(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラウドスピーカによりレンダリングするための出力信号を生成するために入力信号に対してダイナミックレンジ調整処理を適用するための回路であって、前記ダイナミックレンジ調整処理は、ダイナミックレンジ調整パラメータのセットに依存する、回路と、
オーディオ入力信号から第１の補正された信号を生成するための第１の線形エコーキャンセレーションフィルタと、
前記第１の補正された信号及びマイクロホン信号に基づいて前記第１の線形エコーキャンセレーションフィルタのためのフィルタパラメータのセットを決定するための第１のアダプタと、
前記入力信号に対して前記ダイナミックレンジ調整処理及び第２のエコーキャンセレーションフィルタを適用することにより第２の補正された信号を生成するための回路であって、前記第２のエコーキャンセレーションフィルタは、前記第１の線形エコーキャンセレーションフィルタに対応する、回路と、
前記第２の補正された信号及び前記マイクロホン信号に基づいて前記ダイナミックレンジ調整パラメータのセットを決定するための第２のアダプタとを有する、オーディオ装置。
【請求項２】
前記ダイナミックレンジ調整処理は、非線形ダイナミックレンジ調整処理である、請求項１に記載のオーディオ装置。
【請求項３】
前記ダイナミックレンジ調整パラメータのセットのうち少なくとも１つのパラメータ及び前記入力信号の信号レベル基準に基づいて前記入力信号をスケールするように構成された可変ゲインを更に有する、請求項２に記載のオーディオ装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つのパラメータは、クリッピングレベルパラメータである、請求項３に記載のオーディオ装置。
【請求項５】
非線形ダイナミックレンジ調整処理は、信号クリッピングを有する、請求項２に記載のオーディオ装置。
【請求項６】
前記信号クリッピングは、ハードクリッピングである、請求項５に記載のオーディオ装置。
【請求項７】
前記出力信号に基づいて前記マイクロホン信号上でエコーキャンセレーションを実行するように構成されたエコーキャンセラを更に有する、請求項１に記載のオーディオ装置。
【請求項８】
前記エコーキャンセラは、線形エコーキャンセラである、請求項７に記載のオーディオ装置。
【請求項９】
前記エコーキャンセラは、前記第１の補正された信号、前記第２の補正された信号及び前記入力信号から独立している、請求項７に記載のオーディオ装置。
【請求項１０】
前記第１のアダプタは、前記第１の補正された信号と前記マイクロホン信号との間の差分信号を生成し、前記差分信号を低減するように前記フィルタパラメータのセットを修正するように構成される、請求項１に記載のオーディオ装置。
【請求項１１】
前記第２のアダプタは、前記第２の補正された信号と前記マイクロホン信号との間の差分信号を生成し、前記差分信号を低減するように前記ダイナミックレンジ調整パラメータのセットを修正するように構成される、請求項１に記載のオーディオ装置。
【請求項１２】
前記ダイナミックレンジ調整パラメータは、前記入力信号の値を前記出力信号の値に関連付ける関数を規定する、請求項１に記載のオーディオ装置。
【請求項１３】
ラウドスピーカによりレンダリングするための出力信号を生成するために入力信号にダイナミックレンジ調整処理を適用するステップであって、前記ダイナミックレンジ調整処理は、ダイナミックレンジ調整パラメータのセットに依存する、ステップと、
第１の線形エコーキャンセレーションフィルタによりオーディオ入力信号から第１の補正された信号を生成するステップと、
前記第１の補正された信号及びマイクロホン信号に基づいて前記第１の線形エコーキャンセレーションフィルタのためのフィルタパラメータのセットを決定するステップと、
前記ダイナミックレンジ調整処理及び第２のエコーキャンセレーションフィルタを前記入力信号に適用することにより第２の補正された信号を生成するステップであって、前記第２のエコーキャンセレーションフィルタは、前記第１の線形エコーキャンセレーションフィルタに対応する、ステップと、
前記第２の補正された信号及び前記マイクロホン信号に基づいて前記ダイナミックレンジ調整パラメータのセットを決定するステップとを有する、オーディオ処理方法。
【請求項１４】
プログラムがコンピュータ上で実行されたときに請求項１３の全てのステップを実行するように適合されたコンピュータプログラムコード手段を有する、コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オーディオ装置及びオーディオ処理方法に関し、とりわけ、排他的ではないが、音響エコーのためのエコーキャンセレーションに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くのオーディオアプリケーションは、同じオーディオ環境において、ラウドスピーカのようなオーディオトランスデューサ及びマイクロホンの双方を用いる。例えば、電話又は通信会議アプリケーションは、典型的には、極めて近いところにおいてスピーカ及びマイクロホンを使用する。
【０００３】
しかしながら、ラウドスピーカとマイクロホンとの間の音響結合は、マイクロホン信号が、ラウドスピーカからレンダリングされたサウンドの要素を含むことをもたらし、これは、多くの場合不利である。
【０００４】
例えば、電話及び電子会議デバイスに関して、デバイスのラウドスピーカとマイクロホンとの間の音響結合は、生成されたラウドスピーカ信号の一部が、マイクロホンにより取り込まれ、遠端ユーザに戻るように送信されることをもたらし、音響エコーとして知られる外乱をもたらす。マイクロホンは、デバイスが用いられている音響環境に依存して、ラウドスピーカ信号の反射を異なる遅延及び強度で取り込むので、このエコー経路は、線形フィルタを用いて十分にモデル化され得ることが多くの場合想定される。それ故、線形エコーキャンセラは、音響エコーを低減するために広く用いられる。
【０００５】
実際には、しかしながら、及び、デバイスに依存して、音響エコー経路におけるコンポーネントは、多くの場合非線形特徴を示すオーディオアンプ及びラウドスピーカも含む。それ故、完全に線形の反響キャンセレーションは、最適状態に及ばない傾向があり、音響エコーを完全に除去することができない傾向がある。
【０００６】
ラウドスピーカにおける非線形性の主な原因は、不均一性の磁束密度及び非線形掛留システムである。後者は、主として、低周波数で歪みに寄与する一方で、前者は、高振幅信号により悪化する。実際には、大きなコーンエクスカーション（cone excursion）、とりわけラウドスピーカの線形動作範囲外のものは、非線形歪みをもたらす。
【０００７】
より詳細には、ラウドスピーカシステムの動作は、入力信号の異なる周波数範囲に対して考慮されてもよい。共振周波数より高い周波数に関して、ラウドスピーカは、その音声コイルの抵抗及びインダクタンスにより特徴づけられ得る。それ故、音声コイルに対する入力電力が増大し、コイルが磁場から外れるようにエクスカーションが十分に大きくなるので、駆動力は減少し、圧縮又はクリッピング効果の形式をもたらす。
【０００８】
低周波数に関して、ラウドスピーカは、磁束の累乗に比例するその移動システムインピーダンスにより主に特徴づけられる。これは、音声コイルが磁場外に移動するので、このインピーダンスは減少し、それ故、クリッピングの代わりに、音声コイルにおける電流の振幅は、実際には、ラウドスピーカの掛留システムがエクスカーションを制限する前に増大することを意味する。
【０００９】
ラウドスピーカの非線形動作の適切なモデリングは、音響エコーキャンセレーションの分野における挑戦的なトピックのままである。これは、とりわけ、アンプ及びラウドスピーカのような低コストオーディオコンポーネントが用いられるハンズフリー通信アプリケーションに当てはまる。これらのコンポーネントは、斯様なアプリケーションのために必要とされる高いサウンド出力レベルを実現するために、多くの場合、それらの非線形動作範囲へ押しやられる。生ずる非線形歪みは、ラウドスピーカとマイクロホンとの間の線形インパルス応答を通常想定する音響エコーキャンセラのパフォーマンスを制限するだけでなく、ラウドスピーカ信号の知覚された質にも影響する。
【００１０】
それ故、非線形音響エコーを管理するためのシステムは、双方向通信システムのためのオーディオ品質を向上させることについて重大な役割を果たす。
【００１１】
従来技術においては、システムの３つの主要な分類が、非線形音響エコーをキャンセルするか又は抑制するために存在する。
１．非線形音響エコーキャンセレーション
２．線形音響エコーキャンセレーションのためのラウドスピーカ線形化
３．非線形音響エコー抑制
【００１２】
