(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
再生信号を周波数領域の再生信号スペクトルＸω,iに変換する再生信号周波数分析段階と、
収音信号を周波数領域の収音信号スペクトルＹω,iに変換する収音信号周波数分析段階と、
上記再生信号スペクトルＸω,iと上記収音信号スペクトルＹω,iとを入力として全周波数領域のエコーパワー推定値｜Ｄω,i＾｜２を計算するエコーパワー推定段階と、
上記収音信号スペクトルＹω,iと上記エコーパワー推定値｜Ｄω,i＾｜２とを入力として、上記収音信号スペクトルＹω,iのパワー｜Ｙω,i｜２と、上記エコーパワー推定値｜Ｄω,i＾｜２にエコーパワー補正値Φｉを乗じた値との差分を最小化する最小二乗解からエコーパワー補正値Φｉを求めるエコーパワー補正値計算段階と、
上記収音信号スペクトルＹω,iと上記エコーパワー補正値Φｉと上記エコーパワー推定値｜Ｄω,i＾｜２とを入力として、エコーを抑圧するゲイン係数を、上記エコーパワー補正値Φｉが大きな値をとるほど小さな値になるように計算するエコー抑圧ゲイン計算段階と、
を有するエコー抑圧ゲイン推定方法。
【請求項２】
請求項１に記載のエコー抑圧ゲイン推定方法において、
上記エコーパワー補正値計算段階は、
エコーパワー補正値Φｉを求めるのに用いる上記エコーパワー推定値｜Ｄω,i＾｜２のエネルギーよりも、全周波数領域から計算される実際のエコーパワースペクトルのエネルギーが大きいほど、大きなエコーパワー補正値を求める段階、
であることを特徴とするエコー抑圧ゲイン推定方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のエコー抑圧ゲイン推定方法において、
上記エコーパワー補正値計算段階は、
エコーパワー推定値の平方根の大きさ｜Ｄω,i＾｜のα乗と収音信号スペクトルの大きさ｜Ｙω,i｜のα乗とを乗じた値を全周波数範囲と過去Ｎフレームにわたる所定の範囲で計算した値を全て加算した値を、エコーパワー推定値の平方根｜Ｄω,i＾｜の大きさの２α乗の値を全周波数領域と過去Ｎフレームにわたる所定の範囲で計算した値を全て加算した値で除した値を、エコーパワー補正値Φｉとして計算する段階、
であることを特徴とするエコー抑圧ゲイン推定方法。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載のエコー抑圧ゲイン推定方法において、
上記エコー抑圧ゲイン計算段階は、上記エコーパワー推定値の平方根｜Ｄω,i＾｜の大きさをβでべき乗した値に、上記エコーパワー補正値Φｉを乗算したエコーパワー調整値を生成するエコーパワー調整過程を、含むことを特徴とするエコー抑圧ゲイン推定方法。
【請求項５】
請求項４に記載のエコー抑圧ゲイン推定方法において、
上記エコー抑圧ゲイン計算段階は、
上記エコーパワー調整過程と、
上記収音信号スペクトルの大きさ｜Ｙω,i｜を上記βでべき乗した値から上記エコーパワー調整値を減算する減算過程と、
上記減算過程の出力信号を上記収音信号スペクトルの大きさ｜Ｙω,i｜を上記βでべき乗した値で除算する除算過程と、
から成ることを特徴とするエコー抑圧ゲイン推定方法。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れかに記載のエコー抑圧ゲイン推定方法において、
上記エコーパワー補正値計算段階は、
計算して求めたエコーパワー補正値Φｉの大きさに、上限と下限を設ける上下限調整過程を含むことを特徴とするエコー抑圧ゲイン推定方法。
【請求項７】
再生信号を周波数領域の再生信号スペクトルＸω,iに変換する再生信号周波数分析部と、
収音信号を周波数領域の収音信号スペクトルＹω,iに変換する収音信号周波数分析部と、
上記再生信号スペクトルＸω,iと上記収音信号スペクトルＹω,iとを入力として全周波数領域のエコーパワー推定値｜Ｄω,i＾｜２を計算するエコーパワー推定部と、
上記収音信号スペクトルＹω,iと上記エコーパワー推定値｜Ｄω,i＾｜２とを入力として、上記収音信号スペクトルＹω,iのパワー｜Ｙω,i｜２と、上記エコーパワー推定値｜Ｄω,i＾｜２にエコーパワー補正値Φｉを乗じた値との差分を最小化する最小二乗解からエコーパワー補正値を求めるエコーパワー補正値計算部と、
上記収音信号スペクトルＹωと上記エコーパワー補正値Φｉと上記エコーパワー推定値｜Ｄω,i２とを入力として、エコーを抑圧するゲイン係数を上記エコーパワー補正値Φｉが大きな値をとるほど小さな値になるように計算するエコー抑圧ゲイン計算部と、
を具備するエコー抑圧ゲイン推定装置。
【請求項８】
