(57)【要約】【課題】適応フィルタと半固定フィルタとを設けてエコー除去を行う場合に、半固定フィルタの係数値を適切に設定できるようにする。【解決手段】マイクロフォンが拾った音声信号のエコーノイズの除去を行うものであり、適応フィルタと半固定フィルタとを備える。適応フィルタは、デジタル音声データのエコー成分を検出して、その検出したエコー成分を除去するエコーキャンセル処理を行い、エコー成分を検出するフィルタ係数が逐次更新されるフィルタである。半固定フィルタは、適応フィルタで設定されたフィルタ係数値を退避し、その退避した状態で適応フィルタで設定されたフィルタ係数値が、所定の複数回連続して適正であると検出された場合に、退避したフィルタ係数値を設定して、エコーキャンセル処理を行う。このようにして係数が設定された半固定フィルタを使用して、エコーキャンセルを行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロフォンが拾った音声信号を送信及び／又は受信する際のエコーノイズの除去を行うエコーノイズキャンセル装置において、
前記音声信号をデジタル化したデジタル音声データのエコー成分を検出して、その検出したエコー成分を除去するエコーキャンセル処理を行い、前記エコー成分を検出するフィルタ係数が逐次更新される適応フィルタと、
前記適応フィルタで設定されたフィルタ係数値を退避し、その退避した状態で前記適応フィルタで設定されたフィルタ係数値が、所定の複数回連続して適正であると検出された場合に、前記退避したフィルタ係数値を設定して、前記エコーキャンセル処理を行う半固定フィルタとを備え、
前記半固定フィルタで前記送信及び／又は受信する際のエコーノイズの除去処理を行うことを特徴とする
エコーノイズキャンセル装置。
【請求項２】
請求項１記載のエコーノイズキャンセル装置において、
前記退避されたフィルタ係数値を一時記憶するフィルタ係数一時記憶部を備え、
前記所定の複数回連続して適正であると検出された場合に、前記フィルタ係数一時記憶部に記憶されたフィルタ係数値を前記半固定フィルタに設定することを特徴とする
エコーノイズキャンセル装置。
【請求項３】
マイクロフォンが拾った音声信号を送信及び／又は受信する際のエコーノイズの除去を行うエコーノイズキャンセル方法において、
前記音声信号をデジタル化したデジタル音声データのエコー成分を検出して、その検出したエコー成分を除去するエコーキャンセル処理を行う適応フィルタに対して、適正なフィルタ係数を第１のフィルタに対して逐次設定する第１のフィルタ係数設定処理と、
前記フィルタ係数設定処理で行ったエコーキャンセル処理が適正であるか否か判断する判断処理と、
前記判断処理で、所定の複数回連続して適正である場合に、その連続した回数の最初の判断時に第１のフィルタに設定されていたフィルタ係数値を第２のフィルタに設定させる第２のフィルタ係数設定処理とを行い、
前記第２のフィルタ係数設定処理でフィルタ係数が設定された第２のフィルタを、前記送信及び／又は受信する際のエコーノイズの除去処理に使用することを特徴とする
エコーノイズキャンセル方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電話におけるハンズフリー通話を行うシステムやテレビ会議システムなどの拡声通話系で全二重通話を行うものに適用して好適なエコーノイズキャンセル装置及びエコーノイズキャンセル方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、テレビ会議システムなどの拡声通話系では、遠端装置のマイクロフォンで集音された音声が、近端装置に送られ、近端装置のスピーカから放音される。近端装置についてもマイクロフォンを備えて、そのマイクロフォンで集音された音声が、遠端装置に送られ、遠端装置のスピーカから放音される。
【０００３】
このような拡声通話系で全二重通話を行うシステム構成の場合、遠端装置と近端装置のそれぞれで、スピーカから放音される音声が、マイクロフォンに入力してしまう。何も処理を行わない場合には、この音声が再び相手側の装置に送られるため、自分の発声がこだまのように少し遅れてスピーカから出力される「エコー」という現象を引き起こす。エコー音のレベルが大きい場合には、さらにそのエコー音がマイクロフォンで集音されて、系をループして、ハウリングと称する現象を引き起こしてしまう。
【０００４】