システムの第１のタイプにおいて、音響エコー経路非線形性は、音響エコーキャンセラによりモデル化される。例えば、オーディオアンプの飽和状態は、オーディオアンプにマッチするクリッピングレベルを伴うクリッピング関数を用いてモデル化され得る。このクリッピング関数がデジタルラウドスピーカ信号に適用される場合、標準の線形音響エコーキャンセラは、ラウドスピーカとマイクロホンとの間の線形音響経路をモデル化するために用いられ得る。前に述べられたように、ラウドスピーカは、非線形性のソースである。メモリのないクリッピング関数とは異なり、ラウドスピーカ非線形性は、通常、メモリの一部の形式を含み、最も一般的には、コンピュータ処理的に非常に高価であるボルテラ列展開によりモデル化される。累乗列展開のような、ボルテラベースのアルゴリズムの低コストバージョンが存在する一方で、これらは、多くの場合、依然として、コンピュータ処理的に依然として集中的になり得る信号直交化手法を必要とする。
【００１３】
システムの第１のタイプの大きな欠点は、これらが根本的な物理系をモデルに密接にマッチさせることを必要とすることである。これは、典型的には、高い精度によっては実現され得ない。更に、これらは、コンピュータ処理的に極めて集中的になる傾向がある。
【００１４】
システムの第２のタイプは、この関数の、ラウドスピーカの応答との連結が線形関数に近づくように、ラウドスピーカ信号に非線形関数を適用し、それ故、デバイスのマイクロホンにより取り込まれたラウドスピーカ信号は、おおよそラウドスピーカ信号の線形の関数である。従って、標準の線形適応可能フィルタは、この線形関数をモデル化し、音響エコーキャンセレーションを実行するために用いられ得る。
【００１５】
斯様なアプローチの欠点は、ラウドスピーカの出力信号をほぼ線形化することができるに過ぎないことであり、パフォーマンスは、通常、斯様な変換が線形化するのが容易でないためにアンプ飽和状態が生じるときに低下する。
【００１６】
システムの第３のタイプは、音響エコーキャンセレーションに対する後処理ステップとして多くの場合用いられ、ここで、エコーキャンセレーションステージにおいて抑制され得ない残りの非線形音響エコーは抑制される。通常、この抑制は、エコー非線形性のスペクトルモデルを用いてスペクトル振幅領域において実行される。
【００１７】
このアプローチの主な欠点は、スペクトル振幅領域におけるエコーフェーズ情報の過度の抑制及び欠如に起因して、ローカル環境から生じる近端オーディオ（及びとりわけスピーチ）が激しく減衰し得ることであり、例えば遠端者との完全な二重通信を困難にすることをもたらし得る。
【００１８】
一般に、エコーキャンセレーションに対する従来のアプローチは、複雑になる傾向があり、高計算リソース使用及び／又は最適状態に及ばないパフォーマンスをもたらす。
【００１９】
それ故、改良されたアプローチが有利であり、とりわけ、増大されたフレキシビリティ、低減された複雑性、促進された実装、低減されたリソース使用、及び／又は、向上したパフォーマンスを可能にするアプローチが有利であるだろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
従って、本発明は、上述した欠点の１又はそれ以上を、単独で又は任意の組み合わせにおいて、好ましくは緩和、軽減又は除去しようとする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の一態様によれば、ラウドスピーカによりレンダリングするための出力信号を生成するために入力信号に対してダイナミックレンジ調整処理を適用するための回路であって、前記ダイナミックレンジ調整処理は、ダイナミックレンジ調整パラメータのセットに依存する、回路と、オーディオ入力信号から第１の補正された信号を生成するための第１の線形エコーキャンセレーションフィルタと、前記第１の補正された信号及びマイクロホン信号に基づいて前記第１の線形エコーキャンセレーションフィルタのためのフィルタパラメータのセットを決定するための第１のアダプタと、前記入力信号に対して前記ダイナミックレンジ調整処理及び第２のエコーキャンセレーションフィルタを適用することにより第２の補正された信号を生成するための回路であって、前記第２のエコーキャンセレーションフィルタは、前記第１のエコーキャンセレーションフィルタに対応する、回路と、前記第２の補正された信号及び前記マイクロホン信号に基づいて前記ダイナミックレンジ調整パラメータのセットを決定するための第２のアダプタとを有する、オーディオ装置が提供される。
【００２２】
本アプローチは、音響的フィードバック又はエコーを経験するレンダリングシステムの演算の向上した線形化を提供し得る。本発明は、例えばサウンドトランスデューサドライバ（例えば、アンプ）及び／又はサウンドトランスデューサ（例えば、ラウドスピーカ）における非線形性の影響を緩和し得る。
【００２３】
本発明は、多くの実施形態において向上したパフォーマンスを提供し得る。とりわけ、向上したエコーキャンセレーションは、多くのアプリケーションにおいて実現され得る。
【００２４】
特別な利点は、（とりわけ、パワーアンプ又はオーディオトランスデューサ特性の想定又はモデリングを必要としないような）レンダリングシステムの特定の認識又はモデリングを必要とすることなく多種多様な音響エコー及びレンダリングシステムに対して改良が実現され得ることである。多くの実施形態において、装置は、個々のレンダリングシステムの特定の特性に自動的に適応してもよい。例えば、本発明は、本システムにおいて使用されるパワーアンプ又はラウドスピーカの非線形性特性の任意の認識を必要とすることなく、向上した線形化を提供するシステムを可能にし得る。
【００２５】
他の利点は、本アプローチが、例えば時間に渡るオーディオチェインにおけるコンポーネントの経年的変化、又は、例えばバッテリ供給されるデバイスに関して再充電の間の時間とともに変化するオーディオアンプの電源に関する変化に対して補正してもよいことである。
【００２６】
特定の構造は、出力信号のダイナミックレンジを過度に制限することなく所望の線形化を与える動作ポイントに向かって自動的に適応するシステムを可能にし得る。とりわけ、本発明に従って生成される第１及び第２の補正された信号の使用は、第１のエコーキャンセレーションフィルタ及びダイナミックレンジ調整処理の効率的な及び有利な適合を提供し得る。前記適応におけるエコーキャンセレーション及びダイナミックレンジ調整処理のインタラクションは、異なるシナリオに関して、異なる方向へのダイナミックレンジ調整処理の適合にバイアスをかけるシステムを提供してもよい。これは、動作ポイントが異なる方向から最適条件の方へ動かされ得るので、改良された適応をもたらし得る。
【００２７】
例えば、多くの実施形態及びシナリオにおいて、ダイナミックレンジ調整パラメータは、非線形性があまりに高いときには増大されたダイナミックレンジ制限に向かって、非線形性があまりに低いときには低減されたダイナミックレンジ制限に向かって適応するだろう。
【００２８】
装置は、適応ループを利用する。例えば、第１の補正された信号は、第１の補正された信号に基づいて適合される第１のエコーキャンセレーションフィルタから生成される。同様に、第２の補正された信号は、入力信号にダイナミックレンジ調整処理（及びエコーキャンセレーション）を適用することから生成されてもよく、ダイナミックレンジ調整処理は、第２の補正された信号に基づいて適合される。斯様なフィードバックループの特性は、とりわけ所望の動的パラメータのような所望のループパラメータを与えるためにセットされてもよい。多くのシナリオにおいて、サンプリングされたシステムが用いられてもよく、ここでは、１つのサンプルのための適応（例えばダイナミックレンジ調整パラメータ及び／又はパラメータの第１のセット）は、１又はそれ以上の前のサンプルの補正された信号の値に基づく。
【００２９】
第１のアダプタは、とりわけ、フィルタパラメータのセットのうちのパラメータに対する更新値を生成してもよい。第２のアダプタは、とりわけ、ダイナミックレンジ調整パラメータのセットのうちのパラメータに対する更新値を生成してもよい。
【００３０】
第２のエコーキャンセレーションフィルタは、とりわけ、同じパラメータにより（即ちパラメータの第１のセットにより）決定されることにより、第１のエコーキャンセレーションフィルタに対応してもよい。幾つかの実施形態において、第１のエコーキャンセレーションフィルタ及び第２のエコーキャンセレーションフィルタの適応における時間オフセットがあってもよい。例えば、所与の信号サンプルに関して、第１のエコーキャンセレーションフィルタのために使用されるパラメータの第１のセットは、前の信号サンプルに対して生成されてもよいのに対し、第２のエコーキャンセレーションフィルタのために使用されるパラメータの第１のセットは、現在の信号サンプルに対して決定されるものであってもよい。幾つかの実施形態において、第２のエコーキャンセレーションフィルタのためのフィルタパラメータは、第１のアダプタにより決定される更新値と組み合わせられたときに、第１のエコーキャンセレーションフィルタに対して使用されるフィルタパラメータに対応してもよい。
【００３１】
ダイナミックレンジ調整処理は、入力信号のダイナミックレンジを制限するように構成されてもよい。
【００３２】
本発明のオプショナルな特徴によれば、ダイナミックレンジ調整処理は、非線形ダイナミックレンジ調整処理である。
【００３３】
幾つかの実施形態において、ダイナミックレンジ調整処理は、例えばダイナミックレンジ調整パラメータに依存する様々なゲインを用いるような、線形ダイナミックレンジ調整でもよい。
【００３４】