請求項１乃至６の何れかに記載したエコー抑圧ゲイン推定方法を、コンピュータで処理するためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、音響再生系を有する通信会議システム等に用いられるエコー消去装置及び、それに適用されるエコー抑圧ゲイン推定方法と、そのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
短時間スペクトル振幅（STSA：Sort-Time Spectral Amplitude）推定に基づくエコー抑圧処理は、エコーと近端話者音声の無相関を仮定してエコーを抑圧するゲイン係数を推定し、振幅周波数領域でエコーを抑圧する方法であり、例えば非特許文献１に記載されている。これに対し、エコー抑圧後の音声品質向上のため、非特許文献１に記載される上記ゲイン係数の推定方法（以下、「エコー抑圧ゲイン推定方法」と称す）を改善した手法として、特許文献１が提案されている。ここでは、特許文献１に開示されたエコー抑圧ゲイン推定方法を用いたエコー消去装置１０の機能構成例を、図１０に示してその動作を簡単に説明する。
【０００３】
エコー消去装置１０は、再生信号周波数分析部８１と、収音信号周波数分析部８２と、エコーパワー推定部８３と、類似度係数計算部１２と、エコー抑圧ゲイン計算部１４と、乗算部８５と、周波数合成部８６とを備える。再生信号ｘ（ｋ）は、例えばサンプリング周波数１６ｋＨｚで離散値とされた信号であり、スピーカ１によって音響信号に変換される。なお、再生信号を離散値化するＡＤ変換器と、その離散値を連続値に変換するＤＡ変換器については省略している。ここでｋは、所定間隔の離散時間を示すサンプル点の番号であり、再生信号ｘ（ｋ）と収音信号ｙ（ｋ）はディジタル信号である。
【０００４】
再生信号周波数分析部８１は、再生信号の離散値を２５６点集めて１フレームとし、１/２オーバーラップ加算による周波数分析を行い、フレーム単位で８ｋＨｚまでの周波数範囲を１２８個の再生信号スペクトルＸω,iに変換する。ｉはフレーム番号であり、ωはこの例の場合６４Ｈｚの間隔で得られる周波数スペクトルの番号（０〜１２７）である。
【０００５】
マイクロホン２で収音される収音信号ｙ（ｋ）は、再生信号ｘ（ｋ）がスピーカ１から再生されたことによるエコーｄ（ｋ）が、近端話者信号ｓ（ｋ）に重畳した信号である。その収音信号ｙ（ｋ）は、再生信号ｘ（ｋ）と同じように収音信号周波数分析部８２によって収音信号スペクトルＹω,iに変換される。Ｙω,iはＹω,i＝Ｄω,i+Ｓω,i、Ｄω,iはエコースペクトル、Ｓω,iは近端話者信号スペクトル、である。
【０００６】
エコーパワー推定部８３は、再生信号スペクトルＸω,iと収音信号スペクトルＹω,iとを入力として式（１）に示すエコーパワー推定値｜Ｄω,i＾｜２を計算する。＾は推定値であることを表わすが、その表記は式及び図中に示すものが正しい。
【０００７】
【数１】
0005562451.tif 000002
【０００８】
ここで、Ｈω,iはスピーカ１からマイクロホン２に回り込むエコー経路のスペクトル、｜Ｈω,i＾｜２は音響結合量の推定値である。ｍｉｎ｛  ，  ｝は最小値を選択する関数である。したがって、｜Ｈω,i＾｜２は隣接するフレーム間で小さい方の音響結合量がその推定値になる。
【０００９】
エコー抑圧ゲイン計算部１４は、収音信号スペクトルＹω,iと、エコーパワー推定値｜Ｄω,i＾｜２と、類似度係数｜ｒω｜を入力として式（２）に示すゲイン係数Ｇω,iを出力する。ゲイン係数Ｇω,iは０〜１の実数値をとり、収音信号スペクトルＹω,i中にエコー成分が多い場合には小さな値、エコー成分以外の成分が多い場合には大きな値をとる。
【００１０】
【数２】
0005562451.tif 000003
【００１１】
乗算部８５は、収音信号スペクトルＹω,iにゲイン係数Ｇω,iを乗算する。エコー成分が多い場合のゲイン係数Ｇω,iは小さな値となるので、乗算部８５の出力信号はエコー成分が抑圧された近端話者信号スペクトル推定値Ｓω,i＾となる。この各周波数成分ωに対応する近端話者信号スペクトル推定値Ｓω＾は、周波数合成部８６において時間領域の出力信号ｓ＾（ｋ）に再合成される。
【００１２】
類似度係数計算部１２は、再生信号スペクトルＸω,iと収音信号スペクトルＹω,iとを入力として、内積＜Ｘω,i，Ｙω,i＞を例えば式（３）で、再生信号スペクトルのノルム値‖Ｘω,i‖と、収音信号スペクトルのノルム値‖Ｙω,i‖を、例えば式（４）と式（５）でそれぞれ計算する。
【００１３】
【数３】
0005562451.tif 000004
【００１４】
