(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
未知の特性を持つ信号伝達系と非巡回型フィルタとに参照信号を入力し、それぞれの応答信号の差を示す残差信号と前記参照信号とに基づいて、前記非巡回型フィルタのフィルタ係数を複数の標本化周期からなるブロックごとに更新することにより、前記信号伝達系の特性を推定する適応フィルタ係数推定装置において、
各標本化周期ごとに入力される前記参照信号と前記残差信号とを所定の手順で積算した結果に基づいて、前記非巡回型フィルタのフィルタ係数に適用すべき係数更新量を算出する更新量算出手段と、
前記更新量算出手段によって標本化周期ごとに得られる係数更新量の値を観測する観測手段と、
前記観測された係数更新量と直前のブロックにおける係数更新量とが所定の関係を満たすまでの標本化周期の数を新しいブロックのブロック長として決定するとともに、新しいブロックに対応する係数更新量として算出結果を出力する旨を前記更新量算出手段に指示するブロック長調整手段と、
前記ブロック長調整手段によって得られたブロック長に応じて、ステップゲインを算出するステップゲイン算出手段と、
各ブロックについて得られた係数更新量およびステップゲインと直前のブロックに対応するフィルタ係数とに基づいて、新しいフィルタ係数を算出し、前記非巡回型フィルタに設定する係数更新手段とを備え、
前記観測手段は、更新量算出手段における積算処理にかかる標本化周期の数が、前記直前のブロック長とは無関係の所定の基本ブロック長以上となったときから係数更新量の観測動作を開始し、観測結果をブロック長調整手段の処理に供する構成である
ことを特徴とする適応フィルタ係数推定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の適応フィルタ係数推定装置において、
ステップゲイン算出手段は、ブロック長の逆数の関数としてステップゲインを求める構成である
ことを特徴とする適応フィルタ係数推定装置。
【請求項３】
未知の特性を持つ信号伝達系と非巡回型フィルタとに参照信号を入力し、それぞれの応答信号の差を示す残差信号と前記参照信号とに基づいて、前記非巡回型フィルタのフィルタ係数を複数の標本化周期からなるブロックごとに更新することにより、前記信号伝達系の特性を推定する適応フィルタ係数推定装置において、
標本化周期ごとに入力される前記参照信号と前記残差信号とを所定の手順で積算した結果に基づいて、前記非巡回型フィルタのフィルタ係数に適用すべき係数更新量を算出する更新量算出手段と、
前記参照信号のパワーに基づいて、フィルタ係数の更新単位であるブロックを構成する標本化周期の数の下限を示す基本ブロック長を決定する基本ブロック長決定手段と、
前記更新量算出手段によって標本化周期ごとに得られる係数更新量の値を、前記更新量算出手段における積算処理にかかる標本化周期の数が直前のブロック長とは無関係に前記基本ブロック長となったときから観測動作を開始して観測する観測手段と、
前記観測された係数更新量と前記直前のブロックにおける係数更新量とが所定の関係を満たすまでの標本化周期の数を新しいブロックのブロック長として決定するとともに、新しいブロックに対応する係数更新量として算出結果を出力する旨を前記更新量算出手段に指示するブロック長調整手段と、
各ブロックについて得られた係数更新量とステップゲインおよび直前のブロックに対応するフィルタ係数とに基づいて、新しいフィルタ係数を算出し、前記非巡回型フィルタに設定する係数更新手段と
を備えたことを特徴とする適応フィルタ係数推定装置。
【請求項４】
未知の特性を持つ信号伝達系と非巡回型フィルタとに参照信号を入力し、それぞれの応答信号の差を示す残差信号と前記参照信号とに基づいて、前記非巡回型フィルタのフィルタ係数を複数の標本化周期からなるブロックごとに更新することにより、前記信号伝達系の特性を推定する適応フィルタ係数推定装置において、
標本化周期ごとに前記参照信号と残差信号とを受け取り、ブロック長で示される複数の標本化周期について所定の手順で積算することにより、前記非巡回型フィルタのフィルタ係数に適用すべき係数更新量を算出する更新量算出手段と、
前記更新量算出手段によって標本化周期ごとに得られる係数更新量の値を観測する観測手段と、
前記係数更新量の観測結果に応じて、新しいブロックを構成する標本化周期の数を示すブロック長を決定し、新しいブロックに対応する係数更新量として算出結果を出力する旨を前記更新量算出手段に指示するブロック長調整手段と、
各ブロックについて得られた係数更新量とステップゲインおよび直前のブロックに対応するフィルタ係数とに基づいて、新しいフィルタ係数を算出し、前記非巡回型フィルタに設定する係数更新手段と
前記観測手段による観測結果に基づいて、前記信号伝達系の特性変化を検出し、検出結果を前記更新量算出手段および係数更新手段の処理に供する検出手段とを備え、
前記更新量算出手段および前記係数更新手段は、特性変化を検出した旨の検出結果の入力に応じて、それまでの推定処理に関する情報を廃棄して、新規に推定処理を開始する構成である
ことを特徴とする適応フィルタ係数推定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、未知の特性を有する信号伝達系への参照信号の入力に応じて得られる応答に基づいて、この信号伝達系の特性を模擬する適応非巡回型フィルタの係数を推定する適応フィルタ係数推定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１に、従来の適応フィルタ係数推定装置の構成例を示す。
図１１において、ｊ番目の標本化周期における参照信号Ｘｊ  は、信号伝達系４００、非巡回型フィルタ４１０および係数更新回路４２０のそれぞれに入力されており、信号伝達系４００の出力信号ｇｊ  は、加算器４３０において外乱Ｎｊ  を加算された後に、この信号伝達系４００の応答信号Ｙｊ  として、非巡回型フィルタ４１０の出力信号Ｇｊ  とともに減算器４４０に入力されている。
