(57)【要約】【課題】  エコーキャンセラが受話信号を取得してから再生された音声がマイクロホンに収音されてエコーキャンセラに入力されるまでの経路においてゲインの変更が行われた場合でも、エコーキャンセラの性能の悪化を防ぐことができる音声処理装置およびエコー除去方法を提供する。【解決手段】  エコーキャンセラ３１は、受話信号が受話信号路２２Ａから送話信号路２２Ｂに回り込むことにより発生するエコー信号を適応フィルタ３１０のタップ係数を更新して予測し、その予測したエコー信号を送話信号路２２Ｂを送信された送話信号から加算器３１１により減算する。適応フィルタ制御部３２は、減算前の送話信号および予測したエコー信号に基づいてタップ係数を修正する。【選択図】      図２
2006094355.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受話信号に基づいて予測エコー信号を生成する適応フィルタと、
前記受話信号が受話信号路から送話信号路に回り込むことにより発生するエコー信号を含む送話信号と前記予測エコー信号との加算に基づいて前記エコー信号を低減する加算器と、
前記加算によって低減されない残差に基づいて前記適応フィルタのタップ係数を更新する修正部とを有する音声処理装置。
【請求項２】
前記修正部は、減算前の前記送話信号のレベルと前記予測エコー信号とのレベルの比が所定の値を超えたとき、前記比に基づいて前記タップ係数を修正することを特徴とする請求項１に記載の音声処理装置。
【請求項３】
前記修正部は、前記送話信号路からサンプリングした複数の減算前の前記送話信号のレベルと前記予測エコー信号のレベルとの複数の前記比の平均値が所定の値を超えたとき、前記平均値に基づいて前記タップ係数を修正することを特徴とする請求項１に記載の音声処理装置。
【請求項４】
前記修正部は、前記送話信号路からサンプリングした複数の減算前の前記送話信号のレベルと前記予測エコー信号のレベルとの複数の前記比の平均値が所定の分散以下であるとき、前記平均値に基づいて前記タップ係数を修正することを特徴とする請求項１又は３に記載の音声処理装置。
【請求項５】
受話信号に基づいて予測エコー信号を生成し、
前記受話信号が受話信号路から送話信号路に回り込むことにより発生するエコー信号を含む送話信号と前記予測エコー信号との加算に基づいて前記エコー信号を低減し、
前記加算によって低減されない残差に基づいて前記適応フィルタのタップ係数を更新するエコー除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハンドセットの代わりにスピーカとマイクロホンを用いて通話を行うハンズフリー機能を有する音声通信装置に適用される音声処理装置およびエコー除去方法に関し、特に、エコーキャンセラが受話信号を取得してから再生された音声がマイクロホンに収音されてエコーキャンセラに入力されるまでの経路においてゲインの変更が行われた場合でも、エコーキャンセラの性能の悪化を防ぐことができる音声処理装置およびエコー除去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハンズフリーによる通話系においては、スピーカから再生された音声がマイクロホンに収録されることによって音響エコーが生じる。この音響エコーを除去する技術をエコーキャンセラといい、従来より研究されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図５は、そのエコーキャンセラの原理を示す。相手装置から送信され、入力端子２１Ａに入力された受話信号ｘ（ｋ）は、受話信号路２２Ａを介してスピーカ１６から受話音声として出力される。スピーカ１６から出力された受話音声は、その一部が音響エコーとなってマイクロホン１８へ回り込む。マイクロホン１８で収音された送話信号は、送話信号路２２Ｂを介して出力端子２１Ｂから相手装置に送信される。このとき、エコーキャンセラ３１の適応フィルタ３１０は、タップ係数の更新アルゴリズムに基づいてエコー信号ｙ（ｋ）を予測し、そのエコー信号ｙ（ｋ）をマイクロホン１８から入力した送話入力信号ｍ（ｋ）から加算器３１１により減算するというものである。
