(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信信号を再生する再生手段と、
送信入力信号から送信信号を生成する送信手段と、
該受信信号と該送信入力信号に混入された該受信信号のエコーとの関係を学習して、該受信信号から推定される疑似エコーを発生させ、該送信入力信号から該疑似エコーを減算することによりエコーを抑圧するエコーキャンセル手段と、
該エコーキャンセル手段出力に混入する雑音を抑圧するノイズキャンセル手段と
を有する音声通信システムにおいて、
前記エコーキャンセル手段で学習が行われているかどうかによって前記ノイズキャンセル手段の特性を変化させることを特徴とする音声通信システム。
【請求項２】
前記ノイズキャンセル手段が
前記エコーキャンセル手段で学習が行われているかどうかを判定する判定手段と、
前記エコーキャンセル手段出力の特性を推定する推定手段と、
前記推定手段の推定結果にしたがって前記ノイズキャンセル手段のノイズ除去特性を可変する可変手段と
を有し、
前記エコーキャンセル手段が学習中は前記推定手段は推定を行わないことを特徴とする請求項１記載の音声通信システム。
【請求項３】
前記ノイズキャンセル手段が
前記エコーキャンセル手段出力の有声／無声を検出する送信検出手段と、
前記エコーキャンセル手段で学習が行われているかどうかを判定する判定手段と、
前記送信検出手段の検出結果および前記判定手段の判定結果にしたがって前記ノイズキャンセル手段のノイズ除去特性を可変する可変手段と
を有し、
前記可変手段は前記判定手段の判定結果が学習中である場合には前記送信検出手段の検出結果が無声であった場合と同じノイズ除去特性を前記ノイズキャンセル手段に与えることを特徴とする請求項１記載の音声通信システム。
【請求項４】
受信信号を再生する再生手段と、
送信入力信号から送信信号を生成する送信手段と、
該送信入力信号に混入する雑音を抑圧するノイズキャンセル手段と、
前記受信信号と該ノイズキャンセル手段出力に混入された前記受信信号のエコーとの関係を学習して、前記受信信号から推定される疑似エコーを発生させ、該ノイズキャンセル手段出力から該疑似エコーを減算することによりエコーを抑圧するエコーキャンセル手段と
を有する音声通信システムにおいて、
前記エコーキャンセル手段で学習が行われている間は前記ノイズキャンセル手段の特性を変化させないことを特徴とする音声通信システム。
【請求項５】
前記エコーキャンセル手段は、
前記受信信号と前記エコーキャンセル手段自身の出力に混入された前記受信信号のエコーとの関係を学習して、前記受信信号から推定される疑似エコーを発生させ、該疑似エコーに前記ノイズキャンセル手段出力に用いられたと同じ特性のノイズキャンセル処理を行わせたものを前記ノイズキャンセル手段出力から減算することを特徴とする請求項４記載の音声通信システム。
【請求項６】
前記エコーキャンセル手段は、
前記受信信号に前記ノイズキャンセル手段出力に用いられたと同じ特性のノイズキャンセル処理を行わせたものと前記エコーキャンセル手段自身の出力に混入された前記受信信号のエコーとの関係を学習して、前記受信信号から推定される疑似エコーを発生させ、該疑似エコーを前記ノイズキャンセル手段出力から減算することを特徴とする請求項４記載の音声通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、音声通信システムにおける雑音抑圧方式の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＥＬＰ等の低ビツトレート音声符号化器は、自動車の車内など背景雑音が大きい環境下では雑音により符号化品質が劣化する。これを防ぐため、特別な参照音声を用いる事なしにノイズを抑圧する技術が提案されている。これはノイズキャンセラと呼ばれている。この従来例としては、例えば、「移動体通信における背景雑音軽減法の検討」（三木他、電子情報通信学会1993年秋季全国大会B-287)がある。
【０００３】