【０００３】
また、この減算器４４０によって得られた差分信号Ｅｊ  の入力に応じて、係数更新回路４２０により、非巡回型フィルタ４１０のフィルタ係数Ｈｊ  を算出し、この非巡回型フィルタ４１０の出力信号Ｇｊ  を信号伝達系４００の応答信号Ｙｊ  に近づけることにより、信号伝達系４００の特性を推定する構成となっている。
ここで、信号伝達系４００の出力信号ｇｊ  は、参照信号Ｘｊ  の標本値Ｘｊ（ｉ）およびこの信号伝達系４００のインパルス応答ｈ（ｉ）  を用いて、式（１）のように表され、
ｇｊ  ＝Σｈ（ｉ）Ｘｊ（ｉ）            ・・・（１）
また、非巡回型フィルタ４１０の出力信号Ｇｊ  は、上述した標本値Ｘｊ（ｉ）およびこのフィルタ係数Ｈｊ（ｉ）を用いて、式（２）のように表される。
【０００４】
Ｇｊ  ＝ΣＨｊ（ｉ）Ｘｊ（ｉ）          ・・・（２）
係数更新回路４２０において、例えば、学習同定法を適応アルゴリズムとして採用している場合は、フィルタ係数Ｈｊ  の第ｍ番のタップ係数Ｈｊ（ｍ）を式（３）に示すように逐次更新され、差分信号Ｅｊ  の最小化が図られている。
Ｈｊ＋１（ｍ）＝Ｈｊ（ｍ）＋ＫＥｊＸｊ（ｍ）／ΣＸｊ２（ｉ）      ・・・（３）
式（３）  において、ステップゲインＫ（０＜ｋ＜２）は、非巡回型フィルタ４１０のフィルタ係数Ｈｊ  が、信号伝達系４００のインパルス応答ｈｊ  に収束する速度と、収束後における信号伝達系の出力信号ｇｊ  から非巡回型フィルタ出力信号Ｇｊ  を差し引いて得られる応答残差Ｄｊ  の大きさを決定する働きがある。
【０００５】
上述した式（３）  において、ステップゲインＫ＝１とすると、収束速度は最も速く、一方、ステップゲインＫの値が０に近いほど、収束後の応答残差Ｄｊ  は小さくなる。
当然ながら、フィルタ係数推定装置としては、収束速度が速く、しかも、応答残差Ｄｊ  が小さいことが望ましい。しかしながら、上述したように、収束速度を早くする条件と応答残差を低減する条件とが相反しているため、ステップゲインを固定としていたのでは、フィルタ係数推定装置に要求されている性能を満足することができない。
【０００６】
このため、係数更新回路４２０に学習同定法を適用する方法については、多数の研究者によって、様々な適用方法が研究されている。
以下に挙げる６つの文献は、その例である。
文献１：Ｙａｍａｍｏｔｏ  Ｒ  ａｎｄ  Ｋｉｔａｙａｍａ  Ｓ．  ：  ”Ａｎ  Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｅｃｈｏ  Ｃａｎｃｅｌｌｅｒ  ｗｉｔｈ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｓｔｅｐ  ｇａｉｎ  Ｍｅｔｈｏｄ”，ＩＥＣＥ  Ｔｒａｎｓ．，  Ｅ６５，  １  ，ｐｐ．  １−８  （１９７９−０１）。
【０００７】
文献２：Ｈａｒｒｉｓ  Ｒ．  Ｗ．，  Ｃｈａｂｒｉｓ  Ｄ．  Ｍ．  ａｎｄ  Ｂｉｓｈｏｐ  Ｆ．  Ａ．  ：”Ａ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｓｔｅｐ（ＶＳ）  Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｆｉｌｔｅｒ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ”，  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．  Ａｃｏｕｓｔ．，  Ｓｐｅｅｃｈ  ＆  Ｓｉｇｎａｌ    Ｐｒｏｃｅｓｓ．，  ＡＳＳＰ−３４，  ２，  ｐｐ．  ３０９−３１６（１９８６−０４）。
文献３：沢辺知子，松井実，萩原将文，中川正雄：「可変ステップ適応ディジタルフィルタの高速化」，信学論（Ａ），  Ｊ７０−Ａ，  ２，  ｐｐ．  １８５８−１８６０  （１９７７−１１）。
【０００８】
文献４：田口亮，浜田望：「可変ステップ型学習同定法の一提案」，信学論（Ａ），  Ｊ７１−Ａ，  ８，  ｐｐ．  １６６３−１６６５  （１９８８−０８）。
文献５：加藤昭偉，久保田一：「ファジイ制御を用いた可変ステップアルゴリズムの提案」，信学論（Ａ），  Ｊ７３−Ａ，  １１，  ｐｐ．  １８４４−１８５０  （１９９０−１１）。
文献６：藤井健作、大賀寿郎：「学習同定法における修正定数の最適制御」，信学論（Ａ），  Ｊ７５−Ａ，６，  ｐｐ．９７５−９８３  （１９９２−０６）
これらの文献で提案されている技法は、フィルタ係数の推定の初期段階においては、ステップゲインＫを１に近い値とし、ある程度まで収束した時点から次第にステップゲインの値を小さくすることにより、収束特性の改善を図るものである。
【０００９】
ここで、ステップゲインＫを決定する際に最適な制御値は、応答残差Ｄｊ  と外乱Ｎｊ  とのそれぞれの自乗平均値の関数であるが、この外乱Ｎｊ  と応答残差Ｄｊ  とを各時刻ごとに正確に観測することは非常に困難である。
このため、上述した技法においては、図１１に示したように、外乱Ｎｊ  を含んだ残差信号Ｅｊ  を応答残差Ｄｊ  に近似し、この残差信号Ｅｊ  を制御情報として用いてステップゲインＫの決定に供している。
【００１０】
これに対して、上述した外乱Ｎｊ  の影響を考慮して、応答残差の観測を不要とした制御方法も提案されている（上述した文献６参照のこと）。
この技法は、係数更新過程が飽和し始めるまでは、ステップゲインＫの値はほぼ１に固定されており、この段階においてはステップゲインＫの制御が不要であることと、係数更新過程が飽和し始めてからは、差分信号Ｅｊ  において外乱Ｎｊ  が占める割合が大きくなることに着目し、差分信号Ｅｊ  と応答信号Ｙｊ  とのパワー比から係数更新の飽和を判定し、飽和した後は、理論的に計算した最適ステップゲインＫを設定するものである。
【００１１】
また、応答残差Ｄｊ  そのものを観測し、ステップゲインＫの制御に用いる制御方法も提案されている。
