(57)【要約】  第１の入力端子と第２の入力端子との間に介在する未知システムを同定するシステム同定装置を以下のように構成する。そのシステム同定装置は、第１の入力端子から供給される信号を入力とする適応フィルタおよび従属フィルタと、適応フィルタのフィルタ係数に基づいて、従属フィルタのフィルタ係数を更新する従属フィルタ係数更新部と、第２の入力端子から供給される信号から、適応フィルタの出力信号を減算する第１の減算器と、第１の減算器の出力信号から、第１の出力誤差平均を算出する第１の出力誤差平均算出部と、第２の入力端子から供給される信号から、従属フィルタの出力信号を減算する第２の減算器と、第２の減算器の出力信号から、第２の出力誤差平均を算出する第２の出力誤差平均算出部と、第１の出力誤差平均と第２の出力誤差平均とを比較する比較器とを備えることが好ましい。そして、第１の出力誤差平均算出部は、第１の減算器の出力信号の周波数帯域のうち、第２の入力端子に加わる観測雑音の周波数帯域と重複する帯域の少なくとも一部の帯域の成分を低減した残りの成分から第１の出力誤差平均を算出する。第２の出力誤差平均算出部は、第２の減算器の出力信号の周波数帯域のうち、第２の入力端子に加わる観測雑音の周波数帯域と重複する帯域の少なくとも一部の帯域の成分を低減した残りの成分から第２の出力誤差平均を算出する。そして、第１の減算器の出力信号による適応フィルタのフィルタ係数の更新、または、従属フィルタ係数更新部による従属フィルタのフィルタ係数の更新の少なくとも一方は、比較器の比較結果に基づいて制御される。
2009038182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の入力端子と第２の入力端子との間に介在する未知システムを同定するシステム同定装置であって、
前記第１の入力端子から供給される信号を入力とする適応フィルタおよび従属フィルタと、
前記適応フィルタのフィルタ係数に基づいて、前記従属フィルタのフィルタ係数を更新する従属フィルタ係数更新部と、
前記第２の入力端子から供給される信号から、前記適応フィルタの出力信号を減算する第１の減算器と、
前記第１の減算器の出力信号から、第１の出力誤差平均を算出する第１の出力誤差平均算出部と、
前記第２の入力端子から供給される信号から、前記従属フィルタの出力信号を減算する第２の減算器と、
前記第２の減算器の出力信号から、第２の出力誤差平均を算出する第２の出力誤差平均算出部と、
前記第１の出力誤差平均と前記第２の出力誤差平均とを比較する比較器と
を備え、
前記第１の出力誤差平均算出部は、
前記第１の減算器の出力信号の周波数帯域のうち、前記第２の入力端子に加わる観測雑音の周波数帯域と重複する帯域の少なくとも一部の帯域の成分を低減した残りの成分から前記第１の出力誤差平均を算出し、
前記第２の出力誤差平均算出部は、
前記第２の減算器の出力信号の周波数帯域のうち、前記第２の入力端子に加わる観測雑音の周波数帯域と重複する帯域の少なくとも一部の帯域の成分を低減した残りの成分から前記第２の出力誤差平均を算出し、
前記第１の減算器の出力信号による前記適応フィルタのフィルタ係数の更新、または、前記従属フィルタ係数更新部による前記従属フィルタのフィルタ係数の更新の少なくとも一方は、前記比較器の比較結果に基づいて制御されることを特徴とする
システム同定装置。
【請求項２】
請求の範囲１に記載のシステム同定装置において、
前記第１の出力誤差平均算出部および前記第２の出力誤差平均算出部は、
前記第１の減算器および前記第２の減算器の出力信号の周波数帯域のうちの低周波帯域の成分を低減することを特徴とする
システム同定装置。
【請求項３】
請求の範囲１または２に記載のシステム同定装置において、
前記従属フィルタ係数更新部による前記従属フィルタのフィルタ係数の更新は、前記適応フィルタのフィルタ係数を、前記従属フィルタにコピーすることによって行われ、
その更新を制御する場合の前記コピーの可否は、前記比較器の比較結果に基づいて、制御されることを特徴とする
システム同定装置。
【請求項４】
請求の範囲１または２に記載のシステム同定装置において、
前記従属フィルタ係数更新部による前記従属フィルタのフィルタ係数の更新は、前記適応フィルタのフィルタ係数を平滑化して前記従属フィルタに設定することによって行われ、
その更新を制御する場合の平滑化係数は、前記比較器の比較結果に基づいて制御されることを特徴とする
システム同定装置。
【請求項５】
請求の範囲１から４の何れか１項に記載のシステム同定装置において、
前記第１の減算器の出力信号による前記適応フィルタのフィルタ係数の更新を制御する場合、前記適応フィルタのステップサイズを制御することを特徴とする
システム同定装置。
【請求項６】
請求の範囲１から５の何れか１項に記載にシステム同定装置において、さらに、
前記第１の入力端子から供給される信号を入力とする新たな適応フィルタと、
前記新たな適応フィルタに１対１に対応して設けられ、前記第２の入力端子から供給される信号から、対応する前記新たな適応フィルタの出力信号を減算する新たな減算器と、
前記新たな減算器に１対１に対応して設けられ、対応する前記新たな減算器の出力信号から新たな出力誤差平均を算出する新たな出力誤差平均算出部と、
前記新たな出力誤差平均と、前記第１の出力誤差平均と、前記第２の出力誤差平均とを比較し、その比較によって得られた比較結果に応じて、前記適応フィルタまたは前記新たな適応フィルタのステップサイズを制御する判定制御部と
を備え、
前記新たな出力誤差平均算出部は、
前記新たな減算器の出力信号の周波数帯域のうち、前記第２の入力端子に加わる観測雑音の周波数帯域と重複する帯域の少なくとも一部の帯域の成分を低減した残りの成分から前記新たな出力誤差平均を算出することを特徴とする
システム同定装置。
【請求項７】
第１の入力端子と第２の入力端子との間に介在する未知システムを同定するシステム同定方法であって、
前記第１の入力端子から供給される信号を適応フィルタおよび従属フィルタに入力とするステップと、
前記適応フィルタのフィルタ係数に基づいて、前記従属フィルタのフィルタ係数を更新するステップと、
前記第２の入力端子から供給される信号から、前記適応フィルタの出力信号を減算して第１出力信号を生成するステップと、
前記第１出力信号から、第１の出力誤差平均を算出するステップと、
前記第２の入力端子から供給される信号から、前記従属フィルタの出力信号を減算して第２出力信号を生成するステップと、
前記第２出力信号から、第２の出力誤差平均を算出するステップと、
前記第１の出力誤差平均と前記第２の出力誤差平均とを比較するステップと
を備え、
前記第１の出力誤差平均を算出するステップは、
前記第１出力信号の周波数帯域のうち、前記第２の入力端子に加わる観測雑音の周波数帯域と重複する帯域の少なくとも一部の帯域の成分を低減した残りの成分から前記第１の出力誤差平均を算出するステップを含み、
前記第２の出力誤差平均を算出するステップは、
前記第２出力信号の周波数帯域のうち、前記第２の入力端子に加わる観測雑音の周波数帯域と重複する帯域の少なくとも一部の帯域の成分を低減した残りの成分から前記第２の出力誤差平均を算出するステップを含み、
前記第１出力信号による前記適応フィルタのフィルタ係数の更新、または、前記従属フィルタのフィルタ係数の更新の少なくとも一方を、前記比較器の比較結果に基づいて制御するステップを含むことを特徴とする
システム同定方法。
【請求項８】
請求の範囲７に記載のシステム同定方法において、
前記第１の出力誤差平均を算出するステップ、および、前記第２の出力誤差平均を算出するステップは、
前記第１出力信号、および、前記第２出力信号の周波数帯域のうちの、低周波帯域の成分を低減することを特徴とする
システム同定方法。
【請求項９】
請求の範囲７または８に記載のシステム同定方法において、
前記従属フィルタのフィルタ係数の更新を、前記適応フィルタのフィルタ係数を前記従属フィルタにコピーすることによって行うステップをさらに備え、
前記適応フィルタのフィルタ係数を前記従属フィルタにコピーする場合の、前記コピーの可否を、前記比較器の比較結果に基づいて制御するステップを含むことを特徴とする
システム同定方法。
【請求項１０】
請求の範囲７または８に記載のシステム同定方法において、
前記従属フィルタのフィルタ係数の更新を、前記適応フィルタのフィルタ係数を平滑化して前記従属フィルタに設定することによって行う平滑化ステップをさらに含み、
前記平滑化ステップは、
前記適応フィルタのフィルタ係数を平滑化する場合の平滑化係数を、前記比較器の比較結果に基づいて制御するステップを含むことを特徴とする
システム同定方法。
【請求項１１】
請求の範囲７から１０の何れか１項に記載のシステム同定方法において、
前記第１出力信号による前記適応フィルタのフィルタ係数の更新を制御するステップは、
前記適応フィルタのステップサイズを制御するステップを含むことを特徴とする
システム同定方法。
【請求項１２】
請求の範囲７から１１の何れか１項に記載にシステム同定方法において、さらに、
前記第１の入力端子から供給される信号を新たな適応フィルタに入力するステップと、