一方、自動車電話でハンズフリー通話を可能にするエコーキャンセラも通話品質の向上に有効な技術である。ハンズフリー通話モードでは、ハンドセットとは別に、ダッシュボード等に受話用のスピーカと送話用のマイクロホンを設置し、これらのスピーカとマイクロホンを送受話器として用いて通話するようにする。このハンズフリー通話モードを使用すると、話者はハンドセットを持たずに通話でき、通話中でも片手運転になること無く通話でき運転中の安全の面で有効である。しかしこの様なハンズフリー通話中にはスピーカからの受話音声がマイクロホンに回り込み、これが相手形に送られて音響エコーが発生する事がある。このエコーによる通話品質の劣化を防止するため、受話音声の回り込みを打ち消すエコーキャンセラが必要になる。
【０００４】
エコーキャンセラの従来例としては、適応フィルタを使って受信信号と送信入力信号に混入されるエコーとの関係を学習し、エコーキャンセラの入力である受信信号から学習内容を用いて疑似エコーを発生させ、これを送信入力信号から減算する方式がある。
【０００５】
このように自動車車内等からハンズフリー通話を行う場合には、背景雑音対策としてノイズキャンセラが、エコー対策としてエコーキャンセラが必要になる。
【０００６】
図１１〜１３にノイズキャンセラおよびエコーキャンセラを含んだ従来の通信システムを示す。
【０００７】
図１１は、上記文献に示されたノイズキャンセラのみが含まれた構成である。ノイズキャンセラ１１０に入力される信号は送信入力信号であって、状態判定部１１２でこの入力を参照にしてこの入力が有雑音か無雑音かを判定し、同時に有声か無声かを検出する。次に、入力パラメータ計算部１１１において、判定結果に応じて雑音および音声に付いてその分散と相関係数などのパラメータが推定され、これらのパラメータを基にノイズキャンセルフィルタ１１３の係数を決定し、このフィルタ１１３を作用させることによりノイズのキャンセルを行う。なお、無雑音と判定された場合はフィルタリングは行わない。
【０００８】
図１２は、ノイズキャンセラおよびエコーキャンセラを含み、ノイズを先にキャンセルした後、エコーをキャンセルする通信システムである。ノイズキャンセラ１１０は図１１のノイズキャンセラ１１０と同様の機能を持つ。エコーキャンセラ１２０の入力は受話信号（以下入力Ａと呼ぶ）と送信入力信号のノイズキャンセラ１１０出力（以下入力Ｂと呼ぶ）であって、受話／送話判定部１２１において入力Ａと入力Ｂを参照に受話／送話判定を行い、受話かつ非送話の場合のみ、入力Ａと入力Ｂを用いて適応フィルタ１２２の学習を行う。この学習によって求めた適応フィルタ１２２の係数を用いた適応フィルタ１２２に受話信号を作用させて疑似エコーを発生させ、入力Ｂから減算することで、エコーがキャンセルされる。
【０００９】
図１３は、エコーを先にキャンセルした後、ノイズをキャンセルする通信システムである。ノイズキャンセラ１１０、エコーキャンセラ１２０は、ノイズキャンセラ１１０の入力が送信入力信号のエコーキャンセラ１２０出力、エコーキャンセラ１２０入力が受話信号と送信入力信号である以外は図１２と同様である。
【００１０】
この様に従来例では、ノイズキャンセラに対する入力は送信入力信号かエコーキャンセラ出力のいずれかのみであった。また、ノイズキャンセラ、エコーキャンセラは互いの判定部で独自に判定を行うのみで結果を共有することがなかった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述のごとく、従来の方式では、ノイズのみをキャンセルする場合には、ノイズキャンセラに対する入力は送信入力信号かあるいはこれに準ずる信号のみであるため、ノイズキャンセラの雑音除去特性には受信信号の状態が全く考慮されていなかった。従って、エコーが送信入力信号に混入している場合にエコーを雑音または音声と誤判断し状態判定およびパラメータ判定に誤りが生ずることがある。
【００１２】
ノイズを先にキャンセルした後でエコーをキャンセルする場合は、ノイズをキャンセルするフィルタが時間によって変化するため、エコーを学習する際、ノイズキャンセラの影響が入って正確な学習ができないと言う問題がある。また、ノイズキャンセラはエコーキャンセラによるエコーキャンセル効果を利用することが出来ない。
【００１３】
また、エコーを先にキャンセルした後でノイズをキャンセルする場合には、エコーキャンセラが学習中はエコーキャンセラ出力に誤差が多く残り、これを雑音または音声と誤判断し状態判定およびパラメータ推定に誤りが生ずる。
【００１４】
