(57)【要約】【課題】複数エコー経路間のゲイン比が比較的大きく異なっていても、予測エコー経路のフィルタ係数推定の速度を向上させることができる。【解決手段】各チャネルの予測エコー経路６１１  〜６１Ｎ  に未来の入力信号に対するエコー経路の伝達関数と対応する非因果成分タップＬｐ  と、過去の入力信号に対するエコー経路の伝達関数と対応する因果成分タップＬ−Ｌｐを設け、非因果成分タップＬｐの各フィルタ係数の絶対値の総和σ［ｗｎ  ］をチャネルごとに、例えば２〜３秒ごとに求め、σ［ｗｎ  ］が大きい程、対応チャネルのフィルタ係数Ｗｎ（ｋ）の更新ステップサイズμ  ｎ  を大きくする。【選択図】      図１
2004349806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎチャネル、Ｎは２以上の整数、の受話信号をＮ個の予測エコー経路に入力して予測エコーを生成し、
収音信号から上記予測エコーを差し引いて音響エコーを消去し、
上記収音信号と上記予測エコーとの誤差信号と、上記Ｎチャネルの受話信号からＮ個の修正ベクトルを求め、
そのＮ個の修正ベクトルを用いて上記Ｎ個の予測エコー経路のインパルス応答を逐次修正する多チャネル音響エコー消去方法において、
予測エコー経路に非因果成分を含ませ、
上記Ｎ個の予測エコー経路の非因果成分からそのエコー経路の推定誤差を推測し、
各予測エコー経路について、上記エコー経路推定誤差の大きさの推測値に応じて、これが大きい程、インパルス応答修正のステップサイズを大きくすることを特徴とする多チャネル音響エコー消去方法。
【請求項２】
Ｎチャネル、Ｎは２以上の整数、の受話信号から付加信号を生成して受話信号に加算し、
その加算信号をＮ個の予測エコー経路に入力して予測エコーを生成し、
収音信号から予測エコーを差し引いて音響エコーを消去し、
収音信号と予測エコーとの誤差信号と、上記Ｎチャネルの受話信号および付加信号とからＮ個の修正ベクトルを求め、
そのＮ個の修正ベクトルを用いて上記Ｎ個の予測エコー経路のインパルス応答を逐次修正する多チャネル音響エコー消去方法において、
予測エコー経路に非因果成分を含ませ、
上記Ｎ個の予測エコー経路の非因果成分からそのエコー経路の推定誤差を推測し、
各予測エコー経路について、上記エコー経路推定誤差の大きさの推測値に応じて、これが大きい程インパルス応答修正のステップサイズを大きくすることを特徴とする多チャネル音響エコー消去方法。
【請求項３】
上記ステップサイズの制御を、上記推測値に応じた制御と共に、そのチャネルの受話信号パワーに応じ、これが大きい程小さくするように行うことを特徴とする請求項１又は２記載の多チャネル音響エコー消去方法。
【請求項４】
Ｎチャネル（Ｎは２以上の整数）の受話信号がそれぞれ入力され、非因果成分を含み、その入力された受話信号を適応フィルタ処理して予測エコーを生成するＮ個の予測エコー経路と、
上記Ｎ個の予測エコー経路からの予測エコーを収音信号から差し引いて音響エコーを消去する減算部と、
上記音響エコーと上記予測エコーとの誤差信号と上記各チャネルの受話信号とから修正ベクトルを生成するＮ個の修正ベクトル生成部と、
上記予測エコー経路の非因果成分が入力され、当該予測エコー経路のフィルタ係数推定誤差の推測値を求めるＮ個の推定誤差推測部と、
上記各チャネルの推測値が入力され、当該チャネルのステップサイズを制御するＮ個のステップサイズ制御部と、
上記制御されたチャネルのステップサイズに応じて対応するチャネルの修正ベクトルを補正するＮ個の修正ベクトル補正部と、
上記補正された修正ベクトルで対応する予測エコー経路のフィルタ係数を逐次更新するＮ個のフィルタ更新部と
を具備することを特徴とする多チャネル音響エコー消去装置。
【請求項５】
Ｎチャネル（Ｎは２以上の整数）の受話信号がそれぞれ入力され、受話信号から付加信号を生成し、受話信号と加算して再生信号を生成するＮ個の相関変動処理部と、
上記Ｎチャネルの再生信号がそれぞれ入力され、非因果成分を含み、その入力された再生信号を適応フィルタ処理して予測エコーを生成するＮ個の予測エコー経路と、
上記Ｎ個の予測エコー経路からの予測エコーを収音信号から差し引いて音響エコーを消去する減算部と、
上記音響エコーと上記予測エコーとの誤差信号と上記各チャネルの受話信号及びその付加信号とから修正ベクトルを生成するＮ個の修正ベクトル生成部と、
上記予測エコー経路の非因果成分が入力され、当該予測エコー経路のフィルタ係数推定誤差の推測値を求めるＮ個の推定誤差推測部と、
