(57)【要約】【課題】適応ビームフォーマを形成するフィルタで非線形エコーを打ち消すことにより、少ない演算量で非線形エコーを抑圧すること。【解決手段】適応フィルタ４は、スピーカ３からマイクロホン１に回り込むエコーパスを推定して、自己のフィルタ係数を算出する。適応フィルタ５は、スピーカ３からマイクロホン２に回り込むエコーパスを推定して、自己のフィルタ係数を算出する。フィルタ７は、適応フィルタ５のフィルタ係数とマイクロホン１から入力した送話信号とを畳み込み演算する。フィルタ８は、適応フィルタ４のフィルタ係数とマイクロホン２から入力した送話信号とを畳み込み演算する。減算部９は、フィルタ７の畳み込み演算結果とフィルタ８の畳み込み演算結果とを減算して非線形エコーを抑圧する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声を送話信号に変換する第１および第２のマイクロホンと、
受話信号を音声に変換するスピーカと、
前記第１のマイクロホンで変換した前記送話信号および前記受話信号に基づいて、前記スピーカから前記第１のマイクロホンに回り込むエコーパスを推定するとともに、推定した前記エコーパスの特性とフィルタ特性が一致する自己のフィルタ係数を求める第１の適応フィルタと、
前記第２のマイクロホンで変換した前記送話信号および前記受話信号に基づいて、前記スピーカから前記第２のマイクロホンに回り込むエコーパスを推定するとともに、推定した前記エコーパスの特性とフィルタ特性が一致する自己のフィルタ係数を求める第２の適応フィルタと、
前記第２の適応フィルタのフィルタ係数と、前記第１のマイクロホンで変換した前記送話信号とを畳み込み演算する第１フィルタと、
前記第１の適応フィルタのフィルタ係数と、前記第２のマイクロホンで変換した前記送話信号とを畳み込み演算する第２フィルタと、
前記第１フィルタによる畳み込み演算の結果と前記第２フィルタによる畳み込み演算の結果とを減算する減算手段と、
を具備する非線形エコーキャンセラ装置。
【請求項２】
前記受話信号のレベルが所定の閾値より小さいときに前記第１の適応フィルタおよび前記第２の適応フィルタが前記推定を行うよう前記第１の適応フィルタおよび前記第２の適応フィルタを制御する適応制御部を有する請求項１記載の非線形エコーキャンセラ装置。
【請求項３】
受話信号よりも広い周波数特性を有する信号を発生する信号発生手段と、
前記信号発生手段が発生する前記信号を前記受話信号に加算する加算手段とを具備し、
前記第１の適応フィルタは、前記第１のマイクロホンで変換した前記送話信号および前記加算手段で前記信号を加算した前記受話信号に基づいて前記エコーパスを推定し、
前記第２の適応フィルタは、前記第２のマイクロホンで変換した前記送話信号および前記加算手段で前記信号を加算した前記受話信号に基づいて前記エコーパスを推定する請求項１または請求項２記載の非線形エコーキャンセラ装置。
【請求項４】
前記第１のマイクロホンまたは第２のマイクロホンで変換した前記送話信号と前記減算手段で非線形エコーを抑圧した前記送話信号とに基づいて、前記減算手段で抑圧できずに残留する残留エコーを抑圧する自己のフィルタ係数を求める第３の適応フィルタを具備する請求項１から請求項３のいずれかに記載の非線形エコーキャンセラ装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の非線形エコーキャンセラ装置を具備する携帯端末装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に適応ビームフォーマを形成する非線形エコーキャンセラ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ハンズフリー携帯端末などにおいては、スピーカとマイクロホンとの間で生じる音響エコーを補償して軽減することにより、通話品質を改善する音響エコーキャンセラ装置が用いられている。従来の非線形エコーキャンセラ装置は線形適応フィルタを用いて構成することが一般的である。
【０００３】
しかし、スピーカ特性に非線形の要因が存在するときには、線形適応フィルタでは音響エコー抑圧性能が劣化することが知られている。特に、携帯電話端末装置など携帯端末に用いられるスピーカは小型であることが必須であり、かつ安価なものが要請されるため、非線形が強くなり、音響エコーを完全に抑圧することができなくて相当量の残留エコーが残り、通話品質が低いという問題があった。