【０００４】
特許文献１に記載されたエコーキャンセラは、スピーカの前段にレベル調整回路および増幅器からなるアナログ出力ボリューム部を有する音声通信装置において、適応フィルタの前段に非線形特性回路を設け、制御部により増幅率に応じてレベル調整回路を設定するとともに、非線形特性回路に対して非線形特性を設定することにより、エコー信号に非線形要素が含まれる場合でも非線形要素による残留エコー信号の発生を抑制するようにしたものである。
【特許文献１】特開２０００−３５３９８９号公報（［００１１］〜［００１３］、図１、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来のエコーキャンセラによると、エコーキャンセラが再生信号を取得してから再生された音声がマイクに収音されてエコーキャンセラに入力されるまでの間の経路に、スピーカやマイクのゲイン調節装置が存在する場合に、これらが操作されると、エコーの予測が正しく行われなくなる。
【０００６】
すなわち、特許文献１のようにゲインの変更がエコーキャンセラから取得できる場合は、ゲインの変更に合わせて適応フィルタを修正することにより対応することができるが、ゲインの変更がエコーキャンセラから取得することができない場合は、学習により適応フィルタが修正されるまでの間エコーキャンセラの性能が悪化する。
【０００７】
例えば、電話のような専用機では、通常このような事態は発生しないが、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）のような汎用機では、ゲインの変更がエコーキャンセラから取得できない場合が存在する。
【０００８】
従って、本発明の目的は、エコーキャンセラが受話信号を取得してから再生された音声がマイクロホンに収音されてエコーキャンセラに入力されるまでの経路においてゲインの変更が行われた場合でも、エコーキャンセラの性能の悪化を防ぐことができる音声処理装置およびエコー除去方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、上記目的を達成するため、受話信号に基づいて予測エコー信号を生成する適応フィルタと、前記受話信号が受話信号路から送話信号路に回り込むことにより発生するエコー信号を含む送話信号と前記予測エコー信号との加算に基づいて前記エコー信号を低減する加算器と、前記加算によって低減されない残差に基づいて前記適応フィルタのタップ係数を更新する修正部とを有する音声処理装置を提供する。
【００１０】
第２の発明は、上記目的を達成するため、受話信号に基づいて予測エコー信号を生成し、前記受話信号が受話信号路から送話信号路に回り込むことにより発生するエコー信号を含む送話信号と前記予測エコー信号との加算に基づいて前記エコー信号を低減し、前記加算によって低減されない残差に基づいて前記適応フィルタのタップ係数を更新するエコー除去方法を提供する。
【００１１】
上記第１および第２の発明によれば、エコーキャンセラが受話信号を取得してから再生された音声がマイクロホンに収音されてエコーキャンセラに入力されるまでの経路においてゲインを変更すると、減算前の送話信号と予測エコー信号との比が変化する。従って、減算前の送話信号と予測エコー信号に基づいて適応フィルタのタップ係数を修正することにより、減算器による減算後の残差エコー信号を減らすことができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の音声処理装置およびエコー除去方法によれば、エコーキャンセラが受話信号を取得してから再生された音声がマイクロホンに収音されてエコーキャンセラに入力されるまでの経路においてゲインの変更が行われた場合でも、エコーキャンセラの性能の悪化を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態に係る音声処理装置を適用した音声通信装置を示す。