(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
小型ハンズフリー音声通信システムに適用するエコーキャンセル装置であって、前記小型ハンズフリー音声通信システムが、受話器、メイン送話器及び補助送話器を含み、メイン送話器と受話器との間の距離が、補助送話器と受話器との間の距離よりも大きく、当該装置が、構造的に順次に縦続接続されたアレイエコーキャンセルユニット、適応エコーキャンセルユニット及び残留エコーキャンセルユニットを含み、
アレイエコーキャンセルユニットの入力が、メイン送話器信号及び補助送話器信号であり、アレイフィルタリングによってメイン送話器信号における一部の線形エコー成分及び一部の非線形エコー成分を除去して、一つの出力信号を得て、
適応エコーキャンセルユニットの入力信号が、受話器信号、アレイエコーキャンセルユニットの出力信号及び補助送話器信号であり、適応フィルタリングによって、それぞれ、アレイエコーキャンセルユニットの出力信号からメイン送話器信号における残留線形エコー成分を、補助送話器信号から補助送話器信号における線形エコー成分を除去して、第一の適応フィルタリング信号及び第二の適応フィルタリング信号を得て、
残留エコーキャンセルユニットの入力信号が、適応エコーキャンセルユニットから出力された第一の適応フィルタリング信号及び第二の適応フィルタリング信号であり、音声確率推定及びエコー整合によって、メイン送話器信号における残留非線形エコー成分を除去して、エコーキャンセル後の音声信号として一つの出力信号を得て、
前記残留エコーキャンセルユニットが、二つの時間周波数変換モジュール、一つの音声確率推定モジュール、一つの周波数スペクトルフィルタモジュール及び一つの周波数時間変換モジュールを含み、前記二つの時間周波数変換モジュールが、それぞれ、第一の適応フィルタリング信号に対して時間周波数変換を行って第一の適応周波数ドメイン信号を得ること、及び、第二の適応フィルタリング信号に対して時間周波数変換を行って第二の適応周波数ドメイン信号を得ることに用いられ、
前記音声確率推定モジュールが、第一の適応周波数ドメイン信号及び第二の適応周波数ドメイン信号の振幅に応じて周波数ドメイン音声確率推定を行って周波数ドメイン音声確率信号を得るために用いられ、前記周波数ドメイン音声確率信号が、第一の適応周波数ドメイン信号のうち近端音声信号が占める割合を表し、
前記周波数スペクトルフィルタモジュールが、エコー整合器、減算器及び乗算器を含み、エコー整合器が、第一の適応周波数ドメイン信号及び第二の適応周波数ドメイン信号の振幅に応じて第二の適応周波数ドメイン信号に対してエコー整合を行うために用いられ、減算器が、第一の適応周波数ドメイン信号からエコー整合された結果を減算することで非線形エコー成分信号を除去するために用いられ、乗算器が、減算して得られた結果に周波数ドメイン音声確率信号を乗算することでエコー信号を抑制するとともに近端音声信号を保護するために用いられ、
前記周波数時間変換モジュールが、乗算して得られた結果に対して周波数時間変換を行うことで、エコーキャンセルの結果を出力するために用いられることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記アレイエコーキャンセルユニットが、一つのアレイフィルタモジュールを含み、前記アレイフィルタモジュールが、アレイフィルタと減算器とを含み、前記アレイフィルタが、補助送話器信号に対してアレイフィルタリングを行って第二のアレイフィルタリング信号を得るために用いられ、前記減算器が、メイン送話器信号から前記第二のアレイフィルタリング信号を差し引くことで、メイン送話器信号における一部の線形エコー成分及び一部の非線形エコー成分を除去するために用いられ、
前記適応エコーキャンセルユニットが、二つの適応フィルタモジュールを含み、前記二つの適応フィルタモジュールが、それぞれ、補助送話器信号に対して適応フィルタリングを行って第二の適応フィルタリング信号を得ることにより、補助送話器信号における線形エコー成分を除去すること、及び、メイン送話器信号から第二のアレイフィルタリング信号を差し引いた信号に対して適応フィルタリングを行って第一の適応フィルタリング信号を得ることにより、メイン送話器信号における残留線形エコー成分を除去すること、に用いられることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
Ｄ１＞２Ｄ２且つＤ１−Ｄ２＞６ｃｍであり、
（ここで、Ｄ１がメイン送話器と受話器との間の距離であり、Ｄ２が補助送話器と受話器との間の距離である）
アレイフィルタの伝送関数が以下の式によって
0005844502.tif 000025
（ここで、
0005844502.tif 000026
がアレイフィルタの伝送関数で、ｄ1がメイン送話器信号で、ｄ2が補助送話器信号で、Ｅ［．］が期待値演算符号で、＊が畳み込み演算符号である）
確定されることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記音声確率推定モジュールが、下記の式によって
0005844502.tif 000027
（ここで、ｆが周波数で、Ｅ1が第一の適応周波数ドメイン信号の振幅で、Ｅ2が第二の適応周波数ドメイン信号の振幅で、ｐＦが周波数ドメイン音声確率信号で、ＴSが補助送話器信号とメイン送話器信号とにおける近端音声信号の平均振幅比値で、ＴEが補助送話器信号とメイン送話器信号とにおける非線形エコー成分信号の平均振幅比値であり、ここで、ＴE＞ＴS＞１である）
周波数ドメイン音声確率信号を算出するために用いられることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記エコー整合器が、全周波数をＭ個のサブバンドに分けて、サブバンドの境界をＢ1〜ＢM+1として、各サブバンド内に下記の計算を行うために用いられ、
整合関数Ｈmを算出し、
0005844502.tif 000028
（ここで、ｉ∈［１，Ｍ］がサブバンド番号で、ｆが周波数で、ｋがサブバンド内における周波数サンプリングポイントで、Ｅ1（ｋ）が第一の適応周波数ドメイン信号の周波数サンプリングポイントにおける振幅で、Ｅ2（ｋ）が第二の適応周波数ドメイン信号の周波数サンプリングポイントにおける振幅である）
第二の適応周波数ドメイン信号Ｅ2に整合関数Ｈmを乗算して、且つ、因子Ａｇと乗算して振幅整合を行って、整合エコーＹmが得られ、
0005844502.tif 000029
減算器が、第一の適応周波数ドメイン信号から整合エコーＹmを減算して、乗算器が減算して得られた結果に周波数ドメイン音声確率信号を乗算すると、
0005844502.tif 000030
（ここで、ｐＦが周波数ドメイン音声確率信号であり、ＡｇがｐＦに関連する整合因子であり、ｐＦの増加につれて低下する）
になることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項６】
小型ハンズフリー音声通信システムに適用するエコーキャンセル方法であって、前記小型ハンズフリー音声通信システムが、受話器、メイン送話器及び補助送話器を含み、メイン送話器と受話器との間の距離が、補助送話器と受話器との間の距離よりも大きく、当該方法が、
メイン送話器信号及び補助送話器信号をアレイエコーキャンセルユニットに入力してアレイフィルタリングを行って、メイン送話器信号における一部の線形エコー成分及び一部の非線形エコー成分を除去して、一つの出力信号を得ることと、