【０００４】
この問題に対処するために、従来から音声スイッチを送話信号経路および受話信号経路に入れることによって残留エコーを抑圧する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には音響エコーキャンセラと音声スイッチとを組み合わせて、音響エコーの影響を軽減する構成が示されている。具体的には、特許文献１では、送話信号パワーと受話信号パワーとを比較し、受話信号パワーが送話信号パワーより大きい場合に、音声スイッチの働きにより送話信号を遮断あるいは減衰させる構成を採っている。
【０００５】
また、別の非線形音響エコーを抑圧する方法としては、非線形適応フィルタであるVolterraフィルタを用いるものが知られている（例えば、特許文献２参照）。更に特許文献２には、Volterraフィルタの演算量を軽減するためにサブバンドフィルタを用いる方法が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−３４１１７８号公報
【特許文献２】特開２００３−２７３７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような従来の非線形エコーキャンセラ装置にはそれぞれ次のような解決すべき課題がある。
【０００７】
すなわち、特許文献１に示された音声スイッチは時間領域で受話信号パワーと送話信号パワーに基づいて残留エコーの抑圧を行うため、受話信号と送話信号が同時に存在するとき、伝送すべき送信話者の音声信号の減衰が避けられず、送信話者の音質が劣化するという課題があった。
【０００８】
また、特許文献２に記載されているように、非線形適応フィルタであるVolterraフィルタを利用する方法は、非線形エコーに対処する有効な解決法と考えられるが、サブバンドフィルタを用いて演算する場合であっても、携帯端末など小型装置に搭載した場合、演算量が多すぎるという課題があった。更に、本発明の発明者は、実現性が高いとされる２次Volterraフィルタを用いても、携帯端末に用いられるスピーカの非線形特性を近似することが困難であることをシミュレーションによる検証で確認している。
【０００９】
本発明は、このような課題に鑑みなされたもので、適応ビームフォーマを形成するフィルタを用いて非線形エコーを打ち消すことにより、少ない演算量で非線形エコーを抑圧することができる非線形エコーキャンセラ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる課題を解決するため、本発明の非線形エコーキャンセラ装置は、音声を送話信号に変換する第１および第２のマイクロホンと、受話信号を音声に変換するスピーカと、前記第１のマイクロホンで変換した前記送話信号および前記受話信号に基づいて、前記スピーカから前記第１のマイクロホンに回り込むエコーパスを推定するとともに、推定した前記エコーパスの特性とフィルタ特性が一致する自己のフィルタ係数を求める第１の適応フィルタと、前記第２のマイクロホンで変換した前記送話信号および前記受話信号に基づいて、前記スピーカから前記第２のマイクロホンに回り込むエコーパスを推定するとともに、推定した前記エコーパスの特性とフィルタ特性が一致する自己のフィルタ係数を求める第２の適応フィルタと、前記第２の適応フィルタのフィルタ係数と、前記第１のマイクロホンで変換した前記送話信号とを畳み込み演算する第１フィルタと、前記第１の適応フィルタのフィルタ係数と、前記第２のマイクロホンで変換した前記送話信号とを畳み込み演算する第２フィルタと、前記第１フィルタによる畳み込み演算の結果と前記第２フィルタによる畳み込み演算の結果とを減算する減算手段と、を具備する構成を採る。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、適応ビームフォーマを形成するフィルタを用いて非線形エコーを打ち消すことにより、少ない演算量で非線形エコーを抑圧することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る非線形エコーキャンセラ装置１００の構成を示すブロック図である。図１の非線形エコーキャンセラ装置１００は、携帯端末装置に適用することができる。図１において、非線形エコーキャンセラ装置１００は、送信側のマイクロホン１と、送信側のマイクロホン２と、受信側のスピーカ３を備える送受信部分Ａと、適応フィルタ４と、適応フィルタ５と、適応制御部６を備えるエコーパスの特性を推定するための学習部分Ｂと、フィルタ７と、フィルタ８と、減算部９と、補正部１０を備える非線形エコーを打消すためのキャンセル部分Ｃと、から主に構成される。