上記各チャネルの推測値が入力され、当該チャネルのステップサイズを制御するＮ個のステップサイズ制御部と、
上記制御されたチャネルのステップサイズに応じて対応するチャネルの修正ベクトルを補正するＮ個の修正ベクトル補正部と、
上記補正された修正ベクトルで対応する予測エコー経路のフィルタ係数を逐次更新するＮ個のフィルタ更新部と
を具備することを特徴とする多チャネル音響エコー消去装置。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれかに記載した多チャネル音響エコー消去方法の各ステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項７】
請求項６に記載したプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、多チャネル音響再生系を有する通信会議システムに適用され、通話の障害となり、時にはハウリングを引き起こす音響エコーを消去する多チャネル音響エコー消去方法、その装置、そのプログラム及び記録媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、音声画像符号化技術の高能率化とデジタルネットワーク技術の進展により、複数の人が容易に参加でき、より自然な通話環境を提供できる多チャネルの拡声通話方式が研究されはじめている。その実現には、複数スピーカからマイクロホンへの音響的回り込みを消去する多チャネル音響エコー消去装置（キャンセラ）が必要となる。
Ｎ（≧２）チャネルの再生系とＭ（≧１）チャネルの収音系とで構成される通信会議システムは、図５に示すような構成により音響エコーの消去を行う（例えば特許文献１、図９参照）。各受話端子１１  〜１Ｎ  からの受話信号は、それぞれ相関変動処理部２１  〜２Ｎ  を経て、各スピーカ３１  〜３Ｎ  で音響信号として再生されて、音響エコー経路３４１，１  〜３４Ｎ，Ｍ  を経て各マイクロホン４ｍ（ｍ＝１，…，Ｍ）に回り込む。受話側の全Ｎチャネルの相関変動処理部２１  〜２Ｎ  の各出力側と送話側のＭチャネルの送話端子５１  〜５Ｍ  とのそれぞれの間にＮチャネルエコー消去部６１  〜６Ｍ  を接続して音響エコーを消去する。
【０００３】
実際の通信会議では、１人の話者音声が複数のマイクロホンで収音されて多チャネルで送出される時間が大半を占める。この受話信号のチャネル間相互相関が非常に高いために、相関変動処理を適用しない状態では、エコーが消去されている状態であっても推定されたエコー伝達特性と真のエコー伝達特性が必ずしも一致しなくなる。そのため対地で話者が交代し受話信号のチャネル間相互相関が変化した瞬間に、音響エコーが消去されなくなる。受話信号に相関変動処理を適用することで、伝達特性の推定値が真値に収束することが保証されている。
上記Ｎチャネルエコー消去部６ｍ  は、各収音チャネルについて、再生側の全Ｎチャネルと収音側の１チャネルとの間のＮ入力１出力の時系列信号を処理する構成をとる。このＮチャネル・エコー消去部６ｍ  の構成を相関変動処理部２１  〜２Ｎ  は省略している場合について図６に示す。各受話信号ｘ１（ｋ）…ｘＮ（ｋ）は予測エコー経路６１１  〜６１Ｎ  に入力されてチャネルごとの予測エコー信号が生成され、減算部６２により予測エコー信号とマイクロホン４ｍ  からの収音信号との誤差信号ｅが生成される。
【０００４】
ここで、エコー経路推定部６３内部での処理を説明する。マイクロホン４ｍ  から収音された信号をｙ（ｋ）、第ｎチャネル（ｎ＝１，…，Ｎ）のスピーカ３ｎ  からマイクロホン４ｍ  までの音響エコー経路３４ｎ  のインパルス応答をｈｎ（ｋ）、その長さをＬとする。Ｎチャネル受話信号ｘ１（ｋ）〜ｘＮ（ｋ）と収音信号ｙ（ｋ）との間には次の関係がある。
ｙ（ｋ）＝Σｉ＝０Ｌ−１ｈ１（ｉ）ｘ１（ｋ−ｉ）＋…＋Σｉ＝０Ｌ−１ｈＮ（ｉ）ｘＮ（ｋ−ｉ）（１）
各チャネルのエコー経路３４１  〜３４Ｎ  の各インパルス応答と受話信号ｘｎ（ｋ）を
ｈｎ  ＝［ｈｎ（０）…ｈｎ（Ｌ−１）］Ｔ（ｎ＝１，…，Ｎ）
ｘｎ（ｋ）＝［ｘｎ（ｋ）…ｘｎ（ｋ−Ｌ＋１）］Ｔ（ｎ＝１，…，Ｎ）  （２）
［］Ｔ  はベクトルの転置を表わす。
のようにベクトル化すると、Ｎチャネル受話信号と収音信号の関係は次のように記述される。
ｙ（ｋ）＝ｈ１Ｔｘ１（ｋ）＋…＋ｈＮＴｘＮ（ｋ）          （３）