しかしながら、多くの実施形態において、ダイナミックレンジ調整処理は、有利には、非線形ダイナミックレンジ調整処理であってもよい。これは、向上したパフォーマンスを提供してもよく、とりわけ、所与のパワーアンプ又はラウドスピーカの向上したサウンドレベルを可能にし得る。
【００３５】
本発明のオプショナルな特徴によれば、オーディオ装置は、入力信号の信号レベル基準及びダイナミックレンジ調整パラメータのセットのうち少なくとも１つのパラメータに基づいて入力信号をスケールするように構成される可変ゲインを更に有する。
【００３６】
これは、多くの実施形態において向上したパフォーマンスを与え得る。とりわけ、可変ゲイン及び非線形ダイナミックレンジ調整処理の組み合わせは、例えばサウンドレベルと歪みとの間のような、異なる特性間の向上したトレードオフを与え得る。
【００３７】
本発明のオプショナルな特徴によれば、少なくとも１つのパラメータは、クリッピングレベルパラメータである。
【００３８】
これは、多くの実施形態において向上したパフォーマンスを与え得る。とりわけ、可変ゲイン及びクリッピングダイナミックレンジ調整処理の組み合わせは、例えばサウンドレベルと歪みとの間のような、異なる特性間の向上したトレードオフを与え得る。
【００３９】
クリッピングは、ソフト又はハードクリッピングであってもよい。
【００４０】
本発明のオプショナルな特徴によれば、非線形ダイナミックレンジ調整処理は、信号クリッピングを有する。
【００４１】
これは、多くの実施形態における向上したパフォーマンスを与え得る。とりわけ、クリッピングダイナミックレンジ調整処理は、サウンドレベルと歪みのような異なる特性の間の向上したトレードオフを与え得る。
【００４２】
本発明のオプショナルな特徴によれば、信号クリッピングは、ハードクリッピングである。
【００４３】
これは、多くの状況及び実施形態において向上したパフォーマンス及び／又は低い複雑性を可能にし得る。
【００４４】
本発明のオプショナルな特徴によれば、オーディオ装置は、出力信号に基づいてマイクロホン信号上でエコーキャンセレーションを実行するように構成されるエコーキャンセレータを更に有する。
【００４５】
出力信号を生成するアプローチの別々のエコーキャンセレータとの組み合わせは、特に有利なパフォーマンスを与え得る。とりわけ、向上した線形化は、エコーキャンセレータにより向上したエコーキャンセレーションを可能にし得る。
【００４６】
本アプローチは、更に、エコーキャンセレータがダイナミックレンジ調整処理を適用及び適応する関数から独立して生じるのを可能にしてもよく、逆もまた同じである。これは、実装を促進してもよく、とりわけ、既存のエコーキャンセリングシステムへの例えば前処理の促進された導入を可能にし得る。
【００４７】
本発明のオプショナルな特徴によれば、エコーキャンセレータは、線形エコーキャンセレータである。
【００４８】
本発明は、とりわけ、線形エコーキャンセリングの向上したパフォーマンスを可能にし得る。
【００４９】
本発明のオプショナルな特徴によれば、エコーキャンセレータは、第１の補正された信号、第２の補正された信号及び入力信号から独立している。
【００５０】
エコーキャンセレータは、幾つかの実施形態において、出力信号及びマイクロホン信号以外のいかなる他の信号にも基づかなくてもよい。
【００５１】
本発明のオプショナルな特徴によれば、第１のアダプタは、第１の補正された信号とマイクロホン信号との間の差分信号を生成し、差分信号を低減するようにフィルタパラメータのセットを変更するように構成される。
【００５２】
これは、特に有利な動作及び／又はパフォーマンスを提供し、多くの実施形態において、実装を促進し得る。
【００５３】
本発明のオプショナルな特徴によれば、第２のアダプタは、第２の補正された信号とマイクロホン信号との間の差分信号を生成し、差分信号を低減するようにダイナミックレンジ調整パラメータのセットを変更するように構成される。
【００５４】
これは、特に有利な動作及び／又はパフォーマンスを提供し、多くの実施形態において、実装を促進し得る。
【００５５】
本発明のオプショナルな特徴によれば、ダイナミックレンジ調整パラメータは、入力信号の値を出力信号の値に関連付ける関数を規定する。
【００５６】
これは、特に有利な動作及び／又はパフォーマンスを提供し、多くの実施形態において、実装を促進し得る。
【００５７】
本発明の一態様によれば、ラウドスピーカによりレンダリングするための出力信号を生成するために入力信号にダイナミックレンジ調整処理を適用するステップであって、非線形処理は、ダイナミックレンジ調整パラメータのセットに依存する、ステップと、第１の線形エコーキャンセレーションフィルタによりオーディオ入力信号から第１の補正された信号を生成するステップと、前記第１の補正された信号及びマイクロホン信号に基づいて前記第１の線形エコーキャンセレーションフィルタのためのフィルタパラメータのセットを決定するステップと、前記ダイナミックレンジ調整処理及び第２のエコーキャンセレーションフィルタを前記入力信号に適用することにより第２の補正された信号を生成するステップであって、前記第２のエコーキャンセレーションフィルタは、前記第１のエコーキャンセレーションフィルタに対応する、ステップと、前記第２の補正された信号及び前記マイクロホン信号に基づいて前記ダイナミックレンジ調整パラメータのセットを決定するステップとを有する、オーディオ処理方法が提供される。
【００５８】
本発明のこれらの及び他の態様、特徴及び利点は、以下で述べられる実施形態から明らかになり、これらを参照して説明されるだろう。
【００５９】
本発明の実施形態は、単なる例により、図面を参照して述べられるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の幾つかの実施形態によるオーディオ装置の一例を示す。
【図２】本発明の幾つかの実施形態によるオーディオ装置の一例を示す。
【図３】図１又は図２のオーディオ装置のためのダイナミックレンジ調整処理のための異なる関数を示す。
【図４】図１又は図２のオーディオ装置のためのダイナミックレンジ調整処理のための異なる関数を示す。
【図５】図１又は図２のオーディオ装置のためのダイナミックレンジ調整処理のための異なる関数を示す。
【図６】図１又は図２のオーディオ装置のためのダイナミックレンジ調整処理のための異なる関数を示す。
【図７】オーディオレンダリング経路の要素のための非線形性の例を示す。
【図８】オーディオレンダリング経路の要素のための非線形性の例を示す。
【図９】音響エコーのための音響インパルス応答の一例を示す。
【図１０】図１又は図２のオーディオ装置における誤差信号のためのＰＳＤの例を示す。
【図１１】図１又は図２のオーディオ装置における誤差信号のためのＰＳＤの例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
以下の説明は、通信システムのためのエコーキャンセリングシステムに適用可能な本発明の実施形態にフォーカスする。しかしながら、本発明がこのアプリケーションに限定されるものではなく、多くの他システム及びアプリケーションに適用され得ることはいうまでもない。
【００６２】
図１は、本発明の幾つかの実施形態によるオーディオ装置の一例を示している。特定の例において、オーディオ装置は、エコーキャンセリングシステムである。
【００６３】
システムは、音響環境においてオーディオをレンダリングするラウドスピーカ１０１を有する。マイクロホン１０３は、オーディオ環境においてローカルソースからの信号を反映するオーディオを生成するために音響環境からのオーディオを記録する。具体的には、システムは、通信システムの部分として用いられてもよく、ラウドスピーカ１０１は、リモートソースからのオーディオをレンダリングするために用いられ、マイクロホン１０３は、遠端に送信されるローカルオーディオを取り込むために用いられる。しかしながら、斯様なセットアップにおける問題は、マイクロホン１０３が、典型的にはラウドスピーカ１０１からのオーディオを取り込むだろうということであり、エコーキャンセレーションが実行されない限りエコーが遠端に戻されるように設定されることをもたらす。
【００６４】
従って、システムは、ラウドスピーカ１０１に結合され、ラウドスピーカ１０１のための駆動信号を受信するエコーキャンセラ１０５も含む。エコーキャンセラ１０５は、マイクロホン１０３に更に結合され、そこからのマイクロホン信号を受信する減算器１０７に結合されるエコーキャンセレーション信号を生成する。減算器１０７は、エコーキャンセラの部分として、又は、別々の実体として理解され得る。
【００６５】
エコーキャンセレーション信号は、ラウドスピーカ１０１からのオーディオによりもたらされるマイクロホン信号の信号成分の推定を供給する。減算器１０７の出力は、エコーキャンセレーション信号を引いたマイクロホン信号であり、それ故、音響エコーが除去されたマイクロホン信号に理想的に対応する。従って、減算器１０７の出力は、遠端に送信され得るエコーキャンセルされた信号を生成する。
【００６６】