【００１４】
第１のマイクロホンとしてのマイクロホン１は、音声を送話信号に変換するとともに、送話信号を電気信号に変換して適応フィルタ４及びフィルタ７へ出力する。
【００１５】
第２のマイクロホンとしてのマイクロホン２は、外部から入力した音声を送話信号に変換するとともに、送話信号を電気信号に変換して適応フィルタ５及びフィルタ８へ出力する。
【００１６】
スピーカ３は、入力した受話信号を音声信号に変換して外部へ出力する。
【００１７】
第１の適応フィルタとしての適応フィルタ４は、マイクロホン１から入力する電気信号に変換した送話信号およびスピーカ３に入力する受話信号に基づいて、スピーカ３からマイクロホン１に回り込むエコーパスを推定し、推定結果に基づき適応フィルタ４のフィルタ係数を求める。そして、適応フィルタ４は、求めたフィルタ係数をフィルタ８へ出力する。
【００１８】
第２の適応フィルタとしての適応フィルタ５は、マイクロホン２から入力する電気信号に変換した送話信号およびスピーカ３に入力する受話信号に基づいて、スピーカ３からマイクロホン２に回り込むエコーパスを推定し、推定結果に基づき適応フィルタ５のフィルタ係数を求める。そして、適応フィルタ５は、求めたフィルタ係数をフィルタ７へ出力する。
【００１９】
適応制御部６は、スピーカ３に入力する受話信号のレベルが小さいときは、スピーカ３の非線形特性が弱まる性質を利用して、より正確にエコーパスを推定するために、適応フィルタ４および適応フィルタ５を調整する条件を設定する。例えば、適応制御部６は、スピーカ３に入力する受話信号のレベルが、所定の閾値以上か否かを判定し、受話信号のレベルが所定の閾値より小さいときに適応フィルタ４および適応フィルタ５がエコーパスの推定を行うように第１の適応フィルタ４および第２の適応フィルタ５を制御する。また、適応制御部６は、マイクロホン１及びマイクロホン２からの送話信号と受話信号とが同時に入力した際、すなわちダブルトークの際には、適応フィルタ４及び適応フィルタ５における調整を停止する制御を行う。例えば、適応制御部６は、マイクロホン１からの送話信号またはマイクロホン２からの送話信号のレベルと受話信号のレベルとを求めて、求めた送話信号のレベルが受話信号のレベルを超える場合にダブルトークと判定して、適応フィルタ４及び適応フィルタ５における調整を停止する制御を行う。
【００２０】
第１フィルタとしてのフィルタ７は、適応フィルタ５から入力した適応フィルタ５のフィルタ係数と、マイクロホン１から入力した送話信号である非線形エコー信号との畳み込み演算を行う。そして、フィルタ７は、畳み込み演算後の非線形エコー信号を減算部９へ出力する。
【００２１】
第２フィルタとしてのフィルタ８は、適応フィルタ４から入力した適応フィルタ４のフィルタ係数と、マイクロホン２から入力した送話信号である非線形エコー信号との畳み込み演算を行う。そして、フィルタ８は、畳み込み演算後の非線形エコー信号を減算部９へ出力する。
【００２２】
減算部９は、フィルタ７から入力した非線形エコー信号とフィルタ８から入力した非線形エコー信号との減算を行い、その減算結果である、非線形エコーが抑圧された送話信号を補正部１０に出力する。
【００２３】
補正部１０は、減算部９で非線形エコー信号を減算する処理により生じる送話信号の歪みを補正するため、減算部９から入力した送話信号の周波数特性を補正し、補正した送話信号を出力する。具体的には、補正部１０は、送話信号の周波数帯域を平坦化する目的で設けられるローパスフィルタを用いて、送話信号の周波数特性を補正する。そして、補正部１０は、補正した送話信号を外部に出力する。このようにすることにより、一般的に、減算部９による減算処理の結果、送話信号の高域が強調される傾向を生じるが、補正部１０により適正な送話信号が外部に出力される。
【００２４】
次に、非線形エコーキャンセラ装置１００の動作を説明する。今、受話信号をｘとし、スピーカ３からの非線形信号をｆ（ｘ）とする場合は、減算部９からの出力信号である残留エコー信号ｅは式（１）で示される。