前記新たな適応フィルタに１対１に対応して設けられた新たな減算器によって、前記第２の入力端子から供給される信号から、対応する前記新たな適応フィルタの出力信号を減算して第３出力信号を生成するステップと、
前記新たな減算器に１対１に対応して設けられた新たな出力誤差平均算出部によって、対応する前記第３出力信号から新たな出力誤差平均を算出するステップと、
前記新たな出力誤差平均と、前記第１の出力誤差平均と、前記第２の出力誤差平均とを比較し、その比較によって得られた比較結果に応じて、前記適応フィルタまたは前記新たな適応フィルタのステップサイズを制御するステップと
を備え、
前記新たな出力誤差平均を算出するステップは、
前記第３出力信号の周波数帯域のうち、前記第２の入力端子に加わる観測雑音の周波数帯域と重複する帯域の少なくとも一部の帯域の成分を低減した残りの成分から前記新たな出力誤差平均を算出することを特徴とする
システム同定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、未知システムを同定するためシステム同定装置及びシステム同定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
適応フィルタによる未知システム同定の応用として、エコーキャンセラ、ノイズキャンセラ、ハウリングキャンセラ、適応等化器などが知られている。ここでは、ハンズフリー通話時など、スピーカからマイクへ漏れ込むエコーを除去するエコーキャンセラを例として、システム同定装置及びシステム同定方法に関連する技術を説明する。【０００３】
図１２はエコーキャンセラの構成を説明する図である。遠端からの音声が端子５から入力されスピーカ１から再生される。再生された遠端音声は、空間などのエコー経路を経由してマイクロホン２へエコーとして漏れ込む。マイクロホン２では、エコー以外に、近端音声も供給される。【０００４】
エコーキャンセラ３は、エコー経路のインパルス応答長をシステム同定する適応フィルタを用いて、送信信号に対応した疑似エコー（エコーレプリカ）を生成することにより、音声がアンプ、スピーカ１などを経由してマイクロホン２へ漏れ込むエコーを抑圧するように動作する。このとき、適応フィルタの各フィルタ係数は、エコーと受信信号の混在する信号からエコーレプリカを差引いて得られる誤差信号と、送信信号との相関をとることにより、修正・推定される。誤差信号では、エコーが抑圧された近端音声が得られ、端子４から遠端へと送られる。このような適応フィルタにおけるフィルタ係数の係数修正アルゴリズム・適応アルゴリズムの代表的なものとして、ＬＭＳアルゴリズム、学習同定法、ＲＬＳアルゴリズム、アフィン射影アルゴリズムが知られている。【０００５】
しかし、実際にはマイクロホン２に、エコー以外に、近端での音声や騒音などの観測雑音が混在するため、適応フィルタの各フィルタ係数の修正・推定に誤差が生じる。このフィルタ係数の誤差は、エコー抑圧性能の低下として現れる。【０００６】
そこで、このような適応フィルタのフィルタ係数の修正・推定の誤差を低減するシステム同定の方法が、特許第３１８７７１６号公報（特許文献１）に提示されている。【０００７】
図１３を参照すると、特許文献１に記載された技術（以下、第１の関連技術と称す）は、適応フィルタ２０および従属フィルタ４０という２つのフィルタと、適応フィルタ２０のフィルタ係数を従属フィルタ４０にコピーするフィルタ係数コピー制御部３１と、端子１２に加わる所望信号から適応フィルタ２０の出力を減算する減算器５０と、減算器５０の出力の時間的な平均値を算出する出力誤差平均算出部８０と、端子１２に加わる所望信号から従属フィルタ４０の出力を減算する減算器６０と、減算器６０の出力の時間的な平均値を算出する出力誤差平均算出部８１と、２つの出力誤差平均算出部８１の出力を比較して、比較結果を適応フィルタ２０およびフィルタ係数コピー制御部３１へ出力する比較器８２とを備え、比較器８２の比較結果に応じて適応フィルタ２０のステップサイズおよびフィルタ係数コピー制御部３１によるコピーの可否を制御するようにしている。具体的には以下のように動作する。【０００８】
端子１０から入力された遠端信号は、適応フィルタ２０および従属フィルタ４０へと送られる。適応フィルタ２０は、端子１０から受けた遠端信号とフィルタのタップ係数の畳み込みを行い、畳み込みの結果を減算器５０へと送る。また、フィルタ係数群をフィルタ係数コピー制御部３１へと送る。これらのフィルタ係数群は、減算器５０が出力する出力誤差と比較器８２からの比較結果とに基づいて、内部の適応アルゴリズムによって修正・更新される。【０００９】
フィルタ係数コピー制御部３１は、適応フィルタ２０からのフィルタ係数群と、比較器８２からの比較結果とを受け、比較結果に基づいて、フィルタ係数群をコピーするか否かを決定し、コピーすると決定した場合にフィルタ係数群を従属フィルタ４０へと送る。【００１０】
従属フィルタ４０は、フィルタ係数コピー制御部３１から受けたフィルタ係数群に、端子１０から受けた入力信号を畳み込んで、畳み込んだ結果を減算器６０へと送る。【００１１】
減算器５０は、適応フィルタ２０からの出力信号を、端子１２から受けた所望信号（図１２におけるマイクロホン２からの信号）から減じて、減じた結果を、出力誤差信号として、適応フィルタ２０に送るとともに、出力誤差平均算出部８０へと送る。減算器６０は、従属フィルタ４０からの出力信号を、端子１２から受けた所望信号から減じて、減じた結果を、出力誤差信号として、出力端子１４から出力するとともに、出力誤差平均算出部８１へと送る。【００１２】
出力誤差平均算出部８０は、入力された出力誤差の電力や絶対値の時間平均など、誤差の大きさを示す指標（特許文献１では電力とよばれている）を算出し、比較器８２へと送る。出力誤差平均算出部８１も出力誤差平均算出部８０と同様の動作を行う。【００１３】
比較器８２は、出力誤差平均算出部８０および出力誤差平均算出部８１から受けた誤差の大きさを示す指標を受けて、その大小関係を判定し、判定結果を適応フィルタ２０およびフィルタ係数コピー制御部３１へと送る。【００１４】
フィルタ係数コピー制御部３１は、比較器８２からの判定結果を受け、出力誤差平均算出部８０の出力値の方が出力誤差平均算出部８１よりも小さい場合には、適応フィルタ２０が収束の途中であると判断し、適応フィルタ２０のフィルタ係数を従属フィルタ４０にコピーする。その理由は、出力誤差平均算出部８０の出力値（つまり適応フィルタ２０の出力誤差平均）が出力誤差平均算出部８１の出力値（つまり従属フィルタ４０の出力誤差平均）より小さいときは、従属フィルタ４０のフィルタ係数よりも適応フィルタ２０のフィルタ係数の方がより正確であるためである。逆に、出力誤差平均算出部８０の出力値の方が出力誤差平均算出部８１よりも小さくない場合には、出力誤差平均が小さくなっている従属フィルタ４０のフィルタ係数を出力誤差平均が大きい適応フィルタ２０のフィルタ係数で更新してしまうことになるため、コピーは行わない。【００１５】
また適応フィルタ２０は、比較器８２からの判定結果を受け、出力誤差平均算出部８０の出力値の方が出力誤差平均算出部８１よりも小さい場合には、収束速度を速めるためにステップサイズを大きくし、それ以外の場合にはステップサイズを小さくする。【００１６】
このように特許文献１に記載されたシステムでは、適応フィルタ２０とこの適応フィルタ２０のフィルタ係数をコピーしたフィルタ係数を用いる従属フィルタ４０との２つのフィルタを用い、従属フィルタ４０のフィルタ係数を適切に更新することにより、より精度の高いシステム同定を行っている。【００１７】
ここで、適応フィルタ２０、フィルタ係数コピー制御部３１、従属フィルタ４０は、本発明の実施の形態でも使用される要素であるため、その構成例について詳細に説明する。【００１８】
図１４は、適応フィルタ２０の構成例を示す図である。適応フィルタ２０は、大きく分けて、畳み込み計算部と適応アルゴリズム部とから構成される。ここでは畳み込み計算部におけるフィルタとしてＭタップのＦＩＲフィルタを用い、適応アルゴリズムとして学習同定法を用いた場合を図示している。図１３における端子１０の入力信号は、端子２０１から入力され、遅延器群２１０ｍ（ｍ＝１、２、…、Ｍ）においてタップつきの遅延信号群に変換されるとともに、電力逆数計算部２２１へと送られる。遅延器群２１０ｍで生成された遅延信号群は乗算器群２０６ｍへと送られ、適応アルゴリズムにより修正されたフィルタ係数群のうち対応するものに乗じられ、加算器群２１１ｍにおいてその総和が計算され、端子２９９より出力され、図１３における減算器５０へと送られる。【００１９】