この音声通信装置１０は、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）にスピーカ１６Ａ，１６Ｂとマイクロホン１８を接続して構成したものであり、キーボード１２、送話ゲインツマミ１３等を有する下部筐体１１と、下部筐体１１に開閉可能に取り付けられ、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）１５等の表示部を有する上部筐体１４と、下部筐体１１に接続され、一方に受話ゲインツマミ１７を有する左右一対の上記スピーカ１６Ａ，１６Ｂ、上記マイクロホン１８およびマウス１９と、下部筐体１１内に設けられた後述する音声処理装置とを備え、ハンドセットの代わりにスピーカ１６Ａ，１６Ｂとマイクロホン１８を使用してネットワーク２０を介して通話を行う、いわゆるハンズフリー通話機能を有する。
【００１４】
図２は、音声通信装置１０の音声処理系を示す。この音声通信装置１０は、入力端子２１Ａからスピーカ１６Ａ，１６Ｂに至る受話信号路２２Ａと、マイクロホン１８から出力端子２１Ｂに至る送話信号路２２Ｂと、受話信号路２２Ａ上に設けられ、受話信号ｘ（ｋ）のゲインを受話ゲインツマミ１７の調整量に基づいて調節してスピーカ１６Ａ，１６Ｂに出力する受話ゲイン調節部２３Ａと、送話信号路２２Ｂ上に設けられ、マイクロホン１８から入力した送話入力信号ｍ（ｋ）のゲインを送話ゲインツマミ１３の調整量に基づいて調節する送話ゲイン調節部２３Ｂと、マイクロホン１８に混入したスピーカ１６Ａ，１６Ｂからの音響エコー成分をキャンセルした送話出力信号を出力端子２１Ｂから出力する音声処理装置３０とを備える。
【００１５】
音声処理装置３０は、受話信号が受話信号路２２Ａから送話信号路２２Ｂに回り込むことにより発生するエコー信号ｙ（ｋ）を適応フィルタ３１０のタップ係数ｈ（ｋ）を更新して予測し、予測したエコー信号ｙ（ｋ）を送話信号路２２Ｂを送信された送話入力信号ｍ（ｋ）から減算するエコーキャンセラ３１と、送話ゲインツマミ１３あるいは受話ゲインツマミ１７によりゲインが調節された場合に、適応フィルタ３１０が決定したタップ係数を修正する適応フィルタ制御部３２とを備える。
【００１６】
エコーキャンセラ３１は、タップ係数の更新アルゴリムで更新することにより予測エコー信号ｙ（ｋ）を生成する適応フィルタ３１０と、マイクロホン１８から入力した送話入力信号ｍ（ｋ）から予測エコー信号ｙ（ｋ）を減算する加算器３１１とを備える。
【００１７】
適応フィルタ３１０は、安定性判別が不要なことや、一定の条件内での収束が保証されていることから、一般にＦＩＲ型が使用される。タップ係数の更新アルゴリズムには、最小自乗法（ＬＳ）や再帰最小自乗法（ＲＬＳ）を用いたアルゴリズム、あるいは最小自乗平均法（ＬＭＳ）を正規化した学習同定法（ＮＬＭＳ）を用いたアルゴリズム等を用いることができる。この中で学習同定法を用いたアルゴリズムは、演算量が比較的少なくて済み、良好な特性を示すという利点を有する。適応フィルタ３１０のタップ係数をｈj（ｊ＝１〜ｐ）とするとき、学習同定法の更新式を次の式に示す。
【００１８】
【数１】
2006094355.tif 000003
但し、ｍ（ｋ）はマイクロホン１８から加算器３１１に入力される送話入力信号を示し、ｅ（ｋ）は加算器３１１から出力される残差エコー信号を示す。
【００１９】
図３は、適応フィルタ制御部３２を示す。適応フィルタ制御部３２は、送話信号路２２Ｂから信号をサンプリングするサンプリング部３２０と、所定の平均値を求める平均値演算部３２１と、所定の分散を求める分散演算部３２２と、平均値演算部３２１が求めた所定の平均値の妥当性を判断する第１および第２の判断部３２３，３２４と、平均値演算部３２１が求めた所定の平均値が第１および第２の判断部３２３，３２４により妥当であると判断されたとき、所定の平均値に基づいて適応フィルタ３１０のタップ係数を修正する係数修正部３２５とを備える。
【００２０】
サンプリング部３２０は、適応フィルタ３１０から予測エコー信号ｙ（ｋ）を取得するとともに、加算器３１１より後段の送話信号路２２Ｂから残差エコー信号ｅ（ｋ）を複数回サンプリングするものである。
【００２１】
