプル数Ｎに等しい。これは後述する音声信号波形そのものと第ｉ成分抽出波形ｘ’（ｎ）を加算する際にタイミングを一致させるためである。
【０１０１】
成分キャンセル加算器１７８では、データ保持部１７１からの出力信号ｘｈ（ｎ）と、スイッチ１７１からの出力信号ｘ’ｓｗ（ｎ）とが加算される。
【０１０２】
成分キャンセル加算器１７８による加算後の信号は、第ｉ周波数成分がキャンセルされたことにより、図３（Ｄ）に示すように、音声信号のうち第ｉ周波数成分に着目すると、定期的に周波数成分が断続した信号が、Ｒｏｕｔ４に出力される。
【０１０３】
Ｒｏｕｔ４からの出力は、Ｄ／Ａ５に与えられて、Ｄ／Ａ５でアナログ変換された後、スピーカ７から放射され、図示しない近端話者への音声信号として供されると共に、その一部が、音響エコー経路８を経て、マイク９にエコー信号ｙとなって入力される。このとき、エコーは、音響エコー経路８の特性が反映されたものになる。
【０１０４】
マイク９に入力されたエコー信号ｙは、Ａ／Ｄ１１でディジタル変換され、ディジタル信号ｙ（ｎ）として、エコーキャンセラ１のＳｉｎ１２に入力する。
【０１０５】
Ｓｉｎ１２からの信号ｙ（ｎ）は、近端ノイズ推定部３の送信側特定周波数波形再現部１８に入力する。送信側特定周波数波形再現部１８に入力する信号ｙ（ｎ）をｙ１（ｎ）とする。送信側特定周波数波形再現部１８に入力したエコー信号ｙ１（ｎ）は、受信側と同様に式（８）のように、送信側時間／周波数変換部１８０のＤＦＴ部１８１により、周波数の第ｉ成分だけ抽出される。
【０１０６】
ここで、ＤＦＴ部１８１が抽出する周波数成分は、受信側で選択した第ｉ成分と同一成分であるようにすることが重要である。
【数６】
0005493817.tif 000007
【０１０７】
ＤＦＴ部１８１により抽出されたｙ１（ｉ）は、送信側特定周波数成分保持部１８２に出力され、送信側特定周波数成分保持部１８２に一旦保持される。
【０１０８】
送信側特定周波数成分保持部１８２の出力は、逆ＤＦＴ部１８３に与えられ、受信側と同様に式（９）のように、逆ＤＦＴ部１８３により時間波形ｙｔ（ｍ）に逆ディジタルフーリエ変換される。
【数７】
0005493817.tif 000008
【０１０９】
送信側特定周波数波形再現部１８からの出力ｙｔ（ｎ）は、近端ノイズ計算部１ｂに入力される。また、近端ノイズ計算部１ｂには、タイミング制御部１ａからのタイミング信号Ｔが入力される。
【０１１０】
近端ノイズ計算部１ｂでは、以下に説明するように、近端ノイズを推定する。
【０１１１】
図４は、近端ノイズ計算部１ｂの処理の理解に重要なエコー経路８のインパルス応答の様子を示す。図４において、縦軸は振幅を示し、横軸は時間を示す。
【０１１２】
図４において、エコー経路８の時間が早い部分Ｔｉｄには振幅が小さい部分があり、直後に徐々に振幅が小さくなっていく部分Ｔｄｓが続く。Ｔｉｄはいわゆる初期遅延であり、Ｔｄｓは散乱応答に相当する。
【０１１３】
スピーカ７から出力される信号（図３（Ｄ）に示す第１成分）は、図４に示すようなエコー経路８を経てエコーとなるから、エコー信号（第ｉ成分）も断続信号の立ち上がりはＴｉｄ分だけ遅れをもって周期的に現れる。また、信号の立ち下がりの部分も、基本的には同様であるが、立ち下がり直前にスピーカ７から出力済みの信号成分が図４で説明したＴｄｓ部分から抜けきるまで、信号は０にならない。
【０１１４】
図３（Ｅ）にその様子が示されている。図３（Ｅ）からわかるように、初回のｔｘｏｎ開始時と、２回目以後はｔｘｏｎから始まって、時刻にして、Ｔｉｄ＋Ｔｄｓが経過すると、第ｉ周波数成分に限っていえば、エコーが完全になくなったマイク出力信号を入手することができる。
【０１１５】
近端ノイズ計算部１ｂは、この部分を使って、後述するように近端ノイズを計算する。
【０１１６】
近端ノイズ計算部１ｂには、タイミング制御部１ａからスイッチ１７７の断続タイミングＴが入力されている。スイッチ１７７が閉じられているときには、成分キャンセル加算器１７８で音声信号ｘ（ｎ）から第１成分が減算されるので、成分キャンセル加算器１７８から出力される音声信号成分から第ｉ周波数成分Ｘ（ｉ）が除去されている。
【０１１７】
当然、参照信号ｘ＿ｒｅｆ（Ｎ）が時間軸に変換されて、スピーカ７から放射された結果のエコー信号ｙにも第ｉ周波数成分はなくなっている。
【０１１８】
次のＮ２サンプルでは、スイッチ１７７が開放するので、成分キャンセル加算器１７８では、音声信号から第ｉ成分は減算されないので、エコー信号ｙにもそのまま第ｉ周波数成分が存在する（図３（Ｄ）参照）。
【０１１９】
近端ノイズ計算部１ｂでは、受信側におけるＶＡＤ１９と同様の方法により、特定周波数成分ｙｔ（ｎ）のレベル検出を行い、信号の立ち上がりを検出する。近端ノイズ計算部１ｂでは、スイッチ１７７が開放する時刻ｔｘｏｆｆ（図３（Ｃ）参照）から開始し、次にｙｔ（ｎ）が「信号あり」に変化する時刻ｔｙｏｎまでの時間（図３（Ｅ））、すなわち、Ｔｉｄ’を計算する。
【０１２０】
そして、近端ノイズ計算部１ｂは、以下のようにして、信号のパワーを計算し、その計算結果をステップゲイン計算部１５ｂに与える。
【０１２１】
図５は、近端ノイズ計算部１ｂにおける信号パワーの計算方法を説明する説明図である。
【０１２２】
近端ノイズ計算部１ｂは、Ｔｉｄ’に相当する期間で出力信号サンプルｙ（ｎ）のパワー平均Ｐｎを計算する。また、近端ノイズ計算部１ｂは、Ｔｉｄ’直後の一定期間Ｔｉｅで同様に信号のパワーＰｓｎを計算する。
【０１２３】
近端ノイズ計算部１ｂが計算したＰｎは、後述するように、純粋な近端ノイズだけのパワーを示し、Ｐｓｎは、近端ノイズとエコーとが合算したパワーを示す。
【０１２４】
例えば、図５（Ｅ）に示すように、近端ノイズがある場合、近端ノイズ計算部１ｂが、実際に期間Ｔｉｅで計算する信号パワーは、近端ノイズのパワーとエコーのパワーとが合算したパワーとなる。
【０１２５】
ここで、期間Ｔｉｅのサンプル数は、エコーキャンセラ１の設計者等が適宜定めることができるが、例えば、ＡＤＦ１５のタップ長の半分以下、１０％程度であることが望ましい。これは、音響エコー経路８が一般に指数関数的な減衰特性をもつためであり、Ｔｉｄ後に時間を空け過ぎると、エコーテイルの部分のパワーを主に計算することになり、エコーのパワーを過小評価することになるからである。
【０１２６】
また、第１の実施形態では、近端ノイズ計算部１ｂが、ちょうど期間Ｔｉｄ’に一致する期間で近端信号のパワーを計算するようにしたが、これに限定せず、時間的前方に適宜Ｔｉｄ’にマージンをとっても良い。ただし、前述したように、いわゆるエコーテイル（エコーの尾）の部分が近端ノイズ信号として計算に混じりこむのを避けるために、時刻ｔｘｏｆｆから時間後方にして適応フィルタ１５のタップ数の期間サンプル分はパワー計算に入れないことが望ましい。
【０１２７】
これは、適応フィルタ１５のタップ数が、音響エコー経路８の全体の時間応答（図３（Ｅ）のＴｉｄ＋Ｔｄｓ）にあわせて設定されることが多いためである。要するに、エコーの全体の応答時間が経過してから、マイク９の出力信号の第ｉ周波数成分を計算するようにすれば良い。
【０１２８】
図６は、エコーキャンセラ１による近端ノイズの抽出するまでの音声信号のパワーを各構成要素と対応付けて示した図である。図６（ａ）〜図６（ｈ）は、横軸を周波数軸とし、縦軸を信号パワーとし、黒着色した部分が遠端音声周波数のパワー分布を示しており、斜線部の部分は近端ノイズのパワー分布を示している。
【０１２９】
図６（ａ）に示す遠端から到来した音声信号ｘ（ｉ）は、図６（ｂ）に示すように、近端ノイズ推定部３により周波数成分Ｘ（ｉ）が除去され、図６（ｃ）に示すような音声信号がスピーカ７から出力される。
【０１３０】
また、図６（ｃ）に示すような信号が、音響エコー経路８を経由して、エコー信号としてマイク９に入力する。このとき、マイク９には、図６（ｅ）に示すような近端ノイズも入力するから、マイク９からの出力信号は、図６（ｄ）に示すように、エコー信号と近端ノイズとが合算した信号となる。
【０１３１】
近端ノイズ推定部３では、特定周波数成分であるＸ（ｉ）が抽出され（図６（ｆ））、図６（ｇ）に示すように周波数成分Ｘ（ｉ）が削除されているときには近端ノイズだけのパワーＰｎを求め、図６（ｈ）に示すように周波数成分Ｘ（ｉ）が削除されていないときには、エコーパワーとノイズパワーとが合算されたパワーＰｓｎを求める。
【０１３２】
近端ノイズ計算部１ｂは、上述のように計算したエコー信号及び近端雑音信号の合算パワーＰｓｎと、エコー信号なしの近端雑音信号のパワーＰｎとをステップゲイン計算部１５ｂに出力する。
【０１３３】
（Ａ−２−３）ステップゲイン計算部１５ｂの動作
次に、ステップゲイン計算部１５ｂにおけるステップゲインの計算処理について図７を用いて説明する。
【０１３４】
ステップゲイン計算部１５ｂは、近端ノイズ推定部３から受け取ったＰｎ及びＰｓｎに基づいて、適応フィルタ５のフィルタ係数を更新するためのステップゲインを計算する。
【０１３５】
上述したように、ステップゲインは、エコーキャンセラ１の収束の早さを制御するパラメータである。
【０１３６】
例えば、公知のエコーキャンセラ同定アルゴリズムであるＮＬＭＳアルゴリズムのステップゲインをαとすると、ステップゲインαは理論的な系の安定条件から０＜α＜２の定数が選定される。又は、実用上から、雑音の影響などによる不安定を回避のために、ステップゲインαは０≦α≦１の定数として選択してもよい。
【０１３７】
ステップゲインαは、エコー経路変動等によりマイク９からの信号がエコーであるときには比較的大きい値を設定し、逆にマイク９からの信号の成分がノイズ主体であるときには比較的小さい値を設定することが望ましい。
【０１３８】
また、ノイズには、近端話者信号のように、エコー信号に比較しても、非常にパワーの強い信号が含まれることがしばしばある。そのため、ステップゲインαの増減特性としては、ノイズが主体となるときにはステップゲインαは急速に小さくなり、エコーが主体となるときには、ステップゲインαは、小さなステップゲインから急速に大きな値に復帰するような特性であることが望ましい。
【０１３９】
このことから、ステップゲイン計算部１５ｂは、ステップゲインαの大きさを設定する制御として、単純な倍数を施す線形関数よりも、例えば式（１０）に示すような入力対出力特性の変化が大きい指数関数を用いて行う。
【０１４０】
なお、第１の実施形態では、指数関数の底に一般的な指数関数として公知のネピアの定数ｅを用いたが、これに限定されず、ｅの代わりに、ａ＞１．０を満足する定数ａを関数の底として用いるようにしても良い。
【数８】
0005493817.tif 000009
【０１４１】