電力逆数計算部２２１は、入力信号の電力にタップ数Ｍを乗じた値、あるいは遅延信号群をベクトルと解釈した際の自乗ノルムを計算し、さらにその逆数を算出した結果を出力として、乗算器２２３へと送る。端子２０２から入力された比較器８２からの比較結果はステップサイズ計算部２２２においてステップサイズへと変換され、乗算器２２３において、電力逆数計算部２２１からの出力結果に乗じられ、結果は乗算器２２４へと送られる。乗算器２２４は、端子２０３から供給された出力誤差（これは図１３における減算器５０から供給されたものである）に、乗算器２２３からの出力結果を乗じて、結果の値を乗算器群２０９ｍへと送る。乗算器群２０９ｍは、遅延器群２１０ｍからそれぞれ対応する遅延信号を受けて、乗算器２２４からの値を乗じて、加算器群２０８ｍの対応する加算器へとそれぞれ送る。加算器群２０８ｍは、遅延器群２０７ｍの対応する遅延器からの信号と、対応する乗算器２０９ｍの信号を受けて、その和を計算し、対応する遅延器２０７ｍへと送る。遅延器群２０７ｍは、それぞれ対応する加算器２０８ｍの信号を受けて、１サンプル遅延した信号を対応する加算器２０８ｍへと送るとともに、フィルタ係数群として、畳み込みを行うための乗算器群２０６ｍへと送る。また、フィルタ係数群は、端子群２０５ｍを通じて図１３におけるフィルタ係数コピー制御部３１へと送られる。【００２０】
次に、図１３におけるフィルタ係数コピー制御部３１の構成の詳細について説明する。【００２１】
図１５はフィルタ係数コピー制御部３１の構成例を示す図である。フィルタ係数コピー制御部３１は、図１３の適応フィルタ２０から供給されたフィルタ係数群を端子群３１０ｍを通して受け、スイッチ群３１３ｍの対応するスイッチへと送る。また図１３の比較器８２からの判定結果が端子３１２を通して、スイッチ群３１３ｍへと供給される。スイッチ群３１３ｍは、端子群３１０ｍから対応するフィルタ係数群と、遅延器群３１５ｍから１サンプル前のフィルタ係数群とを受けて、端子３１２からの比較判定結果に基づいて、どちらかのフィルタ係数群を新たなフィルタ係数群として遅延器群３１５ｍおよび端子群３１９ｍを通じて、図１３の従属フィルタ４０へと送る。比較判定結果から適応フィルタ２０が収束途中であると判定された場合は、新たなフィルタ係数として、端子群３１０ｍから供給されたフィルタ係数群を選択する。これは適応フィルタ２０からのフィルタ係数を、従属フィルタ４０のフィルタ係数としてコピーすることになる。一方、比較判定結果から適応フィルタ２０が収束済みであり、観測雑音が支配的となっていると判定された場合は、１サンプル前のフィルタ係数群を選択する。これは従属フィルタ４０のフィルタ係数が変化しないことになり、１サンプル、あるいはそれ以前のフィルタ係数が用いられることになる。【００２２】
図１３における従属フィルタ４０の構成の詳細について説明する。図１６は、従属フィルタ４０の構成例を示す図である。この構成は図１４において説明した適応フィルタ２０を構成する畳み込み計算部と同様である。図１３における入力信号が端子４１０を通じて入力され、遅延器群４１５ｍにおいて遅延信号群に変換され、端子群４１１ｍを通じてフィルタ係数コピー制御部３１から供給されたフィルタ係数群と、乗算器群４１３ｍと加算器群４１４ｍにおいて畳み込まれ、畳み込んだ結果が端子４１９から出力される。【００２３】
以上説明してきた第１の関連技術の構成では、適応フィルタ２０が収束の途中である場合には、１サンプルあるいはそれ以前のフィルタ係数を用いている従属フィルタ４０の出力誤差（すなわち減算器６０の出力結果）よりも、適応フィルタ２０の出力誤差（すなわち減算器５０の出力結果）の方が、出力誤差平均は小さくなる。一方、適応フィルタ２０が十分収束し、観測雑音が支配的となった場合は、１サンプルあるいはそれ以前のフィルタ係数を用いている従属フィルタ４０の出力誤差（すなわち減算器６０の出力結果）よりも、適応フィルタ２０の出力誤差（すなわち減算器５０の出力結果）の方が、出力誤差平均は大きくなる。したがって比較器８２の判定結果から、収束状況の判定を行うことができる。【００２４】
収束状況の判定結果に基づいてフィルタ係数コピー制御部３１の制御を行うことにより、従属フィルタ４０のフィルタ係数として、適応フィルタ２０のフィルタ係数が、従属フィルタ４０のそれより悪い場合のフィルタ係数は用いられにくくなる。逆に言うと望ましいフィルタ係数を用いていることになる。さらに、この収束状況の判定結果に基づいて、適応フィルタ２０における適応アルゴリズムのステップサイズを制御するなど、適応フィルタ２０において、より望ましい制御が行える。望ましい制御とは、具体的には、システム同定の精度を低下させるような誤った制御を行う可能性が低い制御のことである。以上のように、第１の関連技術では、適応フィルタ２０のより望ましい制御が可能となった結果、従属フィルタ４０として、精度の高いシステム同定を行うことができる。【００２５】
第１の関連技術と構成は異なるが、同様に複数のフィルタの出力誤差平均を比較し、適応フィルタの制御を行う手法が、「平均化係数を有するスレーブフィルタに基づいた可変ステップアルゴリズム」、１９９４年電子情報通信学会春季大会、講演論文集  1-172ページ（以下、第２の関連技術と称す）において提案されている。【００２６】
第２の関連技術の構成を図１７に示す。図１３に示す第１の関連技術との差異は、フィルタ係数コピー制御部３１がフィルタ係数平滑部３２で置換されていること、および、比較器８２の比較判定結果が適応フィルタ２０にのみ供給されていることである。フィルタ係数平滑部３２は、適応フィルタ２０から受けたフィルタ係数群を時間方向に平滑化した値、すなわち時間平均を計算し、従属フィルタ４０のフィルタ係数としている。【００２７】
フィルタ係数平滑部３２の構成例を図１８に示す。ここでは適応フィルタ２０からのフィルタ係数をそれぞれ１次ＩＩＲ型の低域通過フィルタ（ＬＰＦ）により構成された場合の例を示している。端子群３２０ｍを通じて適応フィルタ２０からのフィルタ係数群が供給され、対応する減算器３２１ｍへと送られる。減算器３２１ｍは、端子３２０ｍから受けたフィルタ係数から、遅延器３２５ｍから供給された現サンプルのフィルタ係数を減じて、乗算器３２３ｍへと送る。乗算器３２３ｍは、減算器３２１ｍから受けた値に、平滑化係数決定部３２２から受けた平滑化係数を乗じて、加算器３２４ｍへと送る。加算器３２４ｍは、乗算器３２３ｍおよび遅延器３２５ｍから供給された１サンプル前のフィルタ係数を受けて、それらの和を計算し、次サンプルのフィルタ係数として、遅延器３２５ｍへと送る。遅延器３２５ｍは、加算器３２４ｍから受けた次サンプルのフィルタ係数を受けて、１サンプル遅延させた値を、現サンプルのフィルタ係数として、端子３２９ｍから従属フィルタ４０へと供給するととともに、減算器３２１ｍおよび加算器３２４ｍへと送る。減算器３２１ｍから遅延器３２５ｍまでが低域通過フィルタを構成している。またその低域通過フィルタの時定数すなわち平滑化の程度が、平滑化係数決定部３２２によって決まることになる。【００２８】
従属フィルタ４０のフィルタ係数は、低域通過フィルタの群遅延の分だけ、適応フィルタ２０のフィルタ係数より遅れた挙動を示す。また、適応フィルタ２０のフィルタ係数は、観測雑音により撹乱されているが、平滑化されて得られた従属フィルタ４０のフィルタ係数は撹乱の程度が小さくなる。この効果が、比較器８２において出力誤差平均を比較した際にどう現れるかについて説明する。【００２９】
適応フィルタ２０が収束中である場合は、適応フィルタ２０のフィルタ係数はより望ましい方向、すなわち出力誤差平均が小さくなる方向に修正されているのに対し、従属フィルタ４０のフィルタ係数は、遅れた挙動の効果により、適応フィルタ２０と比較して、出力誤差平均が大きくなる。一方、適応フィルタ２０がほぼ収束し、出力誤差において観測雑音が支配的となった場合は、適応フィルタ２０のフィルタ係数が観測雑音に撹乱されているのに対し、従属フィルタ４０のフィルタ係数は平滑化されている分だけ撹乱の程度が少ない。その結果、適応フィルタ２０の出力誤差平均（出力誤差平均算出部８０の出力）よりも、従属フィルタ４０の出力誤差平均（出力誤差平均算出部８１の出力）のほうが小さくなる。このことを用いて、適応フィルタ２０の収束状況を判定することができる。この収束状況の判定結果に基づいて、適応フィルタ２０のステップサイズを制御することにより、適応フィルタ２０の出力誤差をさらに小さくすることができる。具体的には、適応フィルタ２０が収束の途中であれば、ステップサイズを大きくして収束速度を速め、収束していればステップサイズを小さくすることで観測雑音による影響を緩和する。【００３０】
以上の結果、第２の関連技術の適応フィルタ２０あるいは従属フィルタ４０において、精度の高いシステム同定を行うことができる。【００３１】
以上説明してきた第１の関連技術および第２の関連技術を一般化すると図１９のように図示することができる。図１９では、図１３におけるフィルタ係数コピー部３１と、図１７におけるフィルタ係数平滑部３２を、従属フィルタ係数更新部３０として一般化している。適応フィルタ２０および従属フィルタ４０の出力誤差平均を比較した結果（比較器８２の出力）に基づいて、適応フィルタ２０のステップサイズと、従属フィルタ係数更新部３０の一方、あるいは両方を制御することにより、出力誤差の少ない信号を出力端子１４から得ている。【００３２】
