(57)【要約】  エコー推定値を計算する２つ以上の適応フィルタを有するエコーキャンセラが開示される。それによって、適応フィルタは個別の更新制御基準を適用する適応制御機構をそれぞれ有する。適応フィルタは直列に構成される。適応フィルタの各適応制御機構は、直接エコーと拡散エコーとの双方に個別の更新制御基準を適用してもよい。複数のステップサイズ低減方策が提示される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エコー推定値を計算する２つ以上の適応フィルタを有するエコーキャンセラであって、
前記適応フィルタは、個別の更新制御基準を適用する適応制御機構をそれぞれ有し、
前記適応フィルタのうち少なくとも２つは直列に構成されるエコーキャンセラ。
【請求項２】
請求項１に記載のエコーキャンセラであって、
第１の適応フィルタは、エコー部分をキャンセルするように構成され、
第２の適応フィルタは、残りのエコー部分を少なくともキャンセルするように構成されることを特徴とするエコーキャンセラ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のエコーキャンセラであって、
前記エコーキャンセラは、第２又は更なる適応フィルタに結合された遅延素子を有することを特徴とするエコーキャンセラ。
【請求項４】
請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載のエコーキャンセラであって、
前記第１の適応フィルタは、直接エコーをキャンセルするように構成され、
前記第２の適応フィルタは、拡散エコーをキャンセルするように構成されることを特徴とするエコーキャンセラ。
【請求項５】
請求項１ないし４のうちいずれか１項に記載のエコーキャンセラであって、
前記エコーキャンセラは、前記エコーキャンセラに供給される近端スピーチのスペクトルパワーが各閾値レベルを超過したときに、各ステップサイズを低減するために少なくとも１つの前記適応制御機構に結合された閾値手段を有することを特徴とするエコーキャンセラ。
【請求項６】
請求項５に記載のエコーキャンセラであって、
前記直接及び／又は拡散エコー部分の前記適応制御機構に適用される前記閾値レベルは、前記エコーキャンセラに供給される遠端信号のスペクトルパワーに依存することを特徴とするエコーキャンセラ。
【請求項７】
請求項６に記載のエコーキャンセラであって、
前記エコーキャンセラに供給される前記遠端信号のスペクトルパワーの依存性は、調整可能な結合係数を通じて線形従属であるエコーキャンセラ。
【請求項８】
請求項６又は７に記載のエコーキャンセラであって、
直接エコーのキャンセルの前記閾値レベルは、エコー低減関数により多重された前記遠端信号のスペクトルパワーに関係することを特徴とするエコーキャンセラ。
【請求項９】
請求項１ないし８のうちいずれか１項に記載のエコーキャンセラを有する電話、特に携帯電話。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エコー推定値を計算する２つ以上の適応フィルタを有するエコーキャンセラに関し、適応フィルタは、個別の更新制御基準を適用する適応制御機構をそれぞれ有する。
【０００２】
本発明はまた、このようなエコーキャンセラを備えている電話（特に携帯電話）に関する。
【背景技術】
【０００３】
このようなエコーキャンセラは、A.Mader他による“Step-Size  Control  For  Acoustic  Echo  Cancellation  Filters  -  An  Overview”（Signal  Processing  80(2000)、1697-1719ページ）という題の文献から既知である。既知のエコーキャンセラは、適応参照エコーキャンセラフィルタ（adaptive-reference-echo  canceller  filter）及び適応シャドーエコーキャンセラフィルタ（adaptive-shadow-echo  canceller  filter）の並列構成を開示している。双方のフィルタは同様に適応されるが、異なるステップサイズを有し、並列シャドーフィルタは、ハンドフリー電話で使用されるようなスピーカ内蔵マイクロフォンシステムに適合される。シャドーフィルタの適応制御機構は、遠隔信号又はスピーカ信号が所定の閾値より下になる場合に適応が中止するように構成される。更に、参照フィルタに比較して、半分以下のみの数の係数がシャドーフィルタで使用される。内蔵の転位の場合に、シャドーフィルタは参照フィルタよりスピーカ内蔵マイクロフォンのエコー経路により良く適合されるように適応制御が行われる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特にハンドフリー動作中に携帯電話で生じるような近端スピーチ（near  end  speech）に対してロバストな更に発展したエコーキャンセラを提供することが、本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によるエコーキャンセラでは、少なくとも２つの適応フィルタが直列に構成される。