従って本発明は、受信信号の状態が考慮された雑音除去特性をノイズキャンセラに与え、エコーキャンセラにはノイズキャンセラの影響が、ノイズキャンセラにはエコーキャンセラの影響が入らないようにし、エコー抑圧とノイズ抑圧の効果を向上させる事を目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、受信信号を再生する再生手段と、送信入力信号から送信信号を生成する送信手段と、該受信信号と該送信入力信号に混入された該受信信号のエコーとの関係を学習して、該受信信号から推定される疑似エコーを発生させ、該送信入力信号から該疑似エコーを減算することによりエコーを抑圧するエコーキャンセル手段と、該エコーキャンセル手段出力に混入する雑音を抑圧するノイズキャンセル手段とを有する音声通信システムにおいて、前記エコーキャンセル手段で学習が行われているかどうかによって前記ノイズキャンセル手段の特性を変化させることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、受信信号を再生する再生手段と、送信入力信号から送信信号を生成する送信手段と、該送信入力信号に混入する雑音を抑圧するノイズキャンセル手段と、前記受信信号と該ノイズキャンセル手段出力に混入された前記受信信号のエコーとの関係を学習して、前記受信信号から推定される疑似エコーを発生させ、該ノイズキャンセル手段出力から該疑似エコーを減算することによりエコーを抑圧するエコーキャンセル手段とを有する音声通信システムにおいて、前記エコーキャンセル手段で学習が行われている間は前記ノイズキャンセル手段の特性を変化させないことを特徴とする。
【００１８】
【作用】
本発明によれば、以上のように受信信号の状態を考慮した雑音除去特性をノイズキャンセラに与え、また、エコーキャンセル手段で学習が行われているかどうかをノイズキャンセル手段に反映させるようにする。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明にかかるノイズキャンセラを添付図面を参照にして詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の第一の実施例を示すブロック図である。
【００２１】
ノイズキャンセラ１０に対する入力は受信信号（以下入力Ａと呼ぶ）と送信入力信号（以下入力Ｂと呼ぶ）であって、１フレーム（１フレームは例えば３２０サンプル）ずつ入力されるとする。状態判定部１２において、入力Ｂが有雑音か無雑音かを判定し、同時に入力Ａ、Ｂが有声か無声かを検出する。
【００２２】
図２にこの実施例における状態判定部１２の判定フローチャートを示す。このフローチャートでは入力Ａが有声と判定された場合には、有雑音か無雑音かの判定は行わず、前フレームの判定結果を維持し、入力Ｂの有声か無声かの判定は強制的に無声とする。また、入力Ｂの有声／無声の判定に用いる可変スレショルドは更新しないでおく。
【００２３】
次に、入力パラメータ計算部１１において判定結果に応じて雑音および音声の分散と相関係数が推定される。図３に入力パラメータ計算部１１での入力パラメータ計算のフローチャートを示す。入力パラメータ計算部１１では入力Ｂの１次の相関係数と、相関を取り除く逆フィルタをかけた後の分散値を計算し、入力Ｂが有声／無声の場合に応じて、雑音および音声の分散と相関を推定する。入力Ａの音声検出結果が有声の場合は、パラメータを更新せず前フレームの値を維持する。
【００２４】
こうして求められたパラメータを基にノイズキャンセルフィルタ１３の係数を決定し、入力信号にこの係数を持つフィルタ１３を作用させることによりノイズがキャンセルされる。ノイズキャンセルフィルタ１３は雑音および音声の分散と相関係数によって雑音を抑制するフィルタであって、例えば、フィルタ出力と音声の誤差分散を最少にするカルマンフィルタ等で実現できる。尚、無雑音と判定された場合は、フィルタリングは行わず入力Ｂをそのまま出力する。
【００２５】
本例では、この様に受信信号の有声部を検出し検出結果をノイズキャンセラ１０に参照させることにより、ノイズキャンセラ１０のエコーによる誤動作を防止することができる。
【００２６】
図４は、本発明の第二の実施例を示すブロック図で、エコーを先にキャンセルした後ノイズをキャンセルする通信システムである。