しかし、端子１２に非常に大きな観測雑音が混入した場合、特に、観測雑音に直流成分などの低周波成分が多い場合や観測雑音が狭帯域信号（たとえば周期信号）である場合、観測雑音の強い自己相関の影響により、従属フィルタ２０のフィルタ係数が誤った方向に更新されるという誤動作が生じる場合がある。その理由は次の通りである。図１９において、端子１２に大きな観測雑音が混入すると、減算器５０および減算器６０の出力誤差が最初はともに大きくなろうとする。しかし、適応フィルタ２０は大きくなった出力誤差を小さくする方向にフィルタ係数を更新する結果、減算器５０の出力誤差が小さくなっていくのに対し、減算器６０の出力誤差は従属フィルタ４０のフィルタ係数の更新が遅れるために減算器５０の出力誤差のようには小さくならない。このため、適応フィルタ２０の出力誤差平均が従属フィルタ４０の出力誤差平均より小さくなる。そのために、適用フィルタ２０のステップサイズが大きくなり、且つ、従属フィルタ係数更新部３０により従属フィルタ４０のフィルタ係数が適応フィルタ２０のフィルタ係数に近づくように更新される。【００３３】
このように適応フィルタ２０のステップサイズの制御および従属フィルタ係数更新部３０の制御が誤ったために、適応フィルタ２０のフィルタ係数が観測雑音にひどく撹乱された望ましくない方向に修正されると、エコー経路のシステム同定の精度が低下し、結果として、出力端子１４で得られる出力信号において、エコーが十分に除去されないことになる。【００３４】
一方、観測雑音による悪影響を軽減しようとして、端子１２に混入した観測雑音の成分を低域遮断フィルタや帯域遮断フィルタによって除去した場合、端子１２に供給される所望信号の一部が同時に除去されてしまうために、エコー経路のシステム同定そのものが困難になる。
【発明の開示】
【００３５】
本発明の目的は、所望信号に混入する観測雑音によってシステム同定が正確に行えないという上述した課題を解決するシステム同定の方法と装置を提供することにある。
【００３６】
その課題を解決するために、第１の入力端子と第２の入力端子との間に介在する未知システムを同定するシステム同定装置を以下のように構成する。そのシステム同定装置は、第１の入力端子から供給される信号を入力とする適応フィルタおよび従属フィルタと、適応フィルタのフィルタ係数に基づいて、従属フィルタのフィルタ係数を更新する従属フィルタ係数更新部と、第２の入力端子から供給される信号から、適応フィルタの出力信号を減算する第１の減算器と、第１の減算器の出力信号から、第１の出力誤差平均を算出する第１の出力誤差平均算出部と、第２の入力端子から供給される信号から、従属フィルタの出力信号を減算する第２の減算器と、第２の減算器の出力信号から、第２の出力誤差平均を算出する第２の出力誤差平均算出部と、第１の出力誤差平均と第２の出力誤差平均とを比較する比較器とを備えることが好ましい。そして、第１の出力誤差平均算出部は、第１の減算器の出力信号の周波数帯域のうち、第２の入力端子に加わる観測雑音の周波数帯域と重複する帯域の少なくとも一部の帯域の成分を低減した残りの成分から第１の出力誤差平均を算出する。
第２の出力誤差平均算出部は、第２の減算器の出力信号の周波数帯域のうち、第２の入力端子に加わる観測雑音の周波数帯域と重複する帯域の少なくとも一部の帯域の成分を低減した残りの成分から第２の出力誤差平均を算出する。
そして、第１の減算器の出力信号による適応フィルタのフィルタ係数の更新、または、従属フィルタ係数更新部による従属フィルタのフィルタ係数の更新の少なくとも一方は、比較器の比較結果に基づいて制御される。
【００３７】
本発明によれば、出力誤差から誤動作の要因となっている観測雑音の成分を低減し、この低減された出力誤差の比較結果に基づいて制御を行うため、所望信号に観測雑音が混入した場合であってもシステム同定を正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
上記発明の目的、効果、特徴は、添付される図面と連携して実施の形態の記述から、より明らかになる。
【図１】本発明の第１の実施の形態のブロック図。
【図２】本発明の第１の実施の形態のブロック図。
【図３Ａ】低域遮断フィルタの構成例を示すブロック図。
【図３Ｂ】低域遮断フィルタの構成例を示すブロック図。
【図３Ｃ】低域遮断フィルタの構成例を示すブロック図。
【図４】本発明の第１の実施の形態のブロック図。
【図５】本発明の第１の実施の形態のブロック図。
【図６】フィルタ係数平滑部の構成例を示すブロック図。
【図７】本発明の第１の実施の形態のブロック図。
【図８】本発明の第１の実施の形態の効果を示すシミュレーション実験結果の例。
【図９】雑音低減出力誤差算出部の別の構成例を示すブロック図。
【図１０】雑音低減出力誤差算出部の別の構成例を示すブロック図。
【図１１】本発明の別の実施の形態のブロック図。
【図１２】エコーキャンセラの構成を示すブロック図。
【図１３】本発明の関連技術の構成を示すブロック図。
【図１４】適応フィルタの構成例を示すブロック図。
【図１５】フィルタ係数コピー制御部の構成例を示すブロック図。
【図１６】従属フィルタの構成例を示すブロック図。
【図１７】本発明の他の関連技術の構成を示すブロック図。
【図１８】フィルタ係数平滑部の構成例を示すブロック図。
【図１９】本発明の関連技術のブロック図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。しかしながら、係る形態は本発明の技術的範囲を限定するものではない。【００４０】
［第１の実施の形態］
図１は本発明の第１の実施の形態のブロックである。図１９に示す一般化された関連技術との差異は、出力誤差平均算出部８０の前段に低域遮断フィルタ７０が挿入され、出力誤差平均算出部８１の前段に低域遮断フィルタ７１が挿入されていることである。低域遮断フィルタ７０を挿入する場所は、減算器５０の出力を適応フィルタ２０と出力誤差平均算出部８０とに分岐する分岐点と出力誤差平均算出部８０との間であれば、任意で良い。また、低域遮断フィルタ７１を挿入する場所は、減算器６０の出力を出力端子１４と出力誤差平均算出部８１とに分岐する分岐点と出力誤差平均算出部８１との間であれば、任意で良い。ここで、携帯電話機などによるハンズフリー通話の場合、所望信号の周波数帯域は３００Ｈｚ〜３．４ｋＨｚ程度であり、低域遮断フィルタ７０、７１は３００Ｈｚ〜５００乃至１０００Ｈｚを遮断帯域とする。また、２つの低域遮断フィルタ７０、７１はその特性がほぼ等しいことが望まれる。なお、図１では減算器６０の出力を出力端子１４に接続しているが、減算器５０の出力を出力端子１４に接続するようにしても良い。【００４１】
低域遮断フィルタ７０と出力誤差平均算出部８０は、雑音低減出力誤差算出部７２を構成しており、低域遮断フィルタ７１と出力誤差平均算出部８１は、雑音低減出力誤差算出部７３を構成している。【００４２】
雑音低減出力誤差算出部７２は、減算器５０から出力される誤差信号の低域成分を低域遮断フィルタ７０により除去し、残りの成分から出力誤差信号の電力や絶対値の時間平均など、誤差の大きさを示す出力誤差平均を出力誤差平均算出部８０により算出して、比較器８２へと送る。同様に、雑音低減出力誤差算出部７３は、減算器６０から出力される誤差信号の低域成分を低域遮断フィルタ７１により除去し、残りの成分から出力誤差信号の電力や絶対値の時間平均など、誤差の大きさを示す出力誤差平均を出力誤差平均算出部８１により算出して、比較器８２へと送る。【００４３】
比較器８２は、出力誤差平均算出部８０および出力誤差平均算出部８１から出力誤差平均を受けて、その大小関係を判定し、判定結果を適応フィルタ２０および従属フィルタ係数更新部３０へと送る。【００４４】
従属フィルタ係数更新部３０は、比較器８２からの判定結果を受け、出力誤差平均算出部８０で算出された出力誤差平均の方が出力誤差平均算出部８１で算出された出力誤差平均よりも小さい場合には、適応フィルタ２０が収束の途中であると判断し、適応フィルタ２０のフィルタ係数に近づくように従属フィルタ４０のフィルタ係数を更新する。逆に、出力誤差平均算出部８０で算出された出力誤差平均の方が出力誤差平均算出部８１で算出された出力誤差平均よりも小さくない場合には、そのような更新は行わないか、行われ難くする。【００４５】
また適応フィルタ２０は、比較器８２からの判定結果を受け、出力誤差平均算出部８０で算出された出力誤差平均の方が出力誤差平均算出部８１で算出された出力誤差平均よりも小さい場合には、収束速度を速めるためにステップサイズを大きくし、それ以外の場合にはステップサイズを小さくする。【００４６】
次に、低域遮断フィルタ７０、７１の作用効果について説明する。【００４７】
まず、観測雑音の成分が、低域遮断フィルタ７０、７１で遮断される低周波のみである場合について説明する。【００４８】
