(57)【要約】【課題】複数の収音手段を用いる場合に、送話音声のチャネル間の位相情報を保ちながら、エコー信号をアナログ信号処理で抑圧する。【解決手段】スピーカ１０１は遠隔地から伝送された音声を再生する。マイク１０２１〜１０２Ｍはスピーカ１０１と一体的に配置されている。ミキシング部１０３１〜１０３Ｍは各マイク１０２１〜１０２Ｍで収音された収音信号のそれぞれ相異なるゲインを乗じ加算する。ここで、ミキシング部１０３１〜１０３Ｍのゲインはスピーカ１０１で再生された音声を抑圧するように決定されている。【選択図】    図１
2004260280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エコー抑圧方法であって、
遠隔地から伝送された音声を拡声手段で再生する拡声段階と、
前記拡声手段と一体的に配置された複数の収音手段で収音する収音段階と、
前記複数の収音手段の各々で収音された収音信号に、収音手段と同数の各ミキシング手段でそれぞれ相異なるゲインを乗じ加算するミキシング段階とを有し、
前記各ミキシング手段のゲインは、前記拡声段階で再生された音声を抑圧するように決定されているエコー抑圧方法。
【請求項２】
エコー抑圧方法であって、
遠隔地から伝送された音声を拡声手段で再生する拡声段階と、
前記拡声手段と一体的に配置された複数の収音手段で収音する収音段階と、
前記複数の収音手段の各々で収音された収音信号に、収音手段と同数のミキシング手段のそれぞれで相異なるゲインを乗じ加算するミキシング段階と、
前記複数のミキシング手段の各出力をアナログ信号からディジタル信号へ変換するＡ／Ｄ変換段階と、
前記複数のＡ／Ｄ変換段階の各出力に、前記収音手段と同数のディジタルミキシング手段の各々で相異なるゲインを乗じ加算するミキシング段階とを有し、
前記各ミキシング手段のゲインは、前記拡声手段により再生された音声を抑圧するように決定され、
前記各ディジタルミキシング手段のゲインは、ディジタルミキシング後の信号が、対応する収音信号と同一となるように決定されているエコー抑圧方法。
【請求項３】
前記各収音手段は前記拡声手段から等距離に配置されている請求項１または請求項２に記載のエコー抑圧方法。
【請求項４】
エコー抑圧装置であって、
遠隔地から伝送された音声を再生する拡声手段と、
該拡声手段と一体的に配置された複数の収音手段と、
前記複数の収音手段の各々で収音された収音信号に相異なるゲインを乗じ加算する前記収音手段と同数のミキシング手段とを有し、
前記ミキシング手段のゲインは、前記拡声手段により再生された音声を抑圧するように決定されているエコー抑圧装置。
【請求項５】
エコー抑圧装置であって、
遠隔地から伝送された音声を再生する拡声手段と、
該拡声手段と一体的に配置された複数の収音手段と、
前記複数の収音手段の各々で収音された収音信号に相異なるゲインを乗じ加算する、前記収音手段と同数のミキシング手段と、
前記複数のミキシング手段の各出力をアナログ信号からディジタル信号へ変換するＡ／Ｄ変換手段と、
前記複数のＡ／Ｄ変換手段の各出力に相異なるゲインを乗じ加算する、前記収音手段と同数のディジタルミキシング手段とを有し、
前記各ミキシング手段のゲインは、前記拡声手段により再生された音声を抑圧するように決定され、
前記各ディジタルミキシング手段のゲインは、ディジタルミキシング後の信号が、対応する収音信号と同一となるように決定されているエコー抑圧装置。
【請求項６】
前記各収音手段は前記拡声手段から等距離に配置されている請求項４または請求項５に記載のエコー抑圧装置。
【請求項７】
請求項１から３のいずれかに記載のエコー抑圧方法をコンピュータに実行させるためのエコー抑圧プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【従来の技術】
図５に従来例のエコー抑圧装置（例えば、特許文献１の図１、ｐｐ１〜３参照）のブロック図を示す。
【０００２】
従来のエコー抑圧装置は、拡声手段であるスピーカ１０１と収音手段であるマイク１０２１〜１０２Ｍと移相器４０１１〜４０１Ｍと加算器４０２により構成される。
