(57)【要約】例えばエコー又はノイズのような干渉をモデル化するための適応フィルタと、近端スピーチ及び干渉と共に、モデル化された干渉を処理するためのスペクトルプロセッサと、を有する干渉キャンセラが、記載されている。干渉キャンセラは更に、スペクトルプロセッサにミスマッチ信号を供給する、適応フィルタに結合された干渉モデルミスマッチ補償器を有し、前記ミスマッチ信号は、スピーチに依存しない減衰を示す。干渉キャンセラのモデルミスマッチ信号により、干渉パワースペクトルは、非常に正確に評価されることができ、これによって、音響キャンセラの有意な収束の改善をもたらす。特に通信セッションの開始時の初期の収束フェーズにおいて、音響キャンセラの高品質の動作が達成される。これは、ユーザの最初の品質印象を決定するので重要である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
干渉をモデル化する適応フィルタと、
近端スピーチ及び前記実際の干渉と共に、前記モデル化された干渉を処理するスペクトルプロセッサと、
を有する干渉キャンセラであって、
前記適応フィルタに結合され、ミスマッチ信号を前記スペクトルプロセッサに供給する干渉モデルミスマッチ補償器を更に有し、前記ミスマッチ信号が、スピーチに依存しない減衰を示すことを特徴とする干渉キャンセラ。
【請求項２】
前記干渉モデルミスマッチ補償器に結合されるステップサイズ評価器を有することを特徴とする、請求項１に記載の干渉キャンセラ。
【請求項３】
前記干渉モデルミスマッチ補償器が、前記近端スピーチ及び前記実際の干渉のスペクトル測定と前記適応フィルタの前記モデル化された干渉との比の最小値に基づいて、干渉モデルミスマッチ評価を計算するように構成されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の干渉キャンセラ。
【請求項４】
前記比の前記最小値が、タイムスパンを通じて決定されることを特徴とする、請求項３に記載の干渉キャンセラ。
【請求項５】
前記タイムスパンが、前記スピーチの少なくとも１つのポーズを含むことを特徴とする、請求項４に記載の干渉キャンセラ。
【請求項６】
前記タイムスパンが、少なくとも４乃至５秒つづくことを特徴とする、請求項４又は５に記載の干渉キャンセラ。
【請求項７】
前記スペクトル測定が、スペクトルの大きさ、スペクトルの平方大きさ、パワースペクトル密度又はメルスケールスペクトル密度のような、当該のスペクトルパワーの或る正関数によって規定されることを特徴とする、請求項３乃至請求項６のいずれか１項に記載の干渉キャンセラ。
【請求項８】
前記干渉キャンセラが、エコーキャンセラ及び／又はノイズキャンセラとして具体化されることを特徴とする、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の干渉キャンセラ。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の干渉キャンセラを備えるシステム、特に、移動電話、スピーチ認識システム又はボイス制御システムのようなハンズフリー通信装置のような通信システムであって、前記干渉キャンセラが、実際の干渉をモデル化する適応フィルタと、近端スピーチ及び前記実際の干渉と共に、前記モデル化された干渉を処理するスペクトルプロセッサと、を有する、システムであって、
前記干渉キャンセラが更に、前記適応フィルタに結合され、ミスマッチ信号を前記スペクトルプロセッサに供給する干渉モデルミスマッチ補償器を有し、前記ミスマッチ信号が、スピーチに依存しない減衰を示すことを特徴とする、システム。
【請求項１０】
干渉をキャンセルするための方法であって、当該方法によって、実際の干渉がモデル化されるとともに、前記モデル化された干渉、近端スピーチ及び前記実際の干渉が処理される、方法であって、