【０００５】
以下では、予測エコー経路６１ｎ  を構成する適応フィルタの係数修正法としてＮＬＭＳアルゴリズム（Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ  Ｌｅａｓｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅアルゴリズム）を用いた場合について説明する（例えば特許文献１、３−４頁参照）。
予測エコー経路６１１  〜６１Ｎ  中の適応フィルタ係数のベクトルをｗ１（ｋ）
…ｗＮ（ｋ）とする。実際に収音された信号ｙ（ｋ）と、適応フィルタにより予
測された信号との誤差信号ｅ（ｋ）は、減算部６２により
ｅ（ｋ）＝ｙ（ｋ）−（ｗ１Ｔ（ｋ）ｘ１（ｋ）＋…＋ｗＮＴ（ｋ）ｘＮ（ｋ））  （４）
で求められる。この誤差信号ｅ（ｋ）に基づき収音信号と予測エコー信号との差が小さくなるようにエコー経路推定部６３にてフィルタ係数が逐次修正され、予測エコー経路６１１  〜６１Ｎ  に転送される。各適応フィルタ係数ベクトルは次式で更新される。
ｗｎ（ｋ＋１）＝ｗｎ（ｋ）＋μｅ（ｋ）ｘｎ（ｋ）（ｎ＝１，…，Ｎ）（５）
ただし、μはステップサイズであり、ステップサイズ制御部６４において
μ＝μ０  ／（Σｎ＝１ＮｘｎＴ（ｋ）ｘｎ（ｋ））                （６）
により決定され、μ０  と入力信号のパワーに基づいて制御される。ただしμ０  は推定を安定にするために、あらかじめ０〜１の値に設定されるパラメータである。
【０００６】
適応フィルタの推定性能は、フィルタ係数の収束速度、すなわちフィルタ係数の相対誤差（Ｍｉｓａｌｉｇｎｍｅｎｔ）
‖ｈ１  −ｗ１（ｋ）‖２  ＋…＋‖ｈＮ  −ｗＮ（ｋ）‖２  ／（‖ｈ１  ‖２  ＋…＋‖ｈＮ  ‖２）                                        （７）
の減少速度で評価することができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−１８１６３９号公報
【特許文献２】
特開２００２−２２３１８２号公報  ９〜１３頁
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
通常の拡声通信会議では、スピーカとマイクロホンとの間の音響結合がなるべく小さくなるように、指向性マイクロホンを使用するのが通常である。複数のスピーカが存在する部屋では、スピーカとマイクロホン間の距離が同等であっても、指向性マイクロホンの死角に位置するスピーカとそうでないスピーカとの間には１５ｄＢ弱程度の音響結合量の差が容易に生じてしまう。
各音響エコー経路のゲインにこのような偏りがあるとき、適応フィルタによるエコー経路推定の精度が大きく影響されることが知られている。各音響エコー経路のゲインがほぼ均等な場合と比較して、ゲインが著しく不均等な場合では、適応フィルタ係数誤差の収束速度が劣化してしまう。
【０００９】
図７に、ステレオ音響エコー消去装置でのその例を示す。２つの音響エコー経路のゲイン比がそれぞれ１，３，９の各場合について、適応フィルタ係数の相対誤差が初期状態から減少していく様子を図７にプロットした。ただし、受話信号ｘ１（ｋ），ｘ２（ｋ）の各パワーを同等に設定し、多チャネル周波数領域適応アルゴリズム（例えば特許文献２参照）を適用している。この周波数領域アルゴリズムは、ＦＦＴ（高速離散的フーリエ変換）を用いて各信号を周波数領域に変換し、周波数ごとにＮＬＭＳベースの処理を行っている。射影アルゴリズム（例えば特許文献１、４−６頁参照）などの適応アルゴリズムにおいてもこのグラフと同様に、エコー経路ゲインが不均等になるほど収束速度が劣化する傾向がある。
この劣化の要因は、各チャネルの適応フィルタの推定誤差と更新ベクトルの大小関係から定性的に説明可能である。一例として、ステレオの場合について、エコー経路ゲイン比√（‖ｈ２  ‖２  ／‖ｈ１  ‖２  ）≒９、各チャネル受話信号
パワーがほぼ同等（‖ｘ１（ｋ）‖≒‖ｘ２（ｋ）‖）の場合を想定してみる。
適応フィルタはＮＬＭＳアルゴリズムにより更新されるとする。ＮＬＭＳアルゴリズムのフィルタ更新式（５）によれば、第１、２チャネルには同一のステップサイズが適用され、その修正ベクトルはそれぞれμｅ（ｋ）ｘ１（ｋ）とμｅ（
ｋ）ｘ２（ｋ）で与えられる。ここで‖ｘ１（ｋ）‖≒‖ｘ２（ｋ）‖の関係か
ら第１、２チャネルの修正量の大きさはほぼ等しくなる。