【０００６】
有利には、本発明によるエコーキャンセラは、第１の適応フィルタのエコーキャンセル済の出力信号を使用し、第２の又は場合によっては更なる適応フィルタを用いて更にエコーをキャンセルする。マイクロフォン信号からのエコーを外すこの方法は、近端スピーチ（near  end  speech）及び二重トーク（double  talk）に対して、本発明によるエコーキャンセラのロバスト性の改善を生じる。このことは、場合によってはハンドフリー装置を備えた電話のように、所望の近端スピーチと比較して強いエコーの場合に、本発明によるエコーキャンセラの適用を有利にする。各適応フィルタはその自分の個別の更新時間制御方策を適用してもよい。その更新時間制御方策は、関係する用途を前提としたエコー信号強度のように、例えば予想される種類のエコーに依存してもよい。
【０００７】
本発明によるエコーキャンセラの実施例は、第１の適応フィルタがエコー部分をキャンセルするように構成され、第２の適応フィルタが残りのエコー部分を少なくともキャンセルするように構成されることを特徴とする。
【０００８】
エコー領域を２つ又は場合によってはそれより多くの異なる部分に分割することにより、エコーキャンセルを最適化するために、異なるエコー部分をキャンセルするための各適応フィルタの更新制御基準を調整することが可能になる。
【０００９】
実際の実装では、本発明によるエコーキャンセラは、エコーキャンセラが第２又は更なる適応フィルタに結合された遅延素子を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明によるエコーキャンセラの好ましい実施例は、第１の適応フィルタが直接エコーをキャンセルするように構成され、第２の適応フィルタが拡散エコーをキャンセルするように構成されることを特徴とする。
【００１１】
一般的に、直接エコー部分は、スピーカからマイクロフォンへの直接エコーを有し、場合によっては、周囲及びマイクロフォンへのスピーカ信号の１つ以上の第１の反射を有する。エコーインパルス応答の指数関数的に減衰する反響後部である拡散エコー部分は、一般的に部屋の中でのハンドヘルドオーディオ装置の移動によりもたらされる。ここで、有利には、直接エコー部分は拡散エコー部分と異なって扱われ得る。このことは、携帯電話装置の場合のように、このようなエコー部分及び／又はその発生源が全体のエコー領域で区別可能な場合には特に重要である。
【００１２】
本発明によるエコーキャンセラの更なる実施例は、エコーキャンセラに供給される近端スピーチのスペクトルパワーが各閾値レベルを超過したときに、エコーキャンセラが各ステップサイズを低減するために少なくとも１つの適応制御機構に結合された閾値手段を有することを特徴とする。
【００１３】
この実施例では、制御機構によるステップサイズの個別の減速又は低減は、複数の区別されたエコー部分のうち少なくとも１つの効率的なロバストの低減について実現され得る。
【００１４】
本発明によるエコーキャンセラの更に別の実施例は、直接及び／又は拡散エコー部分の適応制御機構に適用される閾値レベルが、エコーキャンセラに供給される遠端信号（far  end  signal）のスペクトルパワーに依存することを特徴とする。
【００１５】
このように、遠端信号は、関係するマイクロフォンにより検出される直接エコーの指標を有する推定値として受け取られる。例えば、依存性は調整可能な結合係数を用いて線形的でもよい。
【００１６】
本発明によるエコーキャンセラのその他の実施例は、直接エコーのキャンセルの閾値レベルがエコー低減関数により多重された遠端信号のスペクトルパワーに関係することを特徴とする。
【００１７】
エコー低減関数は、例えば１の値から始まり、次第に小さくなると、元々の場合より所望の近端スピーチの小さいスペクトルパワー値にステップサイズの減速の状態に応じるように導く。一般的に、エコー低減関数は、特に関係する適応フィルタの収束中に、又はマイクロフォン及び／又はスピーカのエコー経路又は位置の変更時に、それに従って測定されて調整されてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明によるエコーキャンセラについて、添付図面を参照して、更なる利点と共に更に説明する。類似の構成要素は同じ参照符号で示されている。