干渉モデルミスマッチ信号が、前記実際の干渉をモデル化するために使用され、前記ミスマッチ信号が、スピーチに依存しない減衰を示すことを特徴とする、方法。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の干渉キャンセラで使用するのに適した信号であって、前記干渉キャンセラが、実際の干渉をモデル化する適応フィルタと、前記モデル化された干渉、近端スピーチ及び前記実際の干渉を処理するスペクトルプロセッサと、を有する、信号であって、
前記干渉キャンセラが更に、前記適応フィルタに結合され、ミスマッチ信号を前記スペクトルプロセッサに供給する、干渉モデルミスマッチ補償器を有し、前記ミスマッチ信号が、スピーチに依存しない減衰を示すことを特徴とする信号。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、実際の干渉をモデル化するための適応フィルタと、近端（ニアエンド）スピーチ及び実際の干渉と共に、モデル化された干渉を処理するためのスペクトルプロセッサと、を有する干渉キャンセラに関する。
【０００２】
本発明は更に、このような干渉キャンセラを備えるシステム、特に、例えば移動電話、スピーチ認識システム又はボイス制御システムのようなのハンズフリー通信装置である通信システムと、例えばエコー及び／又はノイズのような干渉をキャンセルするための方法と、干渉キャンセラで使用するのに適した信号と、に関する。
【背景技術】
【０００３】
このような干渉キャンセラ、システム及び方法は、国際公開第９７／４５９９５号（＝欧州特許出願公開第０８４３９３４号）パンフレットから知られている。知られている干渉キャンセラは、他の通信パーティ用の遠端（ファーエンド）入力部と、スピーカ用の近端出力部と、ローカルのオーディオマイクロフォン用の近端入力部と、他のパーティへの遠端出力部と、を有する。干渉キャンセラは、スピーカ及びマイクロフォンに結合される適応フィルタと、適応フィルタ及びマイクロフォンに結合されるスペクトル残余干渉プロセッサと、を有する。適応フィルタは、例えば、実際のエコーを補償するために、スピーカとマイクロフォンとの間のエコーのような実際の干渉をモデル化する。スペクトルプロセッサは、適応フィルタによって補償されない残余エコー又はエコーテール部分を抑制するための動的なエコーポストプロセッサとして働く。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
遠端パーティとローカルパーティとの間の通信セッションの開始時、個々の適応フィルタは、十分な遠端入力信号が無いため、スピーカとマイクロフォンとの間のエコー経路をモデル化することができない。これは更に、スペクトルプロセッサが、初めに、モデル化されたエコーに関する情報を受け取らず、又は不十分な情報だけを受け取ることを意味する。従って、初めに、干渉キャンセレーションは全くなく、通信セッションのこのフェーズにおいて、エコーは、十分に正確には補償されない。パーティ間でスピーチが交換されたのちにはじめて、適応フィルタが、安定した干渉補償の状態に収束され、これに続いて、スペクトル干渉ポストプロセッサの安定した処理が行われる。
【０００５】
従って、本発明の目的は、例えば通信セッションの開始時に生じるような通信条件の変更に、高速且つ正確に適応する能力が改善される干渉キャンセラを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明による干渉キャンセラは、干渉キャンセラが更に、ミスマッチ信号をスペクトルプロセッサに供給する、適応フィルタに結合された干渉モデルミスマッチ補償器を有し、前記ミスマッチ信号が、スピーチに依存しない減衰を示すことを特徴とする。
【０００７】
同様に、本発明による方法は、干渉モデルミスマッチ信号が、干渉をモデル化するために使用され、このミスマッチ信号が、スピーチに依存しない減衰を示すことを特徴とする。
【０００８】