【００１０】
初期状態でフィルタ係数が０にセットされている場合、エコー経路ゲイン比は約９であるから、推定初期の段階で推定誤差は第１チャネルに対し、第２チャネルは９倍程度となる、しかし、適応フィルタの更新量は両チャネルで同等にとどまる。ステップサイズを大きく設定した場合には、エコー経路ゲインの小さい第１チャネルの推定が乱され易く推定に時間がかかる。またステップサイズを小さく設定した場合には、エコー経路ゲインの大きい第２チャネルの推定に時間がかかる。
また第１、第２チャネルの予測エコー経路の適応フィルタ係数誤差が収束した後に、エコー経路ゲイン比がほとんど変化しない程度にマイクロホンの位置がわずかずれた場合についても、第１、第２チャネルでエコー経路の変化量は、エコー経路ゲインと同等の９倍程度になる。しかし第１、第２チャネルの適応フィルタ更新量は同等にとどまる。ステップサイズを大きく設定した場合には、エコー経路ゲインの小さい第１チャネルの推定が乱され易く、推定に時間がかかる。またステップサイズを小さく設定した場合には、エコー経路ゲインの大きい第２チャネルの推定に時間がかかる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明では、適応フィルタのエコー経路推定誤差を推測し、その大きさに応じてステップサイズをチャネルごとに制御する。
しかし本来、予測エコー経路の適応フィルタは未知のエコー経路の特性を推定するために導入されたものである。したがって、適応フィルタの推定誤差の大きさ、すなわち推定途中の予測エコー経路の特性と真のエコー経路の特性との誤差の大きさ、を推測する問題は原理的な困難をはらんでいる。
音響エコーの現在の状態は過去の影響だけを受ける。そこで従来においては、音響エコー経路のインパルス応答が図１Ａに示す状態の場合、その立上りからインパルス応答係数が十分小さくなるまでの時間と対応するＬタップを適応フィルタの全タップの因果成分タップとして用いていた。因果性とは時間的に、原因が必ず結果に先行することであり、原因（入力信号）を加えるより時間的に前には、その結果（出力信号）は生じない性質であり、どのような物理システムも因果性をもっている。
【００１２】
これに対し、この発明では適応フィルタのＬタップ中のＬｐ  タップを、現在の状態に影響を与えない未来に対し、非因果成分タップとして用い、その残りのＬ−Ｌｐ  個のタップを因果成分に用いる。つまり予測エコー経路のフィルタ係数ベクトルｗｎ（ｋ）は、時刻ｋを省略して表記すると、以下のようになる。
ｗｎ  ＝［ｗｎ（−Ｌｐ  ）…ｗｎ（−１）ｗｎ（０）…ｗｎ（Ｌ−Ｌｐ  −１）］Ｔ（ｎ＝１，…，Ｎ）
このベクトルｗｎ（ｋ）中の最初のＬｐ  個の要素ｗｎ（−Ｌｐ  ）…ｗｎ（−１）が非因果成分になり、後のＬ−Ｌｐ  個の要素ｗｎ（０）…ｗｎ（Ｌ−Ｌｐ  −１）が因果成分になる。
【００１３】
時刻がｋ−Ｌ＋１からｋ−Ｌｐ  までの入力信号ｘｎ（ｋ）…ｘｎ（ｋ−Ｌｐ  ）と時刻がｋ−Ｌｐ  ＋１からｋまでのｘｎ（ｋ−Ｌｐ  ＋１）…ｘｎ（ｋ）入力信号とに基づく予測とに分けてこのフィルタ係数ベクトルを用いて、予測エコー信号ｙ＾（ｋ−Ｌｐ  ）を生成すると以下のようになる。
【数１】
2004349806.tif 000003
この予測エコー信号ｙ＾（ｋ−Ｌｐ  ）と収音信号との誤差信号が小さくなるよう各予測エコー経路のフィルタ係数ベクトルｗ１（ｋ）…ｗＮ（ｋ）の推定を行
う。非因果成分ｗｎ（ｋ−Ｌｐ  ）…ｗｎ（ｋ−１）は、時刻ｋよりも未来の信号成分から時刻ｋまでの信号に対する音響エコー経路の伝達係数となっている。
【００１４】
適応フィルタによる推定が完了し、各予測エコー経路の特性が真のエコー経路の特性に収束した状態では、予測エコー経路の非因果成分はすべて０に収束し、予測エコー経路の因果成分は真のエコー経路の特性（インパルス応答）に収束する。また推定途中の段階では、予測エコー経路の因果成分と真のエコー経路との差は、予測エコー経路の非因果成分の大きさに連動する。
そこでこの発明では、各予測エコー経路における非因果成分の大きさ、例えばその絶対値総和を、その予測エコー経路における推定誤差の推測値とし、この推測値をもとに、推定誤差の大きいチャネルの適応フィルタが大きく修正され、推定誤差の小さいチャネルの適応フィルタが小さく修正されるように、予測エコー経路ごとにステップサイズを制御する。この制御により、収束速度の向上が期待される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施形態１