受話器信号、アレイエコーキャンセルユニットの出力信号及び補助送話器信号を適応エコーキャンセルユニットに入力して適応フィルタリングを行って、それぞれ、アレイエコーキャンセルユニットの出力信号からメイン送話器信号における残留線形エコー成分を、補助送話器信号から補助送話器信号における線形エコー成分を除去して、第一の適応フィルタリング信号及び第二の適応フィルタリング信号を得ることと、
適応エコーキャンセルユニットから出力された第一の適応フィルタリング信号及び第二の適応フィルタリング信号を残留エコーキャンセルユニットに入力し、音声確率推定及びエコー整合によって、メイン送話器信号における残留非線形エコー成分を除去して、エコーキャンセル後の音声信号として一つの出力信号を得ることであって、第一の適応フィルタリング信号及び第二の適応フィルタリング信号に対してそれぞれ時間周波数変換を行って第一の適応周波数ドメイン信号及び第二の適応周波数ドメイン信号を得ることと、第一の適応周波数ドメイン信号及び第二の適応周波数ドメイン信号の振幅に応じて、音声確率推定を行って、第一の適応周波数ドメイン信号のうち近端音声信号が占める割合を表す周波数ドメイン音声確率信号を得ることと、第一の適応周波数ドメイン信号及び第二の適応周波数ドメイン信号の振幅に応じて、第二の適応周波数ドメイン信号に対してエコー整合を行って整合エコーを得て、第一の適応周波数ドメイン信号から整合エコーを減算することで非線形エコー成分信号を除去して、且つ減算して得られた結果に周波数ドメイン音声確率信号を乗算することでエコー信号を抑制するとともに近端音声信号を保護することと、乗算して得られた結果に対して周波数時間変換を行うことで、エコーキャンセルされた結果を出力することと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
前記のアレイフィルタリングを行うことは、補助送話器信号に対してアレイフィルタリングを行って第二のアレイフィルタリング信号を得て、メイン送話器信号から第二のアレイフィルタリング信号を差し引くことで、メイン送話器信号における一部の線形エコー成分及び一部の非線形エコー成分を除去することを含み、
前記の適応フィルタリングを行うことは、補助送話器信号に対して適応フィルタリングを行うことで補助送話器信号における線形エコー成分を除去して第二の適応フィルタリング信号を得ることと、メイン送話器信号から第二のアレイフィルタリング信号を差し引いた信号に対して適応フィルタリングを行うことにより、メイン送話器信号における残留線形エコー成分を除去して第一の適応フィルタリング信号を得ること、とを含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
Ｄ１＞２Ｄ２且つＤ１−Ｄ２＞６ｃｍであり、
（ここで、Ｄ１がメイン送話器と受話器との間の距離で、Ｄ２が補助送話器と受話器との間の距離である）
前記の補助送話器信号に対してアレイフィルタリングを行って第二のアレイフィルタリング信号を得ることは、下記の式によって
0005844502.tif 000031
（ここで、
0005844502.tif 000032
がアレイフィルタの伝送関数で、ｄ1がメイン送話器信号で、ｄ2が補助送話器信号で、Ｅ［．］が期待値演算符号で、＊が畳み込み演算符号である）
アレイフィルタの伝送関数を確定することと、
伝送関数
0005844502.tif 000033
が用いられたアレイフィルタによって、補助送話器信号に対してアレイフィルタリングを行うことと、を含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記の第一の適応周波数ドメイン信号及び第二の適応周波数ドメイン信号の振幅に応じて音声確率推定を行って周波数ドメイン音声確率信号を得ることは、
下記の式によって
0005844502.tif 000034
（ここで、ｆが周波数で、Ｅ1が第一の適応周波数ドメイン信号の振幅で、Ｅ2が第二の適応周波数ドメイン信号の振幅で、ｐＦが周波数ドメイン音声確率信号で、ＴSが補助送話器信号とメイン送話器信号とにおける近端音声信号の平均振幅比値で、ＴEが補助送話器信号とメイン送話器信号とにおける非線形エコー成分信号の平均振幅比値であり、ここで、ＴE＞ＴS＞１である）
周波数ドメイン音声確率信号を算出することを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記の第一の適応周波数ドメイン信号及び第二の適応周波数ドメイン信号の振幅に応じて、第二の適応周波数ドメイン信号に対してエコー整合を行うことは、
全周波数をＭ個のサブバンドに分けて、サブバンドの境界をＢ1〜ＢM+1として、各サブバンド内に第一の適応周波数ドメイン信号Ｅ１及び第二の適応周波数ドメイン信号Ｅ２に対してエネルギーを求め、エネルギーの間で除算を行って且つ開平演算を行い、整合関数Ｈm
0005844502.tif 000035
（ここで、ｉ∈［１，Ｍ］がサブバンド番号で、ｆが周波数で、ｋがサブバンド内における周波数サンプリングポイントで、Ｅ1（ｋ）が第一の適応周波数ドメイン信号の周波数サンプリングポイントにおける振幅で、Ｅ2（ｋ）が第二の適応周波数ドメイン信号の周波数サンプリングポイントにおける振幅である）
を得ることと、
第二の適応周波数ドメイン信号Ｅ2に整合関数Ｈmを乗算し、且つ、因子Ａｇと乗算して振幅整合を行って、整合エコーＹm
0005844502.tif 000036
を得ることと、を含み、
前記の第一の適応周波数ドメイン信号から整合エコーＹmを減算して、減算して得られた結果に周波数ドメイン音声確率信号を乗算することは、
0005844502.tif 000037
（ここで、ｐＦが周波数ドメイン音声確率信号であり、ＡｇがｐＦに関連する整合因子であり、ｐＦの増加につれて低下する）
になることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エコーキャンセル技術分野に関し、特に、小型ハンズフリー音声通信システムに適用するエコーキャンセル装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
音声通信においてエコー問題がよくある。受話端信号が受話器（イヤホーン、receiver、ＳＰＫ又はearphone等とも称する）によって放送されてから、線路及び音響反射を通して送話端（マイクロホン又はピックアップ等とも称する）の受信信号に回り込んで遠隔端末にフィードされて、エコーが遠隔端末の通信連絡者に聞かれる。エコーが、通話双方に極大な干渉をもたらし、通話品質に影響する。エコーが非常に大きい場合、受話器がハウリングしてしまって受話器が損傷される可能性がある。通話品質及び機器の安全を保証するために、音声通信中にエコーを抑制する必要がある。
【０００３】
発生メカニズムから、エコーは、線形エコー成分と非線形エコー成分との二つの種類に大きく分けることができ、そのうち、線形エコー成分は、電気音響線路増幅及び音響伝送によって生じるものであり、非線形エコー成分は、受話器の非線形歪み及び音響伝送によって生じるものである。線形エコー成分除去は、通常、適応エコーキャンセル技術が用いられ、この技術は広く利用されている成熟したものであり、線形エコー成分が除去されるとともに近端音声を損傷しない。しかし、非線形エコー成分の除去は、近端音声が損傷し易く、二重性能の悪化を招き、延いては、チャネルを半二重に変えることになる。
【０００４】
半二重現象は、例えばハンズフリー機能を有する携帯電話又はトランシーバ（speakerphone）のような小型ハンズフリー音声通信機器ではよく見られる。というのは、この種類の機器の受話器非線形歪み及び非線形エコー成分が大きいからである。音声通信の流暢さ及び快適度への需要が絶えず向上するにつれて、エコーを抑制すると同時に近端音声を保護することが必要とされ、二重効果が保証される。二重の損失が主に非線形エコー成分を除去する過程に現れるため、非線形エコー成分除去技術に対する改善が特に必要とされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