【０００３】
複数のマイク１０２１〜１０２Ｍによって収音されたそれぞれの収音信号Ｘｉ（ω）の位相を移相器４０１１〜４０１Ｍにより変化させ、加算器４０２で加算する。移相器４０１１〜４０１Ｍの移相量は、遠隔地から伝送され、スピーカ１０１で再生されたエコー成分を低減するような値に設定されている。例えば、Ｍ個のマイク１０２１〜１０２Ｍが、スピーカ１０１を中心とする円周上に等角度間隔で配置されている場合では、ｉ番目の移相器４０１ｉの移相量は３６０・（ｉ−１）／Ｍ度に設定される。
【０００４】
ｉ番目のマイク１０２ｉによって収音された収音信号Ｘｉ（ω）は、送話音声信号Ｓｉ（ω）とスピーカ１０１で再生されたエコー信号Ｅｉ（ω）を含む。ここで、マイク１０２１〜１０２Ｍはスピーカ１０１から等距離に配置されているので、収音信号中のエコー信号（残響がない場合）は、全てのマイク１０２１〜１０２Ｍに対して同じ信号となる。したがって、収音信号は式（１）で表すことができる。
【０００５】
【数１】
2004260280.tif 000003
【０００６】
次に、移相器４０１１〜４０１Ｍにより移相を与え、加算した後の出力信号Ｙ（ω）は、移相量３６０・（ｉ−１）／Ｍ度を各収音信号に乗じ、加算した信号であるので式（２）で表される。この式に式（１）を代入し、展開すれば、エコー信号は消去され、送話音声信号のみが残る。
【０００７】
【数２】
2004260280.tif 000004
【０００８】
以上より、従来のエコー抑圧装置により、エコー信号を抑圧し、送話音声信号を出力できることを示した。
【０００９】
次に、従来のエコー抑圧装置のマイクロホンアレイ技術（例えば、特許文献２の図１、ｐｐ８〜１５参照）の前処理に適用することを考える。
【００１０】
マイクロホンアレイ技術は、複数の収音手段により収音されたアナログ信号を、Ａ／Ｄ変換器によりディジタル信号に変換し、ディジタル信号処理により出力信号を得る。Ａ／Ｄ変換器の振幅分解能は通常１６ビット程度であり、量子化誤差の少ない高品質な送話音声を得るためには、Ａ／Ｄ変換器のレンジに合わせたアナログ信号レベルに設定する必要がある。しかし、例えば拡声手段と複数の収音手段が一体となった装置の場合、拡声手段と収音手段間の距離が近いために、送話音声に比べ大幅に大きいレベルでエコー信号が収音される。このため、エコー信号成分に比べレベルが大幅に小さい送話音声成分は、Ａ／Ｄ変換器で大きな量子化誤差を受けることとなる。
【００１１】
したがって、上記のような条件下では、Ａ／Ｄ変換前のアナログ信号処理によりエコー信号を抑圧する必要がある。
【００１２】
【特許文献１】
特開２０００−２５３１３２号公報
【特許文献２】
特開２００２−６２８９５号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のエコー抑圧装置をＡ／Ｄ変換前のアナログ信号処理に適用すれば、Ａ／Ｄ変換前にエコー信号を抑圧することができる。しかし、従来のエコー抑圧装置の出力は１チャネルであるので、この出力信号をマイクロホンアレイ技術に適用することはできない。また、従来のエコー抑圧装置を複数個並列に接続し、出力を複数チャネルにしたとしても、各出力信号は式（２）に示すように、収音信号の位相を変化させ加算した信号となっているので、チャネル間の位相情報を利用するマイクロホンアレイ技術を適用することは難しい。
【００１４】
以上のように、従来技術のエコー抑圧装置を、マイクロホンアレイ技術の前処理として用いることは難しい。
【００１５】
エコー信号が送話音声に比べ大幅に大きいレベルで収音される場合に、小さい量子化誤差でＡ／Ｄ変換するためには、アナログ信号処理でエコー信号を抑圧する必要がある。さらに、マイクロホンアレイ技術を適用するためには、送話音声のチャネル間の位相情報が保たれていることが必要である。
【００１６】
