(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高能率に符号化されて伝送された受信符号を復号器で復号し、復号した音声信号を再生器で音響信号に再生し収音器からの信号を送信側減衰部にて減衰して送信信号とする反響抑圧方法において、
上記送信側減衰部は、
上記受信符号に含まれる線形予測係数を表す符号を復号し、伝送されて来る音声の線形予測係数を求めるステップと、
この線形予測係数から伝送されて来た音声のスペクトル包絡を平坦化する特性の反響抑圧フィルタのフィルタ係数を算出するステップと、
上記収音器で収音された音響信号を上記反響抑圧フィルタに通過させて送信信号とするステップと、
この送信信号を符号化するステップと、
を含むことを特徴とする反響抑圧方法。
【請求項２】
高能率に符号化されて伝送された受信符号を復号器で復号し、復号した音声信号を再生器で音響信号に再生し、再生器に出力される信号を参照して擬似反響信号を生成し、収音器からの信号から上記擬似反響信号を差し引き、その残差信号を送信側減衰部にて減衰処理して送信信号とする反響抑圧方法において、
上記送信側減衰部は、
上記受信符号に含まれる線形予測係数を表す符号を復号し、伝送されて来る音声の線形予測係数を求めるステップと、
この線形予測係数から伝送されて来た音声のスペクトル包絡を平坦化する特性の反響抑圧フィルタのフィルタ係数を算出するステップと、
上記収音器で収音された音響信号を上記反響抑圧フィルタに通過させて送信信号とするステップと、
この送信信号を符号化するステップと、
を含むことを特徴とする反響抑圧方法。
【請求項３】
高能率に符号化された受信符号を復号器で復号し、復号した音声信号を再生器で音響信号に再生し、収音器からの収音信号を送信側減衰部にて減衰処理して送信信号とする反響抑圧装置において、
上記送信側減衰部は、
上記受信符号に含まれる線形予測係数を表す符号を復号し、伝送されて来る音声の線形予測係数を求め、この線形予測係数により伝送されて来る音声のスペクトル包絡を求め、このスペクトル包絡を平坦化する特性の反響抑圧フィルタのフィルタ係数を算出する反響抑圧フィルタ算出部と、
この反響抑圧フィルタ算出部で算出したフィルタ係数が設定され、収音された音響信号を、この音響信号に含まれる反響成分を抑圧して通過させ送信信号とする反響抑圧フィルタと、
この送信信号を符号化する符号化部と、
によって構成されることを特徴とする反響抑圧装置。
【請求項４】
高能率に符号化された受信符号を復号器で復号し、復号した音声信号を再生器で音響信号に再生し、再生器に出力される信号を参照して擬似反響信号を生成し、収音器からの信号から上記擬似反響信号を差し引き、その残差信号を送信側減衰部にて減衰処理して送信信号とする反響抑圧装置において、
上記送信側減衰部は、
上記受信符号に含まれる線形予測係数を表す符号を復号し、伝送されて来る音声の線形予測係数を求め、この線形予測係数から送られて来た音声のスペクトル包絡を平坦化する特性の反響抑圧フィルタのフィルタ係数を算出する反響フィルタ算出部と、
この反響フィルタ算出部で算出したフィルタ係数が設定され、収音された音響信号を、この音響信号に含まれる反響成分を抑圧して通過させ送信信号とする反響抑圧フィルタと、
この送信信号を符号化する符号化部と、
によって構成されることを特徴とする反響抑圧装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、拡声通話系においてハウリングの原因となる反響を抑圧する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
拡声通話系では、スピーカから拡声された受話音声がマイクに収音されて生じる反響が問題となる。この反響現象は音響エコーとも呼ばれ、対地の拡声通話系を含めて形成される閉ループのループゲインが１より大きい場合にはハウリングとなり、通話が不可能となる。またループゲインが１より小さい場合にも通話の障害や不快感などの悪影響を生じる。
【０００３】