【００２７】
エコーキャンセラ２０は従来例で用いられるものと同じであるので説明は省略する。
【００２８】
ノイズキャンセラ１０に対する入力は、エコーキャンセラ２０の受話／送話判定部２１の判定結果に従って当該フレーム中にエコー学習があったかどうかを表す信号（以下ＬＦと呼ぶ）とエコーキャンセラ２０の出力（以下入力Ｂと呼ぶ）であって、１フレーム（１フレームは例えば３２０サンプル）ずつ入力されるものとする。ノイズキャンセラ１０の状態判定部１２では、入力Ｂが有雑音か無雑音かを判定し、同時に入力Ｂが有声か無声かを検出する。
【００２９】
図５に、状態判定部１２の判定フローチャートを示す。このフローチャートではＬＦがエコー学習中を表す場合には、雑音有／無の判定は行わず、前フレームの結果を維持し、入力Ｂの有声／無声検出は強制的に無声とする。また、入力Ｂの有声／無声検出に用いる可変スレショルドは更新しない。
【００３０】
次に入力パラメータ計算部１１において、状態判定部１２の判定結果に応じて雑音および音声の分散と相関係数が推定される。図６に相関係数を１次まで取る場合の入力パラメータ計算部１１のフローチャートを示す。入力Ｂの１次の相関係数と、相関を取り除く逆フィルタをかけた後の分散値を計算し、入力Ｂが有声／無声の場合に応じて雑音および音声の分散と相関を推定する。
【００３１】
こうして求められたパラメータを基にノイズキャンセルフィルタ１３の係数を決定し、入力信号にこの係数を持つフィルタ１３を作用させることによりノイズがキャンセルされる。ノイズキャンセルフィルタ１３は実施例１のフィルタ１３と同じ物で良い。
【００３２】
本例では、この様にエコーキャンセラ２０の学習状況をノイズキャンセラ１０に参照させることにより、ノイズキャンセラ１０のエコー学習中の誤動作を防止することができる。
【００３３】
図７は、本発明の第三の実施例を示すブロック図で、ノイズを先にキャンセルした後エコーをキャンセルする通信システムである。
【００３４】
エコーキャンセラ２０は、従来例で用いられるものとほぼ同じである。ただし、入力がノイズキャンセラ出力と受信信号であるため、ノイズキャンセラによる信号の特性変化を考え、受信信号に対し当該ノイズキャンセルフィルタ１３と同じフィルタ係数をもつフィルタ２４を作用させた信号を適応フィルタ２２への入力とする。また、ノイズキャンセラ１０による遅延に合わせて適応フィルタ２２への学習フラグを遅延器２５により１フレーム分遅延させている。受話／送話判定部２１は、送信入力信号を参照している。
【００３５】
ノイズキャンセラ１０に対する入力は、受話／送話判定部２１判定結果に従って当該フレーム中にエコー学習があったかどうかを表す信号（以下ＬＦと呼ぶ）と送信入力信号（以下入力Ｂと呼ぶ）であって、１フレーム（１フレームは例えば８０サンプル）ずつ入力されるものとする。ノイズキャンセラ１０は、パラメータ計算部１１を除けば図４におけるノイズキャンセラ１０と同じ物で良い。図８にパラメータ計算部１１の処理フローチャートを示す。このフローチャートではＬＦがエコー学習中を表す場合には、パラメータの更新を行わず、ノイズキャンセラフィルタ１３の特性の変化を防止する。
【００３６】
この様にエコーキャンセラ２０の学習状況をノイズキャンセラ１０に参照させることにより、ノイズキャンセラ１０のエコー学習に対する影響を防止することができる。またエコーキャンセラ２０に用いる信号にノイズキャンセルフィルタ２４を作用させることによりノイズキャンセラ１０による信号の伝達特性の変化の影響を少なくすることができる。なお、エコーキャンセラにノイズキャンセルフィルタを作用させる際には、適応フィルタの入力側でなく出力側にしても差支えない。図９は、適応フィルタの出力側にノイズキャンセルフィルタを作用させた例である。
【００３７】
図１０は、本発明の第四の実施例を示すブロック図である。本例では、エコーキャンセラ２０の前後にノイズキャンセラ１０および３０を設けている。
【００３８】
ノイズキャンセラ１０はノイズキャンセルフィルタ１０を除いて図７に示したノイズキャンセラ１０とほぼ同じ物である。ノイズキャンセルフィルタ１３は図７のノイズキャンセルフィルタ１３で電力利得が常に１になるように調整された係数を用いるようにしたものである。