ここで、＊は複素共役であることを表わす。εは０＜ε≦１を満たす忘却係数であり、指数関数的な減衰の時定数を決定する。例えばε＝０.０１６とする。εが１に近づくほど現在の再生信号スペクトルＸω,iと収音信号スペクトルＹω,iに依存した（重み付けされた）それぞれの値になる。なお、隣接周波数にも着目した式（６）〜（８）を用いてもよい。
【００１５】
【数４】
0005562451.tif 000005
【００１６】
ここでＭ1〜Ｍ2は所定の周波数範囲を表わす。式（６）〜（８）は隣接周波数から相関を取った後に時間軸方向の相関を取る形である。相関を取る順番は逆でもよい。また、式（３）に替えて位相成分を考慮しない絶対値から求める式（９）を用いてもよい。
【００１７】
【数５】
0005562451.tif 000006
【００１８】
類似度係数計算部１２は、式（３）〜（５）でそれぞれの値を計算した後に、式（１０）で類似度係数｜ｒω｜を計算する。
【００１９】
【数６】
0005562451.tif 000007
【００２０】
ここで類似度係数｜ｒω｜を算出する式（１０）の導出根拠について説明する。
【００２１】
例えばウィナーフィルタ法（Wiener Filter以下「ＷＦ法」と称す）では、式（１１）の評価量ｅεを最小とするゲイン係数Ｇω,iを推定してエコーを抑圧する。
【００２２】
【数７】
0005562451.tif 000008
【００２３】
式（１１）をＧω,iで微分すると次式で表せる。
【００２４】
【数８】
0005562451.tif 000009
【００２５】
式（１２）を０と置いた式からゲイン係数Ｇω,iを求めると式（１３）となる。
【００２６】
【数９】
0005562451.tif 000010
【００２７】
式（１３）を変形するとゲイン係数Ｇω,iは式（１４）で表せる。
【００２８】
【数１０】
0005562451.tif 000011
【００２９】
ここでｒωはエコースペクトルＤω,iと近端話者信号スペクトルＳω,iの複素コヒーレンスを示す。Ｄω,i＝Ｈω,i＊Ｘω,iを用いてｒωから未知のベクトルＤω,iを消去すると式（１５）で表せる。
【００３０】
【数１１】
0005562451.tif 000012
【００３１】
ここで＊は複素共役を表す。式（１５）から分かるようにＤω,iを消去しても未知の変数であるＨω,iが存在するため、ｒωを求めることは困難である。しかし、その絶対値ならば式（１６）に示すようにＨω,iが消去可能なことに着目する。
【００３２】
【数１２】
0005562451.tif 000013
【００３３】
そしてゲイン係数を次式に示すように与える。
【００３４】
【数１３】
0005562451.tif 000014
【００３５】
この式（１７）から明らかなようにゲイン係数Ｇω,iは、類似度係数｜ｒω｜が１に近づくほど小さな値になりエコーが抑圧される。と同時にこのようにして求めたゲイン係数は、近端話者信号ｓ（ｉ）の欠損を軽減するように動作する。つまり、＜Ｄω,i，Ｓω,i＞＝０となるほどの長時間を要することなく、短時間のスペクトル振幅を用いてエコーを抑圧するので、内積値が０でない分が誤差となって発生するミュージカルノイズの発生を抑圧することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３６】
【特許文献１】特許第４７８７８５１号
【非特許文献】
【００３７】
【非特許文献１】阪内澄宇、羽田陽一、片岡章俊著「ＳＴＳＡ推定に基づくエコー抑圧処理のゲイン強調化方式」信学論（Ａ）,１vol.J88-A,no.6,Jun.2005,p695-703
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３８】
エコー消去装置の性能は、エコーパワーの推定精度に関係する。そのエコーパワー推定値の精度は、音響結合量（エコー経路のインパルス応答のパワースペクトル）の推定速度に依存する。推定速度が遅い場合、エコー経路が変動し、音響結合量に変化が生じた直後からしばらくの間、エコー消去性能が大きく低下しエコーが消し残ったりミュージカルノイズが発生したりするなどの問題が生じる。しかし、一般的に、近端話者信号などの外乱の影響を回避するため、収音信号の長時間データの分析に基づいて音響結合量が推定されるので、その推定速度を速めることは難しい。
【００３９】
この発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、エコー経路変動に強く、ミュージカルノイズの発生を抑圧することができるエコー抑圧ゲイン推定方法と、それを用いたエコー消去装置とプログラム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】
【００４０】