平均値演算部３２１は、サンプリング部３２０からの予測エコー信号ｙ（ｋ）と残差エコー信号ｅ（ｋ）に基づいて、マイクロホン１８からの送話入力信号ｍ（ｋ）と予測エコー信号ｙ（ｋ）との比の平均値を求めるように構成されている。
【００２２】
すなわち、マイクロホン１８に入力する送話信号をｓ（ｋ）とすると、マイクロホン１８からの送話入力信号ｍ（ｋ）は、
【００２３】
【数２】
2006094355.tif 000004
と表せる。
【００２４】
ここで、送話入力信号ｍ（ｋ）と予測エコー信号ｙ（ｋ）との比ｍ（ｋ）／ｙ（ｋ）をｍｙｒ（ｋ）とおくと、送話入力信号ｍ（ｋ）と予測エコー信号ｙ（ｋ）との比は、
【００２５】
【数３】
2006094355.tif 000005
となる。
【００２６】
平均値演算部３２１は、０≦ｌ＜Ｎにおけるｍｙｒ（ｋ−ｌ）の平均値αm（ｋ）を求める。このとき、ｙ（ｋ−ｌ）が０に近いときは、送話信号ｓ（ｋ−ｌ）の影響が無視できなくなるため平均値の計算から除外する。
【００２７】
分散演算部３２２は、サンプリング部３２０からの予測エコー信号ｙ（ｋ）、残差エコー信号ｅ（ｋ）、および平均値演算部３２１からの平均値αm（ｋ）に基づいて、０≦ｌ＜Ｎにおけるｍｙｒ（ｋ−ｌ）の散らばり具合である分散Ｖ（ｋ）を次式により求める。
【００２８】
【数４】
2006094355.tif 000006
【００２９】
第１の判断部３２３は、
【００３０】
【数５】
2006094355.tif 000007
が所定値αminより大きいか否かを判断し、その結果を第２の判断部３２４に出力するように構成されている。
【００３１】
第２の判断部３２４は、第１の判断部３２３から上記[数５]が所定値αminより大きいと判断された場合は、分散演算部３２２からの演算結果に基づいて
【００３２】
【数６】
2006094355.tif 000008
が所定値Ｖmaxより小さいか否かを判断し、その結果を係数修正部３２５に出力するように構成されている。
【００３３】
係数修正部３２５は、第２の判断部３２４が上記[数６]が所定値Ｖmaxより小さいと判断された場合は、受話ゲイン調節部２３Ａあるいは送話ゲイン調節部２３Ｂでゲインがαm（ｋ）倍されたと判断して適応フィルタ３１０のタップ係数ｈ（ｋ）をαm（ｋ）倍するように修正するものである。
【００３４】
（実施の形態の動作）
次に、本実施の形態の動作を説明する。
【００３５】
（１）ゲイン調節前の音声処理装置の動作
入力端子２１Ａに受話信号ｘ（ｋ）が入力され、受話ゲイン調節部２３Ａを介してスピーカ１６Ａ，１６Ｂから受話音声が出力されると、この受話音声の一部が壁や天井等で反射して音響エコーとなってマイクロホン１８に入力される。
【００３６】
この音響エコーは、音声処理装置３０のエコーキャンセラ３１において次のように低減される。すなわち、適応フィルタ３１０は、受話信号ｘ（ｋ）を基に予測エコー信号ｙ（ｋ）を生成し、マイクロホン１８からの送話入力信号ｍ（ｋ）からこの予測エコー信号ｙ（ｋ）を加算器３１１で差し引くことにより、送話入力信号ｍ（ｋ）に含まれる音響エコー成分が低減される。このとき、加算器３１１で低減しきれなかった残差エコー信号ｅ（ｋ）を基に自己の伝達関数を室内伝送系の伝達関数に近づけるべくタップ係数ｈ（ｋ）の更新を行う。
【００３７】
（２）ゲイン調節後の音声処理装置の動作
図４は、ゲイン調節後の音声処理装置の動作を示すフローチャートである。
適応フィルタ３１０が十分に学習され、エコーが正しく予想されている状態では、
【００３８】
【数７】
2006094355.tif 000009
であるが、この状態で再生または録音のゲインがα倍に変更されると
【００３９】
【数８】
2006094355.tif 000010
となる。
【００４０】
送話音声信号ｍ（ｋ）と予測エコー信号ｙ（ｋ）との比ｍ（ｋ）／ｙ（ｋ）は、
【００４１】
【数９】
2006094355.tif 000011
となる。送話信号ｓ（ｋ）が十分小さいときは、
【００４２】
【数１０】
2006094355.tif 000012
と表せるので、エコー信号が正しく予測されているときは、［数８］より
【００４３】
【数１１】
2006094355.tif 000013