最初に、所望信号がなく、端子１２に低周波の観測雑音だけが入力された場合を想定する。この場合、減算器５０および減算器６０の出力誤差が最初はともに大きくなるが、適応フィルタ２０は大きくなった出力誤差を小さくする方向にフィルタ係数を更新する結果、減算器５０の出力誤差が小さくなっていくのに対し、減算器６０の出力誤差は従属フィルタ４０のフィルタ係数の更新が遅れるために小さくならず、「減算器５０の出力誤差＜減算器６０の出力誤差」という状態になる。低域遮断フィルタ７０、７１が存在しない図１９の関連技術では、「減算器５０の出力誤差＜減算器６０の出力誤差」という状況が生じると、そのまま「出力誤差平均算出部８０で算出される出力誤差平均＜出力誤差平均算出部８１で算出される出力誤差平均」という結果に直ちに結びつく。しかし、本実施の形態では、減算器６０の出力誤差が大きくなっても、その原因となった低周波の観測雑音の成分が低域遮断フィルタ７１で遮断されるため、「減算器５０の出力誤差＜減算器６０の出力誤差」という状況がそのまま「出力誤差平均算出部８０で算出される出力誤差平均＜出力誤差平均算出部８１で算出される出力誤差平均」という結果に直ちには結びつかない。このため、端子１２に混入する低周波の観測雑音の影響を受けて、適応フィルタ２０の収束状況の判定を誤る確率が低下し、その分、高精度なシステム同定が可能となる。【００４９】
次に、端子１２に所望信号と低周波の観測雑音が混在した信号が入力された場合を想定する。この場合も、減算器５０および減算器６０の出力誤差が最初はともに大きくなり、また、適応フィルタ２０は大きくなった出力誤差を小さくする方向にフィルタ係数を更新する結果、減算器５０の出力誤差が小さくなっていくのに対し、減算器６０の出力誤差は従属フィルタ４０のフィルタ係数の更新が遅れるために小さくならず、「減算器５０の出力誤差＜減算器６０の出力誤差」という状態になる。しかし、減算器６０の出力誤差が大きくなった原因のうち、低周波の観測雑音の成分および所望信号の低周波成分は低域遮断フィルタ７１で遮断されるが、所望信号の高周波成分は低域遮断フィルタ７１を通過して出力誤差平均算出部８１に伝達されるため、「出力誤差平均算出部８０で算出される出力誤差平均＜出力誤差平均算出部８１で算出される出力誤差平均」という結果に至る。この結果、比較器８２の比較結果により適応フィルタ２０は収束の途中と判定され、適応フィルタ２０のステップサイズの増大、従属フィルタのフィルタ係数の更新が行われることになる。【００５０】
次に、観測雑音が、低域遮断フィルタ７０、７１で遮断されない高周波をも含む場合について説明する。【００５１】
観測雑音の成分の中で低周波成分は自己相関が強いので上述したように誤動作の大きな要因となる。しかし、高周波成分は低周波成分に比べて自己相関が弱いので、レベルが大きくない限り、誤動作の要因にはなり難い。その理由は次の通りである。【００５２】
端子１２に高周波の観測雑音だけが入力された或る時点で、減算器５０の出力誤差が大きくなったとすると、適応フィルタ２０はその大きくなった出力誤差を小さくする方向にフィルタ係数を更新する。この場合、観測雑音が低周波成分であれば混入する観測雑音のレベルの変化が遅いので、その後に減算器５０の出力誤差は徐々に小さくなっていく。しかし、観測雑音が高周波成分の場合、次の時点では混入する観測雑音のレベルが変化しているため、減算器５０の出力誤差が徐々に小さくなるとは限らず、小さくなったり、逆に大きくなったりする挙動を示す。その結果、減算器５０の出力誤差平均が減算器６０の出力誤差平均より必ず小さくなるとは限らない。このため、端子１２に混入する高周波の観測雑音の影響を受けて、適応フィルタ２０の収束状況の判定を誤る確率は、低周波の観測雑音の場合に比べると小さくなる。【００５３】
他方、観測雑音の高周波成分のレベルに比べて充分大きなレベルの高周波成分を含む所望信号が存在する場合には、所望信号の高周波成分の存在によって、「出力誤差平均算出部８０で算出される出力誤差平均＜出力誤差平均算出部８１で算出される出力誤差平均」という結果に至る。この結果、比較器８２の比較結果により適応フィルタ２０は収束の途中と判定され、適応フィルタ２０のステップサイズの増大、従属フィルタのフィルタ係数の更新が行われることになる。【００５４】
以上のことから、本実施の形態では、観測雑音の成分の中で誤動作の大きな要因となっている自己相関の強い低周波成分（低域成分）だけを低減するために、低域遮断フィルタ７０および低域遮断フィルタ７１を使用している。【００５５】
次に本実施の形態の構成要素の詳細について説明する。【００５６】
図１の構成要素のうち、低域遮断フィルタ７０および低域遮断フィルタ７１以外の構成要素は、図１９で説明した関連技術におけるものと同じである。従って、例えば適応フィルタ２０は図１４に例示されるような構成で実現でき、従属フィルタ４０は図１６に例示されるような構成で実現できる。また、従属フィルタ係数更新部３０は、関連技術がそうであったように例えば図１５に示すフィルタ係数コピー制御部や図１８に示すフィルタ係数平滑部などで実現できる。なお、詳細については、後述する。さらに、低域遮断フィルタ７０および低域遮断フィルタ７１は、同じ構成であり、例えば図３Ａ〜図３Ｃに示すような回路で実現できる。【００５７】
図３Ａは１次のＦＩＲフィルタで低域遮断フィルタを実現している構成例である。端子７００から入力された出力誤差は、遅延器７０１および減算器７０２に供給される。遅延器７０１は端子７００から供給された信号を１サンプル遅延し、減算器７０２へと供給する。減算器７０２は、端子７００から供給された信号から、遅延器７０１から供給される遅延された信号を減じて、結果を端子７０９から出力する。この出力結果は出力誤差算出部８０（または８１）へと送られる。【００５８】
図３Ｂは１次のＦＩＲフィルタを２段縦列接続することにより、より鋭い低域遮断を実現している。【００５９】
図３Ｃは１次のＩＩＲフィルタで低域遮断フィルタを実現している。端子７００から入力された出力誤差は、減算器７１１および減算器７１６に供給される。減算器７１１は端子７００から供給された信号から、遅延器７１５から供給される信号を減じて、結果を乗算器７１３へと送る。乗算器７１３は、減算器７１１から受けた信号に、端子７１２から供給される定数を乗じて、加算器７１４へと送る。加算器７１４は乗算器７１３からの信号および遅延器７１５からの信号を加算し、結果を遅延器７１５へと送る、遅延器７１５は、加算器７１４から受けた信号を１サンプル遅延させて、減算器７１６へと送る。減算器７１６は、端子７００から受けた信号から、遅延器７１５から受けた信号を減じて、結果を出力端子７０９から出力する。この出力結果は出力誤差算出部８０（または８１）へと送られる。【００６０】
図３Ａ〜Ｃで示した構成例は、いずれも直流成分を通さない低域遮断フィルタとなっており、本実施の形態における低域遮断フィルタ７０、７１として使用することができる。図３Ａ〜Ｃに示した構成例以外にも、低域を遮断、あるいは低減する特性をもつフィルタであれば、低域遮断フィルタ７０、７１として用いることが可能である。低域遮断の特性は使用するフィルタの構成によって異なるが、観測雑音の低域がどれだけ強いかに応じて適切な特性を達成するフィルタの構成を選択すればよい。【００６１】
次に本実施の形態の効果を説明する。【００６２】
本実施の形態によれば、所望信号に観測雑音が混入しても、未知システム（端子１０と端子１２間に介在するエコー経路）の同定を正確に行うことができる。その理由は、低域遮断フィルタ７０および低域遮断フィルタ７１によって観測雑音の成分の中で誤動作の大きな要因となっている自己相関の強い低周波成分を減算器５０および減算器６０の誤差信号から取り除いた残りの信号から出力誤差平均を求めるようにしているため、適応フィルタ２０の収束状況の判定を誤る確率が低下し、その分、正確なシステム同定が可能になるためである。【００６３】
また観測雑音による悪影響を軽減しようとして、端子１２に混入した観測雑音の成分を例えば端子１２と減算器５０および減算器６０との間に設けた低域遮断フィルタや帯域遮断フィルタによって除去した場合、所望信号からその低周波成分を除去した後の信号が実質的な所望信号となるためにエコー経路のシステム同定そのものが困難になるが、本実施の形態の場合は、減算器５０および減算器６０の出力誤差平均を算出するための信号から低周波成分を除去するため、そのような問題は生じない。【００６４】
次に、本発明の第１の実施の形態の具体例について図面を参照して説明する。【００６５】
図２は、本発明の第１の実施の形態において、図１の従属フィルタ係数更新部３０としてフィルタ係数コピー制御部３１を使用する場合の構成を例示している。フィルタ係数コピー制御部３１は、例えば図１５に示したような構成で実現される。【００６６】
図１３に示す関連技術と比較して、図２に示される本実施形態の構成は、出力誤差平均算出部８０および出力誤差平均算出部８１の前段に低域遮断フィルタ７０および低域遮断フィルタ７１がそれぞれ挿入されている点で相違する。【００６７】
低域遮断フィルタ７０および低域遮断フィルタ７１により、出力誤差における観測誤差の影響を大きく低減し、より正確な収束状況判定を行うことが可能となり、適応フィルタ２０およびフィルタ係数コピー制御部３１において、より望ましい制御を行うことが可能となる。【００６８】
図４は、本発明の第１の実施の形態において、図１の従属フィルタ係数更新部３０としてフィルタ係数平滑部３２を使用する場合の構成を例示している。フィルタ係数平滑部３２は、例えば図１８に示したような構成で実現される。【００６９】
図１７に示す関連技術と比較して、図４に示される本実施形態の構成は、出力誤差平均算出部８０および出力誤差平均算出部８１の前段に低域遮断フィルタ７０および低域遮断フィルタ７１がそれぞれ挿入されている点で相違する。この差異の効果は、図２に示される本実施形態の構成と同様であり、より正確な収束状況判定を行うことが可能となり、適応フィルタ２０において、より望ましい制御を行うことが可能となる。【００７０】