はじめに、図２を用いてこの発明の実施形態１を説明する。図２中の図６と対応する部分に同一参照番号を付けてある。
第１〜第Ｎの予測エコー経路６１１  〜６１Ｎ  は、現在の状態に影響を与えるはずの過去との関連を与える因果成分部６１１ａ〜６１Ｎａと現在の状態に影響を与えないはずの未来との関連を与える非因果成分部６１１ｂ〜６１Ｎｂを備え、マイクロホン４ｍ  からの収音信号は、非因果成分部６１ｎｂのタップ数Ｌｐ  だけ遅延を与える遅延部６５を通じて減算部６２へ供給される。更にエコー経路推定部６３に推定誤差推測部６６が設けられている点、またステップサイズ制御部６４における処理が従来のものとは異なる。
【００１６】
予測エコー経路６１１  〜６１Ｎ  中の適応フィルタ係数ｗ１（ｋ）…ｗＮ（ｋ ）について、フィルタ長をＬタップとし、そのうち非因果成分用にＬｐ  タップを割り当てる。非因果成分用タップＬｐ  は１〜Ｌ／２、好ましくはＬ／８〜Ｌ／４とする。Ｌｐ  を大きくすると、予測エコー経路の推定誤差を精度よく推測することができるが、計算量が多くなる。従って推定誤差の精度と計算量との兼合いで決める。時刻ｋにおける予測エコーｙ＾（ｋ−Ｌｐ  ）を式（８）により生成する。
【数２】
2004349806.tif 000004
この予測エコーと、遅延部６５を経た収音信号との誤差信号ｅ（ｋ−Ｌｐ  ）を減算部６２により求める。
ｅ（ｋ−Ｌｐ  ）＝ｙ（ｋ−Ｌｐ  ）−ｙ＾（ｋ−Ｌｐ  ）
【００１７】
エコー経路推定部６３内の推定誤差推測部６６では、一定期間、例えば０．８秒〜６秒ごとに予測エコー経路６１ｎ  のフィルタ係数ｗｎ（ｋ）の非因果成分の絶対値総和σ［ｗｎ  ］＝｜ｗｎ（ｋ，−Ｌｐ  ）｜＋…＋｜ｗｎ（ｋ，−１）｜を求める。なお、この絶対値総和σ［ｗｎ  ］の計算は各時刻ｋごとに行うのではなく、前述した一定期間ごとに行うため、時刻ｋの下にカンマ「，」を付けて区別した。この絶対値総和σ［ｗｎ  ］を予測エコー経路６１ｎ  のフィルタ係数ｗｎ（ｋ）の推定誤差の推測値とする。これら推測値σ［ｗｎ  ］、受話信号ｘｎ（ｋ）（ｎ＝１，…，（Ｎ））を入力としてステップサイズ制御部６４ではステップサイズを
μｎ  ＝μ０  σｑ［ｗｎ  ］／（Σｊ＝１Ｎσｑ  ［ｗｊ  ］ｘｊＴ（ｋ）ｘｊ（ｋ））                                                                （９）
により決定する。ただしμ０  は０〜１の値に設定されるパラメータである。σｑ［ｗｊ  ］はσ［ｗｎ  ］のｑ乗を表わし、ｑは自然数である。ｑは計算量の点から１が最も好ましく、次に２がよく、３，４でもかまわない。
ステップサイズ制御部６４は各チャネルの受話信号ｘｎ（ｋ）のパワーを推測値σ［ｗｎ  ］で重み付けして加算し、この加算値で、各チャネルの推測値σｑ  ［ｗｎ  ］をμ０  倍した値を割算した結果をチャネルｎに対するステップサイズμｎ  とする。
【００１８】
エコー経路推定部６３は、ステップサイズ制御部６４で決定したステップサイズμｎ  を用いて、収音信号と予測エコー信号との誤差信号ｅ（ｋ−Ｌｐ  ）が小さくなるように、各適応フィルタ係数を
ｗｎ（ｋ＋１）＝ｗｎ（ｋ）＋μｎｅ（ｋ）ｘｎ（ｋ）（ｎ＝１，…，Ｎ）
により更新して、予測エコー経路６１１  〜６１Ｎ  に転送する。
ステップサイズμｎ  は、各チャネル受話信号のパワーも考慮に入れて、次式により決定してもよい。
【数３】
2004349806.tif 000005
‖ｘｎ（ｋ）‖はベクトルｘｎ（ｋ）のノルムである。ｘｎ（ｋ）＝［ｘｎ（ｋ）…ｘｎ（ｋ−Ｌ＋１）］とすると、ノルムは一般的に
【数４】
2004349806.tif 000006
で定義される。ただしｐは自然数であり、計算量の点からは１が最もよいが、これより大きくてもよい。
この式（９）では、式（８）における推定誤差の推測値で重みを付けた受話信号パワーの総和をとる際に各チャネルをそのノルムで正規化し、この総和に各チャネルｎの受話信号のノルムを乗算したものでμ０  σｑ  ［ｗｎ  ］を割算してチャネルｎに対するステップサイズとする。
【００１９】
実施形態２
次にこの発明を、図５のように受話信号ｘｎ（ｋ）が相関変動処理を受けるケースに適用した場合について説明する。ただしＮチャネルエコーキャンセル部には、受話信号と非線形処理された受話信号が別々に入力されるとする。