このようなエコーやハウリングを防止するための装置として、エコーキャンセル装置（エコーキャンセラ）が知られている。従来の一般的なエコーキャンセラとしては、適応フィルタを使用してスピーカとマイクロフォンとの間のインパルスレスポンスを測定する。そして、マイクロフォンに入力されるスピーカからの音声を、スピーカから放音されるリファレンス信号に前述のインパルスレスポンスを畳み込んだ擬似エコー信号を生成し、これを差し引くことで除去している。
【０００５】
特許文献１には、適応フィルタを使用したエコーキャンセル装置の一例についての開示がある。
【特許文献１】特開２０００−１５１４７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、近端装置側の話者と遠端装置側の話者とが同時に発声している、いわゆるダブルトーク状態である場合には、スピーカから出た音に遠端装置側の話者の声が加わっており、そのような状態の音声がマイクロフォンに入力される。このような状態では、適応フィルタにとって、遠端装置側の話者の音声が外乱としてマイクロフォン入力信号に加わることになり、学習を続けて行くと、適応フィルタの係数が正しいものから遠い係数値に悪化してしまう。このようにフィルタ係数が悪化した状態で処理されると、結果的にエコーの除去ができない状態になってしまう。
【０００７】
このダブルトークの対策としては、例えば、適応フィルタとは別に、ＦＩＲ(Finite Impulse Responce) 形のフィルタで構成される半固定フィルタを用意して、適応フィルタの係数の条件が良くなった段階で、その適応フィルタに設定されている係数値を半固定フィルタにコピーし、そのコピーした係数値を使用して、半固定フィルタでエコーキャンセルを除去することが行われている。通常、半固定フィルタの係数を用いて擬似エコーを生成し、エコーを除去する処理を行う。
【０００８】
ところが、このように適応フィルタの係数値を半固定フィルタに移す構成とした場合、適応フィルタの係数が半固定フィルタの係数よりも良いと複数回判断された場合に、適応フィルタの係数値を半固定フィルタに移すことが行われるが、その複数回の判断が行われている係数が全て正しい係数であるとは限らず、適切な係数値が半固定フィルタにコピーされるとは限らない問題があった。特に、適応フィルタの係数は絶えず更新されるために、複数回の判断の内の最後の判断時の係数値が誤ったものである可能性があるが、そのような場合には、半固定フィルタに誤った係数値がコピーされてしまい、結果としてエコーが発生してしまう問題があった。
【０００９】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、適応フィルタと半固定フィルタとを設けてエコー除去を行う場合に、半固定フィルタの係数値を適切に設定できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、マイクロフォンが拾った音声信号を送信及び／又は受信する際のエコーノイズの除去を行うものに適用される。適応フィルタと半固定フィルタとを備える。
適応フィルタは、音声信号をデジタル化したデジタル音声データのエコー成分を検出して、その検出したエコー成分を除去するエコーキャンセル処理を行い、エコー成分を検出するフィルタ係数が逐次更新されるフィルタである。
半固定フィルタは、適応フィルタで設定されたフィルタ係数値を退避し、その退避した状態で適応フィルタで設定されたフィルタ係数値が、所定の複数回連続して適正であると検出された場合に、退避したフィルタ係数値を設定して、エコーキャンセル処理を行うフィルタである。
そして、このように構成された半固定フィルタで送信及び／又は受信する際のエコーノイズの除去処理を行うものである。
【００１１】
このようにしたことで、係数値が逐次更新される適応フィルタの係数が、半固定フィルタよりも複数回優れていた場合に、その複数回の最初の係数を半固定フィルタに退避するので、既に連続して正しい係数である可能性が高いと判断されたものが半固定フィルタに設定されるようになる。従って、１回の誤りの判断の影響を小さくした、適正なフィルタ係数の設定が可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、フィルタ係数の１回の誤りの判断があっても、半固定フィルタに設定される係数には影響しなくなり、半固定フィルタに適正なフィルタ係数が設定される可能性が高くなり、誤りの少ない適正なエコーキャンセル処理が行えるようになり、精度の高いエコーキャンセルが行える。従って、拡声通話系で全二重通話を行う場合のエコーやハウリングを効果的に防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施の形態を、添付図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本実施の形態による全体構成例を示した図である。