この発明のエコー抑圧ゲイン推定方法は、再生信号周波数分析段階と、収音信号周波数分析段階と、エコーパワー推定段階と、エコーパワー補正値計算段階と、エコー抑圧ゲイン計算段階と、を有する。再生信号周波数分析段階は、再生信号を周波数領域の再生信号スペクトルＸω,iに変換する。収音信号周波数分析段階は、収音信号を周波数領域の収音信号スペクトルＹω,iに変換する。エコーパワー推定段階は、再生信号スペクトルＸω,iと収音信号スペクトルＹω,iとを入力として全周波数領域のエコーパワー推定値｜Ｄω,i＾｜２を計算する。エコーパワー補正値計算段階は、収音信号スペクトルＹω,iとエコーパワー推定値｜Ｄω,i＾｜２とを入力として、収音信号スペクトルＹω,iのパワー｜Ｙω,i｜２と、エコーパワー推定値｜Ｄω,i＾｜２にエコーパワー補正値Φｉを乗じた値との差分を最小化する最小二乗解からエコーパワー補正値Φｉを求める。エコー抑圧ゲイン計算段階は、収音信号スペクトルＹω,iとエコーパワー補正値Φｉとエコーパワー推定値｜Ｄω,i＾｜２とを入力として、エコーを抑圧するゲイン係数を上記エコーパワー補正値Φｉが大きな値をとるほど小さな値になるように計算する。
【発明の効果】
【００４１】
この発明のエコー抑圧ゲイン推定方法によれば、エコーパワー推定値｜Ｄω,i＾｜２が、エコーパワー補正値Φｉによって動的に調整される。エコーパワー補正値Φｉは、０〜無限大の範囲で値をとり、全周波数領域から計算されるエコーパワー推定値｜Ｄω,i＾｜２の総エネルギーが全周波数領域から計算される実際のエコーパワーの総エネルギーより小さい場合は、大きな値をとるように動作する。その結果、エコーパワー補正値Φｉをエコーパワー推定値｜Ｄω,i＾｜２に乗ずることでゲイン係数が小さくなりエコーが抑圧される。
【００４２】
また、全周波数領域から計算されるエコーパワー推定値｜Ｄω,i＾｜２の総エネルギーが全周波数領域から計算される実際のエコーパワーの総エネルギーより大きい場合は、エコーパワー補正値Φｉが小さな値をとるように動作する。その結果、エコーパワー補正値Φｉをエコーパワー推定値｜Ｄω,i＾｜２に乗ずることでゲイン係数が大きくなり近端話者信号の欠損を軽減するように動作する。
【００４３】
したがって、従来の方法に比べて、エコー経路の変動に対して頑健な音質劣化の少ないエコー抑圧を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】この発明のエコー抑圧ゲイン推定方法を用いたエコー消去装置１００の機能構成例を示す図。
【図２】この発明のエコー抑圧ゲイン推定方法の動作フローを示す図。
【図３】エコーパワー補正値計算部１１０の機能構成例を示す図。
【図４】エコー抑圧ゲイン計算部１２０の機能構成例を示す図。
【図５】エコー抑圧ゲイン計算部１２０の動作フローを含めたエコー抑圧ゲイン推定方法の動作フローを示す図。
【図６】エコーパワー補正値計算部２１０の機能構成例を示す図。
【図７】評価実験に用いた信号を示す図であり、（ａ）は再生信号ｘ（ｉ）、（ｂ）は近端話者信号ｓ（ｉ）の一例を示す図。
【図８】評価実験に用いた信号を示す図であり、（ａ）は収音信号ｙ（ｉ）、（ｂ）と（ｃ）は従来法による出力信号ｅ（ｉ）、（ｄ）は本発明による出力信号ｅ（ｉ）の一例を示す図。
【図９】出力信号ｅ（ｉ）の音質を、従来法と比較した主観品質評価の評価結果の例を示す図。
【図１０】従来のエコー消去装置１０の機能構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。複数の図面中同一のものには同じ参照符号を付し、説明は繰り返さない。
【００４６】
〔発明の基本的な考え〕
実施例の説明の前に、この発明のエコーパワー推定値｜Ｄω,i＾｜２の動的調整方法について基本的な考えを説明する。この発明は、エコーのパワーペクトル｜Ｄω,i＾｜２と近端話者信号のパワースペクトル｜Ｓω,i＾｜２を統計的に無相関と仮定し、収音信号のパワースペクトル｜Ｙω,i｜２と、エコーパワー推定値｜Ｄω,i＾｜２にエコーパワー補正値Φｉを乗じた値との差分を最小化する最小二乗解からエコーパワー補正値Φｉを求め、求めたエコーパワー補正値Φｉをエコーパワー推定値｜Ｄω,i＾｜２に乗ずることでエコー経路変動に対して頑健なエコー抑圧を実現する考えである。
【００４７】
従来のゲイン係数計算式（式（１７））に対して、本発明では次式によりゲイン係数を求める。なお、Ｇω,iｐのｐは、上記した従来技術のゲイン係数Ｇω,iと区別するための記号である。
【００４８】
【数１４】
0005562451.tif 000015
【００４９】
ここでωは周波数番号、ｉはフレーム番号、Φｉはエコーパワー補正値を表わす。エコーパワー補正値Φｉは、次式で表わせる評価量ｅεを最小化することで得られる。
【００５０】