予測エコー経路６１１  〜６１Ｎ  中の適応フィルタ係数ｗ１（ｋ）…ｗＮ（ｋ）は、フィルタ長がＬタップであり、非因果成分用にＬｐ（＞１）タップを含むとする。また以下では予測エコーの生成処理を周波数領域で行う場合を例として説明する。図３にチャネルｎ（ｎ＝１，…，Ｎ）についての予測エコー生成と、フィルタ係数更新の一部の機能構成例を示す。
【００２０】
ステップ１
各チャネルの受話信号ｚｎ（ｋ）と相関変動処理のための付加信号ｇｎ（ｚｎ（ｋ））（ｎ＝１，…，Ｎ）を、ブロック化部７１ｎ  ，７２ｎ  でそれぞれＬサンプル毎に長さ２Ｌの信号ベクトルにブロック化し、その各ブロックごとにＦＦＴ変換部７３ｎ  ，７４ｎ  で高速離散的フーリエ変換（ＦＦＴ）を行って周波数領域の信号Ｕｎ（ｋ），Ｇｎ（ｋ）を求める。
Ｕｎ（ｋ）＝ｄｉａｇ（ＦＦＴ（［ｕｎ（ｋ−２Ｌ＋１），…，ｕｎ（ｋ）］Ｔ  ））（ｎ＝１，…，Ｎ）
Ｇｎ（ｋ）＝ｄｉａｇ（ＦＦＴ（［ｇ（ｕｎ（ｋ−２Ｌ＋１）），…，ｇ（ｕｎ（ｋ））］Ｔ  ））（ｎ＝１，…，Ｎ）
ただし、ｄｉａｇ（  ）はベクトルを入力とし、その各要素を対角成分に持つ行列（対角行列）を出力とする関数であり、これは説明の便宜上使用している。
【００２１】
加算部７５ｎ  でこれら両行列Ｕｎ（ｋ）とＧｎ（ｋ）を加算して周波数領域で入力信号ベクトルｘｎ（ｋ）の要素を対角成分に持つ行列Ｘｎ（ｋ）を求める。
Ｘｎ（ｋ）＝Ｕｎ（ｋ）＋Ｇｎ（ｋ）
また修正ベクトル生成部７６ｎ  で次式により周波数領域での修正用信号ベクトルの要素を対角成分に持つ行列Ｚｎ（ｋ）を生成する。
Ｚｎ（ｋ）＝βＵｎ（ｋ）＋Ｇｎ（ｋ）
ここでβは、適応フィルタによるエコー経路推定を加速するために用いられており、０〜１の値に設定される。
【００２２】
ステップ２
チャネル毎に周波数領域で入力信号Ｘｎ（ｋ）とフィルタ係数Ｗｎ（ｋ）を乗算部７７ｎ  で掛けることで、入力信号ベクトルＸｎ（ｋ）をフィルタ処理する。
計算結果を逆ＦＦＴ変換部７８ｎ  で逆高速フーリエ変換処理して時間領域の信号ベクトルに変換し、更にブロック整形部７９ｎ  でＬ個の要素の信号ベクトルｙ＾ｎ（ｋ−Ｌｐ  ）に整形する。つまり次式の処理を行う。
ｙ＾ｎ（ｋ−Ｌｐ  ）＝［０Ｌ   ＩＬ  ］ＩＦＦＴ（Ｘｎ（ｋ）Ｗｎ（ｋ））ただし、０Ｌ  はＬ×Ｌの零行列、ＩＬ  はＬ×Ｌの単位行列である。
ステップ３
時間領域にてチャネル毎に算出された信号ベクトルｙ＾ｎ（ｋ−Ｌｐ  ）を加算して予測エコー信号のベクトルｙ＾（ｋ−Ｌｐ  ）を得る。
ｙ＾（ｋ−Ｌｐ  ）＝Σｎ＝１Ｎｙ＾ｎ（ｋ−Ｌｐ  ）
【００２３】
ステップ４
マイクロホン４からの収音信号ｙ（ｋ）は遅延部６５ｎ  でＬｐ  サンプル遅延され、この遅延信号がブロック化部８１ｎ  でＬサンプルごとにブロック化され収音信号ベクトルｙ（ｋ−Ｌｐ  ）とされ、この収音信号ベクトルｙ（ｋ−Ｌｐ  ）と予測エコーのベクトルｙ＾（ｋ−Ｌｐ  ）との時間領域での誤差信号ベクトルｅ（ｋ）が減算部６２で生成される。この誤差信号ベクトルｅ（ｋ）がＦＦＴ変換部８１により周波数領域の信号Ｅ（ｋ）に変換される。
Ｅ（ｋ）＝ＦＦＴ（［０，…，０，ｙＴ（ｋ−Ｌｐ  ）−ｙ＾Ｔ（ｋ−Ｌｐ  ）］Ｔ  ）この変換は誤差ベクトルｅ（ｋ）の前にＬ個の０を詰めて行う。また
ｙ（ｋ−Ｌｐ  ）＝［ｙ（ｋ−Ｌｐ  −Ｌ＋１）…ｙ（ｋ−Ｌｐ）］Ｔ  
とする。
【００２４】
ステップ５
修正用信号ベクトルＺｎ（ｋ）の複素共役Ｚ＊ｎ（ｋ）を共役生成部８３ｎ  で生成し、これと誤差信号ベクトルＥ（ｋ）とを、周波数領域処理を経由してチャネルごとに乗算部（修正ベクトル生成部）８４ｎ  で乗算して畳込み、修正ベクトルｄＷｎ（ｋ）を生成する。この処理は以下のように行う。
ｖｎ（ｋ）＝［ＩＬ   ０Ｌ  ］ＩＦＦＴ（Ｚ＊ｎ（ｋ）Ｅ（ｋ））
ｄＷｎ（ｋ）＝ＦＦＴ（［ｖｎＴ（ｋ），０，…，０］Ｔ  ）
ただし行列Ｚ＊ｎ（ｋ）の各成分は行列Ｚｎ（ｋ）各成分の複素共役である。
ｖｎ（ｋ）のＦＦＴ変換はＬ個の０を後に詰めて行う。
【００２５】
ステップ６
ステップサイズ行列生成部８５ｎ  で生成した行列形式のステップサイズＳｎ（ｋ）を修正ベクトルｄＷｎ（ｋ）に乗算部（修正ベクトル補正部）８６ｎ  で乗算し、この結果Ｓｎ（ｋ）ｄＷｎ（ｋ）でフィルタ更新部８７ｎ  のフィルタ係数Ｗｎ（ｋ）を次式で更新する。
Ｗｎ（ｋ＋Ｌ）＝Ｗｎ（ｋ）＋Ｓｎ（ｋ）ｄＷｎ（ｋ）
行列形式のステップサイズＳｎ（ｋ）は次式で表わされる。