本願発明者は、干渉キャンセラが干渉モデルを始めるために、特に適応フィルタによるエコー及び／又はノイズの構築のために、遠端スピーチが必要であるが、通信セッションの初期段階でエコーキャンセラによって不十分にエコー補償されるのは、この同じ求められている−すなわち遠端パーティに送り出される−スピーチであることを気付いた。更に、初期段階での近端スピーチの存在は、適応フィルタ及びスペクトルプロセッサによって実施される取得プロセスの高速な収束を妨げる。従って、減衰する干渉補償の特徴が、求められるスピーチに依存しないような、干渉ミスマッチ補償器が提案される。有利には、この結果として、干渉モデル化プロセスのより高速な収束が得られ、これは、通信の開始時又は通信のリカバリ後に特に重要である。更に、これは、例えばスピーカボリューム又は部屋の中の干渉特性が変わる場合に生じうるような、通信条件の変更の場合に、より高速なトラッキング及び干渉抑制を保護する。このような変更ののち、より正確な干渉キャンセリングが早い時間に達せられることは、更なる利点である。
【０００９】
最後に、ここに示される解決策が、スピーチ検出器の利用を必要としないことに注目することが重要である。これにより、本発明による干渉キャンセラは、クリティカルさが低く、簡略化され、費用対効果が優れた動作をもたらす。
【００１０】
本発明による干渉キャンセラの一実施形態は、請求項２に要点が記述された特徴を有する。
【００１１】
高速且つ正確に確立される干渉モデリングは、適応フィルタのためのステップサイズ制御を、迅速に且つ信頼性をもって最適化するためのステップサイズ評価器によって、有利に使用されることができる。
【００１２】
本発明による干渉キャンセラの別の実施形態は、請求項３の特徴を有する。
【００１３】
近端スピーチ及び干渉のスペクトル測定と適応フィルタのモデル化されたエコーとの比は、スピーチに依存しないミスマッチ信号を実現するために、有利に使用されることができる。
【００１４】
スピーチ不依存は、前記比の最小値がタイムスパンを通じて決定されるように、スピーチの中のポーズを利用することによって得ることができ、この場合、近端信号は、干渉、具体的にはエコー及び／又はノイズのみを含む。このようなタイムスパンは、少なくとも４乃至５秒続くことが好ましい。
【００１５】
一般に、前述のスペクトル測定は、例えばスペクトルの大きさ、スペクトルの平方大きさ（squared spectral magnitude）、パワースペクトル密度又はメルスケールスペクトル密度のような、当該のスペクトルパワーの或る正関数によって規定される。
【００１６】
本発明による干渉キャンセラ、システム及び方法は、それらの更なる利点と共に、添付の図面を参照して詳しく説明される。図面において、同様の構成要素は、同じ参照数字によって示されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、音響（アコースティック）エコーキャンセラ（ＡＥＣ）１として具体化される、最初に説明されるべき干渉キャンセラ１の全体像を示している。このようなＡＥＣ１は、例えば、スピーカーフォン装置、テレコンファレンス装置、又は移動電話、ハンズフリー電話等の電話装置のような、今日のほとんどの全２重通信システムにおいて、重要な構成要素である。スピーカ２及びマイクロフォン３が、ＡＥＣ１に結合されるとともに一般に互いに非常に近くに取り付けられる、今日の電話機において、このようなＡＥＣは、邪魔なローカルエコーを除去する。同じことが、主として１つ又は複数のスピーカ及びマイクロフォンがＡＥＣ１に結合されるテレコンファレンス装置にも当てはまる。
【００１８】
図１は、遠端から到来する信号ｘ［ｋ］を示し、この信号は、近端側で、スピーカ２によって再生される。添字ｋは、信号ｘがサンプリングされることを示す。近端スピーカから主に生じるスピーチｓ［ｋ］のほかに、マイクロフォン３は、スピーカ２からマイクロフォン３までのエコー経路を通じて生成される反響した遠端エコーを含む信号ｙ［ｋ］も検知する。従って、近端のマイクロフォン信号ｚ［ｋ］については、（ノイズｎ［ｋ］が無視される場合）ｚ［ｋ］＝ｓ［ｋ］＋ｙ［ｋ］となる。ＡＥＣ１は、適応フィルタ４によって、エコー評価信号、
