(57)【要約】  音声歪みの抑制に適するシステム（１）が説明される。システムは、音声出力（４）及び歪んだ所望の音声を検知するマイクロフォンアレイ（３）の間に結合されたエコーキャンセリング手段ｇ１、ｇ２、及びエコーキャンセリング手段ｇ１、ｇ２及び／又はマイクロフォンアレイ（３）と結合されたフィルター装置（７）を有する。フィルター装置の係数は、マイクロフォンアレイ（３）により検知された所望の音声の反響歪みを表す。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声歪み抑制システムであって：
音声出力及び歪んだ所望の音声を検知するマイクロフォンアレイの間に結合されたエコーキャンセリング手段、及び
前記エコーキャンセリング手段及び／又はマイクロフォンアレイと結合され、前記マイクロフォンアレイにより検知された所望の音声の反響歪みを表すフィルター係数を有するフィルター装置を有する、
システム。
【請求項２】
前記フィルター装置は、少なくとも１つのフィルター及び加算型ビーム形成器及び／又は遅延及び加算型ビーム形成器を有する、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記フィルター装置は、反響歪み及び／又は前記マイクロフォンアレイにより検知された所望の音声信号に適応するよう構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記システムは、エコーキャンセリング手段により除去されない反響がマイクロフォンアレイにより検知された音声信号の大部分を占める場合に、フィルター係数を更新するよう構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記システムは、調整段階の間にフィルター係数を更新するよう構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記システムは、少なくともフィルター装置と結合された自動フィルター係数更新制御手段を設けることを特徴とする、請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記フィルター装置は、出力を有し、及び前記システムは前記フィルター出力及び前記音声出力の間に結合された出力エコーキャンセラー手段を有する、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記自動フィルター係数更新制御手段は、前記フィルター装置の更新速度を制御する出力エコーキャンセラー手段と更に結合される、請求項７記載のシステム。
【請求項９】
前記マイクロフォンアレイの各マイクロフォンは、独立したエコーキャンセリング手段を有する、請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
フィルター装置であって、前記請求項１乃至９の何れか１項記載のシステムで用いられる、フィルター装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音声歪みを抑制するシステムに関する。前記システムは、音声出力及び歪んだ所望の音声を検知するマイクロフォンアレイの間に結合されたエコーキャンセリング手段、及びエコーキャンセリング手段及び／又はマイクロフォンアレイと結合されたフィルター装置を有する。
【０００２】
本発明はまた、システムで利用されるフィルター装置、及び音声歪み抑制方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
このようなシステムは特許文献１で知られる。既知の音声システムは、システムの拡声器出力とマイクロフォンの間に生じるエコーを除去する適応型エコーキャンセリングフィルターを有する。既知のシステムは、エコーキャンセリングフィルターと結合されたフィルター装置及びエコーキャンセリングフィルターにより除去されなかったマイクロフォン信号のエコー成分をスペクトル的に抑制するマイクロフォンを有する。
【０００４】
あるマイクロフォンは所望の音声信号を検知し、同時に他のマイクロフォンは所望の信号の干渉歪みのみを受信する。システムは、エコーキャンセリング手段及び／又は付加音声雑音障害の形式でスペクトル的に歪みを抑制するマイクロフォンアレイと結合されたフィルター装置を有して良い。