式（１０）において、マイク９の出力信号に近端ノイズがなければ、Ｐｎ＝０になるので、ステップゲインα＝ｅ０＝１となり、マイク９の出力信号が全部近端ノイズなら、ステップゲインα＝ｅ−１≒０．３６７８となり、マイク９の出力信号がエコー主体なら１．０、ノイズ主体なら小さい値であるｅ−１≒０．３６７８をとるような曲線を描く。
【０１４２】
なお、第１の実施形態では、さらにステップゲインの役割を顕著に工夫して、式（１０）’の式を用いている。
【数９】
0005493817.tif 000010
【０１４３】
式（１０）’において、例えば、マイク９の出力信号のパワーで、ノイズ成分が全くないときは、Ｐｎ＝０となるので、式（１０’−１）のように、ステップゲインα＝１．０となり、逆に、マイク９の出力信号のパワーが、全部ノイズ成分のときには、式（１０’−２）のように、ステップゲインα＝０となる。
【数１０】
0005493817.tif 000011
【０１４４】
ここで、ステップゲイン計算部１５ｂでのステップゲインの算出は重要であるから、式（１０）’の計算方法と式（１０）’全体の意味についてより詳細に説明する。
【０１４５】
いま、マイク９の出力信号成分のうち、近端ノイズだけのパワーをＰｏｗ＿ｎとし、エコーだけのパワーをＰｏｗ＿ｅとすると、近端ノイズ計算部１ｂが計算したＰｓｎは、式（１１）のようになる。
【０１４６】
Ｐｓｎ＝Ｐｏｗ＿ｎ＋Ｐｏｗ＿ｅ            …（１１）
しかし、第ｉ周波数成分に着目したとき、当該成分のエコー元信号を削除したことによって、伴ったエコーがない期間、例えば期間Ｔｉｄ’ではＰｎを直接計算できる。
【０１４７】
Ｐｓｎ＝Ｐｏｗ＿ｎ＝Ｐｎ                  …（１２）
これにより、ステップゲイン計算部１５ｂは、式（１１）と式（１２）からエコー単独のパワーを式（１３）のように計算する。
【０１４８】
Ｐｓｎ−Ｐｎ＝Ｐｏｗ＿ｎ＋Ｐｏｗ＿ｅ−Ｐｏｗ＿ｎ＝Ｐｏｗ＿ｅ    …（１３）
その結果、式（１０）の指数関数の指数項の第１項は、式（１３’）のようになり、マイク９の出力信号成分にノイズがないとき（Ｐｏｗ＿ｎ＝０）には１．０となり、逆に、マイク９の出力信号成分のほとんどがノイズであるとき（Ｐｏｗ＿ｅ＝０）には０になることが理解される。
【０１４９】
｛（Ｐｓｎ−Ｐｎ）／Ｐｓｎ｝＝｛Ｐｏｗ＿ｅ／（Ｐｏｗ＿ｎ＋Ｐｏｗ＿ｅ）｝…（１３’）
すなわち、式（１３）のステップゲインαは、マイク９の出力信号の成分としてノイズが大部分か又はエコーが大部分かに応じて、式（１４）のように、マイク９の出力信号のノイズ成分の内訳に応じて可変値をとるパラメータとなる。
【０１５０】
０（全てノイズ）≦｛Ｐｏｗ＿ｅ／（Ｐｏｗ＿ｎ＋Ｐｏｗ＿ｅ）｝≦１．０（全てエコー）
…（１４）
式（１０）’は、式（１３）’を指数項にもつから、式（１０）’をステップゲインαとして直接用いるよりも、ステップゲインαの増減が強調されたものになる。
【０１５１】
式（１０）〜式（１４）からわかるように、第１の実施形態では、エコー量の成分が大きいときにはステップゲインαは大きな値をとるので、仮にエコー経路変動があったときには大きなステップゲインが自動的に設定されることになり、適応フィルタ１５を速やかに収束させることができる。
【０１５２】
ここまで詳細に説明してきたように、式（１０）’は、エコーが主となるときは収束速度に優れるステップゲインの上限である１．０に、ノイズ成分が主となるときには、逆に外乱の擾乱に強いステップゲインの下限である０に向けて急速に値が小さくなり、設計者が特段の知見による設定をしなくとも自動的に最適な値の設定が可能となる。
【０１５３】
また、第１の実施形態では、エコーもノイズもないときにはα＝０としている。これはエコーがないならエコーキャンセラ１でのエコーの打消しも必要なく、音響エコー経路８の同定も不要だからである。
【０１５４】
なお、ステップゲイン計算部１５ｂでのステップゲインの計算に関して、第１の実施形態では、式（１０）’のステップゲインαを用いることにしたが、ステップゲインの変化をより敏感に適応フィルタ１５の係数更新に反映するために、定数Ｋをさらに指数関数の前に乗算し、式（１５）、式（１６）のようにしてもよい。
【０１５５】
また、別の計算方法として、式（１７）のように、ステップゲインαをγ乗して（γは正の実数）、エコーキャンセラ１の安定条件である０≦ステップゲイン≦１．０を確保しつつ、ステップゲインの変化速度を変更するようにしても良い。
【０１５６】
さらに、ステップゲインの変化速度は遅くなるが、計算を簡単にするために、式（１３）により得られた計算結果をステップゲインとして用いるようにしても良い。
【０１５７】
要するに、ステップゲインの計算は、上記のような外部環境に応じて可変にすることができ、上記の方法に限定されず、他の方法も適用することができる。ただし、第１の実施形態の例では、説明簡単のために、上述した式（１０）’のαをステップゲインとして用い場合を例示する。
【数１１】
0005493817.tif 000012
【０１５８】
ステップゲイン計算部１５ｂは、上記のようにして計算したステップゲインαを擬似エコー作成部１５ａに出力する。
【０１５９】
（Ａ−２−４）擬似エコー作成部１５ａの動作
次に、擬似エコー作成部１５ａによる擬似エコー作成処理の動作を説明する。
【０１６０】
図８は、擬似エコー作成部１５ａの構成を示す内部構成図である。図８において、擬似エコー作成部１５ａは、適応フィルタ係数部１５ａ−１、積和演算部１５ａ−２、保持レジスタ１５ａ−３、係数更新量計算部１５ａ−４を少なくとも有する。
【０１６１】
擬似エコー作成部１５ａは、Ｒｉｎ２から入力した音声信号ｘ（ｎ）、残差信号ｅ（ｎ）及びステップゲイン計算部１５ｂからのステップゲインαに基づき、係数更新アルゴリズム（例えばＮＬＭＳアルゴリズム等）を用いて、以下のようにして、擬似エコー信号を作成する。
【０１６２】
まず、Ｒｉｎ２からの音声信号ｘ（ｎ）は、保持レジスタ１５ａ−３に格納され、以下のようなデータベクトルとして扱われる。
【０１６３】
Ｘ（ｎ）＝［ｘ（ｎ）、ｘ（ｎ−１）、・・・、ｘ（ｎ−Ｌ＋１）］ｔ    …（１８）
ここで、ｎはサンプル順、Ｌは適応フィルタのタップ数を示す。例えば、第１の実施形態では、Ｌ＝１０２４とする場合を示すが、これに限定されない。また、ｔは行列の転置を表す。
【０１６４】
式（１８）は、現在の時刻ｎを開始時点とし、過去のＬサンプルまでを保持した受信信号ｘ（ｎ）データの集まりが、受信信号のデータベクトルを構成していることを表す。
【０１６５】
一方、適応フィルタ係数部１５ａ−１には、図示しないフィルタ係数が格納されており、Ｌ個の係数値を有する。この係数値は、後述するように、例えばＮＬＭＳアルゴリズムを用いて係数更新量計算部１５ａ−４により時々刻々と更新される。
【０１６６】
適応フィルタ係数部１５ａ―１のＬ個の係数も、式（１９）のように１つの係数ベクトルとして扱われる。
【０１６７】
Ｈ（ｎ）＝[ｈ（０）、ｈ（１）、・・・、ｈ（Ｌ−１）]ｔ      …（１９）
ここで、Ｌは適応フィルタのタップ数を示し、第１の実施形態では、例えばＬ＝１０２４を用いるがこれに限定されない。
【０１６８】
積和演算部１５ａ−２は、適応フィルタ係数部１５ａ−１からの係数ベクトルと、保持レジスタ１５ａ−３からのデータベクトルとが入力し、この係数ベクトルとデータベクトルとを用いて、式（２０）に従ってベクトルの積ｙ’（ｎ）を計算する。
【０１６９】
このｙ’（ｎ）は、擬似エコー信号のサンプルデータとなる。また、ｙ’（ｎ）は１つの値を持つ、スカラー値データである。
【０１７０】
ｙ’（ｎ）＝Ｈｔ（ｎ）Ｘ（ｎ）        …（２０）
上記のようにして作成された擬似エコー信号ｙ’（ｎ）は、積和演算部１５ａ−２からエコー打消し加算器１３に出力される。
【０１７１】
エコー打消し加算器１３では、上述したようにスピーカ７からマイク９を経由しディジタル変換されたエコー信号ｙ（ｎ）が入力し、エコー打消し加算器１３は式（２１）のように信号を加算相殺して残差信号ｅ（ｎ）をＳｏｕｔ１４に出力する。
【０１７２】
ｅ（ｎ）＝ｙ（ｎ）−ｙ’（ｎ）      …（２１）
そして、Ｓｏｕｔ１４から出力した信号は、音声信号として図示しない遠端話者に向かって出力される。
【０１７３】
ここで、エコー打消し加算器１３から出力される残差信号ｅ（ｎ）は、係数更新量計算部１５ａ−４に与えられる。また、保持レジスタ１５ａ−３のデータベクトルＸ（ｎ）も、係数更新量計算部１５ａ−４に与えられる。さらに、ステップゲイン計算部１５ｂにより求められたステップゲインαも、係数更新量計算部１５ａ−４に与えられる。
【０１７４】
係数更新量計算部１５ａ−４では、残差信号ｅ（ｎ）、データベクトルＸ（ｎ）及びステップゲインαを用いて、例えば式（２２）に示すＮＬＭＳアルゴリズムに従って、適応フィルタのフィルタ係数を更新する。
【数１２】
0005493817.tif 000013
【０１７５】
式（２２）は、今回のサンプルｅ（ｎ）、Ｘ（ｎ）から、次回の擬似エコー作成に用いるための適応フィルタ係数ベクトルを作成することを示している。
【０１７６】
このようにして作成した係数ベクトルは、係数更新量計算部１５ａ−４から適応フィルタ係数部１５ａ−１に出力され、入力ベクトルＸ（ｎ）と共に、式（２０）による擬似エコー信号の作成に用いられる。
【０１７７】
時刻が進むと共に、式（２２）が何回か実行されて、適応フィルタの係数更新が進行すると、エコー打消し加算器１３による式（２１）の残差信号ｅ（ｎ）は徐々に小さくなる。やがて、十分に残差信号ｅ（ｎ）が小さくなると、係数更新量計算部１５ａ−４での式（２２）による係数更新はほとんど発生しなくなり、「適応フィルタが収束した」状態となる。
【０１７８】
適応フィルタの収束後は、以後継続的にエコー打消し加算器１３で精度よくエコーを打ち消すことが可能になる。
【０１７９】
第１の実施形態では、適応フィルタの係数更新アルゴリズムに上述のようなＮＬＭＳアルゴリズムを用いた場合を例示したが、エコー推定アルゴリズムはエコーを推定できればどのようなアルゴリズムであっても良く、特に限定しない。
【０１８０】
（Ａ−３）第１の実施形態の効果
以上のように、第１の実施形態では、音声信号のうち人間音声の第１ピークである１ｋＨｚ近辺とその次に大きなパワーを持つ第２ピーク近辺との間の単独周波数を特定周波数として選択し、この特定周波数成分が周波数マスキング効果により人間にとって検知できないことを利用して、この特定周波数成分で断続を発生させることで、本来受話中には不可分なエコーと近端ノイズをエコーの断続で区別して測定するための観測用信号（参照信号）を発生するようにした。
【０１８１】