この技法の１つは、以上で説明した制御方法で採用された学習同定法に代えて、個別正規化ＬＭＳ法（Ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌｌｙ  Ｎｏｒｍａｒｉｚｅｄ  Ｌｅａｓｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）を用い、式（４）  で表される係数更新式の第２項として含まれる係数更新量をＪ標本周期からなるブロックごとに求めて係数更新を行うものである。
【００１２】
Ｈｎ＋１（ｍ）＝Ｈｎ（ｍ）＋ＫＡｎ（ｍ）／Ｐｎ（ｍ）      ・・・（４） 
なお、式（４）  の第２項の分子Ａｎ（ｍ）および分母Ｐｎ（ｍ）は、式（５），式（６）  に示すように、ブロックを構成するＪ個の標本化周期についての加算項で表されており、この加算項数Ｊ（以下、ブロック長と称する）を調整することにより、収束特性の制御が行われている。
【数１】
0003612129.tif 000002
ここで、係数Ｈｎ（ｍ）は、動作の開始からｎ番目のブロックにおける第ｍ番のタップについての係数を示している。
なお、個別正規化ＬＭＳ法については、「固定小数点演算に適した”個別正規化”ＬＭＳ法とその能動騒音制御への応用」（藤井健作，大賀寿郎，信学論（Ａ），Ｊ７８−Ａ，  ６，  ｐｐ．６６９−６７７  （１９９５−０６））を参照されたい。
【００１３】
本出願人は、この個別正規化ＬＭＳ法を利用して非巡回型フィルタ係数を推定する技法として、発明の名称「フィルタ係数の推定装置」を特願平７−４９４０８号として既に出願している。
ここで、上述した式（４）  の第２項は、インパルス応答のｉ番目の標本値ｈ（ｉ）  とｉ番目のタップ係数Ｈｎ（ｉ）との差分で示される第ｎブロックの推定誤差Δｎ（ｉ）と、この推定誤差の期待値［ｈ（ｍ）−Ｈｎ（ｍ）］  とを用いて、式（７）  に示すように展開できる。
【数２】
0003612129.tif 000003
なお、式（７）  において、演算子Σｍｆ（ｉ）  は、第ｍ番のタップをのぞく全てのタップについて関数ｆ（ｉ）の値を加え合わせる操作を示している。
特願平７−４９４０８号明細書記載の技法においては、上述した式（４）  の第２項が、推定誤差の期待値［ｈ（ｍ）−Ｈｎ（ｍ）］  の確率変数となることと、その分散はブロック長Ｊを大きく設定することで抑えられることを利用し、この第２項の値が単調減少から振動に変化したときに、ブロック長Ｊを延長する操作を開始することにより、応答残差Ｄｊ  に相当する推定誤差の期待値［ｈ（ｍ）−Ｈｎ（ｍ）］  の算定精度を向上している。
【００１４】
また、係数更新回路４２０における適応アルゴリズムとして、加算正規化ＬＭＳ法（Ｓｕｍｍａｔｉｏｎａｌ  Ｎｏｒｍａｒｉｚｅｄ  Ｌｅａｓｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ  Ａｇｏｒｉｔｈｍ）を採用し、上述した個別正規化ＬＭＳ法と同様にブロック長を調整しつつ、式（８）  で表される係数更新式を用いてブロックごとにフィルタ係数を更新することにより、収束特性を制御する技法も提案されている。
【００１５】
Ｈｎ＋１（ｍ）＝Ｈｎ（ｍ）＋ＫＡｎ（ｍ）／Ｐｎ      ・・・（８） 
なお、式（８）  の第２項分母Ｐｎ  は、式（９）  に示すように、参照信号パワーをブロック長について積算したものである。
【数３】
0003612129.tif 000004
なお、加算正規化ＬＭＳ法についての詳細は、「適用フィルタ係数の無音声区間における更新の継続」（藤井健作，大賀寿郎，信学技法，ＥＡ９４−７８，  １９９４−１２）を参照されたい。
【００１６】
また、本出願人は、この加算正規化ＬＭＳ法において、上述したブロック長制御方法を採用し、非巡回型フィルタ係数を高速に推定する技法として、発明の名称「適応フィルタ係数の推定制御方法および装置」を特願平７−２４８０５４号として既に出願している。
この特願平７−２４８０５４号明細書記載の技法は、推定誤差Δｊ  が、式（８）  の第２項に示された係数更新量Ａｎ（ｍ）／Ｐｎ  によって近似可能であることを利用し、この係数更新量Ａｎ（ｍ）／Ｐｎ  を観測し、この観測結果に応じて、ブロック長を制御することにより、収束までに必要とされる時間の短縮および推定精度の向上を図るものである。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した文献１から文献５で提案されている技法では、係数の更新過程が飽和し始めるまでは、ステップゲインＫの制御がほとんど無効であるにもかかわらず、ステップゲインＫの制御のみによって収束特性の制御が図られており、また、ステップゲインＫの制御の指標として外乱Ｎｊ  を含んだ残差信号Ｅｊ  を用いているために、十分な改善効果が得られない場合があった。
【００１８】
一方、文献６で提案されている技法においては、係数更新過程の飽和を検出し、その後、理論値に基づいてステップゲインＫの制御を行うことにより、外乱Ｎｊ  の大きさにかかわらず、収束特性を精密に制御することが可能である。
しかしながら、この方法を適用するためには、係数更新過程の飽和を判定するために、標本化周期ごとの差分信号Ｅｊ  と応答信号Ｙｊ  とのパワー比の対数を算出する必要があり、また、飽和を検出した後は、最適ステップゲインの理論値を随時算出する必要がある。このため、膨大な計算処理が必要となり、高速処理を実現することが難しい。
【００１９】
また、特願平７−４９４０８号及び特願平７−２４８０５４号各明細書記載の技法は、複数の標本化周期ごとに係数を更新するブロック処理を採用し、このブロック長を調整することにより、収束特性を制御することができるので、ステップゲインＫの調整と組み合わせれば、より高速かつ高精度にフィルタ係数を推定することが可能である。
【００２０】
しかしながら、上述した２件の先願の技法では、ステップゲインＫを具体的にどのようにして変更するかが述べられていなかった。