小型ハンズフリー音声通信機器におけるエコーキャンセル、二重性能向上の一つのやり方としては、送話器アレイを介して、エコーフィルタリングとアレイ空間フィルタリングとを組み合わせて、エコーの各送話器に伝播された信号差異を利用して、エコーの抽出及び音声との分離を実現し、例えば、中国特許出願番号２０１１１０３２６０１０．０の発明特許出願に記載の方法のように、アレイ信号処理及びエコーキャンセルを用いて、全二重に近い通話を実現することができる。しかし、この方法では、エコー及び近端音声の送話器アレイへの到来方向を正確に判定することが必要であるため、送話器の一致性に高い要求を持ち、送話器の感度の一致だけでなく、位相の一致性も必要とされるため、厳格な音響学設計が必要とされる。しかし、小型ハンズフリー機器においては、構造がコンパクトで、サイズに限度があるので、音響学設計、特に、位相の一致性の要求を完全に満たすのが難しいので、その適用が制限される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、エコーを低減するとともに近端音声に対する損傷を軽減し、二重性能を向上させ、且つ、送話器の位相の一致性に厳しい要求を持たない小型ハンズフリー音声通信システムにおけるエコーキャンセル装置及び方法を提供する。上記目的を達成するために、本発明は、以下の技術法案を用いる。
【０００７】
本発明は、小型ハンズフリー音声通信システムに適用するエコーキャンセル装置を開示しており、前記小型ハンズフリー音声通信システムが、受話器、メイン送話器及び補助送話器を含み、メイン送話器と受話器との間の距離が、補助送話器と受話器との間の距離よりも大きく、当該装置が、構造的に順次に縦続接続されたアレイエコーキャンセルユニット、適応エコーキャンセルユニット及び残留エコーキャンセルユニットを含み、アレイエコーキャンセルユニットの入力が、メイン送話器信号及び補助送話器信号であり、アレイフィルタリングによってメイン送話器信号における一部の線形エコー成分及び一部の非線形エコー成分を除去して、一つの出力信号を得て、適応エコーキャンセルユニットの入力信号が、受話器信号、アレイエコーキャンセルユニットの出力信号及び補助送話器信号であり、適応フィルタリングによって、アレイエコーキャンセルユニットの出力信号からメイン送話器信号における残留線形エコー成分を、補助送話器信号から補助送話器信号における線形エコー成分を、それぞれ除去して、第一の適応フィルタリング信号及び第二の適応フィルタリング信号を得て、残留エコーキャンセルユニットの入力信号が、適応エコーキャンセルユニットから出力された第一の適応フィルタリング信号及び第二の適応フィルタリング信号であり、音声確率推定及びエコー整合によって、メイン送話器信号における残留非線形エコー成分を除去して、エコーキャンセル後の音声信号として一つの出力信号を得て、前記残留エコーキャンセルユニットが、二つの時間周波数変換モジュール、一つの音声確率推定モジュール、一つの周波数スペクトルフィルタモジュール及び一つの周波数時間変換モジュールを含み、前記二つの時間周波数変換モジュールが、それぞれ、第一の適応フィルタリング信号に対して時間周波数変換を行って第一の適応周波数ドメイン信号を得ること、及び、第二の適応フィルタリング信号に対して時間周波数変換を行って第二の適応周波数ドメイン信号を得ることに用いられ、前記音声確率推定モジュールが、第一の適応周波数ドメイン信号及び第二の適応周波数ドメイン信号の振幅に応じて周波数ドメイン音声確率推定を行って周波数ドメイン音声確率信号を得るために用いられ、前記周波数ドメイン音声確率信号が、第一の適応周波数ドメイン信号のうち近端音声信号が占める割合を表し、前記周波数スペクトルフィルタモジュールが、エコー整合器、減算器及び乗算器を含み、エコー整合器が、第一の適応周波数ドメイン信号及び第二の適応周波数ドメイン信号の振幅に応じて第二の適応周波数ドメイン信号に対してエコー整合を行うために用いられ、減算器が、第一の適応周波数ドメイン信号からエコー整合された結果を減算することで非線形エコー成分信号を除去するために用いられ、乗算器が、減算して得られた結果に周波数ドメイン音声確率信号を乗算することでエコー信号を抑制するとともに近端音声信号を保護するために用いられ、前記周波数時間変換モジュールが、乗算して得られた結果に対して周波数時間変換を行うことで、エコーキャンセルの結果を出力するために用いられる。
【０００８】
本発明は、小型ハンズフリー音声通信システムに適用するエコーキャンセルの方法を更に開示しており、前記小型ハンズフリー音声通信システムが、受話器、メイン送話器及び補助送話器を含み、メイン送話器と受話器との間の距離が、補助送話器と受話器との間の距離よりも大きく、当該方法は、メイン送話器信号及び補助送話器信号をアレイエコーキャンセルユニットに入力してアレイフィルタリングを行って、メイン送話器信号における一部の線形エコー成分及び一部の非線形エコー成分を除去して、一つの出力信号を得ることと、受話器信号、アレイエコーキャンセルユニットの出力信号及び補助送話器信号を適応エコーキャンセルユニットに入力して適応フィルタリングを行って、アレイエコーキャンセルユニットの出力信号からメイン送話器信号における残留線形エコー成分を、補助送話器信号から補助送話器信号における線形エコー成分を、それぞれ除去して、第一の適応フィルタリング信号及び第二の適応フィルタリング信号を得ることと、適応エコーキャンセルユニットから出力された第一の適応フィルタリング信号及び第二の適応フィルタリング信号を残留エコーキャンセルユニットに入力し、音声確率推定及びエコー整合によって、メイン送話器信号における残留非線形エコー成分を除去して、一つの出力信号を得てエコーキャンセル後の音声信号とすることであって、第一の適応フィルタリング信号及び第二の適応フィルタリング信号に対してそれぞれ時間周波数変換を行って第一の適応周波数ドメイン信号及び第二の適応周波数ドメイン信号を得ることと、第一の適応周波数ドメイン信号及び第二の適応周波数ドメイン信号の振幅に応じて、音声確率推定を行って、第一の適応周波数ドメイン信号のうち近端音声信号が占める割合を表す周波数ドメイン音声確率信号を得ることと、第一の適応周波数ドメイン信号及び第二の適応周波数ドメイン信号の振幅に応じて、第二の適応周波数ドメイン信号に対してエコー整合を行って整合エコーを得て、第一の適応周波数ドメイン信号から整合エコーを減算することで非線形エコー成分信号を除去して、且つ減算して得られた結果に周波数ドメイン音声確率信号を乗算することでエコー信号を抑制するとともに近端音声信号を保護することと、乗算して得られた結果に対して周波数時間変換を行うことで、エコーキャンセルされた結果を出力することと、を含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の有益な効果は、本発明の小型ハンズフリー音声通信システムに適用するエコーキャンセル装置及び方法によれば、小型ハンズフリー音声通信システムの音響学特性及び送話器、受話器の位置情報を十分に利用して、異なる送話器信号に対して全体的な輪郭整合及び振幅整合を行うことで振幅整合エコーが得られ、エコーから異なる送話器までの振幅差異を利用し、異なる送話器信号の振幅差異が大きいほど、近端音声確率が小さくなるため、指示音声及びエコーの各時間周波数ドメインにおける割合の音声確率情報を抽出し、音声領域とエコー領域とを分けることができ、残留エコーを有効に除去するとともに近端音声が保護され、二重性能が向上し、且つ、送話器の位相の一致性に厳しい要求を持っていない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明による小型ハンズフリー音声通信システムに適用するエコーキャンセル装置及び方法に用いられる受話器及び送話器の位置の模式図である。