【数１５】
0005562451.tif 000016
【００５１】
ここで添え字のＦは、周波数軸方向の各値（ノルム、内積）であることを意味する。式（１９）をΦｉで微分すると式（２０）で表わせる。
【００５２】
【数１６】
0005562451.tif 000017
【００５３】
式（２０）を０と置いた式（２１）
【００５４】
【数１７】
0005562451.tif 000018
【００５５】
からエコーパワー補正値Φｉを求めると式（２２）となる。ここで添え字のＦの周波数軸方向とは、ω方向（ω＝０〜Ｌ−１）のサンプル列の各値（ノルム、内積）であることを意味する。
【００５６】
【数１８】
0005562451.tif 000019
【００５７】
実用上、内積とノルムは、式（２３）と式（２４）に示すように全周波数領域に加え、過去Ｎフレームにわたる範囲でそれぞれ計算しても良い。Ｎは、例えば１〜２００程度の数である。
【００５８】
【数１９】
0005562451.tif 000020
【００５９】
ここで、Ｌは周波数番号の総数を表わす。周波数分析長（ＦＦＴ点数）を例えば２５６点とした場合、Ｌはナイキスト周波数を超えない半分の分析点数である１２８とする。式(２３)と式（２４）よりエコーパワー補正値Φｉは、式（２５）で表わせる。
【００６０】
【数２０】
0005562451.tif 000021
【００６１】
以下、式（２２）の動作について考える。近端話者信号のパワースペクトル｜Ｓω,i｜２とエコーパワー推定値｜Ｄω,i＾｜２が無相関であるとすると式（２２）は次式に示すように近似できる。
【００６２】
【数２１】
0005562451.tif 000022
【００６３】
更に式（２６）は、エコーパワースペクトル｜Ｄω,i｜２とエコーパワー推定値｜Ｄω,i＾｜２のスペクトル構造が一致していると仮定すると、式（２７）に示すように近似できる。
【００６４】
【数２２】
0005562451.tif 000023
【００６５】
このようにエコーパワー補正値Φｉは、エコーパワースペクトル｜Ｄω,i｜２とエコーパワー推定値｜Ｄω,i＾｜２とのエネルギー比で表わせる。式（２７）は、式（２４）も参照すると、エコーパワー補正値Φｉを求めるのに用いるエコーパワー推定値｜Ｄω,i＾｜２のエネルギーよりも、全周波数領域から計算される実際のエコーパワースペクトルのエネルギーが大きいほど、大きなエコーパワー補正値となることを表わしている。
【００６６】
式（２７）より、エコーパワースペクトル｜Ｄω,i｜２のエネルギーとエコーパワー推定値｜Ｄω,i＾｜２のエネルギーが等しい場合、エコーパワー補正値Φｉは１となる。また、エコーパワー推定値｜Ｄω,i＾｜２の方がエコーパワースペクトル｜Ｄω,i｜２よりエネルギーが小さい場合、エコーパワー補正値Φｉは１より大きな値となる。また、エコーパワー推定値｜Ｄω,i＾｜２の方がエコーパワースペクトル｜Ｄω,i｜２よりエネルギーが大きい場合、エコーパワー補正値Φｉは１より小さな値となるように動作する。
【００６７】
上記したように、エコーパワー補正値Φｉは、過去Ｎフレームの短い時間で更新されるので、エコーパワー推定値｜Ｄω,i＾｜２の調整を高速で行える。その結果、この発明のエコー抑圧ゲイン推定方法は、エコー経路の変動に頑健なエコー抑圧を実現することができる。
【実施例１】
【００６８】
図１に、この発明のエコー消去装置１００の機能構成例を示す。その動作フローを図２に示す。エコー消去装置１００は、再生信号周波数分析部８１と、収音信号周波数分析部８２と、エコーパワー推定部８３と、エコーパワー補正値計算部１１０と、エコー抑圧ゲイン計算部１２０と、乗算部８５と、周波数合成部８６と、を具備する。エコー消去装置１００は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ等で構成されるコンピュータに所定のプログラムが読み込まれて、ＣＰＵがそのプログラムを実行することで実現されるものである。
【００６９】
再生信号周波数分析部８１は、再生信号ｘ（ｉ）を周波数領域の再生信号スペクトルＸω,iに変換する（ステップＳ８１）。収音信号周波数分析部８２は、収音信号ｙ（ｉ）を周波数領域の収音信号スペクトルＹω,iに変換する（ステップＳ８２）。
【００７０】
エコーパワー推定部８３は、再生信号スペクトルＸω,iと収音信号スペクトルＹω,iとを入力としてエコーパワー推定値｜Ｄω,i＾｜２を計算する（ステップＳ８３）。エコーパワー補正値計算部１１０は、収音信号スペクトルＹω,iとエコーパワー推定値｜Ｄω,i＾｜２とを入力として、収音信号スペクトルＹω,iのパワー｜Ｙω,i｜２と、エコーパワー推定値｜Ｄω,i＾｜２にエコーパワー補正値Φｉを乗じた値との差分を最小化する最小二乗解からエコーパワー補正値Φｉを求める（ステップＳ１１０）。