【００１９】
図１は、通信装置（例えばオーディオ装置、特に場合によっては既知のハンドフリー形式の電話）に適用可能なエコーキャンセラ1の実施例の概略を示している。特に、通信回線2の１つの近端が図１に図示されており、他方の端は遠端と呼ばれる。遠端デジタル時間ドメイン信号x(k)（kはk=1,2,...,でサンプルインデックスを示す）は、適切なデジタル・アナログ装置及び増幅器（図示せず）を介してスピーカ3に供給される。特にスピーカ3とマイクロフォン4とが近くにある用途で、又はスピーカが起動したときに部分y(k)がこの場合には１つのマイクロフォン4で検出される用途で、信号は人により聞き取られる。実際に、信号y(k)はx(k)とh(k)との畳み込みであり、後者は装置が配置されている家及び／又は部屋のインパルス応答である。しかし、ノイズ以外に、マイクロフォン4はまた、近端スピーカからスピーチs(k)をも検出する。マイクロフォン信号z(k)は、マイクロフォン4により検出された全ての信号の結合を有する。エコーキャンセラ1は、信号x(k)が入力される第１の適応フィルタ5と、加算器6がフィルタ5に結合されるフィルタ出力信号
【００２０】
（外１）
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を運ぶ負の入力7-1、及びマイクロフォン4に結合された信号z(k)を運ぶ正の入力7-2を有し、加算器の出力信号r’(k)を運ぶ出力8を有する加算器6とを有する第１の適応フィルタ5を有する。第１の適応フィルタ5は既知の方法で機能する。適応フィルタ5は、それぞれ
【００２１】
（外２）
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で示すNのフィルタ係数ベクトルを有する。そのNのフィルタ係数ベクトルは、各サンプルインデックスkの間に更新され、それにより、収束後にこれらのNのフィルタ係数が有限の実際のインパルス応答h(k)を示す。電気音響エコーモデルによれば、前記の個々の畳み込みは以下により記述される。
【００２２】
【数１】
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この時点で、加算器の出力信号
【００２３】
【数２】
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は、エコーキャンセル済の信号を有する。いわゆる残留信号r’(k)のスペクトルパワーPr’r’(k)を最小化することによりエコーを最小化するために、複数の方策が適用されてもよい。実装される既知の方策の例には、Affine  Projection  Algorithms(APA)、Frequency  Domain  Adaptive  Filtering(FDAF)及びSub-band  Adaptive  Filtering(SAF)がある。
【００２４】
例えば、正規化最小二乗平均（NLMS：Normalised  Least  Mean  Square）が以下のように公式化される。
【００２５】
【数３】
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ただし、α(k)は適応定数であり、適応フィルタ5のステップサイズとも呼ばれ、0と2の間の範囲にある。いわゆるWiener状態では、フィルタ係数は最適である。α(k)の値が大きいほど、適応処理はWiener状態に早く収束する。しかし、この状態に到達すると、係数は大きく変動し、いわゆる誤調整を生じる。更に、所望のスピーチs(k)の存在は、適応処理に対する外乱として動作する。エコーキャンセラ1は適応制御機構9を有し、一方での収束速度の最適化と、他方での所望のスピーチの存在のロバスト性の最適化とに関して相反する要件に対処するために、適応方策（特にステップサイズ及び更新周波数）が制御される。一般的に、複数の種類の適応制御技術（特にステップサイズの制御方策）が存在する。
【００２６】