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（以後、便宜上ｙ＾［ｋ］と示す）を生成するように動作する。エコー評価信号ｙ＾［ｋ］が、加算器５においてｚ［ｋ］から減じられることにより、信号ｒ［ｋ］が得られる。この信号ｒ［ｋ］は、理想的には、エコー信号ｙ［ｋ］を含まない。理想的には、ＡＥＣ１の出力信号でありうる信号ｒ［ｋ］は、以下スピーチ信号と呼ばれる、求められるローカルの近端信号ｓ［ｋ］のみを含む。適応フィルタ４は、エコー評価信号ｙ＾［ｋ］によって表されるエコー経路をモデル化する。２つのＡＥＣが、通信装置又は通信ネットワークの遠端及び近端においてそれぞれ必要であることに留意されたい。
【００１９】
ＡＥＣ１の動作は、その中に残余エコープロセッサ６を有することによって拡張されうる。この場合、信号ｒ’［ｋ］が、ＡＥＣ１の出力信号である。実際には、適応フィルタ４は、その有限のデジタルフィルタ長、トラッキング問題及び非線形効果のため、スピーカ２とマイクロフォン３との間の音響経路の伝達関数を常に正確にモデル化することができるわけではない。ポストプロセッサであるプロセッサ６は、これが十分なエコー抑制及びロバストネスをいつでも提供するという重要な利点をもつ。ｒ’［ｋ］と示されるエコーポストプロセッサ６の出力信号は、遠端に結合される。ポストプロセッサ６の動作は、良く知られていると考えられるが、例えば欧州特許出願公開第０  ８４３  ９３４号明細書から理解することができ、その開示は、本明細書に参照によって盛り込まれるものとする。主に、ＡＥＣ１は、任意の適応フィルタのタイプでありうる。エコーキャンセラの係数を調整するための適切なアルゴリズムの例は、最小二乗平均（ＬＭＳ）若しくは正規化ＬＭＳアルゴリズム、又は再帰的最小二乗（ＲＬＳ）アルゴリズムである。
【００２０】
遠端スピーカと近端スピーカとの間の通信セッションの開始時、適応フィルタ４及びそののちスペクトルプロセッサ６は、スピーカ２とマイクロフォン３との間の音響インパルス応答のモデルに収束し始める。遠端スピーカの信号タイプ、適応フィルタ４の長さ及びアルゴリズムで使用されるステップサイズに依存して、適応フィルタ４が収束するにはいくらかの時間がかかり、通常は数秒かかる。この間、エコー抑制は−それが仮にも存在する場合−不十分であり、結果として、パーティ間の通信の不快な開始をもたらすことになる。一般的な問題は、可能な限り迅速にマイクロフォン３から生じる信号に存在するエコーの正確なスペクトル評価を得ることである。こののちはじめて、残余エコーは、エコーサプレッサ８によって抑制されることができ、これに続き、ステップサイズを最適化するためにステップサイズの制御が行われる。これらの問題は、複雑でクリティカルなスピーチ検出器を利用する必要がある場合、解決するのが困難である。
【００２１】
そこでエコーモデルミスマッチ補償器７が使用され、これは、図２のエコーキャンセラの全体的なスキームに含まれる。補償器７は、図３に詳細に示されている。図２は、上述した信号ｒ［ｋ］、ｚ［ｋ］、ｙ＾［ｋ］の各々についてスペクトル解析及び変換を実施する個々の信号解析ブロックＡを示す。変換は結果として、ρ及びφとそれぞれ概略的に示されている上述の信号の振幅及び位相表現を与える。合成ブロックＳによる出力信号ｒ’［ｋ］の再構成のためには、プロセッサ入力信号ｒ［ｋ］の位相φ（Ｒ）だけが、変更されたパワースペクトルＲ’ｍｏｄ（ｋ）と共に使用される。Ｒ’ｍｏｄ（ｋ）の変更についてはのちに説明する。通信セッションの開始後しばらくたってから、すなわち定常状態にある場合、適応フィルタ４は、すでに収束しており、Ｒ’ｍｏｄ（ｋ）は、変更されていない前のスペクトル値Ｒ’を表す。ここで、