具体的には、特定周波数断続部１７が、特定周波数成分が定期的に消滅するような参照信号ｘ＿ｒｅｆ（ｎ）を作成し、この参照信号ｘ＿ｒｅｆ（ｎ）スピーカ７から音響空間の放音し、特定周波数波形再現部１８が、回り込んできたエコー信号から特定周波数成分を再生する。そして、近端ノイズ計算部１ｂが、エコー信号中の特定周波数成分の信号パワーを所定タイミングで計算することで、近端ノイズだけのパワーＰｎと近端ノイズとエコーの合算パワーＰｓｎとを時間別に求めて、ステップゲイン計算部１５ｂが、ＰｎとＰｓｎとから純エコーのパワーＰｏｗ＿ｅを計算するようにした。
【０１８２】
また、ステップゲイン計算部１５ｂが、エコーパワーＰｏｗ＿ｅと合算パワーＰｓｎ（＝Ｐｏｗ＿ｎ＋Ｐｏｗ＿ｅ）とに基づいて、適応フィルタ１５の同定アルゴリズムに用いるステップゲインを求めるようにしたので、擾乱を受けやすい副適応フィルタ等を設けることなく、また、それら副適応フィルタの係数収束状態に依存せずに、エコーパワーＰｏｗ＿ｅと近端ノイズＰｏｗ＿ｎの状態に基づいて独自に計算することができる。
【０１８３】
そのため、第１の実施形態によれば、エコー経路変動によるエコーの変化はＰｏｗ＿ｅに反映され、近端ノイズの変動はＰｏｗ＿ｎに反映されるので、ある環境変動がエコー経路変動によるものか、又は、近端ノイズの変動によるものかを区別することができ、その結果、近端話者近端の音環境に応じて、エコーキャンセラ１のステップゲインが設定され、最適なエコー除去が可能になる。
【０１８４】
すなわち、近端ノイズが増えたり、多少の音響エコー経路８の変動があってもエコーキャンセラ１の性能を速やかに回復して安定してエコーを除去することができ、一方でノイズが少ないときにはエコーキャンセラ１の収束を早めるような大きなステップゲインが用いられるようになる。
【０１８５】
これらの改善の結果、装置動作開始から、自動的に高速にエコーを除去でき、しかも近端ノイズ環境、音響エコー経路８変動などの環境変化の影響を受けずに、安定的にエコーを除去するエコーキャンセラ１を実現できる。
【０１８６】
さらに、第１の実施形態によれば、周波数除去を行う点で独自方法を用いており、単一周波数でのＤＦＴ部１７２と逆ＤＦＴ部１７５で発生した所定の単独第ｉ周波数信号からなる時間信号ｘ’（ｎ）を成分キャンセル加算器１７８で、音声信号に加算して特定周波数成分だけを信号中からキャンセルするようにした。
【０１８７】
本来、このような単体周波数を除去、あるいは抽出するための帯域阻止フィルタ、帯域通過フィルタを実現するためには、膨大な次数をもつディジタル帯域阻止ＦＩＲフィルタやＩＩＲフィルタ等が必要である。
【０１８８】
例えば、１ｋＨｚのみを除去しようとすると１６ｋＨｚサンプリングの場合、２５６タップ以上の有限応答長フィルタ係数が必要になり、１０ｍｓ（１６０サンプル）のフィルタ処理済み中間出力を得ようとすると、（タップ係数個数）×（フィルタ保持データ個数）×（フレーム分）より、乗算だけでも約２５６×１６０＝４０９６０回（合計８１９２０回）の演算が必要になるが、第１の実施形態の場合、１ｋＨｚの成分を１フレーム分除去するには、Ｓｉｎ、Ｃｏｓなど三角関数の値は参照表として計算なしで値を保持できるので乗算、加算各々
単成分ＤＦＴ実行時に１６０サンプル×２回（実数部、虚数部として２回）
逆単成分ＤＦＴ実行時１６０サンプル×２回（実数部、虚数部として２回）
さらに乗算では、逆ＤＦＴ余分に正規化演算が乗算としてサンプル分１６０回必要になり、おおむね加算演算で１６０×４＝６４０回、乗算で８００回、合計１４４０回の演算で成分除去済みの中間出力信号を入手することができることになり、例えば信号処理プロセッサで実現する際の演算回数が激減する。
【０１８９】
そのため、第１の実施形態によれば、信号の除去を上記の純正成分信号のキャンセルによって実現したので高次数の帯域阻止処理フィルタを具備することなく、簡単な複素三角関数の乗算と時間波形の減算だけで理想的に単独の周波数成分を除去、あるいは抽出するようにしたため、周波数選択性能に優れるだけでなく演算コストも従来技術にくらべ大幅に軽減することができるのである。
【０１９０】
（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明のエコーキャンセラの第２の実施形態を図面を参照しながら説明する。
【０１９１】
第２の実施形態が、第１の実施形態と異なる点は、近端ノイズ推定部の機能構成である。それ以外の構成要素は第１の実施形態と同じであるので、以下では、近端ノイズ推定部の機能を中心に詳細に説明する。
【０１９２】
（Ｂ−１）第２の実施形態の構成
図９は、第２の実施形態の近端ノイズ推定部３の内部構成を示す内部構成図である。図９において、図２に示す構成要素と同じものについては同一の符号を付与している。
【０１９３】
図９において、第２の実施形態の近端ノイズ推定部３は、ＶＡＤ１９、特定周波数遮断部２０、送信側特定周波数成分抽出部２１、近端ノイズ計算部２３を少なくとも有する。
【０１９４】
特定周波数遮断部２０は、ＤＦＴ部１７２を有する受信側時間／周波数変換部１７０、データ保持部１７１、特定周波数成分保持部１７３、逆ＤＦＴ部１７５及び正規化部１７６を有する受信側周波数／時間へ南部１７４、成分キャンセル加算器１７８を有する。
【０１９５】
また、送信側特性周波数成分抽出部２１は、ＤＦＴ部１８１及び２８１を有する送信側時間／周波数変換部１８０及び２８０、特定周波数成分保持部１８２及び２８２を少なくとも有する。
【０１９６】
図９の近端ノイズ推定部３が、図２と異なる点は、タイミング制御部１ａがなくなり、スイッチ１７７がなくなり、特定周波数断続部１７が特定周波数遮断部２０に代わったことである。
【０１９７】
特定周波数遮断部２０は、第１の実施形態と異なり、スイッチ１７７がない。そのため、第１の実施形態の特定周波数断続部１７は、スイッチ１７７のＯＮ／ＯＦＦにより、特定周波数成分（第ｉ周波数成分）を定期的に断続した参照信号ｘ＿ｒｅｆ（ｎ）を出力していたが、特定周波数遮断部２０は、常時、特定周波数成分が削除された信号を参照信号ｘ＿ｒｅｆ（ｎ）として継続的に出力する。
【０１９８】
また、近端ノイズ計算部１ａが近端ノイズ計算部２３に代わり、特定周波数波形再現部１８に代えて特定周波数成分抽出部２１を設け、特定周波数成分抽出部２１にはすでに第１の実施例で説明した送信側時間／周波数変換部、特定周波数成分保持部のほかに第２の送信側時間／周波数変換部２８０、第２の特定周波数成分保持部２８２が設けられ、近端ノイズ計算部２３に周波数成分を出力している点が第１の実施形態と異なっている。
【０１９９】
（Ｂ−２）第２の実施形態の動作
次に、第２の実施形態の近端ノイズ推定部３における処理の動作を図面を参照しながら説明する。
【０２００】
まず、受信経路側の処理を説明する。Ｒｉｎ２から入力した音声信号ｘ（ｎ）は、ＶＡＤ１９及び特定周波数遮断部２０に入力する。
【０２０１】
ＶＡＤ１９では、第１の実施形態と同様にして、音声信号の検出が行われる。
【０２０２】
また、特定周波数遮断部２０では、第１の実施形態と同様に、受信側時間／周波数変換部１７０、特定周波数成分保持部１７３及び受信側周波数／時間変換部１７４により、音声信号ｘ（ｎ）のうち、特定周波数成分（第ｉ周波数成分）が削除される。
【０２０３】
一方、特定周波数遮断部２０では、音声信号（ｎ）がデータ保持部１７１でＮサンプル期間だけ保持され、成分キャンセル加算器１７８において、特定周波数成分だけ削除された参照信号が常時継続的に出力される。
【０２０４】
従って、特定周波数遮断部２０から出力される参照信号ｘ＿ｒｅｆ（ｎ）は、常時、例えば式（６）により第ｉ周波数成分が欠けた信号となり、スピーカ７を通じて放音される。
【０２０５】
一方、第１の実施形態と同様に、スピーカ７から出力された信号の一部は、音響エコー経路８を経由してマイク９に入力し、Ａ／Ｄ１１によりディジタル化される。
【０２０６】
ここまでの処理は、第１の実施形態と同様であるが、これ以降の送信経路側の処理が、第２の実施形態に特有の動作であるので、この特有の動作を詳細に説明する。
【０２０７】
Ｓｉｎ１２からのディジタル信号ｙ１（ｎ）は、送信側特定周波数成分抽出部２１に入力される。送信側特定周波数抽出部２１では、ディジタル信号ｙ１（ｎ）が、第１の送信側時間／周波数変換部１８０と、第２の送信側時間／周波数変換部２８０とに入力される。
【０２０８】
第１の送信側時間／周波数変換部１８０及び第２の送信側時間／周波数変換部２８０に入力した信号ｙ１（ｎ）のそれぞれは、第１の実施形態と同様にして、周波数成分が抽出されて近端ノイズ計算部２３に出力される。
【０２０９】
ここで、送信側特定周波数成分抽出部２１は、特定周波数遮断部２０で削除した特定周波数成分（第ｉ周波数成分）の抽出に加えて、第２の周波数成分（ここでは、第ｑ周波数成分）も抽出する。
【０２１０】
この第ｑ番目の周波数成分の抽出は、第１の実施形態で行った式（６）のｉをｑ（ｉ≠ｑ）で行うことでできる。
【０２１１】
ただし、第ｑ周波数成分は、できるだけ第ｉ周波数成分に近いことが望ましい。これは、音声の周波数成分は、その全周波数領域で平坦でなく、基本周波数に基づく微細構造のパワー増減や、ホルマント特性による山谷があるのが通常なので、２つの成分の周波数が離れるほど、実際のエコーのパワーと近端ノイズのパワーの比を得にくくなるからである。
【０２１２】
第２の実施形態では、例えば、第１の周波数成分（第ｉ周波数成分）を１．６ｋＨｚとし、第２の周波数成分（第ｑ周波数成分）を１．６５ｋＨｚとする場合を例示するが、これに限定しない。
【０２１３】
近端ノイズ計算部２３は、周波数領域のままの、第１の周波数成分Ｘ（ｉ）と、第２の周波数成分Ｘ（ｑ）とをそれぞれ用いて、式（２３）に従って、第１の周波数成分Ｘ（ｉ）のパワーＰｎ＿ｆ（ｉ）と第２の周波数成分Ｘ（ｑ）のパワーＰｓｎ＿ｆ（ｑ）とを求める。
【数１３】
0005493817.tif 000014
【０２１４】
近端ノイズ計算部２３は、第１の周波数成分Ｘ（ｉ）のパワーＰｎ＿ｆ（ｉ）及び第２の周波数成分Ｘ（ｑ）のパワーＰｓｎ＿ｆ（ｑ）をそれぞれ、式（２４）及び（２５）のようにして、第１の実施形態の式（１２）で説明した近端ノイズだけのパワーＰｏｗ＿ｎ及び式（１１）で説明したエコー及び近端ノイズの合算パワーＰｓｎとして扱い、これらをステップゲイン計算部１５ｂに出力する。
【０２１５】
Ｐｎ＝Ｐｎ＿ｆ（ｉ）          …（２４）
Ｐｓｎ＝Ｐｓｎ＿ｆ（ｑ）      …（２５）
ステップゲイン計算部１５ｂは、第１の実施形態で説明したと同じであるので、ここでは説明しない。また、ステップゲイン計算部１５ｂの処理以後も第１の実施形態と動作が同じであるのでここで再び説明はしない。
【０２１６】
（Ｂ−３）第２の実施形態の効果
以上のように、第２の実施形態によれば、特定周波数遮断部２０が、常時、遠端話者信号のうち、近端話者に感知されない可聴周波数帯域内の特定周波数帯域だけを遮断して放音し、送信側特定周波数成分抽出部２１が２種類の周波数成分を抽出し、近端ノイズ計算部２３が２種類の周波数成分のパワーを計算して、ステップゲインを求めるようにした。