Ｓｎ（ｋ）＝μ０  σｑ［ｗｎ］ｄｉａｇ（［１／ｄ（ｋ，１）…１／ｄ（ｋ，２Ｌ
］）                                                    （１１）
μ０  は推定を安定化するために０〜１の値に設定されるパラメータである。
【００２６】
ｄ（ｋ，ｉ）＝ｔｃ  ｄ（ｋ−Ｌ，ｉ）＋（１−ｔｃ）Σｎ＝１Ｎσｑ［ｗｎ］｜Ｔ（Ｘｎ（ｋ），ｉ）Ｔ（Ｚｎ（ｋ），ｉ）｜（ｉ＝１，…，２Ｌ）                      （１２）
ｔｃ  は時定数であり０〜１の値に設定する。関数Ｔ（Ｘｎ（ｋ），ｉ）は行列Ｘｎ（ｋ）の（ｉ，ｉ）番目の要素を引き出す関数である。つまり行列Ｓ（ｋ）のｄ（ｋ，ｉ）は受話信号Ｚｎ（ｋ）と入力信号Ｘｎ（ｋ）との各周波数成分ごとの積を推定誤差の推測値σｑ［ｗｎ］で重み付けした短時間平均の総和の前回の値と今回の値とをｔｃ  で重み付け加算して今回の短時間平均総和としたものである。
【００２７】
各予測エコー経路のインパルス応答（フィルタ係数）ｗｎ（ｋ）は、フィルタ更新部８７ｎ  の周波数領域でのフィルタ係数ｗｎ（ｋ）から逆ＦＦＴ部８８ｎ  で次式による逆ＦＦＴ処理されブロック整形されて求められる。
ｗｎ（ｋ）＝［ＩＬ   ０Ｌ  ］ＦＦＴ−１（Ｗｎ（ｋ））
このインパルス応答ｗｎ（ｋ）中の非因果成分ｗｎ（ｋ−Ｌｐ  ）…ｗｎ（ｋ−１）の絶対値の総和σ［ｗｎ］が推定誤差の推測値として推定誤差推測部８９ｎ  で計算される。
【００２８】
行列形式のステップサイズとして、各チャネルの入力信号パワーも考慮に入れ、下記の行列Ｓ′ｎ（ｋ）を用いることもできる。
【数５】
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【数６】
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【数７】
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このｒｎ（ｋ）により各チャネルの入力信号パワーが、ステップサイズ制御に反映されている。ただしｂは自然数であり、計算量からはｂ＝１が最も好ましい。｜Ｒｅ［Ｔ（Ｚｎ（ｋ），ｉ）］｜，｜Ｉｍ［Ｔ（Ｚｎ（ｋ），ｉ）］｜は複素数Ｔ（Ｚｎ（ｋ），ｉ）の実部と虚部の大きさである。
【００２９】
実験例
実際に２チャネル再生系と１チャネル収音系に接続された音響エコー消去装置について、数値シミュレーションを行った。シミュレーションでは、サンプリング周波数を８ｋＨｚに設定し、音響エコー経路として残響時間２００ｍｓの部屋で実測した室内伝達関数を７００タップに打ち切って音響エコーを生成した。また相互相関の高い２チャネル受話信号ｕ１（ｋ），ｕ２（ｋ）は、２本のマイクで単一話者の音声を収音している状況を模擬することで生成し、信号パワーが同等になるように調整した。
【００３０】
従来法として、文献江村、羽田、“付加信号強調型の周波数領域ステレオ適応アルゴリズム”（日本音響学会２００１年秋季公演論文集、２００１、ｐｐ．５３７−５３８）で提案されている周波数領域適応アルゴリズムを因果成分に対応する６４０タップのみを各チャネルに持つ適応フィルタに適用した。またこの発明方法として、実施形態２の適応アルゴリズムを非因果成分に１２８タップを含む６４０タップを各チャネルに持つ適応フィルタに適用した。どちらの方法においても適応フィルタは８０ｍｓごとに更新される。この発明方法ではステップサイズを２．４ｓ間隔で式（１１  ）及び（１２  ）により制御した。ただし、μ０  ＝０．５に設定した。適応フィルタの修正用信号ベクトルＺｎ（ｋ）において、相関変動成分を強調するためのパラメータについては、β＝０．２に設定した。
【００３１】
相関変動処理には、文献Ｐ．Ｅｎｅｒｏｔｈ、Ｔ．Ｇａｅｎｓｌｅｒ、Ｓ．Ｇａｙ  ａｎｄ  Ｊ．Ｂｅｎｅｓｔｙ、“Ｓｔｕｄｉｅｓ  ｏｆ  ａ  ｗｉｄｅｂａｎｄ  ｓｔｅｒｅｏｐｈｏｎｉｃ  ａｃｏｕｓｔｉｃ  ｅｃｈｏ  ｃａｎｃｅｌｅｒ、”Ｐｒｏｃ．１９９９  ＩＥＥＥ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｔｏ  Ａｕｄｉｏ  ａｎｄ  Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ、ｐｐ．２０７−２１０（１９９９）で用いられている半波整流方式