本発明の目的は、複数の収音手段を用いる場合に、送話音声のチャネル間の位相情報を保ちながら、エコー信号をアナログ信号処理で抑圧するエコー抑圧方法、装置、およびプログラムを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様によれば、エコー抑圧装置は、
遠隔地から伝送された音声を再生する拡声手段と、
拡声手段と一体的に配置された複数の収音手段と、
複数の収音手段の各々で収音された収音信号に相異なるゲインを乗じ加算する収音手段と同数のミキシング手段とを有し、
各ミキシング手段のゲインは、拡声手段により再生された音声を抑圧するように決定されている。
【００１８】
本発明の第２の態様によれば、エコー抑圧装置は、
遠隔地から伝送された音声を再生する拡声手段と、
拡声手段と一体的に配置された複数の収音手段と、
複数の収音手段の各々で収音された収音信号に相異なるゲインを乗じ加算する、収音手段と同数のミキシング手段と、
複数のミキシング手段の各出力をアナログ信号からディジタル信号へ変換するＡ／Ｄ変換手段と、
複数のＡ／Ｄ変換手段の各出力に相異なるゲインを乗じ加算する、収音手段と同数のディジタルミキシング手段とを有し、
各ミキシング手段のゲインは、拡声手段により再生された音声を抑圧するように決定され、
各ディジタルミキシング手段のゲインは、ディジタルミキシング後の信号が、対応する収音信号と同一となるように決定されている。
【００１９】
本発明は、複数の収音手段の各々で収音された収音信号のそれぞれに相異なるゲインを乗じ加算する、収音手段と同数のミキシング手段により、拡声手段により再生されたエコー信号成分の抑圧を実現する。さらに、ミキシング手段は、送話音声成分のチャネル間の位相情報を保持することを実現する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態のエコー抑圧装置のブロック図である。
【００２２】
本実施形態のエコー抑圧装置は、拡声手段であるスピーカ１０１と収音手段であるマイク１０２１〜１０２Ｍとミキシング部１０３１〜１０３Ｍにより構成される。また、各ミキシング部１０３ｉ（ｉ＝１〜Ｍ）はゲイン器１０４ｉ１〜１０４ｉＭと加算器１０５ｉにより構成される。
【００２３】
本実施形態は、複数のマイク１０２１〜１０２Ｍにより収音された収音信号を複数のミキシング部１０３１〜１０３Ｍによりミキシングすることで、送話音声成分のチャネル間の位相情報を保持しながら、エコー信号成分を抑圧する装置である。
【００２４】
まず、ｉ番目のマイク１０２ｉにより収音された収音信号の周波数領域表現をＸｉ（ω）とし、これらを式（３）により行列としたものを
【００２５】
【数３】
2004260280.tif 000005
とする。
【００２６】
次に、ｉ番目のマイク１０２ｉとｋ番目のミキシング部１０３ｋの出力間に与えられるゲインをａｋｉとし、これらを式（４）により行列としたものを
【００２７】
【数４】
2004260280.tif 000006
とする。
【００２８】
ｋ番目のミキシング部１０３ｋの出力信号をＹｋ（ω）とし、これらを式（５）により行列としたものを
【００２９】
【数５】
2004260280.tif 000007
とする。
【００３０】
ミキシング部１０３１〜１０３Ｍは、各収音信号にゲインを乗じ、これらを加算した信号を出力するので、出力信号の行列は式（６）で表される。
【００３１】
【数６】
2004260280.tif 000008
【００３２】
ここで、ミキシング部１０３１〜１０３Ｍに要求される条件は、送話音声の位相を保ちながら、エコー信号成分を抑圧することである。
【００３３】
送話音声の位相を保つためには、ゲイン行列
【００３４】
【外１】
2004260280.tif 000009
が単位行列
【００３５】
【外２】
2004260280.tif 000010
となっていればよい。また、エコー信号成分を抑圧するためには式（７）の条件を満たせばよい。
【００３６】
【数７】
2004260280.tif 000011
これら二つの条件を最小二乗解で解けば、式（８）となる。
【００３７】
【数８】