エコーキャンセラ１０５は、減算器１０７の出力に基づいてその動作を調整する適応可能なエコーキャンセラである。故に、減算器１０７からの出力信号は、エコーキャンセラ１０５の推定に適応するように用いられるエコーキャンセラ１０５にも供給される。典型的には、エコーキャンセラ１０５は、ラウドスピーカ１０１への入力から減算器１０７のマイクロホン入力への伝達関数を推定する適応フィルタを実装する。適応可能なフィルタは、エコーキャンセルされた信号に基づいて適合され、典型的には、前記の適応は、エコーキャンセルされた信号の信号レベルを最小化しようとする。
【００６７】
多数のエコーキャンセレーションアルゴリズム及び適応アルゴリズムが当業者に知られるだろうこと、及び、任意の適切なアプローチが本発明を逸脱することなく用いられ得ることはいうまでもないだろう。例えば、ＬＭＳ（Least Mean Squares）アプローチが線形の適応フィルタの係数を適応させるために用いられてもよい。
【００６８】
明瞭さ及び簡潔さのために図１が簡略化されたシステム表現を開示していることはいうまでもないだろう。例えば、ほとんどの実用的なシステムは、アンプ、オーディオトランスデューサ、フィルタ等を含むだろう。図１のラウドスピーカ１０１は、エコーキャンセラ１０５への入力からオーディオのレンダリングまでの全体のレンダリング信号経路を反映するものとみなされてもよく、それ故、とりわけ、パワーアンプ、オーディオトランスデューサ等の特性を含んでもよい。
【００６９】
同様に、マイクロホンからの出力は、典型的には、フィルタリング及び増幅されるだろう。図１のマイクロホン１０３は、減算器１０７に供給される信号に取り込まれるオーディオからの信号経路の全ての部分を表すものとみなされてもよい。即ち、マイクロホンアンプ、フィルタ等を含むものとみなされてもよい。
【００７０】
故に、効果的には、エコーキャンセラ１０５は、（ｘｆ（ｎ）として示される）エコーキャンセラ１０５への入力から（ｚ（ｎ）で示される）減算器１０７への入力までの信号経路全体を推定することにより音響エコーを補正しようとする。
【００７１】
しかしながら、斯様なシステムのための特別なチャレンジは、エコーキャンセラが、効率的なエコーキャンセリングを与えるために経路が実質的に線形になることを要する傾向があることである。具体的には、ほとんどの実用的な高性能適応可能なエコーキャンセラは、線形のエコーキャンセラである傾向があり、それ自体、線形の信号効果しか補正できない。しかしながら、多くの実用的なレンダリングコンポーネントは、とりわけこれらが集中的に用いられるときには、非線形効果を有する傾向がある。
【００７２】
例えば、サウンド圧力レベルを最大にするために、ラウドスピーカ及びパワーアンプは、これらの非線形動作範囲に向けて頻繁に用いられる。それ故、非線形効果は、実用的な実装においてしばしば発生し得る。これは、典型的には、エコーキャンセリングが非効率的であることをもたらすだろう。
【００７３】
図１のシステムにおいて、向上したパフォーマンスは、ラウドスピーカ１０１に供給される前にレンダリングされるべき信号を処理するように構成されるプレプロセッサ１０９の存在により実現される。
【００７４】
プレプロセッサ１０９は、ラウドスピーカ１０１（即ち、典型的にはパワーアンプ及びオーディオトランスデューサの経路）がより線形的に動作されるのをもたらす入力信号のためのダイナミックレンジ調整を実行するように構成される。これは、向上したパフォーマンスを提供し、とりわけ、エコーキャンセラ１０５が、より効率的に動作し、向上したエコーキャンセレーションを供給するのを可能にし得る。プレプロセッサ１０９は、ダイナミックレンジ調整を適応させるように構成され、適宜、マイクロホン信号が供給される。プレプロセッサ１０９には、音響エコーキャンセラ１０５の出力及び減算器１０７の出力が供給されてもよいことはいうまでもないだろう。これらの信号の合計がマイクロホン信号に等しいためである。しかしながら、特定の例において、プレプロセッサ１０９には、マイクロホン信号が供給される。音響エコーキャンセラ１０５の出力及び減算器１０７の出力へのアクセスが常に利用可能であるというわけではないためである。
【００７５】
故に、本システムにおいて、入力信号ｘ（ｎ）は、これ以降は駆動信号ｘｆ（ｎ）と呼ばれる出力信号を生成するよう進行するプレプロセッサ１０９に供給される。駆動信号は、レンダリングされ、図１の例において、ラウドスピーカ１０１からレンダリングされるように示される。多くの実施形態において、プリプロセッサ１０９の出力（即ち、駆動信号）は、オーディオトランスデューサには直接供給されないが、むしろ、パワー増幅、フィルタリング、デジタル／アナログ変換等を含む種々のオーディオ処理機能に提示されることはいうまでもないだろう。故に、以下において、ラウドスピーカ１０１への参照は、プリプロセッサ１０９の出力からレンダリングされたオーディオまでの信号経路の全ての要素を含むものとみなされてもよい。
【００７６】
マイクロホン１０３は、音響環境においてオーディオを反映するマイクロホン信号ｚ（ｎ）を取り込む。エコーキャンセルされているマイクロホン信号ｚ（ｎ）は、典型的には所与のマイクロホンユニットにより直接供給されたものではないが、典型的には、最初に、増幅、フィルタリング、サンプリング等が行われることはいうまでもないだろう。故に、以下において、マイクロホン１０３への参照は、音響環境のオーディオからプレプロセッサ１０９に供給される信号までの信号経路の全ての要素を含むものとみなされてもよい。
【００７７】
故に、図１のシステムにおいて、プレプロセッサ１０９は、ラウドスピーカ１０１によりレンダリングすることを意図される入力信号ｘ（ｎ）を受信する。更に、マイクロホン１０３により取り込まれる入力信号を受信する。プレプロセッサ１０９は、ラウドスピーカ１０１によりレンダリングされる駆動信号ｘｆ（ｎ）を生成するよう進行する。レンダリングされたオーディオは、所与の音響インパルス応答（及び、対応する音響伝達関数）を有する音響経路を介してマイクロホン１０３に到達する。それ故、プレプロセッサ１０９に供給されるマイクロホン信号ｚ（ｎ）は、ラウドスピーカ１０１を有する信号経路、ラウドスピーカ１０１からマイクロホン１０３までの音響経路、及び、マイクロホン１０３により修正される生成された駆動信号ｘｆ（ｎ）に対応する。即ち、ラウドスピーカ１０１、音響経路及びマイクロホン１０３の特性の組み合わせられた効果により修正される。
【００７８】
同様に、エコーキャンセラ１０５は、駆動信号ｘｆ（ｎ）に基づいて、マイクロホン信号ｚ（ｎ）上でエコーキャンセレーションを実行し、それ故、ラウドスピーカ１０１、ラウドスピーカ１０１からマイクロホン１０３までの音響経路、及び、マイクロホン１０３の組み合わせられた効果を推定又はモデル化しようとする。
【００７９】
プレプロセッサ１０９は、（とりわけパワーアンプ及びオーディオトランスデューサを含む）ラウドスピーカ１０１がより線形の特性を示すように、入力信号ｘ（ｎ）のダイナミックレンジ調整を実行するように構成され、多くの実施形態において、実質的に線形の特性を示す。
【００８０】
プレプロセッサ１０９は、最適な動作ポイントの方へダイナミックレンジ処理を自動的に適応させることを可能にする特定の構造及びアプローチを用いる。更に、前記の適応は、駆動信号ｘｆ（ｎ）からマイクロホンン信号ｚ（ｎ）への伝達関数の特定の特性について任意の認識又は想定を必要としない。むしろ、プレプロセッサ１０９は、（関連したパワーアンプ等を含む）ラウドスピーカ１０１の特定の特性に対してダイナミックレンジ処理を自動的に適応させ得る。
【００８１】
図２は、プレプロセッサ１０９を更に詳細に示している。示されるように、プレプロセッサ１０９は、３つの並列分岐又は経路を有する。１つの経路（図２の最上経路）において、ダイナミックレンジプロセッサ２０１は、駆動信号ｘｆ（ｎ）を生成するために
【数１】
0005982069.tif 000002
で示されるダイナミックレンジ調整を入力信号ｘ（ｎ）に適用する。そして、この信号は、ラウドスピーカ１０１によりレンダリングされる。ラウドスピーカ１０１は、少なくともいくつかの信号レベルのために、典型的には非線形関数であり得る関数Ｆ｛ｘｆ（ｎ）｝により表され得る特性によりサウンドをレンダリングする。故に、関数Ｆ｛ｘｆ（ｎ）｝は、オーディオトランスデューサ、パワーアンプ等の組み合わせられた効果を表し、とりわけ、例えばパワーアンプのクリッピング動作及びオーディオトランスデューサの非線形性を反映してもよい。
【００８２】
ダイナミックレンジプロセッサ２０１は、ダイナミックレンジ調整処理を入力信号に適用し、これにより、後にラウドスピーカ１０１によりレンダリングされる駆動信号ｘｆ（ｎ）（プレプロセッサ１０９の出力信号）を生成する。ダイナミックレンジ調整処理は、ダイナミックレンジ調整パラメータのセットに依存する適応可能なダイナミックレンジ調整処理である。
【００８３】
ダイナミックレンジ調整処理は、とりわけ、現在の入力信号値を出力信号値に関連させる関数を適用してもよい。例えば、入力信号ｘ（ｎ）の各値に関して、ダイナミックレンジ調整処理は、調整可能な関数によって決定される駆動信号ｘｆ（ｎ）の値をセットしてもよい。故に、調整可能な関数は、ダイナミックレンジプロセッサ２０１のための入力信号値と出力信号値との間の関係を規定する。調節可能な関数は、ダイナミックレンジ調整パラメータと呼ばれるパラメータのセットにより規定される。それ故、これらのパラメータは、現在適用されている特定のダイナミックレンジ調整処理を決定してもよい。