【図２】本発明による小型ハンズフリー音声通信システムに適用するエコーキャンセル装置及び方法に用いられる小型デスクトップハンズフリー音声通信システムの使用模式図である。
【図３】本発明による小型ハンズフリー音声通信システムに適用するエコーキャンセル装置及び方法に用いられる車両用小型ハンズフリー音声通信システムの使用模式図である。
【図４（ａ）】二つの送話器信号におけるエコー成分のエネルギー曲線の模式図である。
【図４（ｂ）】メイン送話器信号及び補助送話器信号における近端音声成分のエネルギー曲線の模式図である。
【図４（ｃ）】メイン送話器におけるエコー成分及び近端音声成分のエネルギー曲線の模式図である。
【図５（ａ）】メイン送話器信号のエネルギー曲線の模式図である。
【図５（ｂ）】メイン送話器におけるエコー成分のエネルギー曲線の模式図である。
【図５（ｃ）】メイン送話器における近端音声成分のエネルギー曲線の模式図である。
【図６】本発明の好ましい実施形態に提供された小型ハンズフリー音声通信システムに適用するエコーキャンセル装置の使用状態でのブロック模式図である。
【図７】補助送話器からメイン送話器までの各信号成分の伝達関数の模式図である。
【図８】メイン送話器信号及びアレイフィルタリングされた出力信号のエネルギー曲線の模式図である。
【図９】アレイフィルタモジュール出力信号及び適応エコーフィルタリングによって得られた第一の適応フィルタリング信号のエネルギー曲線の模式図である。
【図１０】第一の適応フィルタリング信号及び第二の適応フィルタリング信号の非線形エコー成分のエネルギー曲線の模式図である。
【図１１】第一の適応フィルタリング信号の非線形エコーのエネルギー曲線及び整合エコーのエネルギー曲線の模式図である。
【図１２（ａ）】メイン送話器信号のエネルギー曲線の模式図である。
【図１２（ｂ）】メイン送話器信号における近端音声成分のエネルギー曲線の模式図である。
【図１２（ｃ）】エコーキャンセルされた出力信号のエネルギー曲線の模式図である。
【図１３】本発明の好ましい実施形態に提供された小型ハンズフリー音声通信システムに適用するエコーキャンセルの方法のフローチャートである。
【図１４】本発明の好ましい実施形態に提供された小型ハンズフリー音声通信システムに適用するエコーキャンセルの方法の詳細なフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の目的、技術方案及び利点を更に明らかにするために、以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について更なる詳しい説明を行う。
図１は、本発明による小型ハンズフリー音声通信システムに適用するエコーキャンセル装置及び方法に用いられた受話器及び送話器位置の模式図である。図２は、本発明による小型ハンズフリー音声通信システムに適用するエコーキャンセル装置及び方法に用いられた小型ハンズフリー音声通信システムの使用模式図である。図３は、本発明による小型ハンズフリー音声通信システムに適用するエコーキャンセル装置及び方法に用いられた車両用小型ハンズフリー音声通信システムの使用模式図である。利用者にとって、利用者から送話器（例えばマイクロホン）までの距離がほとんど相等であり、つまり、各送話器で受信された利用者から発した近端音声信号がほぼ同じである。ただし、受話器（例えばスピーカー）からいうと、受話器から各送話器までの距離が不等であり、もし、受話器がメイン送話器（第一送話器）との距離がＤ１で、補助送話器（第二送話器）との距離がＤ２である場合、Ｄ１＞Ｄ２であると、二つの送話器に受信された受話器から発したエコーの間には電力差があるが、二つの送話器で受信された利用者から発した近端音声がほとんど同じであるため、電力関係の差異によって音声とエコーとが区別でき、音声とエコーとを分離する目的が達成される。本発明は、この電力の差異を利用して、音声とエコーとの分離を行う。本実施形態において、Ｄ１＞＝２Ｄ２であり、例えばＤ１＝１３ｃｍ、Ｄ２＝４ｃｍであり、この際、Ｄ１とＤ２との明らかな違いにより、二つの送話器で受信された受話器から発したエコーの間の電力差異が明らかであり、効果がよりよい。
【００１２】
図４（ａ）は、二つの送話器信号におけるエコー成分のエネルギー曲線の模式図である。図４（ｂ）は、メイン送話器信号及び補助送話器信号における近端音声成分エネルギー曲線の模式図である。図４（ｃ）は、メイン送話器におけるエコー成分及び近端音声成分のエネルギー曲線の模式図である。図５（ａ）は、メイン送話器信号のエネルギー曲線の模式図である。図５（ｂ）は、メイン送話器におけるエコー成分のエネルギー曲線の模式図である。図５（ｃ）は、メイン送話器における近端音声成分のエネルギー曲線の模式図である。まとめると、送話器信号は、以下の特性を有する。
【００１３】
第一、図４（ａ）、図４（ｂ）から分かるように、二つの送話器信号におけるエコー成分には、明らかなエネルギー差異があり、補助送話器信号におけるエコー成分は、メイン送話器信号におけるエコー成分よりも６ｄＢ以上高い。これは、エコーエネルギーが送話器と受話器との距離に反比例するのに近似しており、補助送話器が受話器に、より近くて、受信したエコーがより大きいからである。
【００１４】
第二、図４（ｂ）から分かるように、送話器信号における近端音声成分のエネルギーが近づいており、これは、一般的応用において、近端発話者の口から二つの送話器までの距離がほとんど等しいからであるため、二つの送話器の受信した近端音声エネルギーも近づいている。
【００１５】
第三、図４（ｃ）から分かるように、メイン送話器において、近端音声は、エコーよりもエネルギーがやや低くて、約３〜６ｄＢほど低い。なお、図５（ａ）〜図５（ｃ）の音声スペクトル図から分かるように、近端音声とエコーが同時に現れると、一部の時間周波数ドメインでは、近端音声がエコーに隠されることになる。
【００１６】
図６は、本発明の好ましい実施形態に提供された小型ハンズフリー音声通信システムに適用するエコーキャンセル装置の使用状態でのブロック模式図である。図７は、補助送話器からメイン送話器までの各信号成分の伝達関数の模式図である。図８は、メイン送話器信号及びアレイフィルタリングされた出力信号のエネルギー曲線の模式図である。図９は、アレイフィルタモジュール出力信号及び適応エコーフィルタリングによって得られた第一の適応フィルタリング信号のエネルギー曲線の模式図である。図１０は、第一の適応フィルタリング信号及び第二の適応フィルタリング信号の非線形エコー成分のエネルギー曲線の模式図である。図１１は、第一の適応フィルタリング信号の非線形エコーのエネルギー曲線及び整合エコーのエネルギー曲線の模式図である。図１２（ａ）は、メイン送話器信号のエネルギー曲線の模式図である。図１２（ｂ）は、メイン送話器信号における近端音声成分のエネルギー曲線の模式図である。図１２（ｃ）は、エコーキャンセルされた出力信号のエネルギー曲線の模式図である。
【００１７】