図１に示すように、近端装置１０と遠端装置２０とを通信回線３０で接続したシステム構成としてある。本例の近端装置１０と遠端装置２０とは、テレビ会議システム用の装置であり、全二重通話を行う構成である。基本的には、近端装置１０と遠端装置２０とで同一の構成としてある。映像系の伝送構成については省略してある。それぞれの装置１０，２０は、スピーカ１１，２１から音声を拡声させて出力させ、マイクロフォン１２，２２で音声を拾う、いわゆる拡声通話を行う通信装置として構成され、各装置のスピーカ１１，２１から出力された音声がマイクロフォン１２，２２でも拾われる構成である。
【００１５】
それぞれの装置１０，２０は、通信回線３０は、近端装置１０と遠端装置２０との間で双方向にデジタルデータのデータ伝送が可能であれば、どのような通信回線でもよい。例えば、イーサーネット（登録商標）により接続された通信回線、電話回線などの通信事業者により提供される通信回線、インターネットを経由した回線などが適用可能である。以下の説明では、近端装置１０の構成について説明するが、遠端装置２０の構成についても同一であり、それぞれの装置で後述するエコーキャンセル処理が行われる。
【００１６】
図１に示すように、近端装置１０のマイクロフォン１２が拾って出力する音声信号は、アナログ／デジタル変換器１４でデジタル音声データに変換され、その変換されたデジタル音声データを、信号処理部１５に送る。本例の信号処理部１５は、デジタルシグナルプロセッサー(ＤＳＰ)で構成され、入力及び出力の音声データを所望のデータへ変換する処理を行う。その信号処理部１５で行われる処理の１つとして、マイクロフォン１２側から入力した信号に対してエコーノイズをキャンセルするノイズ除去処理が行われる。ノイズ除去処理のための構成については、後述する図２で説明する。
【００１７】
信号処理部１５で処理された音声データは、音声コーデック部１６に送り、伝送用にコーデック処理を行う。ここでは、音声データをテレビ会議システムの通信で標準的に定められている符号へ変換を行う。変換された音声データは通信部１７に送り、通信回線３０を介して遠端装置２０に送信させる。
【００１８】
遠端装置２０から通信回線３０を介して近端装置１０の通信部１７で受信した音声データは、音声コーデック部１６でデコーデック処理を行った後、信号処理部１５に送る。信号処理部１５では、供給される受信音声データを、後述するエコーノイズをキャンセルするために必要なデータとして扱う。信号処理部１５が出力する音声データは、デジタル／アナログ変換器１３でアナログ音声信号に変換し、変換された音声信号をスピーカ１１から出力させる。なお、図１ではアンプや帯域フィルタなどのアナログ音声信号処理に必要な回路については省略してある。
【００１９】
図２は、信号処理部１５の構成例を示した図である。図２では、エコーノイズキャンセル処理のための構成を中心とし示してあり、その他の信号処理の構成については省略してある。
マイクロフォン１２で拾って、アナログ／デジタル変換器１４で変換されたデジタル音声データは、適応フィルタ５１と半固定フィルタ５３とに供給される。適応フィルタ５１と半固定フィルタ５３は、それぞれ、ＦＩＲ(Finite Impulse Responce)形のフィルタで構成してある。ＦＩＲ形のフィルタで構成される各フィルタ５１，５３は、フィルタ係数の設定により、入力信号から遅れてくるエコーノイズ成分を除去する処理が行われる。この場合、適応フィルタ５１は係数値が随時更新されるフィルタであり、そのときの信号状態に応じて最適と思われる係数値を推定して、その推定した係数値に随時更新される。
半固定フィルタ５３は、フィルタ比較器５４での比較に基づいた制御で、フィルタ係数が所定時に更新されるフィルタである。適応フィルタ５１で設定されるフィルタ係数値は、所定の際に、退避フィルタにコピーされて退避される。その退避フィルタ５２に退避されたフィルタ係数値を、半固定フィルタ５３に設定する構成としてある。具体的なフィルタ係数の更新処理については、図３のフローチャートを参照して後述する。
【００２０】
次に、図３のフローチャートを参照して、近端装置１０での音声データの処理例について説明する。