【００８４】
故に、ダイナミックレンジプロセッサ２０１は、演算
【数２】
0005982069.tif 000003
を適用してもよい。ここで、ダイナミックレンジ調整パラメータ
【数３】
0005982069.tif 000004
は、信号値と出力値との間の関係を規定する。
【００８５】
図３−６は、適用され得る関数の特定の例を示している。
【００８６】
図３の例において、線形ダイナミックレンジ調整処理は、入力信号値ｘ（ｎ）と駆動信号値ｘｆ（ｎ）との間に線形の関係がある場合に適用される。この例において、ダイナミックレンジ調整パラメータは、例えば関数の勾配を規定する単一のスカラー値からなる。故に、１より低い任意の値に関して、ダイナミックレンジ調整処理は、ダイナミックレンジを低減するだろう。１の値に関して、元の信号は、変更されずに渡されるだろう。
【００８７】
図４の例において、線形ダイナミックレンジ調整処理は、入力信号値ｘ（ｎ）（及び、従って駆動信号値ｘｆ（ｎ））の制限された範囲に関して、入力信号値ｘ（ｎ）と駆動信号値ｘｆ（ｎ）との間に線形の関係がある場合に適用される。しかしながら、入力信号値ｘ（ｎ）（の絶対値）が所与の閾値を超える場合、駆動信号の値ｘｆ（ｎ）（の絶対値）は一定に保たれる。故に、ダイナミックレンジプロセッサ２０１は、この例において、ハードクリッピングを実行する。本例において、ダイナミックレンジ調整処理は、信号レベルが十分に低い限り線形である。故に、信号レベルが十分に低い限り、ダイナミックレンジプロセッサ２０１は、任意の歪みを取り込まない。しかしながら、より高い値に関して、クリッピングは、ダイナミックレンジを制限するために取り込まれてもよい。
【００８８】
本例において、ダイナミックレンジ調整パラメータは、（対称又は非対称であり得る）現在のクリッピングレベルも場合により線形領域のための勾配レベルも規定する値のセットを有し得る。
【００８９】
幾つかの実施形態において、クリッピングは、例えば図５に示されるように、ソフトクリッピングであってもよい。ここで、関数は、異なる勾配を有する３つの線形セクションにより規定される。斯様な例において、ダイナミックレンジ調整パラメータは、３つの線形のセクションのための勾配もこれらの間の遷移ポイントも規定し得る。
【００９０】
任意の適切な関数が用いられてもよく、ダイナミックレンジ調整パラメータが例えば図６に示された関数のような任意の適切な関数を規定してもよいことはいうまでもないだろう。例えばサンプリングされた表現を含む、パラメータのセットにより関数を表す任意の適切な手段が用いられてもよいことも理解されるだろう。例えば、入力信号ｘ（ｎ）の考えられるサンプル値ごとに、ダイナミックレンジ調整パラメータのセットのパラメータが、駆動信号ｘｆ（ｎ）の信号値を規定してもよい。他の例として、関数は、ダイナミックレンジ調整パラメータが各係数の値を規定する多項式関数として与えられてもよい。
【００９１】
プレプロセッサ１０９は、プレプロセッサ１０９の入力に結合され、入力信号ｘ（ｎ）を受信する線形のエコーキャンセレーションフィルタ２０３を有する第２の経路（図２の中間の経路）を更に有する。線形エコーキャンセレーションフィルタ２０３は、入力信号をフィルタリングし、第１の補正された信号を生成する。この信号は、特定の例において減算器である、図２において第１の差分ユニット２０５として示される第１のアダプタに結合される。また、第１の差分ユニット２０５は、マイクロホン信号ｚ（ｎ）を受信し、第１の補正された信号とマイクロホン信号との間の差分を示す第１の差分信号ｒ（ｎ）を生成するよう進行する。特定の例において、第１の補正された信号は、マイクロホン信号ｚ（ｎ）から単純に減算される。
【００９２】
そして、生ずる第１の差分信号ｒ（ｎ）は、入力信号ｘ（ｎ）からマイクロホン信号ｚ（ｎ）までの推定された線形エコーが除去された後の取り込まれたオーディオを示す。第１の差分信号ｒ（ｎ）は、線形エコーキャンセレーションフィルタ２０３を適応させるために用いられる。詳細には、線形のエコーキャンセレーションフィルタ２０３は、第１の差分信号ｒ（ｎ）の信号エネルギを最小化するように適合され得る。
【００９３】
故に、第２の経路は、入力信号ｘ（ｎ）とマイクロホン信号ｚ（ｎ）との間の線形エコーキャンセレーションを動作させる。前記経路は、従来の線形エコーキャンセレーション技術を用いてもよく、線形エコーキャンセレーションフィルタ２０３は、例えばＬＭＳ適応アルゴリズムを含む任意の適切なエコーキャンセレーションアルゴリズムに従って適合されてもよい。
【００９４】
加えて、プレプロセッサ１０９は、ダイナミックレンジ調整処理及び第２のエコーキャンセレーションフィルタを入力信号に適用することにより第２の補正された信号を生成する第３の経路（図２の下側経路）を有する。
【００９５】
図２の例において、第２の経路は、ダイナミックレンジプロセッサ２０１と同じ動作を実行する追加のダイナミックレンジプロセッサ２０７を含む。追加のダイナミックレンジプロセッサ２０７は、入力に結合され、入力信号ｘ（ｎ）を受信し、駆動信号ｘｆ（ｎ）のコピーを生成する。駆動信号ｘｆ（ｎ）のコピーは、線形エコーキャンセレーションフィルタ２０３に対応し、第２の補正された信号を生成する第２のエコーキャンセレーションフィルタ２０９に供給される。故に、第２の補正された信号は、線形エコーキャンセレーションフィルタ２０３のエコーキャンセレーションを、（第２の経路に関して）入力信号ｘ（ｎ）よりもむしろ駆動信号ｘｆ（ｎ）に適用することから生じる信号に対応する。
【００９６】
生ずる第２の補正された信号は、特定の例において減算器である第２の差分ユニット２１１の形式で第２のアダプタに供給される。第２の差分ユニット２１１はまた、マイクロホン信号ｚ（ｎ）を受信し、第２の補正された信号とマイクロホン信号との間の差分を示す第２の差分信号ｒｆ（ｎ）を生成するよう進行する。特定の例において、第２の補正された信号は、マイクロホン信号ｚ（ｎ）から単純に減算される。
【００９７】
第２の差分信号ｒｆ（ｎ）は、追加のダイナミックレンジプロセッサ２０７及びダイナミックレンジプロセッサ２０１に適合するために用いられる。具体的には、追加のダイナミックレンジプロセッサ２０７及びダイナミックレンジプロセッサ２０１は、第２の差分信号ｒｆ（ｎ）の信号エネルギを最小化するように適合されてもよい。
【００９８】
故に、第２の経路は、第２の経路のために決定されたエコーキャンセレーションフィルタを用いて駆動信号ｘｆ（ｎ）とマイクロホン信号ｚ（ｎ）との間の線形エコーキャンセレーションを動作させる。即ち、エコーキャンセレーションフィルタは、駆動信号ｘｆ（ｎ）とマイクロホン信号ｚ（ｎ）との間の線形エコーキャンセレーションから生じる。しかしながら、生ずる残りの信号は、エコーキャンセレーションフィルタを更新するために用いられるものではなく、追加のダイナミックレンジプロセッサ２０７及びダイナミックレンジプロセッサ２０１のダイナミックレンジ調整パラメータを適応させるために用いられる。
【００９９】
故に、とりわけ、第２の差分信号ｒｆ（ｎ）は、低減された第２の差分信号ｒｆ（ｎ）が実現されるように、ダイナミックレンジ調整パラメータを修正するために用いられる。
【０１００】
追加のダイナミックレンジプロセッサ２０７及びダイナミックレンジプロセッサ２０１のために使用されるダイナミックレンジ調整パラメータは、互いに対応しており、実際には、多くの実施形態において、単一のダイナミックレンジプロセッサのみが用いられ得ることに留意されたい。例えば、第２のエコーキャンセレーションフィルタ２０９は、ダイナミックレンジプロセッサ２０１から直接的に駆動信号ｘｆ（ｎ）を受信してもよく、同様に、前記の適応は、ダイナミックレンジプロセッサ２０１の直接的なものであってもよい。
【０１０１】
任意の適切な適応アルゴリズムが第２の差分信号ｒｆ（ｎ）に基づいてダイナミックレンジ調整パラメータを適合させるために用いられてもよいことはいうまでもないだろう。
例えば、以下において更に詳細に述べられるように、ＬＭＳアルゴリズムが適用されてもよい。
【０１０２】
図２の例において、線形エコーキャンセレーションフィルタ２０３及び第２のエコーキャンセレーションフィルタ２０９は、線形のエコーキャンセレーションフィルタ２０３に対して決定されるフィルタパラメータにより規定される第２のエコーキャンセレーションフィルタ２０９により、それぞれに対応する。即ち、第２のエコーキャンセレーションフィルタ２０９を規定するフィルタパラメータのセットは、適応／エコーキャンセレーションにより線形エコーキャンセレーションフィルタ２０３に対して決定されるフィルタパラメータのセットとして選択される。しかしながら、任意の所与の時点で、線形のエコーキャンセレーションフィルタ２０３及び第２のエコーキャンセレーションフィルタ２０９は同一である必要はない。とりわけ、２つのフィルタのために使用されるフィルタとフィルタパラメータとの間に相対的な時刻オフセットがあってもよい。例えば、図２において、線形エコーキャンセレーションフィルタ２０３は、関数
【数４】
0005982069.tif 000005