本発明に提供された小型ハンズフリー音声通信システムに適用するエコーキャンセル装置は、アレイエコーキャンセルユニット６１０、適応エコーキャンセルユニット６２０及び残留エコーキャンセルユニット６３０からなり、アレイエコーキャンセルユニット６１０、適応エコーキャンセルユニット６２０及び残留エコーキャンセルユニット６３０は、構造的には縦続接続関係であり、アレイエコーキャンセルユニット６１０の入力は、メイン送話器信号ｄ１及び補助送話器信号ｄ２であり、一つの出力信号ｄ１′は、アレイフィルタリングによって、メイン送話器信号における一部の線形エコー成分及び一部の非線形エコー成分が除去されたものであり、適応エコーキャンセルユニット６２０の入力信号は、受話器信号ｘ、アレイエコーキャンセルユニット６１０の出力信号ｄ１′及び補助送話器信号ｄ２であり、二つの出力信号ｅ１及びｅ２は、適応フィルタリングによって、それぞれ、アレイエコーキャンセルユニット６１０の出力信号ｄ１′からメイン送話器信号における残留線形エコー成分が、補助送話器信号ｄ２から補助送話器信号における線形エコー成分が除去されたものであり、残留エコーキャンセルユニット６３０の入力信号は、適応エコーキャンセルユニット６２０の二つの出力信号ｅ１及びｅ２であり、音声確率推定及びエコー整合によって、メイン送話器信号における残留非線形エコー成分が除去され、その出力信号は、エコーキャンセルされた出力であり、即ち、エコーが分離された音声信号である。アレイエコーキャンセルユニット６１０、適応エコーキャンセルユニット６２０及び残留エコーキャンセルユニット６３０の処理を経て、エコーがキャンセルされるとともに近端音声信号ｖがより完全に保留されることになる。
【００１８】
より具体的には、当該装置は、一つのアレイフィルタモジュール、二つの適応フィルタモジュール、二つの時間周波数変換モジュール、一つの音声確率推定モジュール、一つの周波数スペクトルフィルタモジュール及び一つの周波数時間変換モジュールを含む。
【００１９】
そのうちアレイフィルタモジュールは、補助送話器信号ｄ２に対してアレイフィルタリングを行って第二のアレイフィルタリング信号を得るためのアレイフィルタ６１１と、メイン送話器信号ｄ１から第二のアレイフィルタリング信号を差し引くことにより、メイン送話器信号における一部の線形エコー及び一部の非線形エコーを除去して出力信号ｄ１′を得るための減算器６１２とを含む。アレイフィルタは空間指向性を有し、受話器位置から発した音を検出して、減算器を経て、受話器位置から発した音を一部除去することができる。線形エコー成分及び非線形エコー成分はいずれも受話器位置から発したものであるため、アレイフィルタ及び減算器にて処理された後、線形エコー成分及び非線形エコー成分はいずれも一部除去される。
【００２０】
ｄ１′はｄ１に比べて、エコー成分のエネルギーは明らかに減衰するが、音声エネルギーは明らかに変化しない。その原理は、受話器が二つの送話器の位置に近くて、距離に顕著な差異があるのに対して、近端音声が二つの送話器から遠くて、距離がほぼ等しい。近端音声及びエコーの送話器までに伝わる伝播特性が全く異なっており、この違いが二つの送話器信号の伝達関数に反映されている。伝達関数の差異によって音声とエコーとを区別することができる。エコー成分の間の伝達関数によってアレイフィルタ６１１を設計し、アレイフィルタリングキャンセルの方式でエコーを除去し、近端音声成分に影響を及ぼさない。
【００２１】
ｄecho1をメイン送話器におけるエコー成分として、ｄsph1をメイン送話器信号における近端音声成分とする。ｄecho2が、補助送話器におけるエコー成分であり、ｄsph2が、補助送話器信号における近端音声成分である。すると、メイン送話器信号及び補助送話器信号は、以下の数１のように表すことができる。
【数１】
0005844502.tif 000002
【００２２】
ｈをエコー成分の間の伝達関数として、ｈＮを近端音声成分の間の伝達関数とすると、以下の数２に示す関係式がある。
【数２】
0005844502.tif 000003
【００２３】
ｈとｈＮとが不等であり、且つ、ｈに近似したアレイフィルタの伝達関数
0005844502.tif 000004
が大体に求められる場合、フィルタリングキャンセルの方式によって以下の数３のようにｄ１′を得る。（なお、以下の文中において、上記アレイフィルタの伝達関数をハットｈと適宜略称する。）
【数３】
0005844502.tif 000005
【００２４】
上記（１）、（２）及び（３）を結合して、以下の数４のようなｄ１′におけるエコー成分と近端音声成分との関係式を得る。
【数４】
0005844502.tif 000006
【００２５】
式（１）と式（４）を対照して分かるように、以下の数５に示す式（５）と数６に示す式（６）を満たすか又は以下の数５に示す式（５）と数７に示す式（７）を満たすと、ｄ１′におけるエコー成分のエネルギーを明らかに減衰させるとともに音声エネルギーが明らかに変化しないようにして、エコーを低減すると同時に音声を保護する目的を達成することができ、そのうち式（６）と式（７）が、ほとんど等価した形式である。
【数５】
0005844502.tif 000007
【数６】
0005844502.tif 000008
【数７】
0005844502.tif 000009
【００２６】
もし、ハットｈの推定が比較的に正確であると、式（５）を満たすことができ、もしこの際ハットｈとｈＮとが完全に異なると、
0005844502.tif 000010
となり、式（７）の条件を満たすことができる。こうして、アレイフィルタリングでエコーを除去するとともに音声を減衰しないことが保証される。
【００２７】
図１に示す機器において、Ｄ１とＤ２との比が大きくて、例えば本実施形態において、Ｄ１＞２Ｄ２且つＤ１−Ｄ２＞６ｃｍであるため、ｈとｈＮとが完全に異なるという条件を満たす。ｈとｈＮとはいずれもシングルピーク関数に近く、ピークの幅が０．２５ミリ秒ぐらいで、半幅が０．１２５ミリ秒ぐらいである。Ｄ１＞２Ｄ２という限定により、ｈとｈＮとのエネルギー差異が６ｄＢ以上でピーク絶対値の差異が２倍以上になる。Ｄ１−Ｄ２＞６ｃｍの限定により、ｈとｈＮとのピーク位置の差が０．１７ミリ秒以上であり、ピークの半幅を超えており、ピークが時間的に完全にずれるようにすることができる。補助送話器からメイン送話器までの各信号成分の伝達関数は、図７に示す。エコー成分の間の伝達関数ｈが実線で、シングルピーク曲線であり、ピークは、遅延時間が（Ｄ１−Ｄ２）／ｃである位置にあり、そのうち、cが音の空気中の伝播速度であり、近似的に、その最大幅がＤ２／Ｄ１である。Ｄ１＝１３ｃｍ、Ｄ２＝４ｃｍの場合、ピークの高さが約０．３であり、ピーク位置が０．２６ミリ秒にある。近端音声成分の間の伝達関数ｈＮ が点線曲線であり、その形状もシングルピーク曲線に近く、ピークが０ミリ秒にあり、ピークの高さが１である。ここから、二つの伝達関数が完全に異なることが分かる。
【００２８】
実際のシステムにおいて、アレイフィルタの伝送関数ハットｈは、予めオフラインで算出して固定することができる。より正確な計算には、最小平均二乗誤差準則を用いることができ、例えば以下の数８に示す式（８）のようになる。ここで、ハットｈがアレイフィルタの伝送関数で、ｄ1がメイン送話器信号で、ｄ2が補助送話器信号で、Ｅ［．］が期待値演算であり、＊が畳み込み演算である。
【数８】
0005844502.tif 000011
【００２９】
アレイフィルタモジュール６１０の出力ｄ１′は式（３）であり、Ｄ１＝１３ｃｍ、Ｄ２＝４ｃｍを例とすると、アレイエコーキャンセルの効果は図８に示すようになり、実線がメイン送話器信号ｄ１のエネルギー曲線であり、破線がアレイフィルタモジュールの出力ｄ１′のエネルギー曲線であり、ここから分かるように、エコーエネルギーの変化により、エネルギーが、平均的に約９ｄＢ低下する。
【００３０】