2004260280.tif 000012
式（８）を解くためには、
【００３８】
【外３】
2004260280.tif 000013
を求める必要がある。求め方には二通りあり、一つ目は、実際に収音信号を観測し求める方法、二つ目は、スピーカ１０１とマイク１０２１〜１０２Ｍの位置関係から求める方法である。実際に収音信号を観測し求める方法では、実際の収音信号を収録し、周波数領域に変換することで求めることができる。位置関係から求める方法では、ｉ番目のマイク１０２ｉとｋ番目の１０２ｋのエコー到来時間差τｉｋを式（９）により求め、収音レベルｇｉｋを式（１０）により求める。
【００３９】
【数９】
2004260280.tif 000014
【００４０】
次に、
【００４１】
【外４】
2004260280.tif 000015
は、式（１１）により求められる。
【００４２】
【数１０】
2004260280.tif 000016
【００４３】
以上、式（８）により決定されるゲイン行列
【００４４】
【外５】
2004260280.tif 000017
を用いて、収音信号をマイク１０２１〜１０２Ｍと同数のミキシング部１０３１〜１０３Ｍでミキシングし、収音手段と同数の出力を得る。これらの出力信号は、エコー信号成分が抑圧され、送話音声成分の位相情報が保たれている。
【００４５】
次に、本発明の有効性を示すために、図４に実験結果を示す。実験条件は、マイクの数Ｍ：４、送話信号対エコー信号比（マイク位置）：０ｄＢ、部屋の残響：３００ｍｓである。スピーカ１０１とマイク１０２１〜１０２４の位置は図４（ａ）部に示すとおりである。この条件で、送話音声とエコー信号に対する周波数特性を測定した結果を、図４（ｂ）および図４（ｃ）に示す。図４（ｂ）は無処理の場合の周波数特性であり、図４（ｃ）は本発明を用いた場合の周波数特性である。両図を比較すれば、図４（ｃ）の本発明を用いた場合のエコー信号に対する周波数特性は、６００Ｈｚ程度までの低域において、無処理の場合に比べ１０ｄＢ程度低くなっており、エコー信号を抑圧できていることが確認できる。また、送話音声に対する周波数特性は、両者ともほぼ同一の特性となっていることが確認できる。
【００４６】
以上示したように、本実施形態では、複数のマイク１０２１〜１０２Ｍにより収音した収音信号を、マイク１０２１〜１０２Ｍと同数のミキシング部１０３１〜１０３Ｍによりミキシングすることにより、送話音声の位相情報を保ちつつ、エコー信号成分を抑圧した、マイク１０２１〜１０２Ｍと同数の出力信号を得ることができる。
【００４７】
（第２の実施形態）
図２は本発明の第２の実施形態のエコー抑圧装置のブロック図である。
【００４８】
本実施形態のエコー抑圧装置は、スピーカ１０１とマイク１０２１〜１０２Ｍとミキシング部１０３１〜１０３ＭとＡ／Ｄ変換部２０１１〜２０１Ｍとディジタルミキシング部２０２１〜２０２Ｍより構成される。また、ミキシング部１０３ｉはゲイン器１０４ｉ１〜１０４ｉＭと加算器１０５ｉにより構成され、各ディジタルミキシング部２０２ｉ（ｉ＝１〜Ｍ）はゲイン器２０３ｉ１〜２０３ｉＭと加算器２０４ｉにより構成される。
【００４９】
本実施形態のエコー抑圧装置は、まず、第１の実施形態と同様にして、複数のマイク１０２１〜１０２Ｍにより収音された収音信号を複数のミキシング部１０３１〜１０３Ｍによりミキシングすることでエコー信号成分を抑圧する。次に、これらの信号をＡ／Ｄ変換部２０１１〜２０１ＭによりＡ／Ｄ変換し、ディジタル信号にする。各ディジタル信号は、複数のディジタルミキシング部２０２１〜２０２Ｍによりミキシングされ、元の収音信号に復元される。
【００５０】
これらの処理により、Ａ／Ｄ変換前にエコー信号成分を抑圧することができ、エコー信号が送話音声に比べ大幅に大きいレベルで収音される場合であっても、小さい量子化誤差で話者音声をＡ／Ｄ変換できる。さらに、Ａ／Ｄ変換後のミキシングにより収音信号を回復できるので、ミキシングによる送話音声の劣化がない。
【００５１】