【０２１７】
これにより、以下のようなエコーキャンセラ１の性能改善効果が得られる。
【０２１８】
第１の実施形態では、受信経路側において、予め定められたＮサンプルで定期的に特定周波数成分を除去し、特定周波数成分の断続化を行い、送信経路側において当該特定周波数成分のパワーを各々の期間で計算することで、エコーのパワーとノイズのパワーを算出するようにした。
【０２１９】
第１の実施形態の例の場合、例えば、装置設計者が、予め近端話者側の部屋の大きさをわかっていたり、Ｎサンプル期間が部屋のエコー応答長の大きさに対して十分な長さが取れることが事前にわかっていたりする場合等では十分にエコーキャンセラ１の性能を発揮することができる。
【０２２０】
しかし、近年によく見られるように、例えば、部屋の大きさ自体を可変移動壁で仕切り、この可変移動壁の付けはずしで部屋の大きさを変更できる場合や、部屋の壁面や床面の材質等が非常に滑らかで強い音響反射が発生する場合等では、必ずしも部屋の壁間寸法等から見積もった断続周期Ｎが適切でなく、エコーキャンセラ１の性能を発揮できない場合も考えられる。
【０２２１】
例えば、壁面素材による音の反射如何では、図３に示すエコーの尾の部分Ｔｄｓが長大になり、設計者が断続期間Ｎを小さく見積もってしまう場合がある。そうすると、エコーの尾の部分Ｔｄｓが、次のエコーの頭と重なってしまい、正確に近端ノイズのパワーを計算できなくなる場合がある。
【０２２２】
第２の実施形態は、上記に鑑み、受信経路側では、常時、特定周波数を削除したままであるので、当該周波数成分Ｘ（ｉ）のエコーに限っては通話の最初から最後まで発生しない。
【０２２３】
一方で、送信経路側では、特定周波数成分抽出部２１が、マイク９の出力信号から２種類の周波数成分である第１の周波数成分Ｘ（ｉ）と第２の周波数成分Ｘ（ｑ）とを抽出することで、送信経路側で削除した第１の周波数成分Ｘ（ｉ）は、エコーがないので、近端ノイズだけを含む信号となり、第２の周波数成分Ｘ（ｉ）はエコーが含まれ得るので、エコーと近端ノイズとが混じった信号となるから、これらの信号パワーを用いてステップゲインを計算することで、エコーキャンセラ１の性能を発揮させることができる。
【０２２４】
そのため、第２の実施形態では、受信経路側において、音声信号ｘ（ｎ）の特定周波数成分について周期的な断続処理を行わなくてもよい。その結果、設計者にとって、近年、更に複雑化しているエコー応答長の見積もりが困難な場合でも、エコーキャンセラ１が、自動的に近端ノイズの量やエコー変化の状態に応じて、自動的に最適なステップゲインを計算し、エコーを速やかに、かつ精度よく除去して通話品質を向上するエコーキャンセラ１を実現できるのである。
【０２２５】
（Ｃ）第３の実施形態
次に、本発明のエコーキャンセラの第３の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【０２２６】
（Ｃ−１）第３の実施形態の構成
図１０は、第３の実施形態のエコーキャンセラ１とその周辺構成を示す構成図である。
【０２２７】
図１０において、第３の実施形態が、第１の実施形態と異なる点は、近端ノイズ推定部３に代えて周波数別近端ノイズ推定部３０を設けること、適応フィルタ１５のステップゲイン計算部１５ｂに代えてステップゲイン計算部３１を設けることである。
【０２２８】
それ以外の構成要素は、第１の実施形態と同じであり、第１の実施形態で用いた番号と同じ番号を付与している。また、以下では、第３の実施形態に特有の機能構成を中心に説明する。
【０２２９】
周波数別近端ノイズ推定部３０は、予め定めた複数の周波数成分のパワーに基づいて、後述する方法により、近端ノイズだけを含む信号のパワーＰｎと、エコー及び近端ノイズが混じった信号のパワーＰｓｎを計算して、ステップゲイン計算部３１に与えるものである。
【０２３０】
ステップゲイン計算部３１は、周波数別近端ノイズ推定部３０からの信号パワーＰｎ及びＰｓｎに応じて、擬似エコー作成部１５ａで用いるステップゲインを計算して、擬似エコー作成部１５ａに出力するものである。
【０２３１】
図１１は、周波数別近端ノイズ推定部３０の機能構成を示すブロック図である。なお、図１１に示す「太線」は、複数の周波数成分が処理されていることを示す。
【０２３２】
図１１において、周波数別近端ノイズ推定部３０は、ＶＡＤ１９、タイミング制御部１ａ、並列周波数断続部３２、並列周波数波形再現部３５、近端ノイズ計算部３４を少なくとも有する。
【０２３３】
並列周波数断続部３２は、Ｒｉｎ２から入力した音声信号ｘ（ｎ）のうち、複数の特定周波数成分のそれぞれを定期的に削除し、これら複数の特定周波数成分が定期的に断続する信号を出力するものである。また、並列周波数断続部３２は、図１０に示すように、データ保持部１７１、並列キャンセル成分発生部３３、スイッチ１７７、成分キャンセル加算器１７８を有する。
【０２３４】
並列周波数波形再現部３５は、並列周波数断続部３２が遮断した複数の特定周波数成分を抽出して、複数の特定周波数成分のそれぞれの信号波形を再現するものである。また、並列周波数波形再現部３５は、それぞれの特定周波数成分の信号波形を、近端ノイズ計算部３４に与えるものである。
【０２３５】
図１２は、並列周波数断続部３２の詳細な内部構成を示すブロック図である。図１２では、特に、並列周波数断続部３２の並列キャンセル成分発生部３３の詳細な内部構成を示している。
【０２３６】
並列キャンセル成分発生部３３は、音声信号ｘ（ｎ）のうち、それぞれ異なる３種類の周波数成分を同時に削除するため、それぞれの周波数成分を生成するものである。また、並列キャンセル成分発生部３３は、第１の実施形態と同じタイミング制御部１ａからスイッチ１７７の開閉を指示する信号ＳＯＮが入力される。
【０２３７】
図１２において、並列キャンセル成分発生部３３は、第１キャンセル周波数成分発生部３００、第２キャンセル周波数成分発生部３１０、第３キャンセル周波数成分発生部３２０を有する。
【０２３８】
第１キャンセル周波数成分発生部３００、第２キャンセル周波数成分発生部３１０及び第３キャンセル周波数成分発生部３２０は、それぞれ発生させる周波数成分が異なるが、周波数成分の生成手法はそれぞれ第１の実施形態と同じであり、また内部構成も第１の実施形態と同じである。
【０２３９】
例えば、第１キャンセル周波数成分発生部３００は、ＤＦＴ部１７２を有する受信側時間／周波数変換部１７０、受信側特定周波数成分保持部１７３、逆ＤＦＴ部１７５及び正規化部１７６を有する受信側周波数／時間変換部１７４を有する。
【０２４０】
同様に、第２キャンセル周波数成分発生部３１０及び第３キャンセル周波数成分発生部３２０は、ＤＦＴ部３１２及び３２２を有する受信側時間／周波数変換部３１１及び３２１、受信側特定周波数成分保持部３１３及び３２３、逆ＤＦＴ部３１５及び３２５と正規化部１７６を有する受信側周波数／時間変換部３１４及び３２４を有する。
【０２４１】
図１３は、並列周波数波形再現部３５の詳細な構成を示すブロック図である。図１３において、並列周波数波形再現部３５は、第１成分波形再現部３３０、第２成分波形再現部３４０、第３成分波形再現部３５０を有する。
【０２４２】
第１成分波形再現部３３０、第２成分波形再現部３４０及び第３成分波形再現部３５０は、それぞれ再現させる周波数成分が異なるが、周波数成分の波形再現手法はそれぞれ第１の実施形態と同じであり、また内部構成も第１の実施形態と同じである。
【０２４３】
例えば、第１成分波形再現部３３０は、ＤＦＴ部１８１を有する送信側時間／周波数変換部１８０、送信側特定周波数成分保持部１８２、逆ＤＦＴ部１８３を有する送信側周波数／時間変換部１８４を有する。
【０２４４】
同様に、第２成分波形再現部３４０及び第３成分波形再現部３５０は、ＤＦＴ部３４２及び３５２を有する送信側時間／周波数変換部３４１及び３５１、送信側特定周波数成分保持部３４３及び３５３、逆ＤＦＴ部３４４及び３５４を有する送信側周波数／時間変換部３４５及び３５５を有する。
【０２４５】
（Ｃ−２）第３の実施形態の動作
次に、第３の実施形態のエコーキャンセラ１における処理の動作を図面を参照しながら説明する。
【０２４６】
（Ｃ−２−１）並列周波数断続部３２の動作
図１１に示すように、Ｒｉｎ２から入力した音声信号ｘ（ｎ）は、並列キャンセル成分発生部３３に与えられる。
【０２４７】
並列キャンセル成分発生部３３では、音声信号ｘ（ｎ）が、第１キャンセル周波数成分発生部３００、第２キャンセル周波数成分発生部３１０及び第３キャンセル周波数成分発生部３２０に入力し、第１キャンセル周波数成分発生部３００、第２キャンセル周波数成分発生部３１０及び第３キャンセル周波数成分発生部３２０により、それぞれ異なる周波数の周波数成分が同時に生成され、これら複数の周波数成分が同時にスイッチ１７７に与えられる。
【０２４８】
スイッチ１７７では、データ保持部１７１からの音声信号ｘ（ｎ）と、並列キャンセル成分発生部３３からの複数の周波数成分とをキャンセル加算することにより、複数の周波数成分が定期的に断続した参照信号ｘ＿ｒｅｆ（ｎ）が出力される。
【０２４９】
図１２において、第１キャンセル周波数成分発生部３００は、第１の実施形態と同様に、音声信号ｘ（ｎ）のうち、第１の周波数成分の信号Ｘ’（ｎ）を生成するものである。第３の実施形態では、例えば、第１の周波数成分が第１の周波数ωの周波数成分である場合を示す。なお、第１周波数成分の生成方法は、第１の実施形態と同様であるから、ここでの詳細な説明は省略する。
【０２５０】
第２キャンセル周波数成分発生部３１０は、音声信号ｘ（ｎ）のうち、第２の周波数成分信号Ｘ２’（ｎ）を生成するものである。第２の周波数成分は、第１の周波数ωとは周波数が異なる成分であり、例えば、第２の周波数ω２の周波数成分とする。
【０２５１】
第３キャンセル周波数成分発生部３２０は、音声信号ｘ（ｎ）のうち、第３の周波数成分信号Ｘ３’（ｎ）を生成するものである。第３の周波数成分は、第１の周波数及び第２の周波数とは周波数が異なる成分であり、例えば、第３の周波数ω３の周波数成分とする。
【０２５２】
なお、第３の実施形態では、例えば、第１の周波数ω、第２の周波数ω２、第３の周波数ω３が、それぞれ、１ｋＨｚ、２ｋＨｚ、３ｋＨｚである場合を例示するが、これに限定されない。
【０２５３】
また、第１の周波数ω、第２の周波数ω２、第３の周波数ω３の選択の仕方については、音声の周波数マスキング効果が期待できる周波数を選択することが重要であり、周波数の値は特に限定されない。
【０２５４】
例えば、第３の実施形態で上記周波数（１ｋＨｚ、２ｋＨｚ、３ｋＨｚ）を選択したのは、音声信号の周波数特性が、典型的には、基本周波数とその逓信周波数に強いパワーを有する調波構造をもつことを利用したためである。
【０２５５】