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（以後、便宜上、
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を、Ｙ＾と示す）が使用され、残余エコーは、残余スペクトルエコーサプレッサ８によって抑制される。この場合、エコーモデルミスマッチ補償器７の出力Ｙ＾ｍｏｄ（ｋ）は、その変更されていない入力Ｙ＾（ｋ）に等しいので、これは、収束された適応フィルタ４の評価された出力信号ｙ＾［ｋ］のパワースペクトル部分を表す。図３から、｜Ｙ＾ｍｏｄ｜＝Ｇ｜Ｙ＾｜によって規定される周波数依存のモデルミスマッチ評価Ｇは、通信セッションの開始からしばらくしたのち、すべての周波数ビンについて１に等しいことが分かる。ここで、Ｙ＾［（ｋ−ｉ）Ｂ］ｊ＞０の場合、次式に従って、それぞれの周波数ビンｊについて評価Ｇを計算することが提案される。
【数１】
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【００２２】
上式で、Ｚｊ及びＹ＾ｊは、それぞれ、マイクロフォン信号ｚ［ｋ］及び適応フィルタ出力信号ｙ＾［ｋ］の周波数ビンｊのスペクトル振幅を表し、「ｍｉｎ」は、連結かっこ間の絶対値の比の最小値が、ブロックサイズＢを有するｋブロックの全数のうち複数のＬ個の時間フレームをカバーするタイムスパンを通じてトラッキングされることを意味する。Ｙ＾［（ｋ−ｉ）Ｂ］ｊ＝０の場合、方程式（１）の絶対値比は、無限（infinite）にセットされる。方程式（１）の最小トラッキング処理を適用する効果は、ローカルの近端スピーチ（図４に点線で示される）の存在が、Ｇ［ｋＢ］ｊを増加させず、従ってエコーモデルスマッチ評価の不所望の上方へのバイアスをもたらさないことである。従って、通信セッションの開始時、スピーチは、エコーモデルの構築に不利な影響を及ぼさない。これは、｜Ｙ＾ｍｏｄ｜によって表されるミスマッチ信号を生成する方程式（１）が使用され、このミスマッチ信号が、スピーチに依存しない減衰を示すからである。
【００２３】
この振る舞いは、図４にグラフィックに示されている。図４は、時間の関数として、評価Ｇの図示される減衰を示す。ここで、Ｇの増加しない−平坦な−部分は、スピーチの期間を表し、これのエコー評価のモデルへの悪影響は、平らにされる（静められる）。これによって、歪められていないスピーチが得られる。
【００２４】
Ｌフレームより長い期間、いかなる周波数ビンｊにおいても刺激又はスピーチのない状況において、モデルミスマッチは、無限にセットされる。スペクトルポストプロセッサ６によるエコー抑制の量は、ゼロ刺激の場合にはゼロであるので、求められる信号の歪みはない。
【００２５】
好適には、方程式（１）によってカバーされるタイムスパンは、スピーチの中の少なくとも１つのポーズを含む。実際には、タイムスパンは、少なくとも４乃至５秒続く。エコーモデルミスマッチ補償器７は、良く知られたシフトレジスタを有することができ、シフトレジスタは、比の分子及び分母の連続して計算される値を記憶することができる。
【００２６】
図２は更に、エコーキャンセラ１が、特にエコーモデルミスマッチ補償器７に結合されるステップサイズ評価器８を有することを示す。これは、通信セッションの開始中にも、アルゴリズムで使用されるステップサイズが、通信の早い段階で最適化されることができるという更なる効果をもつ。この早めの最適化は、適用されるステップサイズ制御又はステップサイズ評価器８が動作する方法に、依存しない。評価器８があらゆる周波数ビンについてＹ＾を使用することに関する限り、この量は、通信セッションの開始中、有利な結果を示すために、上述の関連するＹ＾ｍｏｄと単に置き換えられることができる。更なる詳細に立ち入らずに、ステップサイズは、開始中及びその後の定常状態の間の両方の時間に、フルバンド最適ステップサイズをもたらすために、Ｙ＾ｍｏｄに関して最適化されることができる。更に、ステップサイズ制御は、周波数依存のやり方で実現されることができる。