となる。但し、特定の時刻ｋにおいてｍｙｒ（ｋ）が１以外の値αになったとしても、ゲインが変更されたのか送話信号ｓ（ｋ）の影響なのか判断できない。これを判断するために第１および第２の判断部３２３，３２４が存在する。
【００４４】
サンプリング部３２０は、残差エコー信号ｅ（ｋ）を０≦ｌ＜Ｎにおいて複数回サンプリングする。平均値演算部３２１は、残差エコー信号ｅ（ｋ）および予測エコー信号ｙ（ｋ）に基づいて、マイクロホン１８からの送話入力信号ｍ（ｋ）と予測エコー信号ｙ（ｋ）との比ｍｙｒ（ｋ−ｌ）の平均値αm（ｋ）を求める（Ｓ１）。
【００４５】
分散演算部３２２は、予測エコー信号ｙ（ｋ）、残差エコー信号ｅ（ｋ）および平均値αm（ｋ）づいて、分散Ｖ（ｋ）を求める。
【００４６】
第１の判断部３２３は、
【００４７】
【数１２】
2006094355.tif 000014
が所定値αminより大きいか否かを判断する（Ｓ２）。
【００４８】
所定値αminより大きい場合は、第２の判断部３２４は、分散演算部３２２からの演算結果に基づいて｜Ｖ（ｋ）−１｜が所定値Ｖmaxより小さいか否かを判断する（Ｓ３）。
【００４９】
所定値Ｖmaxより小さい場合は、係数修正部３２５は、タップ係数ｈ（ｋ）をαm（ｋ）倍する（Ｓ４）。
【００５０】
この実施の形態によれば、エコーキャンセラ３１が受話信号を取得してから再生された音声がマイクロホン１８に収音されてエコーキャンセラ３１に入力されるまでの経路においてゲインの変更が行われた場合でも、ゲインがαm（ｋ）倍されたと判断したときは、適応フィルタのタップ係数ｈ（ｋ）をαm（ｋ）倍することにより、適応フィルタが正しくエコー信号を予測することができるようになり、エコーキャンセラの性能の悪化を防ぐことができる。
【００５１】
［他の実施の形態］
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、その要旨を変更しない範囲内で種々な変形が可能である。受話ゲイン調節部と送話ゲイン調節部のいずれか一方を設けた構成でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態に係る音声処理装置を適用した音声通信装置の外観斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る音声通信装置の音声処理系を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る適応フィルタ制御部のブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る音声処理装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】従来のエコーキャンセラの問題点を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０  音声通信装置
１１  下部筐体
１２  キーボード
１３  送話ゲインツマミ
１４  上部筐体
１６，１６Ａ，１６Ｂ  スピーカ
１７  受話ゲインツマミ
１８  マイクロホン
１９  マウス
２０  ネットワーク
２１Ａ  入力端子
２１Ｂ        出力端子
２２Ａ        受話信号路
２２Ｂ        送話信号路
２３Ａ        受話ゲイン調節部
２３Ｂ        送話ゲイン調節部
３０  音声処理装置
３１  エコーキャンセラ
３２  適応フィルタ制御部
３１０  適応フィルタ
３１１  加算器
３２０  サンプリング部
３２１  平均値演算部
３２２  分散演算部
３２３  第１の判断部
３２４        第２の判断部
３２５        係数修正部
ｅ（ｋ）  残差エコー信号
ｍ（ｋ）  送話入力信号
ｓ（ｋ）  送話音声
ｙ（ｋ）  予測エコー信号
【図１】
2006094355.tif 000015
【図２】
2006094355.tif 000016
【図３】
2006094355.tif 000017
【図４】
2006094355.tif 000018
【図５】
2006094355.tif 000019