二つの適応フィルタモジュールは、いずれもフィルタ６２１、フィルタコントローラ６２２及び減算器６２３を含み、それぞれ、補助送話器信号ｄ２に対して適応フィルタリングを行って第二の適応フィルタリング信号ｅ２を得ることにより、補助送話器信号における線形エコー成分を除去すること、及び、メイン送話器信号から第二のアレイフィルタリング信号を差し引いた信号ｄ１′に対して適応フィルタリングを行って第一の適応フィルタリング信号ｅ１を得ることにより、メイン送話器信号における残留線形エコー成分を除去することに用いられる。
【００３１】
適応エコーキャンセルユニットの入力には、受話端信号ｘ、補助送話器信号ｄ２及びアレイフィルタモジュールの出力信号ｄ１′の三つがある。出力は、適応フィルタリングされた第一の適応フィルタリング信号ｅ１及び第二の適応フィルタリング信号ｅ２である。この部分の動作原理は、通用した適応エコーフィルタリングに似ており、時間ドメイン又は周波数ドメインフィルタリング形式を用いることができる。受話端信号ｘとｄ２、ｄ１′との類似性を比較することにより、エコー信号が適応整合されるとともにｄ２、ｄ１′から除去される。その効果は図９に示すようになり、実線がアレイフィルタモジュールの出力ｄ１′のエネルギー曲線であり、破線が適応エコーフィルタリングされた結果、即ち、第一の適応フィルタリング信号ｅ１のエネルギー曲線である。エネルギー変化が見られており、エコー領域において、ｅ１のエネルギーが、ｄ１′のエネルギーよりも平均的に約５ｄＢ低下する。
【００３２】
二つの時間周波数変換モジュールは、いずれもデータバッファ６３１と時間周波数変換器６３２とを含み、それぞれ、第一の適応フィルタリング信号ｅ１に対して時間周波数変換を行って第一の適応周波数ドメイン信号Ｅ１を得ること、及び、第二の適応フィルタリング信号ｅ２に対して時間周波数変換を行って第二の適応周波数ドメイン信号Ｅ２を得ることに用いられる。
【００３３】
データバッファ６３１の役割は、信号を、時間周波数変換器６３２で利用するために、信号ベクトルとして組み立てることであり、データバッファ６３１の長さがＬとされ、コンピューティングリソースに関連付けられ、通常、２５６又は５１２と設定することができる。もし、現在時刻がｎで、入力信号がｅ１（ｎ）及びｅ２（ｎ）であると、二つのデータバッファ６３１において形成されたベクトルが、それぞれ［ｅ１（ｎ−Ｌ＋１），ｅ１（ｎ−Ｌ＋２）・・・．ｅ１（ｎ）］及び［ｅ２（ｎ−Ｌ＋１），ｅ２（ｎ−Ｌ＋２）・・・．ｅ２（ｎ）］になる。
【００３４】
時間周波数変換器６３２は、信号を時間ドメインから周波数ドメインに変換し、フーリエ変換によって実現してもよいし、修正離散コサインデジタル変換等の方式によって実現してもよい。フーリエ変換を例とすると、周波数ドメイン信号が以下の通りになる。
0005844502.tif 000012
0005844502.tif 000013
【００３５】
音声確率推定モジュール６３３は、第一の適応周波数ドメイン信号Ｅ１及び第二の適応周波数ドメイン信号Ｅ２の振幅に応じて周波数ドメイン音声確率推定を行って周波数ドメイン音声確率信号ｐＦを得るために用いられ、前記周波数ドメイン音声確率信号ｐＦは、第一の適応周波数ドメイン信号Ｅ１のうち近端音声信号が占める割合を表す。その理由は、以下の通りになる。
【００３６】
音声確率推定モジュール６３３は、二つの信号の振幅関係を比較することにより、周波数ドメインの音声確率情報ｐＦを得て、ｐＦは時間周波数関数であり、音声とエコーとの各時間周波数ドメインにおける割合を指示する。ｐＦが１であると、この領域がすべて近端音声信号であることを意味するが、ｐＦが０であると、この領域がすべてエコー信号であることを意味し、０と１との間の数値であると、この領域が二者の混合であることを表し、１に近いと、近端音声の存在する割合の可能性が大きいことを表し、０に近いと、近端音声の存在する割合が低いことを表す。
【００３７】
音声確率推定の動作原理は、以下のようになる。音声確率推定モジュール６３３の二つの入力信号Ｅ１、Ｅ２は、いずれも非線形エコー成分と近端音声信号とを含み、Ｅ１における非線形エコー成分のエネルギーが低く、Ｅ２における非線形エコー成分のエネルギーが、Ｅ１における非線形エコー成分のエネルギーよりも約２０ｄＢ高い。従って、エコーが所在する時間周波数ドメインにおいて、Ｅ２の振幅がＥ１よりもはるかに高いのに対して、近端音声が所在する時間周波数ドメインにおいて、Ｅ１とＥ２とのエネルギーが比較的に近い。各周波数点におけるＥ１とＥ２との振幅を比較することにより、非線形エコー成分及び近端音声の周波数における分布が分かる。
【００３８】
本実施形態における具体的な実現方法としては、Ｅ１とＥ２との振幅比を算出し、マッピング関係によって音声確率を得るものである。
0005844502.tif 000014
【００３９】
ここで、Ｔsは二つの送話器信号における音声成分の平均振幅差異で、ＴEは二つの送話器信号におけるエコー成分の平均振幅差異である。音声確率判定を介して、各周波数点における音声確率を算出して得ることができる。ここで、fは周波数である。
【００４０】
Ｔs及びＴEの数値が構造に関係付けられており、図１の構造を例とすると、Ｔs＝１．４であり、そのうち、１．４が３ｄＢに対応し、二つの送話器に受信された近端音声成分の振幅差異を表し、この数値が、工業生産においての同じ型番の送話器の感度公差である。もしＤ１＝１３ｃｍ、Ｄ２＝４ｃｍであると、ＴE＝４となり、４が二つの送話器におけるエコー成分の振幅比平均値の近似値であり、エコー成分の振幅比平均値が約（Ｄ１／Ｄ２）×１．４である。エコーが二つの送話器に伝播されて、エコー信号の振幅差異がＤ１／Ｄ２であり、感度公差１．４を補って、切り捨てて４になる。２．６がＴsとＴEとの二者の差値であり、関数曲線が連続になるように設けられたものである。この式の意味は、信号の振幅差異が１．４以内である場合、つまり感度公差を超えていない場合、音声成分である可能性が大きく、音声確率は１である。信号の振幅差異が４を超えて、エコー成分の振幅差値によく似ている場合、エコー成分である可能性が大きく、音声確率が０である。中間部分が一次傾きのカーブフィッティングを使い、４に近いほど、確率値が低くなる。
【００４１】
すると、計算方式が以下の通りになる。
0005844502.tif 000015
【００４２】
周波数スペクトルフィルタモジュールは、エコー整合器６３４、減算器６３５及び乗算器６３６を含み、エコー整合器６３４が、第一の適応周波数ドメイン信号Ｅ１及び第二の適応周波数ドメイン信号Ｅ２の非線形エコー成分のエネルギーによって、エコー整合を行って整合エコーを得るために用いられ、減算器６３５が、第一の適応周波数ドメイン信号Ｅ１から整合エコーを減算するために用いられ、乗算器６３６が、減算して得られた結果に周波数ドメイン音声確率信号ｐＦを乗算するために用いられる。
【００４３】
エコー整合器６３４は、二つの送話器信号における非線形エコー成分と線形エコー成分との相互関係によって、周波数スペクトルから非線形エコー成分と線形エコー成分を推定してフィルタリングによって抑圧することができる。非線形エコー成分と線形エコー成分は、受話器から発生してメイン送話器及び補助送話器に伝播されたものであり、メイン送話器信号ｄ１及び補助送話器信号ｄ２における非線形エコー成分と線形エコー成分とは高い類似性を持っており、このような類似性は、主に、非線形エコー成分と線形エコー成分とのスペクトルピーク位置の一致性に反映されている。スペクトルピークには、非線形エコー成分及び線形エコー成分のほとんどすべてのエネルギーが集まっているため、もし、スペクトルピーク位置が一致になると、非線形エコー成分と線形エコー成分との周波数分布ルールが一致であると考えられる。もし、非線形エコー成分及び線形エコー成分のスペクトルピークが抑圧されると、大部分の非線形エコー成分と線形エコー成分が除去される。アレイエコーキャンセルユニット６１０及び適応エコーキャンセルユニット６２０は、線形フィルタリングしか行わず、非線形エコー成分及び線形エコー成分の振幅と周波数スペクトルエンベロープ形状のみが変えられ、スペクトルピーク位置が変えられておらず、つまり、このような非線形エコー成分と線形エコー成分との類似関係が依然として保留される。従って、第一の適応周波数ドメイン信号Ｅ１及び第二の適応周波数ドメイン信号Ｅ２において、非線形エコー成分のスペクトルピーク位置が非常に近似している。図１０に示す周波数スペクトルから分かるように、Ｅ１及びＥ２において、非線形エコー成分と線形エコー成分のピーク位置が同様又は近接しており、ただ全体的な波形形状及び信号エネルギーが異なる。