まず、近端装置１０では、通信回線３０を介して遠端装置２０からの符号化された音声データが通信部１７で受信される（ステップＳ１１）。その受信音声データは、音声コーデックブロック１６でデコードされる。例えば、サンプリング周波数が３２ＫＨｚで、１サンプルが１６ビットのストレートＰＣＭのデジタル音声データにデコードされる。そのデコードされた音声データは、ＤＳＰとして構成された信号処理部１５に参照信号として送られると同時に、デジタル／アナログ変換器１３にも送られる（ステップＳ１２）。デジタル／アナログ変換器１３で変換して得たアナログ音声信号は、スピーカ１１に供給し（ステップＳ１３）、そのスピーカ１１から放音させる（ステップＳ１４）。このスピーカ１１からの放音時には、図示しないアンプで増幅処理を行い、拡声通話を行う上で十分な音量で出力させる。
【００２１】
ステップＳ１１及びＳ１２での受信処理と並行して、マイクロフォン１２で拾われて（ステップＳ１５）、アナログ／デジタル変換器１４で変換されたデジタル音声データについても、ＤＳＰとして構成された信号処理部１５に、マイク入力信号として送られる（ステップＳ１６）。ステップＳ１２での参照信号の信号処理部１５への入力と、ステップＳ１６でのマイク入力信号の信号処理部１５への供給は、常に１サンプルずつ同じタイミングで信号処理部１５に与えられるものとしてある。
【００２２】
そして、信号処理部１５では、半固定フィルタ５３に設定された係数を用いて、以下の［数１］式によりエコーキャンセリング処理の対象となる時刻ｔのマイク入力信号に含まれるエコー成分の推定値ｙ(t)を算出し、その値をマイク入力信号の値から減算（エコーキャンセリング）して音声コーデック部１６へと送る（ステップＳ１７）。
【００２３】
【数１】
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【００２４】
ここでｗ(ｎ)は、｛ｗ0，ｗ1，…，ｗp−1｝の順で配列されたｎ回目のエコーキャンセリング処理での適応フィルタの係数ベクトル(ｐ次元)、ｘ(ｎ)は、｛ｘｔ，ｘｔ−１，ｘｔ−２，…，ｘｔ−（ｐ−１）｝の順で配列された参照信号の時間領域データのベクトルを表す。
【００２５】
次に、信号処理部１５内の適応フィルタ５１（図２）において、［数１］式によりエコーキャンセリング処理の対象となる時刻ｔのマイク入力信号に含まれるエコー成分の推定値ｙ(t)を算出する（ステップＳ１８）。そして、推定されたｙ(t)をマイク入力信号の値から減算した値をエラーｅ(n)として、例えば、次の［数２］式の更新式を用いて、ｎ+１ターン目の係数ベクトルｗ(n+1)を決定する。［数２］式のμは、更新のステップサイズである。
【００２６】
【数２】
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【００２７】
図２に示した比較器５４は、適応フィルタ５１と半固定フィルタ５３とで、どちらがエコーを消去するのに優れているかを判断するが、その判断用にカウンタを保有しており、そのカウンタを使用した処理が行われる。即ち、まずカウンタのカウント値が０か否か判断する（ステップＳ１９）。この判断でカウント値が０の場合には、適応フィルタ５１の係数を退避フィルタ５２へコピーする（ステップＳ２０）。その後、比較器５４で、適応フィルタ５１の係数値より半固定フィルタ５３の係数値の方がエコーを消去するのに適しているか否かを判断する（ステップＳ２１）。この判断で、適応フィルタ５１の係数値の方が適していると判断した場合には、比較器５４内のカウンタを０にリセットする（ステップＳ２３）。また、半固定フィルタ５３の係数値の方が適していると判断した場合には、比較器５４内のカウンタのカウント値に１を加算する（ステップＳ２２）。
【００２８】
その後、比較器５４内のカウンタのカウント値を判断し（ステップＳ２４）、そのカウント値が予め設定された閾値以上であるか否か判断する。ここでの閾値としては、例えば４０を設定する。この判断でカウント値が閾値以上であると判断した場合には、退避フィルタ５２が保持しているフィルタ係数値を、半固定フィルタ５３にコピーして設定させる（ステップＳ２５）。このときには、カウンタのカウント値を０にリセットする（ステップＳ２６）。
【００２９】
ここまでがノイズキャンセル処理であり、このようにしてノイズキャンセル処理が行われた音声データを、近端装置１０の通信部１７から通信回線３０を介して遠端装置２０に送る（ステップＳ２７）。このような図３のフローチャートに示すノイズキャンセル処理が、近端装置１０と遠端装置２０の双方で行われることで、エコーノイズのない全二重通話が行えるようになる。この図３のフローチャートに示した係数値の更新処理は、双方向の通信を行っている限り、絶えず実行されて、そのときの状態に応じた最適な係数値が設定される。
【００３０】