【００７１】
エコー抑圧ゲイン計算部１２０は、収音信号スペクトルＹω,iと、エコーパワー補正値Φｉとエコーパワー推定値｜Ｄω＾｜２とを入力として、エコーを抑圧するゲイン係数Ｇω,iｐをエコーパワー補正値Φｉが大きな値をとるほど小さな値になるように計算する（ステップＳ１２０）。なお、乗算部８５と周波数合成部８６の処理ステップは省略している。
【００７２】
エコー消去装置１００は、従来のエコー消去装置１０（図１０）の類似度係数計算部１２がエコーパワー補正値計算部１１０に、エコー抑圧ゲイン計算部１４がエコー抑圧ゲイン計算部１２０に置き換わった以外は、従来技術と同じ構成である。この新しい構成のエコーパワー補正値計算部１１０とエコー抑圧ゲイン計算部１２０について、更に詳しく説明する。
【００７３】
〔エコーパワー補正値計算部〕
図３に、エコーパワー補正値計算部１１０のより具体的な機能構成例を示す。エコーパワー補正値計算部１１０は、内積演算手段１１０ａと、ノルム演算手段１１０ｂと、除算手段１１０ｃと、レジスタ１１０ｄと、レジスタ１１０ｅと、を備える。
【００７４】
内積演算手段１１０ａは、エコーパワー推定部８３が出力するエコーパワー推定値｜Ｄω,i＾｜２と収音信号周波数分析部８２が出力する収音信号スペクトルＹω,iとを入力として、例えば、式（２８）で内積を計算する。
【００７５】
【数２３】
0005562451.tif 000024
【００７６】
ノルム演算手段１１０ｂは、エコーパワー推定部８３が出力するエコーパワー推定値｜Ｄω,i＾｜２を入力として、例えば、式（２９）でノルムを計算する。
【００７７】
【数２４】
0005562451.tif 000025
【００７８】
ここでαは強調係数であり、その値はレジスタ１１０ｅに記憶されている。強調係数αは正の数であり例えば２とする。なお、内積は式（３０）、ノルムは式（３１）で計算しても良い。
【００７９】
【数２５】
0005562451.tif 000026
【００８０】
ここでεは０＜ε≦１を満たす忘却係数であり、指数関数的な減衰の時定数を決定する。例えばε＝０．１６とする。εが１に近づくほど現フレームの計算値（式（３０）と式（３１）の右辺第１項）に依存した（重み付けされた）値になる。
【００８１】
除算手段１１０ｃは、内積演算手段１１０ａで計算した内積と、ノルム演算手段１１０ｂで計算したノルムと、を入力として式（３２）でエコーパワー補正値Φｉを計算する。
【００８２】
【数２６】
0005562451.tif 000027
【００８３】
エコーパワー補正値Φｉは、エコーパワー推定値の平方根の大きさ｜Ｄω,i＾｜をα乗した値と収音信号スペクトルの大きさ｜Ｙω,i｜をα乗した値との内積値を、エコーパワー推定値の平方根｜Ｄω,i＾｜の大きさの２α乗の値で除した値である。
【００８４】
また、上記した式（２８）と式（２９）の関係から、エコーパワー補正値Φｉは、エコーパワー推定値の平方根の大きさ｜Ｄω,i＾｜のα乗と収音信号スペクトルの大きさ｜Ｙω,i｜のα乗とを乗じた値を全周波数領域と過去数フレームにわたる所定の範囲で計算した値を全て加算した値（式（２８））を、エコーパワー推定値の平方根｜Ｄω,i＾｜の大きさの２α乗の値を全周波数領域と過去数フレームにわたる所定の範囲で計算した値を全て加算した値（式（２９））で除した値であるともいえる。
【００８５】
〔エコー抑圧ゲイン計算部〕
図４に、エコー抑圧ゲイン計算部１２０のより具体的な機能構成例を示す。エコー抑圧ゲイン計算部１２０は、エコーパワー調整手段１２０ａと、減算手段１２０ｂと、除算手段１２０ｃと、エコーの消し残りを無くす定数Ｃを記録したレジスタ１２０ｄと、強調係数βを記録したレジスタ１２０ｅとを備える。
【００８６】
エコーパワー調整手段１２０ａは、エコーパワー推定値｜Ｄω,i＾｜２とエコーパワー補正値Φｉを入力として、エコーパワー推定値の平方根｜Ｄω,i＾｜を強調係数βでべき乗した後にお互いを乗算し、さらにその値に定数Ｃを乗算してエコーパワー調整値を計算する（図５のステップＳ１２０ａ）。このエコーパワー調整過程を含むことで、エコー成分を十分に抑圧することが可能になる。
【００８７】
減算手段１２０ｂは、エコーパワー調整値と収音信号スペクトルＹω,iとを入力とし、収音信号スペクトルの大きさ｜Ｙω,i｜を強調係数βでべき乗した値からエコーパワー調整値を減算する（ステップＳ１２０ｂ）。
【００８８】
除算手段１２０ｃは、減算手段１２０ｂの出力信号を、収音信号スペクトルの大きさ｜Ｙω,i｜を強調係数βでべき乗した値で除算してゲイン係数Ｇω,iｐを出力する（ステップＳ１２０ｃ）。つまり、エコー抑圧ゲイン計算部１２０は、式（３３）を計算してゲイン係数Ｇω,iｐを出力する。