また、これらの先願の技法では、参照信号のパワー変動や外乱パワーの変動および信号伝達系４００の特性変化などは、考慮されていなかった。
例えば、特願平７−２４８０５４号明細書記載の技法では、加算正規化ＬＭＳ法の基本式（上述した式（８））の第２項に代えて、下に示す式（１０）で示される係数更新量Ｒｎ  とステップゲインＫとの積を用いている。
【数４】
0003612129.tif 000005
ここで、式（１０）で表される係数更新量Ｒｎ  は、式（８）  の第２項におけるステップゲインの被乗数を自乗し、更に、全てのタップについて合算したものであり、上述した操作によって吸収可能な参照信号パワーの変動については、その影響を受けないように工夫されている。
しかしながら、適応フィルタの重要な適用分野であるエコーキャンセラなどにおいては、参照信号は音声であり、そのパワーには上述したような操作によって吸収不可能な変動や信号伝達系自体の特性変化が見られる。
【００２１】
ところで、上述した２つの先願の技法においては、参照信号パワーや外乱パワーの変動にかかわらず、単調にブロック長が延長されてしまうので、参照信号パワーの小さいときに推定精度が劣化してしまう場合がある。
また、信号伝達系４００の特性が変化した場合には、それまでに推定した結果が無効になってしまうにもかかわらず、ブロック長は単調に延長されてしまうために、推定精度が大幅に悪化してしまう可能性がある。
【００２２】
このため、参照信号パワーや外乱パワーの変動および推定対象である信号伝達系の特性変化に柔軟に対応し、フィルタ係数の更新処理を適切に制御する技術が必要不可欠である。
本発明は、複数の標本化周期ごとに係数を更新するブロック処理を採用し、ステップゲインを有効に調整する適応フィルタ係数推定装置を提供するとともに、入力信号や推定対象の特性変化に柔軟に対応可能な適応フィルタ係数推定装置を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
図１は、請求項１の適応フィルタ係数推定装置の原理ブロック図である。
請求項１の発明は、未知の特性を持つ信号伝達系１００と非巡回型フィルタ１０１とに参照信号を入力し、それぞれの応答信号の差を示す残差信号と参照信号とに基づいて、非巡回型フィルタ１０１のフィルタ係数を複数の標本化周期からなるブロックごとに更新することにより、信号伝達系１００の特性を推定する適応フィルタ係数推定装置において、各標本化周期ごとに入力される参照信号と残差信号とを所定の手順で積算した結果に基づいて、非巡回型フィルタ１０１のフィルタ係数に適用すべき係数更新量を算出する更新量算出手段１１１と、更新量算出手段１１１によって標本化周期ごとに得られる係数更新量の値を観測する観測手段１１２と、観測された係数更新量と直前のブロックにおける係数更新量とが所定の関係を満たすまでの標本化周期の数を新しいブロックのブロック長として決定するとともに、新しいブロックに対応する係数更新量として算出結果を出力する旨を更新量算出手段１１１に指示するブロック長調整手段１１３と、ブロック長調整手段１１３によって得られたブロック長に応じて、ステップゲインを算出するステップゲイン算出手段１１４と、各ブロックについて得られた係数更新量およびステップゲインと直前のブロックに対応するフィルタ係数とに基づいて、新しいフィルタ係数を算出し、非巡回型フィルタ１０１に設定する係数更新手段１１５とを備え、観測手段は、更新量算出手段における積算処理にかかる標本化周期の数が、直前のブロック長とは無関係の所定の基本ブロック長以上となったときから係数更新量の観測動作を開始し、観測結果をブロック長調整手段の処理に供する構成であることを特徴とする。
【００２４】
請求項１の発明は、更新量算出手段１１１、観測手段１１２およびブロック長調整手段１１３の動作により、加算正規化ＬＭＳ法などを適用する際のブロック長を調整するとともに、ステップゲイン算出手段１１４により、ブロック長に応じたステップゲインを算出して、係数更新手段１１５の処理に供することができるので、ステップゲインの値をブロック長に連携して制御することができる。特に、観測手段１１２が、直前のブロック長とはかかわりなく、予め決定した基本ブロック長分の標本周期以降の観測結果をブロック長調整手段１１３の処理に供することにより、ブロック長調整手段１１３は、直前のブロック長とは無関係に、標本化周期の数が基本ブロック長を超えた後に、観測結果と直前のブロックにおける係数更新量とが、所定の関係を満たしたときに、そこまでの標本化周期数を新しいブロック長とし手、新しいブロックを形成することができる。つまり、直前のブロック長とは無関係の基本ブロック長を下限としてブロック長を増減させ、また、これに対応してステップゲインを増減させることができる。例えば、外乱パワーの増大により、係数更新量が増大している場合には、ブロック長を前のブロック長よりも短縮し、これに連携して、ステップゲイン算出手段１１４によって適切なステップゲインを求め、係数更新手段１１５の処理に供することにより、係数更新過程を速やかに収束させることができる。
請求項２の発明は、請求項１に記載の適応フィルタ係数推定装置において、ステップゲイン算出手段１１４は、ブロック長の逆数の関数としてステップゲインを求める構成であることを特徴とする。
【００２５】
請求項２の発明は、ステップゲイン算出手段１１４の動作により、例えば、ブロック長の逆数に比例したステップゲインを得ることができ、短いブロック長と大きなステップゲインとを組み合わせて係数更新過程の収束を推進し、また、長いブロック長に小さなステップゲインを組み合わせて擾乱成分の抑制を図ることができる。
【００２８】
図２は、請求項３および請求項４の適応フィルタ係数推定装置の原理ブロック図である。