を規定するフィルタパラメータにより与えられる一方で、同時に、第２のエコーキャンセレーションフィルタ２０９が関数
【数５】
0005982069.tif 000006
を規定するフィルタパラメータによるものである。即ち、第２のエコーキャンセレーションフィルタ２０９のためのフィルタパラメータは、サンプルｎに対して決定された更新値を含む。
【０１０３】
プレプロセッサ１０９の構造及びアプローチは、図１のシステムの改良された演算をもたらし得るとりわけ効率的な演算を提供する。とりわけ、サウンドレンダリングがより線形である動作ポイントでシステムが動作するのを可能にしてもよく、とりわけ、非線形エリアにおいて動作するパワーアンプ又はオーディオトランスデューサのリスクを低減してもよい。これは、エコーキャンセラ１０５の線形エコーキャンセリングを実質的に改良し得る。
【０１０４】
更に、プレプロセッサ１０９の異なる経路の特定の装置及びインタラクションは、２つの適応がインタラクトする一方で比較的独立しているシステムをもたらす。具体的には、経路及び適応の動作の組み合わせは、ダイナミックレンジがあまりに大きい場合にこれを低減させるだけでなく、ダイナミックレンジがあまりに低い場合にこれを増大させるシステムを供給する。具体的には、駆動信号ｘｆ（ｎ）の振幅が低減された場合、レンダリングの線形は低減することなく、むしろ典型的には増大するだろう。即ち、典型的には、ダイナミックレンジが低いほどより線形になるようレンダリングが行われるだろう。それ故、レンダリングの非線形性を低減しようとする従来のアプローチは、単純にゼロの方へ信号レベルを低減させる傾向があるだろう。しかしながら、これは、サウンドがレンダリングされないことをもたらすので、もちろん望ましくない。これに対し、図１のシステムにおいて、オーディオのレンダリングが線形であるときには、プレプロセッサ１０９は、代わりに、残りの信号を増大させようとするだろう。即ち、非線形性を増大させようとするだろう。故に、プレプロセッサ１０９は、オーディオレンダリングが線形であるときには増大されたダイナミックレンジの方へダイナミックレンジ調整処理を自動的に適応させるが、オーディオレンダリングが非線形であるときには低減されたダイナミックレンジの方へこれを適応させるだろう。故に、最適な動作ポイントへ向かうバイアスが実現される。
【０１０５】
この効果、並びに、実際には図１のシステム及び図２のプレプロセッサ１０９の動作は、以下において、より数学的に詳細に述べられるだろう。例において、とりわけパワーアンプ及びオーディオトランスデューサの組み合わせられた効果を含むラウドスピーカ１０１／レンダリング経路の効果は、非線形関数Ｆ｛ｘｆ（ｎ）｝により表される。生ずるエコー信号は、ｅ（ｎ）で示され、マイクロホン１０３により取り込まれる。エコーに加えて、マイクロホンは、静止バックグラウンドノイズ及び近端スピーチのようなローカル環境からの外乱も取り込むが、以下の分析及び説明を簡素化するために、これらの信号成分は更には考慮されない。しかしながら、斯様な成分の存在を反映させるために、マイクロホン信号は、ｚ（ｎ）により示される。
【０１０６】
ＬＭＳアルゴリズムが使用されると仮定すると、更新式は、
【数６】
0005982069.tif 000007
により与えられる。ここで、
【数７】
0005982069.tif 000008
は、適応速度を制御するステップサイズパラメータであり、
【数８】
0005982069.tif 000009
は、
【数９】
0005982069.tif 000010
に対する二乗誤差信号ｒ２（ｎ）の勾配を示し、
【数１０】
0005982069.tif 000011
として表され得る。ここで、
【数１１】
0005982069.tif 000012
及び、生ずる係数更新式は、
【数１２】
0005982069.tif 000013
である。マイクロホン信号は、
【数１３】
0005982069.tif 000014
により与えられる。ここで、音響エコー経路は、この分析の目的のために時間不変であると想定される。残りの信号は、マイクロホン及び推定された線形エコーに関して表され得る。
【数１４】
0005982069.tif 000015
ｚ（ｎ）をｒ（ｎ）に置換すること、及び、（３）を展開することは、
【数１５】
0005982069.tif 000016
をもたらす。ｖ（ｎ）は加重誤差ベクトル
【数１６】
0005982069.tif 000017
を示す。ｈから（６）の両端を減算することは、
【数１７】
0005982069.tif 000018
をもたらす。（７）の右側において
【数１８】
0005982069.tif 000019
を加算及び減算すること、及び、条件を収集することは、
【数１９】
0005982069.tif 000020
をもたらす。
【０１０７】
以下において、ｘ（ｎ）は、ゼロ平均及び自己相関マトリックス
【数２０】
0005982069.tif 000021
によるホワイトノイズ処理であることが想定されるだろう。Ｉは、Ｎ−ｂｙ−Ｎ識別マトリックスである。（８）の両側の予想される値を利用すると、
【数２１】
0005982069.tif 000022
ここで、
【数２２】
0005982069.tif 000023
であり、これは、対角行列であると想定される。更なる単純化は、
【数２３】
0005982069.tif 000024
をもたらす。
【０１０８】
ｘ（ｎ）の想定に起因して、上記の式は、単一のタップに対して解析され得る。
【数２４】
0005982069.tif 000025
時間ｎ＋２に関して、
【数２５】
0005982069.tif 000026
そして、一般に、時間ｎ＋ｍに関して、
【数２６】
0005982069.tif 000027
【数２７】
0005982069.tif 000028
としての制限を利用すると、
【数２８】
0005982069.tif 000029
ここで、
【数２９】
0005982069.tif 000030
従って
【数３０】
0005982069.tif 000031
であると想定される。（１４）の結果を用いて、
【数３１】
0005982069.tif 000032
の定常値は、
【数３２】
0005982069.tif 000033
として書かれ得る。
【０１０９】
故に、この式は、適応プロセスの最終的な結果を示し、とりわけ、システムが収束しているかどうかを示す。
【数３３】
0005982069.tif 000034
の値は、ダイナミックレンジプロセッサ２０１において時間ｎ−１以降固定され続け、生ずる駆動信号は、これを反映するために
【数３４】
0005982069.tif 000035
により示されると仮定する。そして、第２の差分信号ｒｆ（ｎ）は、
【数３５】
0005982069.tif 000036
である。ここで、
【数３６】
0005982069.tif 000037
は、
【数３７】
0005982069.tif 000038
に近いと想定される。
【数３８】
0005982069.tif 000039
に対するｒ２ｆ（ｎ）の勾配を計算すると、
【数３９】
0005982069.tif 000040
ここで、
【数４０】
0005982069.tif 000041
であり、ｆに依存する。この場合における
【数４１】
0005982069.tif 000042
の生ずる更新式は、それ故、
【数４２】
0005982069.tif 000043
である。
【０１１０】
故に、この式は、ダイナミックレンジ調整パラメータのための更新適応及びそれ故にダイナミックレンジプロセッサ２０１のダイナミックレンジ調整処理を規定し得る。含まれたパラメータの全ては計算され、とりわけ、ｕ（ｎ）は、入力信号ｘ（ｎ）から駆動信号ｘｆ（ｎ）を生成するために用いられる特定の関数の認識から決定され得ることに留意されたい。
【０１１１】
以下のセクションにおいて、勾配
【数４３】
0005982069.tif 000044
は、２つの異なる状況に対して、即ち、ラウドスピーカ１０１が線形の領域において動作している状況に対して、及び、ダイナミックレンジプロセッサ２０１が効果を有しない状況に対して、計算されるだろう。即ち、ダイナミックレンジ調整パラメータが、斯様な値にセットされる場合、ダイナミックレンジ調整処理は、ラウドスピーカ１０１の線形動作範囲に対してダイナミックレンジを十分に制限するものではない。
【０１１２】
勾配のための一般的な表現は、
【数４４】
0005982069.tif 000045
により与えられる。
【０１１３】
最初に、ダイナミックレンジプロセッサ２０１が効果を有しないシナリオを考慮する即ち、
【数４５】
0005982069.tif 000046
この場合において、（１９）における条件
【数４６】
0005982069.tif 000047
は、Ｆ｛ｘｆ（ｎ）｝が
【数４７】
0005982069.tif 000048
から独立しているので、ゼロである。これは、勾配
【数４８】
0005982069.tif 000049
をもたらし、これは、（１７）の結果に等しく、それ故、二乗誤差ｒ２ｆ（ｎ）を最小化する。
【０１１４】