図５は、フィルタ係数平滑部３２をフィルタ係数平滑部３３に置き換えた場合の、本実施形態の構成を例示している。また、図５に示される構成は、比較器８２の判定結果がフィルタ係数平滑部３３へも供給されている。【００７１】
フィルタ係数平滑部３３は、その平滑化係数が比較器８２から供給される判定結果によって時変制御される点で、平滑化係数が時不変の定数であるフィルタ係数平滑部３２と相違する。【００７２】
フィルタ係数平滑部３３の構成例を図６に示す。図１８に示すフィルタ係数平滑部３２の構成例との差異は、平滑化係数決定部３２２の代わりに平滑化係数決定部３３１を備えていることである。【００７３】
平滑化係数決定部３３１は、端子３３０を通じて比較器８２から供給される判定結果に基づいて、乗算器３２３ｍに供給する平滑化係数を変化させる機能を有する。具体的には、比較器８２からの判定結果から、適応フィルタ２０が収束途中であると判定される場合は、平滑化係数決定部３３１は比較的大きな平滑化係数を出力する。これは平滑化の時定数を短くすることに相当し、従属フィルタ４０のフィルタ係数が、適応フィルタ２０のフィルタ係数に高速に追従するようにすることになる。一方、比較器８２からの判定結果から、適応フィルタ２０が収束し、出力誤差において観測雑音が支配的であると判定される場合、平滑化係数決定部３３１は小さな平滑化係数を出力する。これは平滑化の時定数を長くすることに相当し、観測雑音によって適応フィルタ２０のフィルタ係数が撹乱されているものを抑制した係数を従属フィルタ４０へと供給することになる。【００７４】
平滑化係数が制御される場合も、収束状況の判定は重要であり、本発明の適用により誤判定の確率が低減することで、従属フィルタ４０は、より正確なシステム同定を行うことが可能となる。【００７５】
以上説明した実施形態においても、低域遮断フィルタ７０および低域遮断フィルタ７１により、出力誤差における観測誤差の影響を大きく低減し、より正確な収束状況判定を行うことが可能となり、適応フィルタ２０およびフィルタ係数平滑部３３において、より望ましい制御を行うことが可能となる。【００７６】
図７は、比較器８２から適応フィルタ２０へ出力されていた判定結果の代わりに、固定値を使用する場合の、本実施形態の構成を例示している。【００７７】
適応フィルタ２０は、例えば図１４に示す構成になっているため、比較器８２の判定結果の代わりに固定値が端子２０２を通じてステップサイズ計算部２２２に供給されることにより、ステップサイズは常に一定になる。【００７８】
本実施形態では、適応フィルタ２０のステップサイズが一定である。具体的には、フィルタ係数平滑部３３は、比較器８２からの判定結果から、適応フィルタ２０が収束途中であると判定される場合は、比較的大きな平滑化係数を使用する。これによって、適応フィルタ２０のステップサイズが一定であっても、従属フィルタ４０のフィルタ係数が、適応フィルタ２０のフィルタ係数に比較的高速に追従するようになる。一方、比較器８２からの判定結果から、適応フィルタ２０が収束し、出力誤差において観測雑音が支配的であると判定される場合、フィルタ係数平滑部３３は、小さな平滑化係数を使用する。これによって、適応フィルタ２０のステップサイズが一定であっても、観測雑音によって適応フィルタ２０のフィルタ係数が撹乱されているものを抑制した係数を従属フィルタ４０へ供給することができる。【００７９】
このように、適応フィルタ２０のステップサイズの制御を行わなくても、フィルタ係数平滑部３３の平滑化係数を適応フィルタ２０の収束状況に応じて制御することによって、正確なシステム同定を行うことができる。そして、低域遮断フィルタ７０および低域遮断フィルタ７１により、出力誤差における観測誤差の影響を大きく低減し、より正確な収束状況判定を行うことが可能であるため、フィルタ係数平滑部３３において、より望ましい制御を行うことが可能となる。【００８０】
図８は、本実施形態の効果を示すシミュレーション実験結果の例である。図８の（ａ）はエコーと近端信号を含むマイクロホン信号波形、すなわち所望信号である。エコーの発生源である遠端信号として白色雑音を用い、近端音声として音声信号を用いている。図８の（ｂ）は、図８の（ａ）の信号に含まれる近端信号の波形を示している。理想的には、矢印により「ダブルトーク」と書かれた区間を、「ダブルトーク」すなわち近端信号が支配的となっていると判定すべきである。図８の（ｃ）は、図７において低域遮断フィルタ７０、７１を用いない場合の比較器８２の判定結果を２値で示している。値が上の場合はダブルトークすなわち収束後と判定しており、値が下の場合は収束の途中と判定している。楕円で一部囲んであるように、検出誤りが多数発生している。これに対して、図８の（ｄ）は図７において低域遮断フィルタ７０、７１を用いた場合の比較器８２の判定結果を示している。低域遮断フィルタ７０、７１により検出誤りが低減し、より高精度な制御を行うことが可能であることが分る。【００８１】
なお、本実施形態では、適応フィルタ２０のステップサイズを、比較器８２からの判定結果に応じて制御しなくても、フィルタ係数平滑部３３における平滑化係数を比較器８２からの判定結果に応じて制御さえすれば正確なシステム同定が可能になることを例示するものである。従って、適応フィルタ２０のステップサイズは必ずしも固定値である必要はなく、比較器８２の判定結果に基づく方法以外の任意の方法で制御される可変値であっても良い。【００８２】
［第２実施形態］
適応フィルタ２０の適応アルゴリズムとしては、ＬＭＳアルゴリズム以外に、学習同定法、射影アルゴリズム、ＲＬＳアルゴリズムを用いた場合についても、本発明を適用することができる。この場合、適応フィルタ２０における適応アルゴリズムとしてＲＬＳアルゴリズムを用いた場合は、制御の対象として、ステップサイズまたは／および忘却定数と呼ばれるパラメータを用いればよい。適応アルゴリズムとして射影アルゴリズムを用いた場合は、ＬＭＳアルゴリズムの場合と同様にステップサイズを制御すればよい。いずれのアルゴリズムを用いた場合でも、本発明の適用により収束状況の判定を誤る確率が低下することによって、望ましい制御が可能となる。このほか適応アルゴリズムとして、ここにあげたアルゴリズム以外のものを用いることができることは自明である。【００８３】
第１の実施の形態では、誤動作の要因となっている観測雑音の成分が低周波あるいは不明である場合について説明したが、誤動作の要因となっている観測雑音の成分の周波数が限定できる場合には、図９に示すように、低域遮断フィルタ７０、７１の代わりに帯域遮断フィルタ７５、７６を用いることができる。ここで用いる帯域遮断フィルタ７５、７６は、誤動作の要因となっている観測雑音の成分が遮断され、かつ、入力信号の成分が残るような特性に設計すればよい。誤動作の要因となっている観測雑音の成分が複数の特定周波数帯域にわたって存在する場合は、帯域遮断フィルタ７５、７６の遮断帯域は複数であってもよい。誤動作の要因となっている観測雑音の成分が遮断されるため、第１の実施の形態と同様に、収束状況を誤って判定する確率が低下し、より精度の高いシステム同定が可能となる。また低域遮断フィルタ７０、７１で低域全体を遮断するのに比べ、同じ低域でも観測雑音の成分部分だけを帯域遮断することで、本来の入力信号の成分がより多く残るようになるので、収束状況の判定がより正確に行えるようになる。【００８４】
上述の実施の形態では、誤動作の要因となっている観測雑音の成分を低減した出力誤差を得るための雑音低減出力誤差算出部７２（７３）が、低域遮断フィルタ７０（７１）と出力誤差平均算出部８０（８１）とから構成される場合について説明してきたが、異なる構成をとることも可能である。【００８５】
図１０は、雑音低減出力誤差算出部７２の別の構成例を示すブロック図である。図１０においては、雑音低減出力誤差算出部７２は、フーリエ変換部７２１と電力算出部７２２とから構成されている。フーリエ変換部７２１は、減算器５０から受けた信号を周波数領域信号に変換し、各周波数成分を出力する。各周波数成分のうち、誤動作の要因となっている観測雑音の周波数成分を除いた周波数成分が、電力算出部７２２に供給される。図１０は、誤動作の要因となっている観測雑音の周波数成分が低周波である場合を図示しており、低域成分を除く周波数成分が電力算出部７２２に供給されている。電力算出部７２２は、供給された周波数成分の電力の総和を算出し、算出された電力の総和を、比較器８２へと送る。【００８６】
ここで電力算出部７２２が出力する電力の総和に注目すると、誤動作の要因となっている観測雑音の周波数成分を除いた周波数成分の電力となっており、図１における雑音低減出力誤差算出部７２が出力する出力誤差平均と同様に、誤動作の要因となっている観測雑音の成分が低減された出力誤差平均となっていることが分かる。したがって、雑音低減出力誤差算出部７２として、図１０の構成を用いた場合にも、より正確な収束状況判定を行うことが可能となり、その結果、適応フィルタ２０または従属フィルタ４０において、より望ましい制御を行うことが可能となる。【００８７】