【００２５】
ｅ＝（ｈ１＊ｗ２−ｈ２＊ｗ１）＊ｆ（ｘ）              （１）
式（１）において、ｈ１とｈ２とは、それぞれＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタ係数で表すスピーカ３からマイクロホン１およびマイクロホン２に回り込むエコーパスの特性を示し、ｗ１とｗ２とは、それぞれ適応フィルタ４と適応フィルタ５のフィルタ係数を示す。また、符号＊は畳み込み演算を示す。
【００２６】
式（１）より、適応フィルタ４がｈ１を推定するとともに適応フィルタ５がｈ２を推定し、適応フィルタ４及び適応フィルタ５は、フィルタ特性を調整して、それらのフィルタ特性をエコーパスの特性と一致させる。即ち、適応フィルタ４は、ｗ１＝ｈ２が成立するフィルタ係数を求め、適応フィルタ５は、ｗ２＝ｈ１が成立するフィルタ係数を求める。そして、フィルタ７は、ｈ１＊ｗ２を求め、フィルタ８は、ｈ２＊ｗ１を求める。この場合、式（１）において、（ｈ１＊ｗ２）＝（ｈ２＊ｗ１）となるので、残留エコー信号ｅはスピーカ３の非線形特性ｆ（ｘ）との関係がなくなり、減算部９において非線形エコーを完全に打ち消すことができる。
【００２７】
また、非線形エコーキャンセラ装置１００は、適応フィルタを調整する条件を設ける適応制御部６を具備し、適応フィルタ４および５の調整は適応制御部６の条件を満たす場合のみ行う。この構成によれば、適応フィルタを調整する条件を設けることによって、スピーカの線形特性に近い信号を利用して適応フィルタ４、５を調整することができ、より正確にエコーパスを推定することができる。
【００２８】
すなわち、非線形エコーキャンセラ装置１００において、フィルタ７と、フィルタ８と、減算部９および補正部１０により構成される非線形エコーを打消すためのキャンセル部分Ｃは、スピーカに向ける雑音に対する死角を適応的に形成する適応ビームフォーマ（Adaptive Beamformer: ABF）と見なすことができる。非線形エコーキャンセラ装置１００は、適応ビームフォーマを形成するフィルタ７及びフィルタ８が、適応ビームフォーマを形成する際に、フィルタ係数を適応フィルタ４及び適応フィルタ５を介して学習する点が従来と相違する。
【００２９】
このように、本実施の形態１に係る非線形エコーキャンセラ装置１００によれば、スピーカ３から一対のマイクロホン１および２に回り込むエコーパスを適応フィルタ４および５により推定し、推定結果に基づき算定された適応フィルタ係数を適応ビームフォーマを形成する第２フィルタ８および第１フィルタ７に転送し、さらに第２フィルタ８および第１フィルタ７で行う畳み込み演算の結果を減算部９で減算して、スピーカ３に向ける死角を形成することによって、スピーカ３の非線形特性により生じる非線形エコーを抑圧することができる。また、このように構成することにより従来の非線形型適応フィルタを用いる方式に比べれば、演算量を大幅に削減することができることを発明者はシミュレーションにより確認している。
【００３０】
また、本発明の実施の形態１に係る非線形エコーキャンセラ装置１００によれば、適応制御部６を設けて、スピーカ３の信号レベルが小さい場合にのみ、適応フィルタ４および５による調整を行うので、スピーカ３の線形特性に近い信号を利用して適応フィルタ４および５を調整することができ、より正確にエコーパスを推定することができる。
【００３１】
なお、本発明の実施の形態１に係る非線形エコーキャンセラ装置１００は、スピーカからの音声・音楽など音響エコー信号を抑圧し、送話話者信号を伝送可能とするものであり、携帯端末装置だけでなく、カーナビゲーション装置やテレビ会議システムなど、いろいろな装置、システムに適用可能である。
【００３２】
（実施の形態２）
図２は実施の形態２にかかる非線形エコーキャンセラ装置２００の構成を示すブロック図である。但し、図１と共通する構成については図１と同一番号を付し、詳しい説明を省略する。
【００３３】
図２の非線形エコーキャンセラ装置２００は、図１と比べて、信号発生部１１と加算器１２とが追加される。信号発生部１１は、スピーカ３に入力する受話信号の周波数特性よりも広い周波数特性を有する信号を発生する。信号発生部１１は、広い周波数特性を有する信号として、具体的には、適応フィルタ４および５を収束させやすい白色ノイズを発生する。なお、信号発生部１１は、人間の耳に察知されないように、マスキング技術を利用することや断続的にノイズ信号を発生することにより、広い周波数特性を有する信号を発生することもできる。