請求項３の発明は、未知の特性を持つ信号伝達系１００と非巡回型フィルタ１０１とに参照信号を入力し、それぞれの応答信号の差を示す残差信号と参照信号とに基づいて、非巡回型フィルタ１０１のフィルタ係数を複数の標本化周期からなるブロックごとに更新することにより、信号伝達系１００の特性を推定する適応フィルタ係数推定装置において、標本化周期ごとに入力される参照信号と残差信号とを所定の手順で積算した結果に基づいて、非巡回型フィルタ１０１のフィルタ係数に適用すべき係数更新量を算出する更新量算出手段１１１と、参照信号のパワーに基づいて、フィルタ係数の更新単位であるブロックを構成する標本化周期の数の下限を示す基本ブロック長を決定する基本ブロック長決定手段１２１と、更新量算出手段によって標本化周期ごとに得られる係数更新量の値を、更新量算出手段における積算処理にかかる標本化周期の数が直前のブロック長とは無関係に基本ブロック長となったときから観測動作を開始して観測する観測手段１１２と、観測された係数更新量と直前のブロックにおける係数更新量とが所定の関係を満たすまでの標本化周期の数を新しいブロックのブロック長として決定するとともに、新しいブロックに対応する係数更新量として算出結果を出力する旨を更新量算出手段に指示するブロック長調整手段１１３と、各ブロックについて得られた係数更新量とステップゲインおよび直前のブロックに対応するフィルタ係数とに基づいて、新しいフィルタ係数を算出し、非巡回型フィルタ１０１に設定する係数更新手段１１５とを備えたことを特徴とする。
【００２９】
請求項３の発明は、基本ブロック長決定手段１２１によって決定された基本ブロック長に基づいて、観測手段１１２が係数更新量の観測開始の基点を変更し、この観測手段１１２による観測結果に基づいて、ブロック長調整手段１１３がブロック長を調整する。基本ブロック長決定手段１２１は、参照信号パワーに応じて、新たなブロックのブロック長の下限を変更するので、参照信号パワーの変動に対応して、たとえば、基本ブロック長をそれまでより小さい値に変更し、観測手段が観測を開始する基点を早めることにより、ブロック長を前のブロックよりも大幅に短く変更することができるので、フィルタ係数を推定する過程に関する収束特性を制御することが可能である。
請求項４の発明は、未知の特性を持つ信号伝達系１００と非巡回型フィルタ１０１とに参照信号を入力し、それぞれの応答信号の差を示す残差信号と参照信号とに基づいて、非巡回型フィルタ１０１のフィルタ係数を複数の標本化周期からなるブロックごとに更新することにより、信号伝達系１００の特性を推定する適応フィルタ係数推定装置において、標本化周期ごとに参照信号と残差信号とを受け取り、ブロック長で示される複数の標本化周期について所定の手順で積算することにより、非巡回型フィルタ１０１のフィルタ係数に適用すべき係数更新量を算出する更新量算出手段１１１と、更新量算出手段１１１によって標本化周期ごとに得られる係数更新量の値を観測する観測手段１１２と、係数更新量の観測結果に応じて、新しいブロックを構成する標本化周期の数を示すブロック長を決定し、新しいブロックに対応する係数更新量として算出結果を出力する旨を更新量算出手段１１１に指示するブロック長調整手段１１３と、各ブロックについて得られた係数更新量とステップゲインおよび直前のブロックに対応するフィルタ係数とに基づいて、新しいフィルタ係数を算出し、非巡回型フィルタ１０１に設定する係数更新手段１１５と観測手段１１２による観測結果に基づいて、信号伝達系１００の特性変化を検出し、検出結果を更新量算出手段１１１および係数更新手段１１５の処理に供する検出手段１２２とを備え、更新量算出手段１１１および係数更新手段１１５は、特性変化を検出した旨の検出結果の入力に応じて、それまでの推定処理に関する情報を廃棄して、新規に推定処理を開始する構成であることを特徴とする。
【００３０】
請求項５の発明は、検出手段１２２の動作により、信号伝達系１００の特性変化を検出し、更新量算出手段１１１および係数更新手段１１４の動作を制御することにより、信号伝達系１００の特性変化に応じて、フィルタ係数推定処理をやり直すことができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００３２】
図３は、本発明の適応フィルタ係数推定装置の実施形態を示す図である。
図３において、適応フィルタ係数推定装置は、係数更新回路４２０に代えて、係数更新処理部２１０を備え、この係数更新処理部２１０が、参照信号Ｘｊ  と残差信号Ｅｊ  の入力に応じて、非巡回型フィルタ４１０のフィルタ係数を最適化する構成となっている。
【００３３】
図２に示した係数更新処理部２１０において、係数更新量算出部２１１は、参照信号Ｘｊ  および残差信号Ｅｊ  を受け取り、式（８），式（５）および式（１０）を用いて、係数更新量Ｒｎ  を算出し、係数算出部２１２の処理に供するとともに、ブロック長調整部２１３に送出する構成となっている。
【００３４】
図３に示したブロック長調整部２１３において、レジスタ２２１，２２２は、それぞれ直前のブロックの係数算出処理の際に得られた係数更新量Ｒｎ−１  およびブロック長Ｊを直前更新量Ｒｏｌｄ  および直前ブロック長Ｊｏｌｄ  として保持しており、また、カウンタ２２３は、例えば、サンプル周期を示すクロック信号（ｃｌｋ）  の入力に応じて計数動作を行うことにより、係数更新量算出部２１１における加算項数、すなわち、ブロック長Ｊを計数する構成となっている。
【００３５】
また、更新判定部２２４は、上述したカウンタ２２３による計数値が直前ブロック長Ｊｏｌｄ  を超えたときに動作を開始し、上述した直前更新量Ｒｏｌｄ  と係数更新量算出部２１１から受け取った係数更新量Ｒｎ  とを比較して、係数更新量Ｒｎ  として採用するか否かを判定し、判定結果を係数更新量算出部２１１、レジスタ２２１、２２２、カウンタ２２３および更新制御部２１４に通知することにより、これらの各部の動作を制御する構成となっている。
【００３６】
図３において、係数更新量Ｒｎ  を採用する旨の通知に応じて、係数更新量算出部２１１は、式（５），（１０）における積算処理を停止して積算値をクリアし、また、レジスタ２２１，２２２は、このとき得られた係数更新量Ｒｎ  およびブロック長Ｊをそれぞれ直前更新量Ｒｏｌｄ  および直前ブロック長Ｊｏｌｄ  として保持し、それぞれ次のブロックの処理に備えればよい。