このような拡声通話系の問題点を解決する方法として、受話信号から反響を模擬し、収音信号から模擬反響信号を差し引いた残差信号を送信信号とする反響消去法がある。しかし通常反響は完全に消去されないため、送話検出法により送話の有無を調べ、送話のないときに残留エコーを聴感上検知できないレベルまで減衰させる反響抑圧方法と組み合わせて用いられることが多い。
この反響抑圧方法としては全帯域の振幅を一律に減衰させる処理が行われるが、エコーと同時に背景音や送話に検出されなかった送話音声も一緒に抑圧する。このため、実際の拡声通信においては抑圧処理のオンオフが断続感を与え、通信品質を低いと感じさせてしまう問題がある。
【０００４】
この問題を解決するため、受話信号と残差信号の短時間スペクトルから周波数成分毎に反響抑圧ゲインを決定して収音信号の短時間スペクトルにこのゲインを乗算することで、反響を抑圧して送信信号とする方法がすでに提案されている。この方法は、残留音響エコーを充分減衰させるものの背景音はほとんど減衰されないため、良好の通話品質が確保される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この反響抑圧方法は、一定長の時間フレーム毎に受話信号と残留反響信号の短時間スペクトルをＦＦＴ（高速フーリエ交換）により求め、この情報から周波数成分毎に反響抑圧ゲインを求める。このゲインを周波数領域で残留反響信号の短時間スペクトルに乗算した後に、逆ＦＦＴを用いて実際の時間領域の信号を得ている。このため、入力された残留反響信号が処理されて時間領域の信号として出力されるまでの処理遅延は、ＦＦＴ及び逆ＦＦＴ処理に要する時間、スペクトル処理に要する時間とフレーム長に相当する時間の和になる。例えばサンプリング周波数が８ＫＨｚで時間フレームが５１２サンプルからなるとき、この処理遅延は少なくとも６４ｍｓ以上になる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明では、ＦＦＴにより受話信号の短時間スペクトルを求める代わりに、線形予測法を用いて受話信号のスペクトル包絡を求める。そして、このスペクトル包絡でパワーの大きい部分を抑圧するＦＩＲフィルタの係数を線形予測係数から直接求め、時間領域にてこのフィルタで収音信号を処理する。
この発明による反響抑圧方法によればＦＦＴを経由しないので、従来法と比較してほとんど処理遅延なしで実行することが可能である。
線形予測分析では、音声の発生システムは
【０００７】
【数１】
0003724705.tif 000002
【０００８】
というＡＲモデル（全極型デジタルフィルタ）に、ピッチ信号に相当する１個のインパルスもしくは数学的に等価な白色ランダム雑音が入力されるシステムとして、モデル化される。次数ｐのＡＲモデルは、信号ｘ（ｎ）と過去ｐ時点のｘ（ｎ）の値からの線形予測値ｕ（ｎ）との誤差ｅ（ｎ）
【０００９】
【数２】
0003724705.tif 000003
【００１０】
【数３】
0003724705.tif 000004
【００１１】
を最小にする線形予測係数ａiとして求められる。
ＡＲモデルの全極型デジタルフィルタ１／Ａ（ｚ）は、ホルマントすなわち音声発生時の声道の共振に対応し音声スペクトルの概形を与えることが知られている。なお音声の線形予測分析については、例えば中田和夫著、森北出版社発行『音声の高能率符号化』に記載されている。
残響時間が長くないとき、収音された反響信号ｙ（ｎ）のスペクトル概形は受話信号ｘ（ｎ）のスペクトル外形とほぼ一致している。したがって、収音信号を全帯域一律に抑圧する変わりに、受話信号パワーが大きい周波数帯域で、収音信号を大きく抑圧し、受話信号パワーの小さい周波数帯域で収音信号を小さく抑圧する信号処理を行うことで、背景音を通しつつ、反響を効果的に抑圧することができる。
【００１２】
受話信号に線形予測法を適用し線形予測係数が得られているとき、デジタルＦＩＲフィルタＡ（ｚ）は、このような周波数特性を持っている。実際に使用するフィルタとしては、例えばフィルタ周波数特性の最大振幅が１になるようにＡ（ｚ）のゲインを調整したフィルタＢ（ｚ）等が考えられる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１に受話信号に線形予測分析法を適用した反響抑圧装置の例を示す。