【０００５】
既知のシステムの不利点は、マイクロフォンアレイにより検知された所望の音声信号の反響歪みを低減するために効果的に利用できない点である。
【特許文献１】国際公開第９７／４５９９５号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、マイクロフォンアレイにより検知された音声信号においてエコーのテール部の反響の形式でエコー歪みを抑制する改良されたシステム及びフィルター装置の提供である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
更に本発明によるシステムでは、フィルター装置は、マイクロフォンアレイ（３）により検知された所望の音声の反響歪みを表す係数を有する。
【０００８】
既知のエコーキャンセリング手段は、マイクロフォンアレイ信号から音響エコーの第１の部分のみを除去する。エコーは、音声出力及び各マイクロフォンの間で生じ、第１の部分は一般に直接音響又は音声及び第１の部屋の反射を有する。しかしながら、第２の部分、つまり反響のエコー成分は、エコーキャンセリング手段により除去されない。本発明によるシステムでは、これは、マイクロフォンアレイにより検知される所望の音声の反響歪みの指標を有するフィルター係数を有するフィルター装置により少なくとも低減される。更に、常に実行可能ではない広いマイクロフォン間隔は、有効であるべき第２の部分の反響の低減に必要ない。
【０００９】
本発明の利点は、音声出力から生じる音響エコーの反響成分だけでなく、マイクロフォンアレイにより検知される所望の音声信号の反響成分も、本発明のシステムにより効率的に低減される点である。
【００１０】
柔軟な設計が可能な本発明によるシステムの実施例は、少なくとも１つのフィルターを有するビーム形成器、加算型ビーム形成器及び／又は遅延及び加算型ビーム形成器を有するフィルター装置を特徴とする。
【００１１】
ほとんどのフィルターの組み合わせでは、加算及び遅延要素が用いられ、所謂、一般化サイドローブキャンセラーを構成する。有利なことに、付加遅延要素は、フィルター装置に付加され、本発明によるシステムの性能を更に向上させ得る。
【００１２】
本発明によるシステムの更に別の実施例は、フィルター装置は、反響歪み及び／又はマイクロフォンアレイにより検知された所望の音声信号に適応するよう構成されていることを特徴とする。
【００１３】
この場合、フィルター係数は、例えば多かれ少なかれ部屋の固定モデルを表す代わりに、変化する反響の除去における動的特性を有するよう更新され得る。反響はまた、マイクロフォンアレイの位置及び方向のそれぞれの変化により抑制され得る。
【００１４】
本発明によるシステムの更に別の実施例は、システムは、エコーキャンセリング手段により除去されない反響がマイクロフォンアレイにより検知された音声信号の大部分を占める場合に、フィルター係数を更新するよう構成されていることを特徴とする。
【００１５】
有利なことに、フィルター装置のフィルター係数は、所望の音源がアレイにより検知された信号の大部分を閉める場合、更新されない。従って、フィルター装置の出力の不要な歪み又は所望の音声信号が除去されてしまう危険を回避する。
【００１６】
本発明によるシステムの別の実施例は、システムは調整段階の間にフィルター係数を更新するよう構成されることを特徴とする。
【００１７】
代案として、前記調整段階を必要としない場合、システムは、少なくともフィルター装置と結合された自動フィルター係数更新制御手段を設けることを特徴とする。
【００１８】
本発明によるシステムの詳細は、フィルター装置は出力を有し、及びシステムはフィルター出力及び音声出力の間に結合された出力エコーキャンセラー手段を有することを特徴とする。
【００１９】
ビーム形成器又はエコーキャンセリング手段により除去されない如何なる残存反響も、出力エコーキャンセラー手段により除去される。
【００２０】
更に、本発明によるシステムの詳細は、自動フィルター係数更新制御手段は、フィルター装置の更新速度を制御する出力エコーキャンセラー手段と更に結合されることを特徴とする。
【００２１】