ここで、レンダリング経路及びとりわけパワーアンプ及びオーディオトランスデューサが線形の範囲において動作する第２のシナリオを考慮する。これは、例えば、ダイナミックレンジ調整パラメータｆがハードクリッパであり、クリッピングレベルがオーディオアンプの飽和入力レベルをよりはるかに低くなるようセットされるシナリオであり得る。
【０１１５】
この場合において、
【数４９】
0005982069.tif 000050
であり、勾配は、
【数５０】
0005982069.tif 000051
により与えられる。
【数５１】
0005982069.tif 000052
のため、勾配は、（１７）におけるものに対しての反対の方向を有する。それ故、（１８）における更新を用いることは、実際には、誤差信号の増大をもたらすだろう。故に、この状況において、システムは、実際には、レンダリング非線形性を増大させようとし、それ故、適宜、ダイナミックレンジを増大させようとするだろう。
【０１１６】
故に、（１８）における更新アプローチを用いることは、この状況において、増大された誤差信号（即ち、第２の差分信号ｒｆ（ｎ）の増大された信号レベル）をもたらすダイナミックレンジ調整処理の適合をもたらすだろう。それ故、同じ更新基準を用いることは、第１の状況において、誤差信号を低減し、それ故にダイナミックレンジ調整処理の効果を増大するように適合されるダイナミックレンジ調整パラメータの値をもたらすだろう。しかしながら、第２のシナリオにおいて、ダイナミックレンジ調整パラメータは、誤差信号を増大させ、それ故にダイナミックレンジ調整処理の効果を低減するように適合される。
【０１１７】
例えば、ハードリミッタを有するダイナミックレンジ調整処理に関して、システムは、システムが高い程度のレンダリング非線形性によって動作し、従って、クリッピングレベルが増大されるときに、誤差信号レベルを低減しようとするだろう。しかしながら、システムが線形の領域におけるレンダリングによって動作している場合、プレプロセッサ１０９の適合は、実際には、誤差信号を増大しようとし、従って、
【数５２】
0005982069.tif 000053
まで、即ち、レンダリングがもはや線形の範囲において動作しないようになるまでクリッピング値を増大しようとするだろう。
【０１１８】
より詳細には、ダイナミックレンジ調整パラメータが、閾値／クリッピングレベル
【数５３】
0005982069.tif 000054
を示す単一の値のみを有することを想定する。ここで、
【数５４】
0005982069.tif 000055
以下の関係が適用できる。
【数５５】
0005982069.tif 000056
【０１１９】
更に、関数Ｆにより表される物理的非線形性（アンプ−ラウドスピーカ）は、ハードクリッピング関数でもある。前のセクションにおける２つの状況は、
【数５６】
0005982069.tif 000057
に変換できる。
【０１２０】
第１の場合において、（１８）の更新条件は、
【数５７】
0005982069.tif 000058
として表され得る。
【数５８】
0005982069.tif 000059
であり、前記更新条件は、
【数５９】
0005982069.tif 000060
である限り負になるためである。しかしながら、第２の場合において、更新条件は、
【数６０】
0005982069.tif 000061
により与えられる。
【数６１】
0005982069.tif 000062
であり、更新条件は、この場合において正になるためである。
【０１２１】
ダイナミックレンジ調整処理により可能にされる最大のダイナミックレンジは、全てのｘｆ（ｎ）に対してｕ（ｎ）＝０になるのを阻止するように制限されてもよいことに留意されるべきである。これは、ダイナミックレンジプロセッサパラメータ
【数６２】
0005982069.tif 000063
の更新及びトラッキングを遅れさせるためである。
【０１２２】
故に、極端な状況の各々から、システムは、適切なクリッピングレベルの方へ収束することが分かる。
【０１２３】
先に述べたように、ダイナミックレンジプロセッサ２０１によるダイナミックレンジ調整処理は、幾つかの実施形態において、線形であり得る。しかしながら、多くの実施形態及びシナリオにおいて、ダイナミックレンジ調整処理は、有利には非線形であってもよく、とりわけ、ハード又はソフトな信号クリッピングを有してもよい。非線形ダイナミックレンジ調整処理の使用は、多くのシナリオにおいて、より低い複雑性の動作を提供してもよい。更に、典型的には、レンダリングされたオーディオにおける異なる影響の間のより有利なトレードオフを提供してもよい。例えば、パワーアンプ及び／又はオーディオトランスデューサが非線形範囲において駆動されるときに、歪みとボリュームレベルとの間の向上したトレードオフを提供してもよい。実際には、斯様な状況において、レンダリングされたオーディオは、僅かに歪んでもよく、ボリュームレベルが僅かに低減されてもよく、これは、典型的には、ボリュームレベルを、歪みがないレベルまで低減することよりも良い。更に、パワーアンプ及びオーディオトランスデューサが線形の範囲において実質的に動作していることを伴う、プレプロセッサ１０９により（例えばクリッピングすることにより）取り込まれる歪みに起因して、エコーキャンセラは、依然として極めて適切に実行し、エコーを許容可能なレベルまで低減させることができるだろう。故に、従来のシステムにおいて、増大されたボリュームレベルは、不十分なエコーキャンセレーションをもたらすパワーアンプ／サウンドトランスデューサにより取り込まれる非線形性及び歪みをもたらすだろう。これに対し、述べられたアプローチは、その代わりに、プレプロセッサ１０９において非線形性を取り込み得る一方で、パワーアンプ／オーディオトランスデューサが依然として効率的なエコーキャンセレーションをもたらす線形の範囲において動作するのを可能にする。プレプロセッサ１０９がこの場合において幾つかの歪みを取り込み得るのに対し、歪みは、典型的には、レンダリングシステムにより取り込まれるものよりも悪くないものであり、更に、非線形性／歪みがエコーキャンセレーションに影響しないことを保証する。故に、歪みがシステムにおいて生じるときにも、効率的なエコーキャンセレーションが依然として実現され得る。
【０１２４】
幾つかの実施形態において、プレプロセッサ１０９は、非線形ダイナミックレンジ調整パラメータの適用の前に入力信号ｘ（ｎ）をスケールするように構成される可変ゲインを有してもよい。入力信号のスケーリングは、斯様な実施形態において、入力信号ｘ（ｎ）の信号レベルの基準に基づいて、及び、ダイナミックレンジ調整パラメータの１又はそれ以上に基づいて適合され得る。
【０１２５】
具体的には、幾つかの実施形態において、ダイナミックレンジプロセッサ２０１は、クリッピングのための閾値がダイナミックレンジ調整パラメータのクリッピングパラメータにより決定される場合に、入力信号のクリッピングを実行するように構成され得る。斯様な場合において、プレプロセッサ１０９は、クリッピングの前に入力信号をスケールするように構成されてもよい。スケーリングは、現在の信号レベル（例えば、約２０ミリ秒から３００ミリ秒までの）比較的短い時間間隔におけるピーク又は平均振幅レベル）、及び、現在のクリッピングレベルに依存してもよい。例えば、信号レベルが現在のクリッピングレベルより少しだけ高い場合、ゲインは、比較的小さな歪み及び比較的高いボリュームレベルをもたらす結合体に近くなるように保たれ得る。しかしながら、信号レベルがクリッピングレベルより大幅に高い場合、可変ゲインは、結合体から低減され得る。これは、サウンドレベルを低減してもよいが、歪みも低減するだろう。故に、可変ゲインを適合することにより、ボリュームレベルとレンダリングされたサウンドの歪みとの間の向上したトレードオフが実現され得る。
【０１２６】
幾つかの実施形態において、可変ゲインは、現在のクリッピングレベル及び入力信号の測定された平均最大ピークレベルに対するクリッピングの固定されたレベルを実現するようにセットされる。また、ダイナミックレンジ調整の前の入力信号の斯様なスケーリングは、ｕ（ｎ）が常にゼロであるときにダイナミックレンジ調整パラメータの更新が遅れないことを保証し得る。
【０１２７】
更に、システムの利点は、レンダリング信号経路の特性の任意の特定の認識を必要としないということである。具体的には、レンダリング信号経路をモデル化又は推定しようとはしないが、その代わりに、レンダリングがより線形になるように駆動信号ｘｆ（ｎ）を制御しようとする。これは、例えばパワーアンプ又はオーディオトランスデューサの特定の非線形動作についての認識又は想定を伴うことなく自動的に実現される。従って、プレプロセッサ１０９は、任意のレンダリング機器で用いられてもよく、実際には、既存のレンダリングシステムに追加されてもよい。
【０１２８】
本システムの特別な利点は、プレプロセッサ１０９が、遠端に通信されている信号のエコーキャンセレーションから独立しているということである。実際に、図１の例において、プレプロセッサ１０９は、プレプロセッサ１０９の内部信号はエコーキャンセラ１０５により用いられない、及び、エコーキャンセラ１０５の信号はプレプロセッサ１０９により用いられないという点で、エコーキャンセラ１０５から独立しており、逆もまた同じである。
【０１２９】