それぞれの周波数成分の信号Ｘ’（ｎ）、Ｘ２’（ｎ）、Ｘ３’（ｎ）は、スイッチ１７７を介して、成分キャンセル加算器１７８に出力される。なお、スイッチ１７７及び成分キャンセル加算器１７８の動作は、第１の実施形態と同様であるから、ここでの詳細な説明は省略する。
【０２５６】
そして、成分キャンセル加算器１７８から出力される信号ｘ＿ｒｅｆ（ｎ）は、Ｒｏｕｔ４を経由して、スピーカ７で音信号として放音される。
【０２５７】
（Ｃ−２−２）並列周波数波形再現部３５の動作
マイク９に入力してディジタル変換された信号ｙ（ｎ）は、Ｓｉｎ１２を介して並列周波数波形再現部３５に入力する。
【０２５８】
図１３において、Ｓｉｎ１２から入力したディジタル信号ｙ（ｎ）は、第１成分波形再現部３３０、第２成分波形再現部３４０及び第３成分波形再現部３５０に入力する。
【０２５９】
第１成分波形再現部３３０では、Ｓｉｎ１２からのディジタル信号ｙ（ｎ）が入力し、第１の周波数ωの周波数成分が抽出されて、第１の周波数成分の信号波形ｙｔ（ｎ）が作成される。
【０２６０】
第２成分波形再現部３４０では、Ｓｉｎ１２からのディジタル信号ｙ（ｎ）が入力し、第２の周波数ω２の周波数成分が抽出されて、第２の周波数成分の信号波形ｙｔ２（ｎ）が作成される。
【０２６１】
第３成分波形再現部３５０では、Ｓｉｎ１２からのディジタル信号ｙ（ｎ）が入力し、第３の周波数ω３の周波数成分が抽出されて、第３の周波数成分の信号波形ｙｔ３（ｎ）が作成される。
【０２６２】
このように、第１成分波形再現部３３０、第２成分波形再現部３４０及び第３成分波形再現部３５０は、それぞれ着目する周波数が、第１の周波数ω、第２の周波数ω２及び第３の周波数ω３と違う点で動作が異なるが、それ以外は、第１の実施形態で説明した周波数波形再現部の動作と同様であるので、ここでの詳細な説明はしない。
【０２６３】
ここで、並列周波数波形再現部３５が再現する周波数成分は、受信経路側の並列周波数断続部３２が用いた周波数成分と同一の周波数である。
【０２６４】
また、並列周波数波形再現部３５は、３個の成分波形再現部を設ける場合を例示するが、３個に限定されないが、受信経路側のキャンセル周波数成分発生部の個数と対応させる必要がある。
【０２６５】
（Ｃ−２−３）近端ノイズ計算部３４の動作
並列周波数波形再現部３５から各周波数の周波数成分が削除された信号ｙｔ（ｎ）、ｙｔ２（ｎ）及びｙｔ３（ｎ）は、近端ノイズ計算部３４に入力する。
【０２６６】
近端ノイズ計算部３４は、入力された信号ｙｔ（ｎ）、ｙｔ２（ｎ）及びｙｔ３（ｎ）に基づいて、第１の実施形態で説明した方法と同様の方法により、近端ノイズの信号パワーＰｎと、エコー及び近端ノイズが合算された信号パワーＰｓｎとを計算する。
【０２６７】
ここで、第３の実施形態では、近端ノイズ推定部３４が、それぞれ異なる３種類の周波数についての近端ノイズの信号パワーＰｎと、エコー及び近端ノイズが合算された信号パワーＰｓｎとを計算する。
【０２６８】
近端ノイズ計算部３４は、第１成分波形再現部３３０からｙｔ（ｎ）を受け取ると、このｙｔ（ｎ）を用いて、第１の実施形態と同様の方法により、近端ノイズの信号パワーＰｎ＿１と、エコー及び近端ノイズが合算された信号パワーＰｓｎ＿１とを計算する。
【０２６９】
また、近端ノイズ計算部３４は、第２成分波形再現部３４０からのｙｔ１（ｎ）及び第３成分波形再現部３５０からのｙｔ３（ｎ）を用いて、近端ノイズの信号パワーＰｎ＿２及びＰｎ＿３と、エコー及び近端ノイズが合算された信号パワーＰｓｎ＿２及びＰｓｎ＿３とを計算する。
【０２７０】
図１４は、音声周波数成分とノイズ周波数成分の計算の様子を説明する説明図である。図１４（ａ）〜図１４（ｅ）は、縦軸が信号パワーを示し、横軸が周波数を示す。図１４（ｆ）は、縦軸が信号パワーを示す。
【０２７１】
図１４（ａ）は、スピーカ７から出力される信号の周波数特性を示す概略図である。図１４（ａ）に示すように、スピーカ７から出力される音声信号は、周波数ω（＝ω１）、ω２、ω３の周波数成分が削除されている。また、図１４（ｂ）は、近端ノイズの周波数特性を示す概略図であり、特に、近端ノイズ波形のうち取り出すべき周波数ω１、ω２、ω３の周波数成分を示している。
【０２７２】
図１４（ｃ）及び図１４（ｄ）は、並列周波数波形再現部３５の出力を説明する説明図である。スピーカ７から出力された音声信号が、音響エコー経路８を経由して、エコーとしてマイク９にもれこむ。
【０２７３】
このとき、エコーに各周波数成分が存在している場合、近端ノイズ計算部３４は、図１４（ｃ）に示すように、各周波数において、エコーと近端ノイズとの周波数成分が合算された合算パワーＰｓｎ＿１〜Ｐｓｎ＿３を求めて、ステップゲイン計算部３１に出力する。
【０２７４】
一方、エコーに各周波数成分が存在していない場合、近端ノイズ計算部３４は、図１４（ｄ）に示すように、近端ノイズの周波数成分だけのパワーＰｎ＿１〜Ｐｎ＿３を求めて、ステップゲイン計算部３１に出力する。
【０２７５】
（Ｃ−２−４）ステップゲイン計算部３１の動作
次に、ステップゲイン計算部３１が、近端ノイズ計算部３４からの計算結果に基づいてステップゲインを計算する処理の動作を図面を用いて説明する。
【０２７６】
ステップゲイン計算部３１は、例えば式（２６）に従って、近端ノイズ計算部３４から受け取った近端ノイズの各周波数成分パワー（近端ノイズ成分パワー）の最大値Ｐｎ＿ｍａｘを計算する。
【０２７７】
Ｐｎ＿ｍａｘ＝ＭＡＸ（Ｐｎ＿ｊ）    （ｊ＝１，２，３）      …（２６）
式（２６）において、関数ＭＡＸ（）は、変数のうち最大値を求める関数である。式（２６）では、Ｐｎ＿１、Ｐｎ＿２、Ｐｎ＿３の中からパワー値が最大となるものをＰｎ＿ｍａｘとする。
【０２７８】
例えば、図１４（ｄ）の例においては、周波数ω２の周波数成分のパワーＰｎ＿２が最大値Ｐｎ＿ｍａｘである。
【０２７９】
次に、ステップゲイン計算部３１は、近端ノイズ計算部３４からの各周波数成分のＰｎ＿１〜Ｐｎ＿３及びＰｓｎ＿１〜Ｐｓｎ＿３に基づいて、推定エコーパワーの最大値Ｐｅｃｈｏ＿ｍａｘを求める。ここで、ステップゲイン計算部３１は、例えば、式（２７）に従って、推定エコーパワーの最大値Ｐｅｃｈｏ＿ｍａｘを求める。
【０２８０】
Ｐｅｃｈｏ＿ｍａｘ＝ＭＡＸ（Ｐｓｎ＿ｊ−Ｐｎ＿ｊ）（ｊ＝１，２，３）  …（２７）
式（２７）では、ステップゲイン計算部３１が、各周波数成分のＰｓｎとＰｎとの差を周波数成分毎に求めて、その差が最大となるものを推定エコーパワーの最大値Ｐｅｃｈｏ＿ｍａｘとする。
【０２８１】
例えば、図１４（ｅ）の例においては、周波数ω１でのＰｓｎ＿１とＰｎ＿１との差が最大となるので、この周波数ωにおける（Ｐｓｎ＿１−Ｐｎ＿１）を推定エコーパワーの最大値Ｐｅｃｈｏ＿ｍａｘとする。
【０２８２】
さらに、ステップゲイン計算部３１は、近端ノイズ成分パワーの最大値Ｐｎ＿ｍａｘと、推定エコーパワーの最大値Ｐｅｃｈｏ＿ｍａｘとに基づいて、擬似的な近端ノイズ成分パワーと推定エコー成分パワーとの総合パワーの最大値（擬似最大総合パワー）Ｐｓｎ＿ｍａｘを求める。例えば、ステップゲイン計算部３１は、式（２８）に従ってＰｓｎ＿ｍａｘを求める。
【０２８３】
Ｐｓｎ＿ｍａｘ＝Ｐｎ＿ｍａｘ＋Ｐｅｃｈｏ＿ｍａｘ          …（２８）
例えば、図１４（ｆ）は、擬似最大総合パワーＰｓｎ＿ｍａｘの計算処理を説明する説明図である。図１４（ｆ）に示すように、擬似最大総合パワーＰｓｎ＿ｍａｘは、近端ノイズ成分パワーの最大値Ｐｎ＿ｍａｘと、推定エコーパワーの最大値Ｐｅｃｈｏ＿ｍａｘとを合算するものである。
【０２８４】
そして、ステップゲイン計算部３１は、第１の実施形態で説明した式（１０）の代わりに、式（２９）に従ってステップゲインα３を求め、このステップゲインα３をステップゲインαとして擬似エコー作成部１５ａに出力する。
【数１４】
0005493817.tif 000015
【０２８５】
式（２９）においても、指数関数の底をａ＞１を満足する定数を用いるようにしても良い。
【０２８６】
ここで、第３の実施形態では、近端ノイズが必ずしも平坦な周波数特性でないことに鑑み、これに対応してエコーキャンセラ１の性能を発揮できようにした。
【０２８７】
例えば、マイク９周辺にモータやエンジンなどの駆動系機械等がある場合、発生する近端ノイズは、機械の回転数に強く依存するノイズを発生することがある。このようなノイズは、回転数近辺にノイズ周波数のピークをもち、平坦な特性にならないことが多い。
【０２８８】
一方で人間の音声は、例えば１ｋＨｚ近辺をピークにして高周波数に従って徐々に減衰する特性をもつ。
【０２８９】
マイク９近辺のノイズ発生源がもたらすノイズは、様々な原因で発生するものであり、周期的に均一で自然なノイズばかりでなく、上記のような機械ノイズ等のような特性を持つものが、マイク９に入り込むことがある。
【０２９０】
このような場合、第１の実施形態では、ただ１つの特定周波数のみを削除することで近端ノイズの推定をしていたが、近端ノイズの周波数成分が強い部分が、他の周波数に合ったときには、近端ノイズを過小評価し、エコーキャンセラ１のステップゲインを設定してしまい、エコー消去の性能劣化が生じ得る。
【０２９１】
第３の実施形態では、単純に各周波数成分の全体のパワーを用いるのではなく、最もエコー成分が大きい部分と、最も近端ノイズ成分が大きい部分との影響を計算して反映させることで、正味の成分がエコーキャンセラ１の係数制御に反映させることができ、近端ノイズ環境、エコーの大きさに合わせた収束制御を行うステップゲインを設定して、エコーを素早く、精度良く除去できるようになるのである。
【０２９２】
（Ｃ−３）第３の実施形態の効果
以上のように、第３の実施形態は、並列周波数断続部３２が、周波数マスキング効果を利用して、音声信号のうち複数の周波数成分を除去してからスピーカ７に出力するようにして、送信経路側において、並列周波数波形再現部３５が、上記複数の周波数成分の波形を再現し、近端ノイズ計算部３４が、各周波数における近端ノイズのパワーと、エコー及び近端ノイズの合算パワーとを求める。そして、ステップゲイン計算部３１が、近端ノイズパワーの最大値と、推定エコーパワーの最大値に基づいて、エコーキャンセラ１のステップゲインを求める。
【０２９３】
その結果、第３の実施形態によれば、より正確にエコーキャンセラ１に支配的な影響を与えているエコーと近端ノイズの状態とを計算することができ、エコーキャンセラ１の収束を制御するステップゲインに反映できるので、より近端話者側の音響環境に応じて、素早く、精度のよいエコーキャンセル１を実施して通話品質を高めることができるのである。
【０２９４】
（Ｄ）第４の実施形態
次に、本発明のエコーキャンセラの第４の実施形態を図面を参照しながら説明する。
【０２９５】
（Ｄ−１）第４の実施形態の構成
図１５は、第４の実施形態のエコーキャンセラ１とその周辺構成を示す構成図である。
【０２９６】