【００８９】
【数２７】
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【００９０】
ここで強調係数βは正の数であるとして例えばαと同じ値の２とする。定数Ｃは正の数であるとして例えば１.０とする。強調係数βと、定数Ｃは、ゲイン係数Ｇω,iｐを適当な値に調整するものである。強調係数β＝２とするとウィナーフィルタに近い式になる。
【００９１】
以上のようにして求めたゲイン係数Ｇω,iｐは、近端話者信号ｓ（ｉ）の欠損を軽減するようにエコー消去装置１００を動作させる。したがって、従来法に比べてエコー経路の変動に頑健なミュージカルノイズ発生の少ないエコー抑圧を行うことが可能になる。
【実施例２】
【００９２】
図６に、エコーパワー補正値Φｉの大きさに上限と下限を設けるようにしたエコーパワー補正値計算部２１０の機能構成例を示す。エコーパワー補正値計算部２１０は、内積演算手段１１０ａと、ノルム演算手段１１０ｂと、除算手段１１０ｃと、レジスタ１１０ｄと、レジスタ１１０ｅと、上下限調整手段２１０ａと、を備える。エコーパワー補正値計算部２１０は、上下限調整手段２１０ａを備える点で、エコーパワー補正値計算部１１０と異なる。
【００９３】
上下限調整手段２１０ａは、除算手段１１０ｃで計算されたエコーパワー補正値Φｉに対して次式に示すような上限Ｒmaxと下限Ｒminを設定したエコーパワー補正値Φｉ′を出力する。
【００９４】
【数２８】
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【００９５】
実施例１で説明したエコーパワー補正値計算部１１０は、エコーの経路変動や経路変化の際に、エコーパワーのスペクトル包落が保たれることを前提にしている。つまり、エコーとその推定値のスペクトル構造が一致していることを前提にしている。
【００９６】
この前提が崩れるとき、エコーパワー補正値が正しく求まらない。そこで、エコーパワー補正値計算部２１０は、エコーパワー補正値が必要以上に小さくなり過ぎたり、大きくなり過ぎたりすることを防止する。例えば、Ｒmax＝１００ｄＢ，Ｒmin＝０ｄＢ、とする。
【００９７】
エコーパワー補正値計算部２１０を備えたこの発明のエコー消去装置１００′は、エコースペクトルと近端話者信号スペクトルのベクトルが完全には直交しない実際の場面におけるエコー抑圧性能を安定化させる効果を奏する。
【００９８】
〔評価実験の結果〕
この発明のエコー抑圧ゲイン推定方法を、短時間スペクトル振幅エコー抑圧処理に適用して従来法と性能比較を行った。従来法は、ＦＤＣＣ(Frequency-Domain Cross Correlation)を備えたエコー抑圧法とした（参考文献：C.Faller and C.Tournery,”Robust acoustic echo control using a simple echo path model,”Process. ICASSP2006, vol.5,pp.281-284, May 2006.）。性能の比較は、シミュレーション試験及び主観品質評価法のＭＵＳＨＲＡ法で行った。試験条件は、サンプリング周波数１６ｋＨｚ、周波数分析長２５６点、１/２オーバーラップ加算による周波数分析合成、エコー経路の残響時間は３００ｍｓの部屋とした。
【００９９】
図７に、評価実験に用いた再生信号x（ｋ）(ａ)と近端話者信号s（ｋ）（ｂ）を示す。横軸は時間「秒」、縦軸は振幅である。エコーの急な増加をシミュレートする目的で、１２秒の時点でエコーｄ（ｋ）（図１参照）を約２０ｄＢ急速に増加させた。０〜４秒のＡ区間と４〜８秒のＢ区間は、再生信号x（ｋ）のみと近端話者信号s（ｋ）のみのシングルトークの状態である。８〜１２秒のＣ区間と１２〜１６秒のＤ区間はダブルトークの状態である。
【０１００】
図８に、従来法と本発明とで得られた出力信号ｓ＾（ｋ）（図１参照）を示す。横軸は時間「秒」、縦軸は振幅であり、時間軸は図７と同じ時間である。（ａ）はマイクロホンで収音した収音信号ｙ（ｋ）、（ｂ）は従来法で音響結合量を推定するフレーム数を１０個（Ｆ＝１０）とした場合の出力信号ｓ＾（ｋ）、（ｃ）は従来法で同じフレーム数を２００個（Ｆ＝２００）とした場合の出力信号ｓ＾（ｋ）、（ｄ）は本発明で同じフレーム数を２００個（Ｆ＝２００）とした場合の出力信号ｓ＾（ｋ）、である。
【０１０１】
収音信号ｙ（ｋ）のＡ区間にエコーが見て取れ、何れの方法（ｂ），（ｃ），（ｄ）でもエコーが抑圧されていることが分かる。注目すべき点は、エコーを急激に増加させた１２秒の直後の各方法による波形である。それらの波形を比較すると、本発明（ｄ）の出力信号ｓ＾（ｋ）の波形が、近端話者信号ｓ（ｋ）の波形に最も近いことが分かる。この結果は、本発明のエコー抑圧ゲイン推定方法が、エコー経路が変動した直後であってもエコーを最も抑圧できていることを表わしている。