雑音低減出力誤差算出部７２におけるフーリエ変換部７２１を、コサイン変換やウェーブレット変換など、周波数に準じる領域に変換するブロックで置換しても同様の効果が得られることは明らかである。また電力算出部７２２を、電力を算出する構成ではなく、絶対値和などを算出する構成としても同様の効果が得られることは明らかである。【００８８】
［第３実施形態］
上述の実施の形態では、適応フィルタ２０および従属フィルタ４０の２つのフィルタを使用する構成について説明したが、３つ以上のフィルタを使用してシステム同定を行う場合についても本発明は適用できる。図１１に３つの適応フィルタを使用してシステム同定を行う実施の形態のブロック図を示す。【００８９】
第３の実施の形態においては、ステップサイズの異なる３つの適応フィルタ２０、２３、２４を用い、それらの適応フィルタの観測雑音の影響が低減された出力誤差平均を比較した結果に基づいて、３つの適応フィルタ２０、２３、２４のステップサイズを制御している。適応フィルタ２３、２４の構成は、適応フィルタ２０の構成と同一であり、例えば図１４のように構成される。適応フィルタ２０、２３、２４のステップサイズの大小関係は、例えば、適応フィルタ２０のステップサイズが最小、適応フィルタ２３のステップサイズが中間、適応フィルタ２４のステップサイズが最大となっている。【００９０】
適応フィルタ２０、２３、２４のそれぞれの出力信号は、対応する減算器５０、５３、５４に送られる。減算器５０、５３、５４は、対応する適応フィルタ２０、２３、２４の出力信号と、端子１２から入力された所望信号、すなわち図１２におけるマイクロホンの信号を受け、その差を計算し、出力する。それぞれの出力結果は、対応する雑音低減出力誤差算出部７２、７３、７４へと供給される。雑音低減出力誤差算出部７４の構成は雑音低減出力誤差算出部７２、７３と同一である。雑音低減出力誤差算出部７２、７３、７４は、対応する減算器５０、５３、５４からの信号を受けて、誤動作の要因となっている観測雑音の成分を低減した出力誤差平均を算出し、判定制御部８８へと送る。判定制御部８８は、雑音低減出力誤差算出部７２、７３、７４から誤動作の要因となっている観測雑音の成分を低減した出力誤差平均を受けて、それらの大小関係を判定し、ステップサイズを制御する信号を適応フィルタ２０、２３、２４へと送る。このステップサイズの制御は、例えば、適応フィルタ２３からの出力誤差、すなわち、雑音低減出力誤差算出部７３からの出力誤差平均が、他の２つより小さくなるように制御する。その際、ステップサイズの大小関係は維持する。【００９１】
具体的には、適応フィルタ２０の出力誤差平均が他の２つの適応フィルタ２３、２４の出力誤差平均よりも小さい場合には、ステップサイズは大きい方が望ましいということであるので、それぞれのステップサイズを大きくする。逆に、適応フィルタ２４の出力誤差平均が他の２つの適応フィルタ２０、２３の出力誤差平均よりも小さい場合には、ステップサイズは小さい方が望ましいということであるので、それぞれのステップサイズを小さくする。また、適応フィルタ２３の出力誤差平均が他の２つの適応フィルタ２０、２４の出力誤差平均よりも小さい場合には、３つのステップサイズは既に適切な領域に入っているということであるので、ステップサイズは変化させない。【００９２】
以上のようなステップサイズ制御によって、３つのステップサイズが適切に制御され、エコーが充分に抑圧された出力信号が出力端子１４から出力される。そして、この実施の形態においても、判定制御部８８の入力となる信号の算出において、誤動作の要因となっている観測雑音の成分を低減されているため、収束状況の判定を誤る確率が低減され、望ましいステップサイズ制御を行うことが可能となる。【００９３】
上述の実施の形態では、エコーキャンセラを例として説明してきたが、このほか、ノイズキャンセラ、ハウリングキャンセラ、適応等化器、適応マイクロホンアレイなどの適応フィルタによるシステム同定の応用においても本発明を用いることが可能である。また、適応アレイなど、未知システム同定以外の適応フィルタの応用であっても、出力誤差平均を最小化することを規範とする場合には、本発明を適用することが可能である。【００９４】
上述してきた本実施形態におけるシステム同定装置の特徴をまとめると、以下のようになる。上述のシステム同定装置は、出力誤差を最小化することを規範とする適応フィルタあるいは従属フィルタを複数用い、適応フィルタまたは従属フィルタの出力誤差に基づいて、適応フィルタあるいは従属フィルタを制御するシステム同定装置であって、出力誤差に対して、誤動作の要因となっている観測雑音の成分を低減し、低減された出力誤差の比較結果に基づいて制御を行うことを特徴とする。【００９５】
上述のシステム同定装置は、制御を行う対象として、適応フィルタのステップサイズ、または従属フィルタのフィルタ係数更新アルゴリズムを用いることを特徴とする。また、誤動作の要因となっている観測雑音の成分を低減するために、低域遮断フィルタを用いることを特徴とする。また、誤動作の要因となっている観測雑音の成分を低減するために、帯域遮断フィルタを用いることを特徴とする。また、従属フィルタのフィルタ係数更新は、比較結果に基づいて、適応フィルタのフィルタ係数をコピーすることによって行われることを特徴とする。また、従属フィルタのフィルタ係数更新は、比較結果に基づいて、適応フィルタのフィルタ係数を平滑化することによって行われることを特徴とする。【００９６】
上述のシステム同定装置は、適応フィルタは、ステップサイズを制御可能なＬＭＳアルゴリズムを使用し、比較結果に基づいてステップサイズを制御する。また、適応フィルタは、ステップサイズを制御可能な射影アルゴリズムを使用し、比較結果に基づいてステップサイズを制御する。また、適応フィルタは、ステップサイズまたは忘却定数を制御可能なＲＬＳアルゴリズムを使用し、比較結果に基づいてステップサイズまたは忘却定数を制御することを特徴とする。【００９７】
当業者は上記実施形態の様々な変形を容易に実施することができる。したがって、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、請求項やその均等物によって参酌される最も広い範囲で解釈される。また、この出願は、２００７年９月２０日に出願された日本出願特願２００７−２４３３２９を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年7月17日(2009.7.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の入力端子と第２の入力端子との間に介在する未知システムを同定するシステム同定装置であって、
前記第１の入力端子から供給される信号を入力とする適応フィルタおよびシステム同定されたフィルタ係数を有する従属フィルタと、
前記適応フィルタのフィルタ係数に基づいて、前記従属フィルタのフィルタ係数を更新する従属フィルタ係数更新部と、
前記第２の入力端子から供給される信号から、前記適応フィルタの出力信号を減算する第１の減算器と、
前記第１の減算器の出力信号から、第１の出力誤差平均を算出する第１の出力誤差平均算出部と、
前記第２の入力端子から供給される信号から、前記従属フィルタの出力信号を減算する第２の減算器と、
前記第２の減算器の出力信号から、第２の出力誤差平均を算出する第２の出力誤差平均算出部と、
前記第１の出力誤差平均と前記第２の出力誤差平均とを比較する比較器と
を備え、
前記第１の出力誤差平均算出部は、
前記第１の減算器の出力信号の周波数帯域のうち、前記第２の入力端子に加わる観測雑音の周波数帯域と重複する帯域の少なくとも一部の帯域の成分を低減し、当該低減された残りの成分から前記第１の出力誤差平均を算出し、
前記第２の出力誤差平均算出部は、
前記第２の減算器の出力信号の周波数帯域のうち、前記第２の入力端子に加わる観測雑音の周波数帯域と重複する帯域の少なくとも一部の帯域の成分を低減し、当該低減された残りの成分から前記第２の出力誤差平均を算出し、
前記第１の減算器の出力信号による前記適応フィルタのフィルタ係数の更新、または、前記従属フィルタ係数更新部による前記従属フィルタのフィルタ係数の更新の少なくとも一方は、前記比較器の比較結果に基づいて制御されることを特徴とする
システム同定装置。
【請求項２】
請求の範囲１に記載のシステム同定装置において、
前記第１の出力誤差平均算出部および前記第２の出力誤差平均算出部は、
前記第１の減算器および前記第２の減算器の出力信号の周波数帯域のうちの低周波帯域の成分を低減することを特徴とする
システム同定装置。
【請求項３】
請求の範囲１または２に記載のシステム同定装置において、
前記従属フィルタ係数更新部による前記従属フィルタのフィルタ係数の更新は、前記適応フィルタのフィルタ係数を、前記従属フィルタにコピーすることによって行われ、
その更新を制御する場合の前記コピーの可否は、前記比較器の比較結果に基づいて、制御されることを特徴とする
システム同定装置。
【請求項４】
請求の範囲１または２に記載のシステム同定装置において、