図１５において、第４の実施形態は、第１の実施形態の近端ノイズ推定部３に代えて時分割周波数別近端ノイズ推定部４０を設けること、第３の実施形態のステップゲイン計算部３１を設けることである。
【０２９７】
それ以外の構成要素は、第１の実施形態と同じであり、第１及び第３の実施形態で用いた番号と同じ番号を付与している。また、以下では、第４の実施形態に特有の機能構成を中心に説明する。
【０２９８】
時分割周波数別近端ノイズ推定部４０は、時間毎に異なる周波数を特定周波数として、その特定周波数成分音声信号ｘ（ｎ）から定期的に削除し、送信経路側においては、削除した周波数成分を抽出して近端ノイズのパワーを求めるものである。
【０２９９】
図１６は、第４の実施形態の時分割周波数別近端ノイズ推定部４０の内部構成を示すブロック図である。
【０３００】
図１６において、第４の時分割周波数近端ノイズ推定部４０は、ＶＡＤ１９、タイミング制御部１ａ、時別特定周波数断続部４１、時別特定周波数波形再現部４２、直近近端ノイズ計算部４３、周波数決定部４４を少なくとも有する。
【０３０１】
周波数決定部４４は、タイミング制御部１ａからタイミング信号ＳＯＮを受け取り、時別特定周波数断続部４１及び時別特定周波数波形再現部４２に対して、特定周波数の周波数ωｎを出力するものである。
【０３０２】
時別特定周波数断続部４１は、周波数決定部４４から指定された周波数ωｎを特定周波数として、音声信号ｘ（ｎ）のうち特定周波数成分の削除を行うものである。時別特定周波数断続部４１の構成は、基本的に第１の実施形態と同じであるが、受信側時間／周波数変換部１７０に代えて受信側時間／周波数変換部４７０と、受信側周波数／時間変換部１７４に代えて受信側周波数／時間変換部４７４とを有する。
【０３０３】
時別特定周波数波形再現部４２は、周波数決定部４４から指定された周波数を特定周波数として、Ｓｉｎ１２からの信号ｙ（ｎ）のうち、特定周波数の周波数成分を抽出して波形再現するものである。時別特定周波数波形再現部４２の構成は、基本的には第１の実施形態と同じであるが、送信側時間／周波数変換部１８０に代えて送信側時間／周波数変換部４８０と、送信側周波数／時間変換部１８４に代えて送信側周波数／時間変換部４８４とを有する。
【０３０４】
直近近端ノイズ計算部４３は、第１の実施形態と同様にして、近端ノイズパワーを計算するものである。直近近端ノイズ計算部４３の詳細な説明は、動作の項において説明する。
【０３０５】
（Ｄ−２）第４の実施形態の動作
図１５において、Ｒｉｎ２からの音声信号ｘ（ｎ）は、時分割周波数別近端ノイズ推定部４０に入力する。
【０３０６】
時分割周波数別近端ノイズ推定部４０では、時間毎に異なる周波数を特定周波数として決定し、入力された音声信号ｘ（ｎ）のうち、特定周波数成分を削除した参照信号を出力する。
【０３０７】
ここで、時分割周波数別近端ノイズ推定部４０は、音声信号ｘ（ｎ）の入力後、近端ノイズを推定するための特定周波数を時間毎に変更していく。
【０３０８】
また、時分割周波数近端ノイズ推定部４０の送信経路側では、Ｓｉｎ１２から入力した信号ｙ（ｎ）から受信経路側と同じ特定周波数成分を抽出し、この特定周波数成分に基づいて近端ノイズのパワーを求めて、ステップサイズ計算部３１に出力する。
【０３０９】
図１６において、Ｒｉｎ２からの音声信号ｘ（ｎ）は、ＶＡＤ１９及び時別特定周波数断続部４１に入力する。なお、ＶＡＤ１９における動作は、第１の実施形態で説明したので、ここでの詳細な説明は省略する。
【０３１０】
ＶＡＤ１９が受信信号から音声を検出すると、音声検出信号Ｖがタイミング制御部１ａに与えられると、タイミング制御部１ａは、信号ＳＯＮを、時別特定周波数断続部４１及び周波数決定部４４に与えられる。この信号ＳＯＮは、第１の実施形態で説明したとおり、ＶＡＤ１９が受信信号中に音声を検出するたびに出力される信号である。
【０３１１】
周波数決定部４４は、信号ＳＯＮが入力されるたびに、出力指定周波数ωｎを変更して、時別特定周波数断続部４１及び時別特定周波数波形再現部４２に出力する。
【０３１２】
ここで、周波数決定部４４による出力指定周波数ωｎの決定方法について説明する。周波数決定部４４は、予め初期値を設定しておき、タイミング制御部１ａから信号ＳＯＮを受信するたびに、所定値だけ周波数を増減させる方法を適用することができる。
【０３１３】
第４の実施形態の具体的な出力指定周波数ωｎの決定方法を図１７を用いて説明する。図１７は、周波数決定部４４による出力指定周波数ωｎの決定を説明する説明図である。
【０３１４】
図１７において、例えば、出力指定周波数ωｎの初期値を１．０ｋＨｚとしておき、タイミング制御信号１ａから信号ＳＯＮを受信するたびに、前回の出力指定周波数（第１回目の信号ＳＯＮ受信時は、初期値）に対して、１ｋＨｚだけ上昇させた周波数を、今回の出力指定周波数とする。なお、出力指定周波数ωｎが上限値（例えば、３．０ｋＨｚ）に達したときには、再び１．０ｋＨｚに戻り、出力指定周波数ωｎの変更を行う。
【０３１５】
上記より、周波数決定部４４は、予め複数の周波数を設けておき、信号ＳＯＮを受信するたびに、所定の順序で出力指定周波数ωｎを選択することで実現できる。なお、第４の実施形態では、巡回させる周波数の上限を３．０ｋＨｚとし、予め設定する周波数の個数を３個とした場合を例示するが、これに限定されない。
【０３１６】
なお、出力指定周波数ωｎの初期値を１．０ｋＨｚとしたが、これに限定されるものではなく、又周波数の変化幅を１．０ｋＨｚとしたが、これに限定されるものではない。
【０３１７】
時別特定周波数断続部４１では、第１の実施形態と同様にして、入力した音声信号ｘ（ｎ）のうち、特定周波数成分が断続的に削除されるが、第４の実施形態では、時別特定周波数断続部４１が、周波数決定部４４から指定された周波数ωｎの周波数成分を断続的に音声信号ｘ（ｎ）から削除する。なお、周波数成分の削除の動作は、第１の実施形態と同じであるので、ここでは詳細な説明をしない。
【０３１８】
また、時別特定周波数波形再現部４２においても、第１の実施形態と同様にして、Ｓｉｎ１２から入力した信号ｙ（ｎ）のうち特定周波数成分が抽出されるが、時別特定周波数波形再現部４２は、周波数決定部４４から指定された周波数ωｎの周波数成分を抽出して、波形を再現する。なお、周波数成分の波形再現の動作は、第１の実施形態と同じであるので、ここでは詳細な説明をしない。
【０３１９】
時別特定周波数波形再現部４２により再現された波形ｙｔ（ｎ）は、直近近端ノイズ計算部４３に入力する。上記のように、時別特定周波数波形再現部４２は、周波数決定部４４により巡回的に変更した周波数ωｎの周波数成分の波形を再現する。
【０３２０】
直近近端ノイズ計算部４３は、巡回的に変更された周波数ωｎの周波数成分のパワーＰｎ及びＰｓｎを計算するが、第１の実施形態と異なり、周波数ωｎが一巡するまで、各周波数成分の近端ノイズのパワーＰｎと、エコー及び近端ノイズの合算パワーＰｓｎとを、パワー値保持部４３１に保持する。
【０３２１】
そして、直近近端ノイズ計算部４３は、周波数ωｎが一巡すると、パワー値保持部４３１で保持した各周波数ωの近端ノイズのパワーＰｎと、エコー及び近端ノイズの合算パワーＰｓｎとの組み合わせを、ステップゲイン計算部３１に出力する。
【０３２２】
このとき、パワー値保持部４３で保持する近端ノイズのパワーＰｎとエコー及び近端ノイズの合算パワーＰｓｎとは、周波数ω１〜ω３のそれぞれの直近の最新の値の組み合わせとなるようにする。
【０３２３】
すなわち、近端ノイズのパワーＰｎとエコー及び近端ノイズの合算パワーＰｓｎとは、最後に計算した値が最新となるように、前回の古い値を上書きする。そして、３個の周波数のそれぞれのＰｎ及びＰｓｎの組み合わせをステップゲイン計算部３１に出力する。
【０３２４】
ステップゲイン計算部３１は、第３の実施形態の動作と同じであるので、ここでは説明しない。
【０３２５】
（Ｄ−３）第４の実施形態の効果
以上のように、第４の実施形態によれば、以下に示すように、装置規模やソフトウェア規模の節約をすることができる。
【０３２６】
第３の実施形態は、予め定めた複数の周波数に関して、同時に周波数成分の削除と周波数成分の再現を行うものである。そのため、削除対象の周波数が増えれば、それだけ演算処理の規模が大きくなり、近端ノイズの周波数特性をきめ細かく分析してエコーキャンセラ１の性能を向上させようとする、演算規模が大きくなり得る。
【０３２７】
そこで、第４の実施形態では、周波数決定部４４が巡回的に削除対象の周波数を決定し、これに応じて、時別特定周波数断続部４１及び時別特定周波数波形再現部４２が、周波数成分の削除及び再現を行うようにし、直近近端ノイズ計算部４３が、各周波数のＰｎ及びＰｓｎを一旦保持して、これら各周波数の直近のパワーの組み合わせをゲインステップ計算部３１に出力することで、同時に複数周波数の削除演算が発生しないようにした。同様に、送信側経路でも複数周波数成分波形の再現演算が発生しないようにした。
【０３２８】
すなわち、第４の実施形態では、第３の実施形態のごとく、近端ノイズの周波数パワーの全体特性の特徴を求めるのに複数の周波数成分の近端ノイズパワーからステップゲインを計算する機能は維持しつつも、第３の実施形態と異なり、一回の処理で除去する周波数成分は１個であるので、基本的には周波数の除去に伴う演算処理に関して、第１の実施形態で説明した演算規模、装置規模を大きく増強する必要はなく、装置規模やソフトウェア規模の大規模化を回避することができ、エコーキャンセラ１のステップゲインをきめ細かく設定して、エコー除去性能を向上できる。
【０３２９】
（Ｅ）第５の実施形態
次に、本発明のエコーキャンセラの第５の実施形態を図面を参照しながら説明する。
【０３３０】
（Ｅ−１）第５の実施形態の構成及び動作
図１８は、第５の実施形態のエコーキャンセラ及びその周辺構成を示す構成図である。なお、図１８において、図１に示す構成要素と対応するものには、同じ番号を付与している。
【０３３１】
図１８において、第５の実施形態の構成は、エコーキャンセラ１−Ｌ、エコーキャンセラ１−Ｈ、低域通過フィルタ（以後、ＬＰＦともいう）５０−ａ及び５０−ｂ、高域通過フィルタ（以後、ＨＰＦともいう）５１−ａ及び５１−ｂ、受信側信号合成加算器５３、送信側信号加算器５２、Ｄ／Ａ５、スピーカ端子６、スピーカ７、マイク９、マイクロフォン端子１０、Ａ／Ｄ１１を少なくとも有する。
【０３３２】
遠端話者側からの音声信号ｘ（ｎ）は、ＬＰＦ５０−ａ及びＨＰＦ５１−ａに入力する。
【０３３３】
低域通過フィルタ（ＬＰＦ）５０−ａは、受信した音声信号ｘ（ｎ）を入力して、所定の周波数帯域未満の信号ｘｌ（ｎ）を通過させ、エコーキャンセラ１−Ｌに与えるものである。
【０３３４】