【００４４】
従って、Ｅ１、Ｅ２の非線形エコー及び線形エコー成分に対して、全体的な輪郭整合を行って整合エコーを得て、一定の因子Ａｇを乗算して振幅整合を行って、振幅整合のエコーを得る。因子Ａｇが音声確率ｐＦの上昇につれて低下する。このように、音声確率が低く、エコー確率が高い時間周波数ドメインにおいて、整合エコーの振幅が非線形エコー及び線形エコー成分よりも高くなるようにして、音声確率が高く、エコー確率が低い領域において、整合エコーにＡｇを乗算した後の振幅が、非線形エコー及び線形エコー成分に等しいかそれらよりもやや低くなるようにする。振幅整合のエコーを第一の適応周波数ドメイン信号Ｅ１から差し引いて、残留したエコーが除去可能である。
【００４５】
通常、残留エコーを完全に除去できるように、残留エコーが強いほど、Ａｇが大きくなり、周波数スペクトルフィルタリングの強さが大きくなり、この際、近端音声に対する傷害も大きくなる。なお、残留エコーの通信に対する干渉は、純エコーとダブルトークの場合に区別があり、純エコーの場合、人が残留エコーに敏感し、少ない残留エコーでも不具合を起こすのに対して、エコーと近端音声とが同時に発生するダブルトーク領域において、人が残留エコーに敏感しないが近端音声の品質に高い要求を持つ。本発明において、音声確率推定モジュールが用いられるため、音声確率推定とエコー整合とを組み合わせる方法によって、整合エコーが小さい数値を取ることができ、あまり強くない周波数スペクトルフィルタリングによって非線形エコー及び線形エコー成分を除去することができ、そして、周波数スペクトルフィルタリングの強さが近端音声確率につれて変化しており、近端音声確率が高い場合、近端音声をよりよく保護するために、周波数スペクトルフィルタリングの強さを低減する。これにより、音声確率に伴ってフィルタリングの強さをダイナミックに調整することで、快適度及び音声の品質を同時に向上させ、近端音声がよりよく保留されるようにすることができる。
【００４６】
周波数スペクトルフィルタリングの過程としては、まず、Ｅ２信号とＥ１におけるエコー信号とを振幅整合する。振幅整合は、以下の方式によって行うことができる。即ち、全周波数をＭ個のサブバンドに分けて、サブバンドの境界をＢ1〜ＢM+1として、本実施例におけるＭは、３２又は１６であってもよい。Ｅ２及びＥ１は、各サブバンド内にエネルギーを求め、エネルギーの間で除算を行って且つ開平演算を行い、整合関数Ｈmを得る。Ｅ２に、整合関数Ｈmを乗算してから、因子Ａｇと乗算して、整合エコーＹmを得る。
【００４７】
整合効果は、図１１を参照することができる。ここから分かるように、エコーが所在する周波数範囲内に、整合エコーＹmがＥ１のエコー成分に近い（３００Ｈｚ付近及び３８００Ｈｚ付近における差異は、背景雑音によるものであり、整合誤差ではない）。
【００４８】
整合関数を算出する方法は、以下の式の通りになる。
0005844502.tif 000016
ここで、ｉ∈［１，Ｍ］がサブバンド番号で、ｆが周波数で、ｋがサブバンド内における周波数サンプリングポイントで、Ｅ1（ｋ）が、第一の適応周波数ドメイン信号の周波数サンプリングポイントにおける振幅で、Ｅ2（ｋ）が第二の適応周波数ドメイン信号の周波数サンプリングポイントにおける振幅である。
【００４９】
第二の適応周波数ドメイン信号Ｅ２に、整合関数Ｈmを乗算して、且つ、因子Ａｇと乗算して、振幅整合を行って、整合エコーＹmを得る。
0005844502.tif 000017
【００５０】
エコー整合及び音声確率推定を完了させた後、Ｅ１から整合エコーＹmを差し引いてから、音声確率関数ｐＦと乗算して得られた結果は、以下の通りになる。
0005844502.tif 000018
【００５１】
周波数時間変換モジュール６３７は、乗算して得られた結果に対して周波数時間変換を行うために用いられる。周波数時間変換モジュール６３７が数字信号を周波数ドメインから時間ドメインに変換するのは、逆フーリエ変換によって実現してもよいし、逆離散コサインデジタル変換等の方式によって実現してもよい。
【００５２】
周波数時間変換を経て、周波数ドメイン信号Ｅoutが時間ドメイン信号ｅｏｕｔに変換され、システムの総出力となる。
【００５３】
最終的効果として、図１２（ａ）におけるメイン送話器信号ｄ１、図１２（ｂ）のメイン送話器信号ｄ１における近端音声成分、及び、図１２（ｃ）におけるｅｏｕｔの各エネルギー曲線を参照することができ、ここから分かるように、ｅｏｕｔにおいて、エコー成分がすべて除去されたが、近端音声は完全に保留されており、元の近端音声成分と比べ、信号エネルギーは、明らかに減衰することがない。全二重要件に達する。
【００５４】
図１３は、本発明の好ましい実施形態に提供された小型ハンズフリー音声通信システムに適用するエコーキャンセルの方法のフローチャートである。前記小型ハンズフリー音声通信システムは、受話器、メイン送話器及び補助送話器を含み、メイン送話器と受話器との間の距離が、補助送話器と受話器との間の距離よりも大きい。当該方法は、以下のことを含む。
【００５５】
Ｓ１３０１：メイン送話器信号及び補助送話器信号をアレイエコーキャンセルユニットに入力してアレイフィルタリングを行って、メイン送話器信号における一部の線形エコー成分及び一部の非線形エコー成分を除去して、一つの出力信号を得る。
【００５６】
Ｓ１３０２：受話器信号、アレイエコーキャンセルユニットの出力信号及び補助送話器信号を適応エコーキャンセルユニットに入力して適応フィルタリングを行って、それぞれ、アレイエコーキャンセルユニットの出力信号からメイン送話器信号における残留線形エコー成分を、補助送話器信号から補助送話器信号における線形エコー成分を除去して、二つの出力信号を得る。
【００５７】
Ｓ１３０３：適応エコーキャンセルユニットの二つの出力信号を残留エコーキャンセルユニットに入力し、音声確率推定及びエコー整合によって、メイン送話器信号における残留非線形エコー成分を除去して、一つの出力信号を得てエコーキャンセル後の音声信号とする。
【００５８】
図１４は、本発明の好ましい実施形態に提供された小型ハンズフリー音声通信システムに適用するエコーキャンセルの方法の詳細なフローチャートである。前記小型ハンズフリー音声通信システムは、受話器、メイン送話器及び補助送話器を含み、メイン送話器と受話器との間の距離が、補助送話器と受話器との間の距離よりも大きい。当該方法は、以下のことを含む。
【００５９】
Ｓ１４０１：補助送話器信号に対してアレイフィルタリングを行って第二のアレイフィルタリング信号を得て、メイン送話器信号から第二のアレイフィルタリング信号を差し引くことで、メイン送話器信号における一部の線形エコー成分と一部の非線形エコー成分とを除去する。
【００６０】
Ｓ１４０２：補助送話器信号に対して適応フィルタリングを行うことで補助送話器信号における線形エコー成分を除去して第二の適応フィルタリング信号を得て、メイン送話器信号から第二のアレイフィルタリング信号を差し引いた信号に対して適応フィルタリングを行うことにより、メイン送話器信号における残留線形エコー成分を除去して第一の適応フィルタリング信号を得る。