ｇ１（ｕ（ｋ））＝α（ｕ（ｋ）＋｜ｕ（ｋ）｜）／２
ｇ２（ｕ（ｋ））＝α（ｕ（ｋ）−｜ｕ（ｋ）｜）／２
を聴感上違和感のほとんどないα＝０．３で適用し、スピーカ再生信号ｘ１（ｋ），ｘ２（ｋ）として
ｘ１（ｋ）＝ｕ１（ｋ）＋ｇ１（ｕ１（ｋ））
ｘ２（ｋ）＝ｕ２（ｋ）＋ｇ２（ｕ２（ｋ））
を用いた。
【００３２】
この発明方法と従来法との推定性能を、音響エコー経路のインパルス応答と適応フィルタのインパルス応答との相対推定誤差（Ｍｉｓａｌｉｇｎｍｅｎｔ）を式（７）により評価した。
この発明方法と従来法について初期状態からの相対推定誤差の挙動を図４Ａ，Ｂにそれぞれ示す。ここでは、エコー経路ゲイン比が１と９のときに、相対誤差が−１５ｄＢに達するまでの時間Ｔ′１  とＴ′９  （この発明方法）およびＴ１  とＴ９  （従来法）に注目する。この発明方法によって、エコー経路ゲイン比が９のとき、Ｔ９  →Ｔ′９  の改善は３０％である。一方エコー経路ゲイン比が１のとき、Ｔ１  →Ｔ′１  の改善は２１％になる。このようにこの発明方法によって、エコー経路推定が高速化されると同時に、エコー経路ゲイン比の相違がエコー経路推定に与える影響が小さくなっている。
【００３３】
実施形態１を図５に示した相関変動処理を行う場合に適用してもよい。この場合は受話信号ｕｎ（ｋ）とその相関変動処理を受けた信号ｇｎ（ｕｎ（ｋ））との和をスピーカへ供給する再生信号ｘｎ（ｋ）＝ｕｎ（ｋ）＋ｇｎ（ｕｎ（ｋ））とし、修正用信号ｚｎ（ｋ）＝βｕｎ（ｋ）＋ｇｎ（ｋ）とし（０＜β＜１）、この修正用信号のベクトルｚｎ（ｋ）と誤差信号ベクトルｅ（ｋ）とから修正ベクトルｄｗｎ  を生成し、また式（９）又は式（１０）中のｘｊ（ｋ）の代りにｚｊ（ｋ）とおきかえて求めた第ｎチャネルのステップサイズμｎ  をｄｗｎ  に掛けて、この結果にフィルタ係数ｗｎ（ｋ）に加算して更新を行えばよい。
【００３４】
実施形態２に示した周波数領域でのエコーの予測及びフィルタ更新処理を、受話信号に対し相関変動処理を行わない場合にも適用することができる。この場合は周波数領域の受話信号Ｘｎ（ｋ）と誤差信号Ｅ（ｋ）とから実施形態２のステップ５と同様な処理により、周波数領域の修正ベクトルｄｗｎ（ｋ）を求め、更に式（１１）、（１２）又は式（１３）、（１４）、（１５）においてＺｎ（ｋ）の代りにＸｎ（ｋ）を用いて、行列形式のステップサイズＳｎ（ｋ）を求めればよい。
【００３５】
更に上述した音響エコー消去装置をＭ個用いて、図５に示したＮチャネル再生系、Ｍチャネル収音系のシステムにもこの発明を適用できる。
図２、図３にそれぞれ示した多チャネル音響エコー消去装置をコンピュータにより機能させてもよい。この場合は前述したこの発明の多チャネル音響エコー消去方法の各ステップをコンピュータにより実行させるためのプログラムをＣＤ−ＲＯＭ、磁気ディスクなどの記録媒体から、あるいは通信回線を介してコンピュータにダウンロードして、そのプログラムを実行させればよい。
【００３６】
【発明の効果】
この発明によれば、適応フィルタに非因果成分を含ませ、非因果成分量から多チャネル予測エコー経路の各適応フィルタ係数の推定誤差を推測してチャネルごとにステップサイズを制御することで、エコー経路ゲインが不均等な状況でもエコー経路推定の速度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】音響エコー経路のインパルス応答と、従来法の予測エコー経路の因果成分タップ及びこの発明方法の非因果成分タップ及び因果成分タップとの関係例を示す図。
【図２】この発明の実施形態１の機能構成例を示す図。
【図３】この発明の実施形態２における第ｎチャネル部分の機能構成例を示す図。
【図４】この発明方法及び従来法による相対推定誤差の収束の様子を示すシミュレーション結果を示す図。
【図５】従来のＮチャネル再生系とＭチャネル収音系で構成される通信会議システムの構成例を示す図。
【図６】従来のＮチャネル音響エコー消去装置の機能構成例を示す図。
【図７】エコー経路ゲイン比をパラメータとした適応予測フィルタ係数の相対予測誤差の収束の様子を示す図。
【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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【図７】
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