ここで、ＬＰＦ５０−ａは、例えば、音声信号ｘ（ｎ）の全周波数帯域の半分未満の周波数成分を通過させるものである。例えば、音声信号ｘ（ｎ）全体の信号成分が８ｋＨｚまでとすると、ＬＰＦ５０−ａは、全周波数成分０〜８ｋＨｚのうち４ｋＨｚ未満の周波数成分を通過させる。
【０３３５】
高域通過フィルタ（ＨＰＦ）５１−ａは、受信した音声信号ｘ（ｎ）を入力して、所定の周波数帯域以上の信号ｘｈ（ｎ）を通過させ、エコーキャンセラ１−Ｈに与えるものである。
【０３３６】
ここで、ＨＰＦ５１−ａは、例えば、音声信号ｘ（ｎ）の全周波数帯域の半分以上の周波数成分を通過させるものである。例えば、８ｋＨｚの信号成分を有する場合、ＨＰＦ５１−ａは、４ｋＨｚ以上の周波数成分を通過させる。
【０３３７】
なお、ＬＰＦ５０−ａ及びＨＰＦ５１−ａの通過帯域は、受信側信号加算器５３で信号加算したときに、周波数帯域を再構成できれば、上記の通信帯域に限定されない。
【０３３８】
エコーキャンセラ１−Ｌは、ＬＰＦ５０−ａ及び５０−ｂにより所定の周波数帯域未満の信号成分についてのエコー削除を行うものである。エコーキャンセラ１−Ｌは、第１の実施形態のエコーキャンセラ１と同じものである。
【０３３９】
エコーキャンセラ１−Ｈは、ＬＰＦ５１−ａ及び５１−ｂにより所定の周波数帯域以上の信号成分についてのエコー削除を行うものである。エコーキャンセラ１−Ｈは、第１の実施形態のエコーキャンセラ１と同じものである。
【０３４０】
受信側信号加算器５３は、エコーキャンセラ１−Ｌの受信出力信号Ｒｏｕｔ＿ｌ（ｎ）と、エコーキャンセラ１−Ｈの受信出力信号Ｒｏｕｔ＿ｈ（ｎ）とを入力し、これら受信出力信号Ｒｏｕｔ＿ｌ（ｎ）と受信出力信号Ｒｏｕｔ＿ｈ（ｎ）とを合算して、１つの信号Ｒｏｕｔ＿ａｌｌ（ｎ）にするものである。また、受信側信号加算器５３は、信号Ｒｏｕｔ＿ａｌｌ（ｎ）をＤ／Ａ５に出力するものである。
【０３４１】
低域通過フィルタ（ＬＰＦ）５０−ｂは、Ａ／Ｄ１１によりディジタル変換された信号ｙ（ｎ）を入力し、所定の周波数帯域未満の信号成分ｙｌ（ｎ）をエコーキャンセラ１−Ｌに与えるものである。
【０３４２】
高域通過フィルタ（ＨＰＦ）５１−ｂは、Ａ／Ｄ１１によりディジタル変換された信号ｙ（ｎ）を入力し、所定の周波数帯域以上の信号成分ｙｈ（ｎ）をエコーキャンセラ１−Ｈに与えるものである。
【０３４３】
送信側信号加算器５２は、エコーキャンセラ１−Ｌの送信出力信号Ｓｏｕｔ＿ｌ（ｎ）と、エコーキャンセラ１−Ｈの送信出力信号Ｓｏｕｔ＿ｈ（ｎ）とを受け取り、送信出力信号Ｓｏｕｔ＿ｌ（ｎ）と送信出力信号Ｓｏｕｔ＿ｈ（ｎ）とを合算して、１つの信号Ｓｏｕｔ＿ａｌｌ（ｎ）を遠端話者側に出力するものである。
【０３４４】
なお、第５の実施形態では、ＬＰＦ及びＨＰＦを用いて、信号の周波数帯域を低域と高域との２分割した場合を例示したが、３分割以上するようにしても良い。
【０３４５】
また、エコーキャンセラ１−Ｌ及び１−Ｈは、第１の実施形態のエコーキャンセラ１を適用した場合を例示したが、第２〜第４の実施形態で説明したエコーキャンセラ１のいずれかを適用するようにしても良い。
【０３４６】
さらに、エコーキャンセラ１−Ｌとエコーキャンセラ１−Ｈとは、同一の機能をもつエコーキャンセラを適用しても良いし、それぞれ異なる機能をもつエコーキャンセラを適用するようにしても良い。
【０３４７】
（Ｅ−２）第５の実施形態の効果
以上のように、第５の実施形態によれば、以下のような効果を奏する。
【０３４８】
第３の実施形態では、予め定められた複数の周波数において、エコー混じりのない近端ノイズ成分を計算し、全体周波数に与える影響度が大きい部分をステップゲインに反映するようにした。
【０３４９】
しかし、近端ノイズ成分が特定のノイズ発生源として既知である場合、例えば、金切り音や研磨用ルータ等の特定周波音が近端ノイズの支配的成分であることが事前にわかっている場合、全体の大まかな特性を考慮するよりも、それらの支配的ノイズ成分の周波数帯域において独自にステップゲインを別に定めてエコー除去処理したほうがエコー除去の性能が向上する場合がある。
【０３５０】
第５の実施形態は、上記に鑑みたものであり、第１の実施形態の構成に加え、ＬＰＦ及びＨＰＦを設け、受信入力信号を低域と高域とに分割し、各々の周波数帯域での信号をエコーキャンセルで処理するようにした。
【０３５１】
すなわち、支配的な近端ノイズが、ある周波数帯域では当該帯域独自のステップゲインを設定してエコーキャンセル部が動作し、特殊な既知の近端ノイズがないその他の周波数帯域に関しては第１〜第３実施形態のごとく、通常近端ノイズの存在を前提にしたステップゲインを設定したうえでエコーキャンセル処理を行うことで、各々の周波数帯域で最適なステップゲイン動作をもとのエコーキャンセル部がエコー除去を行うので、第３の実施形態では対応が困難な突出した周波数の近端ノイズがあるような環境でも適切にエコー除去をできるようになるのである。
【０３５２】
（Ｆ）第６の実施形態
次に、本発明のエコーキャンセラの第６の実施形態を図面を参照しながら説明する。
【０３５３】
（Ｆ−１）第６の実施形態の構成
図１９は、第６の実施形態のエコーキャンセラ及びその周辺構成を示す構成図である。第６の実施形態が、第１の実施形態と異なる点は、新たにエコー経路変動判定部６０を設けたこと、ステップゲイン計算部１５ｂに代えてステップゲイン計算部６１を設けたこと、ステップゲイン計算部６１を設けたことによる適応フィルタ６２の機能である。
【０３５４】
それ以外の構成については、第１の実施形態と同じであり、図１と同一の符号の付与している。
【０３５５】
エコー経路変動判定部６０は、エコー打消し加算器１３の残差信号ｅ（ｎ）パワーと、近端ノイズパワーＰｎ（ｎ）との短時間平均及び長時間平均を計算し、これらの短時間平均と長時間平均の乖離から近端ノイズパワーＰｎ（ｎ）の増加と、残差信号ｅ（ｎ）パワーの増加を検出し、残差信号ｅ（ｎ）パワーの増加が、近端ノイズパワーの原因か否かを判定することで、エコー経路の変動を判定するものである。
【０３５６】
図２０は、エコー経路変動判定部６０の内部構成を示すブロック図である。図２０に示すように、エコー経路変動判定部６０は、残差信号短期平均パワー計算部６０１、残差信号長期平均パワー計算部６０２、近端ノイズ短期平均パワー計算部６０３、近端ノイズ長期平均パワー計算部６０４、条件判定部６０５、エコー経路変動検出フラグ出力部６０６を少なくとも有する。
【０３５７】
残差信号短期平均パワー計算部６０１は、エコー打消し加算器１３から出力される残差信号の短期平均パワーを計算するものである。
【０３５８】
残差信号長期平均パワー計算部６０２は、エコー打消し加算器１３から出力される残差信号の長期平均パワーを計算するものである。
【０３５９】
近端ノイズ短期平均パワー計算部６０３は、近端ノイズ推定部３からの近端ノイズパワーＰｎの短期平均パワーを計算するものである。
【０３６０】
近端ノイズ長期平均パワー計算部６０４は、近端ノイズ推定部３からの近端ノイズパワーＰｎの長期平均パワーを計算するものである。
【０３６１】
なお、近端ノイズ短期平均パワー計算部６０３及び近端ノイズ長期平均パワー計算部６０４は、残差信号短期平均パワー及び残差信号長期平均パワーとのサンプル順が合うように、所定時間だけ近端ノイズパワーＰｎを保持する。
【０３６２】
条件判定部６０５は、残差信号短期平均パワー、残差信号長期平均パワー、近端ノイズ短期平均パワー及び近端ノイズ長期平均パワーを用いて、後述する所定の条件を判定することにより、エコー経路が変動したか否かを判定するものである。
【０３６３】
エコー経路変動検出フラグ出力部６０６は、条件判定部６０５の判定結果に応じて、エコー経路変動検出フラグを、ステップゲイン計算部６１に出力するものである。
【０３６４】
（Ｆ−２）第６の実施形態の動作
次に、第６の実施形態のエコーキャンセラ１における処理の動作を図面を参照しながら説明する。
【０３６５】
まず、エコー経路変動判定部６０の動作を説明する。図１９において、エコー経路変動判定部６０には、近端ノイズ推定部３から近端ノイズパワーＰｎと、エコー及び近端ノイズの合算パワーＰｓｎとが入力する。
【０３６６】
なお、以下では、Ｐｎ及びＰｓｎが、サンプル順に、エコー経路変動判定部６０へ入力することを意識するために、Ｐｎ（ｎ）及びＰｓｎ（ｎ）と表記する。
【０３６７】
また、エコー経路変動判定部６０には、エコー打消し加算器１３から残差信号ｅ（ｎ）が入力される。
【０３６８】
エコー経路変動判定部６０では、残差信号短期平均パワー計算部６０１及び残差信号長期平均パワー計算部６０２が、式（３０）及び（３１）に従って、入力された残差信号ｅ（ｎ）に基づいて、短期平均パワーＰｅ＿ｓｈｏｒｔ（ｋ）と長期平均パワーＰｅ＿ｌｏｎｇ（ｋ）とを計算する。
【０３６９】
また、近端ノイズ短期平均パワー計算部６０３及び近端ノイズ長期平均パワー計算部６０４は、近端ノイズ推定部３から近端ノイズパワーＰｎ（ｎ）を入力すると、サンプル順を合わせるために、所定時間だけ近端ノイズパワーＰｎ（ｎ）を保持する。
【０３７０】
そして、近端ノイズ短期平均パワー計算部６０３及び近端ノイズ長期平均パワー計算部６０４は、式（３１）及び（３２）に従って、入力された近端ノイズＰｎ（ｋ）に基づいて、短期平均パワーＰｎ＿ｓｈｏｒｔ（ｋ）と長期平均パワーＰｎ＿ｌｏｎｇ（ｋ）とを計算する。
【数１５】
0005493817.tif 000016
【０３７１】
式（３０）〜（３３）において、δ６ｓ、δ６ｌは、平均処理の追従の速さを決める定数である。δ６ｓ、δ６ｌが、大きいと時間変動に対して敏感に反応する代わりに背景ノイズの影響を受けやすくなり、逆に小さくなると大まかな時間変動に対して主に追従し、細かなノイズの影響を受けにくくなる。例えば、第６の実施形態では、δ６ｓが時間相当で２０ｍｓに相当する定数とし、δ６ｌは５秒相当にする時間定数を用いる。
【０３７２】
続いて、エコー経路変動判定部６０では、条件判定部６０５が、残差信号短期平均パワーＰｅ＿ｓｈｏｒｔ（ｋ）、残差信号長期平均パワーＰｅ＿ｌｏｎｇ（ｋ）、近端ノイズ短期平均パワーＰｎ＿ｓｈｏｒｔ（ｋ）及び近端ノイズ長期平均パワーＰｎ＿ｌｏｎｇ（ｋ）に基づいて、以下のような条件判定を行い、エコー経路が変動したか否かを判定する。
【０３７３】
まず、条件判定部６０５は、式（３４）が成立するか否かを判定する。
【０３７４】
Ｐｅ＿ｓｈｏｒｔ（ｋ）≧Ｐｅ＿ｌｏｎｇ（ｋ）＋ＥＰＤ＿ｍ      …（３４）
また、式（３４）が成立する場合、条件判定部６０５は、式（３５）が成立するか否かを判定する。
【０３７５】
Ｐｎ＿ｓｈｏｒｔ（ｋ）≧Ｐｎ＿ｌｏｎｇ（ｋ）＋ＥＰＤ＿ｍ      …（３５）
式（３４）及び（３５）において、ＥＰＤ＿ｍは、信号のパワー変動を検出する閾値である。例えば、第６の実施形態では、ＥＰＤ＿ｍ＝６ｄＢに相当する値を用いるが、これに限定されるものではない。
【０３７６】