出力エコーキャンセラー手段は、残存エコーの除去と別に、有利なことに、比較結果をフィルター装置の更新速度を制御する量として利用するために、残存反響レベルを他の検知された音源のレベルと比較するために、残存反響レベルの指標を提供するためにも利用され得る。
【００２２】
本発明によるシステムの更に別の実施例は、マイクロフォンアレイの各マイクロフォンはそれぞれ別のエコーキャンセリング手段を有することを特徴とする。
【００２３】
個々のエコーキャンセリング手段をマイクロフォンアレイの各マイクロフォンに適用する事により、別の直接エコー及び反響、及び検知されたアレイ信号の第１の部分は、可能な限り個別に除去され、同時にテール部の結合された残りの反響はフィルター装置及び／又は出力エコーキャンセリング手段により処理される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明によるシステム及びフィルター装置は、以下に図を参照して更なる利点と共に説明される。図中の同一の要素は同一の参照符号を用いて示される。
【００２５】
図１は、所望の信号の音声歪みの抑制に適するシステム１を示す。システムは、示されるように、拡声器２及び２つのマイクロフォン３−１、３−２を有するマイクロフォンアレイ３を有する。出力４の音声出力信号は、拡声器２により再現される。近端音源（示されない）は所望の音声を生じ、この音声はアレイ３により所望の音声信号として受信される。更に、アレイ３は、図２に明らかにされるように、雑音とは別に異なる種類の歪みの一部として、拡声器２からアレイ３への直接信号、初期（第１の部分）反射の形式のエコー、及びある指数関数的減衰の後（第２の部分）、時間の関数として一般的な部屋のインパルス応答の反響のテールとして示される所謂、反響の形式の反射を検知する。各マイクロフォン３−１、３−２は、音声出力４及び歪んだ所望の音声検知マイクロフォンアレイ３の間にそれぞれ結合された関連するエコーキャンセラーｇ１及びｇ２を有して良い。エコーキャンセリング手段ｇｉ（２つのマイクロフォンの場合、ｉ＝１、２）の全ての可能なハードウェア及び／又はソフトウェア部分は、コストを節約するため共通に利用されて良い。各エコーキャンセラーｇｉは、少なくとも直接信号及び初期反射、つまりエコーの第１の部分の効果を除去するために、拡声器２から対応するマイクロフォン３への経路をシミュレートする。これを達成する技術は、例えば参照することにより本願明細書に組み込まれる特許文献１で既知である。それぞれのエコーキャンセリング手段は、最小平均二乗（ＬＭＳ）、再帰型最小二乗、又はブロックＬＭＳ技術を用いた周波数適応型フィルターのような、種々の方法で実施されて良い。
【００２６】
各エコーキャンセリング手段ｇｉは、アレイ３の２つのマイクロフォン３−１、３−２と図示されるようにそれぞれ出力６―１、６―２を有する減算器５−１及び５−２を通じて結合される。これらの減算器の出力６―１、６―２は、それぞれエコーを除去された信号を伝える。
【００２７】
システムは、減算器５を通じてエコーキャンセリング手段ｇｉ及び／又はマイクロフォンアレイ３と結合されたビーム形成器７Ｂを有して良いフィルター装置７を有する。ビーム形成器７Ｂは、所謂一般化サイドローブキャンセラーに含まれ、音声マイクロフォン感度ローブ又は曲線を決定及び制御できる。この場合、減算器の出力６−１、６−２に２つのビーム形成器の入力信号が与えられたとすると、これらの信号は、所望の音響／音楽／音声信号及び反響のテールから生じる反響信号を有する。ビーム形成器７Ｂは、所望の信号を有する一次信号ｚ及び反響を有する基準信号ｘを抽出することにより、反響信号を識別できる。これは、示されるように一次信号を引き出すためにフィルターｆ１及びｆ２におけるフィルタリング、そして加算装置９−１におけるフィルターｆｉの出力の加算により行われる。このように、エコーを除去されたマイクロフォン信号ｕ１及びｕ２は加算され、残りの直接信号及び所望の音声の初期反射がコヒーレントに加算され、ビーム形成器の性能を向上する。更に、これは、基準信号ｘを表す反響を引き出すためにブロッキングフィルターｂ１及びｂ２におけるエコーを除去されたマイクロフォン信号のフィルタリング、そして加算装置９−２によるフィルターの出力の加算により行われる。基準信号ｘは、実質的に如何なる所望の信号成分も有さない。フィルターｂｉはＢとともに、ブロッキングマトリックスと称される。フィルターｆｉ及びｂｉは、所望の信号源に依存する方向情報を伝える。これらのフィルターは、固定又は適応型であって良い。