受話信号Ａ１は、再生器２により音響信号に再生されると同時に、送信側減衰部１を構成するスペクトル包絡推定部１１に入力され、このスペクトル包絡推定部１１で線形予測分析により予測係数の形でスペクトル包絡情報が抽出される。反響抑制フィルタ算出部１２は、反響抑圧フィルタ１３が受話信号のスペクトルを平坦化するフィルタ係数を予測係数から算出し、そのフィルタ係数を反響抑圧フィルタ１３に設定する。収音器３からの収音信号は、反響抑圧フィルタ１３による反響抑圧処理を経て送信信号Ａ２として送信される。
【００１４】
図２に擬似反響生成部４１を備えた反響抑圧装置に線形予測分析法を適用した例を示す。
受話信号Ａ１は反響消去部４に入力されると同時に、送信側減衰部１を構成するスペクトル包絡推定部１１に入力され、このスペクトル包絡推定部１１で線形予測分析により予測係数もしくは全極型フィルタの係数の形でスペクトル包絡情報が抽出される。反響抑圧フィルタ算出部１２は、この全極型フィルタの分母部分を取出、フィルタの最大周波数維持特性がほぼ１になるようにゲインを調整してＦＩＲフィルタ係数を求め、このフィルタ係数を反響抑圧フィルタ１３に設定する。
【００１５】
このようなＦＩＲフィルタの一例として、線形予測の次数がｐで線形予測係数がａ1〜ａpのときに
【数４】
0003724705.tif 000005
【００１６】
というＦＩＲフィルタが考えられる。
反響消去部４に入力された受話信号は、再生器２により音響信号に再生されると同時に擬似反響生成部４１に入力される。収音器３からの収音信号は、減算器４２で擬似反響信号を差し引いた後に、反響抑圧フィルタ１３により抑圧処理されて送信信号Ａ２となる。
図３にこの発明で提案する反響抑圧方法及び反響抑圧装置の実施の形態を示す。この発明では音声が線形予測分析により高能率で符号化して伝送される場合に、受信符号ＡＡ１に線形予測係数を表す符号が含まれていることに着目し、抑圧フィルタ算出部１２は、受信符号ＡＡ１に含まれている線形予測係数を表す符号を復号し、直接反響抑圧フィルタの係数を算出し、反響抑圧フィルタ１３に設定することができる。送話信号は、反響抑圧フィルタ１３により処理された後に符号化部１５により符号化されて送信符号ＡＡ２として伝送される。この実施例によれば線形予測分析の必要がないので、この処理分の演算量が削減される。
【００１７】
図４に周波数帯域分割部５を備えた反響抑圧装置の例を示す。受話信号Ａ１は、再生器２により音響信号に再生されると同時に、送信側減衰部１を構成する受話信号周波数帯域分割部５に入力される。受話信号周波数帯域分割部５では、入力信号は帯域通過フィルタによりＮ個の帯域に分割され、予め決められた間引き率で間引かれて、Ｎ個のサブバンド受話信号が得られる。収音器３からの収音信号は、受話信号周波数帯域分割部５と同様の構成を持つ収音信号周波数帯域分割部６に入力されＮ個のサブバンド収音信号となる。Ｎ個の周波数帯域毎に、サブバンド受話信号とサブバンド収音信号がサブバンド反響処理部７1〜７Nに入力され、周波数帯域毎にＮ個の反響成分の減衰したサブバンド送信信号が得られる。送信信号周波数帯域合成部８では、Ｎ個のサブバンド送信信号から、送信信号を合成する。
【００１８】
一例として、図５のように０〜８ｋＨｚの帯域を０〜４ｋＨｚと４〜８ｋＨｚの２帯域に分割し、０〜４ｋＨｚ帯域では図２に示した反響消去部４として動作する適応フィルタにより反響を消去し、４〜８ｋＨｚ帯域では適応フィルタによる反響消去の代わりに線形予測分析法を適用した反響抑圧法を用いると、演算量を抑えつつ広い帯域で、反響を効果的に抑えることが可能となる。
【００１９】
線形予測分析法を反響抑圧方法に用いた効果を実証するために、図２に示した反響抑圧装置と、全帯域一律に振幅を減衰させる従来の反響抑圧方法との比較を数値シミュレーションにより行った。入力音声のサンプリング周波数は８ｋＨｚであり、線形予測分析の次数を１０次に、分析フレーム長を１６ｍｓに設定した。また再生器２と収音器３の間の音響結合量を５ｄＢとし、反響消去による反響の減衰量を−１０ｄＢに設定した。
【００２０】