式（３４）の成立に続いて、式（３５）が成立する場合、残差信号ｅ（ｎ）のパワーが増加し、かつ、近端ノイズパワーＰｎ（ｎ）も増加したときである。このとき、エコー経路変動判定部６０は、残差信号ｅ（ｎ）のパワー増加要因が近端ノイズパワーＰｎ（ｎ）の増加であるので、何も出力しない。
【０３７７】
一方、式（３４）が成立したが、式（３５）が成立しない場合、残差信号ｅ（ｎ）のパワ０は増加しているが、近端ノイズパワーＰｎ（ｎ）は増加していないので、残差信号ｅ（ｎ）のパワー増加は、近端ノイズパワーＰｎ（ｎ）以外の原因、すなわちエコー経路変動が起きたとみなす。このとき、エコー経路変動判定部６０は、エコー経路変動検出フラグ出力部６０６が、エコー経路変動検出フラグｅｐｃ＝１をステップゲイン計算部６１に出力する。それ以外の場合、エコー経路変動フラグ出力部６０６は、エコー経路変動検出フラグｅｐｃ＝０を出力する。
【０３７８】
さらに、エコー経路変動判定部６０では、ｅｐｃ＝１の場合、式（３６）の条件判定を行う。
【０３７９】
Ｐｅ＿ｌｏｎｇ（ｋ）≧Ｐｎ＿ｌｏｎｇ（ｋ）＋ＡＤＦ＿ｃｌｅａｒ＿ｍ  （ｄＢ）…(36)
ここで、ＡＤＦ＿ｃｌｅａｒ＿ｍは、適応フィルタ６２の係数クリア実行の判定閾値である。例えば、第６の実施形態では、１２ｄＢを用いたが、これに限定されない。
【０３８０】
式（３４）に始まり、式（３６）までが成立するときは、残差信号ｅ（ｎ）パワーが近端ノイズパワーＰｎ（ｎ）を相当量、継続的に上回り続けていることを意味する。
【０３８１】
エコー経路変動判定部６０は、式（３４）に始まり式（３６）までが成立するときは、エコー経路の変化が大きく、現状の適応フィルタ６２のフィルタ係数更新のステップゲイン制御では追従がまかない切れなくなったか、適応フィルタ６２のフィルタ係数自体がすでに不適切な状態に陥った可能性が大きいとすることができる。そこで、この場合、エコー経路変動判定部６０では、エコー経路変動検出フラグ出力部６０６が、適応フィルタ６２のフィルタ係数を一旦クリアする信号ｃｌｒを、適応フィルタ６２に出力する。
【０３８２】
適応フィルタ６２は、エコー経路変動判定部６０から信号ｃｌｒが入力されたときは、一旦、図示しない適応フィルタ６２内部の適応フィルタのフィルタ係数をクリアする。
【０３８３】
一方、式（３６）が成立しないときは、適応フィルタ６２は、フィルタ係数をクリアしないので、後述するステップゲイン計算部６１の出力するステップゲインα６を用いて、適応フィルタ６２の係数を更新する。
【０３８４】
次に、第６の実施形態のステップゲイン計算部６１の動作を説明する。
【０３８５】
上述したように、エコー経路変動検出フラグｅｐｃ＝１が成立したときは、音響エコー経路８の変動が発生しており、エコーキャンセラ１の追従は早いほうが望ましい。勿論、第１の実施形態でも、ステップゲインの大きさにはエコー量と近端ノイズ量とが反映されるので、音響エコー経路８の変動が通常の電話使用中の話者の身じろぎの様な場合は十分な性能を発揮できることが多い。
【０３８６】
しかし、例えば自動車電話ハンズフリー、航空機無線装置など、近端話者が自動車運転、装置操作のため基本的に動き続けることが常態であるような激しい経路変化がある場合には、より一層エコーキャンセラ１の追従を高速に行って、エコー増加及びハウリングを防止する必要がある。
【０３８７】
第６の実施形態は、上記に鑑みたものである。以下では、ステップゲイン計算部６１の動作を説明する。
【０３８８】
ステップゲイン計算部６１は、エコー経路変動検出フラグｅｐｃに応じて、ステップゲイン計算部６１は、式（３７）のように、ステップゲインα６を計算して、擬似エコー作成部に出力する。
【数１６】
0005493817.tif 000017
【０３８９】
式（３７）からわかるように、ｅｐｃ＝０のとき、ステップゲインα６は、第１の実施形態で示した式（１０）と同じである。また、ｅｐｃ＝１のとき、ステップゲインα６は、α６＝１．５とした。これは、エコーキャンセラ１の同定アルゴリズムの安定条件の範囲内の大きな値であれば、この値に限定しない。例えば、第６の実施形態では、同定アルゴリズムとしてＮＬＭＳアルゴリズムを適用したので、ステップゲインα６は、０≦α６≦２．０の範囲で適宜定めるようにして良い。また、他のアルゴリズムを用いたときも安定条件の範囲内で大きな値を設定すれば良い。
【０３９０】
（Ｆ−３）第６の実施形態の効果
以上のように、第６の実施形態では、エコー経路変動判定部６０を設けることにより、残差信号ｅ（ｎ）パワーの増加が、近端ノイズパワーの増加が、近端ノイズによるものではないと判定したときに、エコー変動検出フラグｅｐｃ＝１をステップゲイン計算部６１に出力し、ステップゲイン計算部６１はエコー変動検出フラグｅｐｃ＝１を入力されたときには、ステップゲインα６を同定アルゴリズムの安定条件範囲内の大きな値に設定してエコーキャンセラの収束を早めるようにしたので、エコー経路変動の頻繁な環境でもよく環境に追従してエコーを除去できる。また、残差信号ｅ（ｎ）の長期平均パワーが、近端ノイズの長期平均パワーよりも、予め定めた閾値よりも上回ったときには、エコーキャンセラ１の適応フィルタ６２のフィルタ係数をクリアするようにしたので、エコーキャンセラ１が不適切なフィルタ係数を誤って維持することで発生するハウリングを検出、回避して安定に通話が維持できるようになるのである。
【０３９１】
（Ｇ）他の実施形態
（Ｇ−１）第１の実施形態では、送信側の特定周波数波形再現部１８おいて、特定の周波数の波形を時間時にまで精密に再生して近端ノイズ計算部１ｂでノイズ期間の信号パワーとノイズとエコーが混じった期間の信号パワーを計算するようにしたが、例えば、タイミング制御部による周波数成分の遮断の周期をゆっくりとしてかまわない場合には、送信側周波数／時間変換部１８４を省略し、タイミング制御部からの出力Ｔによって、特定周波数成分保持部１７３からの周波数簡域によるパワーを、時間領域のパワーの変わりに用いてもよい。
【０３９２】
（Ｇ−２）第１〜第６の実施形態で、式（１５）〜式（１７）でＫを定数としたが、Ｋとして適当な関数、特に式（１３）’を入力として、正の値を出力する関数を用いるようにしても良い。
【０３９３】
｛（Ｐｓｎ−Ｐｎ）／Ｐｓｎ｝＝｛Ｐｏｗ＿ｅ／（Ｐｏｗ＿ｎ＋Ｐｏｗ＿ｅ）｝…（１３’）
（Ｇ−３）第１〜６の実施形態では、ノイズ、エコー信号の信号強度の計算にパワーを用いたが、絶対値を用いるようにしてもよい。
【０３９４】
（Ｇ−４）第２の実施形態で、送信側で検出する周波数を２個で説明したが、より個数の多い複数であってもよい。
【０３９５】
（Ｇ−５）第３の実施形態においては、ノイズパワーの最大値、推定エコーパワーの最大値を用いるようにしたが、これに限定しない。
【０３９６】
例えば、エコーキャセラ動作の安定性だけを他性能より重視する場合、各々平均値を用いてもよく、最小値を用いるようにしてもよい。
【０３９７】
（Ｇ−６）第３の実施形態で、ステップゲイン計算部３１が計算するステップゲインを式（２９）のようにしたが、これは式（１０）を基本にして考案したが、同様に式（１０）’〜式（１７）を基本にして用い、（Ｐｓｎ−Ｐｎ）をＰｅｃｈｏ＿ｍａｘに、ＰｓｎをＰｓｎ＿ｍａｘに読み替えてステップゲインを計算するようにしてもよい。
【０３９８】
（Ｇ−７）第５の実施形態において、高域を処理するエコーキヤンヤラ、低域を処理するエコーキャンセラを第１の実施例と同じエコーキャンセラで説明したが、第２〜４の実施形態のエコーキャンセラで構成してもよい。
【０３９９】
（Ｇ−８）第５の実施形態において、周波数の分割を帯域幅の等しい分割としたが、分割帯域の幅を不等分にして全体をまかなうようにしてもよい。
【０４００】
（Ｇ−９）第６の実施形態において、残差信号のパワーの長期平均が、近端ノイズパワーの長期平均より所定の閾値より大きくなったとき、エコーキャンセラの内部適応フィルタの係数を即時リセットするようにしたが、エコー変化の聴感変化を緩やかにするために、適応フィルタの内部定数を０に向かわせるよう、徐々に縮小するようにしてもよい。
【符号の説明】
【０４０１】
１、１−Ｌ、１−Ｈ…エコーキャンセラ、
２…受信入力端子、４…受信出力端子、５…ディジタル／アナログ変換器、
６…スピーカ端子、７…スピーカ、９…マイクロフォン、１０…マイクロフォン端子、
１１…アナログ／ディジタル変換器、１２…送信入力端子、１３…エコー打消し加算器、
１４…送信出力端子、１５…適応フィルタ、１５ａ…擬似エコー作成部、
１５ｂ、３１、６１…ステップゲイン計算部
３…近端ノイズ推定部、
１９…音声検出部（ＶＡＤ）、１ａ…タイミング制御部、
１ｂ、２３、３４…近端ノイズ計算部、１７、３２…特定周波数断続部、
１７１…データ保持部、１７０、３１１、３２１、４７０…受信側時間／周波数変換部、
１７３、３１３、３２３…特定周波数保持部、
１７４、３１４、３２４、４７４…受信側周波数／時間変換部、１７７…スイッチ部、
１７８…成分キャンセル加算器、１８…特定周波数波形再現部、
１８０、２８０、３４０、３５０、４８０…送信側時間／周波数変換部、
１８２、２８２、３４３、３５３…特定周波数成分保持部、
１８４、３４５、３５５、４８４…送信側周波数／時間変換部、
２０…特定周波数遮断部、２１…送信側特定周波数成分抽出部、
３０…周波数別近端ノイズ推定部、
３３…並列キャンセル成分発生部、３５…並列周波数波形再現部
４０…時分割周波数別近端ノイズ推定部、
４１…時別特定周波数断続部、４２…時別特定周波数波形再現部、
４３…直近近端ノイズ計算部、４４…周波数決定部、
６０…エコー経路変動判定部。
【図１】
0005493817.tif 000019
【図２】
0005493817.tif 000020
【図３】
0005493817.tif 000021
【図４】
0005493817.tif 000022
【図５】
0005493817.tif 000023
【図６】
0005493817.tif 000024
【図７】
0005493817.tif 000025
【図８】
0005493817.tif 000026
【図９】
0005493817.tif 000027
【図１０】
0005493817.tif 000028
【図１１】
0005493817.tif 000029
【図１２】
0005493817.tif 000030
【図１３】
0005493817.tif 000031
【図１４】
0005493817.tif 000032
【図１５】
0005493817.tif 000033
【図１６】
0005493817.tif 000034
【図１７】
0005493817.tif 000035
【図１８】
0005493817.tif 000036
【図１９】
0005493817.tif 000037
【図２０】
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