具体的には、エコーキャンセラ１０５は、ラウドスピーカ１０１のための駆動信号にのみ基づいてエコーキャンセレーションを実行する。プレプロセッサ１０９の入力信号又は内部のいずれも用いない。とりわけ、入力信号ｘ（ｎ）、第１の補正された信号又は第２の補正された信号を用いない。そして、エコーキャンセラ１０５は、プレプロセッサ１０９を考慮することを必要としないが、実際には、エコーキャンセラ１０５は、従来の線形エコーキャンセレーションアプローチを用いてもよい。故に、本システムの利点は、プレプロセッサ１０９とエコーキャンセラ１０５との間の組み合わせ及び相乗効果により改良されたエコーキャンセレーションアプローチを提供し得る一方で、双方が独立して設計されるのを可能にすることである。
【０１３０】
プレプロセッサ１０９を有するシステムは、マルチマイクロホンシステムによって用いられてもよく、プレプロセッサ１０９への入力は、入力信号ｘ（ｎ）及びマルチマイクロホンシステムからのマイクロホン信号のうちの１つを有することも理解されるだろう。このマイクロホンは、例えば、ラウドスピーカ１０１との最大カップリングに基づいて選択され得る。
【０１３１】
実際には、本アプローチの重大な利点は、プレプロセッサ１０９が改良されたエコーキャンセレーションを提供するために既存の（線形の）エコーキャンセレーションシステムに取り込まれ得ることである。
【０１３２】
以下において、特定の実装のための試験的な結果が述べられるだろう。
【０１３３】
本例において、２つの主な関数は、物理系Ｆ｛ｘｆ（ｎ）｝をモデル化するために用いられる。
１．オーディオアンプの飽和状態特性をモデル化するハードクリッピング
【数６３】
0005982069.tif 000064
ここで、ａの値は、０．２５にセットされる。
２．ラウドスピーカ非線形性のパワーフィルターモデル
【数６４】
0005982069.tif 000065
前記関数は、図７及び図８において示される。
【０１３４】
関数ｆは適応可能な閾値を伴うハードクリッピング関数に制限される。このタイプの関数は実装しやすく効率的に実装できる。更に、及び、示されるように、これは、双方の物理系Ｆ１及びＦ２を容易に扱うために用いられ得る。線形音響エコー経路ｈは、静止しているものと想定され、図９に示される。
【０１３５】
約１１秒の長さの、１６ｋＨｚでサンプリングされた人工の男性スピーチが、入力信号×（ｎ）として用いられる。ダイナミックレンジは、−０．７３〜０．５であり、ここで、＋１及び−１は、それぞれ、最大及び最小の振幅を表す。信号は、評価されたシステムの定常のパフォーマンスを観察するために何度も繰り返される。
【０１３６】
８０タップを有する適応可能フィルタ及びＮＬＭＳアルゴリズムを使用することは、ゼロにセットされた
【数６５】
0005982069.tif 000066
の初期値を伴う、音響インパルス応答ｈの直接経路をモデル化するために用いられる。
【数６６】
0005982069.tif 000067
の場合、更新条件は、ｘ（ｎ）の滑らかにされたパワー推定により正規化される一方で、
【数６７】
0005982069.tif 000068
を更新する場合、正規化は、値
【数６８】
0005982069.tif 000069
を用いて実行される。ステップサイズ値は、それぞれ、
【数６９】
0005982069.tif 000070
及び
【数７０】
0005982069.tif 000071
である。
【数７１】
0005982069.tif 000072
の初期値は、０．１にセットされる。
【数７２】
0005982069.tif 000073
の値のための０．１及び０．９５の下側及び上側の境界は、各更新の後に実施される。０．９５の上側の境界は、ｕ（ｎ）がゼロのままでもよいときに、
【数７３】
0005982069.tif 000074
の更新がより高い値に対して遅れないことを保証するために用いられてもよい。
【０１３７】
エコーキャンセレーションは、１２８タップの長さの単純な適応フィルタを使用してエコーキャンセラのために評価される。使用される性能基準は、残りのエコー信号のパワー分光濃度（ＰＳＤ；power spectral density）である。
【０１３８】
図１０は、第１のモデルＦ１のための（即ち、パワーアンプクリッピングのための）結果を示しており、図１１は、第２のモデルＦ２のための（即ち、ラウドスピーカ非線形性のための）結果を示している。破線は、プレプロセッサ１０９の存在を伴わない誤差信号のＰＳＤを示しており、実線は、プレプロセッサ１０９の存在を伴う誤差信号のＰＳＤを示している。
【０１３９】
理解され得るように、かなりの性能向上が双方状況において実現される。故に、実験によりデモされるように、ハードクリッピング関数を用いたプリプロセッサは、ラウドスピーカにより生成される非線形歪みの量を低減するための低コストアプローチを提供することができ、これにより、音響エコーキャンセレーション性能を向上させる。提案されたアプローチの更なる利点は、非線形性の２つの異なるモデル（クリッピング及びパワーフィルタモデル）の性能向上により示される物理的非線形モデルから独立していることである。実際に、多くの実施形態において、５−２０ｄＢを超えるエコーキャンセレーション性能の改善が、しばしば実現され得る。
【０１４０】
上記の説明は、明瞭さのために、異なる機能回路、ユニット及びプロセッサを参照して本発明の実施形態を説明していることが理解されるだろう。しかしながら、異なる機能的な回路、ユニット又はプロセッサの間の機能の任意の適切な分配が本発明から逸脱することなく用いられてもよいことが明らかであるだろう。例えば、別々のプロセッサ又はコントローラにより実行されるように示された機能は、同じプロセッサ又はコントローラにより実行されてもよい。それ故、特定の機能ユニット又は回路への参照は、厳しい論理的又は物理的な構造又は組織を示すよりはむしろ、述べられた機能を与えるための適切な手段への参照としてのみ理解されるべきである。
【０１４１】
本発明は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア又はこれらの任意の組み合わせを含む任意の適切な形式において実装され得る。本発明は、オプションとして、１又はそれ以上のデータ処理装置及び／又はデジタル信号プロセッサ上で実行するコンピュータソフトウェアとして少なくとも部分的に実装されてもよい。本発明の一実施形態の要素及び成分は、任意の適切な手段において、物理的に、機能的に、及び、論理的に実装されてもよい。実際に、機能は、単一のユニットにおいて、複数のユニットにおいて、又は、他の機能ユニットの部分として、実装されてもよい。それ自体、本発明は、単一のユニットにおいて実装されてもよく、又は、異なるユニット、回路及びプロセッサの間で物理的及び機能的に分配されてもよい。
【０１４２】
本発明が幾つかの実施形態に関して述べられたが、ここで記載される特定の形式に限定されることを意図するものではない。むしろ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。加えて、特徴が特定の実施形態に関して述べられるように見え得るが、当業者は、述べられた実施形態の種々の特徴が本発明に従って組み合わせられ得ることを認めるだろう。請求項において、有するという用語は、他の要素又はステップの存在を除外するものではない。
【０１４３】
更に、個別に記載されているが、複数の手段、要素、回路又は方法ステップは、例えば単一の回路、ユニット又はプロセッサにより実装されてもよい。加えて、個々の特徴が異なる請求項に含まれ得るが、これらは、場合により、有利に組み合わせられてもよく、異なる請求項における包含は、特徴の組み合わせが有利及び／又は実行可能なものではないことを意味するものではない。また、請求項の１つのカテゴリにおける特徴の包含は、このカテゴリに対する限定を意味するものではなく、むしろ、特徴が適切に他の請求項カテゴリに同程度に適用可能であることを示す。更に、請求項中のフィーチャの順序は、フィーチャが動作されなければならない任意の特定の順序を意味するものではなく、とりわけ、方法クレームにおける個々のステップの順序は、ステップがこの順序で実行されなければならないことを意味するものではない。むしろ、ステップは、任意の適切な順序で実行されてもよい。加えて、単数表記の参照は、複数を除外するものではない。それ故、単数表記、"第１"、"第２"等への参照は複数を排除するものではない。請求項中の参照符号は、単に明らかにする一例だけのものとして供給されるものであり、任意の手段において請求項の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図１】
0005982069.tif 000075
【図２】
0005982069.tif 000076
【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】
0005982069.tif 000082
【図９】
0005982069.tif 000083
【図１０】
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【図１１】
0005982069.tif 000085