まず、ミキシング部１０３１〜１０３Ｍでは、第１の実施形態と同様のゲイン行列（式８）を用いて、収音信号をミキシングし、エコー信号成分を抑圧する。次に、それらの信号はＡ／Ｄ変換部２０１１〜２０１ＭによりＡ／Ｄ変換され、ディジタル信号に変換される。変換されたディジタル信号は、ゲイン行列
【００５２】
【外６】
2004260280.tif 000018
の逆行列
【００５３】
【外７】
2004260280.tif 000019
を用いてディジタルミキシング部２０２１〜２０２Ｍでミキシングされる。
【００５４】
Ａ／Ｄ変換前の信号の行列
【００５５】
【外８】
2004260280.tif 000020
は、第１の実施形態で導出した式（６）で表され、同様にしてディジタルミキシング後の信号の行列
【００５６】
【外９】
2004260280.tif 000021
は式（１２）で表される。ここで、式（１２）に式（６）を代入すれば、収音信号
【００５７】
【外１０】
2004260280.tif 000022
が復元されることが分かる。
【００５８】
【数１１】
2004260280.tif 000023
【００５９】
以上示したように、本実施形態は、Ａ／Ｄ変換前にエコー信号成分を抑圧し、Ａ／Ｄ変換後のディジタル信号から収音信号を復元することができる。
【００６０】
これら以外の部分に関しては、第１の実施形態と同じであるので、説明を省略する。
【００６１】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態のエコー抑圧装置について説明する。
【００６２】
第３の実施形態のエコー抑圧装置は、第１または第２の実施形態のエコー抑圧装置のマイク１０２１〜１０２Ｍが、図３に示すようにスピーカ１０１から等距離に配置されている。この場合、マイク１０２１〜１０２Ｍ間のエコー到来時間差Ｔｉｋは全て０となり、収音レベルｇｉｋは、全て同じ正の値となる。したがって、式（１１）の行列
【００６３】
【外１１】
2004260280.tif 000024
の要素は全て同じ値の正の実数となる。よって、式（１１）と式（８）により求められるゲイン行列
【００６４】
【外１２】
2004260280.tif 000025
は、式（１３）となる。対角成分が任意の定数αであり、それ以外の成分は、定数αと逆の符号を持つ任意の定数βとなる。
【００６５】
【数１２】
2004260280.tif 000026
【００６６】
式（１３）において、行成分を加算したときに、その値が０となれば、エコー信号の直接波成分を完全に抑圧することができる。これを式で表せば、式（１４）となる。ただし、この場合は行列
【００６７】
【外１３】
2004260280.tif 000027
の逆行列が存在しなくなるので、第２の実施形態には適用できない。
【００６８】
α＝−（Ｍ−１）β                                        （１４）
本実施形態を第１の実施形態または第２の実施形態に適用するためには、ゲイン行列
【００６９】
【外１４】
2004260280.tif 000028
の逆行列が存在するように、行成分を加算した値が０以外の値となればよいので、この場合には、式（１５）が適用される。ただし、γは任意の定数である。
【００７０】
α＝−（Ｍ−１）β＋γ                                    （１５）
さらに、任意の行列の行成分を加算したときに、その値が０となれば、式（１３）の場合と同様にエコー信号の直接波成分を完全に抑圧することができる。これは、式（１６）、（１７）により表される。ただし、この場合は行列
【００７１】
【外１５】
2004260280.tif 000029
の逆行列が存在しなくなるので、第２の実施形態には適用できない。
【００７２】
【数１３】
2004260280.tif 000030
【００７３】
本実施形態を第１の実施形態と第２の実施形態に適用するためには、行列
【００７４】
【外１６】
2004260280.tif 000031