【００３７】
このように、更新判定部２２４による判定結果に応じて、係数更新量算出部２１１とブロック長調整部２１３の各部とが動作することにより、請求項１で述べた更新量算出手段１１１、観測手段１１２およびブロック長調整手段１１３の機能を実現し、特願平７−２４８０５４号明細書記載の技法を適用して、係数更新量Ｒn の推移に応じてブロック長Ｊを直前ブロック長Ｊold を基準として延長することができる。
【００３８】
これにより、信号伝達系４００の特性や外乱Ｎｊ  のパワーが変動しない場合には、係数更新過程の収束状況を正確に把握し、適切な係数更新量Ｒｎ  を得ることができる。
また、図３において、カウンタ２２３は、上述した更新判定部２２４からの通知に応じて、計数結果をブロック長Ｊとしてステップゲイン算出部２１５に通知するとともに計数値をクリアし、次のブロックの処理に備えればよい。
【００３９】
図３において、ステップゲイン算出部２１５は、請求項１で述べたステップゲイン算出手段１１４に相当するものであり、上述したカウンタ２２３から受け取ったブロック長Ｊに基づいて、ステップゲインＫの値を決定し、係数算出部２１２の処理に供する構成となっている。
これにより、ブロック長Ｊに対応するステップゲインＫを算出してフィルタ係数Ｈｎ＋１（ｍ）の算出に供することができ、ブロック長Ｊの制御とステップゲインＫの制御とを連携させることができる。
【００４０】
ここで、係数更新の初期段階では、ブロック長を小さくし、またステップゲインを大きく取って収束を早めることが望ましく、一方、係数更新が飽和しだしてからは、逆に、ステップゲインを小さくするとともにブロック長を長くして、擾乱成分を抑えることが重要となる。
したがって、例えば、請求項２の発明を適用し、ステップゲイン算出部２１５により、上述したブロック長Ｊとブロック長の初期値Ｊ０およびステップゲインの基準値Ｋ０  とを用いて、式（１１）で示されるステップゲインＫを算出すればよい。
【００４１】
Ｋ＝Ｋ０  Ｊ０／Ｊ        ・・・（１１）
この場合は、ブロック長Ｊが小さいときにはステップゲインＫとして大きな値が得られ、ブロック長Ｊの増大に応じて、ステップゲインＫの値が減少するので、上述した条件を満たすことができ、係数更新の収束特性を効率よく制御することが可能である。
【００４２】
また、図３において、係数算出部２１２は、上述した係数更新量Ｒｎ  とステップゲインＫとを標本化周期ごとに受け取り、これら乗算結果を上述した式（８）  の第２項として代入することにより、各タップについてのフィルタ係数Ｈｎ＋１（ｍ）を算出し、更新制御部２１４に送出すればよい。
この更新制御部２１４は、更新判定部２２４からの通知に応じて、係数算出部２１２による算出結果をｎ＋１番目のブロックのフィルタ係数Ｈｎ＋１（ｍ）として採用し、非巡回型フィルタ４１０のフィルタ係数を更新すればよい。
【００４３】
また、このとき、係数算出部２１２は、更新制御部２１４からの指示に応じて、採用されたフィルタ係数Ｈｎ＋１（ｍ）を直前ブロックに対応するフィルタ係数Ｈｏｌｄ  として保持し、次のブロックについての処理に備えればよい。
このように、更新判定部２２４からの通知に応じて更新制御部２１４が動作し、係数算出部２１２による算出結果を非巡回型フィルタ４１０に設定することにより、係数更新手段１１５の機能を実現し、係数更新量Ｒｎ  の推移に基づいて決定されたブロック長Ｊごとに、フィルタ係数を更新することができる。
【００４４】
上述したようにして、ブロック長ＪとステップゲインＫとを連携して制御することにより、ブロック長の制御の長所とステップゲイン制御の長所とにより、互いの短所を補完しあうことが可能となり、外乱Ｎの存在下においても収束状況を正確に把握して擾乱成分を抑制するとともに、係数更新過程の飽和以前の段階において、係数更新量を大きく取ることにより収束を推進し、フィルタ係数の推定に要する時間の短縮を図ることができる。
【００４５】
図４に、収束特性の改善効果を説明する図を示す。
図４（ａ），（ｂ）  は、係数更新処理に加算正規化ＬＭＳ法を適用し、固定されたステップゲインを用いてフィルタ係数の推定処理を行った場合と、ブロック長に応じてステップゲインの値を制御した場合とについて、それぞれ推定精度および係数更新量Ｒｎ  の推移を示したものである。
【００４６】
図４（ａ）  から分かるように、単に、ステップゲインとして大きな値を設定したのでは、係数更新過程の初期段階においては、確かに収束速度の向上が見られるものの、擾乱成分を充分に抑えることができないために、最終的に得られる推定精度は、学習同定法で得られる推定精度よりもむしろ低くなってしまっている。これに対して、ブロック長の制御とステップゲインの制御とを連携させた場合には、図４（ｂ）  に示すように、係数更新過程の初期段階における収束速度の向上とともに、擾乱成分の抑制も十分に実現されており、収束特性が大幅に改善されていることが分かる。
【００４７】
なお、請求項１の発明を個別正規化ＬＭＳ法を用いたフィルタ係数推定装置に適用してもよい。
この場合は、上述した係数更新量算出部２１１により、式（５）  および式（６）  を用いて、式（４）  の第２項に示される係数更新量を算出し、ブロック長Ｊの判定処理およびフィルタ係数Ｈｎ（ｍ）の算出処理に供すればよい。
【００４８】
また、特願平７−２４８０５４号明細書記載の技法において述べたように、各ブロックの処理において、加算項の数を予め設定したブロック長の初期値Ｊ0を下限として、直前ブロック長からの増加とともに減少を許してもよい。
図５に、請求項３の適応フィルタ係数推定装置の実施形態を示す。
この場合は、図２に示したレジスタ２２２を設ける代わりに、更新判定部２２４に予め決定されたブロック長の初期値Ｊ0を入力し、更新判定部２２４は、カウンタ２２３で得られたブロック長Ｊが上述した初期値Ｊ0に達したときから係数更新量を採用するか否かの判定を行えばよい。
【００４９】