【００６１】
Ｓ１４０３：第一の適応フィルタリング信号及び第二の適応フィルタリング信号に対して時間周波数変換を行って、第一の適応周波数ドメイン信号及び第二の適応周波数ドメイン信号を得る。
【００６２】
Ｓ１４０４：第一の適応周波数ドメイン信号及び第二の適応周波数ドメイン信号の振幅に応じて周波数ドメイン音声確率推定を行って、第一の適応周波数ドメイン信号のうち近端音声信号が占める割合を表す周波数ドメイン音声確率信号を得る。
【００６３】
Ｓ１４０５：第一の適応周波数ドメイン信号及び第二の適応周波数ドメイン信号の非線形エコー成分の振幅に応じて第二の適応周波数ドメイン信号に対してエコー整合を行って整合エコーを得て、第一の適応周波数ドメイン信号から整合エコーを減算して、且つ減算して得られた結果に周波数ドメイン音声確率信号を乗算する。
【００６４】
Ｓ１４０６：乗算して得られた結果に対して周波数時間変換を行うことで、エコーキャンセルされた結果を出力する。
【００６５】
ステップＳ１４０１において、前記の補助送話器信号に対してアレイフィルタリングを行って第二のアレイフィルタリング信号を得ることは、具体的に、アレイフィルタの伝送関数ハットｈを確定し、伝送関数ハットｈが用いられたアレイフィルタによって補助送話器信号に対してアレイフィルタリングを行うことを含み、そのうち、下記の式によってアレイフィルタの伝送関数ハットｈを確定する。
0005844502.tif 000019
ここで、ハットｈがアレイフィルタの伝送関数で、ｄ1がメイン送話器信号で、ｄ2が補助送話器信号で、Ｅ［．］が期待値演算符号で、＊が畳み込み演算符号である。
【００６６】
ステップＳ１４０４において、第一の適応周波数ドメイン信号及び第二の適応周波数ドメイン信号の振幅に応じて周波数ドメイン音声確率推定を行って周波数ドメイン音声確率信号を得ることは、以下を含む。
【００６７】
下記の式によって周波数ドメイン音声確率信号を算出する。
0005844502.tif 000020
ここで、ｆが周波数で、Ｅ1が第一の適応周波数ドメイン信号の振幅で、Ｅ2が第二の適応周波数ドメイン信号の振幅で、ｐＦが周波数ドメイン音声確率信号で、ＴSが補助送話器信号とメイン送話器信号とにおける近端音声信号の平均振幅比値で、ＴEが補助送話器信号とメイン送話器信号とにおける非線形エコー成分信号の平均振幅比値であり、ここで、ＴE＞ＴS＞１である。
【００６８】
ステップＳ１４０５において、第一の適応周波数ドメイン信号及び第二の適応周波数ドメイン信号の非線形エコー成分のエネルギーによって第二の適応周波数ドメイン信号に対してエコー整合を行うのは、具体的に、二つのステップを含む。
【００６９】
（１）全周波数をＭ個のサブバンドに分けて、サブバンドの境界をＢ1〜Ｂ1+Mとして、各サブバンド内に第一の適応周波数ドメイン信号Ｅ１及び第二の適応周波数ドメイン信号Ｅ２に対してエネルギーを求め、エネルギーの間で除算を行って且つ開平演算を行い、整合関数Ｈmを得る。
0005844502.tif 000021
ここで、ｉ∈［１，Ｍ］がサブバンド番号で、ｆが周波数で、ｋがサブバンド内における周波数サンプリングポイントで、Ｅ1（ｋ）が第一の適応周波数ドメイン信号の周波数サンプリングポイントにおける振幅で、Ｅ2（ｋ）が第二の適応周波数ドメイン信号の周波数サンプリングポイントにおける振幅である。
【００７０】
（２）第二の適応周波数ドメイン信号Ｅ2に、整合関数Ｈmを乗算して、且つ、因子Ａｇと乗算して振幅整合を行って、整合エコーＹmを得る。
0005844502.tif 000022
【００７１】
ステップＳ１４０５において、第一の適応周波数ドメイン信号から整合エコーＹmを減算して、減算して得られた結果に周波数ドメイン音声確率信号を乗算すると、以下のようになる。
0005844502.tif 000023
ここで、ｐＦが周波数ドメイン音声確率信号であり、ＡｇがｐＦに関連する整合因子で、ｐＦの増加につれて低下してしまい、例えば、
0005844502.tif 000024
を取ってもよい。
【００７２】
ｐＦが０に近いと、Ａｇが１よりも大きくなり、整合エコー及びＡｇの振幅が、第一の適応周波数ドメイン信号Ｅ１の非線形エコー成分よりも高くなるようにすることで、エコーを除去することができ、ｐＦが１に近いと、Ａｇが１よりも小さい数値になり、整合エコーの振幅が、第一の適応周波数ドメイン信号Ｅ１の非線形エコー成分よりも低くなるようにすることで、音声を保留することができる。言い換えれば、整合エコーが第一の適応周波数ドメイン信号における残留非線形エコー成分に非常に近づき、それらの間で減算を行った後、第一の適応周波数ドメイン信号における非線形エコー成分がほとんど除去され、相変わらず微細な残留が残る可能性はあるが、減算結果に音声確率を乗算すると、非線形エコー成分を完全に除去することができる。
【００７３】
本発明の実施形態は、以下の利点を有する。
（一）本発明の技術方案によって、音声確率推定を用いて、エコー整合と組み合わせると、エコーを低減すると同時に近端音声に対する損傷を軽減することができ、二重性能が向上する。
（二）送話器が複数個存在する小型ハンズフリー音声通信システムについても、受話器に一番遠い送話器及び一番近い送話器のみを用いれば、本発明の技術方案が実現でき、実施しやすいものである。
（三）本発明の技術方案を用いるのは、音声の位相を弁別する必要がないため、送話器の位相の一致性に厳しい要求がなく、音響学設計に対する限定も少なく、製品の設計に便利である。
（四）周波数ドメイン音声確率信号をエコー整合の演算に用いて、周波数スペクトルフィルタリングの強さが近端音声の確率につれて変化するようにして、近端音声確率が高い場合、周波数スペクトルフィルタリングの強さが低下し、近端音声をよりよく保護することができる。
【００７４】
上述したのは、あくまでも本発明の具体的な実施形態であり、本発明の保護範囲は、これに限定されるものではない。任意の当業者が本発明に開示された技術範囲内に容易に想到する変更又は置換は、本発明の保護範囲に含まれるべきである。従って、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲の保護範囲に準じるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
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【図４（ｃ）】
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【図５（ａ）】
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【図５（ｂ）】
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【図５（ｃ）】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２（ａ）】
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【図１２（ｂ）】
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【図１２（ｃ）】
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【図１３】
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【図１４】
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