【００３４】
加算器１２は、外部から入力する受話信号に信号発生部１１が出力する信号を加算して、スピーカ３と、適応フィルタ４と、適応フィルタ５と、適応制御部６に出力する。
【００３５】
これによって、適応フィルタ４と、適応フィルタ５とは、加算器１２が出力する広い周波数特性を有する信号を受話信号として入力する。
【００３６】
非線形エコーキャンセラ装置２００によれば、スピーカ３の非線形特性が強い場合でも、適応フィルタ４および５を広い周波数特性を有する信号を用いて正確にエコーパスを推定することができる。適応フィルタ４、５には、広い周波数特性を有する信号が加算された受話信号が入力することにより、適応フィルタ４、５において広範な周波数特性の信号を用いてエコーパスを推定できるので、スピーカ３の非直線性が強い場合でも、正確にエコーパスを推定することができる。
【００３７】
このように、本実施の形態２に係る非線形エコーキャンセラ装置２００によれば、実施の形態１に係る非線形エコーキャンセラ装置１００が奏する効果に加えて、スピーカ３の非線形特性が強い場合も、より正確にエコーパスを推定し、推定結果に基づくフィルタ係数を算定することができる。
【００３８】
（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３に係る非線形エコーキャンセラ装置３００の構成を示すブロック図である。但し、図３において図１と共通する構成部分については図１と同一番号を付し、詳しい説明を省略する。
【００３９】
適応フィルタ１３は、マイクロホン２から入力する送話信号および補正部１０から入力する補正後の送話信号に基づいて、補正後の送話信号に残留する残留エコーを抑圧して外部に出力する。
【００４０】
具体的には、補正部１０の出力を（α＊ｅ）（αは補正部１０の補正係数である。）とした場合、適応フィルタ１３からの出力信号ｅ’は式（２）のようになる。
ｅ’＝（α＊ｈ１＊ｗ２−α＊ｈ２＊ｗ１−ｈ２＊ｗ３）＊ｆ（ｘ）      （２）
【００４１】
従って、適応フィルタ１３は、式（３）に示す特性になるようにフィルタ係数ｗ３を調整することにより、減算部９では抑圧しきれなかった残留エコーを抑圧することができる。
ｗ３＝（α＊ｈ１＊ｗ２−α＊ｈ２＊ｗ１）／ｈ２                      （３）
【００４２】
このように、本実施の形態３に係る非線形エコーキャンセラ装置３００によれば、実施の形態１に係る非線形エコーキャンセラ装置１００が奏する効果に加えて、後処理として用いられる適応フィルタ１３を適用することによって、補正部１０以前で行う非線形エコーキャンセル処理によっては抑圧し切れなかった残留エコーを抑圧することができる。
【００４３】
なお、適応フィルタ１３の入力は、減算部９およびマイクロホン２の出力とし、当該適応フィルタ１３の出力を補正部１０と等価な補正部で補正し、外部に出力するようにしてもよい。また、マイクロホン２の出力の替わりにマイクロホン１の出力を適応フィルタ１３に入力するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、特に適応ビームフォーマを形成する非線形エコーキャンセラ装置に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態１に係る非線形エコーキャンセラ装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態２に係る非線形エコーキャンセラ装置の構成を示すブロック図
【図３】本発明の実施の形態３に係る非線形エコーキャンセラ装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
【００４６】
１、２  マイクロホン
３  スピーカ
４、５、１３  適応フィルタ
６  適応制御部
７、８  フィルタ
９  減算部
１０  補正部
１１  信号発生部
【図１】
2008263441.tif 000003
【図２】
2008263441.tif 000004
【図３】
2008263441.tif 000005