これにより、外乱Ｎｊ  のパワーに、ブロック長の増大によって吸収できないような変動が生じ、ブロック長Ｊを短くして収束を推進しようとした際に、更に、ステップゲインＫを増大させてフィルタ係数の更新量を大きく取ることができるので、係数更新過程の収束をより強力に推進することができる。
図６に、収束特性の改善効果を説明する図を示す。
【００５０】
図６に示すように、矢印で示した区間において外乱パワーが増大すると、これに伴ってブロック長が大幅に延長されるが、その後、外乱パワーが減少したときに、再びブロック長の初期値Ｊ０  からブロック長の調整処理を行うことにより、係数更新過程の収束を推進し、推定精度を迅速に向上することができる。
次に、参照信号Ｘｊ  のパワー変動に対応して、適応フィルタ係数を推定する方法について説明する。
【００５１】
図７に、請求項４の適応フィルタ係数推定装置の実施形態を示す。
図７に示した係数更新量算出部２１１において、演算処理部２３１および加算ノルム算出部２３２は、それぞれ上述した式（５）  の値Ａｎ（ｍ）および式（９）  で表される加算ノルムＰｎ  を算出し、更新量演算部２３３は、これらの算出結果に基づいて係数更新量Ｒｎ  を算出し、係数算出部２１２およびブロック長調整部２１３の処理に供する構成となっている。
【００５２】
また、図７において、比較回路２３４は、上述した加算ノルム算出部２３２の出力と所定の基準加算ノルムＰ０  とを比較し、この比較結果をブロック長調整部２１３の更新判定部２２４に通知する構成となっている。
また、この場合は、更新判定部２２４は、上述した比較回路２３４により、加算ノルム算出部２３２で得られた加算ノルムＰｎ  が基準加算ノルムＰ０  を超えたとされたときに、係数更新量を採用するか否かを判定する動作を開始すればよい。
【００５３】
このように、比較回路２３４による比較結果に応じて更新判定部２２４が動作し、加算ノルムＰｎ  が基準加算ノルムＰ０  に達したときの加算項数を基準ブロック長Ｊ０  とすることにより、請求項４で述べた基本ブロック長決定手段１２１の機能を実現し、参照信号パワーを示す加算ノルムＰｎ  の関数として基本ブロック長Ｊ０  を決定することができる。
【００５４】
この場合は、参照信号パワーの増大に応じて基準ブロック長Ｊ０  を短縮し、この基準ブロック長Ｊ０  に基づいてブロック長を調整することにより係数更新過程の収束速度を向上し、一方、参照信号パワーの減少に応じて基準ブロック長Ｊ０  を延長し、この基準ブロック長Ｊ０  に基づいてブロック長を調整することにより、係数更新過程の推定精度を確保することができる。
【００５５】
これにより、ブロック長の延長や全タップについての合算による平均化によって吸収できないような変動が参照信号パワーに現れた場合にも、柔軟に対応し、ブロック長の調整により係数更新過程の収束特性を制御することができる。
図８は、上述したブロック長制御を適用した場合の収束特性の改善効果を説明する図である。
【００５６】
図８は、矢印Ａ，Ｂ，Ｃを付した時点において、参照信号パワーがステップ状に変化した場合について、係数更新量Ｒｎ  および推定精度の変化を示したものである。図８において、参照信号パワーは、推定の開始時点におけるパワーを１として、矢印Ａの時点で１／１６倍に低下し、その後、矢印Ｂの時点で１６倍に増大し、更に、矢印Ｃの時点で開始時点のパワーに戻っている。
【００５７】
図８から分かるように、係数更新量Ｒｎ  および推定誤差は、参照信号パワーの変動に応じて推移しており、このため、収束速度もまた変動しているが、推定誤差の改善傾向は、それぞれのパワーについて維持されており、比較のために示した学習同定法の収束特性に比べて大きく改善されていることは明らかである。
また、上述したブロック長制御に加えて、更に、ステップゲインＫの制御を並行して行ってもよい。
【００５８】
この場合は、参照信号パワーの増大に応じてブロック長が短縮されると、ステップゲインＫの値が大きくなって係数更新過程の収束がより一層推進され、一方、参照信号パワーの低下に応じてブロック長Ｊが延長されると、ステップゲインＫの値が小さくなって擾乱成分の抑制効果が更に高まるので、収束特性の更なる改善が期待できる。
【００５９】
次に、信号伝達系４００の特性変化に対応する方法について説明する。
図９に、請求項５の適応フィルタ係数推定装置の実施形態を示す。
図９に示した係数更新処理部２１０において、履歴保持部２４１は、係数更新量算出部２１１から係数更新量Ｒｎ  を標本化周期ごとに受け取って所定の数だけ保持し、古いものから順に廃棄する構成となっている。
【００６０】
また、図９において、特性変化検出部２４２は、上述した履歴保持部２４１に保持された数周期分の係数更新量Ｒｎ  の最大値Ｒｍａｘ  と最新の係数更新量Ｒｎ  とを比較し、この比較結果に基づいて、信号伝達系４００の特性変化を検出する構成となっている。
ここで、参照信号パワーが一定である場合に、各標本化周期において算出される係数更新量Ｒｎ  の値を増大させる要因としては、外乱Ｎｊ  の増大と信号伝達系４００の特性自体の変化とが考えられる。
【００６１】
上述したように、加算正規化ＬＭＳ法および個別正規化ＬＭＳ法においては、ブロック長Ｊを増大させることにより、各標本化周期ごとの外乱Ｎｊ  の変動を吸収し、外乱Ｎｊ  の変動が係数更新量Ｒｎ  に与える影響を抑えることが可能であることを利用しており、外乱Ｎｊ  の増大に伴う係数更新量Ｒｎ  の増大は一時的なものである。
【００６２】
これに対して、エコー経路の変化などに伴って、推定対象である信号伝達系４００の特性が変化した場合には、それまでのフィルタ係数推定結果が全く無効になるのであるから、ブロック長Ｊを延長しても係数更新量Ｒｎ  の値は増大し続けると考えられる。
したがって、特性変化検出部２４２は、履歴保持部２４１に保持された最近の標本周期（例えば、５標本周期分）における履歴情報から得られる最大値Ｒｍａｘ  よりも大きい係数更新量Ｒｎ  が入力されたときに、係数更新量Ｒｎ  がブロックの延長に対して増大する傾向にあると判断し、信号伝達系４００の特性変化として検出すればよい。