【００２８】
図３に示される例では、ビーム形成器７Ｂは、装置９−１の出力１０と結合され、次に加算装置９−３と結合された唯一の遅延要素８を有する。遅延要素８は、性能を向上するビーム形成器のインパルス応答に非原因部分を提供する。基準信号ｘは、図１においてｗで示される適応型フィルターへ供給される。適応型フィルターは、装置９−３の反転入力１１へ供給される。フィルター装置７のフィルターｗは、マイクロフォンアレイ３により検知された所望の信号の中の反響（第２の部分）歪みの指標を表す又は有するフィルター係数を有する。加算装置９−３はまた、加算された又はビーム形成器の出力Ｓを有する。出力Ｓは、従って適応型フィルター装置７の適応型フィルターｗで、それらの係数値が変化する反響歪みを表すようフィルター係数を適応するために利用される。非適応型の実施例では、フィルター係数は固定され推定される固定された反響のテールを除去する。
【００２９】
反転入力１１のフィルターされた反響又は反射信号は、加算装置９−３の主たる信号から差し引かれるので、加算された出力Ｓの信号は、反響のテールが除去された所望の信号のみを有する。
【００３０】
フィルター係数を適応又は更新するために、部屋の反響作用のみを考慮すれば良い。更に、部屋内の如何なる音源もそうしないので、所望の音源は要求されない。音声出力４の反響がアレイ３により検知された反響の大部分を占める場合、フィルター係数を更新することだけで良い。また、調整段階の間にフィルター係数を更新しても良い。
【００３１】
更なる実施例では、システム１はビーム形成器の出力Ｓと出力４の間に結合された出力エコーキャンセラー手段ｇ３を有する。この場合、遅延手段１２は、直接信号及び既にエコーキャンセリング手段ｇｉにより除去された初期反射に対応するＮ個のサンプルの遅延を提供する。システム１が自動ビーム形成器の係数更新制御手段１３を設ける場合、これら手段は、ビーム形成器７及びフィルターｗの更新速度を制御する出力エコーキャンセラー手段ｇ３と結合される。フィルターｗの更新速度は、例えば他の音声又は部屋に存在する音源に関連する反響エコーレベルの指標により制御されて良い。このような指標は、フィルター装置７の更新速度を制御するため、望ましくは時間及び周波数領域の両方で実行される。
【００３２】
図３は、３つのマイクロフォン３−１、３−２、３−３のアレイを有するフィルター装置７の実施例を示す。基本的に複数のマイクロフォンが可能である。しかしながら、以上に説明された原理の概要は同じである。ブロックマトリックスは、１つのブロックＢに纏められて良い。異なる基準信号ｘ１及びｘ２は、一般に適応型の個別のフィルターｗ１及びｗ２を有するフィルター７Ａに供給されて良い。望ましい遅延要素では、Δは、３つのマイクロフォン３とそれぞれ結合されるフィルターｆ１、ｆ２及びｆ３の前又は後で分割されて良い。別の遅延要素Δは、拡声器２とマイクロフォン３の間の期待される個々の遅延を考慮するため、各可能なマイクロフォンから加算装置９−１へのそれぞれ分岐に含まれ得る。
【００３３】
システム１がそれ自身で起動しない場合、如何なる遠端信号も存在しないので、拡声器の信号、例えば、雑音シーケンス又はある種の開始音が生成され得る。
【００３４】
以上に説明されたシステムは、例えばハンズフリースピーカーフォンのようなハンズフリー通信システム、例えば家庭又は医療用途で音声により制御されるシステム、会議システム、音声認識システム又は類似のもので利用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明によるシステムの可能な実施例を有する全体図を示す。
【図２】直接信号、初期反射及び一般的な部屋のインパルス応答の後に生じる反響のテールを時間の関数として示す。
【図３】図１のシステムの拡張に適用する、３つのマイクロフォンのアレイを有する一般化サイドローブキャンセラーの形式のフィルター装置の本発明による実施例を示す。
【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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