図２は、一般的な携帯電話で予想される一種のエコーに関するデジタル音響インパルス応答のグラフを示している。インパルス応答の直接部分と拡散部分との間にかなり明らかな遷移が区別され得ることがわかる。スピーカ3とマイクロフォン4とが近くに配置されるほど、この遷移は明らかになる。従って、この遷移は少なくとも事前にわかる。この認識は、フィルタ2に第１のもの（特に直接エコーインパルス部分）をキャンセルさせ、第２の適応フィルタ10をフィルタ5と直列に結合することにより、エコーキャンセラ1に適用される。第２のフィルタは残りのエコー部分をキャンセルする。第２のフィルタ10は、その自分の適応方策（特にステップサイズ及び更新周波数）を適用する適応制御機構11を有する。この方策は、残りのエコー部分（特に直接エコー部分より小さいエネルギーを有する拡散エコー部分）をキャンセルするように最適化される。拡散エコー部分は図３に示す。各フィルタ2及び10に適用される個別の適応制御機構は、同じでもよく、相互に異なってもよい。
【００２７】
１つのステップサイズ制御方法は、スピーカ3とマイクロフォン4との間の結合についての事前の情報を使用する。信号y(k)及びs(k)が無相関であることを仮定すると、逆ステップサイズは以下のように定義され得る。
【００２８】
【数４】
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実際には、Pss(k)の代わりにスペクトルパワーPr’r’(k)と、Pyy(k)の代わりにC’Pxx(k)とを取る。ただし、C’は何らかの調整可能な結合関数である。これは、収束速度の小さい劣化にしか導かない。この方法は、直接又は拡散エコー部分をそれぞれキャンセルするために、フィルタ2及び／又は10のうち１つに実装されてもよい。
【００２９】
その他のステップサイズ制御方法は、スピーカ3とマイクロフォン4との間の結合についての事前情報と、適応フィルタ5、10自体によるエコー低減についての情報とを使用する。同様に、逆ステップサイズは以下のように定義される。
【００３０】
【数５】
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ただし、
【００３１】
【数６】
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である。同様に、この方法は、直接又は拡散エコー部分をそれぞれキャンセルするために、フィルタ5及び／又は10のうち１つに実装されてもよい。
【００３２】
適応直接エコーフィルタ2に前記の式(4)を実装し、拡散エコーフィルタ10に前記の式(3)を実装することが好ましい。第２のフィルタ10で直接エコー領域のモデル化をスキップするために、エコーキャンセラ1は適切な遅延素子12を有する。
【００３３】
エコーキャンセラ1は、エコーキャンセラ1に供給される近端スピーチ信号s(k)のスペクトルパワーが各閾値を超過したときに関係するステップサイズを低減するために、適応制御機構9、11のうち一方又は双方に結合された閾値手段13、14を有してもよい。例えば、直接又は拡散エコーキャンセルのための適応ステップサイズは、Pss(k)がそれぞれC’Pxx(k)又はC’’Pxx(k)の閾値レベルを超過したときに減速してもよい。同様に、C’及びC’’は調整可能な結合関数である。これらの場合、閾値レベルは、エコーキャンセラ1に供給される遠端信号x(k)のスペクトルパワーに依存する。大きい直接エコーが近端スピーチs(k)を支配する場合、直接フィルタ5の適応制御機構9による直接領域の適応は、決して減速しない。従って、直接エコーキャンセルの閾値レベルは、エコー低減関数Rで多重化された遠端信号x(k)のスペクトルパワーに関係する。直接エコーキャンセルに関するステップサイズはPss(k)がC’RPxx(k)の閾値レベルを超過したときに低減されてもよい。例えばエコー低減関数は減衰し、１で開始して、最終的な直接エコー適応が元々の場合より早く減速するようにゆるやかに減衰するように調整されてもよい。
【００３４】
本質的には、２つより多くの適応フィルタが直列構成で結合されてもよく、それにより、各適応フィルタはその自分の適応方策を適用するために個別の適応制御機構を有する。このように、各フィルタはエコーインパルス応答の指定部分をキャンセルすることに専念し、それに最適化され得る。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明によるエコーキャンセラの実施例である。
【図２】一般的な携帯電話のデジタル音響インパルス応答h(i)のグラフである。
【図３】図２のデジタルインパルス応答のエネルギー減衰曲線（EDC：Energy  Decay  Curve）のグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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