【００６３】
このように、履歴保持部２４１と特性変化検出部２４２とが動作することにより、請求項５で述べた検出手段１２２の機能を実現し、信号伝達系４００の特性変化を検出することができる。
また、この検出結果を示す特性変化検出通知に応じて、係数更新量算出部２１１、係数算出部２１２およびカウンタ２２３は、それぞれ式（５），式（９）  に対応する積算値や直前のブロックに対応するフィルタ係数Ｈｏｌｄ  の値およびブロック長の計数値をクリアし、フィルタ係数の推定処理の再開に備えればよい。
【００６４】
この場合は、信号伝達系４００の特性変化の発生を確実に検出し、係数更新過程をリセットして、新規にフィルタ係数の更新を行うことができるから、エコー経路の変化などにも柔軟に対応し、迅速に適応フィルタ係数を推定することができる。
図１０に、上述した係数更新過程の制御を適用した場合の収束特性の改善効果を説明する図を示す。
【００６５】
図１０は、外乱Ｎｊ  の増大および特性の変化が発生した場合において、各標本周期についてブロック長の判断基準として算出される係数更新量と、上述したブロック長制御によって採用された係数更新量Ｒｎ  を用いた場合に得られる推定精度との推移を示したものである。
なお、この図９において、矢印ａで示した範囲は、外乱Ｎｊ  が推定開始時の１６倍に増大した区間を示し、また、矢印ｂは、信号伝達系４００の特性が変化した時点を示している。
【００６６】
外乱の増大による係数更新量の増大と、特性変化による係数更新量の増大とを区別しないで、ブロック長の延長のみによって対応しようとすると、図９（ａ）  に示すように、外乱Ｎｊ  の増大によって係数更新量が増大した場合には、収束させることができるが、特性変化が発生した場合には、全く収束させることができなくなってしまう。
【００６７】
これに対して、上述した請求項５の発明を適用し、特性変化の検出に応じて、係数更新過程を最初からやり直せば、図９（ｂ）  に示すように、特性変化の発生によって大きく増大した係数更新量を迅速に収束させることができる。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、ブロック長に応じたステップゲインを採用し、ブロック長の制御とステップゲインの制御とを連携させることにより、適応フィルタ係数を推定する際の係数更新過程の収束特性を改善することができる。
【００６９】
特に、ブロック長の逆数の関数としてステップゲインを与えた場合は、短いブロック長と大きなステップゲインとの組合せにより、収束速度を向上することができ、また、長いブロック長と小さいステップゲインとの組合せにより、擾乱成分を強力に抑えることができるから、係数更新過程全体について、収束特性の向上を図ることができる。
【００７０】
また、各ブロックについてのブロック長を基本ブロック長を下限として調整するブロック長制御と、ステップゲインの制御とを連携することにより、外乱のパワー変動に対応して、より迅速に係数更新過程を収束させることができる。
更に、参照信号パワーを示す加算ノルムＰｎ  に応じて、基本ブロック長を決定することにより、参照信号パワーがステップ状に変動した場合などにも柔軟に対応し、収束特性の改善を図ることができる。
【００７１】
また、請求項５の発明は、ブロック長の決定のために、各標本化周期ごとに算出される係数更新量の推移に基づいて、信号伝達系の特性変化を検出することができるので、エコー経路の変化などによる特性変化の発生に応じて、フィルタ係数の推定処理を最初からやり直すことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の適応フィルタ係数推定装置の原理ブロック図である。
【図２】請求項４および請求項５の適応フィルタ係数推定装置の原理ブロック図である。
【図３】本発明の適応フィルタ係数推定装置の実施形態を示す図である。
【図４】収束特性の改善効果を説明する図である。
【図５】請求項３の適応フィルタ係数推定装置の実施形態を示す図である。
【図６】収束特性の改善効果を説明する図である。
【図７】請求項４の適応フィルタ係数推定装置の実施形態を示す図である。
【図８】収束特性の改善効果を説明する図である。
【図９】請求項５の適応フィルタ係数推定装置の実施形態を示す図である。
【図１０】収束特性の改善効果を説明する図である。
【図１１】従来の適応フィルタ係数推定装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１００、４００  信号伝達系
１０１、４１０  非巡回型フィルタ
１１１  更新量算出手段
１１２  観測手段
１１３  ブロック長調整手段
１１４  ステップゲイン算出手段
１１５  係数更新手段
１２１  基本ブロック長決定手段
１２２  検出手段
２１０  係数更新処理部
２１１  係数更新量算出部
２１２  係数算出部
２１３  ブロック長調整部
２１４  更新制御部
２１５  ステップゲイン算出部
２２１、２２２  レジスタ
２２３  カウンタ
２２４  更新判定部
２３１  演算処理部
２３２  加算ノルム算出部
２３３  更新量演算部
２３４  比較回路
２４１  履歴保持部
２４２  特性変化検出部
４３０  加算器
４４０  減算器
【図１】
0003612129.tif 000006
【図２】
0003612129.tif 000007
【図３】
0003612129.tif 000008
【図４】
0003612129.tif 000009
【図５】
0003612129.tif 000010
【図６】
0003612129.tif 000011
【図７】
0003612129.tif 000012
【図８】
0003612129.tif 000013
【図９】
0003612129.tif 000014
【図１０】
0003612129.tif 000015
【図１１】
0003612129.tif 000016