前記従属フィルタ係数更新部による前記従属フィルタのフィルタ係数の更新は、前記適応フィルタのフィルタ係数を平滑化して前記従属フィルタに設定することによって行われ、
その更新を制御する場合の平滑化係数は、前記比較器の比較結果に基づいて制御されることを特徴とする
システム同定装置。
【請求項５】
請求の範囲１から４の何れか１項に記載のシステム同定装置において、
前記第１の減算器の出力信号による前記適応フィルタのフィルタ係数の更新を制御する場合、前記適応フィルタのステップサイズを制御することを特徴とする
システム同定装置。
【請求項６】
第１の入力端子と第２の入力端子との間に介在する未知システムを同定するシステム同定装置であって、
前記第１の入力端子から供給される信号を入力とする第１の適応フィルタと、
前記第１の入力端子から供給される信号を入力としてシステム同定を行う第２の適応フィルタと、
前記第１の入力端子から供給される信号を入力とする第３の適応フィルタと、
前記第２の入力端子から供給される信号から、前記第１の適応フィルタの出力信号を減算する第１の減算器と、
前記第１の減算器の出力信号から、第１の出力誤差平均を算出する第１の出力誤差平均算出部と、
前記第２の入力端子から供給される信号から、前記第２の適応フィルタの出力信号を減算する第２の減算器と、
前記第２の減算器の出力信号から、第２の出力誤差平均を算出する第２の出力誤差平均算出部と、
前記第２の入力端子から供給される信号から、前記第３の適応フィルタの出力信号を減算する第３の減算器と、
前記第３の減算器の出力信号から、第３の出力誤差平均を算出する第２の出力誤差平均算出部と、
前記第１の出力誤差平均と前記第２の出力誤差平均と前記第３の出力誤差平均とを比較する判定制御部と
を備え、
前記第１の出力誤差平均算出部は、
前記第１の減算器の出力信号の周波数帯域のうち、前記第２の入力端子に加わる観測雑音の周波数帯域と重複する帯域の少なくとも一部の帯域の成分を低減し、当該低減された残りの成分から前記第１の出力誤差平均を算出し、
前記第２の出力誤差平均算出部は、
前記第２の減算器の出力信号の周波数帯域のうち、前記第２の入力端子に加わる観測雑音の周波数帯域と重複する帯域の少なくとも一部の帯域の成分を低減し、当該低減された残りの成分から前記第２の出力誤差平均を算出し、
前記第３の出力誤差平均算出部は、
前記第３の減算器の出力信号の周波数帯域のうち、前記第２の入力端子に加わる観測雑音の周波数帯域と重複する帯域の少なくとも一部の帯域の成分を低減し、当該低減された残りの成分から前記第３の出力誤差平均を算出し、
前記第１の減算器の出力信号による前記適応フィルタのフィルタ係数の更新、前記第２の減算器の出力信号による前記適応フィルタのフィルタ係数の更新、または前記第３の減算器の出力信号による前記適応フィルタのフィルタ係数の更新、の少なくともいずれかは、前記判定制御部の判定結果に基づいて制御されることを特徴とする
システム同定装置。
【請求項７】
第１の入力端子と第２の入力端子との間に介在する未知システムを同定するシステム同定方法であって、
前記第１の入力端子から供給される信号を適応フィルタおよびシステム同定されたフィルタ係数を有する従属フィルタに入力とするステップと、
前記適応フィルタのフィルタ係数に基づいて、前記従属フィルタのフィルタ係数を更新するステップと、
前記第２の入力端子から供給される信号から、前記適応フィルタの出力信号を減算して第１出力信号を生成するステップと、
前記第１出力信号から、第１の出力誤差平均を算出するステップと、
前記第２の入力端子から供給される信号から、前記従属フィルタの出力信号を減算して第２出力信号を生成するステップと、
前記第２出力信号から、第２の出力誤差平均を算出するステップと、
前記第１の出力誤差平均と前記第２の出力誤差平均とを比較するステップと
を備え、
前記第１の出力誤差平均を算出するステップは、
前記第１出力信号の周波数帯域のうち、前記第２の入力端子に加わる観測雑音の周波数帯域と重複する帯域の少なくとも一部の帯域の成分を低減し、当該低減された残りの成分から前記第１の出力誤差平均を算出するステップを含み、
前記第２の出力誤差平均を算出するステップは、
前記第２出力信号の周波数帯域のうち、前記第２の入力端子に加わる観測雑音の周波数帯域と重複する帯域の少なくとも一部の帯域の成分を低減し、当該低減された残りの成分から前記第２の出力誤差平均を算出するステップを含み、
前記第１出力信号による前記適応フィルタのフィルタ係数の更新、または、前記従属フィルタのフィルタ係数の更新の少なくとも一方を、前記比較器の比較結果に基づいて制御するステップを含むことを特徴とする
システム同定方法。
【請求項８】
請求の範囲７に記載のシステム同定方法において、
前記第１の出力誤差平均を算出するステップ、および、前記第２の出力誤差平均を算出するステップは、
前記第１出力信号、および、前記第２出力信号の周波数帯域のうちの、低周波帯域の成分を低減することを特徴とする
システム同定方法。
【請求項９】
請求の範囲７または８に記載のシステム同定方法において、
前記従属フィルタのフィルタ係数の更新を、前記適応フィルタのフィルタ係数を前記従属フィルタにコピーすることによって行うステップをさらに備え、
前記適応フィルタのフィルタ係数を前記従属フィルタにコピーする場合の、前記コピーの可否を、前記比較器の比較結果に基づいて制御するステップを含むことを特徴とする
システム同定方法。
【請求項１０】
請求の範囲７または８に記載のシステム同定方法において、
前記従属フィルタのフィルタ係数の更新を、前記適応フィルタのフィルタ係数を平滑化して前記従属フィルタに設定することによって行う平滑化ステップをさらに含み、
前記平滑化ステップは、
前記適応フィルタのフィルタ係数を平滑化する場合の平滑化係数を、前記比較器の比較結果に基づいて制御するステップを含むことを特徴とする
システム同定方法。
【請求項１１】
請求の範囲７から１０の何れか１項に記載のシステム同定方法において、
前記第１出力信号による前記適応フィルタのフィルタ係数の更新を制御するステップは、
前記適応フィルタのステップサイズを制御するステップを含むことを特徴とする
システム同定方法。
【請求項１２】
第１の入力端子と第２の入力端子との間に介在する未知システムを同定するシステム同定方法であって、
前記第１の入力端子から供給される信号を、第１の適応フィルタの入力とするステップと、
前記第１の入力端子から供給される信号を、システム同定を行う第２の適応フィルタの入力とするステップと、
前記第１の入力端子から供給される信号を、第３の適応フィルタの入力とするステップと、
第１の減算器で、前記第２の入力端子から供給される信号から、前記第１の適応フィルタの出力信号を減算するステップと、
第１の出力誤差平均算出部で、前記第１の減算器の出力信号から、第１の出力誤差平均を算出するステップと、
第２の減算器で、前記第２の入力端子から供給される信号から、前記第２の適応フィルタの出力信号を減算するステップと、
第２の出力誤差平均算出部で、前記第２の減算器の出力信号から、第２の出力誤差平均を算出するステップと、
第３の減算器で、前記第２の入力端子から供給される信号から、前記第３の適応フィルタの出力信号を減算するステップと、
第２の出力誤差平均算出部で、前記第３の減算器の出力信号から、第３の出力誤差平均を算出するステップと、
判定制御部で、前記第１の出力誤差平均と前記第２の出力誤差平均と前記第３の出力誤差平均とを比較するステップと
を具備し、
前記第１の出力誤差平均を算出するステップは、
前記第１の減算器の出力信号の周波数帯域のうち、前記第２の入力端子に加わる観測雑音の周波数帯域と重複する帯域の少なくとも一部の帯域の成分を低減し、当該低減された残りの成分から前記第１の出力誤差平均を算出するステップを含み、
前記第２の出力誤差平均を算出するステップは、
前記第２の減算器の出力信号の周波数帯域のうち、前記第２の入力端子に加わる観測雑音の周波数帯域と重複する帯域の少なくとも一部の帯域の成分を低減するステップと、
当該低減された残りの成分から前記第２の出力誤差平均を算出するステップと
を含み、
前記第３の出力誤差平均を算出するステップは、
前記第３の減算器の出力信号の周波数帯域のうち、前記第２の入力端子に加わる観測雑音の周波数帯域と重複する帯域の少なくとも一部の帯域の成分を低減するステップと、
当該低減された残りの成分から前記第３の出力誤差平均を算出するステップと
を含み、
前記第１の減算器の出力信号による前記適応フィルタのフィルタ係数の更新、前記第２の減算器の出力信号による前記適応フィルタのフィルタ係数の更新、または前記第３の減算器の出力信号による前記適応フィルタのフィルタ係数の更新、の少なくともいずれかを、前記判定制御部の判定結果に基づいて制御するステップ
を備えることを特徴とする
システム同定装置。
【国際調査報告】
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2009038182.tif 000025
2009038182.tif 000026
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