【００２７】
上述したエコーモデルミスマッチ評価と同じく、ノイズキャンセレーションの条件が、エコーモデルミスマッチ評価と組み合わされて又は組み合わされずに、関連するノイズモデルミスマッチ評価を導入するために同様に提案されることができる。図５及び図６は、ノイズキャンセラ１として具体化される、ここで説明されるべき干渉キャンセラ１の個々の実施例を示す。図１も参照して、スピーカ２が基準信号マイクロフォン９と置き換えられることを除いて、全体像は、図５及び図６の構成と非常に似ていることが分かる。マイクロフォン９は、基準信号、ここではノイズ信号を検知し、このノイズ信号及びスピーチが、マイクロフォン３によって検出される。適応フィルタ４は、マイクロフォン９及び３の間でノイズ経路をモデル化する。ここで信号ｚ［ｋ］は、スピーチｓ［ｋ］及びノイズｎ［ｋ］を含む。適応フィルタ４によってモデル化されるノイズ評価、
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（以後、便宜上ｎ〜［ｋ］と示す）は、図２のポストプロセッサの実施例において、ｙ＾［ｋ］と同様のやり方で処理されることができる。従って、最終的にはエコー及び／又はノイズは同様に処理される。
【００２８】
図６は、ノイズキャンセラの形の干渉キャンセラ１の実施例を示す。図６において、図１のスピーカは、基準マイクロフォン９と置き換えられている。基準マイクロフォン９は、ノイズｎ［ｋ］のほかに、スピーチｓ［ｋ］の一部も検出する。図５と同様に、マイクロフォン３は、スピーチ及びノイズを検知する。スピーチ及びノイズを含む信号ｚ’［ｋ］及びノイズ信号ｎ’［ｋ］に含まれるノイズを分離するために、ビーム形成器１０が、ノイズキャンセラ１に含まれる。ビーム形成器の動作は、国際公開第９９／２７５２２号パンフレットから知られており、その開示は、参照によって本明細書に盛り込まれる。ノイズ評価、
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は、図５のノイズ評価ｎ〜［ｋ］と同様に処理される。
【００２９】
干渉キャンセラ１の干渉モデルミスマッチ評価により、適応フィルタ４がより早く収束の状態になる場合、エコー及び／又はノイズパワースペクトルは、非常に正確に評価されることができ、これによって、音響キャンセラ１の有意な改善をもたらす。特に初期の収束フェーズにおいて、音響キャンセラの高品質の動作は、それがユーザの第一印象を決定するので、重要である。
【００３０】
上述の説明は、本質的に好適な実施例及び最良の実施の形態に関して記述されており、特許請求の範囲内にあるさまざまな変更、特徴及び特徴の組み合わせが、当業者の想到する範囲内にあるので、上述の実施例は、当該のシステム及び方法の例を制限するものとして決して解釈されてはならないことが分かるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来技術による干渉キャンセラの全体像を示す図。
【図２】本発明よる干渉キャンセラに適用するためのスペクトルプロセッサの実施例を示す図。
【図３】本発明による干渉キャンセラに適用するための詳細な干渉モデルミスマッチ補償器のブロック図。
【図４】適応フィルタモデルがすべてゼロの係数から始まる初期フェーズにおける、エコーモデルミスマッチ補償器の形の図３の干渉モデルミスマッチ補償器の動作の、時間に対するグラフィック表現を示す図。
【図５】図１のスピーカが基準マイクロフォンと置き換えられている、ノイズキャンセラの形の本発明による干渉キャンセラの実施例を示す図。
【図６】ビーム形成器を有する図５と同様の実施例を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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2005533427.tif 000016