図６に示す波形図において、図６Ａは図２に示した反響消去部４を通過後の残留反響と背景音の混在した信号、図６Ｂは背景音、図６Ｃは全帯域を一律に抑圧する従来法による送信信号、図６Ｄは図２に示した反響抑圧装置の送信信号を示す。
図７のグラフは、図６に示した各信号のスペクトルグラムになっている。従来法による抑圧量は残留反響のレベルが図２に示した反響抑圧装置と同じになるように−１８ｄＢに設定した。
【００２１】
従来法では、残留反響と送話信号とが同時に抑圧されてしまうために、背景音が殆ど送信されない。これに対し、図２に示した反響抑圧装置によれば振幅が小さくなり波形の形状が変わるものの背景音は送信され、反響は抑圧されていることが分かる。図７に示したスペクトルグラムからも、反響がよく抑圧されるものの背景音のスペクトルは残っていることがわかる。図３に示したこの発明による反響抑圧装置でも同様の効果が得られる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば受話信号のスペクトル包絡を求めて反響抑圧フィルタ１３のフィルタ係数を算出する方法を採ったから、ＦＦＴを用いる場合より処理遅延量を大幅に小さくすることができる利点が得られる。
更に、全帯域を一律に抑圧して反響を抑圧する方法と比較した場合、図６及び図７からも明らかなように背景音の減衰を小さくすることができる。よって通話品質の劣化を抑えることができる利点も得られる。
【００２３】
また、この発明によれば話者音声と受話音声が同時に存在するダブルトーク状態でも、受話音声の線形予測分析に基づく反響抑圧フィルタを用いて反響の周波数成分の通過を阻止する。
背景音や話者音声があるとき、適応フィルタが反響路の推定にもちいる参照信号には受話音声の反響音とともにそれ以外の音も含まれるので、推定精度は背景音等のレベルにより制限されてしまう。そのため、いかに高速に推定する適応フィルタを用いても反響を消去しきれず、背景音等と同等レベルの残留反響信号が背景音と共に送信されてしまう。一方、本発明は受話音声情報から反響抑圧フィルタの係数を算出し、背景音等に影響されない。そのため本発明を適応フィルタと併用すると、残留反響の周波数成分を背景音や話者音声のレベルから大幅に抑圧しつつ背景音や話者音声の周波数成分を送信することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  受話信号に線形予測分析法を適用した反響抑圧装置の例を示すブロック図。
【図２】  反響消去部を備えた反響抑圧装置に線形予測分析法を適用した例を示すブロック図。
【図３】  この発明で提案する反響抑圧方法と反響抑圧装置の実施例を示すブロック図。
【図４】  周波数帯域分割部を備えた反響抑圧装置の例を示すブロック図。
【図５】  図４に示した反響抑圧装置の具体的な例を説明するためのブロック図。
【図６】  この発明の作用効果を説明するための波形図。
【図７】  図６と同様のグラフ。
【符号の説明】
１          送信側減衰部
２          再生器
３          収音器
４          反響消去部
５          受話信号周波数帯域分割部
６          収音信号周波数帯域分割部
７1〜７N    サブバンド反響処理部
８          送信信号周波数帯域合成部
１１          スペクトル包絡推定部
１２          反響抑圧フィルタ算出部
１３          反響抑圧フィルタ
１４          復号化部
１５          符号化部
Ａ１          受話信号
Ａ２          送信信号
ＡＡ１          受信符号
ＡＡ２          送信符号
４１          擬似反響生成部
４２          減算器
【図１】
0003724705.tif 000006
【図２】
0003724705.tif 000007
【図３】
0003724705.tif 000008
【図４】
0003724705.tif 000009
【図５】
0003724705.tif 000010
【図６】
0003724705.tif 000011
【図７】
0003724705.tif 000012