【０１０２】
図９に、主観品質評価法で各方法の出力信号ｓ＾（ｋ）の音質を評価した結果を示す。（ａ）はＣ区間、（ｂ）はＤ区間の評価結果を示す。横方向は各方式、縦方向は主観値である。
【０１０３】
エコー経路を変化させる前のＣ区間における主観値は、従来法Ｆ＝２００のスコアが最も高く、本発明はそのスコアにほぼ等しい65.58であった。一方、エコー経路を変化させた直後のＤ区間では、本発明が最も高いスコア22.75を示した。Ｄ区間では、フレーム数が少ない従来法Ｆ＝１０のスコアが、フレーム数の多い従来法Ｆ＝２００よりも良くなり逆転している。
【０１０４】
また、従来法Ｆ＝１０よりも本発明のスコアが良いことから、本発明のエコー抑圧ゲイン推定方法は、エコー経路の変動に対して高速且つ正確に対応でき、エコー経路の変動に頑健であることが分かる。
【０１０５】
以上のようにこの発明のエコー抑圧ゲイン推定方法を用いることでエコー経路の変動に頑健であると共に、高いエコー抑圧性能を達成しながらミュージカルノイズ発生も軽減することができる。
【０１０６】
なお、この発明の方法及び装置は上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。また、上記方法及び装置において説明した処理は、記載の順に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されるとしてもよい。
【０１０７】
また、上記装置における処理手段をコンピュータによって実現する場合、各装置が有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述される。そして、このプログラムをコンピュータで実行することにより、各装置における処理手段がコンピュータ上で実現される。
【０１０８】
この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等どのようなものでもよい。具体的には、例えば、磁気記録装置として、ハードディスク装置、フレキシブルディスク、磁気テープ等を、光ディスクとして、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＤＶＤ−ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＣＤ−
Ｒ（Recordable）/ＲＷ（ReWritable）等を、光磁気記録媒体として、ＭＯ（Magneto Optical disc）等を、半導体メモリとしてＥＥＰ−ＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable-Read Only Memory）等を用いることができる。
【０１０９】
また、このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記録装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させる構成としてもよい。
【０１１０】
また、各手段は、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させることにより構成することにしてもよいし、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェア的に実現することとしてもよい。
【要約】
【課題】エコー経路の変動にロバストなエコー抑圧ゲイン推定方法を提供する。
【解決手段】この発明によるエコー抑圧ゲイン推定方法は、エコーパワー補正値計算段階とエコー抑圧ゲイン計算段階を含む。エコーパワー補正値計算段階は、収音信号スペクトルＹω,iとエコーパワー推定値｜Ｄω,i＾｜２とを入力として、収音信号スペクトルＹω,iのパワー｜Ｙω,i｜２と、エコーパワー推定値｜Ｄω,i＾｜２にエコーパワー補正値Φｉを乗じた値との差分を最小化する最小二乗解からエコーパワー補正値Φｉを求める。エコー抑圧ゲイン計算段階は、収音信号スペクトルＹω,iとエコーパワー補正値Φｉとエコーパワー推定値｜Ｄω,i＾｜２とを入力として、エコーを抑圧するゲイン係数をエコーパワー補正値Φｉが大きな値をとるほど小さな値になるように計算する。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図９】
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