の逆行列が存在するように、行成分を加算した値が０以外の値となればよいので、この場合には、式（１８）が適用される。ただし、γｉは任意の定数である。
【００７５】
【数１４】
2004260280.tif 000032
【００７６】
以上説明したように、第３の実施形態では、式（１３）と式（１４）、式（１３）と式（１５）、式（１６）と式（１７）、式（１６）と式（１８）の組み合わせのいずれかを用いてゲイン行列
【００７７】
【外１７】
2004260280.tif 000033
を求めることができる。
【００７８】
これら以外の部分に関しては、第１または第２の実施形態と同じであるので、説明を省略する。
【００７９】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態のエコー抑圧装置について説明する。
【００８０】
第４の実施形態のエコー抑圧装置は、第１〜３の実施形態のエコー抑圧装置のマイク１０２１〜１０２Ｍが指向性を有し、指向性の感度の低い方向がスピーカ１０１の方向へ向けられている。これにより、マイク１０２１〜１０２Ｍの指向性によっても、エコーを抑圧することが可能となり、エコー抑圧性能が向上する。
【００８１】
これら以外の部分に関しては、第１〜３の実施形態と同じであるので、説明を省略する。
【００８２】
なお、本発明は専用のハードウェアにより実現されるもの以外に、その機能を実現するためのプログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行するものであってもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、フロッピーディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク装置等の記憶装置を指す。さらに、コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、インターネットを介してプログラムを送信する場合のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの（伝送媒体もしくは伝送波）、その場合のサーバとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含む。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数の収音手段で収音した信号を複数のミキシング手段によりミキシングすることにより、送話音声の位相情報を保持し、エコーを抑圧した複数の出力信号を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のエコー抑圧装置を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態のエコー抑圧装置を示すブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施形態のエコー抑圧装置のマイク１０２１〜１０２Ｍとスピーカ１０１の配置を示す図である。
【図４】本発明のエコー抑圧効果を示す図である。
【図５】従来のエコー抑圧装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０１    スピーカ
１０２１〜１０２Ｍ    マイク
１０３１〜１０３Ｍ    ミキシング部
１０４１１〜１０４ＭＭ    ゲイン
１０５１〜１０５Ｍ    加算器
２０１１〜２０１Ｍ    Ａ／Ｄ変換部
２０２１〜２０２Ｍ    ディジタルミキシング部
２０３１１〜２０３ＭＭ    ゲイン
２０４１〜２０４Ｍ    加算器
４０１１〜４０１Ｍ    移相器
４０２    加算器
【図１】
2004260280.tif 000034
【図２】
2004260280.tif 000035
【図３】
2004260280.tif 000036
【図４】
2004260280.tif 000037
【図５】
2004260280.tif 000038