【００３９】
エコーキャンセラ２０は、図７に示したエコーキャンセラ２０と同じ物を用いることが出来る。ただし、ノイズキャンセラ１０の出力に利得変化がないため信号の特性変化が微少と考えて、ノイズキャンセルフィルタ２４の変わりに受信信号の遅延を常に１フレーム分遅延する遅延器２６を用いても良い。
【００４０】
ノイズキャンセラ３０に対する入力は、エコーキャンセラ２０出力とノイズキャンセルフィルタ１３において用いられた利得調整値である。ノイズキャンセラ３０はエコーキャンセラ２０出力にノイズキャンセルフィルタ１３において用いられたと同じ利得調整値を乗算して出力する。
【００４１】
この様にエコーキャンセラ２０の前後にノイズキャンセラ１０および３０を配し、特に送信入力信号の電力利得をエコーキャンセル後に変化させることによりノイズキャンセラのエコー学習にたいする影響を防止することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、受信信号を再生する再生手段と、送信入力信号から送信信号を生成する送信手段と、受信信号と該送信入力信号に混入された受信信号のエコーとの関係を学習して、受信信号から推定される疑似エコーを発生させ、送信入力信号から該疑似エコーを減算することによりエコーを抑圧するエコーキャンセル手段と、エコーキャンセル手段出力に混入する雑音を抑圧するノイズキャンセル手段とを有する音声通信システムにおいて、エコーキャンセル手段で学習が行われているかどうかによってノイズキャンセル手段の特性を変化させるようにしたので、不必要な雑音除去処理を無くし、受信信号、送信入力信号に応じた最適の雑音除去を実現することができる。
【００４３】
また、前記エコーキャンセル手段で学習が行われている間はノイズキャンセル手段の特性を変化させないようにしたので、エコーキャンセル手段の動作をノイズキャンセル手段に反映させる事ができ、エコーキャンセラにはノイズキャンセラの影響が、ノイズキャンセラにはエコーキャンセラの影響が入らないようにして、エコー抑圧とノイズ抑圧の効果を向上させる事が出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例を示すブロック図。
【図２】図１の実施例における状態判定の一例を示すフローチャート。
【図３】図１の実施例におけるパラメータ計算の一例を示すフローチャート。
【図４】本発明の第二の実施例を示すブロック図。
【図５】図４の実施例における状態判定の一例を示すフローチャート。
【図６】図４の実施例におけるパラメータ計算の一例を示すフローチャート。
【図７】本発明の第三の実施例を示すブロック図。
【図８】図７の実施例におけるパラメータ計算の一例を示すフローチャート。
【図９】本発明の第三の実施例の他の構成を示すブロック図。
【図１０】本発明の第四の実施例を示すブロック図。
【図１１】ノイズキャンセラの従来例を示すブロック図。
【図１２】ノイズキャンセラとエコーキャンセラの従来例を示すブロック図。
【図１３】ノイズキャンセラとエコーキャンセラの他の従来例を示すブロック図。
【符号の説明】
１    スピーカ
２    マイクロホン
１０、３０    ノイズキャンセラ
１１    パラメータ計算部
１２    状態判定部
１３、２４    ノイズキャンセルフィルタ
２０    エコーキャンセラ
２１    受話／送話判定部
２２    適応フィルタ
２３    加算器
２５、２６    １フレーム遅延器
【図１】
0003725052.tif 000002
【図２】
0003725052.tif 000003
【図３】
0003725052.tif 000004
【図４】
0003725052.tif 000005
【図５】
0003725052.tif 000006
【図６】
0003725052.tif 000007
【図７】
0003725052.tif 000008
【図８】
0003725052.tif 000009
【図９】
0003725052.tif 000010
【図１０】
0003725052.tif 000011
【図１１】
0003725052.tif 000012
【図１２】
0003725052.tif 000013
【図１３】
0003725052.tif 000014