ここで、図３のフローチャートに示した処理が行われる状態の概要を、図４に示す。図４（ａ）は、本実施の形態による処理状態であり、図４（ｂ）は、比較のために従来の処理状態を示してある。
ここではステップＳ２４で判断される閾値として「４０」を設定した場合の例である。図４（ａ）に示すように、本実施の形態の場合には、適応フィルタ５１で適正な係数が設定されていると判断され始めたとき、その係数値が退避フィルタ５２に退避される。その上で、適応フィルタ５１の係数値については逐次更新されるが、その後、４０回連続して正しい係数値であると比較器５４で判断された場合には、少なくともその退避フィルタ５２に退避された４０回前の係数値が、適正にエコーノイズを除去できる正しいフィルタ係数である可能性が高いと判断する。その判断に基づいて、退避フィルタ５２に退避された４０回前の係数値を半固定フィルタ５３に設定する。従って、半固定フィルタ５３に設定された係数値は、ある程度評価が定まった係数値であると見なすことができ、誤った係数値が設定されることを良好に阻止することができる。
【００３１】
これに対して、図４（ｂ）に示した従来処理状態では、ある程度の回数（例えば４０回）連続して適応フィルタの係数値が正しいと判断した場合に、その４０回目に適応フィルタに設定されていた係数値を半固定フィルタにコピーする処理である。この従来処理では、もし、４０回目の係数値が誤った係数値であると、その誤った係数値がそのまま半固定フィルタに設定されてしまい、次に半固定フィルタの係数値が更新されるまで、誤った処理が継続することになり、好ましくない状態となってしまう。
【００３２】
このように、図４（ａ）の本実施の形態の処理例と、図４（ｂ）の従来処理例とを比較すると判るように、本実施の形態の処理を行うことで、一時的な判断の誤りの影響を排除した良好なエコーノイズ除去処理が可能となる。
【００３３】
なお、上述した実施の形態では、比較器５４内のカウンタのカウント値を判断する閾値として、「４０」を設定した例としたが、この値「４０」は一例であり、その他の値を閾値として設定するようにしてもよい。この判断する値として大きな値を設定することで、それだけ連続して正しいと判断された場合の係数値が設定されるので、正しい係数値が設定される可能性が高くなるが、あまり大きな値であると、逆に一時的な判断の誤りなどで、その値連続して正しいと判断される可能性が低くなり、半固定フィルタの係数値の更新が行われる頻度が低くなってしまうので、適正な値を設定するのが好ましい。
【００３４】
また、ここまで説明した実施の形態では、テレビ会議システム用の装置において、エコーノイズキャンセルを行う構成としたが、拡声通話系で全二重通話を行うものであれば、ハンズフリー通話を行う電話機（有線回線用の電話機又は無線電話機）などのその他の各種通信機器にも適用可能である。また、上述したエコーノイズキャンセル処理を行うコンピュータ用のプログラムを作成して、コンピュータ装置とその周辺機器で同様の全二重通話を行う通信機器として組んだ上で、そのコンピュータ装置に、作成した処理プログラムを実装させて、同様のノイズキャンセル処理が行える通信装置として機能するようにしてもよい。この場合、近端装置として構成されたコンピュータ装置と、遠端装置としてコンピュータ装置との間は、例えばインターネットを介して双方向にデータ伝送可能に接続させればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施の形態による全体構成例を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施の形態による要部の構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施の形態による処理例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施の形態による処理状態の概要を従来例と比較して示す説明図であり、（ａ）は一実施の形態による処理例、（ｂ）は従来例による処理例である。
【符号の説明】
【００３６】
１０…近端装置、１１…スピーカ、１２…マイクロフォン、１３…デジタル／アナログ変換器、１４…アナログ／デジタル変換器、１５…信号処理部、１６…音声コーデック部、１７…通信部、２０…遠端装置、２１…スピーカ、２２…マイクロフォン、３０…通信回線、５１…適応フィルタ、５２…退避フィルタ、５３…半固定フィルタ、５４…フィルタ比較器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2008160420.tif 000008